CN103206416B - 用于确定流体回路中蓄能器预充压力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种系统，其包括泵、蓄能器、传感器和控制器，所述传感测量流体回路中的管路压力。该控制器绘制并计算来自传感器的第一和第二组测得的压力值的相应斜率，计算斜率比值，并将所述斜率比值与阈值进行比较。当所述比值超过阈值时，控制器还记录预充压力，其作为表示斜率的线的交点。当预充压力掉落至低于校准的最小阈值时，执行控制动作。一种方法，包括测量压力值，计算相应的斜率和斜率比值，将所述斜率比值与比值阈值进行比较，当所述比值超过阈值时，记录表示斜率的线的交点，其作为插值得到的预充压力，以及执行控制动作。

Description

用于确定流体回路中蓄能器预充压力的方法和系统

技术领域

本发明涉及液力流体回路的控制，并特别地涉及这样的回路中的蓄能器预充压力的确定。

背景技术

液力流体回路使用多个流体提供动力的部件以在系统内执行工作。流体回路内的压力经由流体泵提供。补充的流体压力可由液力蓄能器（hydraulicaccumulator）提供。蓄能器起到备用的能量存储装置的作用，典型地为压力存储储藏器的形式。特别地，当回路中的流体压力使活塞在缸体内移动时，液力-气动式蓄能器被填充。活塞的运动压缩汽缸内的大量惰性气体，因此允许油流入蓄能器。

当开启流体泵时，流体在压力下被输送至流体回路的全部的打开支路。一旦回路的各流体通道已经完全充满油，蓄能器活塞开始压缩填充的气体。当回路内的流体压力克服了缸壁上的活塞密封的阻力（drag）时，活塞会开始在其压缩冲程中运动。就在这样运动开始之前，储能器内的气体压力与回路内的流体压力保持平衡。该压力点已知为蓄能器预充压力。

发明内容

这里公开了一种系统，具有流体回路和控制器。所述回路包括泵、压力传感器、和蓄能器。控制器与传感器连通，且被编程为或以其他方式被配置为精确地识别蓄能器的预充压力。保持在蓄能器内的流体的体积可依据该预充压力而被确定，其后，该体积在流体回路的总控制中用作控制输入。在一个示例性实施例中，该系统可以是具有变速器的车辆，所述流体回路提供管路压力至变速器的流体提供动力的部件。

随着蓄能器老化和它的活塞密封件退化，蓄能器的预充压力可随着时间变化。因此，即使管路压力保持基本不变，蓄能器在不同的时间可保持不同体积的油。因此，本方法致力于准确地识别预充压力，从而对流体回路的操作的控制可使用准确的、最新的体积数据而随时间被有效地保持维持。

在流体回路内，压力传感器被相对于蓄能器定位以测量这样的管路压力。控制器包括有形的非瞬时的存储器和处理器，所述存储器上记录了用于确定预充压力的指令，所述处理器选择地执行所述指令，例如响应于检测到的事件（诸如发动机点火或钥匙接通事件）。处理器对所述指令的执行使得处理器计算由传感器测量的不同组的测得的管路压力值的相应斜率。

在执行指令时，控制器计算所述斜率的比值，并随后将所计算的斜率比值与校准的比值阈值进行比较。在校准的比值阈值以上时，例如在一个可行的实施例中约4：1以上，控制器执行本地最大化函数，以识别出与该最大斜率比值相符的时间点。控制器随后确定在该最大斜率比值处的表示所述斜率的一对线的交点。在所述交点处的对应的管路压力读数被作为插值得到（interpolated）的预充压力值记录下来。在一些实施例中，该值可被考虑为原始值，并因此在将过滤的值作为插值得到的预充压力记录在存储器之前根据需要被过滤。

控制器还被配置为利用所记录的实际预充压力而执行与泵和/或蓄能器相关的合适的控制动作。例如，无论何时插值得到的预充压力掉落至低于校准的压力阈值时，控制器可简单地记录信号通知蓄能器活塞密封件的维修或更换的诊断代码，和/或控制器可自动地修改泵的控制参数以改变泵的开/关循环频率或流体输出。

