CN105190075A - 预填充湿式离合器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了控制湿式离合器的方法和装置。离合器包括泵、活塞和流体管路。泵为壳体提供液压流体。活塞可动地设置在壳体中并且可通过预载弹簧移动到伸出位置并通过由液压流体施加接合压力到活塞上而移动到缩回位置。在缩回位置，转矩可通过离合器传递。流体管路连接泵和壳体。该方法包括通过施加预填充压力到活塞上预填充离合器、用液压流体预填充流体管线和壳体的步骤。预填充压力低于将活塞移动到缩回位置所需的接合压力。

Description

预填充湿式离合器的方法和装置

优先权要求

本申请要求2013.02.13提交的美国临时申请第61/764,044号的优先权权益，其内容全部以参见的方式纳入本文。

发明领域

本发明涉及液压离合器的工作并且更具体地涉及预填充液压离合器的方法。

发明背景

在有级速比式变速器的变速中，离合器被接合和脱开以允许通过多个不同动力路径的动力传递。通常，当实施换挡时，一个离合器通过降低在离合器的活塞上的油压来脱开(也称为常闭离合器)而另一离合器通过提高在离合器活塞上的压力接合(也称为常开离合器)。在交叠换挡过程中，这个过程以协调的方式同时发生，在换挡的填充期中，常开离合器的活塞通过调整传动流体的压力与多个摩擦片相邻定位。

填充常开离合器具有的问题之一是填充过程的可重复性。对于使用前馈控制致动的系统，变换系统是有问题的。前馈控制意思是系统以预定义的方式响应控制信号并且不考虑基于负荷的反应。用于致动活塞的压力分布曲线的必要宽度(也称为时间长度)取决于存在于与活塞相关联的多个液压管路中的空气量以及液压管路的总长。存在于液压管路和离合器中的油量也有相当大的可变性。这是温度、转速、换挡之间的时间变化量以及与压力相关的排液和泄漏的结果。此外，系统的某些机械参数是不确定的。一个这种参数是复位弹簧的刚度，其在生产时有公差。虽然这些结果中的一些可使用校准过程抵消，但系统难以正确描述并且系统将仍然呈现不一致的特性。因此，系统的换挡质量受到负面影响。

控制技术的技术现状无法考虑到离合器的排液。填充期的一组优化参数在校准过程中被确定，在该校准过程中，离合器被反复打开和关闭。该过程用打开和添加之间的固定时间实施，忽略换挡之间的时间对系统特性的影响。虽然该方法也在相对固定的温度下实施，但校正因子在填充过程期间也被用来考虑温度。

综上所述，除对填充时间的温度相关校正而不是时间相关校正之外，技术现状无视排液的影响。换挡使用具有相当大变化反应的前馈控制实施。因此，不良换挡发生在条件不同于在校准过程中存在的参数的情况下。然而，即使当校准参数存在时，较大的可变性会具有对换挡质量的不利影响。图1示出了通过相同或类似压力信号实施并且用虚线示出的几种连续填充。如图1所示，用实线示出的多个测量到的压力信号响应大大地不同。

测量到的响应取决于温度以及换挡之间的时间。温度以及换挡之间的时间的精确校正是必要的。技术现状仅考虑温度补偿。虽然也可增加对换挡之间的时间的补偿，但影响系统的参数数量使这个任务越来越复杂。

此外，希望不管是否补偿换挡之间的时间，仍将保持较大的可变性。

有利的是，开发一种预填充液压离合器的方法，该方法提高离合器填充过程的可重复性、考虑离合器的排液、考虑实施换挡所处的温度并且考虑换挡之间的时间。

发明内容

已经出人意料地发现目前由本发明提供的预填充液压离合器的方法，该方法提高离合器填充过程的可重复性、考虑离合器的排液、考虑实施换挡所处的温度并且考虑换挡之间的时间。

在一个实施例中，本发明涉及一种控制湿式离合器的方法。离合器包括泵、活塞和流体管路。泵为壳体提供液压流体。活塞可动地设置在壳体中。活塞可通过预载弹簧移动到伸出位置，并通过由液压流体施加接合压力到活塞上而移动到缩回位置，在缩回位置，转矩可通过离合器传递。流体管路连接泵和壳体。方法包括通过施加预填充压力到活塞上预填充离合器从而用液压流体预填充流体管线和壳体的步骤。预填充压力低于将活塞移动到缩回位置所需的接合压力。

