技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于车辆的传动系控制的系统和方法。本发明具体地涉及在车辆起步期间控制车辆和传动系的特征。
背景技术
[0002] 如在
机动车辆的驾驶员当中所熟知的事实是，在这样的车辆的起步操作中，会出现这样的情况：其中，由于防止车辆移动的非期望的起步条件，例如，重载车辆尝试在陡峭的上坡中起步，来自从动轮的
扭矩是不足够的，并且
车轮可能
滑行或不行进。在一些情况下，车辆可能实际上开始移动，但是阻
力可能太高以至于存在烧毁布置在车辆的
发动机和变速箱之间的
离合器的
风险，或对离合器的非期望的磨损将是车辆起步的结果。在这些情况下，离合器装置可能未充分地被控制或未被设计成在无过度磨损的情况下操控起步操作。因此，期望提供一种车辆的起步装置，当例如由于重载和/或倾斜或路面条件而存在对于车辆的起步而言相当大的阻力时，该车辆的起步装置可以较好地管理车辆尤其是重型载重车辆的起步操作。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种改进车辆的起步的功能性的一种牵引系统和一种方法，该车辆特别是一般适于在道路上行驶和执行其工作并且主要适于在城市常规交通情形下起作用或在公路上行驶的诸如拖车或公共
汽车的重型道路车辆。牵引系统预期成为常规自动或半自动换档控制系统的一部分或作为常规手动换档系统的自动化特征。
[0004] 根据本发明的牵引系统包括至少第一轮，优选地在适于由第一推进系统，例如由包括连接到
内燃机的变速箱的机械传动系驱动的第一轮轴上的第一对轮。该系统进一步包括第二轮，优选地由第二推进系统驱动的第二对轮，第二推进系统例如可以被构造成使得单个
马达推进一对轮的公共轮轴的一个或几个液压推进单元或用于分别驱动单个轮的独立的推进单元。第一和第二推进系统被构造成使得它们可以独立于彼此被控制。说到被独立地控制，意味着推进系统可以被控制，使得系统中的一者或两者可以被同时使用，并且如果两个系统都被使用以同时提供扭矩，则可以独立于彼此控制来自每个牵引系统的扭矩。因此，本发明预期用于包括由被用作主传动系的内燃机提供动力的一般机械传动系的车辆。作为辅助推进单元的是设置有液压推进单元的车辆。与例如电推进单元相比，液压推进单元具有的益处是，通常可以设计更加紧凑的推进系统，特别是如果车辆已经设置有某些种类的液压系统的话。因此，在除电推进系统以外的大多数情况下，液压推进系统可以更加方便地从开始被安装或被改装为车辆，例如，一对
液压马达可以连接到非从动轮轴的一对轮。在一种特定情况下，液压推进装置可以被设置到通常仅设置有不可转向从动后轮轴的
卡车或公共汽车的一对可转向前轮。
[0005] 牵引系统进一步包括用于指示起步条件的至少一个
传感器。该传感器能够是已经存在的传感器，例如，指示车辆的速度、发动机的运行、停车
制动器的释放、
啮合齿轮和/或对离合器的啮合的一些传感器。当然，几个传感器一起被使用以便指示起步条件是可能的，起步条件例如发动机运行、离合器被啮合以及齿轮被啮合。取决于车辆和推进系统，适当的传感器可以是不同的，例如，在一些情况下，可能不存在普通机械离合器而存在某种液动动力传输系统，诸如，扭矩转换器或连续可变
湿式离合器，来自该液动动力传输系统的在某个值以上的感测动力传输可以被用作感测起步条件。感测能够在正确的方向上产生液压推进的预期的起步方向也是重要的。这优选地通过指示前或后齿轮是否被啮合来完成。
[0006] 牵引系统还包括用于控制所述第二推进单元的控制单元。控制单元连接到上文提及的用于指示起步的传感器。当然，控制单元可以连接到被用于指示起步条件的众多不同的传感器。然而，传感器不必直接连接到控制单元，而是可以为指示将被用作起步指示的相关参数的来自一些其它控制单元或数据收集装置的值。
