用于步进齿轮自动变速器的多压液压控制系统的制作方法

交叉引用的相关申请

本申请要求2015年4月17日提交的第62/148,805号美国临时专利申请优先权和所有益处，该申请的全部内容特此通过引用方式明确地引入本文。

背景技术：

1、发明领域

本发明总体上涉及动力系系统，并且更具体地，涉及一种用于步进齿轮自动变速器的多压液压控制系统。

2、相关技术的描述

本领域中已知的常规车辆动力系系统通常包括与变速器旋转连通的发动机。发动机生成选择性地转移至变速器的旋转转矩，该变速器进而将旋转转矩转移至一个或多个车轮。变速器通过一系列预定齿轮组将由发动机生成的转速和转矩相乘，由此齿轮组之间的变化使得车辆能够针对给定发动机速度以不同的车速行驶。因此，变速器的齿轮组配置成使得发动机可以特别期望的转速操作，以便优化性能和效率。

除了齿轮组之间的变化外，变速器还用于调节与发动机的接合，由此变速器可选择性地控制与发动机的接合以便促进车辆操作。作为示例，在车辆停放或空转时或当变速器的齿轮组之间变化时，发动机与变速器之间的转矩转移通常被中断。在某些自动变速器中，经由诸如液压变矩器的流体动力装置来实现调节。在某些自动变速器中，移除并且用单个起动离合器代替变矩器。自动变速器通常使用液压流体来控制，并且包括泵组件、一个或多个螺线管阀和电子控制器。泵组件向螺线管阀提供流体动力源，该螺线管阀进而由控制器致动，以便在整个自动变速器中选择性地引导液压流体，以控制由发动机生成的旋转转矩的调节。螺线管阀也通常用于使自动变速器的齿轮组之间变化，并且还可用于控制用于冷却和/或润滑操作中的自动变速器的各种部件的液压流体。

取决于自动变速器的具体配置，离合器调节和/或齿轮致动可能需要操作泵组件以便对液压流体进行相对较高幅度的加压。相反，润滑和/或冷却通常需要显著降低液压流体压力，由此过大的压力对变速器操作和/或效率具有不利影响。另外，液压流体在自动变速器的操作期间加热，且液压流体的温度变化导致液压流体的粘度的对应变化。因而，当需要具体的液压压力以适当地操作自动变速器时，实现必需的液压压力所需要的液压流体的体积随着操作温度而变化。另外，当泵组件由动力系系统驱动时，流体流与泵转速成比例。因为流体流随着转速的增加而增加，所以在某些操作条件下，由泵组件排出的大量流体必须重新循环，以便在整个自动变速器中维持适当的流体流和压力要求，由此导致不利的寄生损耗，从而导致效率低。

上述类型的部件和系统中的每一个均必须协调以有效地调节从发动机至车辆的车轮的转矩的转移。另外，部件和系统中的每一个均必须设计成不仅促进提高性能和效率，而且还降低制造车辆的成本和复杂性。

可通过使用具有多个输出孔的一个或多个泵来提高自动变速器的液压控制系统的效率，该输出孔对液压控制系统的不同部分馈送不同压力水平和不同流速的流体。因此，本领域需要提供一种用于结合实现这种效率的步进齿轮自动变速器使用的新型液压控制系统。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于结合车辆动力系系统的步进齿轮自动变速器使用的多压液压控制系统，该多压液压控制系统包括至少一个泵，该泵具有可旋转泵构件、用于接收由泵构件泵送的流体的至少一个入口区域，以及用于输出由泵构件泵送的流体的至少一个出口区域。该多压液压控制系统还包括切换阀，该切换阀接收由至少一个泵泵送的流体的至少三个分离输出，用于允许该至少三个分离输出被选择性地组合和/或分离，该切换阀具有可在至少三个位置之间移动的阀构件，该阀构件向步进齿轮自动变速器的一个或多个部分产生具有高流体压力、中等流体压力和低流体压力的流体输出。

另外，本发明提供了一种用于控制用于结合车辆动力系系统的步进齿轮自动变速器使用的多压液压控制系统的方法，该方法包括由至少一个泵泵送流体的步骤，该泵包括可旋转泵构件、用于接收由泵构件泵送的流体的至少一个入口区域，以及用于输出由泵构件泵送的流体的至少一个出口区域。该方法还包括以下步骤：在切换阀处接收由至少一个泵泵送的流体的至少三个输出，切换阀具有可在至少三个位置之间移动的阀构件；以及将阀构件在至少三个位置之间移动以向步进齿轮自动变速器的一个或多个部分产生具有高流体压力、中等流体压力和低流体压力的流体输出。

