CN101479141B - 流体动力减速器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的流体动力减速器及其控制方法。该减速器具有转子和定子并与变速器一起构成共同的供油机构和能通过电液压的系统来控制，该系统具有控制和调节单元和液压回路，该液压回路具有泵、热交换器和阀，其中泵的体积流量能与车速或万向轴转速或减速器转速无关地调节，通过泵确保油循环，其中共同的供油机构由油箱和变速器油槽构成，并且油箱通过注油阀能与泵的抽吸管道连接，并在电液压的系统中设置第一阀或第一阀与附加的换向阀，通过在电液压的系统中设置的第一阀或附加的换向阀能控制或调节在通向供油机构的回流管路中的体积流量，在减速器的无制动期间能选择变速器温度调节或减速器温度调节，或能切断对供油机构的温度调节。

Description

流体动力减速器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的流体动力减速器及其控制方法。

背景技术

除了汽车的、特别是载货车的通常受到磨损的脚制动器外，汽车制造商还提供附加的无磨损的减速装置。这种减速装置，例如减速器或发动机制动器特别是可以用于在斜坡情况下保持车速恒定不变。

属于减速器的既有附加地设置在变速器或发动机上的流体动力的、流体静力的或电动力的制动装置，又有以“Intarder”(ZF整体式液力减速器)的形式设置在变速器壳体内的这种系统。此外减速器分为根据发动机转速工作的初级减速器和根据车速工作的次级减速器。就流体动力减速器而言，一般为了汽车制动，转子直接与传动轴连接。就初级减速器而言，所述传动轴是驱动轴或变速器输入轴，而就次级减速器而言，所述传动轴是变速器从动轴。定子通常是壳体固定的。当转子和定子未注满液体时，通常减速器是不激活的。

减速器特别在载货车中使用，以便吸收例如在制动时因高的车速而产生的制动动能并且将其转变为热，但也非常适用于所要求的持续制动功率，例如在长时间持续的下坡行驶的情况下。

就流动动力减速器而言，将液体的流动能量用于制动，其中物理的作用原理相应于具有固定的涡轮的流体动力离合器。据此流体动力减速器具有处于能流中的转子和与减速器壳体固定连接的定子。在操纵减速器时将相应于所希望的制动功率的油量引入到叶片间间隙中，其中旋转的转子带动支承在定子上的油，借此对转子轴产生制动作用。

就属于现有技术的具有共同的供油机构的减速器而言，在无制动期间，即在牵引传动期间，由泵从变速器油槽中抽吸油，并引导油经过过滤器和热交换器。紧接热交换器之后的限压阀调节系统压力，从而提供足够的液压压力，用以切换现有的阀并因此接通减速器。通过这种设置可以使变速器油在无制动期间接近处于汽车冷却系统的温度。因此在高负荷和/或高的环境温度时可以冷却变速器，或者在较低负荷和/或较低的环境温度时可以加热变速器。在减速器的制动运行中将制动能量经由热交换器传递给汽车冷却系统。

在此不利的是，对变速器温度调节的独立的切断是无法实现的，因为变速器温度调节紧接于减速器的运行状态(制动或不制动)。例如可以在减速器运行与变速器冷却之间进行数字区分。在断开减速器时油直接从变速器油槽中被引导经过热交换器，并且视相互处于怎样的温度而定被冷却或加热。此外将经加热的油从减速器回路无中间冷却地导入到变速器油槽中。同样不利的是，通过对内齿轮泵(定量泵)的使用，冷却油体积流量可以被设计成不变化，因此在很多运行状态下循环了过多的油，这又导致较高的燃料消耗。

在DE 101 41 794 A1中公开了一种用于汽车的流体动力减速器，其通过液压回路来控制。液压回路具有热交换器和液压泵，其中液压泵的输送体积可如下调节，即体积流量可与车速或者万向轴转速或减速器转速无关地调节。根据一实施方式，对液压泵进行切换或调节，从而在宽的转速范围内产生恒定的足以注满和调节减速器的体积流量。这种结构具有不需要注满存储器的优点。此外液压泵的再次响应时间等于第一响应时间，从而产生耐久的时间上的性能。如果开始制动，则必须尽快地注满减速器。为此通过比例阀产生控制压力，该控制压力将液压泵调节到最大排挤量。

