CN1673702A - 用于在车辆中检测由离合器传递的转矩的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传递转矩检测系统，其计算驱动动力源(12)的输出转矩(te)和惯性损失转矩(t1)，并且在所述离合器(14)部分地啮合时，基于所述输出转矩(te)和所述惯性损失转矩(t1)来计算由所述离合器(14)传递的转矩(tc)。

Description

用于在车辆中检测由离合器传递的转矩的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在车辆中检测由离合器传递的转矩的系统和方法，具体而言，本发明涉及这样的传递转矩检测系统和方法，即其能够在离合器部分啮合期间更准确地检测由该离合器所传递的转矩。
背景技术
一种已知的电磁离合器装置沿着串联地传动轴设置在车辆中，其在全部四个车轮都被驱动的四轮驱动模式和仅有其中两个车轮被驱动的两轮驱动模式之间切换车辆的驱动模式。此外，已知另外一种类似的电磁离合器装置，其在四轮驱动模式期间控制提供给前轮和后轮的动力的分配比率。一般而言，这种允许将驱动动力源(例如发动机)产生的驱动动力传递到所选择的一个或者多个车轮的电磁离合器装置的操作，是基于从车辆中设置的各种传感器获得的特定信息而被控制的。例如，日本早期公开专利申请JP-4-46830列举了一种转矩分配系统，其包括手动变速器和离合器，该离合器沿着动力传递路径设置在手动变速器和驱动动力源之间，并且被驾驶员操作以允许或者中断从动力源到手动变速器的转矩传递。根据此转矩分配系统，基于提供离合器实际传递的转矩来确定经由此转矩分配系统所分配的转矩的目标值。
但是此转矩分配系统涉及这样的问题，即在当离合器部分啮合即离合器在打滑时检测由离合器所传递的转矩中的准确度可能变得不够，并且这种不准确地检测到的离合器传递转矩可能导致该转矩分配系统进行不正确的转矩分配。因此，已经期望提供一种转矩检测系统，其能够在离合器部分啮合时，即离合器在打滑时，准确地检测由车辆中离合器所传递的转矩。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供传递转矩检测系统和方法，其在离合器部分啮合时准确地检测通过设置在车辆中的离合器所传递的转矩。
为了达到上述目的，本发明的第一方面涉及一种用于车辆的传递转矩检测系统，所述车辆包括驱动动力源、变速器以及沿着驱动动力传递路径设置在所述驱动动力源和所述变速器之间的离合器，所述离合器被手动或者自动地操作以允许或者中断从所述驱动动力源到所述变速器的转矩传递。所述传递转矩检测系统包括：(a)输出转矩计算装置，用于计算所述驱动动力源的输出转矩；(b)惯性损失转矩计算装置，用于计算所述驱动动力源的惯性损失转矩；(c)离合器部分啮合检测装置，用于判断所述离合器是否部分地啮合；和(d)离合器传递转矩检测装置，用于在所述离合器部分啮合检测装置判断所述离合器部分地啮合时，基于由所述输出转矩计算装置计算的所述输出转矩和由所述惯性损失转矩计算装置计算的所述惯性损失转矩来计算由所述离合器传递的转矩。
由此，本传递转矩检测系统在计算离合器传递的转矩时把惯性损失转矩考虑在内，这使得能够准确地检测离合器传递的转矩而无论离合器的啮合状态如何。也就是说，即使离合器部分地啮合也可以准确地检测离合器传递的转矩。
在上述传递转矩检测系统中，优选的是，当所述离合器部分啮合检测装置判断所述离合器部分地啮合时，所述离合器传递转矩检测装置计算由所述输出转矩计算装置计算的所述输出转矩和由所述惯性损失转矩计算装置计算的所述惯性损失转矩之间的差作为由所述离合器传递的所述转矩。在此情况下，将进一步提高计算由离合器传递的转矩的准确性，并且将增大实现本发明的容易性。
