用于自动化手动变速器的基于微机电系统的液压控制系统的制作方法

专利名称：用于自动化手动变速器的基于微机电系统的液压控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于微机电系统(MEMS)的液压控制系统。
背景技术：
客车和商务车包括各种液压装置。阀允许流体从泵流到液压装置。但是，阀会很大且昂贵，为车辆增加了重量和成本。

发明内容
自动化手动变速器(automated manual transmission)包括液压装置和引导阀。 引导阀可操作地连接到液压装置且配置为进行促动。引导阀包括至少一个基于微机电系统 (MEMS)的装置。调节阀可操作地连接到引导阀和液压装置。调节阀配置为基于引导阀的促动将流体引导到液压装置。一种车辆，包括配置为产生扭矩的发动机。自动化手动变速器配置为接收发动机产生的扭矩。离合器组件可操作地设置在发动机和变速器之间并配置为将来自发动机的扭矩传递到变速器。自动化手动变速器包括液压装置，其可操作地连接到引导阀和调节阀。引导阀包括至少一个基于MEMS的装置。本文所述的系统为车辆中的液压控制提供减小重量和成本的解决方案。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解本发明的上述特征和优点以及其他的特征和优点。


图1是微机电系统(MEMS)微阀促动器的示意性截面图。图2是MEMS滑阀的示意性截面图，其可单独使用或与图1所示的MEMS微阀促动器结合使用。图3是动力传动系统的示意图，其可实施具有自动化手动变速器的车辆中的图1 和2的MEMS装置。图4是自动化手动变速器中受液压控制的部件的压力或流动控制系统第一方案的示意性方框图。图5是自动化手动变速器中受液压控制的部件的压力或流动控制系统第二方案的示意性方框图。图6是自动化手动变速器中第三液压部件的压力或流动控制系统第三方案的示意性方框图。图7是自动化手动变速器中第四液压部件的压力或流动控制系统第四方案的示意性方框图。
具体实施方式
本文所述的系统为车辆中的液压控制提供减小的重量和成本。在一个具体实施方式
中，该系统是包括自动化手动变速器的动力传动系统的一部分。动力传动系统可包括液压装置和引导阀。引导阀可操作地连接到液压装置且配置为进行促动。引导阀包括至少一个基于微机电系统(MEMS，Micro Electro-Mechanical System)的装置。调节阀可操作地连接到引导阀和液压装置。调节阀配置为基于引导阀的促动将流体引导到液压装置。在引导阀中使用基于MEMS的装置减少了动力传动系统的重量和成本。图1显示了微机电系统(MEMS)微阀100，其为车辆中的液压控制提供减少重量和成本的解决方案。MEMS微阀100可采取多种形式且包括多个和/或替代的部件和设备。尽管示例性的MEMS微阀100显示在附图中，但是，附图中所示的部件并不是限制性的。实际上，额外或替代的部件和/或设备也可以使用。如下所述，MEMS微阀100可用于对一个或多个液压部件(特别是在变速器中)施加液压控制。所示的MEMS微阀100仅是MEMS装置的一种类型，其可用作液压部件或其他部件的控制阀或控制促动器，如本文所述。尽管参照汽车应用详细描述了各种MEMS装置，但是MEMS装置也可用在其他方面。 进而，术语“上”、“下”、“向上”、“向下”等用于描述附图，而并不代表对如所附权利要求限定的本发明范围的限制。通常，MEMS装置可以被认为是物理上较小并具有微米级尺寸的结构一类系统的部件。MSMS系统可以具有电子部件和机械部件两者。MEMS装置通过微机械加工 (micromachining)工艺而生产。术语“微机械加工”通常指通过工艺实现的运动部件和三维结构的生产，所述工艺包括改良集成电路(计算机芯片)制造技术(譬如化学蚀刻)和材料(譬如硅半导体材料)。本文所用的术语“微阀”通常是指具有微米级尺寸结构特征的阀，且由此按照该定义其至少部分地通过微机械加工形成。从而术语“微阀装置”可包括具有一个或多个具有微米级尺寸的结构特征的装置。MEMS装置可以与其他MEMS (微机械加工的)装置或部件结合操作或可以与标准尺寸(较大)部件一起使用，如通过机加工方法制造的。参见图1，MEMS微阀100包括壳体或本体110。MEMS微阀100可以用多个材料层形成，如半导体晶片。本体110也可由多层形成。例如，且并不是限制性地，所示的横截面部分可从MEMS微阀100的中间层截取，两个其他层存在于中间层的后面和前面(相对于图 1)。本体110的其他层可包括固体覆盖件，端口板，或电控制板。但是每个层通常被认为是本体110的一部分，除非特别指明。MEMS微阀100包括梁112，该梁被阀促动器114促动。促动器114的选择性控制使得梁112选择性地将进入口 116和排出口 118之间的流体流动改变。通过改变进入口 116和排出口 118之间的流体流动，MEMS微阀100改变引导端口 120中的压力。如本文所述，引导端口 120可连结到额外的阀或装置，以便通过引导信号执行其液压控制，该引导信号基于引导端口 120的压力而变化。进入口 116连接到高压流体源，如泵(未示出)。