CN110637180A - 改善电机泵液压系统中的冷响应时间的电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种操作液压控制系统中的电机的方法，该方法能够包括确定接通事件。然后可以使泵单元的电机沿第一方向转动第一预确定量以将液压流体沿第一流动方向泵送。可以限制电机沿第一方向的转动以防止下游设备的经由泵送的液压流体的液压致动。然后可以使电机沿第二方向转动第二预确定量以将液压流体沿相反第二流动方向泵送。能够实施对下游设备的类似限制。在使电机沿第一方向和第二方向转动之后，将液压流体输送到下游设备的致动器。

Description

改善电机泵液压系统中的冷响应时间的电机控制方法

技术领域

公开了用于改善电机-泵液压系统中的冷响应时间的电机控制系统和方法。设备诸如电子限滑差速器(“eLSD”)可以因低温抖动及其系统而具有改善的操作。

背景技术

可以将电磁阀系统调制成提升和下降以泵送少量流体。在较大应用中，缩放螺线管是不实际的。线圈绕组变得很重并且封装变得太大，而泵送的流体体积太小。然而，螺线管系统受益于良好冷起动响应。存在用于在低温下调制螺线管的技术。示例可以在JP02-300581或JP03-213763中找到。

因此，期望的是实施用于调制流体泵的方法和系统，该方法和系统具有小封装、更高的流体体积以及良好冷起动响应。

差速器齿轮机构可以设置在轮轴组件中并用于将扭矩从传动轴传递到一对输出轴。传动轴可以通过使用锥齿轮来驱动差速器，该锥齿轮与安装到差速器的壳体的环齿轮啮合。在汽车应用中，差速器允许安装在轮轴组件的任一端处的轮胎以不同速度旋转。这一点在车辆转弯时很重要，因为外胎的行驶弧线的距离比内胎大。因此，外胎必须以比内胎快的速度旋转以补偿更大的行驶距离。差速器包括差速器箱和齿轮装置，其允许扭矩从传动轴传递到输出轴，同时允许输出轴根据需要以不同速度旋转。齿轮装置一般可以包括一对侧齿轮，该对侧齿轮被安装成随相应输出轴而旋转。一系列十字销或小齿轮轴固定地安装到差速器箱以随其一起旋转。对应多个小齿轮被安装成与小齿轮轴一起旋转并与两个侧齿轮成啮合关系。

一些差速器齿轮机构包括牵引力修调差速器。典型地，离合器组可以设置在侧齿轮中的一个与差速器箱的相邻表面之间。离合器组或锁定机构可操作以限制在齿轮箱与一个侧齿轮之间的相对旋转。在此类差速器中，通过若干不同方法中的一种实现接合离合器组或锁定机构(减速差速装置)。一些配置包括活塞，该活塞致动以使离合器组在打开、锁定和部分地锁定状况之间移动。在一些示例中，将差速器箱配置为容纳所需部件、同时优化车辆上的封装空间是有挑战性的。因此，致动小封装中的差速器的离合器是有益的。

本文所提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。当前指定的发明人的工作，在某种程度上其在本背景技术部分以及在提交时可能不具有其他资格作为现有技术的说明书的各个方面中进行描述，既不明确也不暗示地被承认为针对本公开的现有技术。

发明内容

操作液压控制系统中的电机的方法可以包括确定接通事件。然后可以使泵单元的电机沿第一方向转动第一预确定量以将液压流体沿第一流动方向泵送。可以限制电机沿第一方向的转动以防止下游设备的经由所泵送的液压流体的液压致动。然后可以使电机沿第二方向转动第二预确定量以将液压流体沿相反第二流动方向泵送。可以实施对下游设备的类似限制。在使电机沿第一方向和第二方向转动之后，将液压流体输送到下游设备的致动器。

液压控制系统可以被构造为用于实现以上方法。液压系统可以包括下游设备，该下游设备包括液压致动器。液压控制单元可以包括：双向电机；泵，该泵连接到双向电机，该泵被配置为将流体沿第一方向和沿第二方向泵送；以及电子控制单元(“ECD”)。ECU可以包括处理器、存储器和存储在该存储器中的控制算法，该算法在由处理器执行时包括用于执行以上方法的步骤。