本发明的第二方面涉及一种用于检测由离合器传递的转矩的传递转矩检测方法，所述离合器在车辆中沿着驱动动力传递路径设置在驱动动力源和变速器之间。所述方法包括：(a)计算所述驱动动力源的输出转矩；(b)计算所述驱动动力源的惯性损失转矩；(c)判断所述离合器是否部分地啮合；和(d)当所述离合器部分地啮合时，基于所述计算的输出转矩和所述计算的惯性损失转矩来计算由所述离合器传递的转矩。
附图说明
从参考附图的对优选实施例的以下说明，本发明的上述和/或其他目的、特征和优点将变得更清楚，附图中相似标号用来表示相似的元件并且其中：
图1是示意性地示出根据本发明一个示例性实施例的转矩分配系统的构造的视图，其包括在从FF(发动机前置前驱)车辆结构所构造的具有四轮驱动结构的四轮驱动车辆中；
图2是图示离合器和离合器踏板的构造的视图，离合器踏板设置在驾驶舱中并且由驾驶员操作来控制该离合器；
图3是示出耦合装置的构造的剖视图；
图4是图示供应到耦合装置的电流和由耦合装置传递的转矩之间的关系的曲线图；
图5是示出用于检测离合器所传递转矩的4WD ECU的功能部分的视图；
图6是图示当离合器部分啮合时离合器的输入/输出转矩和发动机的惯性损失转矩之间的关系的视图；
图7是时序图，其图示了由发动机速度传感器所检测的发动机速度、由输出转矩计算部分所计算的发动机转矩和由离合器传递转矩计算部分所计算的离合器传递转矩随时间变化的典型状态；
图8是表示由离合器传递转矩计算部分所计算的离合器传递转矩(估计值)和通过离合器实际传递的转矩的曲线图；和
图9是示出四轮驱动控制例程的流程图，在每个从数毫秒至数十毫秒的时间段中该控制例程由4WD ECU重复地执行。
具体实施方式
下面将参考附图说明本发明的示例性实施例。
图1是示意性地示出根据本发明一个示例性实施例的转矩分配系统10的构造的视图，其包括在从FF(发动机前置前驱)车辆结构所构造的具有四轮驱动结构的四轮驱动车辆中。根据此实施例，由发动机12产生的转矩经由离合器14、变速器16、前轮差速齿轮单元18和前桥20传送到一对前轮22，并且经由用作动力传递轴的驱动轴24、电磁耦合装置26、后轮差速齿轮单元28和后桥30传送到一对后轮32。4WD ECU 34控制电磁耦合装置26的操作。因此，转矩分配系统10被构造成用于四轮驱动车辆的电控转矩分配式动力传动系统，其根据车辆的行驶状态将发动机12产生的转矩分配到前轮22和后轮32。
发动机12是包括但不限于汽油机和柴油机的内燃机，其通过燃烧供应到其每个气缸中的燃油来产生驱动动力。变速器16例如是同步啮合式手动变速器，其被驾驶员手动操作来改变其速度(变速器速度)，即以传动比y增大或者减小从发动机12输入的转速。更具体而言，根据此变速器，当设置在驾驶舱中的换档手柄被驾驶员操作时，多个啮合装置中选定的一个或者多个被啮合或者松开，以建立四个前进档和一个倒档中的特定档位，或者将变速器放置在空档状态。传动比y根据所建立的变速器档位而改变。变速器16的输入轴和离合器14的输出轴38具有花键部分并且通过那些部分彼此耦合。
图2是图示离合器14和离合器踏板36的构造的视图，离合器踏板36设置在驾驶舱中并且由驾驶员操作来控制该离合器14。离合器14包括连接到发动机12的曲轴40的飞轮42、离合器盘44、位于离合器箱46中的压板48、膜片弹簧50和分离套筒56，膜片弹簧50将压板48推向飞轮42侧，以将离合器盘44夹在压板48和飞轮42之间，即啮合离合器14。在操作中，分离套筒56由离合器松开油缸52经由松开拨叉54被放置到图2中的右侧，来将每个膜片弹簧50的内端移向图2的右侧，使得离合器松开(分离)。根据驾驶员对离合器踏板36的操作而动作的离合器主缸58连接到离合器松开油缸52。
在具有上述构造的情况下，离合器14在驾驶员没有操作离合器踏板36时保持啮合，并且离合器14在驾驶员操作离合器踏板36时分离或者打滑。在离合器14啮合期间来自发动机12的转矩全部传递到变速器16，而在离合器14分离期间发动机12和变速器16之间的转矩传递被中断。当离合器14部分啮合(即打滑)时，转矩部分地传递到变速器16。