一种方法，包括在具有泵和液力蓄能器的流体回路中经由压力传感器测量第一组和第二组压力值，例如最旧和最新近记录的值。该方法还包括利用与传感器连通的控制器计算第一组和第二组的相应斜率，和计算所述斜率的比值。随后将计算的斜率比值与比值阈值进行比较。当所述比值超过所述阈值时，插值得到的预充压力被作为与表示相应斜率的一对线的交点对应的压力记录下来。该方法进一步包括，当预充压力掉落至低于校准的压力阈值时，经由控制器执行与泵和蓄能器中的至少一个相关的控制动作。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是为车辆形式的示例性系统的示意图，其中车辆具有液力流体回路和控制器，该控制器被配置为用于确定在流体回路内使用的蓄能器的预充压力。

图2是所测得的流体压力值的示例性时间曲线图，所述测得的流体压力值可用于插值得到图1中所示的流体回路内的蓄能器预充压力。

图3是所记录的压力值的另一示例性时间曲线图，所述压力值由相交的斜率线分界，以指示用在如这里所述的环形缓冲区/数组中的值。

图4是流程图，描述了用于确定流体系统（诸如图1中的车辆）中是液力蓄能器预充压力的方法。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在多幅图中对应于相同或相似的部件，图1中显示了系统10。系统10包括流体回路18，所述流体回路18具有泵26和液力蓄能器40。尽管下文中车辆用于解释性目的，可以使用具有类似的泵和蓄能器的任何系统10，而不会背离意图的发明范围。例如，系统10可以是制造系统，其使流体在压力下循环，来为诸如液力冲床和升降机的装置提供动力。

系统10包括控制器20。控制器20与系统10的各部件电力连通，如用双头箭头11（通往和来自回路18）和111（通往和来自变速器14）所指示的。在图1的非限制性车辆实施例中，流体回路18与变速器14流体连通。变速器14可由内燃发动机12或任何其他原动机（诸如电机）驱动。发动机12将输入扭矩（箭头T_I）经由输入构件13传送至变速器14。变速器14的输出构件16将输出扭矩（箭头T_O）传送至一组驱动轮（未示出）以推进车辆。变速器14可包括流体动力部件21，诸如阀、活塞、离合器组（clutchpack）等。流体回路18被配置为根据需要使流体在压力下循环至各部件21。

单向阀51可以与旁通阀48一起使用，用于蓄能器40的旁通控制，而另一个单向阀151可用作安全阀（reliefvalve）。其他阀可用来在流体回路18中提供所需要的流体控制水平。泵26从储藏器28抽吸油31或其他合适的流体并使油31循环至蓄能器40。当系统10被配置为如图所示的车辆时，泵26还可使油31循环至变速器14用于由部件21使用。因此油31被循环通过流体回路18的各流体通道30至蓄能器40、变速器14、以及可能额外的流体部件25和125，诸如流动和/或压力控制阀。

图1的蓄能器40可以是本领域已知类型的大致圆柱形的液力-气动式蓄能器，或者是任何其他蓄能器设计，该蓄能器具有带活塞密封件46的活塞44。活塞密封件46可由合适的弹性材料制成，当活塞44在蓄能器中运动时其沿蓄能器的内壁42滑动。当流体通道30充满油31时，活塞44保持稳固地固定，蓄能器40保持为空的。更精确地，蓄能器40保持为由大量惰性气体（例如氮）填充。

在平衡处，蓄能器40中的气体压力等于流体回路18的其余部分中的流体压力。当流体回路18内的压力上升到该平衡点以上时，活塞密封件46抵靠内壁42的密封阻力被克服。活塞44开始在蓄能器40内运动。油31开始填充下腔室142，所述下腔室142由内壁42限定在活塞44与至蓄能器40的流体入口45之间。保持在下腔室142中的油31的体积可依据预充压力来确定，所述预充压力即当密封阻力最初被克服时活塞44的转变点（apointofinflection）处的压力，其中在该预充压力点处蓄能器40中的流体体积为零。