附图说明

图1是根据本公开的一个示例构造的示例性液压控制单元eLSD的示意图。

图2是根据本公开的另一个示例构造的示例性液压控制单元eLSD的示意图。

图3是根据本公开的另一个示例构造的示例性液压控制单元eLSD的示意图。

图4是说明根据本公开的方法的流程图。

图5是说明根据本公开的另一种方法的流程图。

具体实施方式

如本文将描述，本公开提供了系统和电机控制方法，其允许移动液压泵的机械元件以使其快速地循环来破坏冷流体的粘性结合来使它们移动。这将允许元件以较小阻力移动，并且由此改善冷响应时间。

存在可与本公开一起使用的若干另选的电机22、122、122，并且存在若干另选的泵28、128、228。另选的电机可以包括准许双向流体流动和场定向控制(“FOC”)的方面，以具备电子地控制运动的能力。例如，此类电机可以包括无刷直流电机(“BLDC”)、刷式电机、电感电机或开关磁阻电机。所设想的电机经由其作为场效应电机的结构和性质准许速度控制方面和扭矩控制方面。这样，电机22、122、222可以与泵28、128、228相互作用以双向地泵送流体。可以控制离散运动，并且实现更长的操作周期。在本文所述的工作示例中，电机包括具有转子和定子组件的无刷直流电机，并且通过调制到转子和定子组件的电力使电机沿第一方向(诸如正向)和沿第二方向(诸如反向)转动。泵由电机驱动，并且因此当使电机沿第一方向转动时，液压流体沿第一方向流动，而当使电机沿第二方向转动时，液压流体沿相反第二方向流动。如果电机“失速”或保持空档位置，那么流体根据通过泵的内部泄漏路径或通过受控制的孔口或泄漏阀的外部泄漏路径中的一个或两个流动。

双向液压泵电机可以形成为泵单元29、129、229。泵单元可以包括与电机一体地形成为单个单元的泵，或者如图所示，电机22、122、222可以经由直接驱动布置或一个或多个耦接器23来连结到泵28、128、228。耦接器可包括例如轴和连杆，诸如齿轮，或其他驱动机构。如双头箭头所指示，耦接器23双向地移动，这里是旋转地移动，但是作为替代，也可以被设计成线性运动。作为替代，该泵可以包括例如内齿轮泵或齿轮转子、外齿轮泵诸如一个或多个正齿轮、轴向活塞泵、径向活塞泵、叶片泵或辊式叶片泵。齿轮转子或正齿轮的轻微运动可以被称为“颤振”，这是因为在切割粘性结合时的快速振动。这里颤振是有意的并被编程到ECU 20、120、220中，并且通过这样编程，不同于系统中的电磁干扰或噪声。在泵抖动时，当在零件间发生物理接触时，诸如齿轮齿触碰相邻表面时，发出嘎嘎声可能是由于出现了轻微噪声。

双向无刷电机在正向和反向运动中极快速地使电机循环的能力(以下称为“抖动”)用于破坏泵送元件上的油膜粘性阻力，从而在第一次需要在车辆上使用泵和流体之前预调泵和流体。可以在激活系统之前在“接通”状况下实施该方法。这样，在电机上没有负荷，并且场效应电机可以沿正向和反向方向极快速地移动。可以最小化对下游系统的影响。然而，现有技术的系统可能具有仅沿单个方向泵送流体以产生压力的单向泵，诸如DE 10128 856 B4或US 7,007,782，而现有技术的系统可能另选地具有仅一个速度来操作单向泵，本发明的泵单元29、129、229双向地操作以使泵颤振或嘎嘎作响，以破坏流体的粘性结合，而不对下游压力产生净影响。例如，当使用齿轮泵时，齿轮可以沿正向和反向方向中的每个以5度的量级旋转。或者，齿轮可以沿正向和反向方向中的每个以10度的量级旋转，或以在1度至10度的范围内的量级旋转。当使用线性泵(诸如活塞泵)时，活塞可以移动一毫米或几毫米的量级。可以基于泵的容积效率和下游系统的响应性而选择其他量的齿轮旋转或线性泵活塞运动。代替经由电磁阀或阀控制来存储压力，泵单元的反向运动释放压力并避免下游系统的不稳定行为。可以控制电机运动的程度，以避免下游系统的明显的运动或颤振。可以在不克服下游系统的惯性的情况下使泵抖动。