图3是示出电磁耦合装置26的构造的剖视图。电磁耦合装置26包括：(a)第一壳体60，其一体地形成在驱动轴24上以与其同轴，(b)第二壳体64，其沿着第一壳体60的内周被固定并且包括电磁螺线管62，(c)输出轴66，其设置成与第一壳体60同轴并且可以绕第一壳体60的轴线旋转，(d)控制凸轮68，其设置成与输出轴66同轴并且可以绕输出轴66的轴线旋转，(e)控制离合器70，其中断第一壳体60和控制凸轮68之间的相对旋转或者使得它们打滑，(f)衔铁72，其是设置成与输出轴66共轴并且可以沿着输出轴66的轴线方向移动的环形铁部分，其在操作中被移动使得控制离合器70的离合器板夹在衔铁72和第二壳体64之间，(g)主离合器74，其中断第一壳体60和输出轴66之间的相对旋转或者使得它们打滑，以及(h)主凸轮76，其设置成与输出轴66同轴但是不可绕其轴线旋转，而可以沿着输出轴66的轴线方向在输出轴66上移动。在操作中，主凸轮76被移动使得主离合器74的离合器板被夹在主凸轮76和第一壳体60之间。多个凹入部分形成在控制凸轮68的相对表面上，并且球78设置在这些表面之间并且装配到凹入部分。
根据具有上述结构的电磁耦合装置26，当电磁螺线管62不被激励时，控制离合器70和主离合器74都处于分离状态，因此没有驱动动力从驱动轴24传递到输出轴66。然而，当电磁螺线管62被激励时，在电磁螺线管62周围产生磁通，其将衔铁72吸引向第二壳体64侧，由此控制离合器70被啮合或者打滑。当控制离合器70啮合时，在控制凸轮68和主凸轮76之间产生转速的差，因此每个球78被控制凸轮68上形成的每个凹入部分的倾斜部分压靠到主凸轮76侧，并且由此主凸轮76被压靠到驱动轴24侧，由此啮合主离合器74并且允许驱动动力从驱动轴24传递到输出轴66。
所以，通过具有上述结构的电磁耦合装置26传递的转矩与供应到电磁螺线管62的控制电流成比列地变化，如图4所示。更具体而言，当电磁螺线管62被供应小电流时，将衔铁72吸引向第二壳体64侧的力变小，由此控制离合器70的啮合力相应地变小。结果，控制凸轮68和主凸轮76之间的转速差减小，由此将主凸轮76压靠到驱动轴24侧的力相应地减小，这导致仅有小的转矩通过电磁耦合装置26被传递。另一方面，当电磁螺线管62被供应大电流时，将衔铁72吸引向第二壳体64侧的力变大，由此控制离合器70的啮合力相应地变大。结果，控制凸轮68和主凸轮76之间的转速差增大，由此将主凸轮76压靠到驱动轴24侧的力相应地增大，这导致大的转矩通过电磁耦合装置26被传递。此外，当到电磁螺线管62的控制电流超过特定水平时，发动机转矩开始被传递到前轮22和后轮32，如同全部车轮直接连接到发动机12一样。根据本实施例，通过控制供应到电磁螺线管62的电流，而在0至0.5之间的范围内调节传递到后轮32的发动机转矩与整个发动机转矩的比。
同时，4WD ECU 34微计算机装置，其包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机访问存储器)、输入端口和输出端口。4WD ECU 34使用各种信号执行预先存储在ROM中的程序。例如，4WD ECU 34执行耦合装置传递转矩控制，其中4WD ECU 34确定用于电磁螺线管62的控制电流使得通过电磁耦合装置26传递期望的转矩。此外，4WD ECU 34执行离合器传递转矩确定控制，其中4WD ECU 34确定(估计)通过离合器14传递的转矩，这将被用来确定用于电磁螺线管62的控制电流。转矩分配系统设置有：车轮速度传感器80，其检测与车速相对应的后轮32的实际转速；节气门传感器84，其检测设置在发动机12的进气管中的节气门(未示出)开度的节气门感器84；发动机速度传感器86，其检测发动机12的发动机速度；和前-后G传感器88。从这些传感器，4WD ECU 34接收表示车速v、换档位置sp、节气门开度th、发动机速度ne、前-后加速度g等的信号。
