CN103375511A - 限力矩离合器液压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种限力矩离合器液压控制系统及方法。该系统包括液压泵、蓄能器、液压缸、转接头、电机、传动机构、控制器、数据采集装置和处理器；所述方法包括控制器收到限力矩离合器结合信号后，控制电机正转并带动液压泵工作，使油液由液压泵进入蓄能器和液压缸；当角位移传感器检测到的角位移实际值达到最佳角位移且压力传感器检测到的液压实际值达到限力矩离合器接合所需液压且发动机已启动时，控制电机停止正转；控制器接收到分离信号后，控制电机反转，并带动液压泵工作，使蓄能器和液压缸中的油液回流至液压泵。本申请通过蓄能器减小了离合器接合对启程的冲击，提高了控制精准度高、降低了控制成本，解决了现有技术的问题。

Description

限力矩离合器液压控制系统及方法

技术领域

本申请涉及混合动力技术领域，尤其涉及一种限力矩离合器液压控制系统及方法。

背景技术

限力矩离合器是混合动力汽车中的重要传动装置，设置于电机和发动机之间。混合动力汽车的驱动模式包括纯电驱动（仅通过电机驱动）、发动机驱动和混合驱动（电机和发动机共同驱动）。汽车在爬行或低速形式时，可采用纯电驱动，以减少耗油量；当汽车由爬行或低速行驶转为爬坡或加速行驶时，汽车所需驱动力增加，需要由纯电驱动转换为混合驱动，即通过电机启动发动机。通过控制限力矩离合器接合，向发动机传递扭矩，即可启动发动机。

现有限力矩离合器控制系统采用液压泵直接为限力矩离合器液压缸供压，并通过开关阀控制液压缸液压，以推动液压缸活塞运动，实现限力矩离合器摩擦片接合并压紧，从而向发动机传递扭矩、启动发动机。这种控制方法存在如下缺点：液压泵直接为液压缸供压，对正常行驶的汽车造成较大冲击，驱动模式转换过程的平顺性差；电机易对开关阀产生干扰，导致开关阀开关不彻底，影响整车动力性；同时，由于开关阀数量较多，导致控制程序复杂、控制成本高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种限力矩离合器液压控制系统及方法，以解决现有技术对汽车冲击大、控制不精准、控制成本高的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种限力矩离合器液压控制系统，包括液压泵、蓄能器、液压缸、转接头、驱动所述液压泵的电机、连接所述液压泵和电机的传动机构、控制器、数据采集装置和处理器；所述数据采集装置包括检测所述电机转轴角位移的角位移传感器和检测所述液压缸液压的压力传感器；

所述液压泵、蓄能器和液压缸分别与所述转接头连接；所述转接头内部设置有连通所述液压缸的油液容腔、蓄能器的油液容腔和液压泵的油液容腔的油道；

所述处理器用于：根据所述液压缸的液压与所述电机转轴的角位移之间的对应关系，确定与限力矩离合器接合所需液压相对应的所述电机的最佳角位移；判断所述角位移传感器检测到的角位移实际值是否达到所述最佳角位移及所述压力传感器检测到的液压实际值是否达到所述限力矩离合器接合所需液压；

所述控制器用于根据所述处理器的判断结果控制所述电机启停，包括：当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机已启动时，控制所述电机停止正转。

优选地，所述蓄能器具体为弹簧式蓄能器；所述弹簧式蓄能器包括螺母、圆柱弹簧、导杆、活塞、蓄能器阀体和活塞密封圈；

所述螺母通过螺纹与所述蓄能器阀体连接，所述圆柱弹簧套在所述导杆上，所述导杆与所述活塞连接，所述活塞与所述蓄能器阀体底部形成所述蓄能器的油液容腔；所述螺母用于调节所述圆柱弹簧的预压缩量。

优选地，在限力矩离合器结合过程中，所述控制器根据所述处理器的判断结果控制所述电机启停，还包括：

当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机未启动时，或，当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值未达到所述限力矩离合器接合所需液压时，控制所述电机继续正转。