通过破坏流体中的粘性结合，可以预调流体，并且下游系统在后续事件中的响应时间更快。接通后事件，诸如离合器预充事件或动力传递命令，可以实现更高的准确性和更快的时间。调节流体，而不会不利地影响其他系统操作。当考虑使离合器或其他液压设备达到期望压力或夹紧力的其他类型的“抖动”操作时，诸如由本申请人所有的US 9，803，706，使用所预调的流体增强快速地达到期望压力的能力。在-40摄氏度的冷起动状况下，用于正向和反向驱动泵的电机抖动允许流体之后表现为“温暖”系统，尽管流体的表面温度为-40度。

一种预期用途是在eLSD中。双向电机在不激活离合器的情况下“抖动”，但是准备使泵元件在极限低温下操作。这可以在车辆空档位置或任何其他非驾驶情况下实施。其他另选的下游设备可以包括动力输出(“PTO”)单元、动力转向单元、其他扭矩传递离合器，诸如与发动机飞轮或空气压缩机或空气调节器耦接的那些。本公开的适用性不仅限于离合器，并且也可以应用于其他压力控制气缸，诸如具有用于控制流体输出的活塞的那些气缸。

现在转到图1，示出了根据第一示例的液压控制系统，并且大体以附图标记10标识。如将了解，液压控制系统10在本文中将描述为以eLSD作为下游设备来操作，然而，相同液压控制系统可以与各种下游设备一起使用。液压控制系统10一般包括液压控制单元39，该液压控制单元包括ECU20、电机22、泵28、蓄积器30、比例控制阀34、第一压力传感器40、第二压力传感器42和贮存器48。

液压控制系统10将液压流体传递到示意性地示出的下游设备，该下游设备包括气缸54和活塞55作为致动器50，该致动器继而致动离合器组52。活塞可以响应于流体进入和离开液压控制单元39而移动。例如，当流体从泵28泵送到气缸时，活塞可以移动以压缩离合器组52。例如，当干式离合器是下游设备时，活塞可以直接地按压在离合器组52上。当下游设备是湿式离合器时，活塞可以以已知方式压缩湿式离合器组中的流体。当湿式离合器附有限滑差速器时，可以适当地控制打滑。

在如图1所示的系统中，可以通过压力传感器40、42在比例控制阀34的任一侧上监测流体压力。电子控制单元(“ECU”)20中的反馈算法使得能够对比例控制阀34和电机22进行响应控制。通过关闭比例控制阀34并引导流体进出蓄积器30，可以适应更大程度的泵运动以破坏流体中的粘性结合。当比例控制阀34打开以填充气缸54并致动活塞55时，双向地操作电机22和泵28调节流体以获得更快冷起动响应时间。

与后续液压控制系统110、210相比，第一液压控制系统10的零件数量是更复杂的。在如图2所示的第二配置中，液压控制系统110包括液压控制单元139，该液压控制单元包括ECU 120、电机122、泵128、压力传感器140和贮存器148。虽然泵128可以包括返回到贮存器148的可配置的内部泄漏路径，但是也可以包括具有受控制的孔口130或受控制的阀的外部泄漏路径，以允许致动器150的快速停用或控制致动器150的泵送。受控制的孔口150也可以被设计为在接通抖动操作期间准许流体流动，以避免在气缸154中累积致动压力。或者，可以控制抖动操作，以便不将流体明显地移动到泵128的外部。可以使泵沿第一方向移动，以使流体沿第一流动方向扫掠并沿着可配置的泄漏路径来破坏粘性结合。然后，可以使泵沿第二方向移动，以使流体沿第二方向扫掠并沿着可配置的泄漏路径来破坏粘性结合。由于沿着泄漏路径的向后泄漏，在一些实施方案中，正向运动可以大于反向运动。

