專利名稱：確定在液壓機械傳動裝置中液壓單元的輸出速度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個具有液壓單元的液壓機械傳動裝置，具體地說涉及一種確定液壓單元的實際輸出速度的裝置和方法。
本發(fā)明的傳動裝置應(yīng)用兩個安裝在傳動裝置中的不同齒輪上的非定向、相對便宜的可變磁阻速度傳感器來精確確定液壓單元輸出的速度和方向。一個傳感器安裝在液壓單元的液壓單元輸出端，并用來直接測量液壓單元的輸出速度。另一個傳感器安裝在傳動裝置的行星齒輪支架上，并用來非直接地測量液壓單元的輸出速度。所述液壓單元的輸出速度必須依據(jù)當時的發(fā)動機速度和已知的傳動裝置的齒輪速比計算出來。當液壓單元停止或在一個低速下轉(zhuǎn)動時，支架在以一個相對高的速度轉(zhuǎn)動。此外，當支架是停止或在一個低速下轉(zhuǎn)動時，液壓單元的輸出軸處在一個相對高的速度下。測量到較快的實際速度的傳感器就是用來確定液壓單元輸出速度的傳感器。在兩個測量的速度相互比較接近時，有一個轉(zhuǎn)換期間。在轉(zhuǎn)換期間中，由兩個傳感器確定的液壓單元輸出速度被平均，該平均值被用于控制器，作為液壓單元輸出速度。
由于采用得到較高實際速度的傳感器的測量結(jié)果，速度測量的頻率總是大于或等于250Hz。由此結(jié)果，一個新的、精確的速度能夠在每4毫秒的閉環(huán)速度控制中測出。所述可變磁阻速度傳感器是便宜的，而且能在傳動裝置中測量現(xiàn)有齒輪，不必需要一個附加的磁環(huán)。此外，用兩個傳感器測量液壓單元的速度能夠用控制器來檢測錯誤并在車上進行判斷。
圖2是一個環(huán)形齒輪速度和行星齒輪速度與車輛地面速度之比的曲線圖。
所述傳動裝置包括一個行星齒輪系統(tǒng)20，星齒輪系統(tǒng)20具有第一和第二行星齒輪組24和26。所述行星齒輪組具有一個公共行星齒輪支架28，支架28上安裝著成為一個整體的分別為兩個行星齒輪組的行星齒輪P1和P2。一個單獨的環(huán)形齒輪R2被用來與行星齒輪P2嚙合。發(fā)動機輸出軸14同時也驅(qū)動第一行星齒輪組24的中心齒輪S1。第二行星齒輪組26具有一個中心齒輪S2。
傳動裝置具有兩個離合器，一個低檔位離合器CL和一個高檔位離合器CH。離合器CL可與支架28嚙合，進而通過齒輪N5和N6與插速驅(qū)動軸42偶合。離合器CH可與中心齒輪S2嚙合，進而通過齒輪N5和N6與插速驅(qū)動軸42偶合。傳動裝置還包括一個倒車行星齒輪組30，齒輪組30具有一個環(huán)形齒輪R3，一個行星齒輪P3和一個中心齒輪S3。當制動器BR被嚙合使得環(huán)形齒輪R3停止轉(zhuǎn)動并且兩個離合器被放開時，中心齒輪S3將以相反的方向轉(zhuǎn)動，由此改變驅(qū)動軸42的轉(zhuǎn)動方向。
所述傳動裝置包括一個電子控制器44，電子控制器44與操縱傳動裝置10的液壓控制器46相連。液壓控制器46被用于控制所述液壓可變單元16的輸出和離合器CL、CH以及制動器BR的嚙合和脫離。電子控制器44也與發(fā)動機電子控制單元48連接來協(xié)調(diào)發(fā)動機12和傳動裝置10的控制。在一種情況下，傳動裝置控制器44接收來自發(fā)動機電子控制單元48與發(fā)動機速度，也即中心齒輪S1的速度有關(guān)的輸入。
電子控制器44對驅(qū)動齒輪N4的液壓單元輸出軸50確定一個速度。為控制傳動裝置，需要具有一個閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中液壓單元輸出軸50的實際速度被輸送到電子控制器44。
一個第一可變磁阻速度傳感器58測量通過齒輪N3和N4由液壓單元輸出驅(qū)動的環(huán)形齒輪R2的速度。所述環(huán)形齒輪R2的速度直接與液壓單元輸出速度成比例。另外，傳感器58可被設(shè)置來測量在液壓單元輸出軸上的齒輪N4的速度。傳感器58提供了對液壓單元輸出速度的一個直接測量。
第二可變磁阻速度傳感器60測量行星齒輪支架28的速度。這是一個對液壓單元輸出速度的非直接測量，因為電子控制器44必須從支架速度和中心齒輪S1的速度計算出液壓單元輸出速度。液壓單元輸出速度通過一下公式計算出來液壓速度{([(P2×S1)+(P1×R2)]×[支架速度]-[P2×S1×(S1速度)])÷(P1×P2)}×{-N4÷N3}在此P1、S1等分別代表各自齒輪上的齒數(shù)。計算結(jié)果將或正或負，其表示液壓單元輸出的方向。無論什么時候都用上述公式確定液壓輸出的方向，甚至當液壓單元的輸出速度由安裝在環(huán)形齒輪R2上的傳感器58確定時。