如上所述，随着蓄能器40和活塞密封件46老化，该值会变化，且因此蓄能器40的精确体积可开始不同于其校准的/新的初始值。即，新的蓄能器通常具有已知的预充压力。然而，随着时间推移，活塞密封件46退化，结果蓄能器40中的填充气体可泄漏。这改变预充压力。本发明致力于准确地确定该压力，即使在其随时间变化时。

依然参考图1，压力传感器41（例如变换器（transducer））定位在流体回路18中，例如邻近流体入口45。传感器41测量流体回路18中的管路压力。来自传感器41的压力读数（箭头17）被传送至控制器20，并继而由控制器20记录下来。控制器20利用所述压力读数（箭头17）使用本方法100插值得到蓄能器40的预充压力，以及响应于变化的预充压力而按照需要控制流体回路18。譬如，一旦已经确定了准确的预充压力，控制器20计算在任何后续时间点处容纳在蓄能器40内的油31的体积。如果需要，控制器20还能改变泵26的一些操作参数（譬如泵速度），和/或记录指示蓄能器40和/或活塞密封件46的维修或更换的诊断代码等。

控制器20被配置为存储和访问表达本方法100的处理指令，下文中参考图4描述了所述方法的示例性实施例。控制器20可包括处理器/CPU22和存储器24，所述存储器中的至少一些是有形的/非瞬时的。存储器24可包括充足的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、电可编程只读存储器（EPROM）、闪速存储器等，以及任何所要求的电路系统，包括但不局限于高速时钟（未示出）、模拟数字转换（A/D）电路、数字模拟转换（D/A）电路、数字信号处理器（DSP）、和必要的输入/输出（I/O）装置以及其他信号调制和/或缓冲电路。控制器20执行来自有形、非瞬时的计算机可读存储器或存储介质24的表达本方法100的处理指令。

参考图2，示例性时间曲线图50包括迹线52。迹线52描述了一组压力读数的变化的压力（P），其被绘制在垂直轴线上，与水平轴线上的时间（t）相对。这些读数表示为从图1中所示的传感器41接收的压力读数（箭头17）。具有被分配大小的环形缓冲区/滑动数组（slidingarray）可用于记录来自被接收的管路压力读数的样本，例如每10ms记录一次或使用任何其他合适的采样频率。

在非限制示例性实施例中，环形缓冲区/数组可被分割成三个不同的分区，对应最旧、最新和中期的压力读数。为清楚起见，在图2中将保持最新读数的分区标记为Z_N，区域Z_N开始于点56并终止于点58。将保持最旧读数的分区标记为Z_O，其开始于原点（O）并终止于点54。将具有中间读数的余下区域标记为Z_D，即“死区”，其位于迹线52的点54和56之间。死区（Z_D）中的值是“死的”是考虑到它们不用于插值得到图1的蓄能器40的预充压力中。在某点处，这些死区值变成最旧的值，并在该点处用于插值。

如本领域所熟知的，具有被分配的大小（n）（例如10个索引）的环形缓冲区或滑动数组接收新值并将新值以一串数据样本记录在从1到n的每个索引中。当环形缓冲区/数组最后的索引已满，下一读数被记录在该数组的第一索引中，因此覆写之前记录在那个特定索引中的数据。对于10个压力读数（即，n=10)的非限制性示例，可将10个索引分成三个不同的分区或窗口（window），例如大小分别为3、4、和3。数组的大小可取决于系统（在该系统中采用控制器20）而变化，而不背离意图的发明范围。

参考图3，示例性时间曲线图150包括另一条迹线152，其中该迹线152被分成三个不同的分区Z_O、Z_D和Z_N，如上面所解释的。图1的控制器20计算分区（Z_N），即最新记录的压力读数，的斜率，以及分区（Z_O），即数组中最旧记录的压力读数，的斜率。这些斜率由图3中的线60和62表示。线60和62相交于点61处，随着继续接收和记录新的压力读数，该点61会随同线60和62的斜率一同变化。