本发明的一个优点是提供了一种用于步进齿轮自动变速器的新型多压液压控制系统。本发明的另一个优点是该多压液压控制系统包括具有多个输出孔的一个或多个泵，该输出孔对液压控制系统的不同部分馈送不同压力水平和不同流速的流体。本发明的又一优点是多压液压控制系统包括切换阀，其允许选择性地组合一个或多个泵的多个输出以满足系统的最高流量需求部分。

附图说明

因为在阅读根据结合附图取得的后续描述之后能够更好地理解本发明的其它目的、特征和优点，所以将能够容易地明白本发明的其它目的、特征和优点，其中：

图1是根据本发明的包括步进齿轮自动变速器和多压液压控制系统的车辆动力系系统的示意图；以及

图2是根据本发明的用于结合图1的步进齿轮自动变速器使用的多压液压控制系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，其中除非另有指示，否则相同的标号用于表示相同的结构，图1中的10示意性地说明车辆动力系系统。动力系系统10包括与步进齿轮自动变速器14旋转连通的发动机12。发动机12生成选择性地转移至步进齿轮自动变速器14的旋转转矩，该步进齿轮自动变速器进而将旋转转矩转移至一个或多个车轮(总体上以16指示)。为此，一对连续可变接头18将来自步进齿轮自动变速器14的旋转转矩平移至车轮16。应当明白的是，图1的发动机12和步进齿轮自动变速器14是常规的“横向前轮驱动”动力系系统10中采用的类型。还应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，发动机12和/或步进齿轮自动变速器14可以足以生成和转移旋转转矩以便驱动车辆的任何合适的方式配置。

步进齿轮自动变速器14通过一系列预定齿轮组20(未详细示出，但是在本领域中总体上是已知的)将由发动机12生成的转速和转矩相乘，由此齿轮组20之间的变化使得车辆能够针对发动机12的给定速度以不同的车速行驶。因此，步进齿轮自动变速器14的齿轮组20配置成使得发动机12可以特别期望的转速操作，以便优化车辆性能和效率。除了齿轮组20之间的变化外，步进齿轮自动变速器14还用于调节与发动机12的接合，由此变速器14可选择性地控制与发动机12的接合以便促进车辆操作。作为示例，在车辆停放或空转时或当步进齿轮自动变速器14的齿轮组20之间变化时，发动机12与变速器14之间的转矩转移通常被中断。在常规的自动变速器中，经由诸如液压变矩器(未示出，但是本领域中总体上是已知的)的流体动力装置来实现发动机12与步进齿轮自动变速器14之间的合理转矩的调节。在koenig等人的第6,830,531号美国专利中公开了步进齿轮自动变速器14的示例，其全部内容特此通过引用方式全部引入本文。应当明白的是，步进齿轮自动变速器14适用于结合诸如机动车辆的车辆使用，但是也可结合任何合适类型的车辆使用。

与动力系系统10的具体配置无关，通常使用液压流体来控制步进齿轮自动变速器14。具体地，使用液压流体来冷却、润滑、致动步进齿轮自动变速器14并且使用其来调节转矩。为此，步进齿轮自动变速器14通常包括控制器24，其与用于引导、控制或以其它方式调节整个变速器14的流体流的一个或多个螺线管26(参见图1)电连通，如下文更详细地描述。为了促进液压流体在整个步进齿轮自动变速器14中的流动，动力系系统10包括至少一个或多个泵(总体上以28指示)。在一个实施例中，泵28可为如dkt14308a中所公开的正排量泵组件，dkt14308a的公开内容特此通过引用方式全部引入本文。应当明白的是，可使用三输出泵28、三个独立泵28或三个同轴驱动的泵28或提供三个分离输出孔的泵28的任何组合。

泵28适用于向动力系系统10提供流体动力源。具体地，如下文更详细地描述，泵28向步进齿轮自动变速器14的各种位置和部件提供流体动力。虽然在本文将泵28描述为向动力系系统10的步进齿轮自动变速器14提供流体动力，但是本领域一般技术人员将明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，泵28可结合动力系10的任何适当部分使用。作为非限制性示例，本发明的泵28可用于向发动机12、分动器(未示出，但是在本领域中总体上是已知的)或利用流体进行润滑、冷却、控制、致动和/或调节的任何其它动力系部件引导或以其它方式提供流体动力源。

