CN101482132A - 通过压强控制的比例电磁阀驱动液压致动器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驱动液压致动器(13)的方法，所述液压致动器(13)配置有压强控制的比例电磁阀(21)；所述方法包括下列步骤：根据横穿所述比例电磁阀(21)的增压油流量(QFF)并且根据在致动室(20)内部的适宜负荷压强(Pload)，确定第一开环贡献(IP)；根据所述比例电磁阀(21)的线圈(29)的适宜位置(XSpoolRef)确定第二开环贡献(IQFF)；根据在可移动活塞(22)的位置的适宜值(XREF)和可移动活塞(22)的位置的实际值(X)之间的差值(εX)，确定第三闭环贡献(IQCL)；和通过三种贡献(IP，IQFF，IQCL)的代数和计算所述比例电磁阀(21)的适宜电驱动电流值(ITOT)。

Description

通过压强控制的比例电磁阀驱动液压致动器的方法
技术领域
本发明涉及通过压强控制的比例电磁阀驱动液压致动器的方法。
本发明有利地用于驱动伺服辅助的(带助力器的)机械传动的液压致动器，所述伺服辅助的机械传动在下列描述中明确地被提及，并不因此丧失一般性。
背景技术
除由驾驶员操作的离合器踏板和齿轮选择杆被相应的电或液压伺服控制代替的事实以外，在结构上类似于常规类型的手动机械传动的伺服辅助的机械传动越来越普遍。
通常，离合器伺服控制是液压型伺服控制，并且包括单个用于将离合器从关闭位置变换至打开位置和反之亦然的液压致动器。通常，齿轮箱伺服控制也是液压型伺服控制，并且作用于齿轮箱控制轴，以对控制轴本身施加轴向位移，即沿着中心轴的位移，以及围绕中心轴的旋转；控制轴的两种移动必须啮合并且脱离各自的齿轮，并且选择所啮合的齿轮范围。因此，齿轮箱伺服控制包括机械连接到控制轴上以在轴向上移动控制轴的第一液压致动器，以及机械连接到控制轴上以使控制轴旋转的第二液压致动器。
每一个液压致动器包括至少一个通过可移动活塞限定在一侧的致动室，所述可移动活塞沿着致动室本身滑动，并且机械连接到控制轴上。而且，对于每一个致动室，液压致动器包括至少一个三路电磁阀，所述三路电磁阀驱动液压致动器并且适于将致动室连接到容纳增压油的液压蓄能器上，或者将致动室连接到容纳在大气压下的油的排油油箱上，或者将致动室保持分开。
通常，控制齿轮啮合/脱离的液压致动器是通过使用压强控制的比例电磁阀驱动的，所述压强控制的比例电磁阀允许非常精确地控制由液压致动器产生并且施加到控制轴上的力(在致动室内部的油压与由液压致动器产生的力成正比)；实际上，在齿轮的啮合/脱离中，对于液压致动器，必需产生适于克服机械阻力的力，否则齿轮不能啮合/脱离，并且控制轴不移动。然而，在压强控制的比例电磁阀的情况下，不能精确地控制通过液压致动器致动的控制轴的瞬间位置，因此可能容易出现控制轴的定位误差，这导致不想要的噪音。为了精确地控制通过液压致动器致动的控制轴的瞬间位置，应当使用流量控制的比例阀(在致动室内部的油量与液压致动器的位置成正比)；然而，通过使用流量控制的比例电磁阀，不能精确地控制由液压致动器产生的力，因此不能确保由液压致动器产生的力对啮合/脱离齿轮是足够的。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过压强控制的比例阀驱动液压致动器的方法，这种驱动方法没有上述缺陷，特别是，实施容易并且成本合算。
根据本发明，提供一种驱动液压致动器的方法，所述液压致动器包括：
至少一个致动室；
在致动室内部滑动的可移动活塞；和
压强控制的比例电磁阀，其用于将所述致动室连接到容装增压控制油的液压蓄能器上，并且连接到容装在大气压下的控制油的油箱上；
所述方法包括下列步骤：
确定必须由所述液压致动器产生的力；
根据必须由所述液压致动器产生的力确定在所述致动室内部的适宜负荷压强；
根据在所述致动室内部的适宜负荷压强，确定所述比例电磁阀的适宜电流驱动值；以及
使用具有适宜值的电驱动电流供给所述比例电磁阀；
所述驱动方法的特征在于其包括下列步骤：
估算横穿所述比例电磁阀的增压油流量；
根据横穿所述比例电磁阀的所述增压油流量，并且根据在所述致动室内部的适宜负荷压强，确定第一开环贡献；
估算经过所述比例电磁阀的压降；
根据经过所述比例电磁阀的压降，并且根据横穿所述比例电磁阀的增压油流量，估算所述比例电磁阀的线圈的适宜位置；