在另一实施例中，本发明涉及一种控制湿式离合器的装置。装置包括泵、活塞、流体管路和电动比例阀。泵为壳体提供液压流体。活塞可动地设置在壳体中。活塞可通过预载弹簧移动到伸出位置，并通过由液压流体施加接合压力到活塞上而移动到缩回位置。在缩回位置，转矩可通过离合器传递。流体管路连接泵和壳体。电动比例阀设置泵和壳体之间，以调节壳体中的液压流体压力。电动比例阀构造成通过施加预填充压力到活塞上来预填充离合器，从而用液压流体来预填充流体管路和壳体。预填充压力低于将活塞移动到缩回位置所需的接合压力。

当根据附图阅读时，本发明的各个方面对本领域的技术人员来说从以下优选实施例的详细描述中将变得显而易见。

附图说明

当根据附图考虑时，以上及本发明的其它优点对本领域的技术人员来说从以下详细描述中将变得显而易见，附图中：

图1是示出与现有技术已知的湿式离合器相关联的接合的液压活塞的几个压力分布的曲线图；

图2是根据本发明的多片式离合器系统的示意图；

图3是示出与湿式离合器相关联的接合的液压活塞的几个压力分布的曲线图，液压位置根据本发明的方法接合。

图4是示出相对于图3所示的多片式离合器系统的转速的、自产生液压力的曲线图；以及

图5是示出相对于图3所示的多片式离合器系统的初始压力和弹簧力的液压力增大的曲线图。

具体实施方式

应该理解，除了明确指定相反的地方外，本发明可假设各种可替代方向及步骤顺序。还应该理解，附图中所示及以下说明书中所述的具体设备和过程是本文限定的发明性想法的简单示例性实施例。因此，除非明确指出，否则关于所公开的实施例的具体尺寸、方向或其它物理特征不理解应为限制性。

图2示出了多片式离合器系统10。多片式离合器系统10是电动液压致动的湿片式离合器系统。多片式离合器系统10包括储液槽12、高压泵14、电动比例阀16、蓄压器18、活塞组件20、离合器组件22、控制器24和多个流体管路26。高压泵14与储液槽12和电动比例阀16流体连通。活塞组件20与电动比例阀16和蓄压器18流体连通。离合器组件22设置成与活塞组件20的一部分相邻，并可放置成与活塞组件20的一部分接触。控制器24与电动比例阀16通信。

储液槽12是液压流体储存在其中的容器。储液槽12与高压泵14流体连通。流体管道26之一提供储液槽12与高压泵14之间的流体连通。过滤器28形成储液槽12与高压泵14之间的流体管路26的一部分。储液槽12包括通气装置30，通气装置30有助于多片式离合器系统10的周围环境与储液槽12内部之间的流体连通。

高压泵14是定排量液压泵。高压泵14与储液槽12和电动比例阀16流体连通。作为非限制性实例，高压泵14可产生大于约20巴的压力。流体管道26之一提供高压泵14与电动比例阀16之间的流体连通。过滤器32形成高压泵14与电动比例阀16之间的流体管路26的一部分。存在减压阀33以限制由高压泵14产生的、在过滤器32上的压力差，诸如当过滤器32变得堵塞时。此外，应当理解，高压泵14也可与限压阀(未示出)流体连通。限压阀限制高压泵14与电动比例阀16之间的流体管路26内的压力。

电动比例阀16是与高压泵14、活塞组件20以及蓄压器18流体连通的液压阀。电动比例阀16与控制器24电通信。

脉冲宽度调制信号提供给电动比例阀16，以施加电流给形成电动比例阀16的一部分的电磁线圈34。当接收到脉冲宽度调制信号时，电动比例阀16可被置于至少部分打开的位置。在打开位置，电动比例阀16提供高压泵14和电动比例阀16之间的流体管路26与电动比例阀16、活塞组件20和蓄压器18之间的流体管路26之间的流体连通。应当理解，控制器24可调整脉冲宽度调制信号，以通过将电动比例阀16置于至少部分打开的位置来调整在电动比例阀16、活塞组件20和蓄压器18之间的流体管路26内的压力。如图2所示，电动比例阀16包括排液孔36。通过排液孔36的液压流体流量取决于电动比例阀16内的压力、但也取决于液压流体的粘度以及液压流体的温度。

蓄压器18是抑制在电动比例阀16和活塞组件20之间的流体管路26内的压力快速变化(诸如压降或压力峰值)的液压装置。蓄压器18有助于离合器组件22平稳工作。蓄压器18与活塞组件20和电动比例阀16流体连通。如图2所示，蓄压器18包括排液孔38。通过排液孔38的液压流体流量取决于电动比例阀16和活塞组件20之间的流体管路16内的压力、并且取决于液压流体的粘度以及液压流体的温度。