[0007] 该牵引系统控制方法包括如下步骤：
[0008] -响应于存在车辆的起步条件的指示和第一牵引系统提供/将提供牵引的指示，自动地从第二推进系统提供
牵引力；
[0009] -传感器自动地检测车辆的起步条件是否存在并且将满足起步条件的输入发送至控制单元；如上所讨论的，车辆的起步可以以不同的方式和被用作起步指示的不同的条件被限定，起步指示例如燃烧发动机的起动、离合器的啮合或从空档
位置或停止位置到一个档位的换档变化或车辆的移动；
[0010] -响应于存在车辆的起步条件的指示和第一牵引系统提供/将提供牵引的指示，自动地从所述第二推进系统提供牵引力。因此，系统将能够识别是否出现起步条件使得驾驶员不需要做出任何进一步的驾驶员输入以便利用起步辅助系统。然而，系统可以设置有
开关以便选择自动起步辅助是否将为活动的以及在车辆的起步期间是否提供附加扭矩。在一些情况下，对起步条件的指示以及存在期望的牵引可能是相同的特征，例如，离合器的啮合的开始。在其它情况下，这些可以是不同的特征，例如；
[0011] -感测起步条件可以是燃烧发动机的起动，并且；
[0012] -第一牵引系统提供或将提供牵引的指示可以是下列感测条件或动作中的一个或几个：
[0014] ○制动器的释放，
[0015] ○车辆正(沿与选定的档位所指示的方向相同的方向)移动，或
[0016] ○对离合器的啮合的指示。
[0017] 因此，存在许多不同的方式，本领域的技术人员可以通过这些不同的方式来检测起动条件并且使用起动条件用于将
信号发送至控制单元以便将起动信号发送至第二牵引系统。
[0018] -手动地控制来自第一推进单元的扭矩。因此，来自第一推进单元的扭矩照常受到标准控制杠杆和控制功能的控制。一般而言，这意味着车辆照常受到速度控制
踏板(
加速器)、制动器、离合器和换档
控制器的控制。
[0019] -控制单元自动地控制所述第二推进单元。因此，控制单元优选被编程以自动地控制第二推进单元。
控制信号优选依赖于对第一推进单元的控制而产生。起步辅助系统的一个目的是，它将自动地提供起步辅助，无需控制又一个控制杆。第二控制单元可以例如受到控制单元的控制，使得提供与由第一推进系统提供的扭矩成比例的扭矩。然而，若需要提供固定的扭矩或这些控制策略的组合也是可能的。例如，当自动起步辅助控制系统被激活，可能存在由第二推进系统提供的固定的最小扭矩，并且稍后当来自第一推进系统的扭矩需求在特定限制以上，来自第二推进系统的扭矩将增加并且与来自第一推进系统的扭矩成比例时。该控制
算法可以具有这样的优点，来自第二推进系统的相对强的扭矩在车辆运动的恰好第一起步时刻提供，这可以减轻第一机械推进系统中的离合器的磨损，但是，对于第二液压推进系统一般不存在相同的问题。因此，上述系统可以因此不仅当在上坡上起动时或当车辆为重型加载时提供优点，而且通过减轻第一机械推进系统中离合器的磨损，在基本上任意起动条件中提供有用的帮助。
[0020] 传动系控制系统可以进一步包括涉及一个或几个轮的牵引的传感器，例如，用于各个轮的速度传感器和车辆速度传感器，使得来自轮的牵引被感测并且滑行可以被检测。当然，还可能存在直接测量轮的加速度的
加速度计。控制单元可以因此被编程以在液压
驱动轮上存在所检测的滑行的情况下减小从连接到第二液压牵引系统的(一个或多个)轮施加到表面上的扭矩。来自液压驱动轮控制的扭矩可以通过在滑行轮上提供制动作用、减少
液压液体到轮的流动(通过具有限流器和/或减少来自
泵的流动)或改变液压马达的
排量(如果它设置有可变排量功能的话)而受到控制。当然，如果在连接到第一推进系统的机械动力轮上存在所检测的滑行，则增加液压动力轮上的扭矩也是可能的。
