CN102815302B - 车辆停车系统中的施加减振扭矩的装置及控制扭矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆停车系统中的施加减振扭矩的装置及控制扭矩的方法。在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动并且控制扭矩的方法可以包括：检测驾驶员的释放停在斜坡上的车辆的停车状态的意图；并且将抵消扭矩施加至停车齿轮，以抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩。用于应用所述方法的装置可以包括：转矩变换器和齿轮单元，所述转矩变换器和齿轮单元将处于怠速状态的发动机的输出扭矩放大并施加至停车齿轮；以及/或者直接连接至停车齿轮的驱动马达，所述驱动马达利用电池的电力产生扭矩，并将该扭矩施加至停车齿轮。

Description

车辆停车系统中的施加减振扭矩的装置及控制扭矩的方法
技术领域
本发明涉及一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的装置以及用于控制扭矩的方法。更具体地，本发明涉及这样一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的装置，以及用于控制扭矩的方法，所述控制扭矩的方法用以减小当在斜坡上的车辆的停车状态被释放时所产生的传动系的振动和冲击噪音，并且用以减小用于释放所述停车状态的操作力。
背景技术
通常来说，当变速杆从P(停车)档位移动到R(倒车)档位或D(行驶)档位以启动停在斜坡上的车辆时，车辆中会产生较大的振动和冲击噪音，并且移动变速杆需要较大的释放力。
在具有停车齿轮和卡块(sprag)构成的棘轮机构的典型的停车系统中，由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的力会导致使停车齿轮旋转的力(即扭矩)，这会在卡块和停车凸轮之间产生较大的摩擦阻力，从而会使从停车档位释放变速杆所需的释放力增大。
在停车期间，由于锁住驱动轮所产生的扭矩，会使较大的力以滚动的方向施加至传动系，在此时，如果卡块突然的与停车齿轮松开(即如果停车的锁定状态被释放)，则传动系会返回到其初始位置，从而会产生振动、冲击以及冲击噪音。
参考图1所示，通过由车辆的重量和道路上的斜坡的坡度所产生的力，使得旋转扭矩施加至停车齿轮3，停车齿轮3的这个旋转扭矩F1会产生使卡块4上升的力F2。在停车状态中，卡块4与停车凸轮5相接触，在此时，如果变速杆1从停车档位释放，停车凸轮5会被向后拉动F3。因此，使卡块4上升的力F2会在停车凸轮5和卡块4之间产生较大的摩擦阻力，从而从停车档位释放变速杆1所需的释放力会 增加。此外，当车辆被停在斜坡上时，如图2所示，通过施加至驱动轮的扭矩，使传动系中会产生较大的滚动位移。因此，随着变速杆1从停车档位被释放，卡块4和停车齿轮3之间的摩擦被移除，在此时，在滚动转动方向接收到较大的力的传动系返回到其初始位置，从而会产生较大的振动、冲击以及冲击噪音。
然而，即使在这种传统的车辆停车系统在设计过程中配置为满足变速杆1从停车档位释放所需的初始释放力的目标值的时候，释放力也会随着变速杆1使用的频率的增加而增加。因此，变速缆线7(连接至操作杆8)会由于释放力的增加而被拉长，这可能会使变速杆1的档位发生抵消。此外，在变速杆1从停车档位释放时会产生较大的冲击和振动，这会降低了车辆的品质。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的装置以及用于控制扭矩的方法，其中当驾驶员将变速杆从P(停车)档位移动和释放至R(倒车)档位或D(行驶)档位以启动停在斜坡上的车辆时，将扭矩以与由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的旋转扭矩相反的方向施加至停车齿轮，从而抵消由于车辆的重量和斜坡的坡度而施加至驱动轮的扭矩。
本发明的其它方面致力于提供一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，所述方法包括：检测驾驶员的释放停在斜坡上的车辆的停车状态的意图；并且将抵消扭矩施加至停车齿轮，以抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩。