參見圖2，顯示出支架速度和環(huán)形齒輪R2的速度與車輛地面速度的比值。正如所見，不論是支架速度還是環(huán)形齒輪速度在同一地面速度下都沒有為零或接近零。兩者之一總是以足夠快的速度轉(zhuǎn)動，以便給出所需的與液壓單元輸出有關(guān)的測量頻率。無論傳感器58、60中的那個傳感器測量到最快的實際速度，該傳感器側(cè)得的速度被用于確定測出的液壓單元的輸出速度。當這兩個由傳感器實際測出的速度趨于相同時，如相互相差10％以內(nèi)，將兩個傳感器測出的液壓單元輸出速度值平均在一起。該平均值被用于控制器，作為液壓單元輸出速度。
由于用兩個磁傳感代替了信號定向霍爾效應(yīng)傳感器，速度測量的頻率總是大于250Hz，甚至在液壓單元在停止或接近停止時。
對于液壓單元輸出速度的非直接測量，最好用支架。然而，由行星齒輪組24驅(qū)動的其它傳動裝置的元件也能被用于這樣的測量中。例如，中心齒輪S2或S3的速度也能被測量，并從中計算出液壓單元的輸出速度。根據(jù)使用的元件，離合器滑動可能是一個不可預(yù)測的因素。這就是支架速度被參照的原因，此時離合器滑動不再是影響液壓單元輸出速度計算的因素。
本發(fā)明不應(yīng)受上述實施例的限定，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求書限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種有一個發(fā)動機驅(qū)動的液壓機械傳動裝置，包括一個可變速度液壓單元，所述液壓單元具有一個泵和一個馬達，所述馬達上有一個液壓單元輸出軸，由此所述液壓單元輸出軸速度是可變的；一個行星齒輪系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有第一和第二行星齒輪組，第一行星齒輪組有一個適于由發(fā)動機驅(qū)動的中心齒輪(S1)、行星齒輪(P1)和一個行星齒輪支架，同時第二行星齒輪組包括一個由液壓單元輸出軸驅(qū)動的環(huán)形齒輪(R2)、中心齒輪(S2)和與行星齒輪(P1)為一個整體并由行星齒輪支架支承的行星齒輪(P2)，由此所述支架速度為行星齒輪(P1)速度和環(huán)形齒輪(R2)速度的函數(shù)；所述傳動裝置進一步具有一個倒車行星齒輪組，該行星齒輪組具有一個由傳動裝置輸出軸驅(qū)動的中心齒輪(S3)和一個由行星齒輪支架和一對離合器支承的行星齒輪(P3)，所述離合器包括一個低檔位離合器(CL)和一個高檔位離合器(CH)，所述離合器(CL)、(CH)被選擇地嚙合用于將所述支架或中心齒輪(S2)分別與輸出軸連接；一個電子傳動裝置控制器用于確定所需的液壓單元輸出軸速度；以及一對傳動裝置速度傳感器，用于向液壓單元輸出軸速度的控制器提供反饋，其中的第一傳感器直接測量液壓單元輸出軸的速度，而第二傳感器通過測量由第一行星齒輪組驅(qū)動的傳動裝置的元件的速度非直接地測量液壓單元輸出軸的速度，此時根據(jù)中心齒輪(S1)和已知的傳動裝置中齒輪速比來確定液壓單元輸出軸的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中第二傳感器測量所述支架的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動裝置，其中所述液壓單元輸出速度通過以下等式，由支架速度和中心齒輪(S1)的速度計算得出液壓速度＝{([(P2×S1)+(P1×R2)]×[支架速度]-[P2×S1×(S1速度)])÷(P1×P2)}×{-N4÷N3}在此P1、S1、R2、P2、N3和N4分別代表各自齒輪上的齒數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中第一傳感器測量環(huán)形齒輪(R2)的速度，由此通過已知的齒輪速比確定液壓單元的速度。
