CN102537328B - 利用液压流体润滑变速器构件的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以液压流体润滑变速器构件的***，包括泵和联接到泵的马达。该泵具有接收液压流体的入口端口和出口端口，液压流体从该出口端口被泵送到变速器构件。通过调节马达的马达扭矩来调节泵压力，通过基于查询表或公式的命令来设定马达扭矩。

Description

利用液压流体润滑变速器构件的***和方法

本申请要求于2010年12月22日提交的美国临时申请61/426244的权益，其通过引用而完整地结合于本文中。

技术领域

本发明涉及一种电泵。更具体而言，本发明涉及一种通过直接马达扭矩控制利用直接压力调节而控制电泵的***和方法。

背景技术

典型的自动变速器包括液压控制***，该液压控制***除了其它功能之外还被用来致动多个扭矩传递设备。例如，这些扭矩传递设备可为例如摩擦离合器和制动器。常规的液压控制***通常包括向阀体内的多个阀和螺线管提供加压流体（例如油）的泵。在动力系的操作期间，该泵通常由发动机驱动。

然而，在使用内燃（IC）发动机与电推进马达动力系的组合的混合动力系的情形中，为了节省燃料，发动机具有关闭的时间段。因此，在这段被动的发动机操作时间内，主变速器泵停止对该变速器或者混合变速器内的液压流体加压。然而，为了维持可操作性，该变速器内的构件必须仍然接收加压液压流体流。当前的混合动力***使用马达驱动的辅助泵以便向这些构件（例如，档位离合器）输送加压液压流体流，以便保持这些构件接合，使得该变速器为响应做好准备。然而，这些由电动马达驱动的常规辅助泵***可能会遭受低的***效率，可能会具有较大的尺寸，并且可能会很昂贵。

因此，在本技术领域中需要一种用在混合动力系中的辅助泵***，该辅助泵***能够提高效率，由此导致更好的燃料经济性，并且允许更长的发动机被动时间段。

发明内容

在本发明的一方面，用于以液压流体润滑变速器构件的***包括泵和联接到泵的马达。该泵具有接收液压流体的入口端口和出口端口，液压流体从该出口端口被泵送到变速器构件。通过调节马达的马达扭矩来调节泵压力，通过基于查询表或公式的命令来设定马达扭矩。

一些实施例可能具有以下优点中的一种或多种。***能够将适当的压力传递给离合器，同时最小化液压能量损失。***还可以为辅助泵提供顺畅的起动，因此，可以在辅助泵以高压起动时避免泵的停机。

