控制車輛動力傳動系統(tǒng)扭矩的方法
【專利摘要】控制車輛動力傳動系統(tǒng)的方法，包括：確定當(dāng)前車輛運行狀態(tài)下的發(fā)動機初始輸出扭矩，在該扭矩下，動力傳動系統(tǒng)滿足預(yù)定的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；確立隨著變矩器轉(zhuǎn)差而變化的系數(shù)；通過將當(dāng)前變矩器轉(zhuǎn)差相應(yīng)的系數(shù)乘以初始的發(fā)動機輸出扭矩來確定發(fā)動機扭矩極限；將與動力傳動系統(tǒng)相連接的發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩限制至發(fā)動機扭矩極限。
【專利說明】控制車輛動力傳動系統(tǒng)扭矩的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及在車輛使用壽命內(nèi)較少發(fā)生的高需求運行狀態(tài)期間尤其是通過發(fā)動機輸出扭矩的傳遞來控制車輛動力傳動系統(tǒng)的扭矩，同時，在常規(guī)運行期間限制扭矩來避免動力傳動系統(tǒng)組件的疲勞性故障。
【背景技術(shù)】
[0002]在車輛的使用壽命內(nèi)承受輸入扭矩負(fù)載時，如變速器、驅(qū)動軸、車軸等車輛動力傳動系統(tǒng)的組件具有有限的疲勞壽命。通常使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)來建立扭矩負(fù)載的大小與檢測的組件的疲勞故障發(fā)生之前所應(yīng)用的該負(fù)載的循環(huán)應(yīng)用數(shù)量之間的關(guān)系。
[0003]為了確保在正常使用條件下的組件的使用壽命的可接受的長度，可以施加扭矩限制以防止高扭轉(zhuǎn)負(fù)載經(jīng)常地、循環(huán)地應(yīng)用。由于這種高扭矩低于組件的極限強度和屈服強度的極限，高扭矩下的有限數(shù)量的循環(huán)不會對組件的疲勞強度具有實質(zhì)的不利影響。
[0004]在車輛動力傳動系統(tǒng)的控制領(lǐng)域中存在對如下策略的需要，即在特定的非典型情況下允許較高扭矩的應(yīng)用，但是，在正常使用期間當(dāng)發(fā)生更大數(shù)量的循環(huán)時阻止該扭矩大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種控制車輛動力傳動系統(tǒng)的方法，包括:確定當(dāng)前車輛運行狀態(tài)下的發(fā)動機初始輸出扭矩，在該扭矩下，動力傳動系統(tǒng)滿足預(yù)定的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；確立隨著變矩器轉(zhuǎn)差(slip)而變化的系數(shù)；通過將當(dāng)前變矩器轉(zhuǎn)差相應(yīng)的系數(shù)乘以發(fā)動機初始輸出扭矩來確定發(fā)動機扭矩極限；將與動力傳動系統(tǒng)相連接的發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩限制至發(fā)動機扭矩極限。
[0006]車輛動力傳動系統(tǒng)，包括:發(fā)動機；與發(fā)動機曲軸連接的變矩器；與變矩器的渦輪連接的變速器；與變速器輸出相連接的差速器；連接差速器與車輪的車軸；控制器，該控制器包括處理器，該處理器用于確定當(dāng)前車輛運行狀態(tài)下的發(fā)動機初始輸出扭矩，在該扭矩下，變矩器、變速器和差速器滿足預(yù)定的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，該處理器還用于通過將與當(dāng)前變矩器轉(zhuǎn)差相應(yīng)的系數(shù)乘以發(fā)動機初始輸出扭矩來確定發(fā)動機扭矩極限；以及發(fā)動機控制器，該發(fā)動機控制器用于將與動力傳動系統(tǒng)相連接的發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩限制至發(fā)動機扭矩極限。