5.一種有一個發(fā)動機驅(qū)動的液壓機械傳動裝置，包括一個可變速度液壓單元，所述液壓單元具有一個泵和一個馬達，所述馬達上有一個液壓單元輸出軸，由此所述液壓單元輸出軸速度是可變的；一個行星齒輪系統(tǒng)，具有一個適于由發(fā)動機驅(qū)動的中心齒輪，一個由液壓單元的液壓單元輸出軸驅(qū)動的環(huán)形齒輪和安裝在一個行星齒輪支架上的行星齒輪，由此所述支架的速度是中心齒輪速度和環(huán)形齒輪速度的函數(shù)；一個電子傳動裝置控制器用于確定所需的液壓單元輸出軸速度；以及一對傳動裝置速度傳感器，用于向液壓單元輸出軸速度的控制器提供反饋，其中的第一傳感器直接測量液壓單元輸出軸的速度，而第二傳感器通過測量行星齒輪支架的速度非直接地測量液壓單元輸出軸的速度，此時根據(jù)當時發(fā)動機的速度來確定液壓單元輸出軸的速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中所述控制器根據(jù)所述兩個傳感器中當時測的較高的實際速度的傳感器的測量結(jié)果確定液壓單元輸出軸的速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中所述控制器通過平均由所述兩個傳感器反饋的液壓單元輸出軸速度來確定液壓單元輸出軸的速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中所述控制器當兩個傳感器發(fā)出的速度信號在一個相互接近的預(yù)定范圍內(nèi)時，通過平均由所述兩個傳感器反饋的液壓單元輸出軸速度來確定液壓單元輸出軸的速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中所述傳感器是可變磁阻速度傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，進一步包括一個接收來自電子控制器的控制輸入的液壓控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中所述電子控制器接收一個來自發(fā)動機電子控制單元的一個發(fā)動機速度信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳動裝置，其中所述第一傳感器測量由液壓單元輸出軸驅(qū)動的齒輪的速度，由此確定液壓單元輸出軸速度。
13.一種在適于一個發(fā)動機驅(qū)動的液壓機械傳動裝置中確定液壓單元輸出軸的實際速度的方法，所述傳動裝置包括一個可變速度液壓單元，所述液壓單元具有一個泵和一個馬達，所述馬達上有一個液壓單元輸出軸，由此所述液壓單元輸出軸速度是可變的，一個行星齒輪系統(tǒng)，具有一個適于由發(fā)動機驅(qū)動的中心齒輪，一個由液壓單元的輸出軸驅(qū)動的環(huán)形齒輪和安裝在一個行星齒輪支架上的行星齒輪，由此所述支架的速度是中心齒輪速度和環(huán)形齒輪速度的函數(shù)，以及一個電子傳動裝置控制器用于確定所需的液壓單元輸出軸速度，所述確定實際速度的方法包括以下步驟提供一個第一傳感器用于測量其速度與液壓單元輸出軸的速度直接成比例的元件的速度，所述第一傳感器向所述控制器發(fā)送一個反映所測速度的信號；提供一個第二傳感器用于測量行星齒輪支架的速度，并對所述控制器發(fā)出一個反映行星齒輪支架速度的信號，由此根據(jù)發(fā)動機速度和行星齒輪的齒輪速比確定液壓單元輸出軸速度；以及選擇上述傳感器中反映出的較高的實際測量速度所確定的速度作為液壓單元輸出軸速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在兩個傳感器的實際測量速度在一個相互接近的預(yù)定范圍內(nèi)時，液壓單元輸出軸速度由兩個傳感器信號的平均值確定。
全文摘要
在傳動裝置中的液壓單元的輸出速度采用一對可變磁阻傳感器來確定,其中一個安裝在由液壓單元輸出所驅(qū)動的一個齒輪上,而另一個安裝在行星齒輪系統(tǒng)的支架上。兩個傳感器其中一個總是用于測量較高的速度,由此液壓輸出被直接地確定或由當時發(fā)動機的速度間接確定。這樣在液壓單元輸出軸速度低的情況下,用于確定液壓單元輸出速度的速度傳感器的頻率不會降低。
文檔編號F16H47/04GK1346030SQ0113844
公開日2002年4月24日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月26日
發(fā)明者T·L·古德奈特, D·R·約翰森, D·D·迪爾克斯, W·格爾納 申請人:迪爾公司, 索爾丹福斯公司