[0021] 起步辅助功能将持续，直至预编程的功能标准的结束被实现或手动去激活为止。功能标准的结束可以是沿相同的方向行进超过某个距离、
指定的时间限制或在特定限制以上的车辆速度。
[0022] 在一个特定控制算法中，液压动力轮被控制以在当起步辅助被激活时起步的情况下提供恒定的扭矩，并且提供该扭矩直至来自机械驱动轮的扭矩在特定限制以上为止，然后，在来自液压驱动轮的扭矩与来自机械驱动轮的扭矩成比例地增加，直到车辆的速度在特定限制以上为止。
[0023] 在下文中，将对使用由连接到内燃机的机械传动系驱动的第一对轮和液压驱动的第二对轮的车辆例证该系统。
附图说明
[0024] 图1A能够实施本发明的设置有两个推进单元的车辆的推进系统的示意图。
[0025] 图2描述被用于图1中的推进系统的适当的液压系统。
[0026] 图3描述液压马达的轴向截面图的略图。
具体实施方式
[0027] 在图1中，示出重型承载卡车的牵引系统1的示意图。牵引系统1包括第一机械推进系统12和第二液压推进系统13。第一机械推进系统12包括位于后从动轮轴3上的一对牵引轮(2a、2b)，该后从动轮轴3由内燃机(ICE)4提供动力。后从动轮轴3经变速箱5连接到ICE4。变速箱5可以是手动或自动步进变速箱(诸如自动机械
变速器(AMT))，并且机械传动系可以包括为
双离合器变速器(DCT)的变速箱以便缩短改变档位的时间。第二液压推进系统13进一步包括：第二对的牵引轮6a、6b；前轮，该前轮由一对液压马达8a、8b驱动，该一对液压马达8a、8b连接到
液压泵7并且由该液压泵7提供动力。牵引系统1还包括控制单元9，该控制单元9连接到ICE4、变速箱5和液压泵7。即使控制单元9不必连接到ICE4和变速箱5，它也被视为对于提供对液压推进系统13的期望的控制是有益的。当然，控制单元也能够连接到推进系统12、13的其它部分，例如，它可以连接到液压马达8a、8b以便发送
输出信号以控制马达8a、8b中的
阀。控制单元9还连接到速度传感器10a、10b、10c以便指示前从动轮6a、6b、后从动轮2a、2b和一对后非从动轮11a、11b的速度。这些传感器能够用另外的传感器更换或与另外的传感器一起使用用于感测起动条件和对液压推进单元进行控制，例如，控制单元可以连接到传感器以便感测换档位置、离合器状态和/或燃烧发动机速度或输出扭矩。控制单元9可以进一步连接到可以被用于接通/断开自动起步辅助控制系统的开关。然而，这些速度传感器10a、10b、10c可以被用于指示车辆的起步条件以及用于控制来自液压推进系统13的输出扭矩。现在将借助于图1所示的示意推进系统1来例证本发明的起步辅助控制系统。
[0028] 在上述系统中，车轮速度传感器10a、10b、10c可以被用于对起步辅助系统进行控制。例如，响应于来自速度传感器10a、10b、10c中任一个的指示速度从静止开始沿向前或向后方向加速的感测的速度信号，控制单元9可以将控制信号发送至液压泵7以开始将液压液体流泵送到液压马达8a、8b。流动将因此被控制以沿期望的方向流动，使得来自液压驱动轮6a、6b的扭矩配合以沿相同的方向提供扭矩。取决于所使用的系统，对液压推进轮的行驶方向的控制可以以不同的方式被控制，例如，可以通过使用能够提供不同方向的流的液压泵或通过使用可以被控制成改变经过液压马达的液压流的流动方向的一个或几个阀来实现流动方向改变。来自液压马达的扭矩可以通过具有可变排量的泵、控制马达的转速、具有可变排量的液压泵、或通过旁路阀或限流器控制液压流而被控制。因此，存在控制液压驱动轮以便在期望的方向上提供期望大小的扭矩的众多不同的方式。
