專利名稱：控制飛輪式傳動系統(tǒng)中的扭矩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于機(jī)動車輛的傳動系統(tǒng)，更具體地說，涉及控制在飛輪和車輛車輪之間傳遞的扭矩。
背景技術(shù)：
混合動力車輛的傳動系統(tǒng)將包括內(nèi)燃機(jī)和有級式自動變速器的傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)與能量儲存系統(tǒng)相結(jié)合，以提高傳統(tǒng)車輛的傳動系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性，使之超過傳統(tǒng)車輛。用于再生并儲存車輛的動能的各種技術(shù)包括電動系統(tǒng)，包括電動機(jī)和蓄電池；液壓系統(tǒng)，將能量儲存在加壓的液壓箱(pressurized hydraulic tank)中；飛輪系統(tǒng)，將能量儲存在旋轉(zhuǎn)的飛輪或盤中。飛輪系統(tǒng)存在的主要難題在于需要強(qiáng)勁且平穩(wěn)地向車輪提供飛輪扭矩。已經(jīng)提出了這樣一種方法通過測量作為對傳遞到車輪的飛輪扭矩進(jìn)行控制的輸入的車輪滑轉(zhuǎn)來確定車輪扭矩。由于這種測量非常嚴(yán)格且可能會隨著環(huán)境條件而變化，導(dǎo)致需要具有非常精確的速比控制，所以可能難以進(jìn)行這種測量。尤其是在低負(fù)載的情況下，在車輛中難以對車輪滑轉(zhuǎn)進(jìn)行測量，且車輪滑轉(zhuǎn)具有高增益。這種測量中的小誤差可能導(dǎo)致大的控制擾動。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于控制機(jī)動車輛的傳動系統(tǒng)的方法，所述方法包括確定期望的飛輪扭矩； 參照期望的飛輪扭矩確定期望的離合器扭矩容量扭矩，通過離合器在飛輪和車輛車輪之間傳遞扭矩；操作離合器以產(chǎn)生期望的離合器扭矩容量；確定離合器上的滑轉(zhuǎn)誤差；將位于離合器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中的無級變速器的速比改變至減小滑轉(zhuǎn)誤差的速比。本發(fā)明還設(shè)想一種用于傳遞傳動系統(tǒng)中的動力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括飛輪；車輛車輪；離合器，通過離合器在飛輪和所述車輪之間傳遞扭矩；無級變速器，位于離合器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中；最終傳動機(jī)構(gòu)，在所述無級變速器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中與所述無級變速器串聯(lián)地布置。在車輛加速的情況下，飛輪扭矩提供增加的正扭矩，以補(bǔ)充傳遞到車輪的傳動系統(tǒng)扭矩。在車輛減速的情況下，飛輪向車輪提供負(fù)扭矩，從而代替車輪的摩擦制動扭矩，以使車輛的動能被回收并儲存，用于以后推進(jìn)車輛，而不是通過制動襯片上的摩擦而浪費(fèi)?？刂骑w輪的輸出扭矩，以向車輪提供精確扭矩，從而始終滿足駕駛員需要的車輪扭矩。駕駛員的扭矩需求是基本傳動系統(tǒng)的輸出加上飛輪的扭矩輸出的結(jié)合。所述方法使用容易測量的輸入速度信號，而不是使用車輪滑轉(zhuǎn)信號。飛輪輸出扭矩的開環(huán)控制減少了車輪處扭矩的波動。離合器滑轉(zhuǎn)的閉環(huán)控制導(dǎo)致輸出扭矩僅有微小擾動。優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用范圍將從下面的詳細(xì)描述、權(quán)利要求及附圖中變得清楚。應(yīng)該理解的是，雖然指出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是僅僅通過說明的方式給出了描述和具體示例。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對描述的實(shí)施例和示例的各種改變和修改將會變得清林疋。


