CN1743652A - 驱动汽车的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明建议一种能在驱动汽车(15)时测量汽车(15)的扭矩的驱动汽车(15)的方法和装置。其中，在汽车(15)的至少一个驱动轴(1；5；10)上测量扭转角，并且根据已测得的扭转角求出通过至少一个驱动轴(1；5；10)传递的扭矩。

Description

驱动汽车的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求所述类型的驱动汽车的方法和装置。
背景技术
已公开了测定汽车扭矩的驱动汽车的方法和装置。
其中，当前是由发动机控制装置承担汽车传动系的管理工作。其中，不仅获得驾驶愿望和对汽车的发动机进行相应控制，而且也一起考虑传动系的其它部件的力矩要求或者力矩限制，例如行驶动力调节器或者汽车传动机构的力矩要求或者力矩限制。其中，发动机控制装置计算汽车传动系的不同部位的扭矩，例如在发动机的输出端，在传动机构的输出端和/或在汽车的车轮上。其中，在应用阶段测量这些扭矩，并且存储在发动机综合特性曲线中。在驱动汽车期间不再测量实际存在的扭矩。
发明内容
与此相反，具有独立权利要求特征的根据本发明的驱动汽车的方法和装置具有下述优点，即测量汽车的至少一个驱动轴上的扭转角；根据已测得的扭转角求出通过至少一个驱动轴所传递的扭矩。按照这种方式就能在驱动汽车期间测量汽车的扭矩。按照这种方式规定的额定扭转力矩和实际存在的实际力矩之间的比较也更为简单，所要求的花费更少并且更加可靠。这样，实际存在的实际力矩也可在调节的框架内更加精确地跟踪规定的额定扭转力矩。此外，可借助一个合适的监控装置保证不出现人们不愿意看到的汽车的实际存在的实际扭转力矩的提高超过规定的阈值。通过在从属权利要求中所实施的措施能将在独立权利要求中所说明的方法作更为有利的改进和改善方案。
若求出汽车的一个传动输出轴的一个第一相位，若求出汽车的至少一个车轮驱动轴的一个第二相位并且若从第一相位和第二相位之间的相位差中确定扭转角则特别有利。按照这种方式可以特别简单地测量汽车的传动输出端存在的汽车扭矩。
若求出汽车的一个第一车轮驱动轴的一个第三相位，若求出汽车的一个第二车轮驱动轴的一个第四相位，并且若从该第三相位和第四相位通过求平均值形成第二相位则得到另一优点。按照这种方式也可考虑在这两个车轮驱动轴求出的相位之间的相位差，这些相位差例如是根据转弯行驶得到的。这些相位差不会妨碍传动输出端的扭矩的求出。
若由第一车轮驱动轴驱动的汽车第一车轮和由第二车轮驱动轴驱动的汽车第二车轮对置则特别有利。
若借助相应的驱动轴的一个齿轮上的相位传感器测量相位中的至少一个则得到另一优点。按照这种方式就可特别简单地，并且可通过可能已有的相位传感器测得相应的相位，这样，无需为了测量扭矩而增加附加费用了。
此外有利的是，传动输出轴和至少两个车轮驱动轴是刚性的，特别是通过一个差速器彼此连接。按照这种方式可用在传动输出轴和至少一个车轮驱动轴上已有的相位传感器特别简单和可靠地测定汽车的传动输出端的扭矩。若在扭转角的第一区域内与扭转角成比例地求出扭矩，则得到另一优点。按照这种方式就可特别简单地在扭转角的第一区域内由所测得的扭转角确定扭矩。若扭转角之间的关系为非线性的，则可借助一个特征曲线使这个关系线性化。
此外有利的是，在扭转角的一个第二区域内给扭转角为扭矩分配一个固定数值，例如零值。按照这种方式可以考虑在扭转角通过零点时在传动系中存在某种间歇。这样，在也是这种情况的扭转角的相应的第二区域中就可以以特别简单的方式确定扭矩。
若以统一的时间座标从扭转角中求出扭矩则可得到另一优点。通过这一措施即使在所测得的相位信号之间存在很小的时间差也能准确无误地完成扭转角的采集。
附图说明
附图表示本发明的一个实施例，在下面的说明中对该实施例进行更为详细的说明。
附图1：用于说明力矩测量原理的具有一个轴的装置，
附图2：用于表示根据本发明的力矩测量的汽车传动系的示意图，
附图3：说明根据本发明的用于测量力矩的方法和装置的功能框图，
附图4：扭矩关于扭转角的特征曲线。
具体实施方式