[0029] 控制自动起步辅助功能和感测起步条件的另一种方式可以是使用来自变速箱/和或离合器的信息。在图1中示意性地示出的是与变速箱5相关联的档位传感器14。因此，当档位从空档变换至
前进档或倒退档时，该传感器14可以感测换档位置并且可以例如发送信号以从液压推进系统13提供扭矩。在机械传动系中存在离合器的情况下，传感器14(或另一个传感器)可以被构造成感测离合器啮合已经开始并且因此发送指示起步条件存在的信号。类似的传感器当然也能够被用于感测离合器的啮合程度，或在提供了扭矩转换器或液动离合器的情况下，当这样的装置被连接以提供在特定
水平以上的扭矩时，指示起步条件。由于由ICE产生的扭矩主要经离合器被输送至变速器，所以感测由ICE产生的扭矩也是可能的。
[0030] 为了决定自动起步辅助控制系统是否将被接通，可能存在自动功能或手动接通功能。当在正常条件下行驶期间，自动起步功能的这样的自动接通特征应通常被断开。该自动的接通功能大体被认为仅在起步条件期间是活动的。该功能例如在特定限速，例如15 km/h以上能够自动被断开。
[0031] 车辆的牵引系统可以包括附加的从动轮，该附加的从动轮或者包括在所描述的推进系统中，或者作为另外的第三推进系统的一部分。然而，附加的轮对应当最可能被集成在已经存在的系统中。例如，由液压系统提供动力的非驱动后轮11a、11b和/或前轮还可以连接到机械推进系统13。同样明显的是，代替或除了被
定位在前轮6a、6b处之外，液压马达6a、6b能够定位在后轮2a、2b、11a、11b中的任一个处。因此，特定构造在发明范围内可以不同，只要存在连接到由ICE提供动力的诸如机械传动系的第一推进单元的至少一个轮或轮对以及连接到由液压马达提供动力的另一个推进单元的至少另一个轮或一对轮即可。使用液压系统的优点是，与添加电马达或为轮提供机械驱动相比，它一般更容易将附加推进系统实施到非动力轮，特别是实施到可转向轮。
[0032] 为具有由ICE 4提供动力的机械传动系的形式的主推进系统12的车辆提供以液压马达8a、8b的形式的副推进系统13的优点是，该组合在正常使用中从机械推进系统提供高效推进，而当存在对附加力的期望时，例如，当从静止起动时，液压推进系统可以被使用。具体地，优点是，至少第一对轮2a、2b由连接到ICE 4的机械传动系提供动力，而另一个第二轮或轮对6a、6b由液压马达8a、8b提供动力。由使用在几个轮上的推进，可以提高牵引力，并且存在较小的车轮滑行的风险。为液压推进系统提供可转向前轮是特别有利的，因为与提供对于可转向轮轴而言是相当复杂的机械驱动轮轴，或使用在期望相同扭矩的情况下一般更加庞大并且更重的电轮马达相比，将液压推进系统装配在液压
轮毂马达中的相当容易的。
[0033] 如上文简短地讨论的，不同的液压推进系统可以被用于本发明。在图2中示意性地描述的是可以被用于图1中的推进系统的适当的液压系统。在图2中，机械推进系统12的细节已经被忽略，并且机械推进系统12仅被公开为示出它是整体推进系统的一部分并且连接到控制单元9以将
输入信号发送至控制单元9以便被处理和被用于计算到液压推进系统，即到泵7，以及例如轮制动器15a和15b的可能地其它单元的控制输出。本文中所描述的系统是稳健(robust)系统，作为预期在某些情况期间仅被用作附加电源的副推进系统，该稳健系统已经被剥离并且被简化以涉及最少的设备和特征以便能够装配在车辆上。如先前所描述的，车辆包括安装在前轴上的第二对可转向牵引轮6a、6b，并且每个轮6a、6b设置有液压马达8a、8b，这些液压马达8a、8b连接到包括液压泵7的液压回路。在该系统中，泵7是以闭环构造连接的双向可变排量泵。泵可以由ICE
直接驱动。因此，由
