CN1547647A - 具有振动阻尼调节的动力传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力传动系统，它由一个驱动单元、一个具有至少一个变速器输入轴及与至少一个驱动车轮形成功能连接的至少一个变速器输出轴的变速器组成，在该至少一个变速器输入轴与驱动单元的驱动轴之间设有一个可自动操作的摩擦式离合器，该离合器的分离及接合过程借助一个控制装置至少根据一个识别变速器输入轴的转速的及一个识别至少一个驱动车轮的转速的传感装置的信号来控制，其中在转矩传递中出现的振动通过摩擦式离合器的摩擦面被阻尼，及其中由一个变速器输出部件的转速n(R)及由变速器输入轴的转速n(G)构成的一个量VS被用作用于振动阻尼的调节参数。

Description

具有振动阻尼调节的动力传动系统
本发明涉及一种动力传动系统，它具有：包括其所属的一个驱动轴的驱动单元；一个具有至少一个变速器输入轴及至少一个与变速器输出轴连接的驱动车轮的变速器；以及一个连接在驱动单元与变速器之间的可自动操作的摩擦式离合器。
这种结构自长时间以来已属于现有技术。通常可自动操作的摩擦式离合器例如借助致动器操作，这些致动器根据液压、气动或机电原理工作。此外公知了液压从动缸，它由一个借助电动机操作的发生缸加载。在此，这种致动器通常在中间连接一个分离轴承的情况下沿驱动轴或变速器输入轴的旋转轴线引起相应构型的操作装置的一个轴向运动，及在此轴向地作用在一个轴向工作的储能器如盘状弹簧上，该弹簧使一个与变速器输入轴无相对转动地连接的离合器盘用摩擦片衬轴向地压紧在与驱动单元的驱动轴无相对转动地连接的离合器压板的摩擦啮合面上。由此形成摩擦连接，它将驱动单元、如具有曲轴的内燃机的转矩传递到变速器输入轴上。在变速器中的相应变换后使得被传递的转矩通过变速器输出轴及差速器驱动各驱动车轮。这里变速器可为手动换挡变速器或借助致动器自动操作的、具有不同变速比级的变速器。
尤其当在离合器滑动阶段中传递转矩的情况下，即在驱动轴与变速器输入轴之间转速不同的情况下，由于构件的偏差、动力传动系统中轴向振动、摩擦片衬性能等可形成所谓的“扯动”(Rupfen)。该“扯动”的意思在于：存在一种所谓“爬行效应”(stick-slip-Effekt)，它表达在离合器盘的摩擦片衬短时地粘附在离合器压板的反摩擦面上后接着该粘附摩擦松开。由此在动力传动系统中及此外在整个机动车中形成所谓的扯动振动，该扯动振动将对舒适性及机动车中各个部件的耐久性产生副作用。
本发明的任务在于，对这种扯动振动进行阻尼，以提高行驶舒适性和/或改善动力传动系统的稳定性。此外将改善可自动操作的离合器的控制。
本发明将通过：一种由一个驱动单元、一个具有至少一个变速器输入轴及与至少一个驱动车轮形成功能连接的至少一个变速器输出轴的变速器组成的动力传动系统来解决上述任务，其中在至少一个变速器输入轴与驱动单元的驱动轴之间设有可自动操作的摩擦式离合器，该离合器的分离及接合过程借助一个控制装置至少根据一个识别变速器输入轴的转速的及一个识别至少一个驱动车轮的转速的传感装置的信号来控制，及在转矩传递中出现的振动通过摩擦式离合器的摩擦面被阻尼，其方式为：由一个变速器输出部件的转速-例如至少一个驱动车轮的转速或变速器输出轴的转速-及由变速器输入轴的转速构成的一个量被用作用于振动阻尼的调节参数。