[0007]本方法建立一操作區(qū)，在該操作區(qū)內(nèi)，在限制疲勞循環(huán)對動力傳動系統(tǒng)組件故障的影響的同時，額外的發(fā)動機扭矩通過動力傳動系統(tǒng)傳遞。在具有挑戰(zhàn)性的狀況下，例如車輛滿載或在陡坡上由靜止啟動時，本方法允許以高水平的扭矩使車輛啟動或加速。本方法利用了變矩器轉(zhuǎn)差，因為轉(zhuǎn)差是動力系統(tǒng)控制器易于獲取的信號，并且本方法區(qū)分車輛重量、道路坡度及運動阻力等的極端和正常運行狀態(tài)。
[0008]本方法在未要求增加橋速比(axle ratio)的情況下將啟動車輛的能力提高了一個等級，橋速比的增加將增加工程研發(fā)費用和降低燃油經(jīng)濟性。
[0009]通過以下的詳細(xì)說明、權(quán)利要求書及附圖，優(yōu)選實施方式的適用范圍將變得顯而易見。需要說明的是，說明和具體示例盡管表明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但其僅以舉例的方式給出。對于所描述的實施方式和示例的各種變換和修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]參考以下的說明，并結(jié)合附圖，本發(fā)明將更加易于理解，其中:
[0011]圖1為具有變速器、分動器以及延伸到前輪和后輪的驅(qū)動軸的機動車輛動力傳動系統(tǒng)的俯視圖；
[0012]圖2為展示包含動力源、變矩器和變速器輸入的車輛動力傳動系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖3為用于確定最終的發(fā)動機扭矩極限和控制發(fā)動機輸出扭矩的算法；
[0014]圖4為展示校正發(fā)動機初始扭矩極限的函數(shù)變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]參見圖1，機動車輛動力傳動系統(tǒng)包含前輪10、后輪12、產(chǎn)生多個前進(jìn)轉(zhuǎn)速比和至少一個后退轉(zhuǎn)速比動力變速器總成14、以及分動器總成16。
[0016]當(dāng)選定動力傳動系統(tǒng)的兩輪驅(qū)動(2WD)操作時，分動器總成16將變速器輸出與后驅(qū)動軸18驅(qū)動連接。當(dāng)選定四輪驅(qū)動(4WD)操作時，分動器總成16將變速器輸出同時與前驅(qū)動軸20和后驅(qū)動軸18連接。軸18將動力傳輸至后輪差速器機構(gòu)22，動力由此通過車軸24、26差動地傳輸至后輪12，該車軸24、26包含在差速器箱體中。前輪與右側(cè)車軸32和左側(cè)車軸34驅(qū)動連接，動力由前驅(qū)動軸20通過前差速器36傳輸至右側(cè)車軸32和左側(cè)車軸34。
[0017]圖2顯示了內(nèi)燃機39或其他動力源與變速器14之間的部分動力傳動系統(tǒng)，其中液力變矩器38與發(fā)動機曲軸40驅(qū)動連接，該發(fā)動機曲軸40與變矩器的葉片式葉輪42連接。葉片式渦輪44、葉片式定子48和葉輪42限定了變矩器殼體內(nèi)環(huán)形液流回路。定子48支承于固定套軸(sleeve shaft) 50,超越制動器52將定子錨固在軸50上，以防止定子48在與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相對的方向上旋轉(zhuǎn)，盡管在相對方向上的自由旋轉(zhuǎn)(free-wheeling)運動是允許的。渦輪44與變速器輸入軸54連接。扭振減振器56與鎖止離合器58串聯(lián)安置在曲軸40與變速器輸入軸54之間。當(dāng)離合器58嚙合時，發(fā)動機通過直接的機械連接來驅(qū)動輸入軸54，但是，當(dāng)離合器58解離時，軸54通過變矩器與發(fā)動機液壓式連接。
[0018]變速器14包括齒輪、軸、軸承、離合器、制動器、液壓控制伺服器及其他組件，這些組件運轉(zhuǎn)以產(chǎn)生正和反向的傳動比。