图5示出了被用来检测通过离合器14传递的转矩的4WD ECU 34的功能部分。其中，输出转矩计算部分100被用来计算表示从作为驱动动力源的发动机12输出的转矩的输出转矩te。输出转矩te例如可以通过将节气门传感器84所检测的节气门开度th和发动机速度传感器86所检测的发动机速度ne应用到预定关系来获得。
惯性损失转矩计算部分102被用来计算表示发动机12的惯性转矩的损失的惯性损失转矩t1。例如，惯性损失转矩t1可以通过将发动机速度传感器86所检测的发动机速度ne应用到预定关系来获得。图6图示了当离合器14部分啮合时离合器14的输入/输出转矩和发动机12的惯性损失转矩之间的一种典型关系。参考图6当发动机转矩te经由曲轴40从发动机12输入到离合器14时，发动机转矩te的一部分被用来补偿惯性损失转矩t1(即，当例如曲轴40和飞轮42的发动机部件的惯性旋转慢下来时损失的转矩)。例如，惯性损失转矩t1可以通过发动机部件惯量I和发动机角速度dω/dt的乘积而获得，发动机部件惯量I对于具有特定设计的每个发动机而言都是特有的。注意，图6中表达式中的点表示时间微分。在此实施例中，惯性损失转矩计算部分102通过将发动机的发动机部件惯量I和发动机角速度dω/dt应用到以下关系(1)来获得惯性损失转矩t1：
t1＝I×(dω/dt)                 (1)
离合器部分啮合检测部分104被用来判断离合器14是否部分啮合(即打滑)。更具体而言，离合器部分啮合检测部分104通过将由车轮速度传感器80所检测的车速v和由发动机速度传感器86所检测的发动机速度ne应用到预定关系，来判断离合器14是否松开、部分啮合或者完全啮合。
图7是时序图，其图示了由发动机速度传感器86所检测的发动机速度ne、由输出转矩计算部分100所计算的发动机转矩te和由离合器传递转矩计算部分106所计算的离合器传递转矩tc(如同下面将要说明的那样)随时间变化的一个典型状态。参考图7，当离合器14松开时，从发动机12输出的转矩te没有通过离合器14被传递，因此离合器传递转矩tc为零。当离合器14在时间t1处开始啮合时，其使得来自发动机12的发动机转矩te的一部分被消耗来补偿惯性损失转矩t1，因此发动机转矩te和发动机速度ne相应地降低。在图7的时序图中，发动机转矩te的阴影区域表示发动机转矩te被消耗来补偿惯性损失转矩t1的部分，并且通过从发动机转矩te减去惯性损失转矩t1来确定离合器传递转矩tc。当离合器14在时间t2处完全啮合时，来自发动机12的发动机转矩te被全部传递作为离合器传递转矩tc。
离合器传递转矩计算部分106通过将离合器部分啮合检测部分104所确定的发动机状态应用到如图7所示的关系来计算通过离合器14传递的发动机转矩te。具体而言，当离合器部分啮合检测部分104确定离合器14部分啮合时，通过将输出转矩计算部分100所计算的发动机转矩te和惯性损失转矩计算部分102所计算的惯性损失转矩t1应用到以下关系(2)来获得离合器传递转矩tc：
tc＝te-t1
  ＝te-I×(dω/dt)         (2)
此处，通过从发动机转矩te减去惯性损失转矩t1获得离合器传递转矩tc。当离合器部分啮合检测部分104确定离合器14完全啮合时，离合器传递转矩tc被确定为等于由输出转矩计算部分100所计算的发动机转矩。图8是表示由离合器传递转矩计算部分106所计算的离合器传递转矩tc(估计值)和通过离合器14实际传递的转矩的曲线图。从此图清楚可见，由离合器传递转矩计算部分106所计算的离合器传递转矩tc非常接近实际值。
总驱动动力计算部分108被用来计算表示从驱动轴24传递的总驱动动力的总驱动动力tin。例如，可以通过将总传动比itotal和由离合器传递转矩计算部分106所计算的离合器传递转矩tc应用到以下关系(3)来获得总驱动动力的理论值：
