用于諸如增壓器的發(fā)動機輔助裝置的驅(qū)動裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于發(fā)動機輔助驅(qū)動的驅(qū)動裝置。具體地，本發(fā)明具體地但不是 唯一地應用于一種用于增壓器或者其它裝置的驅(qū)動裝置，其中驅(qū)動通過包括無級變速器 (CVT)的驅(qū)動系統(tǒng)被從內(nèi)燃機傳送到增壓器。
【背景技術】
[0002] 本發(fā)明特定應用于客車和輕載車輛。雖然這不是本發(fā)明的唯一應用，但是該應用 將用作說明本發(fā)明如何可以實施的基礎。在這點上，本發(fā)明的實施例將典型地用于由駕駛 員使用踏腳板從而允許駕駛員控制發(fā)動機通常傳送給車輛的傳輸裝置的轉(zhuǎn)矩量來控制的 發(fā)動機。在汽油發(fā)動機的情況下，該踏板將直接或者間接控制節(jié)流閥的位置，該節(jié)流閥調(diào)節(jié) 進入發(fā)動機的空氣的流量，而在柴油機的情況下，踏板將直接或者間接控制將注射到發(fā)動 機中的燃料的量。因此，在本說明書中，通常使用的術語"油門踏板"將用于通常指與對發(fā) 動機操作的實際物理作用無關的踏板。
[0003] 壓力感應被視作對提高內(nèi)燃機效率有重要的貢獻，從而減少二氧化碳排放物。具 體地，由發(fā)動機驅(qū)動的增壓器（與排氣式渦輪增壓器相反）可以對任何給定時間進入發(fā)動 機的空氣量并因此對燃料提供相當大程度的控制，進而結(jié)合減少的廢氣排放可以提供改進 的發(fā)動機功率的控制和驅(qū)動響應。
[0004] 通常，增壓器必須被驅(qū)動的轉(zhuǎn)速大于發(fā)動機曲柄軸的轉(zhuǎn)速一個大的因子。例如，用 于客車的典型汽油發(fā)動機將以在750rpm與6000rpm之間的速度運行，而離心式增壓器可能 需要以在40000rpm與250000rpm之間的速度運行。迄今，這已經(jīng)典型地通過在曲柄軸與增 壓器之間設置固定比率的增速齒輪系來獲得。
[0005] 顯然以曲柄軸速度的固定倍數(shù)驅(qū)動增壓器不是最佳的。如果增壓器系統(tǒng)被構造成 以低發(fā)動機速度輸送最大可能的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，則功率在高發(fā)動機速度下出現(xiàn)浪費。如果增 壓器系統(tǒng)被構造成使得所述增壓器系統(tǒng)以高發(fā)動機速度供應需要的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，則低發(fā)動 機速度下的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩可能不足。顯然在曲柄軸與增壓器之間提供可變比率驅(qū)動可用于減 少輸送到增壓器的浪費的能量的量，同時在低發(fā)動機速度下最大化發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出，并且 可連續(xù)變化比率的驅(qū)動顯然優(yōu)于步進變化比率的驅(qū)動。
[0006] 現(xiàn)在考慮以下情況，即發(fā)動機運轉(zhuǎn)以使用發(fā)動機可用轉(zhuǎn)矩中的較小百分比的轉(zhuǎn)矩 以基本上穩(wěn)定的速度驅(qū)動車輛，并且駕駛員突然壓下油門踏板，例如以追上較慢車輛。理想 地，增壓器將在盡可能短的時間內(nèi)加速到其最大速度以響應駕駛員對最大發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的要 求。響應于這種要求，如果可變比率的驅(qū)動被立即從低比率掃掠到高比率，則發(fā)動機的輸出 轉(zhuǎn)矩的相當大部分僅需要加速增壓器，因此將不用加速車輛。在沒有適當控制的情況下，可 以想到的情況是這么多轉(zhuǎn)矩被增壓器驅(qū)動吸收，突然的油門踏板輸入實際上會導致輸送給 驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩瞬時減少。這是非常不希望出現(xiàn)的。
