闭环变速器扭矩控制制造技术

所描述的系统和方法通过对无级变速器实施情境增益安排和非线性控制技术利用闭环扭矩反馈提供了改善的变速器性能和响应。该系统使用有关机器操作的背景信息来确定在相关PID控制逻辑中所应用的增益。在一种实施例中，所确定的增益应用在闭环控制器的积分部分中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及用于推进的变速器系统，更特别地，涉及用于实行变速器输出扭矩的闭环控制的方法和系统。
技术介绍
提供转动轴输出的系统可通过速度、功率和扭矩来分类。尽管这些量度以某种方式相关，但是扭矩的概念与操作这种机器的用户的体验更紧密吻合。然而，在特定环境下，由于变速器的慢频率响应和非线性行为，传统上难以精确控制扭矩。尽管可使用简单的PID控制方案，但是这类系统通常无法精确地控制变速器的输出扭矩。这主要由于控制滞后，并且会导致振动、不稳定和通常差劣的用户体验。尽管采用增益可加速响应时间，但是这也会导致不稳定性和超调现象。特别地，虽然不充足的增益不足以缓解滞后问题，但过大的增益会引起控制震鸣(control ringing)或欠阻尼振动。应当清楚，该背景说明由专利技术人产生，以帮助读者，并描述专利技术人已知的概念。其既不是现有技术的描述也不是现有技术的参考，这部分也不意欲暗示所指的任何问题本身在本领域都是清楚的。尽管在一些方面和实施例中这里描述的原理可避免描述的问题，但是应清楚，所保护新事务的范围由所附权利要求限定，不是由要求保护的本专利技术解决这里所注的任何具体问题的能力来限定。
技术实现思路
本专利技术的技术和结构通过对无级变速器实施情境增益安排和非线性控制技术利用闭环扭矩反馈提供了改善的变速器性能和响应。在一种实施例中，该系统确定并利用有关机器操作的背景信息，例如机器操作员输入和变速器动态，来识别机器操作状态、机器动态和变速器动态。该状态信息结合操作员输入和变速器动态信息被用于与PID控制逻辑相关的增益安排。特别是对于系统频率响应非常慢的变速器系统，使用增益安排方法(例如，相对于闭环控制器的积分部分)对促进有效的闭环扭矩控制具有显著的影响。附图说明从下面的详细描述和附图可清楚本专利技术原理的其他及替代方面和特征，其中:图1为根据本专利技术原理的用来基于应用的控制压力差提供可变输出扭矩的变换器的不意系统图；图2为根据本专利技术原理的用于控制变换器中的可变角度旋转斜盘的位置的液压致动器的详细示意图；图3为根据本专利技术原理的控制变换器的控制部件和数据流的逻辑简图；图4为示出根据本专利技术原理执行增益安排的方式的逻辑流程图；和图5为示出根据本专利技术原理执行增益安排的方式的数据流和操作视图。具体实施例方式本专利技术涉及要求变速器将动力源连接到最终接地机构(例如，轮、履带等和/或其他受动力驱动的功能或工具)的机器。这类机器的例子包括用于采矿、建筑、耕作、运输或本领域已知的任何其他行业的那些机器。该机器可为运土机，例如轮式装载机、挖掘机、自卸卡车、反铲挖土机、平地机、材料处理机等。此外，可为多种任务，包括如装载、压实、提升、涂刷，将一个或多个工具连接至机器，包括如铲斗、压实机、叉式起重设备、刷子、抓斗、切割器、剪具、刮板、破碎器/锤、钻等。在一种示例性实施例中，该系统被应用于如可被用在轮式装载机或平地机中的无级变速器(CVT)。总之，所述系统和控制方法可用在任何适当的机器中，包括但不限于中型机。此夕卜，所述构造可替代地与发电机/马达组合一起使用，以替代静液压变速器。如上所述，由于慢的响应，简单的速度控制在这类变速器中没有作用。所述系统通过开环控制、闭环控制和选择为工作参数的函数的可变增益的组合提供静液压变速器的扭矩控制。静液压变速器包括可变排量泵和马达，并与由发动机(例如，以基本恒定速度操作的发动机)驱动的变速器中的机械传动装置联合使用。压力和传动装置设置确定变速器输出扭矩。换句话说，驱动线路是通过控制静液压变速器中的致动器/回路压力控制扭矩的。开环控制与闭环控制的组合克服了仅使用闭环控制期间会经历的困难。在物理方面，通过控制可变排量泵上的旋转斜盘角度实现控制。所述旋转斜盘角度进而由旋转斜盘致动器控制。系统的闭环部分使用PID控制器。在特定情形下，系统闭环部分中的过高增益因数会引起系统变得不稳定。另一方面，小的保守增益因数牺牲了响应时间。本控制方法开发成根据机器操作参数(例如速度、扭矩和方向)使用不同的增益因数。在经验数据表明系统容许高增益因数(即，保持稳定)的情形下，本方法应用较高增益因数，以提供更佳的响应时间。