排出口 118连接到低压贮存器或流体返回器(未示出)。出于本说明的目的，排出口 118可认为处在环境压力下，且在MEMS 微阀100中用作地或零状态。梁112在图1所示的第一位置、第二位置(未示出)之间及无数中间位置之间以连续可变的方式运动。在第一位置，梁112没有完全阻挡进入口 116。但是，在第二位置，梁 112阻挡进入口 116以基本上防止所有来自高压流体源的流动。第一腔室122与进入口 116和排出口 118 二者流体连通。但是，排出口 118和第一腔室122(以及还有进入口 116)之间的连通受到排出孔口 124的限制。通过排出孔口 124 的大体积或快速流体流动在第一腔室122和排出口 118之间建立压差。梁112通过挠性枢轴1 可枢转地安装到本体110的固定部分。梁112的与挠性枢轴1 相对的部分是可动端128，其向上和向下运动(如图1所示)以选择性地且可变地覆盖和打开进入口 116。当梁112处于第二位置时，其允许从进入口 116到第一腔室122的很小的流动或不允许流动。第一腔室122中任何加压的流体从排出孔口 IM排放到排出口 118。在MEMS 微阀100的梁112朝向第一(打开)位置运动时，进入口 116逐渐打开，允许流体快速地从进入口 116流入到第一腔室122。快速流动的流体不能全部通过排出孔口 IM排出，这在流体流过排出孔口 1 时造成压差的形成，使得第一腔室122中的压力升高。在进入口 116进一步打开到第一位置(如图1所示)时，流体逐渐更快地流过排出孔口 124，使得造成更大的压差并进一步升高第一腔室122中的压力。当梁112处在第一位置时，其允许从进入口 116到第一腔室122的高流动。因此，第一腔室122中的压力通过控制从进入口 116流过第一腔室122和排出孔口 IM而到排出口 118的流动速率而受到控制。梁112的位置控制来自进入口 116的流动速率，并由此控制第一腔室122中的压力。阀促动器114选择性地对梁112进行定位。促动器114包括细长脊130，该脊附接到梁112。促动器114还包括多个第一肋132和多个第二肋134，它们通常位于细长脊130 的相对侧。每个第一肋132具有第一端和第二端，该第一端附接到细长脊130第一侧，该第二端附接到本体110。类似于第一肋132，每个第二肋134具有附接到细长脊130的第一端和附接到本体110的固定部分的第二端。肋132和134的数量可以根据促动器14的设计而变化。细长脊130和第一肋132以及第二肋1；34可在图1中显示为与本体110断开连接。但是，细长脊130、第一肋132、和第二肋134用相同的材料形成并在同一点处连接到本体110，以便允许相对运动。但是，连接可以是在图1所示的横截面平面的下方。通常，细长脊130、第一肋132、和第二肋134可以被认为是促动器114的运动部分。第一肋132和第二肋1；34配置为响应于第一肋132和第二肋134中的温度变化而热膨胀(伸长)和收缩(缩短)。电触点(未示出)适于连接到电源，以供应电流流过第一肋132和第二肋134，以使得第一肋132和第二肋134热膨胀。促动器114配置为受到基于微处理器的电子控制单元(EOT)或其他可编程装置 (未示出在图1中)的控制，所述单元或装置将可变的电流供应到第一肋132和第二肋134。 在下述的示例性方法中，ECU被描述为是变速器控制单元或模块。但是ECU可以包括其他计算装置。在第一肋132和第二肋134由于足够的电流(例如施加的功率)而膨胀时，细长脊130向下运动或伸出如在图1中观察的)，使得梁112沿基本逆时针的方向旋转。导致的梁112的运动使得可动端128向上运动(如在图1中观察的)并逐渐地更多地阻挡进入 Π 116。将进入口 116关闭允许更少的(且最终没有)流体流入第一腔室122，这在流体排出到排出口 118时减少第一腔室122中的压力。一旦进入口 116被关闭，则MEMS微阀100 处于第二位置(未示出)，且没有引导信号通过引导端口 120通讯。在电流下降时，第一肋132和第二肋134收缩且细长脊130向上运动(如在图1 中观察的)，使得梁112沿大致顺时针方向旋转。导致的梁112的运动使得可动端128向下运动(如图1在中观察的)且逐渐更多地打开进入口 116。打开进入口 116允许更多的流体流入到第一腔室122，在流体流动超过排出口 118 从第一腔室122排放流体的能力时该腔室中的压力增加。一旦进入口 116实质上打开，则 MEMS微阀100处在第一位置(如图1所示)，且强的引导信号通过引导端口 120通讯。除了图1所示的热促动MEMS装置，其他类型的基于MEMS的促动器可代替MEMS微阀100使用或代替促动器114使用。通常，基于微机电系统(MEMQ的装置可包括具有一个或多个通过集成电路技术(例如在硅晶片上蚀刻)制造的电子元件和一个或多个通过微机械加工工艺(例如形成微米级尺寸的结构和运动部件)制造的机械元件的装置。电子和机械元件还可用其他工艺形成。