一旦符合了一定斜率标准（其指示在蓄能器中已经达到转变点，即，克服了密封阻力且图1的活塞44已开始运动），则相同附图的控制器20发现并记录对应于相交点的发生在最大或峰值处压力。该压力被视为初始/原始预充压力。在新活塞密封件46（见图1）的情况中，密封阻力可较高，因此在迹线152中产生尖锐峰值。随时间的过去，密封件46磨损，转变点在迹线152中出现时可能不容易识别。本方法可以帮助准确地确定转变点和最终的预充压力，即使在活塞密封件46退化时。

结合图1的结构参考图4，其显示了用于确定蓄能器40的预充压力的示例性方法100。执行步骤102和104以验证在进行剩余的步骤之前已满足某些条件。当用于车辆上时，步骤102可以使必需验证在当前关键循环中预充状态尚未实现。仅当尚未实现预充状态时控制器20执行步骤104，否则方法100退出，如由“**”指示的。在其他系统中，可使用类似的标准来确定何时继续进行本方法100以及何时不继续进行本方法100。

在步骤104处，控制器20可验证附加的标准，例如计时器是否数过了标定的（calibrated）时长且因此超时，和/或最小压力是否存在于流体回路18中。这些或其他合适的条件可用来确保没有错误地检测到低噪音（low-lyingnoise）或压力脉动。如果计时器超时且没有检测到预充，则控制器20临时地停止寻找针对该特定关键循环的预充压力。当还没有满足这样的标准时，方法100可返回至开始（*）和重新初始化，或当满足了该标准时方法100可进行至步骤106。

在步骤106处，压力传感器41测量流体回路18中的管路压力，并将这些值作为压力读数（箭头17）传送至控制器20。控制器20继而将这些值记录在如上所述的存储器24的滑动数组或环形缓冲区中。步骤106可包括，当数组的每个元素或索引填有来自传感器41的对应压力读数时，增长在环形缓冲区/数组中的数组索引。方法100随后同时进行至步骤108和112。

在步骤108中，控制器20确定环形缓冲区中的最后的数组是否填有数据。如果该数组已填写，则方法100进行至步骤110。否则方法100进行至步骤112。

在步骤108处已经确定了缓冲区/数组已满，在步骤110处，控制器20则向环形缓冲区/数组的第一元素填写下一被接收的压力读数。在方法100持续期间，步骤106、108和110继续被循环执行，而余下的步骤使用被包含在环形数组内的数据。换句话说，图2的迹线52和图3的迹线152的轮廓随着每一个新读数更新缓冲区/数组而变化。

在步骤112处，控制器20计算图2和3中所示的相应分区Z_N和Z_O中的最新和最旧数据的斜率。一旦记录了斜率，方法100进行至步骤114。

在步骤114处，图1的控制器20计算来自步骤106的斜率的比值。该值同样记录在存储器24中。方法100随后进行至步骤116。

在步骤116处，控制器20将来自步骤114的所计算的斜率比值与校准的比值阈值（例如在一个可能的实施例中为4：1）进行比较。用作校准值的该比值应对应于接近垂直取向的斜率。如果计算出的比值小于校准的比值阈值，方法100重复步骤106。然而，如果计算出的比值超过的校准的比值阈值，方法100改为进行至步骤118。

在步骤118处，控制器20将所计算的比值最大化。换句话说，一旦步骤116已经确定所计算的比值超过校准的比值阈值，控制器20开始寻找指示压力读数已达顶点的峰值或最大值，例如，使用最大化函数（maximizationfunction）。譬如，图3的示例迹线152显示了点61之后某时刻的清楚的峰值，跟随有清楚的压力降低。为了便于解释，假设点61对应于首次超过校准的比值阈值的线60和62的斜率，控制器20则可对在通过校准的比值阈值之后被记录的值执行最大化函数。这进一步隔离和识别出在达到阈值之后的时间段中的最大比值。使用另一例子，如果计算出的比值通过了4：1的阈值比值，达到5：1的最大值，随后再次向4：1回退并低于4：1，则5：1比值被视为最大比值。一旦识别，方法100进行至步骤120。