此外，本发明还涉及以下技术方案。

1.一种利用液压流体润滑变速器构件的***，包括：

泵，所述泵具有入口端口和出口端口，所述入口端口接收液压流体，液压流体从所述出口端口被泵送到变速器构件；以及

联接到所述泵的马达，其中，通过调节马达扭矩来调节泵压力，并且其中，由基于查询表的命令来设定所述马达扭矩。

2.如技术方案1所述的***，其中，所述查询表具有马达扭矩、泵压力和泵速度。

3.如技术方案2所述的***，其中，当对于期望的扭矩水平不保持泵速度时调节所述泵速度。

4.如技术方案3所述的***，其中，由所述马达扭矩和所述泵压力来确定所述泵速度。

5.如技术方案1所述的***，其中，所述液压流体的流率基于泵速度和泵排量。

6.如技术方案5所述的***，其中，由所述流率确定所述泵压力。

7.如技术方案6所述的***，其中，将所述泵速度提供为反馈以确定期望的泵扭矩。

8.如技术方案6所述的***，其中，将所述泵压力提供为反馈以确定期望的泵速度。

9.如技术方案1所述的***，还包括命令所述马达的控制器。

10.如技术方案1所述的***，其中，所述马达利用轴联接到所述泵。

11.如技术方案1所述的***，其中，所述马达包括转子，所述转子是所述泵的组成构件。

12.如技术方案1所述的***，其中，所述泵压力由以下关系确定：

其中，

T_p=泵扭矩，

T_c=常数摩擦扭矩，

C_d=粘性阻力系数，

C_f=摩擦系数，

D=泵排量，

μ=流体粘度，

Δp=泵压力升高，

n=泵速度。

13.一种用于将液压流体提供至变速器的构件的方法，所述方法包括：

调节泵中的压力，所述泵与所述构件连通以便将液压流体泵送到所述构件；

调节联接到所述泵的马达的扭矩，以便调节泵压力，其中，所述马达扭矩由基于查询表的命令设定；以及

调节所述马达的扭矩，其中，所述扭矩由基于公式的命令设定。

14.如技术方案13所述的方法，其中，所述查询表的输入是泵速度和目标压力。

15.如技术方案13所述的方法，还包括决定是否以当前扭矩水平保持泵速度。

16.如技术方案15所述的方法，还包括调节所述泵速度。

17.如技术方案16所述的方法，其中，所述泵压力被提供作为反馈，与所述扭矩命令一起调节所述泵速度。

18.如技术方案16所述的方法，其中，所述泵速度被提供作为给所述查询表的反馈，以便调节所述泵扭矩。

19.如技术方案16所述的方法，其中，所述泵速度被提供作为给所述公式的反馈，以便调节所述泵扭矩。

20.如技术方案13所述的方法，其中，所述泵压力由以下关系确定：

其中，

T_p=泵扭矩，

T_c=常数摩擦扭矩，

C_d=粘性阻力系数，

C_f=摩擦系数，

D=泵排量，

μ=流体粘度，

Δp=泵压力升高，

n=泵速度。

本发明进一步的特征、方面和优点将通过参考下文的描述和附图而变得清楚，附图中相同的附图标记代表相同的构件、元件或特征。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明的目的，不意图以任何方式限制本公开的范围。附图中的构件不一定是按照比例绘制的，而是重在说明本发明的原理。此外，在不同的视图中，相同的附图标记表示对应的部分。在附图中：

图1是根据本发明原理的泵***的实施例的示意图；

图2是说明根据本发明原理的泵***的操作方法的流程图；以及

图3是用于控制泵***的***模型的框图。

具体实施方式

参考图1，示出了机动车辆的变速器中使用的泵***，总体地由标号10来表示，箭头指示了优选的流体流的方向。液压控制***10优选地应用于机动车辆的混合动力系中。然而，应该认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，泵***10可以应用于任何类型的动力系。泵***10可操作为多个变速器***或构件12提供加压液压流体流（诸如油）。变速器构件12可包括各种设备或部件，这些设备或部件可能要求流体流用于液压控制功能、润滑或冷却，诸如例如，可旋转的轴、齿轮装置、和/或扭矩传递设备。

泵***10大致包括液压泵14、利用例如轴20联接到泵14的泵马达16、以及命令泵14和泵马达16的操作的控制器18。

泵14大致包括出口端口22和入口端口24，液压流体从出口端口22传递到变速器构件12，泵通过入口端口24接收液压流体。在不偏离本发明的范围的情况下，泵可以是月形泵、叶轮泵、齿轮泵或叶片泵。***10还可以包括流体调节器，诸如例如过滤器23，其在流体进入入口端口24之前从流体去除杂质，并且可包括位于出口端口22和变速器构件12之间的流限制器25。

在特定的布置中，泵14是由马达16驱动的固定排量泵。马达转子能够通过轴20驱动泵14，或转子本身可以是泵14的一部分。在任何一种情况下，有效的泵扭矩T_p等于电动马达电磁扭矩减去任何的机械损失（诸如轴承摩擦扭矩）。由于机械损失能够在马达制造商处校准，因此电磁扭矩和有效的泵扭矩之间的关系（即，T_p与T_m的关系）是已知的。另一方面，泵速度和马达速度之间的关系是1:1或基于它们之间的齿轮比的某个其它给定数值。依赖于电动马达16的类型，泵扭矩T_p能够如同在DC马达中直接地调节，或如同在AC马达中通过向量控制而间接地调节。

现在参考图2，示出了用于操作泵***10、尤其是泵14的过程100。***模型200的对应框图显示于图3。过程100命令马达16的扭矩而不是它的速度。马达电磁扭矩是马达电流或马达电流分量的函数。因此，马达扭矩可以由马达控制器直接控制。

过程100由线路压力要求和马达速度反馈计算扭矩命令，同时根据以下关系考虑泵的特性：

公式1

其中，

T_p=泵扭矩（单位为扭矩的单位）

T_c=常量摩擦扭矩（单位为扭矩的单位）

C_d=粘性阻力系数

C_f=摩擦系数

D=泵排量（体积/转）

μ=流体粘度（单位为粘度的单位）

Δp=泵压力升高（单位为压力的单位）

n=泵速度（转/秒）。

基于以上所述的泵性能模型，对于具体的泵，D,C_d,C_f和T_c是已知的，并且对于泵工作所利用的具体的流体，μ是已知的。所有这些系数可以是依赖于温度的（因为固体构件和部件的热膨胀、流体的粘度变化以及接触表面的摩擦变化），但是随温度的变化可以建模或利用基准测试来映射。结果，三个操作参数（泵扭矩T_p、压力升高Δp和泵速度n）的3D查询表或公式是泵硬件特性的一部分，可以通过泵最终基准测试来测量。查询表格式的例子显示如下：

可以在不同的操作温度建立一系列3D查询表，以获取由于温度变化导致的泵特性的变化。利用这些3D查询表，在任意温度，如果已知T_p和n，则能够通过公式1的重新整理得到的表达式来计算Δp：

公式2

该公式示出了泵扭矩T_p与泵压力升高Δp和泵速度n的直接关系。因此，对于给定的泵设计，Δp可以通过T_p和n来调节。

根据本发明的原理，马达扭矩和电流的关系与泵特性T_p、Δp、n等关联。在自动变速器泵或其它类似应用的情况下，泵传输一定的线路压力。实际的流率需求是泵下游节流的函数，泵下游节流可以随着下游流致动器状态、温度和流体体积等而变化。因此，泵14设定目标压力，为下游流需求而调节泵速度。