电子控制单元(ECU)9控制的泵可以因此被控制以通过使流反向而将流沿期望的方向导引，并且还可以被用来通过改变其排量而容易地控制流的大小。ECU 9进一步连接到诸如前轮速度传感器10a'、10a″的几个不同种类的传感器并且连接到机械推进系统12的相关传感器。为了保持液压牵引系统尽可能简单，将液压马达8a、8b平行连接，使得马达8a、8b两者接收在相同的压力下的液压
流体，并且在系统中不存在阀或限流器。通过使用具有平行马达的该液压系统的一个优点是，将对各个轮6a、6b的不同的
滚动半径进行自动补偿，例如，如果车辆在转向的同时被起动，则在两个马达中将存在相同的压力并且相同的扭矩被提供给两个轮。为了避免因车轮滑行而产生的来自液压动力轮6a、6b的牵引的损失，可以将ECU 9连接到一对前轮制动器15a、15b以便控制它们的制动操作，该车轮滑行可能造成并联布置的两个轮的动力损失。可以例如通过比较液压动力前轮6a、6b的轮速度来检测车轮滑行，并且在这种情况下，该比较可以包括对因车辆的转向动作而产生的车轮速度差的校正。将前轮速度与卡车上的其它轮轴(例如，非从动轮轴)上的其它车轮速度或地面速度传感器(地面雷达、GPS等等)相比较也是可能的。如所示出的，ECU 9连接到机械牵引系统12并且可以例如接收相关的输入，诸如发动机的转速和/或换档杆位置，以便决定机械推进系统的扭矩输出，并且因此依赖于来自后从动轮的扭矩控制液压推进单元(参见图1)。
[0034] 因此，可以以众多不同的方式实现特定控制算法。一般而言，期望基本上在相同时间从由第一推进系统和第二推进系统驱动的所有轮提供扭矩。然而，由于实际问题，略在其它推进系统提供扭矩之前从任一个系统提供扭矩可能更容易或甚至是必需的。鉴于替代，即对在起动时根本不能提供附加扭矩并且不能自动地控制来自第二推进系统的扭矩，益处是显而易见的。因此，即使期望在起步时控制由不同的推进系统同时提供的扭矩，并且控制在各个牵引轮之间被适当地分割的扭矩以便最佳化牵引，包括由第二推进系统提供的牵引辅助的非常基本的控制系统也将提供相当的起步改善。更加复杂的控制系统包括输入参数，诸如负载条件、路面条件(泥、
冰、沙)、滑行检测器，扭矩传感器当然将提高可能性以增强对起步功能的更准确的控制并且在起步期间提供改善的整体车辆控制。
[0035] 在图3中示出的是适合于图1中所公开的系统的液压马达8的轴向截面图的略图。液压马达8包括具有基本上六边形形状的外
凸轮环20，该外凸轮环20设置有圆形边缘21和在这些边缘21之间的圆形向内凸起部22。凸轮环20随连接到液压马达8的轮旋转。凸轮环20在由凸起部22的峰和边缘21限定的方向场23、24中进一步被分割。从边缘21沿顺
时针方向延伸到凸起部22的峰的方向场23对应于顺时针旋转场23，并且这样的场23在下文中将因此被称为前向旋转场。从边缘21沿逆时针方向延伸到凸起部22的峰的方向场24对应于逆时针方向旋转场24，并且这样的场在下文中将因此被称为反向旋转场24。液压马达进一步包括中心分配板25，该中心分配板25也随轮旋转并且设置有前向通道26和反向通道27。通道26、27各自具有6个开口，适于装配在液压
活塞28中并且与液压活塞28液压地连接，液压活塞28在这种情况下是在固定的汽缸体29上环绕马达8的旋转中心对称地定位的八个活塞。前向和反向通道26、27被设计成使得前向通道26位于与凸轮环20的前向旋转场23相同的圆圈段中，并且反向通道27位于与反向旋转场24相同的圆圈段内以便输送液压液体至活塞28。当前向通道26或反向通道27被加压时，凸轮环20和附接到其的轮将相应地移动以提供车辆的前进运动或倒退运动。在该图中，示出的是，两个活塞28d、h(左上活塞和右下活塞)与前向通道26的开口装配并且液压连接，并且准备好从液压系统接收加压的液压液体。