液压控制单元139将液压流体传递到致动器150的气缸154和活塞155，该气缸和活塞继而致动离合器组152。可以经由压力传感器140和到ECU 120的反馈路径监测气缸154中的压力。基于接收到的反馈，可以在ECU 120中生成用于泵单元129的控制信号，以避免在冷起动抖动操作期间在气缸154中致动压力的累积。图2示出了三种路径，即，向前、向后和“失速”或空档命令中的一个。失速或空档命令可以用于将泵保持在介于正向状况和反向状况之间的空档状况，如在接通抖动操作完成时。图3提供了在电机222与ECU 220之间的一个路径，但是电机222同样地能够经由单个路径进行向前、向后和“失速”或空档动作。电机122、222被设计成需要一个或三个路径作为可配置的约束。

在如图3所示的第三配置中，液压控制系统210包括下游设备和液压控制单元239，该液压控制单元包括ECU 220、电机222、泵228、高压传感器240、轴速度传感器241和贮存器248。液压控制单元239将液压流体传递到包括气缸254和活塞250的下游设备，该下游设备继而致动离合器组252。

在该第三配置中，压力传感器240可以包括一个或多个传感器，诸如用于感测气缸254中的压力的高压传感器和低压传感器。感测到的压力作为压力数据被传输到ECU 220。轴速度传感器241可以监测将电机222连接到泵228的轴，以向ECU 220提供附加的泵单元数据。例如，可以基于由轴速度传感器241感测到的轴速度数据在ECU 220中得到轴的旋转方向和流体流的体积。ECU 220中的算法可以响应于所收集压力数据和泵单元数据而命令电机222操作。因此，可以控制接通抖动操作，以避免在气缸254中堆积致动压力。如上所述，可以包括受控制的孔口230或控制阀。然后，可以在泵出口与贮存器248之间提供外部泄漏路径。泵228还可以包括返回到贮存器的已知泄漏路径。

在一个示例中，诸如在冷的环境中起动车辆时，可以使用双向无刷直流电机(“BLDC”)来双向地抖动电机，以在需要致动离合器组之前唤醒齿轮组。通过正向和反向驱动电机(反复地以来回方式)，可以移动粘性流体(可以破坏粘性结合)，以减少对泵送元件的阻力，使得在需要系统来将液压流体输送到气缸和活塞时，响应时间更快。机械零件可以保持在微观水平上嗡嗡作响，使得它们准备好响应第一期望操作事件(在该示例中，将液压流体输送到eLSD中的气缸和活塞)。进一步设想到，可以使用相同系统来加温液压流体的温度，如通过在接通之后并直到命令操作事件为止进行抖动操作。例如，接通抖动事件可以继续，直到实施离合器预充算法为止。或者，接通抖动事件可以在实施离合器预充算法之前使用，并且然后在预充算法完成之后继续进行，以便加温流体直到对离合器的操作事件命令为止。用于命令的操作事件的示例包括离合器接合或分离命令，并且此类命令可以基于离合器是被偏置打开还是闭合而发出的。

作为另一种替代，可以在标称操作事件期间交错发生接通抖动，以便加热液压流体。例如，冷起动可以包括接通抖动，以破坏粘性结合并改善响应时间。粘性结合被破坏，液压流体不需要升高到高于冷起动温度就能改善响应时间。然后，可以发生预充或离合器致动事件。如果液压流体低于期望温度(指示冷操作)，那么可以将接通抖动技术作为冷起动抖动技术并入，以在预充命令与致动命令之间使电机抖动，使得电机正向和反向移动以摩擦地加热流体。作为又一种替代，可以延迟预充或致动事件，直到加热液压流体为止，在这种情况下，维持接通抖动，直到液压流体达到期望温度。为了允许收集温度数据以供由ECU20、120、220进行处理，压力传感器40、42、140、240可以包括温度传感器。