不像控制泵速度的传统技术，这些传统技术要求附加的下游压力调节器或下游节流模型来将压力调节到目标水平，过程100以更简单有效的方式调节泵。因此，在初始步骤102和104，过程100分别接收目标压力命令和泵速度。在步骤106，过程100采用泵3D查询表中的压力命令（步骤102）和泵速度（步骤104）信息，并在步骤108中产生马达扭矩命令。

过程100将来自步骤108的马达扭矩命令发送给泵。扭矩与泵和下游***特性一起决定了泵速度。然后，在测量步骤110中，泵速度与之前的泵速度进行比较。如果步骤110的答案为是，则过程100在步骤112中保持当前的泵压力。如果来自步骤110的答案为否，则新的泵速度114通过步骤104被反馈到过程中，在步骤108中将调节扭矩命令。

图3中的***框图200示出了泵控制过程100如何与下游液压***交互。将目标泵压力202和当前泵速度204提供作为输入，基于泵3D特性图208来产生泵扭矩命令206。以扭矩命令206和实际泵压力212作为输入，泵和下游特性209确定泵速度210，泵速度210和泵排量214确定流出泵14的实际流率216。因此，泵14与下游***交互，由于泵压力是下游节流218的结果，其可以描述为流率与随着***操作状态改变的压力下降曲线的关系。如果由于在不同操作状态之间切换导致下游节流曲线218改变，则泵压力反馈也改变，其改变泵速度，因此，影响泵扭矩命令。因此，***10实际上是闭环控制***，其利用来自压力和泵速度的反馈来保持目标泵压力。利用传感器观察到的唯一状态变量是泵速度，该泵速度一直是可用的，因为马达速度是已知的。因此，泵压力反馈直接作用于泵特性图，而不需要压力传感器。

对本发明的描述本质上仅是示例性的，并且不偏离本发明的基本原理的变型被认为是在本发明范围之内。这样的变体不应被认为是背离了本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种利用液压流体润滑变速器构件的***，包括：

泵，所述泵具有入口端口和出口端口，所述入口端口接收液压流体，液压流体从所述出口端口被泵送到变速器构件；以及

联接到所述泵的马达，其中，通过调节马达扭矩来调节泵压力，并且其中，由基于查询表的命令来设定所述马达扭矩，

其中，所述查询表具有马达扭矩、泵压力和泵速度，基于当前泵速度和目标泵压力来确定马达扭矩命令，并且当基于所述马达扭矩命令产生的新的泵速度与之前的泵速度不同时，则调节所述马达扭矩。

2.如权利要求1所述的***，其中，当用于期望的扭矩水平的目标泵速度没有被保持时，调节当前泵速度。

3.如权利要求2所述的***，其中，由所述马达扭矩命令和实际泵压力来确定所述新的泵速度。

4.如权利要求3所述的***，其中，所述液压流体的流率基于所述新的泵速度和泵排量。

5.如权利要求4所述的***，其中，由所述流率确定新的泵压力。

6.如权利要求5所述的***，其中，将所述新的泵压力提供为反馈以确定期望的泵速度。

7.如权利要求1所述的***，还包括命令所述马达的控制器。

8.如权利要求1所述的***，其中，所述马达利用轴联接到所述泵。

9.如权利要求1所述的***，其中，所述马达包括转子，所述转子是所述泵的组成构件。

10.如权利要求1所述的***，其中，所述泵压力由以下关系确定：

其中，

T_p=泵扭矩，

T_c=常数摩擦扭矩，

C_d=粘性阻力系数，

C_f=摩擦系数，

D=泵排量，

μ=流体粘度，

Δp=泵压力升高，

n=泵速度。

11.一种用于将液压流体提供至变速器的构件的方法，所述方法包括：

调节泵中的压力，所述泵与所述构件连通以便将液压流体泵送到所述构件；以及

调节联接到所述泵的马达的扭矩，以便调节泵压力，其中，所述马达的扭矩由基于查询表的命令设定；

其中，所述查询表的输入是当前泵速度和目标泵压力，基于所述当前泵速度和目标泵压力来确定马达扭矩命令，并且当基于所述马达扭矩命令产生的新的泵速度与之前的泵速度不同时，则调节所述马达扭矩。

12.如权利要求11所述的方法，还包括决定是否以当前扭矩水平保持所述当前泵速度。

13.如权利要求12所述的方法，还包括调节所述当前泵速度。

14.如权利要求11所述的方法，其中，当前泵压力被提供作为反馈，与所述马达扭矩命令一起调节所述当前泵速度。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述当前泵速度被提供作为反馈，以便调节泵扭矩。

16.如权利要求11所述的方法，其中，所述泵压力由以下关系确定：

其中，

T_p=泵扭矩，

T_c=常数摩擦扭矩，

C_d=粘性阻力系数，

C_f=摩擦系数，

D=泵排量，

μ=流体粘度，

Δp=泵压力升高，

n=泵速度。