活塞组件20包括壳体40、活塞42、活塞杆44以及至少一个复位弹簧46。壳体40是通过电动比例阀16、活塞组件20和蓄压器18之间的流体管路26与电动比例阀16流体连通的中空、圆筒形构件。活塞42是密封并滑动地设置在壳体40内的圆柱形构件。活塞杆44是与活塞驱动接合的细长构件。活塞杆44密封并滑动地设置成穿过壳体40。至少一个复位弹簧46是设置在活塞42和壳体40之间的偏置构件。当在接合阈值或以上的压力通过电动比例阀16施加到壳体40时，壳体40内的压力将活塞42和活塞杆44推向离合器组件22，同时也压缩至少一个复位弹簧46。当在脱开阈值或以下的压力存在于壳体4内时，至少一个复位弹簧46将活塞42和活塞杆44推到起始位置。如图2所示，壳体40包括排液孔48。通过排液孔48的液压流体流量取决于其一部分可由向心力产生的壳体40内的压力、并且取决于液压流体的粘度以及液压流体的温度。

离合器组件22包括壳体50、第一多个片板52、第二多个片板54以及压力板56。壳体50是传动流体设置在其中的中空构件。第一多个片板52和第二多个片板54旋转地设置在壳体50内。压力板56设置成邻近第一多个片板52和第二多个片板54，并且可通过活塞杆44推向第一多个片板52和第二多个片板54。第一多个片板52与第二多个片板54交错。在离合器组件22内，输入构件(未示出)与第一多个片板52和第二多个片板54中的一个片板驱动接合，而输出构件(未示出)与第一多个片板52和第二多个片板54中的其余一个片板驱动接合。活塞杆44接触压力板56并且额外压力将会导致第一多个片板52和第二多个片板54之间至少可变驱动接合所在的压力被称为接触压力。在大于接触压力的压力下，扭矩能够从第一多个片板52传递到第二多个片板54。当在接合阈值或以上的压力通过电动比例阀16施加到壳体40时，壳体40内的压力将活塞42和活塞杆44推向离合器组件22，从而通过压力板56将压力施加到第一多个片板52和第二多个片板54。响应于该压力，第一多个片板52变成与第二多个片板54至少可变地驱动接合，从而致使输入构件与输出构件至少可变地驱动接合。

应当理解，图2所示的示意图实际上只不过是示例性的，并且本发明可适合用于任何湿片式离合器系统。

包括关于换挡以离散时间使用预填充脉冲的方法允许活塞组件20和离合器组件22通过在启动第一多个片板52和第二多个片板54之间的至少可变驱动接合之前精确定位活塞42来以具有提高的可重复性的方式工作。由于在启动第一多个片板52和第二多个片板54之间的至少可变驱动接合之前精确定位活塞42，因此提高了包含有该方法的车辆(未示出)的换挡质量。

包括使用预填充脉冲的方法基于对多片式离合器系统10的部件的理解以及多片式离合器系统10的部件如何对填充分布作出反应。

方法取决于使用复位弹簧46来精确定位的活塞42。此外，须作出假设：活塞42和电动比例阀16之间的液压流体量相对恒定。这意思是电动比例阀16和活塞组件20之间的流体管路26充满液压流体。电动比例阀16和活塞组件20之间的流体管路26通过将小压力施加到活塞42来填充。

然而，小压力不一定完全补偿由复位弹簧46施加的力。

在这种假设下，当实施填充分布时，活塞42能够非常快递对电动比例阀16作出反应。

通过电动比例阀16的流量(q_s)可以通过伯努利原理(或推导出的托里切利定律)计算，其在方程式1中示出。在方程式1中，流量用q_s表示，A₀是阀孔的表面积，P_s和P_c分别表示容器的内压和外压，以及是K₀取决于流体密度的因子。可添加校正因子以考虑阀孔的粘度和形状。

$q_s=K_0{K}_0\mathrm{sgn}(P_s-P_c)\sqrt{|P_s-P_c|}$

方程式1

方法还考虑了出现在离合器组件22的壳体50外径处、由于向心力而发生的压力上升的影响。方程式2是计算在离合器组件22的转速存在下的径向压力分布的方程式。方程式2取决于壳体50内的传动流体以与第一多个片板54和第二多个片板56中的一个的相同速度旋转的假设。此外，有壳体50充满传动流体的假设。这种假设是理想和期望的情形。这种假设也呈现表示方法中应考虑的情形的最大量压力。还假设电动比例阀16补偿由于流体流动的压力损失。

