ES2210058T3

ES2210058T3 - Un sistema de autocalibrado y metodo para controlar un aparato accionado hidraulicamente.

Info

Publication number: ES2210058T3
Application number: ES01109818T
Authority: ES
Inventors: James Clifton Potter; Larry Paul Bennett
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2001-04-21
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: CA2345280A1; JP2002021806A; AU773739B2; EP1150031B1; DE60101240T2; EP1150031A1; CA2345280C; DE60101240D1; AU3874801A; MXPA01004228A; KR20010098914A; ATE254730T1; US6341552B1

Abstract

Un método para calibrar automáticamente un sistema de control hidráulico, comprendiendo las fases de: a) proporcionar una fuente de presión de fluido hidráulico; b) suministrar dicha presión de fluido hidráulico a una entrada (18) de una válvula de control de presión accionada eléctricamente (20); c) conectar una salida (22) de dicha válvula de control de presión (210) a un actuador accionado hidráulicamente (24); d) proporcionar un controlador (32) con una lógica de control y una memoria; e) conectar dicho controlador (32) a dicha válvula de control de presión (20); f) excitar dicha válvula de control de presión (20) con una señal de control desde dicho controlador (32) y proporcionar una presión de fluido hidráulico controlado a través de dicha salida de válvula (22) a dicho actuador accionado hidráulicamente (24); caracterizado por las fases de: g) detectar la presión de dicho fluido hidráulico controlado y en un nivel predeterminado de ajuste de presión, proporcionando una señal indicativa del hecho que dicho nivel de ajuste ha sido alcanzado a dicha memoria del citado controlador (32) y guardarla en la memoria; h) medir una cantidad de corriente para dicha válvula de control de presión (20) requerida para que dicha presión de fluido hidráulico alcance el citado nivel del punto de ajuste; i) comparar dicha corriente medida con un valor preestablecido de dicha corriente como una función de presión; y j) ajustar dicha señal de control basándose en una comparación de la corriente medida con el valor preestablecido de corriente para calibrar automáticamente el sistema de control hidráulico.

Description

Un sistema de autocalibrado y método para controlar un aparato accionado hidráulicamente.

Antecedentes del invento 1. Sector del invento

El presente invento hace referencia, de modo general, a un sistema de autocalibrado y un método para controlar un dispositivo accionado hidráulicamente, y más particularmente a un sistema de autocalibrado y un método para controlar un actuador empleado en una transmisión automática de potencia.

2. Descripción de la técnica relacionada

Los dispositivos o actuadores accionados hidráulicamente se emplean en una serie de aplicaciones, incluyendo, pero no limitándose, a aplicaciones en vehículos. Por ejemplo, los actuadores hidráulicos se emplean en sistemas de transmisión automática de potencia y en sistemas de dirección asistida. Recientemente, los vehículos fabricados utilizan un módulo de control electrónico (ECM) que con frecuencia trabaja con módulos de control electrónicos adicionales tales como un módulo de control de transmisión (TCM) para efectuar el cambio de velocidades de la transmisión. El TCM puede estar integrado en el ECM, o formar una unidad independiente situada en el vehículo, fuera de la transmisión. Algunos fabricantes procuran colocar el TCM dentro de la transmisión.

Un ECM y TCM contienen microprocesadores con lógica de control programable y pueden implantarse en una variedad de combinaciones de componentes de circuito de hardware y/o software conocidos en el sector para controlar los diversos sistemas y subsistemas del vehículo, trabajando conjuntamente con dispositivos accionados hidráulicamente. Cuando un TCM recibe una señal de control para ajustar la presión del fluido hidráulico de un actuador, el TCM envía una señal de corriente a una válvula hidráulica accionada eléctricamente. La válvula hidráulica responde a la misma ajustando la presión para controlar hidráulicamente un dispositivo, tal como un pistón de embrague.