在其他情形下，在如果使用较高增益系统就会处于不稳定风险时，应用低增益因数。应用的增益安排数据可存储在查寻地图中，或可在状态机中实施。对于该概述，现在描述所述原理和系统的具体细节。图1为用来基于应用的控制压力差提供可变输出扭矩的变换器100的详细示意图。变换器100包括泵101和马达102。泵101包括由旋转斜盘致动器104设置的可变角度旋转斜盘103。各自腔室中的多个活塞105通过滑动接触骑在旋转斜盘103上，使得活塞105的运动范围由旋转斜盘103的角度设置。活塞105的腔室在泵支架108中形成，该泵支架108通过泵输入轴109旋转。马达102包括在各自腔室中含有多个活塞106的类似布置。马达102的活塞106可滑动地接合在固定旋转斜盘107上。泵101的活塞105的腔室通过填充腔室及中间管路(未示出)的液压流体与马达102的活塞106的腔室流体连通。活塞106的腔室形成在转动马达输出轴111的马达支架110中。当旋转斜盘103的角度改变时，泵101的活塞105排出的流体量(从而从活塞106的腔室接收或获取的流体体积)变化。因为这些相互关系，马达102的扭矩和/或输出速度随着旋转斜盘103的角度变化。总之，在该实例中操作于不同液压压力的旋转斜盘致动器104通过由变速器控制器等的恰当输入信号电子地控制的电磁阀(图1中未示出)驱动，例如，一个电磁阀针对两个压力值中的一个。这样，控制器可通过向与旋转斜盘致动器104相关的电磁阀应用电信号来控制变换器100的输出速度。图2为用于控制变换器100 (如图1中所示)中的可变角度旋转斜盘(图2中未示出)的位置的液压致动器104的更详细示意图。致动器104包括多个互相相关的元件，主要包括在各自气缸202、203中的两个相对的活塞200、201 (或一个活塞的相对腔室)。活塞200,201与其各自气缸202、203的孔配合形成用于包含增压液压流体的相应压力腔室204、205活塞200、201通过杆206连接，该杆206具有安装在其上的中心枢转销207。中心枢转销207插在旋转斜盘臂209的槽208中，使得杆206的横向位置建立旋转斜盘臂209的位置，从而建立旋转斜盘本身(未示出)的角度。杆206被相对的弹簧212偏压至中心位置。当杆206从该中心位置移开时，存在由弹簧212施加的与其位移成比例的回复力。杆206的横向位置由气缸202、203中的活塞200、201的位置确定。活塞200、201的位置由活塞腔室204、205之间的液压压力的差确定。各自的压力阀210、211独立地控制腔室204、205中的压力。在一种实例中，压力阀210、211为电磁阀，其以被供给压力所设极限内的应用电流设定的压力供给液压流体。因此，在所示实例中，每个阀210、211至少具有电流输入(图示为输入A和C)和流体输入(图示为输入B和D)。通常，电磁阀可以零与流体输入B、D处的流体压力之间的任何压力供给流体。电磁阀(例如电磁阀210和211)对电流输入的压力响应为多个部件及其公差的函数。因为活塞200、201之间的距离被杆2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.17 US 12/884,7721.一种利用变速器输出扭矩控制的机器，该机器包括: 静液压变速器系统(500)； 能够由机器用户操作以影响所述静液压变速器系统(500)的操作的多个用户输入元件(307)； 用于确定选择的多个机器操作参数的各自值的测量设备(302，303，304);和 控制器(301)，其能够基于选择的多个机器操作参数的确定值识别机器状态和基于所识别的机器状态计算增益值(308)，并通过闭环控制模块(505)和开环控制模块(507)执行所述静液压变速器系统(500)的输出扭矩控制，其中所述闭环控制模块(505)应用所计算的增益值(308)。2.根据权利要求1的利用变速器输出扭矩控制的机器，其中所述闭环控制模块(505)执行PID控制(403)，并且其中应用所计算的增益值(308)包括在所述PID控制(403)的积分阶段期间利用所述增益值(308)。3.根据权利要求1和2中任一项的利用变速器输出扭矩控制的机器，还包括检测机器控制的激活和基于所检测的激活修改所计算的增益值(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·斯托勒，A·瓦卡里，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：
国别省市：