在步骤120处，控制器计算分开在最新分区(Z_N)和最旧分区(Z_O)中的数据点的线的交点，最新分区(Z_N)和最旧分区(Z_O)二者均在图2和3中示出。在方法100进行至步骤122之前，临时地将对应的压力读数作为初始的预充压力值记录在存储器24内。

在步骤122处，控制器20可以可选择地过滤所记录的初始预充压力值以计入信号噪音，而不是将所记录的值视为实际预充值的真表示。例如，假设第一初始预充压力值(P₁)通过方法100被第一次记录。在下次过程时，确定第二初始预充压力值(P₂)。该值可以某种方式被过滤，诸如使用卡尔曼滤波器、使用移动平均、使用权重函数（与最新近记录的n+1的值相比，该权重函数分派更大的权重给n个先记录的值）等。以该方式，异常值或错误的数据点不会过度地影响流体回路18的控制。相反，趋势必须发展为对实际预充压力具有可感知的效果。

尽管已经对用于执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将在所附的权利要求的范围内认识到用来实施本发明的各种替换设计和实施例的。

Claims (10)

1.一种用于确定液力回路中蓄能器预充压力的系统，包括：

流体泵，将在管路压力下的流体提供至流体提供动力的部件；

液力蓄能器，与所述泵流体连通；

压力传感器，相对蓄能器定位，所述压力传感器测量管路压力；和

控制器，与所述传感器电连通，其中所述控制器被配置为：

计算第一组和第二组测得的压力值相应斜率，所述压力值由传感器传送至控制器；

计算所述相应斜率的比值；

将计算出的斜率比值与比值阈值进行比较；

当所述比值超过比值阈值时，记录预充压力，所述预充压力为与表示相应斜率的一对线的交点对应的压力值；

当所记录的预充压力小于校准的最小阈值时，执行与泵和蓄能器中的至少一个有关的控制动作。

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括与所述泵流体连通的变速器。

3.如权利要求1所述的系统，其中控制器将接收到的压力读数记录在环形缓冲区或滑动数组中。

4.如权利要求3所述的系统，其中控制器被配置用于部分地利用对应于一组最旧和一组最新近记录的压力值的来自环形缓冲区或滑动数组的被记录的压力值计算所述比值。

5.如权利要求4所述的系统，其中环形缓冲区或滑动数组具有标定数量的索引且被分割成第一、第二和第三分区，且其中控制器将最旧和最新近记录的压力读数分派至相应第一和第三分区中的对应索引。

6.如权利要求1所述的系统，其中控制器利用卡尔曼滤波器过滤插值得到的预充压力的值。

7.如权利要求1所述的系统，其中控制器利用标定数量的之前记录的预充压力的移动平均和加权平均之一过滤插值得到的预充压力的值。

8.如权利要求1所述的系统，控制动作包括修改循环频率和泵速度中的一个。

9.一种车辆，其包括：

变速器，具有流体提供动力的部件；

流体泵，与所述流体提供动力的部件流体连通；

液力蓄能器，与流体泵流体连通；

压力传感器，其被定位并配置为测量流体回路内的管路压力；和

控制器，与所述传感器电连通，其中该控制器：

从所述传感器接收测得的压力值；

将测得的压力值记录在环形缓冲区中，所述环形缓冲区具有对应于最新近记录和最旧记录的压力值的指定分区；

计算最新近记录的和最旧记录的压力值的相应斜率；

计算所述相应斜率的比值；

将计算的比值与大于4：1的比值阈值进行比较；

仅当所述比值超过所述比值阈值时记录计算的预充压力值，其为一对表示斜率的线的交点；

依据至少一个之前计算的预充压力来过滤计算的预充压力的值；和

当计算的预充压力掉落至低于校准的最小阈值时，修改泵的操作参数。

10.如权利要求9所述的车辆，其中控制器使用卡尔曼滤波器、移动平均、和加权平均中的至少一个来过滤值。