Actualmente, se fabrican TCMs independientemente de los componentes hidráulicos que están destinados a controlar. Los TCMs están diseñados con estrechas tolerancias en la salida de corriente y los componentes hidráulicos son calibrados para alcanzar una deseada banda de presiones hidráulicas de salida (tolerancia) para una determinada entrada de corriente. Incluso con estas estrechas tolerancias, la presión hidráulica de salida varía considerablemente de un dispositivo de transmisión a otro. Cuando se añade la tolerancia de la señal de corriente a la tolerancia de la presión hidráulica del dispositivo, puede resultar una notable diferencia entre la presión de control y la actual presión de salida. La misma orden eléctrica de la presión deseada dada a dos TCMs distintos puede producir dos diferentes salidas de presión hidráulica.

La patente US-A-4.781.080 describe un dispositivo de control de presión para controlar la presión del aceite de control en una transmisión automática de vehículo. La presión es controlada continuamente utilizando una modalidad de bucle cerrado.

La patente DE-19.806.544 A1 describe un método para determinar y ajustar la curva característica de una válvula de control para usar en máquinas de moldeo por inyección. El valor de corriente esperado, que está relacionado con una determinada presión, se lee en una lista de valores disponible para una curva característica de la válvula y se aplica a la electroválvula. La presión actual resultante es medida y la corriente relacionada con ella también se lee de la lista. La diferencia existente entre las corrientes se suma o resta de la corriente esperada en el sentido de una extrapolación lineal. De hecho, la corriente resultante está relacionada con la presión indicada y se guarda en la memoria para ajustar la curva característica de la válvula.

La patente US-A-6.022.293 describe un control en la modalidad de bucle cerrado de la presión de una línea hidráulica en una transmisión automática de vehículo. En caso de fallos existe un control de bucle abierto.

Por consiguiente, existe la necesidad de un sistema y método para controlar un dispositivo hidráulico que se autocalibre automáticamente. El sistema y método de autocalibrado proporciona, preferiblemente, una constante retroalimentación para ajustar el circuito hidráulico a fin de reducir e incluso eliminar la tolerancia y los efectos del desgaste. De este modo, el sistema y método verificarán que la presión actual está bastante cerca de la presión deseada.

Breve resumen del invento

Por tanto, un objeto del presente invento es proporcionar un método para calibrar automáticamente un sistema de control hidráulico.

Otro objeto del presente invento es proporcionar un sistema de autocalibrado para controlar un dispositivo accionado hidráulicamente.

Otro objeto del presente invento es proporcionar un sistema de autocalibrado para controlar un dispositivo accionado hidráulicamente a emplear en una transmisión automática de potencia.

Los anteriores y otros objetos del presente invento se consiguen con un método que calibra automáticamente un sistema de control hidráulico y que comprende las características de la reivindicación 1. El método del presente invento comprende las fases de proporcionar una fuente de presión de fluido hidráulico y suministrar la presión de fluido a la entrada de una válvula de control de presión accionada hidráulicamente, conectando la salida de la válvula de control de presión a un actuador accionado hidráulicamente, proporcionando un controlador con lógica de control y memoria, conectando el controlador a la válvula de control de presión, excitando eléctricamente la válvula de control de presión con una señal de control procedente del controlador y proporcionando una presión controlada de fluido hidráulico a través de la salida de válvula al actuador, detectando la presión del fluido hidráulico y a un nivel de punto de ajuste, para proporcionar una señal indicativa de la misma a la memoria del controlador y guardando la misma en la memoria, midiendo una cantidad de corriente a la válvula de control de presión necesaria para que la presión del fluido alcance el nivel del punto de ajuste, comparando la corriente medida con una válvula de preajuste de la corriente en función de la señal de presión, y ajustando la señal de control basada en la comparación de corriente para calibrar automáticamente el sistema de control hidráulico.