tin＝tc×itotal     (3)
动力分配命令产生部分110被用来计算表示经由电磁耦合装置26将被传递的目标转矩的驱动动力分配值tout。例如，驱动动力分配值tout可以通过将转矩分配比KST和由总驱动动力计算部分108所计算的总驱动动力tin应用到以下关系(4)来获得：
tout＝KST×tin         (4)
动力分配控制部分112通过根据动力分配命令产生部分110所计算的驱动动力分配值tout控制用于电磁螺线管62的控制电流，来调节将通过电磁耦合装置26被传递的转矩。
图9示出了一个示例性四轮驱动控制例程，其在每个从数毫秒至数十毫秒的时间段中(这是极短的重复周期)由4WD ECU 34重复地执行。
参考图9，4WD ECU 34在步骤1中从发动机速度传感器86获取发动机速度ne，在步骤2中从节气门传感器84获取节气门开度th，并且在步骤3中从车轮速度传感器80获取车辆速度v。随后，在步骤4中，4WDECU 34基于例如由换档位置传感器82所检测的换档位置sp来确定总传动比itotal。在对应于输出转矩计算部分100的步骤5中，从在步骤1中获得的发动机速度ne和在步骤2中获得的节气门开度th获得发动机转矩te。接着，在对应于离合器部分啮合检测部分104的步骤6中，基于在步骤1中获得的发动机速度ne和在步骤3中获得的车速v来确定离合器14是否完全啮合。如果在步骤6中为“是”，离合器传递转矩tc被确定为等于在步骤5中获得的发动机转矩te。如果在步骤6中为“否”，则4WD ECU34前进到对应于惯性损失转矩计算部分102的步骤8，并且从步骤1中获得的发动机速度ne获得发动机角速度dω/dt，并且通过将发动机角速度dω/dt乘以发动机惯量I来计算惯性损失转矩t1的估计值。接着，在步骤9中，从在步骤5中获得的发动机转矩te和在步骤8中获得的惯性损失转矩t1，来获得离合器传递转矩tc(参见上述关系(2))。在对应于总驱动动力计算部分108的步骤10中，从在步骤4中获得的总传动比itotal和在步骤7或9中获得的离合器传递转矩tc，来获得表示经由驱动轴24传递的转矩的总驱动动力tin的理论值(参见上述关系(3))。随后，在步骤11中，从基于步骤1中获得的发动机速度ne和由换档位置传感器82所检测的换档位置sp而确定的传动比y来计算驱动轴24的转速(即输入转速)，并且从步骤3中获得的车速v来计算输出轴66的转速(即输出转速)，并且驱动轴24的转速和输出轴66的转速之间的差被确定为差速度dn。在步骤12中，从转矩分配比KST和步骤10中获得的总驱动动力tin来计算驱动动力分配值tout(参见上述关系(4))。在对应于动力分配控制部分112的步骤13中，通过根据步骤12中获得的驱动动力分配值tout而控制供应到电磁螺线管62的电流，来控制经由电磁耦合装置26所传递的转矩。在此控制例程中，步骤7和9对应于离合器传递转矩计算部分106。
如上所述，4WD ECU 34包括：计算从发动机12即驱动动力源输出的发动机转矩te的输出转矩计算部分100(步骤5)，计算发动机12的惯性损失转矩t1的惯性损失转矩计算部分102(步骤8)，判断离合器14是否部分啮合的离合器部分啮合检测部分104(步骤6)，和离合器传递转矩计算部分106，其在离合器14部分啮合时，基于由输出转矩计算部分100所计算的发动机转矩te和由惯性损失转矩计算部分102所计算的惯性损失转矩t1，来计算离合器14的离合器传递转矩tc(步骤7和步骤9)。由此，4WD ECU 34在计算离合器传递转矩tc时把惯性损失转矩t1考虑在内，这使得能够准确地检测离合器传递转矩tc而无论离合器14的啮合状态如何。也就是说，即使离合器14部分地啮合也可以准确地检测离合器传递转矩tc。
