校准传动装置马达扭矩

摘要

本发明的系统和方法允许控制器通过经由自动校准程序获得变速器的静态和动态品质和参数来校准用于扭矩控制的无级变速传动装置的传动装置变速器。该系统和方法采用一对结合的传动装置模式构造和操作构造来获得系统特异信息。以此方式，系统能够校准出系统变化以提供无级变速传动装置的有效前馈扭矩控制。在一种实施方式中，第一校准操作在传动装置处于空档时执行，第二校准操作在传动装置接合在提供固定变速器输出速度的模式中时执行。

权利要求

1.一种校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，所述传动装置(509)具有变速器(100)，所述变速器(100)具有致动器(104)和输出(111)，所述变速器(100)还具有内部回路压力，所述方法包括：将所述传动装置(509)接合在空档，使得所述变速器(100)的输出(111)经历为0的扭矩；

在所述传动装置(509)在空档时，指令液压压力到所述变速器(100)的致动器(104)，以确认指令给所述致动器(104)的液压压力和变速器(100)位移之间的位移关联；

将传动装置(509)接合到其中变速器(100)与回路压力无关地提供固定输出(111)速度的模式中；

指令液压压力到所述变速器(100)的致动器(104)，以确认指令的液压压力和变速器(100)回路压力之间的回路压力关联；以及使用所述位移关联和所述回路压力关联，以使用前馈扭矩控制来控制所述传动装置(509)。

2.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，所述指令液压压力到所述变速器的致动器(104)的步骤借助发送到一个或多个压力阀(210，211)的指令(305，306)执行。

3.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，将所述传动装置(509)接合在空档和将传动装置(509)接合到其中变速器(100)提供固定输出(111)速度的模式的步骤通过与传动装置控制器分离的变速器控制器(301)执行。

4.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，将所述传动装置(509)接合在空档和将传动装置(509)接合到其中变速器(100)提供固定输出(111)速度的模式的步骤通过传动装置控制器执行。

5.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，指令给所述致动器(104)的液压压力和变速器(100)位移之间的位移关联作为马达速度比和斜盘角度中的一个而进行测量。

6.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，指令的液压压力和变速器(100)回路压力之间的回路压力关联受到端口板定时、致动器弹簧(212)特性和液压损失中的一个或多个影响。

7.根据权利要求6所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，所述致动器弹簧(212)的特性涉及多个致动器弹簧(212)。

8.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，所述变速器致动器(104)包括一个或多个电致动压力阀(210，211)，并且指令给所述致动器(104)的液压压力和变速器(100)位移之间的位移关联受到所述电致动压力阀(210，

211)的一个或多个特性的影响。

9.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，所述变速器(100)的致动器(104)包括一个或多个电致动压力阀(210，211)，并且指令的液压压力和变速器(100)回路压力之间的回路压力关联受到所述电致动压力阀(210，211)的一个或多个特性的影响。

10.根据权利要求1所述的校准用于开环扭矩控制操作的传动装置(509)的方法，其中，将传动装置(509)接合到其中变速器(100)与回路压力无关地提供固定输出(111)速度的模式中包括迫使离合器停顿。

说明书

校准传动装置马达扭矩

技术领域

[0001] 本专利申请整体涉及用于推进的传动装置系统，更具体地，涉及用于校准通过这种传动装置提供的扭矩的方法和系统。

背景技术

[0002] 提供转动轴输出的系统可通过速度、动力和扭矩分类。虽然这些措施在一些方面是相关的，但扭矩的概念与操作这种机器的使用者体验更紧密对应。然而，在一些环境下，由于缺乏充分的校准，传统上难以精确控制扭矩。例如，在没有许多静液压变速器静态和动态品质和参数的精确系统识别的情况下，有效控制无级变速传动装置中的扭矩是困难的。更具体地，例如阀和液压泵和马达部件的静液压变速器系统部件中的可变性会妨碍对传动装置中的扭矩进行控制的能力。虽然具有闭环反馈的开环扭矩控制可以一定程度上成功地使用，但它不能完全消除对高效及精确扭矩校准的需要。

[0003] 将会认识到，该背景描述是发明人为了帮助读者而做出的，不应被认为是对现有技术的引证，也不应被认为表明任何所指出的问题本身是本领域已经认识的。虽然描述的原理可在一些方面和实施方式中消除其他系统中的内在问题，但将会认识到，要保护的新颖方面的范围通过所附的权利要求限定，而不是通过要求保护的发明解决本文所述的任何特定问题的能力限定。