El sistema de autocalibrado para controlar un dispositivo accionado hidráulicamente de acuerdo con el presente invento comprende un actuador accionado hidráulicamente, una bomba conectada a dicho actuador para proporcionar una fuente de fluido hidráulico presurizado, una válvula de control de presión accionada eléctricamente dispuesta entre la bomba y el actuador, y conectados por fluido entre ellas, siendo la válvula de control operativa para recibir un fluido hidráulico a una presión de suministro y proporcionar el fluido hidráulico a una presión de control a la salida de válvula, un controlador provisto de lógica de control y una memoria en comunicación con la válvula de control de presión, siendo el controlador operativo para proporcionar una señal de control para accionar la válvula de control de presión, un sensor de presión para detectar la presión de fluido hidráulico dispuesto entre la salida de la válvula de control de presión y el actuador accionado hidráulicamente, estando el sensor de presión en comunicación con el controlador y que sirve para proporcionar una señal al controlador cuando la presión detectada alcanza un nivel predeterminado, siendo el controlador operativo para almacenar la señal en la memoria y medir una cantidad de corriente para la válvula de control de presión como resultado de la señal de control, y siendo el controlador operativo para comparar la corriente medida con un valor calibrado de corriente en función de la presión, de modo que el controlador es operativo para ajustar la señal de control basada en la comparación.

Las varias peculiaridades de la novedad que caracterizan el invento están indicados particularmente en las reivindicaciones adjuntas y forman parte de esta descripción. Para comprender mejor el invento, sus ventajas operativas y los objetos específicos alcanzados con su empleo, se hace referencia a los dibujos adjuntos y a la descripción en que se explica y representa una forma de realización preferida del invento.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una representación esquemática del sistema de control hidráulico de acuerdo con el presente invento;

La figura 2 es un diagrama de bloques de varios de los componentes fundamentales del sistema del presente invento;

La figura 3 es un gráfico de una familia típica de curvas de presión para una electroválvula de fuerza variable inversamente proporcional, indicada en kilopascales (kPs), respecto a la corriente de salida del módulo de control de la transmisión, en miliamperios (mA); y

La figura 4 es un gráfico de una familia típica de curvas de presión para una electroválvula de fuerza variable directamente proporcional, indicada en kilopascales (kPa), respecto a la corriente de salida del módulo de control de la transmisión, en miliamperios (mA).

Descripción detallada del invento

Haciendo referencia a las figuras, que no pretenden limitar el presente invento, y donde las mismas referencias designan las mismas o similares características a través de las diferentes vistas, y en primer lugar a la figura 1, en la misma se muestra un esquema de un sistema de autocalibrado (indicado globalmente con la referencia 10) para controlar un dispositivo accionado hidráulicamente de acuerdo con el presente invento. Una bomba 12, que puede ser accionada directamente por el motor de un vehículo, recibe fluido hidráulico de un recipiente 14 y suministra dicho fluido hidráulico a presión a través del conducto 16, a la entrada 18 de una válvula de control de presión accionada eléctricamente 20, tal como una electroválvula accionada con fuerza variable. A la salida 22 de la válvula de control 20 está conectado, a través del conducto 26, a un dispositivo accionado hidráulicamente, por ejemplo, un actuador accionado hidráulicamente 24. Preferiblemente hay una válvula reguladora de la presión 28 conectada al conducto 16 a fin de regular la presión del fluido hidráulico desde la bomba 12, y para suministrar una presión constante de fluido hidráulico a la entrada 18 de la válvula de control 20. Hay un interruptor de presión 30 dispuesto en el conducto 26, entre la válvula de control 20 y el actuador hidráulico 24. El interruptor de presión 30 está conectado a un controlador 32, a través de la línea 34, y comunica con el controlador 32 cuando la presión del fluido alcanza un punto de ajuste o nivel predeterminado. El controlador 32 comunica con la válvula de control 20 a través de la línea 36, para indicar a la válvula de control 20 cuando se requiere una presión de fluido controlada desde la salida 22.