在本发明的各个方面中，检测驾驶员的释放车辆的停车状态的意图可以包括：检测驾驶员是否踩下刹车踏板；检测变速杆是否处于停车档位；并且检测变速杆上的按钮是否被按动。
在其它方面中，本发明的方法可以进一步包括：检测车辆是否是将要爬坡或下坡；从而当检测到车辆是将要爬坡或下坡时，根据车辆 的重量和斜坡的坡度计算抵消扭矩。
在其它方面中，所述抵消扭矩可以是通过将以怠速rpm(每分钟转数)旋转的发动机的扭矩放大而获得的扭矩。
在其它方面中，所述抵消扭矩可以是利用电池的电力产生的驱动马达的扭矩。
在其它方面中，所述抵消扭矩可以是通过将以怠速rpm旋转的发动机的扭矩放大而获得的扭矩与利用电池的电力产生的驱动马达的扭矩之和。
在其它方面中，本发明的方法可以进一步包括：当变速杆换档到停车档位之外，则停止抵消扭矩的施加。
本发明的其它各个方面致力于提供一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的装置，其配置为当驾驶员的释放停在斜坡上的车辆的停车状态的意图被检测到时，将抵消扭矩施加至停车齿轮，以抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩。示例性的装置可以包括：转矩变换器，所述转矩变换器接收发动机的输出扭矩，并将所接收到的扭矩放大；以及齿轮单元，所述齿轮单元接收由所述转矩变换器放大的发动机的输出扭矩，并将所接收到的输出扭矩施加至停车齿轮。
本发明的其它各个方面致力于提供一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的装置，其配置为当驾驶员的释放停在斜坡上的车辆的停车状态的意图被检测到时，将抵消扭矩施加至停车齿轮，以抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩。所述示例性的装置可以包括直接连接至停车齿轮的驱动马达，所述驱动马达利用电池的电力产生抵消扭矩，并将该抵消扭矩施加至所述停车齿轮。
本发明的其它各个方面还致力于提供一种用于施加抵消扭矩的装置，该抵消扭矩可以是以怠速rpm旋转的发动机的扭矩经放大而获得的扭矩与利用电池的电力产生的驱动马达的扭矩之和。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1是显示了传统的车辆停车系统的示意图。
图2是显示了传统的传动系在停在斜坡上的期间以及在停车状态被释放的时候的动作的示意图。
图3是显示了根据本发明的用于检测驾驶员的意图以释放停车状态的条件的示意图。
图4是显示了根据本发明的在车辆停车系统中用于控制扭矩以减少振动的示例性的方法的流程图。
图5是显示了根据本发明的用于计算抵消扭矩的示例性的方法的示意图。
图6是显示了根据本发明的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的示例性的装置的示意图。
图7是显示了根据本发明的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的另一个示例性的装置的示意图。
应当了解，所附附图并非一定是按比例的，其显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体预期应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
现在将对本发明的各个实施方式详细地作出引用，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。
应该理解的是，术语“车辆”或“车辆的”或在本文中使用的其它类似术语包含了一般意义上的机动交通工具，例如：包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的客用汽车，包括各种船只和轮船的船舶，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电 动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其它可选择燃料车辆(例如从除了石油之外的资源所获得的燃料)。本文中提及的混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如同时采用汽油和电作为动力的车辆。