通過參照下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明將會更加易于理解，附圖中圖1是飛輪式混合動力傳動系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出傳動系統(tǒng)中的固定速比齒輪裝置和無級變速器的示意圖；圖3是用于控制圖1和圖2的傳動系統(tǒng)中的扭矩的方法的框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，參照附圖，圖1示意性地示出了用于機(jī)動車輛的混合動力傳動系統(tǒng)10。前車輪12和13通過變速器16 (優(yōu)選地，多速有級式變速器)和前差速機(jī)構(gòu)18可驅(qū)動地連接到諸如內(nèi)燃機(jī)(ICE)的動力源14。后車輪20和21通過變速器24 (優(yōu)選地，無級變速器 (CVT))、驅(qū)動軸沈以及后差速機(jī)構(gòu)28可驅(qū)動地連接到諸如飛輪組件22的混合動力源。CVT 24產(chǎn)生輸入速度到輸出速度無級、連續(xù)可變的速比。帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)和牽引驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于通過 CVT M傳遞動力。在這種混合動力傳動系統(tǒng)10中，車輪制動能量機(jī)械地再生并儲存在飛輪22中。 CVT 24的速比在CVT的操作范圍內(nèi)變化，以允許旋轉(zhuǎn)能量儲存在飛輪22中或者從飛輪釋放并傳遞到車輪20和21。圖2示出了對于給定應(yīng)用的可能速比的示例。飛輪組件22包括飛輪四，飛輪四連接到簡單行星齒輪組32的中心齒輪30，行星齒輪組32還包括被固定而不旋轉(zhuǎn)的環(huán)形齒輪34、齒輪架36、支撐在齒輪架上且與中心齒輪和環(huán)形齒輪嚙合的行星小齒輪36。優(yōu)選地， 由齒輪組32產(chǎn)生的速比為大約5. 07。行星齒輪組32被稱為齒輪3。齒輪架36連接到與小齒輪40嚙合的齒輪38。優(yōu)選地，齒輪38旋轉(zhuǎn)得比小齒輪 40快大約2. 6倍。小齒輪40和齒輪38被共同地稱為齒輪2。飛輪扭矩是在軸41上傳遞的扭矩。帶輪42和44通過驅(qū)動帶46可驅(qū)動地連接，驅(qū)動帶46在帶輪上的徑向位置變化。 CVT速比在2. 54和0. 42之間的優(yōu)選范圍內(nèi)變化。離合器48可驅(qū)動地連接帶輪42和小齒輪40。帶輪44連接到與小齒輪52嚙合的齒輪50。優(yōu)選地，齒輪50旋轉(zhuǎn)得比小齒輪52 快大約1. 59. 6倍。小齒輪52和齒輪50被共同地稱為齒輪1。包括兩個等速(CV)萬向節(jié)M和56的驅(qū)動軸沈通過小齒輪60可驅(qū)動地連接到后差速機(jī)構(gòu)28的環(huán)形齒輪58。后差速機(jī)構(gòu)28產(chǎn)生大約3. 58的最終傳動比。離合器扭矩容量是在離合器的操作條件(即，滑轉(zhuǎn)、部分接合或者完全接合)中的任一操作條件下傳遞到離合器的扭矩的變化幅度。假設(shè)離合器的摩擦表面上的壓力均勻，則Torque = Nsurfaces*Fclutch*mu* (D。uter~3_Dimer~3)/3* (D。uter~2_Dinner~2) (1)其中，Torque是離合器扭矩容量，F(xiàn)eluteh是正常施加到離合器的每個摩擦表面的力的幅值，mu是摩擦系數(shù)，N是離合器摩擦表面的數(shù)量，Douter是摩擦表面的外直徑，Dinner是摩擦表面的內(nèi)直徑。
使離合器動作的伺服活塞上的力是施加到活塞的液壓的函數(shù)，F(xiàn)piston = Pressure^Pi* (Douter pist。n"2_Dimer piston"2) /4 (2)其中，F(xiàn)piston是伺服活塞上的力，D。utCT piston是活塞表面的外直徑，Dinner piston是活塞表面的內(nèi)直徑。因此，離合器48的扭矩容量是在動作的伺服活塞上的變化的壓強(qiáng)的函數(shù)。壓強(qiáng)(Pressure)指的是伺服上的凈壓強(qiáng)，即，實(shí)際壓強(qiáng)減去克服伺服回位彈簧所需的壓強(qiáng)。根據(jù)圖2，傳遞到車輪20和21的輸出扭矩是離合器扭矩的函數(shù)，Toutput = Tclutch^CVT 速比 * 齒輪 1 速比 *FD 速比 (3)可以基于活塞和離合器的幾何學(xué)來建立離合器壓力-離合器扭矩的關(guān)系。為了控制飛輪扭矩，控制離合器壓強(qiáng)來提供期望的輸出扭矩。除了輸出扭矩之外，還控制離合器48上的滑轉(zhuǎn)。通過控制離合器滑轉(zhuǎn)，飛輪四將收集能量或者釋放能量。能量流動的方向取決于離合器滑轉(zhuǎn)的方向。