[0007] 包括轉(zhuǎn)矩受控的變速器的無級變速系統(tǒng)可以提供對該控制問題的直接解決方案。 這種變速器對本領域技術人員是公知的，W0-A-2004090382中公開的示例是典型的但不是 唯一的環(huán)形行走輪驅(qū)動式。到傳輸裝置的控制輸入可以控制將要輸送給增壓器的轉(zhuǎn)矩，并 且這可以被設置成預定的最大值或者當前的總發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的一個比例值（可以是固定或 可變的），因此確保發(fā)動機的凈輸出轉(zhuǎn)矩足以滿足駕駛員的要求。然而，轉(zhuǎn)矩受控的變速器 通常需要施加到該變速器的轉(zhuǎn)矩傳送元件的作用力，因此諸如控制致動器的控制部件通常 相對較大且昂貴。雖然這對于諸如主傳動商用車輸送的較大系統(tǒng)不存在問題，但是在低功 率應用中使用轉(zhuǎn)矩受控系統(tǒng)會導致不成比例的高致動器功率消耗。因此，雖然轉(zhuǎn)矩受控輸 送對于控制目的是理想的，但是對于例如諸如油栗、交流發(fā)電機、增壓器、水栗、動力轉(zhuǎn)向裝 置和輔助風扇驅(qū)動裝置的變速前置式發(fā)動機輔助驅(qū)動裝置（FEAD)可能不會提供使成本和 重量必須保持到絕對最小值的可接受的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種使發(fā)動機前面的輔助裝置（例如，增壓器）可以通過來 自內(nèi)燃機的無級變速器驅(qū)動，所述無級變速器能夠提供有效操作所需的控制程度，同時保 持成本、重量和復雜性最小化。
[0009] 為此，本發(fā)明在第一方面提供一種用于內(nèi)燃機的增壓裝置，包括：
[0010] 增壓器，所述增壓器具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入；
[0011] 傳輸裝置，所述傳輸裝置具有用于從內(nèi)燃機接收驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入和連接到 增壓器的輸入的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸出；其中：
[0012] 所述傳輸裝置包括可操作地連接在傳輸裝置的輸入與輸出之間的變速器和用于 設置變速器的運行比的控制裝置，所述變速器具有由輸入以運行比驅(qū)動的輸出；
[0013]控制系統(tǒng)操作以使發(fā)動機采用由控制系統(tǒng)的輸入的狀態(tài)指示的操作狀態(tài)；以及
[0014]控制裝置可操作用于設置變速器的運行比。
[0015]在獲得本發(fā)明中，發(fā)明人認識到與明顯優(yōu)選的轉(zhuǎn)矩控制相比，比率控制下的變速 器操作的缺點會由于通過操作特定比率控制執(zhí)行過程所需的比較簡單且小的功率獲得的 節(jié)約成本和減少體重而突顯。轉(zhuǎn)矩控制下的操作允許簡單地實現(xiàn)控制系統(tǒng)（控制系統(tǒng)必須 做的是設置對將施加到發(fā)動機或增壓器的轉(zhuǎn)矩的限制），而比率控制呈現(xiàn)明顯更大的技術 挑戰(zhàn)。
[0016]概括地說，控制系統(tǒng)必須操作以使發(fā)動機采用由控制系統(tǒng)的一個或多個輸入的狀 態(tài)指示的操作條件。