在替换的或额外的方法或构造中，基于MEMS的装置可包括具有微米级尺寸的其他元件，如电磁场促动器，压电促动器，热促动器，静电促动器，磁促动器，形状记忆合金，压力传感器，陀螺仪，光学开关，其他基于MEMS的装置，或任何其组合。现在参见图2，并继续参见图1，显示了基于MEMS的滑阀(spool valve) 200的示意性截面图。基于MEMS的滑阀200包括壳体或本体210。基于MEMS的滑阀200用多个材料层形成，如半导体晶片。本体210还可用多个层形成。例如，但不限于，所示的横截面部分是从基于MEMS的滑阀200的中间层截取的，两个其他层存在于中间层之前和之后(相对于图2中的视图)。基于MEMS的滑阀200包括滑动件212，该滑动件配置为可在本体210限定的空腔 214中向左和向右运动(如图2中的页面所示)。滑动件212通过受引导的表面216上的流体压力促动，该受引导的表面216与空腔214的受引导的腔室220流体连通。受引导的腔室220中压力的选择性变化改变施加到受引导的表面216的力。受引导的腔室220可以与引导信号流体连通，例如由图1所示的MEMS微阀100的引导端口 120产生的引导信号。滑动件212用细长板形成，其具有相对设置且垂直地在本体的第一端延伸的一对臂，从而滑动件212是大体T形的，其在滑动件212较宽的纵向端具有受引导的表面216，而在滑动件212相对较窄的纵向端具有反向表面222。尽管空腔214可以具有其他形状或几何尺寸，但是空腔214(如所示的)也是大体T形的。本体210限定出与空腔214连接的多个端口，一些端口形成在横截面层中且一些形成在其他层中。端口包括供应口 224，其适于连接到高压流体源，如输送泵(未示出)。供应口 2M可以连接到与图1所示的MEMS微阀100的进入口 116相同的高压流体源。本体 210还限定箱端口 226，该端口连接到低压贮存器或流体返回器(未示出)。箱端口 2 可如图1所示的MEMS微阀100的排出口 118那样连接到相同的低压流体源。第一载荷端口 2 和第二载荷端口 230形成在本体中并与空腔214连通。第一载荷端口 2 和第二载荷端口 230设置在供应口 2 的相对侧。第一载荷端口 2 和第二载荷端口 230适于一起连接以提供加压流体到变速器或动力传动系的液压操作的部件，如本文所述的。额外的端口、通道或槽道(在图2中不可见)可形成在空腔214的与第一载荷端口 2 和箱端口 2 相对的上表面上。额外的槽道有助于平衡作用于滑动件212上的流动力。所示的滑动件212包括贯通的三个开口。第一开口 232(靠近受引导的表面216) 通过滑动件212限定，以允许通过流体箱端口 2 上方的槽道而使得流体体积与箱端口 226 处的压力相等，将滑动件212上垂直(进出图2所示的视图)作用的力平衡。穿过滑动件 212的第二开口 234形成内部空间，其总是与第二载荷端口 230连通。第二开口 234和第一开口 232之间的腹板236，取决于滑动件212的位置，允许或防止第二载荷端口 230和箱端口 2 之间的流动。在所示的位置，腹板236防止第二载荷端口 230和箱端口 2 之间的流动。当腹板236运动到右方(在图2的页面上观察时)，第二载荷端口 230和箱端口 2 之间的流体路径打开，将存在于第二载荷端口 230处的任意压力排出到连接于箱端口 2 的低压贮存器。穿过滑动件212的第三开口 238允许第一载荷端口 2 上方槽道中的流体体积与第一载荷端口 2 处的压力相等，平衡滑动件212上垂直(进出图2所示的视图)作用的力。在滑动件212的所有位置中，第二开口 234和第三开口 238之间的腹板MO防止供应口 2M和第二载荷端口 230之间的流动。第三开口 238和反向表面222之间的腹板对2，取决于滑动件212的位置，允许和防止供应口 2 和第一载荷端口 2 之间的流动。在所示的位置，腹板242防止供应口 224 和第一载荷端口 2 之间的流动。当滑动件212运动到左方(在图2的页面上观察时)，流体路径打开于供应口 2M和第一载荷端口 2 之间，将加压流体提供到连接于第一载荷端口 2 的载荷。滑动件212与空腔214的壁协作，以在空腔214的相对壁和受引导的表面222之间限定出受引导的腔室220。反向腔室(counter chamber) 244被限定在反向表面222和空腔214的相对壁之间。反向腔室244与第一载荷端口 2 总是流体连通。此外，两个空间 246和248可被限定在形成相应对的滑动件212的T形板的肩部和T形空腔214的肩部之间。空间246，248与箱端口 2 总是连通。以此方式，防止滑动件212的液压阻塞。滑动件212的受引导的表面216的总面积大于滑动件212的反向表面222的总面积。因此，当受引导的腔室220和反向腔室244中的压力相等时，最终未平衡的作用在滑动件212上的净力将促使滑动件212向左运动(在图2的页面中观察时)。现在参见图3，MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可实施在车辆300中。具体说，图1和2的MEMS装置可以实施在车辆的动力传动系统305中，该动力传动系统可包括发动机310，自动化手动变速器315，离合器组件320，阀体325，和泵330。