发明内容

[0004] 所描述的原理允许控制器获得必要的静态和动态品质和参数，从而允许无级变速传动装置的精确扭矩控制。在一种实施方式中，该系统使用一系列结合的成对的传动装置模式构造和操作构造来获得系统特异的确认和变化。例如，独特的弹簧强度、部件公差等等通常赋予给定的变速器与相同结构和型号的对应系统的可比属性不同的属性。在一些实施方式中，本系统能够校准出所述变化，以允许对无级变速传动装置进行有效的前馈扭矩控制。

[0005] 用于校准静液压传动装置马达扭矩的所述方法使得以特定模式/操作对构造和操作传动装置，以帮助系统确认和校准。在一种实施方式中，方法在特定的传动装置模式执行特定操作，以允许静液压变速器系统的系统确认。在一种示例性实施中，第一种这样的操作是在传动装置处于空档时执行的。在该模式中，系统指令液压压力到变速器致动器部件以确认指令的液压压力和变速器位移之间的关系。该关系可被测量作马达速度比(马达速度相对于泵速)或者可通过斜盘角度传感器测量。因此，尽管说明书将总体引用马达速度比来描述变速器位移，但将会认识到在每个这种情况下，例如斜盘角度的另一措施可替代地使用。

[0006] 在下一模式，传动装置接合，使得变速器系统能够在液压马达输出轴锁定在固定速度或者0速度时建立回路压力。在此模式中，系统指令液压压力到变速器致动器部件以确认指令的液压压力和变速器回路压力之间的关系。

[0007] 从实施这两个模式/操作对获得的关系提供校准信息，以有效地使用前馈扭矩控制方法控制传动装置。

附图说明

[0008] 所公开原理的另外和替代方面和特征将从以下详细说明和附图中认识，其中：

[0009] 图1是用于根据本发明的原理基于施加的控制压力差提供可变输出扭矩的变速器的示意系统图；

[0010] 图2是用于根据本发明的原理控制变速器中的可变角度斜盘的位置的液压致动器的详细示意图；

[0011] 图3是根据本发明的原理用来校准和操作变速器的控制部件和数据流的简化逻辑示意图；

[0012] 图4是表示用于根据本发明的原理校准静液压传动装置的过程的流程图；以及[0013] 图5是表示根据本发明的原理使用校准关联来控制扭矩的示意性结构和流程图。

具体实施方式

[0014] 本发明涉及需要传动装置将动力源链接到例如轮子、履带等最终接地机构和/或其他用动力驱动的功能或器具的机器。这种机器的例子包括用于采矿、建筑、农场、运输或者本领域已知的任何其他行业的机器。例如，所述机器可以是土方机器，例如轮式装载机、挖掘机、倾卸卡车、反铲挖土机、机动平地机、材料搬运机等等。而且，一个或多个器具可针对包括例如装载、压实、升举、刷擦的各种任务连接到机器，包括例如铲斗、压实器、叉式升举装置、刷子、格斗、切割器、剪具、刮板、破碎器具/锤子、螺丝钻及其他器具。在一种示例性实施方式中，所述系统应用于诸如轮式装载机或者机动平地机机器应用中可使用的无级变速传动装置(CVT)。

[0015] 总体上，具有可变排量泵和固定或可变排量马达的静液压传动装置与由以基本恒定速度操作的发动机提供动力的传动装置中的机械齿轮装置一起使用。静液压传动装置具有系统压力(回路压力)和确定传动装置输出扭矩的档位(或者模式)。因此，动力传动系统扭矩通过控制静液压传动装置中的压力来控制。在一种实施方式中，与纯闭环控制不同，所述控制是开环和闭环控制的结合，而根据发明人的经验，纯闭环控制不能提供充分的响应时间。

[0016] 在静液压传动装置中，扭矩控制通过控制可变排量泵上的斜盘角度来实现。继而，斜盘角度通过斜盘致动器来控制。为了以精确和有效的方式在该系统内提供开环控制，确定致动器中的弹簧压力以及致动器位置和系统压力之间的关联。因为以下事实这是必要的，即由于在各种部件方面的制造误差，任何特定静液压传动装置的操作和机械参数相对于相同结构和型号的另一静液压传动装置而言具有多达30％的差别。