首先根据附图1对力矩测量原理进行说明。其中，附图1中的130表示一个轴，该轴在距离L中具有一个第一齿轮135和一个第二齿轮140。所述轴130例如在一个端部由一个在附图1中未示出的发动机驱动。在第一齿轮135的区域中的一个第一相位传感器145以普通技术人员熟知的方式测量第一齿轮135的相位位置随时间的变化。在第二齿轮140的区域中的一个第二相位传感器150也以普通技术人员熟知的方式测量第二齿轮140的相位随时间的变化。其中，这两个相位传感器145，150以普通技术人员熟知的方式通过感应或者利用霍耳效应实现。通过所述的对轴130的驱动、并通过轴130扭转，这导致轴130产生扭。其中，从这两个相位传感器145、150测得的两个相位信号之间的差相当于距离L上出现的扭转角。根据下述方程式，这个扭转角和经过轴130传递的扭矩以及和轴130的两个齿轮135、140之间的距离L成比例：
phi = L GI M . . . ( 1 )
其中，G为抗扭刚度，I为轴130的轴横截面的平面转动惯量，phi为扭转角，它相当于两个相位信号之间的所述的相位差，L为两个齿轮135、140之间的距离。其中抗扭刚度G也称为切变模量并且轴横截面的平面转动惯量I是轴130的特征参数，在此应该是大家熟知的。它们在方程式(1)中是比例常数。M为所求的通过轴130传递的扭矩。将方程式(1)变换后可按下式求解扭矩M：
M = GI L phi . . . ( 2 )
在长轴时人们根据方程式(2)利用这个比例，以测量通过轴传递的扭矩。其中，两个齿轮之间的距离L例如通过测量也是已知的。
在汽车中可供使用的驱动轴并非总是一个足够长的且直的轴。此外，应尽可能不使用仅为确定扭矩所需的附加的传感器。另一方面，例如对于这种汽车具有防抱死***的情况，转速传感器以相位传感器的形式在汽车的驱动轮上被使用。而汽车的驱动轴又刚性地与传动输出轴连接。附图2示意示出汽车的传动系，其中，汽车用附图标记15表示。其中，在附图2中表示的传动系包括一个发动机85，它在输出端驱动发动机输出轴95。该发动机输出轴95通过一个连轴器105与一个传动输入轴100连接。该传动输入轴与一个传动机构90连接。在输出端传动机构90驱动一个传动输出轴10，该传动输出轴通过一个差速器60与一个第一车轮驱动轴1和一个第二车轮驱动轴5刚性连接。第一车轮驱动轴1驱动汽车的第一车轮20，第二车轮驱动轴5驱动汽车的第二车轮25。其中，根据附图2规定，由第一车轮驱动轴1驱动的汽车的第一车轮20和由第二车轮驱动轴5驱动的汽车的第二车轮25对置。在第一车轮20的区域中一个第一齿轮45设置在第一车轮驱动轴1上用于采集转速。一个同样设置在第一车轮20的区域中的一个第一相位传感器30以一个第一相位信号的形式从第一齿轮45的转动中采集第一车轮20的转速，并将这个第一相位信号继续传输到一个发动机控制器65。在第二车轮25的区域中，在第二车轮驱动轴5上设置一个第二齿轮50，该齿轮用于采集第二车轮25的转速。为此相应地在第二车轮25的区域内设置一个第二相位传感器35，它采集第二齿轮50的旋转，并且将表示第二齿轮50的转速特征的第二相位信号传输到发动机控制器65。因为这两个车轮驱动轴1、5是通过差速器60与传动输出轴10刚性连接的，所以用传动输出轴10区域中的一个附加的第三相位传感器40和两个由车轮驱动轴1，5驱动的车轮20，25的两个相位传感器30、35的相位信号就可计算汽车15的传动输出端的驱动扭矩。人们在传动输出轴10的区域中仅需要附加的第三相位传感器40。通常这并不需要附加的花费，因为在传动机构90中一般已经设置了齿轮，而仅仅是必须在传动输出轴10上的传动机构90的一个第三齿轮55的区域中使用第三相位传感器40。在有些传动机构中本来就已经有了这种第三相位传感器40，因为在附图2中未示出的用于控制变速器速比的传动控制器需要传动机构90的输出端的转速信息，或者是因为采用这样的相位传感器可以以普通技术人员熟知的方式测量汽车的行驶速度。这样，根据附图2第三相位传感器40设置在传动输出轴的第三齿轮55的区域内的传动机构90的输出端，并且从第三齿轮55的旋转中采集第三相位信号，同样，将该第三相位信号输送给发动机控制器65。在这里所说明的实施例中无论是传动输出轴10还是两个车轮驱动轴1、5都分别是一般的汽车15的驱动轴。