[0019]動力傳動系統(tǒng)的各種總成的每個主要組件都應(yīng)當(dāng)有能力達(dá)到或超過預(yù)定的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，包括與由發(fā)動機39通過動力傳動系統(tǒng)傳輸?shù)呐ぞ卮笮∮嘘P(guān)的極限扭轉(zhuǎn)強度、屈服扭轉(zhuǎn)強度、疲勞扭轉(zhuǎn)強度、扭轉(zhuǎn)疲勞極限、扭轉(zhuǎn)使用壽命、扭轉(zhuǎn)位移等。影響這些結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的因素包括變速器齒輪比、變矩器38產(chǎn)生的發(fā)動機扭矩增加、選定的兩輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動操作、車輛加速度、車輛重量、道路坡度及運動阻力等。
[0020]在圖3的算法60中使用變矩器轉(zhuǎn)速比、即渦輪轉(zhuǎn)速除以發(fā)動機轉(zhuǎn)速來作為標(biāo)定函數(shù)，執(zhí)行該函數(shù)以規(guī)定傳輸至車輛動力傳動系統(tǒng)的輸入的發(fā)動機輸出扭矩的增加。
[0021 ] 算法60的控制方法的步驟存儲在電子處理器64可訪問的計算機可讀介質(zhì)的電子存儲器中，該電子處理器64可以控制變速器14、分動器16及差速器22的操作。使用電子處理器64執(zhí)行該算法的方法。
[0022]當(dāng)車輛啟動時，即從停止或近于停止的狀態(tài)下加速時，處理器64確定當(dāng)前駕駛狀態(tài)下的發(fā)動機初始輸出扭矩極限，該當(dāng)前駕駛狀態(tài)由車輛負(fù)載、車輛加速度、齒輪比、變矩器轉(zhuǎn)速比等來表示。發(fā)動機初始輸出扭矩極限說明了傳輸至動力傳動系統(tǒng)的各個關(guān)鍵組件的扭矩、由變矩器38產(chǎn)生的發(fā)動機輸出扭矩的增加效應(yīng)和由變速器14產(chǎn)生的齒輪比。在當(dāng)前駕駛狀態(tài)組合下可接受的發(fā)動機輸出扭矩極限說明了(i)由于發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩而施加到動力傳動系統(tǒng)組件的最大扭轉(zhuǎn)臨界點的扭轉(zhuǎn)負(fù)載，以及(ii)每個這樣的組件必須滿足的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。
[0023]優(yōu)選地，在步驟66中，處理器64通過每個動力傳動系統(tǒng)組件的查找表為動力傳動系統(tǒng)的每個組件確定發(fā)動機初始輸出扭矩極限，通過當(dāng)前車輛駕駛狀態(tài)組合對該表進(jìn)行檢索。
[0024]在步驟68中，處理器64使用當(dāng)前測量的經(jīng)過變矩器38的轉(zhuǎn)差、即渦輪轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間的差值通過函數(shù)70來確定轉(zhuǎn)矩上升的系數(shù)72，該函數(shù)70存儲于電子處理器64可訪問的計算機可讀的介質(zhì)中。
[0025]圖4示出了作為變矩器轉(zhuǎn)差的函數(shù)70的系數(shù)72的優(yōu)選的變化。
[0026]處理器64在步驟74中產(chǎn)生最終的發(fā)動機扭矩極限，該最終的發(fā)動機扭矩極限為系數(shù)70乘以發(fā)動機初始扭矩極限的乘積。
[0027]發(fā)動機控制器76通過產(chǎn)生發(fā)動機輸出扭矩來對最終的發(fā)動機扭矩極限信號78作出反應(yīng)，該發(fā)動機輸出扭矩不超過最終的發(fā)動機扭矩極限。
[0028]在接近于變速器失速的較低的轉(zhuǎn)速比下，函數(shù)70產(chǎn)生允許的發(fā)動機輸出扭矩的增加，之后，在較高的轉(zhuǎn)速比時，融合至正常所允許的水平。實踐中，這允許在罕見的完全失速條件下增加發(fā)動機扭矩，但在車輪開始轉(zhuǎn)動之后不久即脫離發(fā)動機扭矩的增加。
[0029]當(dāng)動力源50為柴油發(fā)動機時，較高的轉(zhuǎn)速比與實現(xiàn)來自渦輪增壓器的推進(jìn)的時間一致。因此，當(dāng)發(fā)動機不能滿足扭矩極限時，在變矩器完全失速期間，較高水平的燃燒扭矩被允許，然而，當(dāng)發(fā)動機能夠達(dá)到扭矩極限時，發(fā)動機扭矩恢復(fù)至正常范圍內(nèi)。