En la forma de realización preferida del presente invento, el sistema 10 está construido para ser utilizado en la transmisión automática de potencia de un vehículo. La bomba 12 está situada normalmente en la transmisión automática y es accionada por el motor que funciona a diferentes velocidades (RPM). El recipiente 14 suministra fluido para transmisión automática a la bomba 12. El regulador de presión 28 regula la presión del fluido de manera que dicho fluido es suministrado a la entrada 18 de la válvula de control hidráulico 20 a una presión bastante constante. El regulador 28 está normalmente situado dentro de la transmisión. La válvula de control 20 es una válvula de control de presión accionada eléctricamente, tal como una electroválvula de fuerza variable, pudiendo ser una electroválvula de fuerza variable inversamente proporcional o una electroválvula de fuerza variable directamente proporcional. Las electroválvulas de fuerza variable adecuada para utilizar en el presente invento se describen en las patentes estadounidenses núms. 5.853.028, 5.513.832 y 4.947.893, todas asignadas al solicitante del presente invento. La patente estadounidense núm.5.513.673, también asignada al solicitante del presente invento, describe una válvula reguladora de presión modulada eléctricamente con electroválvula de fuerza variable adecuada para emplear en el presente invento.

Tal como se ha mencionado antes, un sistema de control de vehículo incluye un módulo de control electrónico, tal como un modulo de control del motor (ECM), y usualmente incluye un modulo de control electrónico adicional para efectuar el control del módulo de control de la transmisión (TCM). Los módulos de control del motor (ECM) y de la transmisión pueden combinarse en un único módulo de control electrónico, pero más habitualmente son unidades separadas. En el presente invento, el controlador 32 es preferiblemente un TCM y va normalmente colocado fuera de la caja de la transmisión automática. Sin embargo, el TCM 32 puede estar colocado dentro de la caja de la transmisión, si así se desea.

Haciendo ahora referencia a la figura 2, cuando el TCM 32 recibe una orden de cambio, o bien una orden de presión, bien manual por parte del conductor o automáticamente desde el ECM (no representado), se envía una señal de control a través de la línea 38, a un accionador de corriente 40 contenido en el mismo. El accionador 40 envía una señal de corriente de accionamiento vía la línea 42, a la válvula de control de presión accionada eléctricamente 20. Tal como se ha mencionado antes, la válvula de control 20 es preferiblemente una electroválvula de fuerza variable de tres vías. En respuesta de la señal de corriente de accionamiento, la válvula de control 20 produce una presión de fluido deseada y controlada. En las válvulas de control hidráulico accionadas eléctricamente, de la técnica actual, la válvula de control 20 recibe la señal de corriente del controlador 32 y ajusta la presión del fluido hidráulico a un valor deseado, bien proporcional o inversamente proporcional a la corriente.

Cuando la presión de fluido hidráulico en el conducto 26 alcanzar un nivel predeterminado o un punto de ajuste, el interruptor de presión 30 detecta la presión, cambia de estado, y envía dicha información al TCM 32. La figura 2 muestra, por medio de la línea de trazos 34, la señal que está siendo transmitida al TCM 32. Preferiblemente, el interruptor de presión 30 está construido tal como se describe en la patente estadounidense núm. 5.728.986. Esta patente está asignada al solicitante del presente invento. El TCM 32 guarda en la memoria 44 la señal del interruptor de presión 30. Entonces, el TCM 32 mide o calcula la corriente de accionamiento necesaria para el disparo del interruptor de presión 30, y compara la corriente medida con el valor de la corriente previamente calibrado como una función de la presión. Luego, el TCM 32 ajuste su señal de control basándose en dicha comparación, utilizando la lógica programable del microprocesador 46. A continuación, la señal de control ajustada se guarda en la memoria 44.

La figura 3 es el gráfico de una cantidad de curvas de presión para varias válvulas de control inversamente proporcionales. La presión de salida viene dada en kilopascales (kPa), con respecto a la corriente de salida del módulo de control de la transmisión, indicada en miliamperios (mA). La línea de trazos indica dónde el interruptor de presión 30 cambia de estado o se dispara. Tal como puede verse con claridad, el punto de ajuste del interruptor de presión está situado en una porción lineal de la curva. La figura 4 es un gráfico similar, pero de varias válvulas de control hidráulico directamente proporcionales. De manera similar, la línea de trazos muestra la región donde el interruptor de presión cambia de estado. Las figuras 3 y 4 muestran que el sistema del presente invento trabajará con una amplia variedad de cualquier tipo de válvula de control.