[0017] 图1是用于基于施加的控制压力差提供可变输出扭矩的变速器100的详细示意图。变速器100包括泵101和马达102。泵101包括通过斜盘致动器104设置的可变角度斜盘103。各腔室中的许多活塞105借助滑动接触骑靠在斜盘103上，使得活塞105的运动范围通过斜盘103的角度设定。活塞105的腔室形成在借助泵输入轴109转动的泵架108中。

[0018] 马达102包括在相应腔室中具有多个活塞106的类似布置。马达102的活塞106可滑动接合在固定斜盘107上。泵101的活塞105的腔室借助填充腔室和介入管道(未示出)的液压流体与马达102的活塞106的腔室流体连通。用于活塞106的腔室形成在转动马达输出轴111的马达架110中。随着斜盘103的角度变化，通过泵101的活塞105移位的流体的量(以及因此从活塞106的腔室接收或获取的流体体积)变化。

[0019] 因为这些相互关系，马达102的扭矩和/或输出速度与斜盘103的角度一起变化。概括地说，在该示例中在差别的液压压力上操作的斜盘致动器104借助通过来自传动装置控制器或类似装置的适当输入信号电子控制的电磁阀(图1中未显示)驱动，例如一个用于两个压力值中的一个。以此方式，控制器可借助电信号到与斜盘致动器104相关的电磁阀的应用来控制变速器100的输出速度。

[0020] 图2是用于控制如图1中所示的变速器100中的可变角度斜盘(在图2中未显示)的位置的液压致动器104的更加详细的示意图。致动器104包括多个相互联系的元件，主要包括相应缸202、203内的两个相对的活塞200、201(或单个活塞的相对的腔室)。活塞200、201与其相应的缸202、203的孔相互协作以形成用于容纳加压液压流体的相应的压力腔室204、205。

[0021] 活塞200、201通过杆206结合，杆206上安装有中心枢转销207。中心枢转销207在斜盘臂209中的狭槽208内干涉，使得杆206的侧向位置建立斜盘臂209的位置，以及因此建立斜盘本身(未显示)的角度。杆206通过相对的弹簧212偏压到中心位置。随着杆206从该中心位置位移，弹簧212施加与位移成比例的恢复力。

[0022] 杆206的侧向位置通过缸202、203内的活塞200、201的位置确定。活塞200、201的位置通过活塞腔室204、205之间的液压压力差确定。相应的压力阀210、211独立地控制腔室204、205内的压力。在一种例子中，压力阀210、211是电磁阀，其供应由处于通过供应压力设定的限制内的施加电流设定的压力的液压流体。因此，在所示的例子中，每个阀210、211至少具有电流输入(表示为输入A和C)和流体输入(表示为输入B和D)。典型地，电磁阀可供应在0和流体输入B、D处的流体压力之间的任何压力的流体。例如电磁阀210和
211的电磁阀对电流输入的压力响应是各种部件及其公差的函数。

[0023] 由于活塞200、201之间的距离由杆206的长度固定，建立杆206的位置的是腔室204、205之间的压力差而不是每个腔室204、205内的绝对压力。特别地，当杆206处于使得活塞200、201之间的净位移力差等于通过弹簧212施加的净恢复力的位置时，该系统处于平衡状态。

[0024] 结合图1考虑图2，将会认识到在输出111处供应的扭矩与通过阀210、211施加的压力差相关。特别地，活塞105和106之间的液压回路内的流体压力与斜盘103的角度相关，而斜盘103的角度与阀210、211施加的压力差相关。因此，在扭矩控制应用中，希望将阀210和211的电磁电流与输出111处的预期相关输出扭矩精确关联结合。

[0025] 在进一步详细地讨论校准过程之前，将讨论系统内的控制基础和信息流。图3是与图1和2的机械部件相关的用来有效地校准和操作变速器100的控制部件和数据流的简化逻辑示意图300。特别地，变速器控制器301被提供用于借助电磁阀210和211控制变速器100的操作。变速器控制器301可以是专门的变速器控制器，但更加一般地也将控制更大的系统，例如与变速器100相关的传动装置。控制器301可以是任何合适的结构，但在一种例子中它包括数字处理器系统，该处理器系统包括具有数据输入和控制输出的微处理器回路并根据存储在计算机可读介质上的计算机可读指令操作。一般地，处理器将具有与其相关的用于存储程序指令的长期(非易失性)存储器以及用于存储处理期间(或由其得到)的操作数和结果的短期(易失性)存储器。