根据所述比例电磁阀的线圈的适宜位置，确定第二开环贡献；
根据在所述可移动活塞的位置的适宜值和所述可移动活塞的位置的实际值之间的差值，确定第三闭环贡献；以及
通过三种贡献的代数和计算适宜的电驱动电流值。
附图说明
现在，本发明将参考附图进行描述，所述附图公开了其非限制性实施方案，其中：
图1是配置有伺服辅助的机械传动的车辆的图示；
图2是根据本发明驱动的图1中伺服辅助的机械传动的液压致动器的一部分的图解剖面图，为了清楚起见，除去了一些部分；
图3是图2中的液压致动器的驱动逻辑的框图；和
图4和5是由图2中的液压致动器的驱动逻辑使用的两种特征的图表。
具体实施方式
在图1中，标记1整体上表示配置有两个前轮(未显示)和两个后驱动轮2的汽车，后驱动轮2通过伺服辅助的传动4接受由内燃机3产生的转矩。伺服辅助的传动4包括伺服辅助的离合器5，其容纳于与发动机3形成整体的钟形物(bell)中，并且适于将发动机3的驱动轴6连接到终止于伺服辅助的机械齿轮箱8的传动轴7上。将差速器9以级联的方式安置到伺服辅助的齿轮箱8上，一对半轴10从差速器9发出，所述一对半轴10的每一个与相应的后驱动轮2形成整体。
伺服辅助的齿轮箱8包括以角速度ω1旋转的主轴11，以及以角速度ω2旋转的副轴12，并且通过差速器9和一对半轴10对后驱动轮2进行传动。通过液压致动器13将伺服辅助的齿轮箱8致动以啮合/脱离齿轮，并且通过液压致动器14将伺服辅助的齿轮箱8致动以选择齿轮范围。通过由液压致动器15操作的伺服辅助的离合器5的插入，将主轴11连接到驱动轴6上，所述驱动轴6被发动机3旋转并且以角速度ωm旋转。
汽车1包括电子控制装置16(图解所示)，所述电子控制装置16控制伺服辅助的传动4，并且在其它任务中，驱动伺服辅助的齿轮箱8的液压致动器13和14，以及伺服辅助的离合器5的液压致动器15。
如图2中所示，液压致动器是在支撑体17中获得的，并且通过对控制轴18施加轴向位移，即沿着中心轴19的位移，控制齿轮的啮合和脱离。具体地，液压致动器13被安置在控制轴18的中间部分，并且具有两个致动室20，所述两个致动室20是在支撑体17中获得的，并且择一地填充有增压油(其构成液压致动器13的控制流体)以在由电子控制装置16驱动的一对三路电磁阀21的控制下，在两个方向上轴向移动控制轴18。具体地，两个致动室20被控制轴18横穿，沿着控制轴18串联排列，并且通过法兰22相互分开，所述法兰22与控制轴18形成整体；法兰22限定液压致动器13的活塞，这种活塞可在致动室20内部滑动。法兰22包括容纳环状密封件24的中心环状空腔23。
电磁阀21液压式连接到液压回路25上，该液压回路25对于液压致动器13、14和15是共用的。液压回路25包括用于容装在大气压下的油的油箱26，用于容装增压油的液压蓄能器27，以及从油箱26中抽吸并且供给液压蓄能器27的泵28。每一个三路电磁阀21能够将相应的致动室20保持分离以将在致动室20中的油压保持恒定，能够将致动室20连接到油箱26上以降低在致动室20中的油的压强，并且适合将致动室20连接到液压蓄能器27上以增加致动室20中的油的压强。
每一个电磁阀21包括线圈29，所述线圈29通过电磁致动器在轴向上移动至三个不同的位置(对应连接到油箱26上的致动室20，对应分离的致动室20，以及对应连接到液压蓄能器27上的致动室20)。每一个电磁阀21是压强控制的比例型电磁阀；换言之，制造电磁阀21，使得线圈29的轴向位置与电磁阀21下游(即，在相应的致动室20内部)的油压成比例。
最后，液压致动器13包括位置传感器30，该位置传感器30连接到控制轴18上以检测控制轴18本身的瞬间位置，并且连接到电子控制装置16上以将控制轴18的位置读数输送给电子控制装置16本身。
电子控制装置16电供给每一个电磁阀21以产生在通过电磁阀21本身的时间循环中具有可变强度的直接电驱动电流；具体地，对于每一个电磁阀21，电子控制装置16确定比例电磁阀21的适宜电驱动电流值ITOT，因此用具有适宜的ITOT值的电驱动电流供给比例电磁阀21本身。
根据图3中所示的框图，每一个比例电磁阀21的适宜电驱动电流值ITOT通过获得四种贡献的代数和而计算：一种开环贡献IP，一种开环贡献IQFF，一种闭环贡献IQCL和一种贡献ΔICC。