参考图1至图4所示，在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的示例性的方法检测驾驶员的意图以释放停在斜坡上的车辆的停车状态，并且该方法将扭矩以与车辆的重量和斜坡的坡度所产生的旋转扭矩相反的方向施加至停车齿轮，以抵消施加至停车齿轮的旋转扭矩，从而在驾驶员释放停在斜坡上的车辆的停车状态时减少所产生的冲击和振动，并且减少从停车状态释放变速杆所需的操作力。
当车辆被停在斜坡上时，驾驶员从停车档位释放或移动变速杆1的意图可以通过以下检测过程而被检测，检测驾驶员是否踩下刹车踏板，检测变速杆是否在停车档位，以及检测变速杆1的按钮2是否被按动。
驾驶员是否踩下刹车踏板的状态可以通过脚踏刹车开关(foot brake switch)而被检测，该脚踏刹车开关在驾驶员踩下刹车踏板的同时将刹车操作信号传递给控制器。
变速杆的停车档位可以通过减速器(decelerator)的抑制开关(inhibitorswitch)而被检测。该抑制开关连接至变速杆1的变速缆线7，从而检测变速杆1是位于停车档位、倒车档位或是空档位，并且将相应的信号传递至控制器。
例如，当变速杆1要从停车档位进行换档的时候，变速杆1的按钮2会被按动。按钮2的操作可以以下述的方式被检测：将开关连接至按钮2，从而当变速杆1的按钮2被驾驶员(该驾驶员想要从停车档位释放变速杆1)按动的同时，可以将按钮2的操作信号(即按动信号)传递至控制器。
因此，假设在脚踏制动器被开启并且变速杆1位于停车档位的情况下，在变速杆1的按钮2被按动并被开启以从停车档位释放变速杆1的瞬间，如图6和图7所示，扭矩(即抵消扭矩)被施加至停车齿轮14，从而抵消车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩。
在此时，检测当停车状态被释放时或当车辆启动时车辆是否是将 要爬坡或下坡，从而依据所检测的状态将所需大小的抵消扭矩施加至停车齿轮14。
这里，抵消扭矩可以根据车辆的重量、斜坡的坡度、当车辆启动时车辆是否是将要爬坡或下坡以及其它因素而进行变化。车辆爬坡或下坡的状态以及斜坡的坡度可以通过车辆中采用的电子稳定程序(ESP)而被检测。例如，当斜坡的坡度为8％或更高的时候，车辆爬坡或下坡的状态可以被检测。
施加至停车齿轮14的抵消扭矩可以利用车辆的总重量(GVW)和斜坡的坡度通过下面的方程式1来进行计算。
方程式1：Fw＝W×sinθ
抵消扭矩＝Fw×η
其中，Fw表示由于斜坡的坡度所导致的向后滚动力，W表示车辆的总重量，其对于车辆的具体型号来说是一个固定的值，θ表示斜坡的角度(如图5所示)，η表示系数。
方程式1中的系数η可以是85％至95％中的一个值。抵消扭矩被施加至停车齿轮14，该抵消扭矩的大小为由于斜坡的坡度所导致的向后滚动力Fw的85％至95％，优选的是90％。
在抵消扭矩被施加至停车齿轮14的同时，对变速杆1的当前档位受到持续地检测。如果变速杆1处于停车档位，那么抵消扭矩被持续地施加至停车齿轮14。然后，如果变速杆1换档到停车档位之外，那么就停止抵消扭矩的施加。
参考图6和图7所示，将抵消扭矩施加至停车齿轮14的方法包括：将在怠速rpm(每分钟转数)下旋转的发动机扭矩施加至停车齿轮14的方法，以及根据状态利用驱动马达20直接施加所需要大小的扭矩的方法。
参考图6所示，将发动机10的扭矩施加至停车齿轮14的方法是利用转矩变换器11将处于怠速状态的发动机10输出的扭矩放大，并通过齿轮单元12将放大的扭矩施加至停车齿轮14，该齿轮单元12连接至转矩变换器11。齿轮单元12由专用的齿轮(dedicated gear)组成，以用于将所述扭矩(即抵消扭矩)施加至停车齿轮14，其将在后面的关于车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的装置中进行描述。
参考图7所示，利用驱动马达20将扭矩直接施加至停车齿轮14的方法是利用与停车齿轮14直接连接的液压马达或电动马达，而将所需要大小的扭矩(即抵消扭矩)施加至停车齿轮14。在液压马达的情形中，其操作是利用液压泵和自动变速器的阀体而进行控制的，在电动马达的情形中，其操作是利用设置在车辆中的电池电力而进行控制的。也就是说，利用车辆中的电池的电力所产生的驱动马达20的扭矩被施加至停车齿轮14。