如果前向通道26中的液压液体被加压，左上活塞28g和右下活塞28d将被向外推动，并且使凸轮环20和附接到该凸轮环20的轮顺时针(前向)动作。随着凸轮环20和分配板25旋转，在加压活塞28d、g(左上和右下活塞)之间的连接将断开并且被减压，使得活塞28d、h可以容易返回到固定汽缸体29中。虽然凸轮环20沿向前方向移动，左活塞28f和右活塞28c将变为液压地连接到前向通道26，并且这些活塞28c、f将被向外推动并且为凸轮环20提供持续前进运动。该程序将因此对于汽缸28持续，直至前向通道26被减压为止。如果代替地倒退运动是期望的，则反向通道27代替地被加压，并且实现凸轮环20和附接轮的倒退运动。为了将液压发动机去联接，凸轮环20与汽缸体29之间的空间，通常由马达壳体限定的液压马达中的空间，能够被加压，使得活塞将被推动到汽缸体29中，并且连接到液压马达8的轮可以或多或少地自由旋转。因此，可以以有效的方式使液压马达去联接，使得当去联接时，因来自液压马达的附加摩擦的损耗小。由于液压发动机通常不旨在被用于推进当在道路或公路上以30km/h以上行驶时的承载卡车，所以重要的是，当去联接时，将液压马达安装到车辆将不会导致显著的附加的
滚动阻力。
[0036] 虽然在上文例证的是在凸轮环上具有六个凸轮，但是凸轮的数量能够是不同的，例如9或10。同样，活塞的数量不必为8个，而是能够为例如10或12。
[0037] 在上述
实施例中，为设置有单对后轮和单对前轮的承载卡车例证了牵引系统。然而，可能存在承载卡车的多个后轮对以及多个前轮对。因此，可能存在具有液压驱动轮对的附加前轮轴以及附加机械驱动后轮轴。在承载卡车的后支重桥(tag axles)或推进轮轴上可能存在另外的液压驱动后轮对。
[0038] 利用这种起步辅助系统，存在特有优点。当构造在两个流动方向上具有从零到全排量的可变排量的泵，即所谓的双向可变排量泵时，液压推进系统中的传输比变得从无限大到最低水平连续地可变化。液压马达和泵可以例如具有这样的体积比，使得在泵的最大排量下，泵的10转促使对应于马达的1转的体积流量，即，泵的20转对应于2个液压发动机的1整转。通过在起步时使用减小的排量，在起动时在液压驱动轮上传输最大扭矩且不消耗来自ICE的任意显著动力将是可能的。为了能够迅速地起动液压泵，可以将液压泵连接到发动机的
输出轴，使得当内燃机被起动时，泵可以被直接激活。因此，为了起步并且能够使用液压系统且在起动泵方面无任意期望的延迟，应将泵连接到发动机的输出轴。当在松软地面或泥泞地面上起动时，能够在起步时同时使用液压推进系统连同机械推进系统的特征可能是特别重要的。在这些情况下，由于在表层中“挖掘”和/或破坏例如草坪的、与下层相比具有更硬结构的上表层，轮的显著滑行可能相当大地减小滑行轮提供期望的牵引的可能性。然而，泵还可以连接到变速箱的输出轴，但是在这种情况下，泵可能不被激活，直至档位被选定，并且使用来自液压驱动系统和机械
传动系统两者的扭矩的起步可能不像泵直接连接到发动机那样快速地被执行。然而，在这种情况下，装置将具有能够控制泵送流向的益处，并且因此，液压系统的牵引方向依赖于变速箱输出轴的旋转方向，并且不必要其它控制结构来从液压推进系统提供沿正确方向的牵引，即，泵本身不必为可逆的。
[0039] 因此，对于本领域的技术人员而言，使用连接到不同的轮或不同的轮对的两个独立的推进系统允许在本发明的范围内的许多有益的可能性以便改进自动起步辅助功能。对于由独立轮马达驱动的液压驱动轮，可以使用
转向角度传感器来估计轮的期望速度。而且，使用用于检测将被用作输入信号以便控制自动起步辅助功能的轮速度、车辆速度和/或轮滑行的已知方法和系统对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