[0026] 在操作中，控制器301从变速器系统100接收许多数据输入并向系统100提供许多控制输出。特别地，控制器301具有连接到回路压力传感器302或者其他扭矩感测装置或传感器的第一数据输入。虽然可以使用单个压力传感器，但希望的是使用多个传感器来获得更加精确的压力读数。回路压力传感器302被定位和适应成感测变速器100的内部液压回路(即，活塞105和106之间的)内的液压压力并提供与感测的压力有关的信号。到控制器301的第二数据输入链接到泵速度传感器303。泵速度传感器303被定位和适应成检测变速器输入轴108的转速并提供与感测的输入转速有关的信号。马达速度传感器304链接到控制器301的第三数据输入。马达速度传感器304被定位和适应成检测变速器输出轴110的转速并提供与感测的输出转速有关的信号。将会认识到，泵排量(例如由致动器103的行程导出的)或者斜盘103的角度(例如由角度传感器导出的)可用作代替马达速度比的输入。

[0027] 为了检测希望扭矩，控制器301还从例如加速度设置的操作者界面307接收数据输入。操作者可以是人或者自动化技术，操作者界面307可以相应变化。如上所述，变速器100以离散模式操作，这些模式可自动地设置和/或基于使用者输入设置。

[0028] 由变速器控制器301得出的扭矩校准值308在校准期间被存储，并可在实际操作过程中由变速器控制器301取回。根据上面讨论的各种可用输入，控制器301计算并提供合适的控制信号，使得变速器100提供与希望的输出扭矩密切对应的输出扭矩。特别地，控制器301提供两个电磁控制信号305、306以控制致动器104的操作，以及因此控制变速器100的操作。电磁控制信号305、306包括控制第一致动器压力阀210的第一电磁控制信号
305和控制第二致动器压力阀211的第二电磁控制信号306。

[0029] 但是，如上所述，给定静液压传动装置的品质和特征与预期的会有很大的变化。这很大程度上会导致例如电磁阀210、211的电磁阀的特性的不可避免的差异。例如，电磁阀弹簧、绕组、线轴、壳体等等的变化会对阀的压力/电流关系具有显著影响。传动装置内的其他变化(例如流体成份、活塞公差等方面的)会另外对在表面上相同的传动装置部件之间造成差异发挥次要作用。

[0030] 可变性的另一潜在源在于端口板定时系统。特别地，端口板定时(即允许加压流体从变速器的泵一侧到达变速器的马达一侧的定时)通常是可调的。虽然该定时可以校准和设定，但会有校准错误或者漂移，从而导致变速器响应的差异。任何或者所有这些差异源会造成变速器的错误操作，其中预期要产生特定扭矩输出的参数应用事实上并不产生所预期的扭矩。因此，这种传动装置的校准对于获得扭矩校准值308以使得能够进行精确的开环扭矩控制来说很重要。

[0031] 在一种实施方式中，静液压传动装置通过图4的流程图中描述的过程400来校准。在过程400的阶段401，传动装置被放置在空档。这可以通过变速器控制器301或者通过单独的传动装置控制器执行。在传动装置处于空档时，变速器控制器301在阶段403指令液压压力到变速器致动器104，以确认到致动器104的指令液压压力与变速器位移之间的位移关联410。变速器位移可作为马达速度比或者斜盘角度测量，其与考量到损失后的马达速度比相关。位移关联是致动器104内的偏压弹簧212的弹簧压力以及转动惯量作用的部分反映。

[0032] 将会认识到，作为压力函数发生的泵阀变化将在该步骤过程中部分地包括，但处于该步骤执行范围之外的其他泵阀变化将不被包括，直到后面的校准步骤。为了避免包括泵阀变化影响两次，第一校准阶段中收集的这种变化的贡献可随后被扣除，或者以其他方式补偿。

[0033] 剩余的校准过程利用处于这种构造的传动装置执行，即使得变速器100能够建立回路压力，例如在液压马达输出轴锁定在固定速度或者0速度的情况下。因此，在阶段405，传动装置被放置到档位，即不再在空档。变速器控制器104接着在阶段407指令液压压力到变速器致动器104，以确认指令的液压压力和变速器回路压力之间的回路压力关联411。

[0034] 在一种想到的实施方式中，该状态通过故意在传动装置同步点处形成离合器停顿来实现。换句话说，在双离合器系统中，当达到同步点时，不是使要离去的离合器不活动并激活即将到来的离合器，而是两个离合器都被激活。将认识到，该同步点发生在0输出速度以及某些其他非0输出速度。不论选择哪一个同步点，离合器停顿将防止输出速度从与同步点相关的输出速度改变。那么，在该点，回路压力可以增加和减小，而不造成输出速度改变，并且不造成斜盘角度改变，因此允许建立回路压力。