如此，扭矩(即抵消扭矩)以与车辆的滚动方向相反的方向(即与车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩的方向相反)施加至停车齿轮，从而抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩。因此，停车凸轮和卡块15之间的摩擦阻力减小，进而降低了从停车档位释放变速杆所需的释放力，从而减小了在停车状态被释放时所产生的振动和冲击噪音。
因此，在停车凸轮和卡块彼此接触时所产生的瞬间的摩擦力被减小了，这增大了上述组件的耐久力，从而防止变速杆所需的释放力(即从停车档位释放变速杆的操作力)增大。
由上述的方法控制的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的示例性的装置可以配置为图6或图7所示的那样。
参考图6所示，根据本发明各个实施方式的用于施加扭矩以减少振动的装置可以包括转矩变换器11和齿轮单元12，该转矩变换器11接收发动机10的输出扭矩并将所接收的扭矩放大，该齿轮单元12接收由转矩变换器11放大的发动机10的输出扭矩，并将所接收的输出扭矩施加至停车齿轮14。
齿轮单元12连接至作为停车齿轮14的旋转轴的驱动轴16，以将由上述的公式1计算出来的抵消扭矩施加至停车齿轮14，从而使停车齿轮14抵消驱动轮的旋转扭矩，该驱动轮通过输出齿轮17、差速器齿圈(differential ring gear)18以及轮轴19而连接至停车齿轮14。
齿轮单元12可以包括至少一个齿轮构件，构成齿轮单元12的多个齿轮构件可以采用适当的连接结构，从而使转矩变换器11的输出扭矩增大。
在各个实施方式中，优选地，齿轮单元12是用于将抵消扭矩施加 至停车齿轮14的专用的齿轮，并且在变速杆1处于换档档位(例如第一档位或倒车档位)而不是停车档位时，用于施加扭矩的齿轮可以单独地配置。
参考图7所示，根据本发明的其它实施方式的用于施加扭矩以减少振动的装置可以包括驱动马达20，该驱动马达20接收车辆中设置的电池的电力并产生扭矩。
驱动马达20通过驱动轴16连接至停车齿轮14，从而将利用电池的电力产生的扭矩直接施加至停车齿轮14。
相应地，齿轮单元12布置在停车齿轮14和发动机10之间，该齿轮单元12其用于直接接收来自发动机10的输出扭矩，并将所接收的输出扭矩施加至停车齿轮。
因此，驱动马达20由其自身产生扭矩并将该扭矩施加至停车齿轮14，或者，驱动马达20与发动机10一起产生扭矩并将该扭矩施加至停车齿轮14，从而放大施加至停车齿轮14的输出扭矩。
也就是说，抵消扭矩可以是以怠速rpm旋转的发动机10的扭矩和利用电池的电力产生的驱动马达20的扭矩之和。
驱动马达20可以配置为液压马达或电动马达。在液压马达的情形中，其操作是利用液压泵和自动变速器的阀体而进行控制的，在电动马达的情形中，其操作是利用电池电力而进行控制的。
当利用根据本发明的上述的方式配置的用于施加扭矩以减少振动的示例性的装置而将车辆的停车状态释放时，由方程式1计算出来的抵消扭矩被施加至停车齿轮，从而抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的施加至驱动轮的扭矩，并且因此可以减小当变速杆从停车档位被释放时所产生的振动和冲击。
同时，用于施加扭矩以减少振动的示例性的装置(其中驱动马达如图7所示那样用于将扭矩施加至停车齿轮)被应用于电动车辆的停车系统中，并且变速杆所需的释放力以及冲击、振动和噪音的减小在斜坡上被测量出来。测量的结果在下面的表格1中显示。
作为参考，由于在电动车辆中停车齿轮直接连接至驱动马达，因此电动车辆将驱动马达的扭矩直接施加至停车齿轮。
表格1：实验结果
在表格1中，作比较的实例表示的是没有采用本发明的用于施加扭矩以减少振动的示例性的装置的系统，而本发明的实例表示的是采用了本发明的用于施加扭矩以减少振动的示例性的装置的系统。另外，Kgf是指千克力。
从表格1中，可以看出，在本发明的实例中满足了用于释放停车状态的操作力的设计标准，并且与作比较的实例相比，该力更是减少了一半以上。