车辆300可以是客车或商用汽车。从而MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可以实施在混合动力电动车中，包括插电式混合动力电动车(PHEV)或增程式混合动力车辆(EREV)、汽油动力的车辆、 电池电动车(BEV)等等。当然，MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可具有除了用在车辆300中以外的其他实施方式。发动机310可包括配置成为变速器315提供扭矩的任何装置。例如，发动机310 可包括内燃机310，其配置为通过燃烧矿物燃料和空气混合物而产生旋转运动。通过发动机 310产生的旋转运动经由曲轴340输出。此外，发动机310的运行受到发动机控制单元345 的控制。变速器315可包括将扭矩输出到车辆300的车轮365的任何装置。变速器315可包括输入轴350，输出轴355，和齿轮箱360。输入轴350可用于或直接地或通过离合器组件320(将在下文详述)接收通过发动机310产生的扭矩。输出轴355可用于输出扭矩到车辆300的车轮365。齿轮箱360可包括各种尺寸的齿轮，这些齿轮可用于改变输出轴355 相对于输入轴350的旋转速度。变速器315的运行经由变速器控制单元370控制。在一个具体方法中，变速器135包括自动化手动变速器315。例如，自动化手动变速器315可通常类似于手动变速器315配置，只是自动化手动变速器315可以使用电传感器、处理器和促动器，以执行档位变换而不用司机来促动离合器踏板或用车辆300的乘客车厢中的换挡杆来选择档位。齿轮的促动和离合器的促动可液压地、机械地或其组合地实现。离合器组件320可以是任何液压促动的装置，其配置为将通过发动机310产生的扭矩传送到变速器315。例如，离合器组件320可操纵地连接到发动机310的曲轴340和变速器315的输入轴350。离合器组件320可包括驱动机构(未示出)和从动机构(未示出)。驱动机构可以可操作地设置在曲轴340上。因而，驱动机构可以以与曲轴340相同的速度旋转。从动机构可操作地设置在输入轴350上，这可以使得从动机构和输入轴350以相同的速度旋转。驱动机构和从动机构可配置为彼此接合。驱动机构和从动机构可受到发动机控制单元345，变速器控制单元370，或配置为产生控制信号的任何其他装置的控制。例如，变速器控制单元370可产生一个或多个控制信号，以基于诸如车辆300的速度、车辆300的司机作出的给油踏板输入等这样的因素来控制驱动机构和从动机构的接合。此外，驱动机构和从动机构的接合可以液压地执行。即，流体压力可使得驱动机构接合从动机构。接合时，驱动机构和从动机构可以以基本相同的速度旋转。从而通过发动机310产生的扭矩能被传递到变速器315。此外，驱动机构和从动机构可配置为部分地接合，导致驱动和从动机构上存在滑动。由此，驱动机构可以将一部分发动机扭矩赋予从动机构。替换地，当液压接合时 (加压)，从动机构可以与驱动机构脱开。阀体325可以包括多个阀(例如液压装置)，如选择阀375，第一档促动控制阀 380，第二档促动控制阀385和离合器控制阀390。每一个这些和其他阀可以受到一个或多个MEMS装置的控制，如上述MEMS微阀100和/或基于MEMS滑阀200。取决于自动化手动变速器135的设计，可以包括额外的控制元件。阀体325可以进一步限定流体回路，所述回路允许流体从泵330、蓄积器(未示出)或另外的液压源流到变速器315的各个部分。阀体 325中的多个阀可用于控制流体从泵330通过流体回路到变速器315的各个部件的流动。 阀体325中的一个或多个阀可以被电促动(例如螺线管阀、电动机)或液压促动。在一种示例性实施方式中，阀体325可以是变速器315的一部分或可以是单独的装置。从而，一个或多个MEMS微阀100和基于MEMS滑阀200可以被布置在阀体325或变速器315中。选择阀375可以配置为液压地选择一个或多个同步器来而在变速器315中进行控制。例如，选择阀375可以配置为将变速器315中的促动系统定位成准备好用于促动同步器1-2，所述同步器基于例如从司机或变速器控制单元370控制的换挡杆接收的电信号而控制第一档和第二档的选择(或替换地选择同步器3-4、同步器5和/或同步器R等)。接下来，第一档促动控制阀380可以配置为沿一个方向对变速器315中的同步器进行液压接合/脱开(例如在上面的例子中接合第一档或脱开第二档)。第一档促动控制阀380可以是液压促动的阀，其响应于来自用于档位接合的变速器控制单元370的换挡命令而进行促动。第二档促动控制阀385可以用于沿与接合第二档或脱开第一档相反的方向液压地促动同步器和/或换挡叉。即，档位动作控制阀380和385可允许换挡叉(未示出)使得同步离合器(未示出)选择性地接合和脱开一组经选择档位中的一个档位。例如，档位促动控制阀380和385可以打开和/或关闭，以在各组驱动档位(如第一和第二档、第三和第四档、 和/或第五和第六档)的换挡过程中液压地促动变速器315中的各个档位。例如，如果换挡阀375表明了第一和第二档组被选择，则换挡叉可接合第一档或第二档。