在本发明的意义上，驱动单元最好由具有曲轴的内燃机组成，但也可为蜗轮机及其它这类适用于机动车驱动的机组。变速器最好由具有多个形成固定变速级的挡的齿轮对的变速器构成，这些变速级可换接地设置在变速器输入轴及变速器输出轴之间，由此可换挡到具有相应变速比的每个变速级。这种变速器可由手例如借助一个换挡杆及相应的变速叉轴来换挡，其中通过一个机构、如一个换挡杆来进行换挡通道的选择及相应换挡装置的转换。变换地，变速器可顺序地借助一个换挡辊或一个活动键来操作。手动操作装置可被相应的变速器致动器来代替，由此得到一个全自动的变速器。此外应理解，变速器可具有多个变速器输入轴和/或变速器输出轴，以致一方面在相应的实施形式中可作成具有两个变速器输入轴的复式离合器变速器，其中每个变速器输入轴可配有一个离合器，该离合器具有相应的阻尼扯动的可能性。在此尤其应提及所谓的复式离合器变速器，其中驱动机动车的齿轮对通过一个离合器转换，而下个变速比可已被置到另一变速器输入轴。可以理解，根据本发明构思的用于阻尼扯动的结构也可有利地用于具有变矩器及变矩器跨接离合器和/或液压离合器的自动变速器，其中与此相关的扯动的定义也包括一种湿运行式离合器中的爬行效应。作为该意义上的变速器可有利地为分支的及非分支的锥盘-包绕接触件变速器(CTV)，分级式自动变速器(Stufenautomaten)，环形变速器(Toroidgetriebe)，谐波驱动变速器(Harmonic-Drive-Getriebe)及功率分支变速器。
根据本发明的构思，摩擦式离合器被自动地操作，其方式是一个轴向沿旋转轴作用的、由致动器驱动的操作件作用于：和变速器输入轴无相对转动地连接的离合器盘与和驱动单元的驱动轴无相对转动地连接的离合器压板的夹紧。离合器盘与压板之间的夹紧通常借助一个轴向作用的储能器来实现，它的作用受到致动器的调节，例如在中间连接操作件的情况下，该操作件至少包括一个分离轴承及致动器与分离轴承之间所需的动力辅助装置，例如一个作用在分离轴承上对变速器输入轴同心的或平行于该轴地设置的从动缸，该从动缸通过液压导管通过由电致动器操作的发生缸加载。在此可包括离合器操作的所有形式，例如有本身公知的加压力、加拉力、压紧或拉紧的离合器。这些不同类型的工作方式由轴向作用的储能器如盘状弹簧得到，其中在它的去载状态总可产生一个打开的或闭合的离合器位置，及该位置上总是通过储能器的联接装置如盘状弹簧舌上的压或拉被带入与此对应的位置-闭合或打开位置。该致动器例如可为一个液压从动缸，它由一个相应的压力供给装置如一个泵通过控制装置的控制加载压力。对此变换地，从动缸也可被一个发生缸加载，后者由一个通过控制装置控制的电动机操作。另外的有利替换方案可为液压气动或气动的发生缸/从动缸单元。特别有利的是使用电动机，它通过相应的变换传动装置使转子的旋转运动变换为轴向运动及借助该轴向运动使离合器接合及打开。可理解，向着一个方向的致动器的相应压力或操作力可通过相应的反压力装置及补偿装置如借助轴向作用的储能器或盘状弹簧的复位力来反向，由此可减小或忽略致动器的附加工作功率。对此可变换地，使一个致动器、尤其是一个电致动器沿轴向在两个方向上与操作离合器的联接装置固定联接，由此在使用工作功率的情况下可使致动器在两个反向上起作用。
根据本发明的构思，该动力传动系统包括不同的传感装置，它们能将动力传动系统的信号传递给控制装置，其中控制装置对相应的信号求值以控制动力传动系统。例如为了识别摩擦式离合器的扯动，可相互地处理不同的信号。在控制装置通过信号处理识别出扯动存在后，将以校正方式将一个相应的控制信号输送给致动器，以便阻尼或补偿扯动。例如可有利地，为此将驱动轴的转速与变速器输入轴的转速相互地处理及检查两个轴的转速差。在此，可通过相应的信号求值来区分：在驱动轴转动方向上表征扯动的同向振动、滑动及叠加在转动方向上的、由驱动单元的转动不平衡性产生的振动。如果这两种振动类型彼此被分开及考虑到滑动，例如通过根据转速、对驱动单元的负载要求及驱动单元的其它特征参数如温度以及内燃机的控制参数如点火角、节流阀位置等补偿了典型的转动不平衡性，则可分析扯动与时间相关的振动图，及可相应地控制致动器来补偿扯动。