此外，如表格1所示，可以看出在本发明的实例中，当处于斜坡上的车辆的停车状态被释放时，传动系中产生的振动、冲击和噪音都减小了。
也就是说，通过实验证明了，当停在斜坡上的车辆的变速杆从停车档位被释放时，变速杆的操作力以及传动系的滚动所产生的振动和噪音都可以减小了。
如上所述，根据本发明，当检测到驾驶员从停车档位释放变速杆以启动停在斜坡上的车辆时，扭矩以与由车辆的重量和斜坡坡度所产生的扭矩的相反的方向施加至停车齿轮，从而抵消作用于停车扭矩上的旋转扭矩。因此，可以减少卡块和停车凸轮之间的摩擦阻力，从而减小用于释放变速杆的停车状态的操作力。此外，可以抵消在滚动方向上施加至传动系的力，并且从而减少当停车状态被释放时所产生的振动和冲击噪音。
此外，所减少的卡块和停车凸轮之间的摩擦力可以减少施加至各元件上的负载，因而能够使停车系统的各元件的耐久力提高。
前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描 述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (9)

1.一种在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，所述方法包括：
检测驾驶员的释放停在斜坡上的车辆的停车状态的意图；并且
将抵消扭矩施加至停车齿轮，以抵消由车辆的重量和斜坡的坡度所产生的扭矩,
其中所述抵消扭矩是通过将以怠速rpm旋转的发动机的扭矩放大而获得的扭矩，
其中所述抵消扭矩通过施加至停车齿轮而施加至轮轴，从而抵消驱动轮的旋转扭矩，所述停车齿轮连接至与差速器齿圈啮合的输出齿轮，所述差速器齿圈连接至所述轮轴。
2.根据权利要求1所述的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，其中检测驾驶员的释放车辆的停车状态的意图包括：
检测驾驶员是否踩下刹车踏板；
检测变速杆是否处于停车档位；并且
检测变速杆上的按钮是否被按动。
3.根据权利要求1所述的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，进一步包括：
检测车辆是否是将要爬坡或下坡；并且
当检测到车辆是将要爬坡或下坡时，根据车辆的重量和斜坡的坡度计算抵消扭矩。
4.根据权利要求1所述的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，其中所述抵消扭矩替换为是利用电池的电力产生的驱动马达的扭矩。
5.根据权利要求1所述的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，其中所述抵消扭矩替换为是通过将以怠速rpm旋转的发动机的扭矩放大而获得的扭矩和利用电池的电力产生的驱动马达的扭矩之和。
6.根据权利要求1所述的在车辆停车系统中用于施加扭矩以减少振动的方法，进一步包括：当变速杆换档到停车档位之外，则停止抵消扭矩的施加。
7.一种用于应用权利要求1所述的方法的装置，包括：
转矩变换器，所述转矩变换器接收发动机的输出扭矩，并将所接收到的扭矩放大；以及
齿轮单元，所述齿轮单元接收由所述转矩变换器放大的发动机的输出扭矩，并将所接收到的输出扭矩施加至停车齿轮，
其中所述齿轮单元连接至停车齿轮的驱动轴，从而将抵消扭矩施加至停车齿轮，所述停车齿轮连接至与差速器齿圈啮合的输出齿轮，所述差速器齿圈连接至轮轴，其中齿轮单元是用于将抵消扭矩施加至停车齿轮的专用的齿轮。
8.一种用于应用权利要求1所述的方法的装置，包括直接连接至停车齿轮的驱动马达，所述抵消扭矩替换为由所述驱动马达利用电池的电力产生，并将该抵消扭矩施加至所述停车齿轮。
9.一种用于应用权利要求1所述的方法的装置，包括：
转矩变换器，所述转矩变换器接收发动机的输出扭矩，并将所接收到的扭矩放大；
齿轮单元，所述齿轮单元接收由所述转矩变换器放大的发动机的输出扭矩，并将所接收到的输出扭矩施加至停车齿轮；以及
直接连接至停车齿轮的驱动马达，所述驱动马达利用电池的电力产生扭矩，并将该扭矩施加至所述停车齿轮；
其中所述停车齿轮接收到的抵消扭矩替换为等于由所述转矩变换器放大的发动机的输出扭矩与利用电池的电力由所述驱动马达产生的扭矩之和。
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