转到图4，一种方法可以开始于在步骤400中肯定地感测接通事件。在汽车应用中，这可以包括点火序列。在其他设备中，可以检测通电序列。进行到步骤401，使电机沿第一方向转动。可以对转动量预编程。或者，可以包括任选的步骤403以感测和收集数据，并且可以遵循任选的步骤405来处理所收集的数据。如上所述，步骤403和405可以包括使用以下中的一者或多者：用于收集压力数据的压力传感器、用于收集温度数据的温度传感器和用于收集电机速度数据的电机轴速度传感器。转发所收集的数据允许由ECU 20、120或220处理。存储在ECU中的算法可以包括用于实施用于以下的步骤的指令：处理所收集的压力数据、所收集的温度数据或所收集的电机速度数据中的一者或多者以生成命令来限制电机沿第一方向的转动以防止下游设备的经由所泵送的液压流体的液压致动。例如，可以设定压力的上限或下限，并且数据收集和处理可能导致电机发出命令以防止电机违反这些限制泵送流体。如上所述，压力传感器140、240可以包括高压传感器和低压传感器。当第一方向是从贮存器朝下游设备的向前、或压力增大方向时，电机是受限制的，使得其不会超过设定上限压力泵送流体，并且高压传感器收集与高压状况相关的数据。因此，步骤407限制电机沿第一方向的转动，以避免超过高压限制。

然后，如在步骤413中，电机方向可以反向，以沿第二方向转动。可以将该方向变化预编程，并且可以将转动量预编程。或者，任选的步骤409可以收集更多数据，而任选的步骤411可以处理所收集的数据。任选的步骤与以上任选的步骤403和405类似，但是轴23、123、223的旋转方向相反，并且因此流体流动的方向也相反。如果第二方向是反向、或压力减小方向，那么沿从致动器50、150、250朝贮存器48、148、248的方向抽吸流体。低压传感器可以用于提供压力数据，以确保泵不会将致动器处的压力降低到超出设定限制。

如上所述，其他数据可以包括来自轴速度传感器241的轴速度数据，其中ECU可以通过监测轴223的速度和方向来计算实际或预测流体流量。

在进行到确定是否已经在步骤414中命令致动事件之前，针对骤401、403、405、407、409、411和413概述的接通抖动序列可以重复进行多次。在粘性结合被破坏并且流体被预调的情况下，可以在步骤415中通过将液压流体输送到下游设备来实现快速响应时间。如上所述，这可以包括将液压流体输送到致动器50、150、250的气缸。

如果未检测到接通事件，那么可以实施标称操作，如通过在步骤417中检查预充事件、在步骤419中预充致动器50、150、250。如果预充事件完成，那么液压控制系统10、110、210可以如在步骤417中的那样检查附加的致动事件或在适当时怠速。

在图5中，示出了在其中嵌入低温缓解策略的另选的方法。该方法开始于在步骤501中确定是否已经发生接通事件。如果发生，那么可以在步骤503中实施图4的接通抖动操作。在接通抖动预调液压流体以破坏粘性结合之后，流体从表面看可能处于冷起动状况，诸如-40摄氏度或某种其他低温状况。许多应用都为低温起动设计，但是流体在暖得多的某种其他温度下最佳地操作。如果在步骤505中确定低于理想温度的低温，那么在步骤507中，接通抖动技术可以适于提供液压流体的摩擦变暖的冷起动抖动。接通抖动的适应可以包括在第一电机方向与第二电机方向之间切换以进行附加的重复，并且在接通之后和在未命令预充事件和致动事件时实施抖动。一旦液压流体被加温到理想温度，就可以在步骤509中等待诸如关断事件或致动事件的另外的命令。

如果在步骤501中未确定接通事件，那么该方法在步骤511中检查预充事件，并且如果该确定是肯定性的，那么在步骤513中预充下游设备。如果未确定预充事件，那么在步骤515中检查致动事件。如果肯定地确定致动事件，那么在步骤517中致动下游设备。如果未确定预充事件或致动事件，那么可以在步骤505中完成低温确定。