方程式2不考虑使用方程式1更适当地考虑的与压力相关的泄漏。然而，与压力相关的泄漏很大程度上取决于多片式离合器系统的构型。

$P\left(r\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ\ω}}^2{r}^2+P_0$

方程式2

在方程式2中，在离合器组件22中心处的压力用P₀表示，ρ是传动流体的密度，ω是第一多个片板54和第二多个片板56中的一个的转速，以及r是计算P(r)的半径。由液压流体施加的力可通过对沿压力板56的压力分布积分运算来计算。结果在图3中示出。

在方程式3，r_o表示外径而r_i表示内径。力是内部压力、离合器的尺寸以及转速的函数。力应保持小于复位弹簧46在完全伸出位置的力。

$F=\frac{1}{4}{\mathrm{\ρ\ω}}^2\mathrm{\π}(r_0^4-r_i^4)+P_0\mathrm{\π}(r_o^2-r_i^2)$

方程式3：由ATF施加到活塞的力

图3示出了根据包括使用预填充脉冲的方法实施的几个连续填充。填充通过相同或类似压力信号实施并且用虚线示出。如图3所示，用实线示出的多个测量到的压力信号响应几乎一致。

如从图3可看见的，通过实施预填充脉冲，填充更加一致。作为非限制性实例，在图3中，预填充脉冲示出成出现在压力信号中的0.7秒处；测量到的预填充脉冲响应示出成发生在更接近0.8秒。即使通过改变填充时间(用虚线表示)，也获得一致行为。预填充脉冲可取决于换挡之间的时间或温度作出，但依赖实施的解决方案，校正是不必要的。填充因实施预填充脉冲而仅取决于温度，在所有情形下有快得多的压力响应，并且多片式离合器系统10的响应是更加可重复的。多片式离合器系统10的控制也因仅要求温度补偿而被简化。测量到的响应是更加可重复的，并且允许有大大改进的鲁棒性的多片式离合器系统。

能够以多种不同的方式实施包括使用预填充脉冲的方法。包括使用预填充脉冲的方法可通过将预填充脉冲包含到换挡过程中、通过周期性对所有脱开的离合器执行预填充脉冲、通过对仅一组相关的离合器执行预填充脉冲来实施，并且将预填充脉冲改成连续信号。当预填充脉冲被包含到换挡过程中时，预填充脉冲可被处理成填充期的延长。虽然这种实施方式获得了具有重复行为的所需目标以及填充期的已知出发点，但其也导致换挡过程需要更长的时间。

可周期性地对所有脱开的离合器发出预填充脉冲。这儿，周期被定义为关于离合器填充在可接受参数内的可变性的时间量或引起的变化可以以可靠的方式描述特征的时间。虽然该方法未增加换挡过程的时间，但给定离合器的初始条件可以不一致。

预填充脉冲可仅施加到一组相关的离合器，而不是将预填充脉冲施加到所有离合器。根据变速器类型，识别将被使用的相关的离合器组容易被确定。当不对所有离合器执行预填充脉冲时，有较少损耗而没有损失性能和可重复性。进一步基于这种实施方式，预填充脉冲还可在更多相关离合器组上执行，诸如将要使用的下个离合器，而不是周期性地实施预填充脉冲，对换挡及时作出实施预填充脉冲。在自动换挡安排程序用于其中的本发明的实施例中，容易确定预测换挡时机。虽然更难；但这种方法也可适用于手动变速器。

最后，预填充脉冲还可执行成连续信号。通过使用连续信号，方法确保流体管路基本上总是满的并且每个离合器处于基本固定和已知条件下。鉴于上述离心作用，因此必须当心，压力与速度的比例足够低，以使得压力不会致使活塞移动。可要么随时要么就在换挡过程之前对所有离合器或仅对相关离合器实施提供预填充脉冲的连续信号。

在使用中，控制器24发出预填充脉冲或连续信号作为前馈压力信号。根据实施方式的类型，控制器24根据多个参数计算信号振幅。作为非限制性实例，这些参数包括换挡之间的时间、温度以及转速。在预填充脉冲之后或在连续信号期间，压力保持在低到不足以抵抗由在最大伸出位置的复位弹簧46施加的力而使活塞42运动的压力。