附图3为具体说明根据本发明的方法和根据本发明的装置的功能框图。其中，所述功能框图就软件方面和/或硬件方面在发动机控制器65或者在另一控制设备中使用。其中，功能框图是一个用于测量汽车15的传动输出端的扭矩MA的装置70。其中，该装置70包括测量汽车15的至少一个传动输出端的驱动轴1、5、10的扭转角phiA的测量单元75。其中在本实施例中设定，该测量单元75测量第一齿轮45和第三齿轮55之间，或者是第二齿轮50和第三齿轮55之间的传动输出端的扭转角phiA。这是借助第一相位信号、第二相位信号和第三相位信号进行的。在附图3中用附图标记200表示第一相位信号，并且其从第一相位传感器30输送到测量单元75的。在附图3中用附图标记205表示第二相位信号，并且其从第二相位传感器35输送到测量单元75的。在附图3中用附图标记210表示第三相位信号，并且其从第三相位传感器40输送到测量单元75的。特别是在汽车15转弯行驶时，在两个彼此对置的车轮20，25，也就是转弯内车轮和转弯外车轮之间的第一相位传感器30和第二相位传感器35的两个相位信号中存在相位差。因此必须以合适的方式对这两个相位信号进行平均。为此目的将第一相位信号200和第二相位信号205输送到一个平均值生成器110。该平均值生成器生成两个相位信号200，205的时间平均值，并且将这个平均值作为合成的相位信号输送到一个减法器115。此外，第三相位信号210也输送到这个减法器115。为了统一编号，下面将第三相位信号210称为第一相位，平均值生成器110合成的相位信号称为第二相位，第一相位信号200称为第三相位，第二相位信号205称为第四相位。所述减法器115形成第一相位和第二相位之间数量上的差值。这个差值就是在测量单元75的输出端提供的传动输出端供使用的扭转角phiA。这个传动输出端的扭转角phiA输送到装置70的一个计算单元80。其中，该计算单元80包括一个力矩生成器120，该力矩生成器根据方程式(2)由输送的传动输出端的扭转角phiA中计算出传动输出端的扭矩MA。其中，例如传动输出轴10和第一车轮驱动轴1作为合成的传动输出端的驱动轴看待，其中设定，第一车轮驱动轴1和第二车轮驱动轴5具有大体相同的特性。若这两个车轮驱动轴1、5不相同，则必须在通过平均值生成器110生成平均值时通过相应合适的加权予以考虑。这样，在发动机控制器65中为合成的传动输出端的驱动轴已知地既存储了用于抗扭刚度GA的数值，也存储了用于轴横截面的平面转动惯量IA的数值。相应地在发动机控制器65中第三齿轮55经传动输出轴10和第一车轮驱动轴1到第一齿轮45的距离是已知的。此外，该距离和第三齿轮55经传动输出轴10到第二齿轮50的距离相同。在附图2中这个距离用LA表示。可替代地相应考虑第二车轮驱动轴5的特性，或者考虑第一车轮驱动轴1和第二车轮驱动轴5的特性的平均值，根据抗扭刚度、轴横截面的平面转动惯量和第三齿轮55到第一齿轮45或者到第二齿轮50的距离将合成的传动输出端的驱动轴模型化。这样，可根据下述方程式在力矩生成器120中生成传动输出端的扭矩MA：
M A = G A I A L A ph i A . . . ( 3 )
实际上在传动系中存在某种间歇。也就是说，在传动输出端的扭矩MA通过零点时，即在滑移阶段和驱动阶段之间的过渡中根据附图4的框图存在一种扭转角phiA的角度跳跃。在附图4中以特征曲线的形式画出了传动输出端的扭矩MA与传动输出端的扭转角phiA之间的关系。在汽车15的滑移阶段传动输出端的扭矩MA为负，并且根据比例常数GA*IA/LA与传动输出端的扭转角phiA成比例。在汽车15的牵引或者滑移阶段传动输出端的扭矩MA为正，并且根据如在滑移阶段相同的比例常数和传动输出端的扭转角phiA成比例。然而在传动输出端的扭矩MA通过零点时传动输出端的扭转角phiA从一个负的第一数值phi0跳到一个正的第二数值phi1。在传动输出端的扭矩MA零通过时传动输出端的扭转角phiA的这种跳跃phi1-phi0是由传动系中的这个所说明的间歇造成的。其中，从附图4中得知的关系，至少第一传动输出端的扭转角phi0和第二传动输出端的扭转角phi1可以存储在计算单元80的一个存储器125中，这样，在从减法器115得出传动输出端的扭转角phiA的情况下—该值位于第一传动输出端的扭转角phi0和第二传动输出端的扭转角phi1之间—从力矩生成器120中自动地输出的传动输出端的扭矩MA等于零。为此目的，当然力矩生成器120与存储器125连接。在第一传动输出端的扭转角phi0和第二传动输出端的扭转角phi1之间的传动输出端的扭转角phiA的区域在此称为传动输出端的扭转角phiA的第二区域。根据方程式(3)力矩生成器120为第二区域以外的所有其它的扭转角phiA生成传动输出端扭矩MA，其中，传动输出端的扭转角phiA的第二区域以外的传动输出端的扭转角phiA的这个区域称为传动输出端的扭转角phiA的第一区域。
此外，若如同附图2和3的实施例那样，在发动机控制器65中，也就是一个唯一的控制器中得到传动输出端的扭转角phiA也是有利的。这样，为了得到传动输出端的扭转角phiA可以使用一个统一的时间座标。这点之所以重要是因为在根据第一相位和第二相位之间的相位差求传动输出端的扭转角phiA时通常所测得的相应的相位信号之间的时间差很小。因此，只有当相应的相位信号优选地在唯一的一台设备中根据一个唯一统一的时间座标进行计算才可能是可靠的。