优选地，所述系统还包括检测所述液压缸活塞位移的位移传感器和检测所述液压缸输出拉力的拉力传感器。

优选地，所述转接头设有排气阀；所述排气阀用于排出所述油道中的空气。

优选地，所述系统还包括无盖储油箱，所述无盖储油箱通过单向阀与所述油道连通，所述单向阀用于使油液只能由所述无盖储油箱流入所述油道。

优选地，所述传动机构包括由蜗轮蜗杆与齿轮齿条构成的组合机构。

一种限力矩离合器液压控制方法，应用于一种限力矩离合器液压控制系统；

所述限力矩离合器液压控制系统包括：液压泵、蓄能器、液压缸、转接头、驱动所述液压泵的电机、连接所述液压泵和电机的传动机构、控制器、数据采集装置和处理器；所述液压泵、蓄能器和液压缸分别与所述转接头连接；所述转接头内部设置有连通所述液压缸的油液容腔、蓄能器的油液容腔和液压泵的油液容腔的油道；所述处理器分别与所述控制器和数据采集装置连接；所述数据采集装置与包括检测所述电机转轴角位移的角位移传感器和检测所述液压缸液压的压力传感器；

所述方法包括步骤：

所述控制器收到限力矩离合器结合信号后，控制所述电机正转并带动所述液压泵工作，使油液由所述液压泵进入所述蓄能器和液压缸；

当所述角位移传感器检测到的角位移实际值达到所述处理器确定的最佳角位移且所述压力传感器检测到的液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机已启动时，所述控制器控制所述电机停止正转；

所述控制器接收到限力矩离合器分离信号后，控制所述电机反转，并带动所述液压泵工作，使所述蓄能器和液压缸中的油液回流至所述液压泵。

优选地，所述方法还包括：

当所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机未启动时，或，当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值未达到所述限力矩离合器接合所需液压时，控制所述电机继续正转。

优选地，所述处理器确定所述最佳角位移的方法包括：

根据所述数据采集装置采集到的数据确定所述液压缸的液压与所述电机转轴的角位移之间的对应关系；

根据所述对应关系，确定与离合器接合所需液压相对应的所述电机的最佳角位移。

从上述的技术方案可以看出，本申请在离合器接合过程中，液压泵排出的油液分别进入蓄能器和液压缸，缓冲了油液对液压缸活塞的冲击，减小了液压缸液压变化速率，从而减小了离合器接合对启程的冲击，增加了驱动模式转换过程的平顺性，提高了驾驶过程的舒适度。同时，限力矩离合器接合/分离过程通过角位移传感器、拉力传感器、处理器和控制器等设备进行控制，不受电机的电磁干扰，提高了控制精准度高、降低了控制成本，解决了现有技术的问题。

附图说明

图1为本申请实施例一提供的限力矩离合器液压控制装置的结构图；

图2为本申请实施例二提供的限力矩离合器液压控制装置的结构图；

图3为本申请实施例三提供的限力矩离合器液压控制方法的流程图；

图4为本申请实施例四提供的限力矩离合器液压控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种限力矩离合器液压控制系统及方法，以解决现有技术液压控制不精准及控制程序复杂、成本高的问题。

参照图1，本申请实施例提供的限力矩离合器液压控制系统，包括电机11、传动机构12、液压泵13、转接头14、蓄能器15、液压缸16、处理器17、控制器18和数据采集装置；其中，数据采集装置包括角位移传感器111和压力传感器161。

传动机构12分别与电机11和液压泵13连接，传动机构12将电机11转轴的旋转运动转换为液压泵13活塞的直线运动，即实现通过点击11驱动液压泵13工作，使油液排出或进入液压泵13的油液容腔。

液压泵13、蓄能器15和液压缸16分别与转接头14连接；转接头14内部设有油道L，该油道L将连通液压缸16的油液容腔A、蓄能器15的油液容腔B和液压泵13的油液容腔C三者连通。当在电机驱动下，液压泵排出油液时，油液由容腔A通过油道分别流入容腔B和容腔C，容腔A的油液排出量V_A-（即容腔A减小的容积）等于容腔B的油液流入量V_B+（即容腔B增加的容积）和容腔C的油液流入量V_C+（即容腔C增加的容积）之和，即V_A-=V_B++V_C+。