档位促动控制阀380、385可进一步液压地控制同步器，该同步器在接合档位组中选择的档位之前匹配离合器的旋转速度。离合器促动控制阀390可以配置为控制用于液压地接合和脱开离合器组件320的流体压力。泵330可包括配置为例如经由阀体325将加压流体提供到变速器315、 发动机310、和/或离合器组件320的各个部件的任何装置。在一种可行方法中，泵系统可包括按需电油泵(on-demand electric oil pump)和压力传感器，它们可用于对液压蓄积器的压力/填充进行加压和控制，这又会馈送到控制系统。替换地，泵330可接收例如来自变速器控制单元370的指令压力，并在管线压力控制阀(未示出)的辅助下提供指令压力下的流体。动力传动系统305可包括任何数量的泵330，以将流体提供到动力传动系统305 中的各种液压装置。E⑶(如发动机单元345和/或变速器控制单元370)每一个可包括配置为产生控制动力传动系统305中一个或多个部件的操作的信号的任何装置。例如，发动机控制单元 345和变速器控制单元370中之一或二者可配置为通过产生表示指令压力的信号而控制泵 330的运行。替换地或额外地，另外的控制装置(如混合动力控制处理器)可以产生命令让压力来自泵的信号。而且，如下文详述的，变速器控制单元370可配置为控制MEMS装置的操作。例如，变速器控制单元370可配置为产生使得动力传动系统305中的一个或多个 MEMS微阀100促动的信号。此外，变速器控制单元370可配置为产生使得变速器315中的各种阀(如电磁阀)促动的信号。从而，发动机控制单元345和/或变速器控制单元370 可控制从泵330到动力传动系统305中的各个装置的流体流动。图4-7显示了用于变速器315 (如图3所示的动力传动系305)中的液压部件的压力控制系统的多个示意性方框图。用于所示和所述的压力控制系统的多个方案的每一个可用于多个所示和所述部件中任一个的操作和控制，多个所示和所述的部件包括离合器组件 320、选择阀375、档位促动控制阀380、385和离合器促动控制阀390，以控制档位促动(例如叉和同步器机构)、管线压力、其他控制阀等。此外，额外的压力控制系统方案可通过将所述的各种MEMS装置与其他MEMS装置和金属阀相组合来形成。图4显示了用于动力传动系305中液压促动部件410的压力控制系统的第一方案 400。第一方案400包括引导阀412，其控制调节阀414。调节阀414与引导阀412流体连通。引导阀412包括第一阀416，该第一阀产生引导信号。调节阀414配置为接收引导信号，且调节阀414配置为输出控制信号，该控制信号控制液压促动部件410。调节阀414可设计为调节压力或流动。在图4所示的第一方案400中，第一阀416可包括MEMS装置，如图1所示的MEMS 微阀100。调节阀414还可包括如基于MEMS的滑阀200这样的MEMS装置。由此，如本文所述，MEMS微阀100可产生引导信号并通过引导端口 120传递至基于MEMS的滑阀200的受引导的腔室220。
回头参见图1和2中所示的示例性方法，当图1所示的MEMS微阀100，通过直接将二者附接在一起或通过流体地连接引导端口 120和受引导的腔室220，与基于MEMS的滑阀 200组合时MEMS微阀100作用在基于MEMS的滑阀200上，以改变到第一载荷端口 2 和第二载荷端口 230的流体流动和压力。MEMS微阀100中的进入口 116与基于MEMS的滑阀200的供应口 2 和第一载荷端口 2 相比较小。在组合的操作中，MEMS微阀100的梁112打开进入口 116，且流体流过进入口 116、第一腔室122、和排出孔口 124，流到排出口 118。进入口 116可在该流动路径中用作额外的孔口。由于通过进入口 116的可能的压力降，可能不能使得基于MEMS的滑阀200的受引导的腔室220的压力高至高压流体源提供的压力。当流体流过这些端口时，由于基于MEMS 的滑阀200的供应口 2M和第一载荷端口 2 的较大开口以及导致的低压力降，与可在受引导的腔室220中获得的压力相比，反向腔室M4中的压力可获得更高的压力(在泵出口处或附近的压力)。但是，因为受引导的表面216的表面积大于反向表面222的表面积，所以滑动件212仍可向左运动(在图2中的页面上观察时)，即使在受引导的腔室220中作用在受引导的表面216上的压力小于反向腔室M4中的压力时也是如此。基于MEMS的滑阀200具有三个主要操作区域或位置压力增加位置，压力保持位置，和压力下降位置。显示在图2中的基于MEMS的滑阀200处于压力保持位置，从而基于 MEMS的滑阀200在液压促动部件410 (载荷)上保持加压流体。如果滑动件212向右运动(在图2中的页面上观察时)，则基于MEMS的滑阀200 处于压力下降位置。这在变速器控制单元370通过增加供应到促动器114的电流而指令 MEMS微阀100关闭时实现。促动器114的第一和第二肋132和134膨胀，使得梁112逆时针枢转(使得挠性枢轴126弯曲)，并更多地覆盖进入口 116。通过第一腔室122从进入口 116到排出口 118的流动减少。