在一个实施例中，泵28包括具有腔室的定子30和设置在定子30的腔室中的可旋转泵构件34(图2)。泵构件34设置成与动力系系统10成转矩转移关系。更具体地，泵构件34从动力系系统10的原动机36(未详细示出，但是在本领域中总体上是已知的)接收旋转转矩。在本文所说明的代表性实施例中，泵构件34联接至输入轴37，该输入轴进而设置成与原动机36旋转连通。然而，本领域一般技术人员将明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用或不使用输入轴37来不同地配置泵28。另外，应当明白的是，泵构件34可以多种不同的方式从动力系系统10接收旋转转矩。作为非限制性示例，泵构件34可直接联接至原动机36，或一个或多个齿轮系(未详细示出，但是在本领域中总体上是已知的)可插入在泵构件34与原动机36之间，以便调整其间的转速和转矩。

在本文所说明的代表性实施例中，泵28设置成与被支撑在步进齿轮自动变速器14中的原动机36旋转连通。然而，本领域一般技术人员将明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，原动机36可由动力系系统10的任何合适部件实现。作为非限制性示例，原动机36可由支撑成与发动机12和/或步进齿轮自动变速器14旋转连通的轴来实现，或原动机36可为电动机的轴(未示出，但是在本领域中总体上是已知的)。

如上所述，每个泵28均包括用于接收由泵构件34泵送的流体至少一个入口区域或孔40，和用于输出由泵构件34泵送的流体的至少一个出口区域或孔42。在图2中所说明的一个实施例中，单个泵28具有一个入口区域40和三个出口区域42。泵构件34在腔室内的旋转排出流体，使得每个出口区域42中的每一个均向动力系系统10提供相应且分离的流体动力源。应当明白的是，泵28可以多种不同的方式配置。

如上所述，本发明涉及一种根据本发明并且总体上以66指示的用于结合步进齿轮自动变速器14使用的多压液压控制系统。如下文更详细地描述，多压控制系统66引导或以其它方式控制从泵28的出口区域42至动力系系统10的流体动力。应当明白的是，多压液压控制系统66可以多种不同的方式配置以将流体引导至步进齿轮自动变速器14。

现在参考图2，结合步进齿轮自动变速器14示出多压液压控制系统66和泵28的示例性实施例。如上所述，步进齿轮自动变速器系统14利用液压流体进行润滑、致动、调节和/或控制。为此，步进齿轮自动变速器14包括离合器致动部分或回路68、螺线管控制部分或回路70、变矩器部分或回路72以及齿轮箱冷却和润滑部分或回路74。离合器致动回路68用于选择性地致动离合器组件22，以便调节发动机12与步进齿轮自动变速器14之间的旋转转矩。螺线管控制回路70用于选择性地在步进齿轮自动变速器14的螺线管阀26之间切换。变矩器回路72用于控制液压流体至步进齿轮自动变速器14的变矩器的流动。类似地，齿轮箱冷却和润滑回路74用于控制液压流体至齿轮箱和/或整个步进齿轮自动变速器14中的其它位置(诸如轴、轴承、齿轮等(未详细示出，但是在本领域中总体上是已知的))的流动用于冷却和/或润滑。本领域一般技术人员将明白的是，上述回路68、70、72和74可以多种不同的方式进行配置。因而，回路68、70、72、74中的每一个均被一般地描绘。另外，应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，多压液压控制系统66可用于将流体动力引导至以任何合适的方式配置并且用于动力系系统10的任何合适的目的任何合适数量的回路。类似地，虽然本文所说明的代表性实施例描述了结合步进齿轮自动变速器14中的液压流体使用的多压液压控制系统66，但是本领域一般技术人员将明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，多压液压控制系统66和泵28可适用于排出任何合适类型的流体或以其它方式将该流体引导至任何合适类型或配置的动力系系统10的任何合适的部件或系统。

本领域一般技术人员将明白的是，回路68、70、72、74中的每一个均可能需要分别不同的压力和/或流量要求。在一个实施例中，多压液压控制系统66需要三个不同的压力水平。作为非限制性示例，在本文所述的多压液压控制系统66的代表性实施例中，离合器致动回路68需要相对较高或第一液压流体压力(例如，～15巴至20巴)用于施加并且保持离合器组件22。此压力取决于离合器增益和变速器转矩。离合器螺线管控制回路70和变矩器回路72需要中等或第二液压流体压力(例如，～2巴)用于控制螺线管26和用于馈送变矩器。齿轮箱冷却和润滑回路74需要低或第三液压流体压力(例如<0.5巴)用于冷却和润滑齿轮箱。应当明白的是，该系统的此部分需要取决于步进齿轮自动变速器14操作的速度、转矩和温度的流速。