已经出于说明和描述目的而提供了示例的前述描述。这并非旨在是详尽性的。特定示例的各个元件或特征通常不限于该特定示例，而是在适用的情况下是可互换的并且可用于所选示例中，即使未具体示出或描述也是如此。本公开可以以许多方式变化。此类变化旨在包括在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种操作液压控制系统中的电机的方法，所述方法包括：

确定接通事件；

使泵单元的电机沿第一方向转动第一预确定量以将液压流体沿第一流动方向泵送；

限制所述电机沿所述第一方向的所述转动以防止下游设备的经由所泵送的液压流体的液压致动；

使所述电机沿第二方向转动第二预确定量以将所述液压流体沿相反第二流动方向泵送；以及

在使所述电机沿所述第一方向和所述第二方向转动之后，将所述液压流体输送到与所述下游设备相关联的气缸和活塞。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述液压流体输送到与所述下游设备相关联的气缸和活塞包括致动限滑差速器。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述电机沿所述第二方向转动所述第二预确定量包括限制所述电机沿所述第二方向的所述转动以防止所述下游设备的致动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电机包括无刷直流电机，并且其中通过调制到转子和定子组件的电力来使所述电机沿所述第一方向和沿所述第二方向转动。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括感测所述下游设备的流体压力以收集压力数据；以及处理所述压力数据以限制所述电机的所述转动。

6.根据权利要求1或5所述的方法，还包括感测泵与所述泵单元的所述电机之间的轴的轴速度以收集泵单元数据；以及处理所述泵单元数据以限制所述电机的所述转动。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述泵是包括正齿轮的外齿轮泵，并且其中所述正齿轮通过所述电机沿所述第一方向和所述第二方向的所述转动而颤振。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述泵是包括内齿轮的内齿轮泵，并且其中所述内齿轮通过所述电机沿所述第一方向和所述第二方向的所述转动而颤振。

9.根据权利要求1所述的方法，包括在将所述液压流体输送到与所述下游设备相关联的所述气缸和所述活塞之前，通过使所述电机沿所述第一方向和所述第二方向反复地转动来加热所述液压流体。

10.根据权利要求1所述的方法，包括在将所述液压流体输送到与所述下游设备相关联的所述气缸和所述活塞之后，通过使所述电机沿所述第一方向和所述第二方向反复地转动来加热所述液压流体。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括经由通过所述泵单元的泵的受控制的泄漏路径使流体从内部通过所述泵单元泄漏。

12.根据权利要求1或11所述的方法，还包括经由在所述下游设备与连接到所述泵单元的贮存器之间的泄漏路径中的受控制的孔口使流体围绕所述泵单元向外部泄漏。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括限制所述泵单元的所述电机沿所述第一方向的以所述第一预确定量的所述转动，使得所述液压流体在所述受控制的泄漏路径中移动时破坏粘性结合。

14.一种液压控制系统，包括：

下游设备，所述下游设备包括液压致动器；

液压控制单元，所述液压控制单元包括：

双向电机；

泵，所述泵连接到所述双向电机，所述泵被配置为将流体沿第一方向和沿第二方向泵送；

电子控制单元，所述电子控制单元包括处理器、存储器和存储在所述存储器中的控制算法，所述算法在由所述处理器执行时包括用于以下的步骤：

确定接通事件；

使所述双向电机沿所述第一方向转动第一预确定量以将液压流体沿第一流动方向泵送；

限制所述电机沿所述第一方向的所述转动以防止所述下游设备的经由所泵送的液压流体的液压致动；

使所述电机沿所述第二方向转动第二预确定量以将所述液压流体沿相反第二流动方向泵送来破坏所述液压流体中的粘性结合；以及

在使所述电机沿所述第一方向和所述第二方向转动之后，将所述液压流体输送到所述下游设备。

15.根据权利要求14所述的液压控制系统，还包括以下中的一者或多者：用于收集压力数据的压力传感器、用于收集温度数据的温度传感器和用于收集电机速度数据的电机轴速度传感器，其中所述算法还包括用于以下的步骤：处理所收集的压力数据、所收集的温度数据或所收集的电机速度数据中的一者或多者以生成命令来限制所述电机沿所述第一方向的所述转动以防止所述下游设备的经由所泵送的液压流体的液压致动。