处理器17分别与控制器18、角位移传感器111和压力传感器161连接。

上述限力矩离合器液压控制系统的工作过程如下：处理器17根据液压缸16的液压与电机11转轴的角位移之间的对应关系，确定与限力矩离合器接合所需液压P₀相对应的所述电机的最佳角位移Δ₀。限力矩离合器结合过程中，控制器11控制电机11正转，通过传动机构12推动液压泵13活塞、容腔A容积减小，分别向容腔B和容腔C排出油液，使液压缸16的液压上升；在液压作用下，液压缸活塞发生位移，推动限力矩离合器摩擦片接合；角位移传感器111实时检测电机11转轴的角位移实际值Δ、压力传感器161实时检测液压缸16的液压实际值P，并传输至处理器17；处理器17分别判断上述角位移实际值Δ是否达到上述最佳角位移Δ₀、液压实际值P是否达到上述限力矩离合器接合所需液压P₀，并将判断结果发送至控制器18；当上述判断结果为角位移实际值Δ达到最佳角位移Δ₀且液压实际值P达到限力矩离合器接合所需液压P₀（即Δ=Δ₀且P=P₀），且发动机已启动时，控制器18控制电机11停止正转，限力矩离合器完成接合动作。在限力矩离合器分离过程中，控制器18控制电机11反转，通过传动机构12带动液压泵13活塞回位、容腔A容积增大产生负压，使油液由容腔B和容腔C流回容腔A。

由上述结构及工作过程可知，本申请提供的限力矩离合器液压控制系统在离合器接合过程中，液压泵排出的油液分别进入蓄能器和液压缸，缓冲了油液对液压缸活塞的冲击，减小了液压缸液压变化速率，从而减小了离合器接合对启程的冲击，增加了驱动模式转换过程的平顺性，提高了驾驶过程的舒适度。同时，限力矩离合器接合/分离过程通过角位移传感器、拉力传感器、处理器和控制器等设备进行控制，不受电机的电磁干扰，提高了控制精准度高、降低了控制成本，解决了现有技术的问题。

另外，若处理器17的判断结果为Δ=Δ₀且P＜P₀，或者，Δ=Δ₀且P=P₀且发动机未启动，说明该控制系统可能存在油液泄漏等故障，导致限力矩离合器输出扭矩不能满足发动机启动要求，此时，控制器18可控制电机11继续正转，使液压缸16液压实际值P进一步增加，直至发动机启动。

参照图2，本申请实施例二提供的限力矩离合器液压控制系统，包括电机21、传动机构22、液压泵23、转接头24、蓄能器25、液压缸26、处理器27、控制器28和数据采集装置；传动机构22分别与电机21和液压泵23连接，液压泵23、蓄能器25和液压缸26分别与转接头24连接；处理器27分别与控制器28和数据采集装置连接。该系统通过控制器27直接控制电机21的启停及正/反转，实现限力矩离合器的接合/分离，其具体工作过程可参照上文实施例一，在此不再赘述。

具体的，转接头24内部设有油道L，该油道L的第一有口P1与蓄能器25的油液容腔B连通，油道L的第二油口P2与液压泵23的油液容腔A连通，油道L的第三油口P2与液压缸26的油液容腔C连通。

优选的，蓄能器25具体采用弹簧式蓄能器，其组成部分包括螺母251、圆柱弹簧252、导杆253、活塞254、蓄能器阀体255和活塞密封圈256；螺母251通过螺纹与蓄能器阀体255连接，圆柱弹簧252套在导杆253上，导杆253与活塞254连接，活塞254与蓄能器阀体255底部形成蓄能器25的油液容腔B。螺母251用于调节所述圆柱弹簧的预压缩量。导杆253对圆柱弹簧252的压缩/复位其导向作用。

上述结构中，由于油液容腔B与容腔C之间相互连通，使得容腔B的液压与容腔C的液压相同（油道L内压力平衡），即蓄能器25内的液压与液压缸26内的液压相同，故在容腔B和容腔C的横截面积一定、液压缸回位弹簧一定的前提下，可通过改变圆柱弹簧252的刚度和预压缩量，来改变蓄能器25所能承受的最大液压，也即调节液压缸26所能承受的最大液压，进而调节液压缸26所能输出的最大拉力，从而达到根据需要调节限力矩离合器向发动机传递的最大转矩的目的，使限力矩离合器可应用于多种对驱动模式转换时平顺性要求不同的场合。