在这里也会出现上述缺点，即对变速器温度调节的独立的切断是无法实现的，因为变速器温度调节紧接于减速器的运行状态。在牵引传动中无法区分，是否只需要冷却减速器，还是要附加地调节基本型变速器的温度，或者是否应该不与汽车冷却系统热连接。

为了实现少量的燃料消耗，汽车制造商试图提高汽车冷却系统的冷却剂温度。不过如果该冷却剂温度高于理想的变速器油槽温度，则在现有技术中通过变速器温度调节来调节在基本型变速器中的不必要高的温度水平，这会导致寿命减损和/或较短的油更换时间间隔。如果油温过低，则牵引损耗变大，因此降低效率并提高燃料消耗。

发明内容

本发明的目的在于，提出独立于减速器的运行状态的变速器温度调节或减速器温度调节，并且消除现有技术的缺点。变速器的或减速器的油温将可在理想的范围内调节。

本发明的目的通过这种类型的流体动力减速器来实现，该流体动力减速器具有转子和定子，并且与变速器一起构成共同的供油机构和能通过电液压的系统来控制，所述系统具有控制和调节单元和液压回路，所述液压回路具有泵、热交换器和阀，其中所述泵的体积流量能与车速或者万向轴转速或减速器转速无关地调节，并且通过所述泵确保油循环，其中，所述共同的供油机构由油箱和变速器油槽构成，并且所述油箱通过注油阀能与所述泵的抽吸管道连接，并在电液压的系统中设置第一阀或在电液压的系统中设置第一阀和附加的换向阀，通过所述在电液压的系统中设置的第一阀或附加的换向阀能控制或调节在通向供油机构的回流管路中的体积流量，并且在所述减速器的无制动期间能选择变速器温度调节或减速器温度调节，或者能切断对所述供油机构的温度调节。

本发明包括用于汽车中的变速器的流体动力减速器，该减速器具有转子和定子。减速器通过电液压系统来控制，该系统特别是具有控制和调节单元、液压回路、多个换向阀和在变速器与减速器之间的共同的供油机构。转子和定子优选设置在减速器壳体中，该壳体与液压回路连接。液压回路具有过滤器、液压泵。热交换器以及换向阀和多个液压管道。可对液压泵的输送体积进行调节，从而体积流量可与车速或者万向轴转速或减速器转速无关地调节。

电液压系统如下设计，即根据不同的边界条件可以控制或调节变速器温度调节或减速器温度调节。对位于电液压系统中的阀的控制可以优选电地或电磁地经由控制和调节单元(ECU)或减速器电子装置、变速器电子装置、汽车导向计算机或者经由任一其他的控制仪器来实现。也可考虑如下设计阀，即其可气动地、液压地或经由伺服电机来控制。这些阀可以设计为任何已知的阀构造形式。

通过本发明的用于控制或调节减速器的电液压系统，可以在变速器温度调节(使来自变速器油槽的油匹配于汽车冷却系统的温度)与减速器温度调节(使来自减速器油槽/油箱的油匹配于汽车冷却系统的温度)之间选择。此外可以对电液压系统进行如下控制：不进行温度调节，即既不进行变速器温度调节又不进行减速器温度调节。

出于不同的原因，最好能够将温度调节切断。如果无论变速器油温还是减速器油温都处于最佳的温度范围内，则不需要温度调节。如果汽车冷却系统的温度高于变速器和减速器的最佳温度，则温度调节会起到不利的作用。由于在变速器中不必要高的温度水平，会缩短不同的变速器部件的寿命并且可能需要较短的换油时间间隔。此外如果汽车冷却系统在预先给定的热功率极限上工作，则最好切断温度调节。因此通过对温度调节的切断，不发生从供油机构到汽车冷却系统中的附加的热传递。由于可以在一定的操作状况下切断变速器温度调节或减速器温度调节，在该时间期间可以减少液压泵的功率需要并从而降低汽车的燃料消耗。