當(dāng)離合器觀的齒輪 2側(cè)旋轉(zhuǎn)得比離合器的CVT側(cè)快時，出現(xiàn)正離合器滑轉(zhuǎn)。隨著飛輪的速度降低，正滑轉(zhuǎn)將導(dǎo)致能量從飛輪四傳遞到車輪20和21。當(dāng)離合器28的CVT側(cè)旋轉(zhuǎn)得比離合器的齒輪2側(cè)快時，產(chǎn)生負(fù)離合器滑轉(zhuǎn)。隨著飛輪的速度增加，負(fù)滑轉(zhuǎn)將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)能量儲存在飛輪四中。圖3示出了控制方法的步驟的框圖，該控制方法取消了需要使用車輪滑轉(zhuǎn)作為輸入變量來控制至車輪的飛輪扭矩。相反，通過離合器滑轉(zhuǎn)的閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)CVT速比，以保持離合器滑轉(zhuǎn)。駕駛員需求64用作參照，以從扭矩分配變量70確定期望的飛輪輸出扭矩72，駕駛員需求64由加速踏板66的位移程度或者發(fā)動機(jī)節(jié)氣門68的位移程度來表示。在步驟74處，期望的飛輪輸出扭矩72除以車輪和CVT帶輪44之間的動力路徑中的傳動系統(tǒng)部件的速比和CVT速比，即，除以產(chǎn)品的(齒輪1速比*FD速比)，以確定離合器 48的期望的扭矩容量78。在步驟80處，離合器48的期望的扭矩容量78除以離合器的增益(每壓強(qiáng)單位上的離合器扭矩)，以確定壓強(qiáng)82的幅值，利用該壓強(qiáng)82使離合器動作并產(chǎn)生期望的離合器扭矩容量78。存儲在電子存儲器中的函數(shù)84產(chǎn)生代表與當(dāng)前操作條件對應(yīng)的期望的離合器滑轉(zhuǎn)86的信號作為輸出。優(yōu)選地，期望的離合器滑轉(zhuǎn)86具有低的幅值，這是因?yàn)榛D(zhuǎn)表示使離合器48的摩擦表面加熱的能量損失。在求和點(diǎn)90處確定測量的或者實(shí)際的離合器滑轉(zhuǎn)88和期望的離合器滑轉(zhuǎn)86之間的差異，求和點(diǎn)90的輸出是滑轉(zhuǎn)誤差92，滑轉(zhuǎn)誤差92乘以CVT 24的增益94 (每離合器滑轉(zhuǎn)單位上的CVT速比)，以確定CVT速比誤差96。閉環(huán)控制器98 (優(yōu)選地，PID控制器)接收CVT速比誤差96作為輸入并產(chǎn)生指令信號100作為輸出，指令信號100表示將使滑轉(zhuǎn)誤差90最小化的CVT速比變化。響應(yīng)于指令信號100，在驅(qū)動帶46與CVT 24的帶輪42和44的接合處，半徑發(fā)生變化，從而通過CVT 速比改變CVT速比100中才旨定變化的幅值(magnitude of commanded change) 根據(jù)專利法規(guī)的規(guī)定，已經(jīng)描述了優(yōu)選實(shí)施例。然而，應(yīng)該注意到，除了具體地示出和描述之外，還可以實(shí)施替代實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于控制機(jī)動車輛的傳動系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)在離合器中產(chǎn)生期望的扭矩容量，通過離合器在飛輪和車輛車輪之間傳遞扭矩；(b)通過調(diào)節(jié)位于離合器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中的無級變速器的速比來減小離合器上的滑轉(zhuǎn)誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(a)還包括 利用駕駛員需要的車輪扭矩來確定期望的飛輪扭矩； 利用期望的飛輪扭矩來確定期望的離合器扭矩容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟(a)還包括利用加速踏板和發(fā)動機(jī)節(jié)氣門中的一個的位移來確定期望的飛輪扭矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(a)還包括利用由無級變速器產(chǎn)生的當(dāng)前速比以及期望的飛輪輸出扭矩來確定期望的離合器扭矩容量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(a)還包括 使離合器扭矩容量改變至期望的離合器扭矩容量；通過離合器傳遞扭矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(b)還包括 確定期望的離合器滑轉(zhuǎn)；確定當(dāng)前的離合器滑轉(zhuǎn)；將離合器上的滑轉(zhuǎn)誤差確定為期望的離合器滑轉(zhuǎn)和當(dāng)前的離合器滑轉(zhuǎn)之間的差。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(b)還包括利用控制器從滑轉(zhuǎn)誤差確定由無級變速器產(chǎn)生的減小滑轉(zhuǎn)誤差的速比變化。