为了促进回路68、70、72、74的竞争流量和压力要求，多压液压控制系统66包括总体上以76指示的多个流体管线以及与泵28协调的总体上以78指示的切换阀。在本文所说明的代表性实施例中，流体管线76中的一个流体管线76a(也称为主管线)设置成与泵28的一个出口区域42、切换阀78和离合器致动回路68流体连通。离合器致动回路68具有步进齿轮自动变速器14的高液压流体压力要求。流体管线76中的另一个流体管线76b设置成与切换阀78和螺线管控制回路70以及变矩器回路72流体连通。螺线管控制回路70和变矩器回路72具有步进齿轮自动变速器14的中等液压流体压力要求。流体管线76的又一流体管线76c设置成与切换阀78和齿轮箱冷却和润滑回路74流体连通。齿轮箱冷却和润滑回路74具有步进齿轮自动变速器14的低液压流体压力要求。应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，流体管线76可以任何合适的方式限定、设置成与多压液压控制系统66的任何合适的部件或回路流体连通。

切换阀78包括具有第一位置、第二位置和第三位置的可移动阀构件79，其允许泵28的两个或三个输出区域42被选择性地组合或分离、引导至不同的回路或返回至泵吸入口(未示出)以最小化泵28的液压动力损耗。在此实施例中，当切换阀78的阀构件79处于第一位置中时，来自一个出口区域42的流体动力被引导至流体管线76a，且来自另外两个出口区域42的流体动力被引导远离流体管线76a以提供低或第三液压流体压力。当切换阀78处于第二位置中时，来自两个出口区域42的流体动力被引导至流体管线76a，且来自另一个出口区域42的流体动力被引导远离流体管线76a以提供中等或第二液压流体压力。当切换阀78处于第三位置中时，来自所有三个出口区域42的流体动力均被引导至流体管线76a以提供高或第一液压流体压力。切换阀78的阀构件79可选择性地在位置之间移动，以便控制流体动力从泵28的出口区域42至流体管线76a的流动。在一个实施例中，切换阀78是如dkt15046中所公开的方向阀，该dkt15046的公开内容特此通过引用方式全部引入本文。应当明白的是，切换阀78可用于将某些流量引导回到泵28的入口区域40以绕过所有致动回路。应当明白的是，切换阀78能够选择性地控制泵28的三个输出以满足多压液压控制系统66的所有部分的流量和压力需求，同时还最小化了能量浪费。

从以下后续描述将明白，上述切换阀78的位置使得泵28能够以预定方式组合来自三个出口区域42的流体动力，以便确保流体管线76a在步进齿轮自动变速器14的不同操作条件下具有适当的液压流体压力。在上述和图2中所说明的位置的示例性实施例中，当切换阀78的阀构件79处于第三位置中时，多压液压控制系统66将来自所有三个出口区域42的流体动力引导至流体管线76a。应当明白的是，取决于应用，步进齿轮自动变速器14和/或多压液压控制系统66可具有显著不同的操作要求。还应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，切换阀78可配置有适用于以多种不同的方式引导来自泵28的流体的任何合适数量的位置。

在一个实施例中，多压液压控制系统66包括用于向泵28的入口区域40提供液压流体源的贮槽80。更具体地，贮槽80适用于存储非加压液压流体并且设置成与泵28的所有入口区域40流体连通。然而，虽然本文描绘的多压液压控制系统66对所有入口区域40利用公共贮槽80，但是应当明白的是，也可利用多个贮槽80。作为非限制性示例，每个入口区域40均可设置成与不同的贮槽(未示出，但是在本领域中总体上是已知的)流体连通。在一个实施例中，当切换阀78的阀构件79处于第一位置和/或第二位置中时，被引导远离流体管线76a的流体动力至少部分被引导至贮槽80。类似地，当切换阀78处于第一位置和/或第二位置中时，被引导远离流体管线76a的流体动力至少部分被引导至齿轮箱冷却和润滑回路74。