本发明的目的还一种用于控制汽车的流体动力减速器的方法实现，所述流体动力减速器经由电液压的系统来控制，其中泵的体积流量能与车速或者万向轴转速或减速器转速无关地调节，其中油箱经由注油阀与所述泵的抽吸管道连接，并且通过在所述电液压的系统中设置的第一阀或附加的换向阀来控制或调节在通向供油机构的回流管路中的体积流量，并且在所述减速器的无制动期间能在变速器温度调节与减速器温度调节之间选择，或者能切断对所述供油机构的温度调节。

附图说明

下面借助附图示例性地详细说明本发明的基本原理，本发明允许多个实施方式。图中示出：

图1为流体动力减速器在制动期间的控制示意图；

图2为流体动力减速器在变速器温度调节期间的控制示意图；

图3为流体动力减速器在减速器温度调节期间的控制示意图；

图4为根据图3的控制示意图的第二实施方式的一部分；

图5为流体动力减速器的控制示意图，其中没有进行温度调节；

图6为流体动力减速器的控制示意图的第二实施方式，其中没有进行温度调节；

图7为具有两个切换位置的换向阀的已知的构造方式；和

图8为具有三个切换位置的换向阀的本发明的实施方式。

具体实施方式

根据图1，用于控制流体动力减速器9的电液压系统18具有控制和调节单元17；液压回路5；换向阀4、8、10、11以及共同的供油机构23。液压回路5具有液压泵1、过滤器19、热交换器2和换向阀4并且与减速器9相连接。在回流管路24中设有节流板6。此外控制和调节单元17与温度传感器20、21和压力传感器22相连接。通过第一温度传感器20监控油温，和通过第二温度传感器21监控汽车冷却系统3的温度。压力传感器22可以被设置用于监控减速器9的调节压力。控制和调节单元17可以有利地与控制器区域网络(CAN)25连接。经由控制和调节单元17特别是可控制阀8、11。第一阀8可以用作为安全换向阀，而第二阀11优选为比例阀并且用于控制或调节液压泵1和注油阀10。共同的供油机构23由减速器9的油箱12和变速器的油槽15构成。在电液压系统18中规定，液压泵1为其排挤体积可调节的泵，例如为叶片泵、摆动活门泵或活塞泵。通过在液压泵1的回程面7上的压力，该液压泵可以与泵转速无关地自动地调节需要的体积流量。在液压泵1与油箱12或变速器油槽15之间在抽吸管道13上设置过滤器19。

在电液压的系统18中设有换向阀8。可以通过电磁体产生换向阀8的活塞的调节行程。通过对电磁体的相应的控制产生作用到活塞上的力，因此相应地推动活塞并由此操纵在液压回路5中的换向阀4且进而接通或断开减速器9。可以例如通过控制和调节单元17来控制换向阀8。如果开始制动，则必须尽快地注满减速器9。为此经由比例阀11产生控制压力，该控制压力将液压泵1调到最大排挤量。为了确保所要求的系统响应时间，需要较大的油体积流量。

尽管变速器抽吸管道14较长，但为了仍可靠地确保该油体积流量，用于控制流体动力减速器9的电液压系统18具有注油阀10。通过注油阀10可以在油箱12与液压泵1的抽吸管道13之间建立连接。油箱12优选靠近减速器9设置。因此确保了可以在充分短的时间内附加地从该油箱12注满减速器9。因此通过变速器抽吸管道14不必再抽吸全部的油量。注油阀10为两位两通阀，其通过相应的控制将油箱12与液压泵1的抽吸管道13连接。当然注油阀10可以以不同的实施方式来构造，例如也可以为止回阀或两位三通阀。在电液压系统18中产生的泄漏可以通过液压泵1来补偿。有利地将泄漏部分和在断开减速器9以后残留的油体积导回到油箱12中，由此在断开以后立即再次为下一次制动准备好充足的油，因此系统18的再次响应时间等于第一响应时间。油箱12具有用于变速器油槽15的溢流棱边16。只在油箱12中的油液位已达到一定的液位，即油箱12被完全注满时，过剩的油才流回到变速器油槽15中。这样即使在极度的下坡行驶时也可以在减速器9的附近保持足够的油储备。如果开始制动，则通过控制和调节单元17来控制阀8、11。图1中示出阀8、11处于被操纵的状态。通过阀11将液压泵1调节到优选最大的排挤量并且操纵注油阀10。通过被操纵的阀8来操纵阀4并因此关闭液压回路5。因此可以将较大的油体积流量从油箱12导入到液压回路5中并进而导入到减速器9中。可以经由液压泵1的泵压力来调节减速器9的制动作用的大小，可以经由换向阀11来改变所述泵压力。