为了确定开环贡献IP和开环贡献IQFF，根据由位置传感器30(间接)提供的可移动活塞22的速度并且根据作为事前已知的设计数据的致动室20的截面，预防性地估算横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF。换言之，横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF基本上等于在致动室20的单位时间内的体积变化，因此等于可移动活塞22的速度(即，等于可移动活塞22的位置X的单位时间内的变化，即可移动活塞22的位置X的时间一阶导数)乘以致动室20的截面。
为了确定开环贡献IP，还必须预防性地计算必须由液压致动器13产生以进行所需的啮合/脱离操作的力；通常，必须由液压致动器13产生的力不是恒定的，而是根据液压致动器13的可移动活塞22的位置X变化。根据必须由液压致动器13产生的力，通过简单的除法(再次根据液压致动器13的可移动活塞22的位置X)从而确定在致动室20内部适宜的负荷压强Pload；实际上，在致动室20内部适宜的负荷压强Pload等于必须由液压致动器13产生的力除以作为事前已知的设计数据的可移动活塞22的面积。换言之，如图3中所示，根据液压致动器13的可移动活塞22的位置X确定在致动室20内部的适宜负荷压强Pload；通常，在设计和调节系统的步骤中，确定根据可移动活塞22的位置X提供相应的适宜负荷压强Pload的实验表格。
根据横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF并且根据在致动室20内部的适宜负荷压强Pload，确定开环贡献IP。根据一个优选实施方案，还根据比例电磁阀21上游的油压POIL并且根据比例电磁阀21上游的油温度TOIL，确定开环贡献IP。比例电磁阀21上游(即，在液压蓄能器27内部)的油压POIL和温度TOIL可以通过相应的传感器测量，或者可以通过已知的估算技术估算。具体地，通过利用比例电磁阀21的静态特征确定开环贡献IP，所述静态特征是在设计和调节系统的步骤中确定的；通常，确定实验表格，该实验表格根据在致动室20中的适宜负荷压强Pload并且根据横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF，提供相应的开环贡献IP，其是根据比例电磁阀21上游的油压POIL和温度TOIL参数化的。作为实例，图4以图解形式显示了实验曲线，该实验曲线根据在致动室20内部的适宜负荷压强Pload和横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF，提供相应的环路贡献IP。
而且，根据横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF，根据比例电磁阀21上游的油压POIL，并且根据比例电磁阀21上游的油温度TOIL，估算经过比例电磁阀21的压降DltPEV。优选地，在设计和调节系统的步骤中，确定实验表格，该实验表格根据横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF提供经过比例电磁阀21的压降DltPEV，并且根据比例电磁阀21上游的油压POIL并且根据比例电磁阀21上游的油温度TOIL进行参数化。
根据经过比例电磁阀21的压降DltPEV，并且根据横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF，估算比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef。具体地，首先根据经过比例电磁阀21的压降DltPEV，并且根据横穿比例电磁阀21的增压油流量QFF，确定流通面积KA，从而根据流通面积KA确定比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef。
使用下列方程确定流通面积KA：
KA＝QFF 2/DltPEV
KA     流通面积；
QFF    横穿比例电磁阀21的增压油流量；
DltPEV 经过比例电磁阀21的压降。
在设计和调节系统的步骤中，确定实验表格，该实验表格根据流通面积KA提供比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef。作为实例，图5以图解形式显示了根据流通面积KA，提供比例电磁阀21的线圈29的相应的适宜位置XSpoolRef的实验曲线。