在一个实施例中，多压液压控制系统66包括插入成在流体管线76a、流体管线76b和流体管线76c之间流体连通的压力调节器阀88。压力调节器阀88与切换阀78协调，以便引导来自泵28的出口区域42的流体动力，以适应回路68、70、72、74的压力和流量要求，并且确保在步进齿轮自动变速器14的不同操作条件下的适当操作。压力调节器阀88响应于瞬时离合器致动需求而调节流体管线76a的管路压力。应当明白的是，通过压力调节器阀88调节和维持正确的管线压力确保动力系系统10的正确操作。

具体地，图2中所示的压力调节器阀88具有第一压力调节器位置、第二压力调节器位置、第三压力调节器位置和第四压力调节器位置。在压力调节器阀88处于第一压力调节器位置中的情况下，当发动机处于低速(诸如空转)时，流动受到限制。压力调节器阀88完全关闭，使得来自泵28的所有流量用于产生所需的压力，并且仅流向离合器致动回路68。在压力调节器阀88处于第二压力调节器位置中的情况下，当发动机速度增加时，由于泵28与原动机36之间的固定比例，泵流量成比例地增加。在这样的位置处，孔打开，且部分流量将被引导至螺线管控制回路70和变矩器回路72。当压力调节器阀88处于第三压力位置中时，另一孔打开，且部分流量将被引导至螺线管控制回路70、变矩器回路72和变速箱冷却和润滑回路74。当压力调节器阀88处于第四压力调节器中位置时，在更高的发动机速度下，在满足管线压力需求和润滑/冷却需求之后，任何更多过量的流量通过吸入回流流体回路引导回到泵入口区域40以防止由离合器和其它部件中的高流体流引起的较高的阻力转矩。压力调节器阀88可选择性地在调节器位置之间移动，以便如上所述般与切换阀78协调。本领域一般技术人员将明白的是，压力调节器阀88的位置可与切换阀78的位置相关，或可独立地选择，且而与切换阀78的位置无关。如下文更详细地描述，压力调节器阀88和切换阀78可以多种不同的方式控制、配置定向或设置。应当明白的是，压力调节器阀88是比例阀，并且当其连续调节时，即使仅描述了三个位置，压力调节器阀也具有无限个位置。还应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，多压液压控制系统66中可省略压力调节器阀88，或该压力调节器阀被修改成具有不同数量的位置和通过这些位置的不同移动。

如上所述，多压液压控制系统66可包括控制器24，其与用于控制切换阀78的一个或多个螺线管阀26电连通。在一个实施例中，切换阀78进一步由具有液压开关入口(未示出)的弹簧偏压阀构件79限定。控制器24经由螺线管阀26控制切换阀78，由此螺线管阀26插入成在流体管线76a与液压开关入口之间流体连通。应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，切换阀78可为任何合适的类型、以任何合适的方式控制。

在相关领域中有时称为“电子控制模块”的控制器24也可用于控制步进齿轮自动变速器14的其它部件。另外，在一个实施例中，多压液压控制系统66包括至少一个传感器96，其设置成与流体管线76a流体连通并且设置成与控制器24电连通(未详细地示出但是在本领域中总体上已知的，与控制器电连接)。传感器96生成表示液压压力、温度、粘度和/或流量中的至少一个的信号。控制器24可配置成监测传感器96以使切换阀78在位置之间移动。在一个实施例中，传感器96是用于生成表示在流体管线76a处产生的液压流体压力的信号的压力换能器。虽然在本文所说明的代表性实施例中利用单个传感器96，但是应当明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，多压液压控制系统66可包括以任何合适的方式布置的任何合适类型的任何合适数量的传感器。

另外，本发明提供了一种用于控制用于结合车辆动力系系统10的步进齿轮自动变速器14使用的多压液压控制系统66的方法。该方法包括由至少一个泵28泵送流体的步骤，该泵包括可旋转泵构件34、用于接收由泵构件34泵送的流体的至少一个入口区域40，和用于输出由泵构件34泵送的流体的至少一个出口区域42。该方法还包括以下步骤：在切换阀78处接收由至少一个泵28泵送的流体的至少三个输出，切换阀78具有可在至少三个位置之间移动的阀构件79；以及将阀构件79在至少三个位置之间移动以向步进齿轮自动变速器14的一个或多个部分产生具有高流体压力、中等流体压力和低流体压力的流体输出。应当明白的是，该方法包括对应于上述用于多压液压控制系统66的功能的其它步骤。

本发明是以说明性方式进行描述。应当理解的是，已使用的术语的词汇本质旨在具有描述而非限制。

鉴于以上教导，本发明的许多修改和变动是可行的。因此，在所附权利要求书的范围内，可以除已具体描述的方式之外的方式来实践。