图2示出在变速器温度调节期间的图1中所述的电液压的系统18。变速器温度调节是对电液压系统18的基本调节。由于变速器温度调节是汽车行驶过程中的主要部分，有利地独立地调节该工作状态而不需要电控制。在该工作状态下，在变速器中产生的热可以传递给汽车冷却系统3，或者使变速器油温匹配于汽车冷却系统3的温度(冷却或加热)。在液压回路5中设有换向阀4和节流板6，节流板6与液压管道相结合产生相应的压降。该压力作用到液压泵1上的回程面7上，借此液压泵可以与泵转速无关地自动地调节所需要的体积流量。节流板6产生规定的液压的横截面，并且设置于回流管路24中。注油阀10处于未被操纵的状态。在无制动期间，液压泵1从变速器油槽15中抽吸油，所述油被引导经过热交换器2并紧接着被导入到油箱12中。因此使得变速器的油温匹配于汽车冷却系统3的汽车冷却剂的温度。

图3示出在减速器温度调节期间的图1中所述的电液压的系统18。在有利地将油箱12独立于变速器冷却或加热时始终都可以进行减速器温度调节。为此将比例阀11如下控制，即注油阀10建立起油箱12与液压泵1的抽吸管道13之间的连接。这可以在制动过程以后立即进行，在制动过程中，油箱12并从而减速器9的温度明显高于基本型变速器和/或汽车冷却系统3。减速器温度调节因此能够实现油箱12和减速器构件的快速的中间冷却，以便在随后的制动中可以为汽车制动系统提供尽可能高的能量缓冲作用并从而提供尽可能大的制动功率。因此可以明显地改进制动系统的有效性和可用性。

通过借助比例阀11提高泵压力，可以提高液压泵1的冷却油体积流量并从而提高冷却作用，这能够实现油箱12和减速器9的短的中间冷却时间。注油阀10为两位两通阀。该阀可以容易地集成到电液压系统18的结构空间中并保证从变速器油槽15中最小的抽吸量，以便补偿在电液压系统18中的可能出现的泄漏。

通过对比例阀11的相应的控制，在减速器9的无制动期间可以控制注油阀10并由此转换液压泵1的在变速器油槽15(变速器温度调节)与油箱12(减速器温度调节)之间的抽吸位置。

图4示出图3的一部分。在这里注油阀10为两位三通阀。该实施方式具有在减速器温度调节期间在减速器9与变速器之间的明确的分离的优点。因此通过对注油阀10的操纵可以仅仅从油箱12中抽吸油并将油冷却。

图5示出本发明的另一实施方式。与图2中所述的实施方式的唯一的区别在于，换向阀8为调节阀8a，或者扩展成具有三个切换位置的阀。通过换向阀8a的附加的中间的位置可以封闭回流管路24，并因此通常切断在牵引传动中的即在无制动期间的温度调节，或者减少到用于泄漏补偿的最小输送量。液压泵于是自动地将体积流量调回到“零”或最小输送量。这在如下情况下始终是必需的，即汽车冷却系统3的温度对于变速器温度调节和/或减速器温度调节来说是不利的。在该工作状态下，液压泵1可以以最小的驱动功率来工作，借此可以实现燃料消耗的减少。通过对已有的切换扩展成具有三个切换位置的换向阀8a的阀8的使用(见图2)，在这里可以低成本地和无附加费用地实现功能“温度调节关”。换向阀8a为三位五通阀并且处在其中间位置。

图5中所述的功能“温度调节关”也可以通过图6中所示的实施方式来实现。在这里电液压系统18具有换向阀8c，换向阀8c为两位三通阀并且用于控制换向阀4。经由附加的设置于回流管路24中的换向阀8b来实现冷却油体积流量在回流管路24中的截止。换向阀8b为两位两通阀并且由控制和调节单元17控制。