特别有利地，变速器输入轴的转速的传感信号可与至少一个车轮的转速相关连地求值。在此，变速器输入轴的转速可借助转速传感器来获得。有利地，可由防抱死系统的转速传感器来提供驱动车轮的转速。根据试验出人意料地表明：由两个转速信号的差值形成可识别扯动，其方式是构成一个量VS，它由驱动车轮的转速n(R)及由变速器输入轴的转速n(G)构成。该量VS可作为调节参数直接或间接地用于离合器的离合器盘及压板的摩擦面的表面压力。在此情况下，量VS可特别有利地由下式表示：
VS＝n(G)-n(R)*F(i)
式中系数F(i)表示刚置入挡的变速比。
根据本发明的构思，还可调节通过离合器传递的转矩，其方式是对于驾驶员或行驶状态的相应负载要求根据驱动单元输出的转矩在出现扯动的情况下使转矩调制一个与量VS相关的值，以使得对于实际通过离合器传递的转矩得到下式所示的校正转矩M(korr)：
M(korr)＝M-(n(G)-n(R)*F(i))*K
式中校正系数K表示一个所谓的应用参数，它可与机动车状态或需要时与控制装置中状态相关地例如以表值或计算算法的形式设置。对于K＜0发生扯动的阻尼。
应理解，扯动的补偿作为与时间相关的控制进行，即信号检测及校正量如校正转矩的转换必需比扯动频率更快地进行。扯动的典型频率，即摩擦片衬粘附在压板的摩擦面上与接着摩擦片衬松开之间的时间序列通常小于20Hz，在大多数情况下典型为10-12Hz。在此，离合器致动器-或通常也称为离合器调节器-可有利地在其控制上至少以相同频率或更快地被控制。其中校正转矩M(korr)的调节通过致动器轴向位移来实现，该致动器在此频率范围中不再强制地必需具有实际移动行程对预定的给定行程的理想对应。致动器的校正可如下地进行：根据扯动频率和/或扯动幅值预给定一个给定行程的相应补偿，以便达到必要的致动器实际移动行程。为了扯动振动阻尼的优化，致动器在其致动器行程上对扯动振动的幅值作相反的响应，这就是说，当离合器盘粘着在离合器压板上的情况下，通过致动器的作用减小表面压力，及当离合器盘松开的情况下相应地增大表面压力。在此应注意，在识别出的扯动信号与待调节的表面压力或待调节的要被传递的校正转矩M(korr)之间可出现一个相位移，这在控制装置中应被相应地考虑。
为了简化整个离合器控制方法，扯动的检测仅使用在对扯动特别敏感的离合器控制阶段，尤其在离合器滑动阶段期间。这可以当动力传动系统中提供的传感器信号相应求值时，例如通过驱动轴与变速器输入轴之间的转速差的求得来识别。此外有利的是，当机动车速度减小时，一旦机动车达到接近零的速度时关闭扯动的阻尼。
将借助图1及2来详细描述本发明，其中图1表示具有根据本发明的动力传动系统的一个机动车，及图2表示用于确定扯动的曲线图。
图1概要及示范地表示一个可特别有利地使用本发明的机动车1。这里离合器4设置在驱动发动机2与变速器装置6之间的能量传递路径中。合乎目的地，在驱动发动机2与离合器4之间设有一个分开的飞轮质量，它们的部分质量在中间连接弹簧阻尼装置的情况下彼此可相对转动，由此尤其可大大地改善动力传动系统的振动技术特性。最好本发明组合有用于接收及补偿转动冲击的阻尼装置或用于补偿转动冲击的装置或减小转动冲击装置或阻尼振动的装置，尤其如在本申请人在先公开的文献DE OS 34 18 671，DE OS 34 11092，DE OS 34 11 239，DE OS 36 30 398，DE OS 36 28 774及DEOS 37 21 712中所描述的，它们的公开部分也属于本发明的公开内容。