Cuando el interruptor de presión se dispara, el TCM 32 registra la corriente suministrada a la válvula de control 20 en dicho punto. Este valor de corriente es guardado en la memoria y se utiliza para ajustar la corriente previamente equilibrada que es necesaria para el control de la presión. La curva de calibración adopta una pendiente contante basada en la familia de curvas representadas en las figuras 3 y 4.

El ajuste matemático en la calibración se realiza con la siguiente ecuación:

Pendiente \ de \ presión = \frac{P_{max} - P_{interruptor}}{I_{max} - I_{interruptor}}

donde:

I max = corriente máxima

I interruptor = corriente a la cual el interruptor de presión cambia de estado

P max = presión máxima

P interruptor = presión a la cual el interruptor de presión cambia de estado

Además del sistema de control hidráulico autocalibrable, el presente invento también está dirigido a un método para calibrar automáticamente un sistema de control hidráulico.

Ventajosamente, el presente invento emplea un interruptor de presión exacto y preciso 30 que se dispara a una presión deseada o punto de ajuste, por ejemplo en una aplicación para transmisión automática, a 18 psi (libras por pulgada cuadrada). Contrastando con otras conocidas aplicaciones de diagnóstico a bordo de vehículos que utilizan un interruptor de presión, el presente invento emplea un interruptor de presión que es preciso y proporciona retroalimentación al modulo de control de la transmisión 32. Esto difiere de las anteriores aplicaciones de diagnóstico a bordo. El módulo de control de la transmisión del presente invento registra la corriente suministrada al disparo o punto de ajuste. La memoria 44 guarda la corriente en dicho punto y compara el punto de la corriente precalibrada asociado con la presión y temperatura. La lógica programable del TCM ajusta o calibra la corriente necesaria para obtener una presión específica. El presente invento detecta la presión del fluido con bastante precisión, mediante el interruptor de presión descrito en la patente estadounidense núm. 5.728.986 y proporciona retroalimentación al controlador para actualizar la curva de calibración.

El presente invento autocalibra el controlador para que funcione con bastante precisión con la válvula de control hidráulica. Esto elimina la necesidad de "sintonizar" estos componentes antes de montar el producto final, como una transmisión. Asimismo, como los subcomponentes se desgastan con el paso del tiempo, el controlador continúa ajustando y compensando el desgaste. Una ventaja adicional es que el presente invento permite tolerancias más holgadas para los componentes dado que la característica de autocalibrado del presente invento compensará las tolerancias.

Mientras ha sido representada y descrita con detalle una forma de realización específica del invento para mostrar la aplicación de los principios del invento, se comprenderá que el invento puede ser realizado de otros modos sin por ello apartarse de tales principios.

Claims

1. Un método para calibrar automáticamente un sistema de control hidráulico, comprendiendo las fases de:

a): proporcionar una fuente de presión de fluido hidráulico;

b): suministrar dicha presión de fluido hidráulico a una entrada (18) de una válvula de control de presión accionada eléctricamente (20);

c): conectar una salida (22) de dicha válvula de control de presión (210) a un actuador accionado hidráulicamente (24);

d): proporcionar un controlador (32) con una lógica de control y una memoria;

e): conectar dicho controlador (32) a dicha válvula de control de presión (20);

f): excitar dicha válvula de control de presión (20) con una señal de control desde dicho controlador (32) y proporcionar una presión de fluido hidráulico controlado a través de dicha salida de válvula (22) a dicho actuador accionado hidráulicamente (24);

caracterizado por las fases de:

g): detectar la presión de dicho fluido hidráulico controlado y en un nivel predeterminado de ajuste de presión, proporcionando una señal indicativa del hecho que dicho nivel de ajuste ha sido alcanzado a dicha memoria del citado controlador (32) y guardarla en la memoria;

h): medir una cantidad de corriente para dicha válvula de control de presión (20) requerida para que dicha presión de fluido hidráulico alcance el citado nivel del punto de ajuste;

i): comparar dicha corriente medida con un valor preestablecido de dicha corriente como una función de presión; y

j): ajustar dicha señal de control basándose en una comparación de la corriente medida con el valor preestablecido de corriente para calibrar automáticamente el sistema de control hidráulico.