进一步的，上述实施例所述的数据采集装置包括角位移传感器211、压力传感器261、位移传感器262和拉力传感器263。角位移传感器211与电机21连接，用于检测电机21转轴的角位移△；压力传感器261通过螺纹固定于转接头24上，用于检测油道L（即液压缸26）内的液压P；位移传感器262和拉力传感器263分别与液压缸26连接，位移传感器262用于检测液压缸26活塞的位移S，拉力传感器263用于检测液压缸26输出的拉力N。应用限力矩离合器之前，数据采集装置分别检测一定平顺性要求（如发动机启动时间小于0.4秒，电机转速变化小于50rpm）下对接合过程中角位移△、液压P、位移S和拉力N进行测量、采样，处理器27对上述采样数据进行分析处理即可得到角位移△、液压P、位移S和拉力N两两之间的标定关系，并确定圆柱弹簧252的刚度和预压缩量；其后可将限力矩离合器进行装车应用，控制器28根据处理器27的实时判断结果，对电机21的启停及正/反转进行控制，使限力矩离合器的接合/分离满足一定的平顺性要求。

此外，上述实施例中的转接头均设有与排气阀，如图2所示的排气阀241。在系统工作前，通过控制电机正传，将容腔A、容腔B、容腔C和油道L内的空气通过排气阀排出，避免气压对液压的影响。

另外，上述实施例所述的系统还包括储油箱，如图2所示的无盖储油箱29。无盖储油箱29通过单向阀291与油道L连通，单向阀291使油液只能由储油箱29流入油道L。无盖储油箱29内的油液直接与大气接触。当容腔A、容腔B、容腔C和油道L中任一处的油液泄露时，油道L内形成负压，无盖储油箱29内的油液在大气压作用下流入油道L补充泄露的油液。上述关于无盖储油箱和单向阀的结构设计，可保证限力矩离合器分离过程中液压缸26的活塞也能返回初始位置。

上述所有实施例中，传动机构具体可采用由蜗轮蜗杆与齿轮齿条构成的组合机构或由行星齿轮与丝杠螺母构成的组合机构等，本申请实施例优选由蜗轮蜗杆与齿轮齿条构成的组合机构。

相应的，本申请实施例三提供了一种限力矩离合器液压控制方法，应用于上述任一实施例所述的限力矩离合器液压控制系统。

参照图3，该限力矩离合器液压控制系统包括步骤：

S301：控制器收到离合器结合信号后，控制电机正转并带动液压泵工作，使油液由液压泵进入蓄能器和液压缸；

S302：当角位移传感器检测到的角位移实际值Δ达到处理器确定的最佳角位移Δ₀且压力传感器检测到的液压实际值P达到限力矩离合器接合所需液压P₀（即Δ≥Δ₀且P≥P₀），且发动机已启动时，控制器控制电机停止正转；

S303：控制器接收到离合器分离信号后，控制电机反转，并带动液压泵工作，使蓄能器和液压缸中的油液回流至所述液压泵。

由上述方法步骤可知，结合上述限力矩离合器液压控制系统，本申请提供的限力矩离合器液压控制方法实现了：在离合器接合过程中，液压泵排出的油液分别进入蓄能器和液压缸，缓冲了油液对液压缸活塞的冲击，减小了液压缸液压变化速率，从而减小了离合器接合对启程的冲击，增加了驱动模式转换过程的平顺性，提高了驾驶过程的舒适度；限力矩离合器接合/分离过程通过角位移传感器、拉力传感器、处理器和控制器等设备进行控制，不受电机的电磁干扰，提高了控制精准度高、降低了控制成本。因此，本申请实施例解决了现有技术的问题。

本申请实施例四提供了另一种限力矩离合器液压控制方法，同样可应用于上述任一种限力矩离合器液压控制系统。参照图4，该方法包括步骤：

S401：判断是否有离合器接合信号，如果是，则执行步骤S402，否则重新判断；

S402：控制电机正转，并测量电机转轴角位移实际值Δ和液压缸液压实际值P；

S403：当电机转轴角位移实际值Δ达到最佳角位移Δ₀时，判断液压缸液压实际值P与离合器接合所需液压P₀的大小比较结果是否为P≥P₀，如果是，则执行步骤S404，否则执行步骤S406；

其中，Δ和Δ₀的大小比较、P和P₀的大小比较均可通过处理器完成。

S404：判断发动机是否启动，如果是，则执行步骤S405，否则执行步骤S406；

S405：控制电机由正转变为反转，直至液压缸的液压实际值恢复至离合器结合之前的值，本次控制结束；

S406：控制电机继续正转（即角位移进一步增大），并返回步骤S404。

若Δ≥Δ₀且P<P₀，或者，Δ≥Δ₀且P<P₀且发动机未启动，则说明该控制系统可能存在油液泄漏等故障，导致限力矩离合器输出扭矩不能满足发动机启动要求，故本申请通过控制电机继续正转，使液压缸液压进一步增加，直至发动机启动。