机动车1由具有一个曲轴68的驱动发动机2驱动，在这里它为内燃机，例如奥托发动机或柴油发动机，在另一实施例中也可借助混合驱动装置、电动或液力驱动装置进行驱动。在图示的实施例中离合器4是摩擦式离合器，借助它可使驱动发动机2与变速器装置6分离，尤其用于起动或执行换挡过程。通过离合器的接合或分离将根据离合器的状态即接合、滑动、分离相应地传递多些或少些的转矩。为此一个压紧板(Anpreβplatte)及一个压板(Druckplatte)-概括地称为压板-轴向相对移动并多些或少些地带动一个设置在中间的摩擦盘，图中仅示出，变速器输入轴69与该摩擦盘无相对转动地连接。构成离合装置的离合器4最好可自动调节的，即摩擦片衬的磨损可被补偿，以保证恒定的小分离力。最好本发明与摩擦式离合器相组合，这些摩擦式离合器如尤其是在本申请人的DE OS 42 39291，DE OS 42 39 289及DE OS 43 06 505中所描述的，它们的公开部分也属于本申请的公开内容。
机动车1的车轮12借助变速装置输出轴8通过差速器10驱动。驱动车轮12配置有转速传感器60，61，其中需要时也可仅设置一个转速传感器60或61，它们产生与车轮12的转速相应的信号。附加地或替换地，在动力传动系统的其它合适位置上、例如轴8上也可设置一个传感器52，用于获得变速器的输出转速。变速器的输入转速可借助另一传感器67获得，在这里它被直接地设置在变速装置输入轴69上，在其它实施例中它也可被安装在其它位置上；或变速器的输入转速也可由离合器完全接合时的驱动发动机转速并考虑及补偿相应的干扰量如扭转振动、转动不平衡度等来确定。一个置入挡的变速比例如可：借助变速器前及后的转速的比较来确定，例如将借助用于确定发动机转速或变速器输入轴转速或变速器输出轴或车轮转速的传感器；或通过信息，尤其是用于控制自动离合器的操作机构和/或需要时用于控制自动变速器的操作机构的传感器的信息来确定。
摩擦离合器4的操作有利地为加压力接合，而在其它实施形式中也可合乎目的地作成用拉力接合，这里借助一个操作装置46如离合器致动器来实现。为了操作变速器6设有包括两个致动器48及50的操作装置，其中一个执行选挡操作及另一个执行换挡操作。离合器致动器46被作成电动液压系统，其中分离或接合运动借助电驱动器例如一个直流电动机来产生及经过液压路径传递到分离系统。变速器致动器48，50被作成电驱动装置如直流电动机，它们通过一个运动部分与变速器6中的运动机构相连接，后者被操作以确定变速比。在另一实施例中，尤其当需要大的操作力时，也可很符合要求地设置一个用于操作的液压系统。
离合器4及变速器6的控制是通过控制装置44实现的，它合乎目的地与离合器致动器46构成一个结构单元，而在另一实施例中也可有利地将控制装置设置在机动车的其它位置上。离合器4及变速器6的操作可在一个自动工作方式中通过控制装置44自动地实现，或在一个手动工作方式中由驾驶员借助驾驶员输入装置70、如换挡杆来实现，其中输入值借助传感器71检测。在自动的工作方式中，变速级的转换依照特性曲线或特性曲线组通过致动器46，48和50的相应控制来进行，这些特性曲线组被存储在配置给控制装置44的存储器中。具有多个可由驾驶员在其中选择的、通过至少一个特性曲线确定的驾驶程序如：体育型驾驶程序，其中驱动发动机2可功率优化地工作；经济程序，其中驱动发动机2可燃料消耗优化地工作；或冬季程序，其中机动车1可行驶安全性优化地工作。此外，在所述实施例中特性曲线譬如可自适应地匹配驾驶员表现和/或其它的边界条件如驾驶道路摩擦力、外部温度等。
控制装置18通过对混合气输入量或组分的影响来控制驱动发动机2，其中在附图中代表性地表示出一个节流阀22，它的打开角度借助一个角度发送器20来检测及其信号提供给控制装置18。在驱动发动机调节的另一实施形式中-如果它涉及一个内燃机-，为控制装置提供一个相应信号，借助该信号可确定混合气组分和/或输入体积。合乎目的地，可使用现有的λ值探头的信号。此外，在该实施例中可提供给控制装置：一个由驾驶员操作的负载杆14的信号，它的位置借助传感器16检测；一个由对发动机输出轴配置的转速传感器28产生的发动机转速信号；一个进气管压力传感器26的信号及一个冷却水温度传感器24的信号。