若不考虑在汽车15转弯行驶时的第一相位信号和第二相位信号之间的相位差，则为了求得传动输出端的扭转角phiA通过减法器115也可简单地从第一相位减去第三相位，或者从第一相位减去第四相位就足够了。然后可以省掉计算平均值。在这种情况中输送到减法器115的第二相位、第三相位或者第四相位相当。此外，也可替代地规定求出传动输出端的扭矩MA，方法是在传动输出轴10上设置另一齿轮，或者使用在差速器60的区域中的传动输出轴10的已存在的一个齿轮，并且仅通过在那里已设置的两个齿轮之间的传动输出轴10求出传动输出端的扭转角。然后在求传动输出端的扭矩MA时按照附图1所述方式只考虑传动输出轴10，车轮驱动轴不起作用。相应地也可以只借助一个车轮驱动轴或者为了补偿由于汽车15的转弯行驶的相位差借助两个车轮驱动轴1，5求出传动输出端的扭矩MA，为此，第一车轮驱动轴1和/或第二车轮驱动轴5分别配置一个附加的齿轮。这样，传动输出端的扭矩MA可按附图1和借助方程式(2)中所述的方式或者通过第一车轮驱动轴1的两个齿轮之间的扭转角，或者通过第二车轮驱动轴5的两个齿轮之间的扭转角求出。为了考虑汽车15转弯行驶也可以既求出第一车轮驱动轴1的两个齿轮之间的扭转角，也可求出第二车轮驱动轴5的两个齿轮之间的扭转角，并且从所求得的两个扭转角中形成一个平均值。然后又根据方程式(2)从平均值中求出传动输出端的扭矩MA。
按照本发明，也可以以相应的方式按照附图1和根据方程式(2)所述方式为发动机输出轴95，和/或为传动输出轴100求出扭矩。其中，下述原则对于每个根据附图1和方程式(2)进行的扭矩计算都是有效的，即，用于确定扭转角的两个齿轮之间的距离选择得越大，这种所述扭矩计算则进行得越是精确。

Claims (10)

1.驱动汽车(15)的方法，在该方法中求出一个扭矩，其特征在于，测量汽车(15)的至少一个驱动轴(1；5；10)上的扭转角，并且根据已测量的扭转角求出通过至少一个驱动轴(1；5；10)传递的扭矩。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，求出汽车(15)的一个传动输出轴(10)的一个第一相位；求出汽车(15)的至少一个车轮驱动轴(1；5)的一个第二相位；并且根据第一相位和第二相位之间的相位差确定扭转角。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，求出汽车(15)的一个第一车轮驱动轴(1)的一个第三相位；求出汽车(15)的一个第二车轮驱动轴(5)的一个第四相位；并且对第三相位和第四相位通过求平均值形成第二相位。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，由第一车轮驱动轴(1)驱动的汽车(15)的第一车轮(20)与由第二车轮驱动轴(5)驱动的汽车(15)的第二车轮(25)对置。
5.按照权利要求2，3或4所述的方法，其特征在于，借助相应的驱动轴(1；5；10)的一个齿轮(45；50；55)上的一个相位传感器(30；35；40)测量至少一个相位。
6.按照权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，传动输出轴(10)和至少两个车轮驱动轴(1；5)刚性地，特别是通过一个差速器(60)彼此连接。
7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在扭转角的一个第一区域内测定与扭转角成比例的扭矩。
8.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在扭转角的一个第二区域内，给扭转角分配一个用于扭矩的固定值，特别是零值。
9.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，按照一个统一的时间座标从扭转角中求出扭矩。
10.驱动汽车(15)的装置，其具有一个用于测定汽车(15)的扭矩的扭矩测定单元(70)，其特征在于，设置一个测量汽车(15)的至少一个驱动轴(1；5；10)的扭转角的测量单元(75)；设置一个根据测得的扭转角求出通过至少一个驱动轴(1；5；10)传递的扭矩的计算单元(80)。
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