[0035] 将会认识到，阶段407中使用的致动器压力的范围将覆盖包括但同样超出阶段403所用的致动器压力的范围。如上所述，校准步骤403期间收集的压力影响可在阶段407扣除，或者可在随后使用校准值的过程中扣除，以避免重复计算所述范围的任意部分。

[0036] 以此方式，阶段403中获得的校准值能够应用于0扭矩条件过程中使用的传动装置方程，即，在扭矩为0时利用开环方程调节速度，诸如在接合离合器之前的同步期间。阶段407处获得的校准能够应用于扭矩非0时的前馈控制，例如传动装置接合时的扭矩控制。

[0037] 在阶段409，校准完成，且从执行两个校准操作得到的位移关联410和回路压力关联411在实际操作期间使用以使用前馈扭矩控制方法有效控制传动装置。

[0038] 如可看到的，在描述的实施方式中，两个校准都在固定泵速时进行。但是，通常也有泵速和回路压力的影响，不论小或大。因此，在这种关系很强的系统中，在一个泵速处获取的校准随着操作过程中的实际泵速偏离校准泵速而变得更为不太适用。因此，在压力响应已知或者被预期更加依赖泵速的系统中，可在多个泵速处执行每个校准步骤，并且如果需要可使用推断法来达到中间值。

[0039] 图5是更详细表示使用校准关联来如同过程400的阶段409那样控制扭矩的示意结构和流程图。图5的流程图500利用扭矩指令501开始，扭矩指令501例如借助使用者界面来自使用者，或者来自控制器，例如自动地改变扭矩以补偿级别中的增加等。扭矩指令501通过前馈扭矩方程503考虑校准关联505(即，位移关联410和回路压力关联411)处理以产生一个或多个阀指令507。

[0040] 将一个或多个阀指令507提供给传动装置509。特别地，一个或多个阀指令507用作到泵阀511的输入指令，其通过调节到指令水平来响应。泵阀511控制致动器513(例如，斜盘致动器104)。致动器513的位置修改变速器515(例如图1的变速器100)的操作，变速器515提供基本与最初扭矩指令501匹配的马达扭矩输出517。以此方式，提供扭矩的精确高效的前馈控制。

[0041] 虽然前述讨论通过例子涉及去除惯性影响的特定校准技术，但将会认识到，如果希望可以放弃这种简化。因此，例如在加速期间的惯性影响量很大的系统中，阶段411的0加速校准可替代地重构为允许加速，其中惯性的影响被考量并从校准结果中去掉。

[0042] 工业实用性

[0043] 描述的原理能够应用于需要传动装置来将动力源链接到例如轮子、履带等的最终接地机构和/或其他被提供动力的功能或器具的机器。这种机器的例子包括用于采矿、建筑、农场、运输或者本领域已知的任何其他行业的机器。例如，所述机器可以是土方机器，例如轮式装载机、挖掘机、倾卸卡车、反铲挖土机、机动平地机、材料搬运机等等。示例性的器具包括但不限于铲斗、压实器、叉式升举装置、刷子、格斗、切割器、剪具、刮板、破碎器具/锤子、螺丝钻及其他器具。

[0044] 在这种应用内，所述的原理适用于操作静液压和液压无级变速器以允许使用前馈控制构造进行精确扭矩控制。这允许以比简单传统速度控制或者其他替代控制策略更有效的方式控制主机的操作。

[0045] 将会认识到，前面的描述提供了所公开的系统和技术的有用例子。但是，可以想到，本发明的其他实施可在细节上不同于前面的例子。对本发明或其例子的所有引述意在指当时正在讨论的特定例子，而不用来更加一般地暗示对本发明的任何限制。在特定特征方面的所有区别和轻视语言意欲表明对于所述特征缺乏偏好，但除非另外具体地指明，并不将其从本发明的范围完全排除。

[0046] 除了明确说明，本文中记录的数值范围仅用作对落入该范围内的每个单独值进行各个引述的简便方法，因此每个单独值如同它们各个记述在本文中那样地包含在说明书中。除非本文另外说明或通过上下文以其他方式明显冲突，可以以任意适当的顺序实施本文中所述的所有方法。例如，所述的校准步骤可任选地以颠倒的顺序执行，并且当逻辑上合适时，其他替代顺序和步骤可以是行得通的，不脱离所述的原理。