其中，上述最佳角位移Δ₀由处理器确定，其具体方法可以为：根据数据采集装置采集到的数据（包括液压缸的液压、电机转轴的角位移等）确定液压缸的液压与电机转轴的角位移之间的对应关系；根据该对应关系，确定与离合器接合所需液压P₀相对应的所述电机的最佳角位移Δ₀。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种限力矩离合器液压控制系统，其特征在于，包括液压泵、蓄能器、液压缸、转接头、驱动所述液压泵的电机、连接所述液压泵和电机的传动机构、控制器、数据采集装置和处理器；所述数据采集装置包括检测所述电机转轴角位移的角位移传感器和检测所述液压缸液压的压力传感器；

所述液压泵、蓄能器和液压缸分别与所述转接头连接；所述转接头内部设置有连通所述液压缸的油液容腔、蓄能器的油液容腔和液压泵的油液容腔的油道；

所述处理器用于：根据所述液压缸的液压与所述电机转轴的角位移之间的对应关系，确定与限力矩离合器接合所需液压相对应的所述电机的最佳角位移；判断所述角位移传感器检测到的角位移实际值是否达到所述最佳角位移及所述压力传感器检测到的液压实际值是否达到所述限力矩离合器接合所需液压；

所述控制器用于根据所述处理器的判断结果控制所述电机启停，包括：当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机已启动时，控制所述电机停止正转。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄能器具体为弹簧式蓄能器；所述弹簧式蓄能器包括螺母、圆柱弹簧、导杆、活塞、蓄能器阀体和活塞密封圈；

所述螺母通过螺纹与所述蓄能器阀体连接，所述圆柱弹簧套在所述导杆上，所述导杆与所述活塞连接，所述活塞与所述蓄能器阀体底部形成所述蓄能器的油液容腔；所述螺母用于调节所述圆柱弹簧的预压缩量。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在限力矩离合器结合过程中，所述控制器根据所述处理器的判断结果控制所述电机启停，还包括：

当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机未启动时，或，当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值未达到所述限力矩离合器接合所需液压时，控制所述电机继续正转。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括检测所述液压缸活塞位移的位移传感器和检测所述液压缸输出拉力的拉力传感器。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述转接头设有排气阀；所述排气阀用于排出所述油道中的空气。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括无盖储油箱，所述无盖储油箱通过单向阀与所述油道连通，所述单向阀用于使油液只能由所述无盖储油箱流入所述油道。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述传动机构包括由蜗轮蜗杆与齿轮齿条构成的组合机构。

8.一种限力矩离合器液压控制方法，其特征在于，应用于一种限力矩离合器液压控制系统；

所述限力矩离合器液压控制系统包括：液压泵、蓄能器、液压缸、转接头、驱动所述液压泵的电机、连接所述液压泵和电机的传动机构、控制器、数据采集装置和处理器；所述液压泵、蓄能器和液压缸分别与所述转接头连接；所述转接头内部设置有连通所述液压缸的油液容腔、蓄能器的油液容腔和液压泵的油液容腔的油道；所述处理器分别与所述控制器和数据采集装置连接；所述数据采集装置与包括检测所述电机转轴角位移的角位移传感器和检测所述液压缸液压的压力传感器；

所述方法包括步骤：

所述控制器收到限力矩离合器结合信号后，控制所述电机正转并带动所述液压泵工作，使油液由所述液压泵进入所述蓄能器和液压缸；

当所述角位移传感器检测到的角位移实际值达到所述处理器确定的最佳角位移且所述压力传感器检测到的液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机已启动时，所述控制器控制所述电机停止正转；

所述控制器接收到限力矩离合器分离信号后，控制所述电机反转，并带动所述液压泵工作，使所述蓄能器和液压缸中的油液回流至所述液压泵。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值达到所述限力矩离合器接合所需液压，且发动机未启动时，或，当所述判断结果为所述角位移实际值达到所述最佳角位移且所述液压实际值未达到所述限力矩离合器接合所需液压时，控制所述电机继续正转。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述处理器确定所述最佳角位移的方法包括：

根据所述数据采集装置采集到的数据确定所述液压缸的液压与所述电机转轴的角位移之间的对应关系；

根据所述对应关系，确定与离合器接合所需液压相对应的所述电机的最佳角位移。

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