[0030]依照專利法律之規(guī)定，已經(jīng)闡述了優(yōu)選實施方式。然而，需要指出的是，除了如具體說明和闡述的以外，替代實施方式也可以實施。
【權(quán)利要求】
1.一種控制車輛動力傳動系統(tǒng)的方法，其特征在于，包含: 確定當(dāng)前車輛運行狀態(tài)下的發(fā)動機初始輸出扭矩，在該扭矩下，動力傳動系統(tǒng)滿足預(yù)定的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)； 確立隨著變矩器轉(zhuǎn)差而變化的系數(shù)； 通過將與當(dāng)前變矩器轉(zhuǎn)差相應(yīng)的系數(shù)乘以發(fā)動機初始輸出扭矩來確定發(fā)動機扭矩極限； 將與動力傳動系統(tǒng)相連接的發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩限制至發(fā)動機扭矩極限。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在當(dāng)前的變矩器轉(zhuǎn)差相對較大時，所述系數(shù)大于I ;在當(dāng)前的變矩器轉(zhuǎn)差相對較低時，所述系數(shù)等于I。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定發(fā)動機初始輸出扭矩的步驟還包含: 確立預(yù)定的發(fā)動機輸出扭矩大小，在該扭矩下，發(fā)動機產(chǎn)生的發(fā)動機扭矩不超出動力傳動系統(tǒng)的組件的極限扭轉(zhuǎn)強度、屈服扭轉(zhuǎn)強度、疲勞扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞極限。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的發(fā)動機扭矩極限的大小大于發(fā)動機初始輸出扭矩的大小。
5.一種控制車輛動力傳動系統(tǒng)的方法，其特征在于，包含: 識別具有低發(fā)生頻率的第一運行狀態(tài)，其中要求在低轉(zhuǎn)速比下傳輸通過動力傳動系統(tǒng)的相對較高的發(fā)動機扭矩； 識別具有較高發(fā)生頻率的第二運行狀態(tài)，其中要求高轉(zhuǎn)速比下的較低的發(fā)動機扭矩；以及 僅在第一運行狀態(tài)下允許發(fā)動機產(chǎn)生相對較高的發(fā)動機扭矩。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包含，隨著轉(zhuǎn)速比增大，在第一運行狀態(tài)下產(chǎn)生的相對較高的發(fā)動機扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)樵诘诙\行狀態(tài)下的較低的發(fā)動機扭矩。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，變矩器轉(zhuǎn)差用于確定在第一運行狀態(tài)下產(chǎn)生的發(fā)動機扭矩的極限。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，變矩器轉(zhuǎn)差用于確定在第二運行狀態(tài)下產(chǎn)生的發(fā)動機扭矩的極限。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，識別第一和第二運行狀態(tài)的步驟包括確定車輛重量、車輛負(fù)載、車輛加速度、齒輪比及變矩器轉(zhuǎn)速比中的至少一項。
【文檔編號】B60K17/344GK103660930SQ201310399003
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月5日
【發(fā)明者】布拉德·迪恩·里德爾, 布拉德·W·普羅伯特, 張建平, 肯尼思·E·索韋爾 申請人:福特全球技術(shù)公司