此外，在上述实施例中，当离合器部分啮合检测部分104确定离合器部分啮合时，离合器传递转矩计算部分106确定由输出转矩计算部分100所计算的发动机转矩te和由惯性损失转矩计算部分102所计算的惯性损失转矩t1之间的差，作为经由离合器14传递的离合器传递转矩tc。由此，上述在离合器14的部分啮合期间对离合器传递转矩tc的准确检测可以通过这样简单的检测过程而被完成。
虽然已经参考本发明的示例性实施例对本发明进行了说明，但是应当理解到本发明不限于此实施例。相反，本发明意欲覆盖除了上述实施例外的各种修改和等效布置。
例如，虽然在上述实施例中，离合器14是由驾驶员手动操作以允许或者中断来自发动机12的发动机转矩te的液动离合器，但是例如离合器14也可以是电磁地啮合或者分离的电磁离合器或者磁粒子离合器。
此外，虽然在上述实施例中，当离合器14部分啮合时，离合器传递转矩计算部分106确定发动机12的输出转矩te和发动机12的惯性损失转矩t1之间的差作为离合器传递转矩tc，但此关系是示例性的，并且各种其他关系也可以被采用以基于输出转矩te和惯性损失转矩t1来确定传递转矩tc。
此外，虽然在上述实施例中使用电磁耦合装置26，但也可以使用液力耦合装置。在此情况下，动力分配控制部分112可以通过控制供应到线性电磁阀的电流来控制通过液力耦合装置传递的转矩，所述线性电磁阀设置在用于供应液压到液力耦合装置的液压控制回路中。此外，也可以使用磁能式耦合装置。
虽然以示例性的各种组合和构造示出了各种元件，但其他组合和构造，包括更多、更少或者仅单个元件，也都在本发明的精神和范围内。

Claims (4)

1.一种用于车辆的传递转矩检测系统，所述车辆包括驱动动力源(12)、变速器(16)以及沿着驱动动力传递路径(38、40)设置在所述驱动动力源(12)和所述变速器(16)之间的离合器(14)，所述离合器(14)被手动或者自动地操作以允许或者中断从所述驱动动力源(12)到所述变速器(16)的转矩传递，所述传递转矩检测系统的特征在于包括：
输出转矩计算装置(100)，用于计算所述驱动动力源(12)的输出转矩(te)；
惯性损失转矩计算装置(102)，用于计算所述驱动动力源(12)的惯性损失转矩(tl)；
离合器部分啮合检测装(104)，用于判断所述离合器(14)是否部分地啮合；和
离合器传递转矩检测装置(106)，用于在所述离合器部分啮合检测装置(104)判断所述离合器(14)部分地啮合时，基于由所述输出转矩计算装置(100)计算的所述输出转矩(te)和由所述惯性损失转矩计算装置(102)计算的所述惯性损失转矩(tl)来计算由所述离合器(14)传递的转矩(tc)。
2.如权利要求1所述的传递转矩检测系统，其中：
当所述离合器部分啮合检测装置(104)判断所述离合器(14)部分地啮合时，所述离合器传递转矩检测装置(106)计算由所述输出转矩计算装置(100)计算的所述输出转矩(te)和由所述惯性损失转矩计算装置(102)计算的所述惯性损失转矩(tl)之间的差作为由所述离合器(14)传递的所述转矩(tc)。
3.一种用于检测由离合器(14)传递的转矩的方法，所述离合器(14)在车辆中沿着驱动动力传递路径(38、40)设置在驱动动力源(12)和变速器(16)之间，所述方法的特征在于包括：
计算所述驱动动力源(12)的输出转矩(te)；
计算所述驱动动力源(12)的惯性损失转矩(tl)；
判断所述离合器(14)是否部分地啮合；和
当所述离合器(14)部分地啮合时，基于所述计算的输出转矩(te)和所述计算的惯性损失转矩(tl)来计算由所述离合器(14)传递的转矩(tc)。
4.如权利要求3所述的方法，其中：
当所述离合器(14)部分地啮合时，由所述离合器(14)传递的所述转矩(tc)被计算为所述计算的输出转矩(te)和所述计算的惯性损失转矩(tl)之间的差。
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