根据比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef，确定开环贡献IQFF；具体地，开环贡献IQFF与比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef成比例。在设计和调节系统的步骤中，可以确定根据提供比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef提供开环贡献IQFF的实验表格，或者可以确定乘以比例电磁阀21的线圈29的适宜位置XSpoolRef提供开环贡献IQFF的实验乘法系数。
根据可移动活塞22的位置的适宜值XREF与由位置传感器30提供的可移动活塞22的位置的实际值X之间的差值εX(即，位置误差)，确定闭环贡献IQCL；优选地，通过使用PID调节器处理在可移动活塞22的位置的适宜值XREF与可移动活塞22的位置的实际值X之间的差值εX，确定闭环贡献IQCL。
贡献ΔICC取决于闭路中心电流，并且基本上为补偿系统的推定公差的校准因子，并且是在调节系统本身的步骤中以已知的方式实验确定的。
重要的是观察到三种贡献IP、IQFF和IQCL在确定比例电磁阀21的适宜电驱动电流值ITOT中可以具有相互不同的权重。例如，取决于致动室20中的适宜负荷压强Pload的开环贡献IP可以具有更大的权重(重要性)，即，可以构成适宜的电驱动电流值ITOT的大部分；以这种方式，确保以较小的偏差跟踪适宜负荷压强Pload(即，由液压致动器12产生的力)。换言之，通过将不同的权重加于三种贡献IP、IQFF和IQCL上，相对于可移动活塞22的适宜位置的跟踪，可以对适宜负荷压强Pload(即，由液压致动器12产生的力)的跟踪给予特权。
根据标准控制方法，确定由液压致动器13产生的力，因此根据必须由液压致动器13产生的力确定致动室20中的适宜负荷压强Pload，因此单独根据在致动室20中的适宜负荷压强Pload确定比例电磁阀21的适宜电驱动电流值ITOT。如前所述，通过以这种方式运算，始终确保由液压致动器13产生的力等于适宜值(即，确保啮合/脱离操作的成功)，但是另一方面，可移动活塞22的(即，控制轴18的)位置得不到精确的控制，因此可能容易产生导致不想要的噪音的控制轴的定位误差。
相反，上述通过确定比例电磁阀21的适宜电驱动电流值ITOT来驱动液压致动器13的方法不仅考虑在致动室20内部的适宜压强值Pload，而且考虑可移动活塞22的(即，控制轴18的)位置和速度；以这种方式，上述驱动液压致动器13的方法允许以非常高的精度控制由液压致动器13产生的力，并且以良好的精度控制液压致动器13本身的位置。
上述驱动液压致动器13的方法具有许多优点，原因是它实施简单并且成本合算，相对于通常已经存在于伺服辅助的传动中的那些，无需安装另外的部件，并且最重要的是，允许以非常高的精度控制由液压致动器13产生的力，并且以良好的精度控制液压致动器13本身的位置。以这种方式，可以同时确保齿轮啮合/脱离操作(通过确保液压致动器13始终产生必需的力)，和没有不想要的噪音(通过确保液压致动器13决不将其本身带至异常位置)。
依据上述驱动方法的几个优点，这种驱动方法还可以用于与伺服辅助的齿轮箱中的齿轮的啮合/脱离不同的其它应用，其中必须同时控制由液压致动器13产生的力和液压致动器13本身的位置。

Claims (13)

1.一种驱动液压致动器(13)的方法，所述液压致动器(13)包括：
至少一个致动室(20)；
在致动室内部滑动的可移动活塞(22)；和
压强控制的比例电磁阀(21)，其用于将所述致动室(20)连接到用于容装增压控制油的液压蓄能器(27)上，并且连接到用于容装在大气压下的控制油的油箱(26)上；
所述方法包括下列步骤：
确定必须由所述液压致动器(13)产生的力；
根据必须由所述液压致动器(13)产生的力确定在所述致动室(20)内部的适宜负荷压强(Pload)；
根据在所述致动室(20)内部的适宜负荷压强(Pload)，确定所述比例电磁阀(21)的适宜电流驱动值(ITOT)；以及
将具有适宜值(ITOT)的电驱动电流供给所述比例电磁阀(21)；