跨排出孔口 IM的压力降减小。第一腔室122和引导端口 120中压力也减小。因为引导端口 120与受引导的腔室 220直接流体连通，所以这使得作用在滑动件212上的力不平衡。作用在受引导的表面216 上的降低的力(由于受引导的腔室220中下降的压力造成的)小于由于反向腔室M4中的压力(连接到载荷)而作用在反向表面222上的未改变的力。力的不平衡性促使基于MEMS的滑阀200的滑动件212向右运动(在图2中的页面上观察时)。腹板236由此向右运动，允许来自受液压控制的部件410的加压流体的流动通过滑动件212中的第二载荷端口 230和通过第二开口 234。由此，一些流体直接流出箱端口 226，而一些流体可以向上流入箱端口 2 上方的槽道，在腹板236的顶部上方，向下通过第一开口 232并流出箱端口 226。以此方式，压力从受液压控制的部件410释放并排出到连接到箱端口 2 的低压贮存器。当反向腔室M4中的压力(通过第一载荷端口 2 作用)充分下降使得作用在滑动件212上的力促使滑动件212向左运动(在图2中的页面上观察时)时，基于MEMS的滑阀200的滑动件212将向回运动到压力保持位置。通过力的均衡，基于MEMS的滑阀200的滑动件212将停止在压力保持位置。由此，载荷处的压力(通过第一载荷端口 2 和第二载荷端口 230感测)将与提供到促动器114的电信号(电流)成比例。为了将基于MEMS的滑阀200运动到压力增加位置，变速器控制单元370可降低流过促动器114的肋的电流，然后MEMS微阀100的梁112顺时针枢转，以更多地打开进入口 116。这造成受引导的腔室220中压力的增加，同时反向腔室对4中的压力保持恒定。由于作用在滑动件212上的力的不平衡，滑动件212向左运动(在图2中的页面上观察时)。如果基于MEMS的滑阀200在压力降低位置，则向左运动会使得滑动阀运动回到压力保持位置 (如图2所示)。如果变速器控制单元370进一步降低电流且使得MEMS微阀100进一步打开，则受弓丨导的腔室220中的压力进一步增加，促使基于MEMS的滑阀200的滑动件212进一步向左运动(在图2中的页面上观察时)到压力增加位置。腹板M2向左运动，允许加压流体从供应口 2 通过滑动件212中的第三开口 238流动。从该第三开口 238，一些流体直接流出第一载荷端口 228，同时一些流体可向上流到腹板242顶部上方的槽道中，流过第二反向腔室244并流出第一载荷端口 228。以此方式，压力从连接到供应口 2M的高压流体源引出并被施加到连接于第一载荷端口 2 的载荷(例如液压操作的部件410)。通过基于MEMS的滑阀200产生的控制信号具有足够的压力和流动特性，以控制受液压控制的部件410。通过MEMS微阀100产生的引导信号不能直接控制受液压控制的部件 410。参见图4，第一方案400还可包括MEMS压力传感器420，其可配置为感测来自调节阀414的控制信号的压力情况(pressure prof ile)。变速器控制单元370可配置为接收来自MEMS压力传感器420的输入并将输出提供到引导阀412中的MEMS微阀100，以响应于来自MEMS压力传感器420的输入来调节系统压力。由此，通过MEMS压力传感器420和变速器控制单元370，第一方案400可配置为用于发送到受液压控制的部件410的控制信号的闭环反馈和调节。受液压控制的部件410可以是动力传动系305的部件的任一个，如图3所述。例如，但非限制性地，受液压控制的部件410可以是以下的一个或多个离合器组件320，选择阀375，第一档促动控制阀380，第二档促动控制阀385和离合器控制阀390，以控制档位促动(例如叉和同步器机构)、管线压力、其他控制阀等。在动力传动系305的一些实施方式中，受液压控制的部件410可以实际上是这些部件中的两个或多个。图5显示了用于动力传动系中液压促动部件510的压力控制系统的第二方案500。 第二方案500包括引导阀512，其控制调节阀514。调节阀514与引导阀512流体连通。引导阀512包括产生引导信号的第一阀516。但是，不同于图4所示的第一方案 400，在第二方案500中，引导阀512还包括第二阀518，第二阀将引导信号增大(steps up) 或放大成经放大的引导信号。调节阀514配置为接收该经放大的引导信号，且调节阀514 配置为输出控制信号，该控制信号控制液压促动部件510。在图5所示的第二方案500，第一阀516可包括图1所示的MEMS微阀100，且第二阀518可包括基于MEMS的滑阀200。因此，如已经描述的，MEMS微阀100选择性地产生引导信号并通过引导端口 120传递到基于MEMS的滑阀200的受引导的腔室220。但是，通过第二方案500，基于MEMS的滑阀200的输出是经放大的引导信号，该引导信号随后被调节阀 514使用。在图5所示的第二方案500中，调节阀514可包括常规的机械调节阀。通常，常规的机械调节阀是通过机械加工工艺制造的调节阀。基于通过引导阀512提供的引导信号，常规的机械调节阀提供用于液压促动部件510的控制信号。