控制装置18及44可构造成结构上和/或功能上分开的部分区域，因为它们譬如可合乎目的地借助一个CAN母线54或其它电连接部分彼此形成数据交换的连接。但也可有利地使控制装置的区域相组合，这尤其是因为功能的配置不可能总是唯一的及需要协同作用。尤其当变速级转换的一定阶段期间控制装置44可在转速和/或转矩方面控制驱动发动机2。
不仅是离合器致动器46而且变速器致动器48及50也产生信号，由这些信号至少可导出一个致动器位置，它将提供给控制装置44。这里在致动器内部进行位置检测，其中使用增量式发送器，它参照一个参考点确定致动器位置。但在另一实施例中也可合乎目的地在致动器外设置发送器和/或设置绝对位置确定装置，例如借助一个电位器。致动器位置的确定对于离合器致动器尤其具有大的意义，因为由此可使离合器的接合点对应于一定的接合行程及由此对应于致动器位置。有利地，离合器4的接合点在初次投入使用及工作期间被重复地重新确定，尤其是根据参数如离合器磨损量、离合器温度等重复地确定。变速器致动器位置的确定对于置入挡的变速比的确定很重要。
此外，为控制装置44提供非驱动车轮65及66的转速信号。为了确定机动车的速度有意义的是获得转速传感器62及63或60及61的平均值，以便譬如在曲线道路行驶时均衡转速的区别。借助转速信号可获得机动车速度及实现滑动识别。在该图中控制装置的输出连接用实线表示，而其输入连接用虚线表示。传感器61，62及63与控制装置的连接仅示意地表示。
在摩擦式离合器4上出现的扯动(Rupfen)可通过对发动机转速传感器28及变速器输入轴69的转速传感器67的转速的求值来得到。在此必需补偿由转动不平衡性引起的振动及离合器4在非完全接合状态中的滑动。可附加地对于该补偿非唯一地使用：发动机控制的信号及信息，如存储的特性曲线组及传感器数据；由离合器控制器得到的信息，如致动器行程，致动器振动，致动器负载如使用电致动器情况下的致动器电流；及变速器控制器的信息，如传感器信号，挡位信息，变速器输入轴及变速器输出轴转速，车轮转速及类似信息。
变速器输入轴69的转速及变速器后面向驱动车轮12方向上的转速的求值被表明对于离合器4的扯动的识别及阻尼是特别有利的。在此，可由一个车轮转速传感器60，61求得所述的后一转速，其中为了求得信号使用这两个传感器的组合也可以是有利的。如果在输出轴8上可提供一个单独的传感器52，则可替代车轮转速传感器而对该传感器求值。在试验中已表明，尤其通过构成变速器6前面及后面转速差的形成识别扯动及甚至可在频率及幅值上定量地求值。传感器67及52或60，61的信号将以相应的检测速率传送给控制装置44及在那里求值，该检测速率有利地比扯动频率更快。当出现滑动时将计算一个新的有助于阻尼扯动用的、由离合器传递到变速器6上的给定转矩及转换成致动器46的制动器行程，因此致动器46将根据扯动的频率及幅值调制地工作。已经表明，在使用电致动器的情况下阻尼品质与电机转子惯量及电机转子的加速品质相关，由此非常有利的是，使用电子换向的电机作为电致动器，以使得除有利的小结构空间外还可获得转子的小惯量，因为可取消转子中的线圈体。
图2表示两部分的曲线图，其中部分图a表示变速器输入轴69的转速随时间变化的曲线101及车轮转速传感器60，61之一的转速随时间变化的曲线102，其中曲线102被乘以了当前置入的变速器变速比。由这些不同的曲线产生出在部分图b中的两个曲线101，102的差值VS随时间变化的曲线103。在出现扯动情况下，可看到在区域101a中曲线101的曲线波动的明显变化，它与通过变速器部件阻尼作用产生的曲线102的变化不相符合，由此通过在出现滑动的相应时间区域中差值的形成可看到一个相应的高上冲103a。曲线103随时间的变化被引入到待与扯动相关地校正的应由离合器4传递的给定转矩的计算，以使得为了传递给定转矩相应地调制离合器致动器46。可理解，可以对计算算法叠加计算类型和/或电子类型的滤波功能及根据相对最好被平均的基本信号103b超过一个极限值来启动对扯动的阻尼，其中极限值可被确定为基本信号的一个倍数及根据机动车的当前工作状态实时地求得基本值或可固定地存储在一个存储器中。