所述驱动方法的特征在于包括下列步骤：
估算横穿所述比例电磁阀(21)的增压油流量(QFF)；
根据横穿所述比例电磁阀(21)的所述增压油流量(QFF)，并且根据在所述致动室(20)内部的适宜负荷压强(Pload)，确定第一开环贡献(IP)；
估算经过所述比例电磁阀(21)的压降(DltPEV)；
根据经过所述比例电磁阀(21)的压降(DltPEV)，并且根据横穿所述比例电磁阀(21)的增压油流量(QFF)，估算所述比例电磁阀(21)的线圈(29)的适宜位置(XSpoolRef)；
根据所述比例电磁阀(21)的线圈(29)的适宜位置(XSpoolRef)，确定第二开环贡献(IQFF)；
根据在所述可移动活塞(22)的位置的适宜值(XREF)和所述可移动活塞(22)的位置的实际值(X)之间的差值(εX)，确定第三闭环贡献(IQCL)；以及
通过三种贡献(IP，IQFF，IQCL)的代数和计算适宜电驱动电流值(ITOT)。
2.根据权利要求1的驱动方法，所述驱动方法包括下列另外的步骤：通过使用PID调节器处理在所述可移动活塞(22)的位置的适宜值(XREF)与所述可移动活塞(22)的位置的实际值(X)之间的差值(εX)，确定第三闭环贡献(IQCL)。
3.根据权利要求1的驱动方法，所述方法包括下列另外的步骤：根据横穿所述比例电磁阀(21)的所述增压油流量(QFF)，并且根据所述比例电磁阀(21)上游的油压(POIL)，估算经过所述比例电磁阀(21)的所述压降(DltPEV)。
4.根据权利要求3的驱动方法，所述方法包括下列另外的步骤：确定实验表格，所述实验表格根据横穿所述比例电磁阀(21)的所述增压油流量(QFF)提供经过所述比例电磁阀(21)的所述压降(DltPEV)，并且根据所述比例电磁阀(21)上游的所述油压(POIL)和根据所述比例电磁阀(21)上游的油温度(TOIL)进行参数化。
5.根据权利要求1的驱动方法，所述方法包括下列另外的步骤：根据所述可移动活塞(22)的速度并且根据所述致动室(20)的截面，计算横穿所述比例电磁阀(21)的所述增压油流量(QFF)。
6.根据权利要求1的驱动方法，所述方法包括下列另外的步骤：根据横穿所述比例电磁阀(21)的所述增压油流量(QFF)，根据在所述致动室(20)内部的所述负荷压强(Pload)，根据所述比例电磁阀(21)上游的油压(POIL)，并且根据所述比例电磁阀(21)上游的油温度(TOIL)，确定第一开环贡献(IP)。
7.根据权利要求1的驱动方法，其中估算所述比例电磁阀(21)的线圈(29)的适宜位置(XSpoolRef)的步骤包括下列另外的步骤：
根据经过所述比例电磁阀(21)的所述压降(DltPEV)，并且根据横穿所述比例电磁阀(21)的所述增压油流量(QFF)，确定流通面积(KA)；和
根据所述流通面积(KA)确定所述比例电磁阀(21)的线圈(29)的适宜位置(XSpoolRef)。
8.根据权利要求7的驱动方法，所述方法包括使用下列方程确定所述流通面积(KA)的另外步骤：
KA＝QFF 2/DltPEV
KA         流通面积；
QFF        横穿所述比例电磁阀(21)的增压油流量；
DltPEV     经过所述比例电磁阀(21)的压降。
9.根据权利要求7的驱动方法，所述方法包括下列另外的步骤：确定实验表格，该实验表格根据所述流通面积(KA)提供所述比例电磁阀(21)的线圈(29)的适宜位置(XSpoolRef)。
10.根据权利要求1的驱动方法，所述方法包括下列另外的步骤：
确定取决于闭路中心电流的第四贡献(ΔICC)；和
通过四种贡献(IP、IQFF、IQCL、ΔICC)的代数和计算适宜电驱动电流值(ITOT)。
11.根据权利要求1的驱动方法，所述方法包括根据所述可移动活塞(22)的位置确定适宜负荷压强(Pload)的另外步骤。
12.根据权利要求1的驱动方法，其中由机械连接到所述可移动活塞(22)本身上的位置传感器(30)提供所述可移动活塞(22)的位置的实际值(X)。
13.根据权利要求1的驱动方法，其中将所述液压致动器(13)的所述活塞(22)机械连接到机械伺服辅助的齿轮箱(8)的控制轴(18)上以对所述控制轴(18)施加确定齿轮的啮合或脱离的运动。
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