通过引导阀512(包括第一阀516和第二阀518(基于MEMS的滑阀200) 二者)产生的经放大的引导信号具有足够的压力和流动特性，以控制常规机械调节阀，其于是可控制受液压控制的部件510。但是，通过引导阀512的第一阀516 (MEMS微阀100)产生的引导信号可能不能直接引导常规机械调节阀或直接控制受液压控制的部件510。与图4所示的第一方案400相比，该常规机械调节阀进一步增加用于控制受液压控制的部件510的压力和流动特性。第二方案500还可包括一个或多个基于MEMS的压力传感器，如MEMS压力传感器 520。但是，当使用时，MEMS压力传感器520配置为感测来自引导阀512的经放大引导信号或来自调节阀514的控制信号的压力情况。在一些实施方式中，可以使用仅一个MEMS压力传感器520。如果用于感测引导信号的压力情况，则MEMS压力传感器520可以与用于引导阀512的基于MEMS的滑阀200和MEMS微阀100 —起封装到单个封装结构中。变速器控制单元370配置为接收来自MEMS压力传感器520中的一个或两个的输入并将输出提供到引导阀512中的MEMS微阀100，以响应于来自MEMS压力传感器520中的一个或两个的输入调节系统压力。因此，MEMS压力传感器520提供对发送到受液压控制的部件510的控制信号的闭环反馈和调节。受液压控制的部件510可以是如图3所示的动力传动系305的任一个部件。例如， 且非限制性地，受液压控制的部件510可以是以下的一个组件320，选择阀375，第一档促动控制阀380，第二档促动控制阀385和离合器控制阀390，以控制档位促动(例如叉和同步器机构)、管线压力、其他控制阀等。在动力传动系305的一些实施方式中，受液压控制的部件510实际上可以是这些部件中的两个或多个。第一方案400和第二方案500的每一个都可以与动力传动系305的任何部件一起使用。图6显示了用于动力传动系305中液压促动部件610的压力控制系统的第三方案 600。第三方案600包括引导阀612，其控制调节阀614。调节阀614与引导阀612流体连
ο引导阀612包括第一阀616，其产生引导信号。调节阀614配置为接收引导信号， 且调节阀614配置为输出控制信号，该控制信号控制液压促动部件610。图6所示的第三方案600中，第一阀616可包括图1所示的MEMS微阀100，但不存在形成引导阀512的第二阀。因此，不同于图4所示的第一方案400和图5所示的第二方案500，MEMS微阀100将引导信号直接通讯到调节阀614，该调节阀可包括小机械滑阀。通常，小机械滑阀是通过机械加工工艺制造的调节阀，但是尺寸上比常规机械调节阀更小。基于引导阀612提供的(未经放大的)引导信号，小机械滑阀提供用于液压促动部件610的控制信号。与图5所示的第二方案500中使用的常规机械调节阀相比，小机械滑阀通常小于常规机械调节阀。通过引导阀612(仅包括MEMS微阀100)产生的引导信号具有足够的压力和流动特性以控制用于调节阀614的小机械滑阀，但可能不能直接控制用在第二方案500中的常规机械调节阀。小机械滑阀可随后控制受液压控制的部件610。第三方案600还可包括一个或多个可选MEMS压力传感器620。但是，当使用时， MEMS压力传感器620配置为感测来自引导阀612的引导信号的压力情况或来自调节阀614的控制信号的压力情况。在大多数构造下，MEMS压力传感器620中仅一个将被使用。如果用于感测引导信号的压力情况，则MEMS压力传感器620可以与引导阀612的MEMS微阀100 一起封装在单个封装结构中。变速器控制单元370或其他控制装置配置为接收来自MEMS压力传感器620中的一个或两个的输入并将输出提供到引导阀612中的MEMS微阀100，以响应于来自MEMS压力传感器620中的一个或两个的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力传感器620提供对发送到受液压控制的部件610的控制信号的闭环反馈和调节。受液压控制的部件610可以是图3所示的动力传动系305的部件的任一个。例如， 且非限制性地，受液压控制的部件610可以是以下中的一个组件320，选择阀375，第一档促动控制阀380，第二档促动控制阀385和离合器控制阀390，以控制档位促动(例如叉和同步器机构)、管线压力、其他控制阀等。在动力传动系305的一些实施例中，受液压控制的部件610实际上可以是这些部件中的两个或多个。第一方案400，第二方案500，和第三方案600的每一个都可以与动力传动系305的任何部件一起使用。图7显示了用于动力传动系305中液压促动部件710的压力控制系统的第四方案 700。第四方案700包括引导阀712，其控制调节阀714。调节阀714与引导阀712流体连