该压力取决于离合器组件22内的传动流体的转速。由于向心力，传动流体中的压力可沿壳体50的外边缘增大，如上所述。这种压力不应太高而不能无视由保持活塞42返回的复位弹簧46施加的力。旋转速度和沿半径的压力之间的关系可如上所述计算并方程式1中示出。方程式1可通过确定活塞42开始以给定动速运动所处的压力来从实验上验证。径向压力可接着沿压力板56的有效半径积分并且与移动活塞42所需的压力相比、除以压力板56的有效表面。

产生的液压力相对于转速的关系在图4中示出。在图4中，内径和外径、初始压力以及弹簧力保持恒定。然而，转速的影响是巨大的且不能被忽略。

图5示出了液压力关于初始压力增加。在图5中，转速保持恒定。复位弹簧46在完全伸出位置的力也在图5中示出。可控变量表示为在水平轴线上的初始压力。从图5中，很显然，初始压力应计算成使得得到的液压力小于由复位弹簧46施加的力。

通过使用上述策略和运算，根据本发明的多片式离合器系统10具有大大改进的可重复性。改进的可重复性导致换挡控制算法的性能并且因此换挡质量提高。根据本发明的多片式离合器系统10消除可变性，而无需复杂安排如现有技术已知的几个参数。在根据本发明的多片式离合器系统10中，填充期仅必须根据单一参数、温度来安排。因此，诸如多片式离合器系统10的湿片式离合器系统的控制变得更稳健和更不复杂。

根据专利法的规定，已在认为是代表其优选实施例的实施例中描述了本发明。

然而，应该注意，本发明可除如具体所示和所述外以其它方式实践而不偏离其精神或范围。

Claims (15)

1.一种控制湿式离合器的方法，所述离合器包括：

泵，所述泵为壳体提供液压流体；

活塞，所述活塞可动地设置在所述壳体中，所述活塞能通过预载弹簧移动到伸出位置，并通过由所述液压流体将接合压力施加到所述活塞上而移动到缩回位置，其中，在所述缩回位置，转矩可通过所述离合器传递；

流体管路，所述流体管路连接所述泵和所述壳体；

所述方法包括步骤：

通过将预填充压力施加到所述活塞上来预填充所述离合器，从而用所述液压流体预填充所述流体管线和所述壳体，所述预填充压力低于将所述活塞移动到所述缩回位置所需的接合压力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述壳体的预填充被包含到变速器的换挡中。

3.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于：在至少一个脱开的离合器中对换档过程即时地、持续地或周期性地执行对所述壳体的预填充。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：随时或就在所述换挡过程之前实施连续的预填充。

5.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于：还包括识别可能将要使用的离合器以及预填充所述可能将要使用的离合器的步骤。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：可能将要使用的离合器的步骤根据自动换挡安排程序预测。

7.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于：控制器通过考虑传动流体的温度和/或在离合器壳体内受所述离合器的转速影响的传动流体的径向压力分布和/或换挡之间的时间来控制施加到所述活塞的压力。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述控制器控制电动比例阀，所述电动比例阀设定所述壳体中的所述液压流体的所述压力。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述电动比例阀补偿所述离合器的压力损失。

10.一种用于控制湿式离合器的装置，包括：

泵，所述泵为壳体提供液压流体；

活塞，所述活塞可动地设置在所述壳体中，所述活塞能通过预载弹簧移动到伸出位置并通过由所述液压流体将接合压力施加到所述活塞上而移动到缩回位置，其中，在所述缩回位置，转矩能通过所述离合器传递；

流体管路，所述流体管路连接所述泵和所述壳体；

所述电动比例阀，所述所述电动比例阀设置在所述泵和所述壳体之间，以调节所述壳体中的所述液压流体的所述压力，所述电动比例阀构造成通过将预填充压力施加到所述活塞上来预填充所述壳体，从而用所述液压流体预填充所述流体管路和所述壳体，所述预填充压力低于将所述活塞移动到所述缩回位置所需的接合压力。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于：控制器设置并构造成通过考虑传动流体的温度和/或在离合器壳体内受所述离合器的转速影响的所述传动流体的径向压力分布和/或换挡之间的时间来控制施加到所述活塞的压力。

12.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于：蓄压器设置在所述电动比例阀之后且在所述壳体之前，以抑制所述壳体中的压降或峰值。

13.如权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于：过滤所述液压流体的过滤器设置在所述泵之前和/或之后。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于：存在减压阀以限制设置在所述泵之后的所述过滤器上的压力差。

15.如权利要求10至14中的一项所述的装置，构造成实施权利要求1至9所述的方法。