8.一種用于控制機(jī)動車輛的傳動系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)在離合器中產(chǎn)生與期望的飛輪扭矩對應(yīng)幅值的期望的扭矩容量，通過離合器在飛輪和車輛車輪之間傳遞扭矩；(b)確定離合器上的滑轉(zhuǎn)誤差；(c)利用位于離合器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中的無級變速器來減小滑轉(zhuǎn)誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(a)還包括利用駕駛員需要的車輪扭矩來確定期望的飛輪扭矩。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(a)還包括利用由無級變速器產(chǎn)生的當(dāng)前速比以及期望的飛輪輸出扭矩來確定期望的離合器扭矩容量。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(a)還包括 使離合器扭矩容量改變至期望的離合器扭矩容量；通過離合器傳遞扭矩。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(b)還包括 確定期望的離合器滑轉(zhuǎn)；確定當(dāng)前的離合器滑轉(zhuǎn)；將離合器上的滑轉(zhuǎn)誤差確定為期望的離合器滑轉(zhuǎn)和當(dāng)前的離合器滑轉(zhuǎn)之間的差異。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(c)還包括 利用控制器從滑轉(zhuǎn)誤差確定由無級變速器產(chǎn)生的速比變化。
14.一種用于傳遞機(jī)動車輛的傳動系統(tǒng)中的動力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括飛輪； 車輛車輪；離合器，通過離合器在飛輪和所述車輪之間傳遞扭矩； 無級變速器，位于離合器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中；最終傳動機(jī)構(gòu)，在所述無級變速器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中與所述無級變速器串聯(lián)地布置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括 第一齒輪，可驅(qū)動地連接到所述無級變速器；第一小齒輪，與第一齒輪嚙合，且可驅(qū)動地連接到最終傳動機(jī)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括行星齒輪組，包括中心齒輪、環(huán)形齒輪、齒輪架、行星小齒輪，其中，中心齒輪固定到飛輪，環(huán)形齒輪被固定而不旋轉(zhuǎn)，行星小齒輪支撐在齒輪架上且與中心齒輪和環(huán)形齒輪嚙合， 齒輪架可驅(qū)動地連接到離合器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括 第二齒輪，可驅(qū)動地連接到齒輪架；第二小齒輪，與第二齒輪嚙合，且可驅(qū)動地連接到離合器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制機(jī)動車輛的傳動系統(tǒng)的方法，所述方法包括確定期望的飛輪扭矩；參照期望的飛輪扭矩確定期望的離合器扭矩容量扭矩，通過離合器在飛輪和車輛車輪之間傳遞扭矩；操作離合器以產(chǎn)生期望的離合器扭矩容量；確定離合器上的滑轉(zhuǎn)誤差；將位于離合器和所述車輪之間的驅(qū)動路徑中的無級變速器的速比改變至減小滑轉(zhuǎn)誤差的速比。
文檔編號B60W10/02GK102481921SQ201080040053
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者沃爾特·J·奧特曼 申請人:福特全球技術(shù)公司