ο引导阀712包括第一阀716，其产生引导信号。类似于图5所示的第二方案500， 引导阀712也包括第二阀718，第二阀将引导信号增大或放大成经放大的引导信号。调节阀 714也配置为接收该经放大的引导信号，且调节阀714配置为输出控制信号，该控制信号控制液压促动部件710。在图7所示的第四方案700中，第一阀716可包括图1所示的MEMS微阀100。但是，第二阀718可包括小机械滑阀。在图7所示的第四方案700中，调节阀714也是常规机械调节阀。基于通过引导阀712提供的经放大的引导信号，常规机械调节阀提供用于液压促动部件710的控制信号。因此，如已经描述的，MEMS微阀100选择性地产生引导信号并通过引导端口 120通讯到基于MEMS的滑阀200的受引导的腔室220。但是，采用第四方案700，小机械滑阀的输出是经放大的引导信号，该引导信号随后被调节阀714使用。在第四方案700中，小机械滑阀功能类似于用作图5所示的第二方案500中的第二阀518的基于MEMS的滑阀200。但是，用作第四方案700的第二阀718的小机械滑阀可以比用作第二方案500中的第二阀518 的基于MEMS的滑阀200大得多。通过引导阀712(包括第一阀716和第二阀718 二者)产生的经放大的引导信号具有足够的压力和流动特性，以控制常规机械调节阀，其可随后控制受液压控制的部件710。 但是，仅通过第一阀716(MEMS微阀100)产生的引导信号可能不能直接引导常规机械调节阀或直接控制受液压控制的部件710。常规机械调节阀进一步增加用于控制受液压控制的部件710的压力和流动特性。第四方案700还可包括包括一个或多个可选MEMS压力传感器720。但是，当使用时，MEMS压力传感器720配置为感测来自引导阀712的引导信号的压力情况或来自调节阀 714的控制信号的压力情况。在大多数构造下，MEMS压力传感器720中仅一个被使用。变速器控制单元370或其他控制装置配置为接收来自MEMS压力传感器720中的一个或两个的输入并将输出提供到引导阀712中的MEMS微阀100，以响应于来自MEMS压力传感器720中的一个的输入调节系统压力。因此，MEMS压力传感器720提供对发送到受液压控制的部件710的控制信号的闭环反馈和调节。受液压控制的部件710可以是图3所示的动力传动系305的部件中的任一个。例如，且非限制性地，受液压控制的部件710可以是以下的一个或多个组件320，选择阀375， 第一档促动控制阀380，第二档促动控制阀385和离合器控制阀390，以控制档位促动(例如叉和同步器机构)、管线压力、其他控制阀等。在动力传动系的一些实施例中，受液压控制的部件710实际上可以是这些部件中的两个或多个。第一方案400，第二方案500，第三方案600，和第四方案700的每一个都可以与动力传动系305的任何部件一起使用。而且，阀可被设计为具有对控制压力的反馈或没有反馈且简单地控制流动。本发明要求于2010年10月15日递交的美国临时专利申请No. 61/393，386和于 2011年8月1日递交的美国专利申请No. 13/195295的权益，这些申请通过引用全部合并于此。
权利要求
1.一种混合动力车辆中的动力传动系统，包括 自动化手动变速器，具有液压装置；引导阀，具有至少一个基于微机电系统(MEMS)的装置，该装置可操作地连接到液压装置且配置为进行促动；和调节阀，可操作地连接到引导阀和液压装置，且配置为基于引导阀的促动将流体引导到液压装置。
2.如权利要求1所述的动力传动系统，其中引导阀的基于MEMS的装置包括基于MEMS 的压差促动器阀。
3.如权利要求2所述的动力传动系统，其中引导阀还包括基于MEMS的调节阀。
4.如权利要求1所述的动力传动系统，其中调节阀包括基于MEMS的装置。
5.如权利要求4所述的动力传动系统，其中调节阀的基于MEMS的装置包括基于MEMS 的滑阀。
6.如权利要求1所述的动力传动系统，其中调节阀包括滑阀。
7.如权利要求1所述的动力传动系统，其中液压装置包括离合器组件、选择阀、一个或多个档位促动控制阀和离合器控制阀中的至少一个。
8.—种车辆，包括 发动机，配置为产生扭矩；自动化手动变速器，具有齿轮箱并配置为接收发动机产生的扭矩；和离合器组件，操作地设置在发动机和齿轮箱之间并配置为将来自发动机的扭矩进行传递，其中，自动化手动变速器包括液压装置，该液压装置可操作地连接到引导阀和调节阀， 且其中引导阀包括至少一个基于微机电系统(MEMS)的装置。
9.如权利要求8所述的车辆，其中引导阀的基于MEMS的装置包括基于MEMS的压差促动阀。
10.如权利要求9所述的车辆，其中引导阀还包括基于MEMS的调节阀。
全文摘要
一种自动化手动变速器，包括液压装置，引导阀，和调节阀。引导阀操作地连接到液压装置且配置为进行促动。引导阀包括至少一个基于微机电系统(MEMS)的装置。调节阀可操作地连接到引导阀和液压装置。调节阀配置为基于引导阀的促动将流体引导到液压装置。
文档编号F16H61/38GK102452314SQ20111031323
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年10月15日
发明者A.L.巴托斯, B.M.奥尔森, C.J.李, C-K.高, F.萨米, K.B.罗伯, K.V.赫巴尔, 李东旭 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司