[0017]所述發(fā)動機操作條件可以為發(fā)動機轉(zhuǎn)矩條件、凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩條件、發(fā)動機'載荷'、 速度、加速度、燃料-空氣運行比和排放物目標值中的一個或多個，其中所述排放物目標 值為用于二氧化碳、顆粒物、N0X或其它排放物的目標值，所述排放物目標值可以是期望 的排放狀態(tài)或者排氣狀態(tài)，該排放狀態(tài)可以包括氣體的溫度和組成以便使催化轉(zhuǎn)化器"點 火"（在該點下，催化轉(zhuǎn)化器達到操作溫度，使得所述催化轉(zhuǎn)化器變得對將有害排放物轉(zhuǎn)換 成較不有害的化合物是有效的），所述排氣狀態(tài)在處理例如選擇催化還原（SCR)之后幫助 排氣，這些在商用車柴油機中尤其普遍。在此上下文中，術語"發(fā)動機轉(zhuǎn)矩"表示考慮增壓 裝置施加的載荷之前曲柄處的轉(zhuǎn)矩，而"凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩"表示考慮增壓裝置施加的載荷之后 曲柄處的轉(zhuǎn)矩。術語"發(fā)動機'載荷'"是指給定的發(fā)動機運行速度下可獲得的總凈發(fā)動機 轉(zhuǎn)矩的一定比例。
[0018]控制系統(tǒng)的輸入或輸入可以直接由以下方式來確定：由人（例如，車輛的油門踏 板）確定；由諸如巡航控制或自動駕駛儀的自動控制確定；由其它車輛控制系統(tǒng)（例如穩(wěn) 定性控制系統(tǒng)）確定；由發(fā)動機調(diào)速器（本身可以為發(fā)動機控制系統(tǒng)的機械或一體部分） 或者車輛動力系系統(tǒng)確定，所述車輛動力系系統(tǒng)可以包括自動或自動化的變速箱、無級變 速傳動和CVT(其示例包括機械變量、電氣變量或者液壓變量）、儲能系統(tǒng)（例如，機械式 (例如飛輪）、電氣式（例如電池）或液壓式（例如蓄能器））中的一個或多個；或者由其它 驅(qū)動裝置確定，例如空氣壓縮機、空調(diào)系統(tǒng)、交流發(fā)電機、油栗和任何一種動力輸出驅(qū)動器 械?；诖艘约皩Πl(fā)動機、動力系和車輛瞬時操作條件的認識，所述控制系統(tǒng)可以對表示內(nèi) 燃機的與增壓裝置相關聯(lián)的操作的狀態(tài)的控制變量計算目標值。
[0019]在以下說明中，術語'函數(shù)'用于描述用于生成調(diào)節(jié)控制變量、變速器比率和變速 器比率的變化率的控制作用的變量和算法。術語誤差將用于表示變量的目標值與該變量的 實際值之間的差值。在此上下文中，函數(shù)將典型地包括比例要素（直接或間接）或者轉(zhuǎn)換 速率要素，并且產(chǎn)生通常通過增加誤差值增加而通過降低誤差值減小的控制作用。所述函 數(shù)可以是固定函數(shù)或者隨著誤差變化以及可選地隨著另一個系統(tǒng)變量或其它系統(tǒng)變量變 化的函數(shù)。可選地，所述函數(shù)可以包括誤差的積分和差動（即導數(shù)）中的一個或者兩者。
[0020] 所述控制變量可以為增壓器速度、壓縮機速度、變速器輸出速度、增壓器增壓壓 力、歧管空氣壓力、空氣流量、發(fā)動機輸出速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、發(fā)動機載荷和排出氧氣含量中 的一個或多個。生成為目標值與實際（或估算）值之間的差值的控制變量?？刂葡到y(tǒng)確定 接近控制變量的變化率作為控制變量誤差的函數(shù)，并且可用于確定變速器比率的相應變化 率和變速器比率中的一個或兩者，以便適當?shù)亟咏繕丝刂谱兞俊?br>[0021] 可選地，所需的變速器比率的變化率以及變速器比率可以使用閉環(huán)控制（即反饋 控制）來獲取。開環(huán)比率控制由于其有利地最小化傳感器（例如，變速器的輸入和輸出速 度傳感器）的使用并從而減少成本和復雜性而可以可選地使用。開環(huán)變速器控制的一個示 例是沒有位置反饋的步進電動機，同時變速器變化率的開環(huán)控制的一個示例是具有導桿及 螺母結(jié)構的直流電動機，所述直流電動機在被供應電流時使螺母以關于電動機電流的速率 掃掠通過一定距離。閉環(huán)變速器控制的一個示例是具有反饋的步進電動機或者使用編碼器 進行位置反饋的具有導桿及螺母結(jié)構的直流電動機。變速器比率的開環(huán)控制以及變速器比 率控制中的一個或兩者由于其提供更簡單且更低成本的解決方案而是優(yōu)選的。