与本申请一起提交的权利要求书是一种撰写建议而没有预见到获得尽可能宽的专利保护范围。本申请人仍保留：将至今仅公开在说明书和/或附图中的特征组合继续提出保护。
在从属权利要求中使用的回引指示：通过相应从属权利要求的特征对独立权利要求的主题进一步地构型；它们不应被理解为对回引的从属权利要求的特征组合放弃实现一个独立的具体保护。
因为相对优先权日的现有技术这些从属权利要求的主题是特有的且可构成独立的发明，本申请人仍保留：将它们作为独立权利要求的主题或分案说明。它们还可以包含其它的独立发明，这些独立发明具有与上述从属权利要求的主题无关的构型。
这些实施例不应被看作对本发明的限制。而在本发明公开的范围内可具有多种变更及修改，尤其是这样的变型、单元及组合和/或材料，它们对于专业人员鉴于解决其任务来说例如可通过各个在一般说明及实施形式和权利要求中所描述的及附图中包含的特征或单元或方法步骤的组合或变换来推知，或通过可组合的特征导致一个新的主题或新的方法步骤或方法步骤顺序，并且是就它们涉及制造、检验及工作方法而言。

Claims (11)

1.动力传动系统，它由一个驱动单元、一个具有至少一个变速器输入轴及与至少一个驱动车轮形成功能连接的至少一个变速器输出轴的变速器组成，在该至少一个变速器输入轴与驱动单元的一个驱动轴之间设有一个可自动操作的摩擦式离合器，该离合器的分离及接合过程借助一个控制装置至少根据一个识别变速器输入轴的转速的及一个识别该至少一个驱动车轮的转速的传感装置的信号来控制，其中在转矩传递中出现的振动通过摩擦式离合器的摩擦面被阻尼，其特征在于：由一个变速器输出部件的转速n(R)及由变速器输入轴的转速n(G)构成的量VS被用作用于振动阻尼的调节参数。
2.根据权利要求1的动力传动系统，其特征在于：该量VS用作用于这些摩擦面彼此的表面压力的调节参数。
3.根据权利要求1或2的动力传动系统，其特征在于：该量VS与变速器输入轴的转速n(G)及该至少一个驱动转速n(R)形成以下关系，其中驱动转速用系数F(i)校正，该系数用于补偿在变速器中形成的变速比i：
VS＝n(G)-n(R)*F(i)
4.根据权利要求2或3的动力传动系统，其特征在于：待通过摩擦式离合器传递的转矩M被调制一个值，以使得根据量VS及考虑一个校正系数K得到具有下列关系的校正转矩M(korr)：
M(korr)＝M-(n(G)-n(R)*F(i))*K
5.根据权利要求2至4中一项的动力传动系统，其特征在于：所述表面压力借助一个力/行程系统来调节，该系统被一个基本上相对旋转轴线的轴向可被操作的致动器来调制。
6.根据权利要求5的动力传动系统，其特征在于：为了控制校正转矩M(korr)根据振动的频率及幅值来校正致动器的一个预定的致动器行程。
7.根据权利要求1至6中一项的动力传动系统，其特征在于：摩擦式离合器滑动期间进行振动的阻尼。
8.根据权利要求1至7中一项的动力传动系统，其特征在于：当一个平均幅值超过一个预定极限值时进行振动的阻尼。
9.根据权利要求5至8中一项的动力传动系统，其特征在于：致动器进行一个相对振动幅值反向运行的运动。
10.根据权利要求1至9中一项的动力传动系统，其特征在于：变速器输出部件的转速是至少一个驱动车轮的转速。
11.根据权利要求1至9中一项的动力传动系统，其特征在于：变速器输出部件的转速是变速器输出轴的转速。
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