2. El método definido en la reivindicación 1, en que dicha fase de detectar la presión incluye la disposición de un interruptor de presión (30) en un conducto (26) entre dicha salida (22) de la citada válvula de control de presión (20) y dicho actuador accionado hidráulicamente (24).

3. El método definido en la reivindicación 1, en que dicha fase de excitar dicha válvula de control de presión (20) incluye el accionamiento electromagnético de la citada válvula de control depresión (20).

4. El método definido en la reivindicación 1, en que dicha fase de conectar la citada fuente de fluido hidráulico a una válvula de control de presión acciona eléctricamente (20) incluye la conexión de dicha fuente a la entrada de una válvula de bobina equilibrada de presión.

5. El método definido en la reivindicación 1, en que dicha fase de conectar dicha fuente de fluido hidráulico a la entrada (18) de una válvula de control de presión accionada eléctricamente (20) incluye la conexión de dicha entrada (18) a una válvula reguladora de la presión.

6. El método definido en la reivindicación 1, en que dicha fase de conexión de la salida (22) de la citada válvula de control de presión (20) incluye la conexión de la salida (22) a un actuador hidráulico (24) en una transmisión automática de potencia.

7. Un sistema de autocalibrado para controlar un aparato accionado hidráulicamente, comprendiendo:

a): un actuador accionado hidráulicamente (24);

b): una bomba (12) conectada a dicho actuador para proporcionar una fuente de fluido hidráulico a presión;

c): una válvula de control de presión accionada eléctricamente (20) dispuesta entre dicha bomba (12) y el citado actuador (24) y con conexión de fluido entre ambos, siendo dicha válvula de control (20) operativa para recibir fluido hidráulico a una presión de suministro y proporcionar el fluido hidráulico a una presión de control a la salida de la válvula e control (22);

d): un controlador (32) que tiene una lógica de control y una memoria en comunicación con dicha válvula de control de presión (20), siendo dicho controlador (32) operativo para proporcionar una señal de control destinada a accionar dicha válvula de control de presión (20) para alcanzar una deseada presión de fluido;

e): un sensor de presión para detectar la presión de fluido hidráulico, estando dicho sensor de presión dispuesto entre dicha salida de válvula de control de presión (22) y el citado actuador accionado hidráulicamente (24), estando dicho sensor de presión en comunicación con el mencionado controlador (32),

caracterizado por el hecho de que:

f): dicho sensor de presión es operativo para proporcionar una señal a dicho controlador (32) cuando la presión detectada alcanza un niel predeterminado;

g): teniendo dicho controlador (32) medios para almacenar dicha señal en la citada memoria y para medir una cantidad de corriente requerida por dicha válvula de control de presión (20) para suministrar fluido hidráulico a la presión de fluido deseada;

h): dicho controlador (32) tiene además medios para comparar dicha corriente medida con un valor calibrado de corriente como una función de presión, de modo que dicho controlador (32) es operativo para ajustar dicha señal de control basada en una comparación de dicha corriente medida con la mencionada corriente calibrada.

8. El sistema definido en la reivindicación 7, en que dicho sensor de presión comprende un interruptor de presión (30).

9. El sistema definido en la reivindicación 7, en que dicha válvula de control de presión (20) incluye una bobina equilibrada de presión.

10. El sistema definido en la reivindicación 7, en que dicho actuador (24) comprende un actuador de embrague.

11. El sistema definido en la reivindicación 7, en que el dispositivo accionado hidráulicamente comprende una transmisión automática de potencia.

12. El sistema definido en la reivindicación 11, en que dicho controlador (32) comprende un módulo de control de la transmisión.

13. El sistema definido en la reivindicación 12, en que dicha válvula de control de presión (20) comprende una electroválvula de fuerza variable.

14. El sistema definido en la reivindicación 13, en que dicha electroválvula de fuerza variable comprende una válvula de tres vías.

15. El sistema definido en la reivindicación 14, comprendiendo además una válvula reguladora de la presión (28) conectada a dicha bomba (12) para regular la presión de fluido hidráulico del mismo.