[0022] 控制變量可以使用開環(huán)或閉環(huán)（即反饋）控制來調(diào)節(jié)。開環(huán)控制可以在可以估算 控制變量時獲得。例如，考慮到的情況為增壓器增壓壓力為控制變量且發(fā)動機速度和變速 器比率已知（認識到變速器比率本身可以從開環(huán)推算或者由直接測量獲悉），使得壓縮機 速度已知。對壓縮機速度和發(fā)動機速度的認識連同對壓縮機特性圖的認識能夠使控制系統(tǒng) 估算增壓壓力，而不需要特定的壓力傳感器?？蛇x地，壓力傳感器可以用于直接測量增壓壓 力，并且提供該信號返回以使控制系統(tǒng)可以根據(jù)該變量執(zhí)行閉環(huán)控制。
[0023] 控制變量的不適當調(diào)整會引起危害駕駛性能的不期望指標，例如會引起不期望的 車輛驅(qū)動特性的凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的快速變化率（這被稱為'沖擊'）。雖然會理解的是所述函 數(shù)可以包含許多上述選擇，但是優(yōu)選的是接近將為誤差函數(shù)的目標值的變化率以及優(yōu)選地 誤差的某種比例函數(shù)。優(yōu)選的是基本上漸近地接近目標控制變量。例如，基本上漸近地接 近目標歧管壓力獲得至最終的凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩條件的相似接近率，這由于是平穩(wěn)且連續(xù)的而 是理想的。
[0024] 還能認識到的是增壓裝置的關于曲柄的慣性轉(zhuǎn)矩可以超過閾值，使得至車輛的從 動車輪的凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩運送被暫時增加或減小或者在任何情況下都受到干擾，再次出現(xiàn)驅(qū) 動器會感覺到的不期望的轉(zhuǎn)矩特性。發(fā)動機加速度對驅(qū)動器經(jīng)歷的轉(zhuǎn)矩有較小影響，這是 因為慣性轉(zhuǎn)矩的該分量在發(fā)動機快速加速的情況下可以僅影響凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。然而，可以 為獲得控制變量目標值施加的變速器比率的快速變化率即使在固定發(fā)動機速度下也會造
成對凈歲油知桂祐的十的協(xié)油-革平曲施軸的梢,杜賴油桂祐可丨二丨加下日斤述：
[0025] "為關于曲柄軸的 增壓器慣性轉(zhuǎn)矩。要注意的是為了清楚，Jse在該示例中假定表示影響增壓裝置慣性轉(zhuǎn)矩的 唯一重要慣性。在其它示例，增加裝置內(nèi)可以包括另外的慣性元件。
[0026] 以示例的方式，或者與緊密相關的任何變量可以受到限制以限制施加到 曲柄的慣性轉(zhuǎn)矩。
[0027] 理想的是穩(wěn)態(tài)增壓器轉(zhuǎn)矩和擾動轉(zhuǎn)矩的總和由于來自增壓裝置的慣性載荷保持 低于閾值。所述閾值可以根據(jù)其它系統(tǒng)變量和操作狀態(tài)變化。所述閾值可以為當前發(fā)動機 轉(zhuǎn)矩的固定比例或變化比例，或者可以為固定值。優(yōu)選地，總增壓器轉(zhuǎn)矩（關于曲柄的慣性 和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩）小于發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，從而確保凈發(fā)動機轉(zhuǎn)矩不是發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的異號，而凈發(fā)動 機轉(zhuǎn)矩為發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的異號將是非常不期望的。更加優(yōu)