图7示出换向阀8的已知的构造方式，换向阀8为两位五通阀并因此具有两个切换位置。换向阀8由电磁体26、活塞27和复位弹簧28构成。经由所示的连接端P/A/T可以接通或断开减速器9。由于该实施方式由现有技术是已知的，其在这里不详细地描述。

图8示例性地示出液压的换向阀8a的按照本发明的实施方式，换向阀8a为三位五通阀并因此具有三个切换位置。换向阀8a由电磁体29、活塞30、双弹簧装置31、32和阀盘33构成。通过电磁体29产生活塞30的调节行程。通过对电磁铁29的相应的控制产生作用到活塞30上的力，因此相应地推动活塞30。外面的弹簧31经由活塞30的全部调节行程起作用。第二弹簧32借助于阀盘33被预加应力，从而在处于换向阀8a的中间位置的活塞30的预定的调节行程以后，才产生与由电磁体29产生的力相反的力。通过这种设置可以功能可靠且位置准确地移到换向阀8a的中间位置。其中阀盘33和第二弹簧32可靠地设置在活塞30上。换向阀8a可组装友好、耐用和对制造公差不敏感地来制造。此外可以低成本地制造换向阀8a，因为可以通过简单的接合过程，例如通过敛缝来实现制造，并且不需要固定元件，例如螺钉或防护环。

附图标记清单

1   液压泵               16    溢流棱边

2   热交换器             17    控制和调节单元，ECU

3   汽车冷却系统         18    电液压的系统

4   换向阀               19    过滤器

5   液压回路             20    温度传感器

6   节流板，节流器       21    温度传感器

7   液压泵上的回程面     22    压力传感器

8   换向阀，两位五通阀   23    共同的供油机构

8a  换向阀，三位五通阀   24    流管路

8b  换向阀，两位两通阀   25    控制器区域网络(CAN)

8c  换向阀，两位三通阀   26    电磁体

9   减速器               27    活塞

10  注油阀               28    复位弹簧

11  换向阀               29    电磁体

12  油箱                 30    活塞

13  抽吸管道             31    弹簧

14  变速器抽吸管道       32    弹簧

15  变速器油槽           33    阀盘

Claims (22)

1.一种用于汽车的流体动力减速器(9)，其具有转子和定子，并且与变速器一起构成共同的供油机构(23)和能通过电液压的系统(18)来控制，所述系统具有控制和调节单元(17)和液压回路(5)，所述液压回路具有泵(1)、热交换器(2)和阀(4)，其中所述泵(1)的体积流量能与车速或者万向轴转速或减速器转速无关地调节，并且通过所述泵(1)确保油循环，其特征在于，所述共同的供油机构(23)由油箱(12)和变速器油槽(15)构成，并且所述油箱(12)通过注油阀(10)能与所述泵(1)的抽吸管道(13)连接，并在所述电液压的系统(18)中设置第一阀(8、8a)或者在所述电液压的系统(18)中设置第一阀(8c)与附加的换向阀(8b)，通过所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8，8a)或者附加的换向阀(8b)能控制或调节在通向供油机构(23)的回流管路(24)中的体积流量，并且在所述减速器(9)的无制动期间能选择变速器温度调节或减速器温度调节，或者能切断对所述供油机构(23)的温度调节。

2.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述注油阀(10)设计为两位两通阀。

3.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述注油阀(10)设计为两位三通阀。

4.按照权利要求1至3之一项所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述注油阀(10)通过在所述电液压的系统(18)中已有的第二阀(11)能液压地来控制。

5.按照权利要求4所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述第二阀(11)是比例阀。

6.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述注油阀(10)设计为自动打开的止回阀。

7.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述共同的供油机构(23)在所述油箱(12)与所述变速器油槽(15)之间具有溢流棱边(16)。

8.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8)构成为两位五通阀。

9.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8a)为三位五通阀并且具有电磁体(29)以及活塞(30)。

10.按照权利要求9所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8a)具有弹簧(31)，该弹簧在所述活塞(30)的全部调节行程上起作用。

11.按照权利要求9或10中任一项所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8a)具有第二弹簧(32)和阀盘(33)，借此所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8a)能定位在中间位置。

12.按照权利要求11所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述阀盘(33)和第二弹簧(32)防丢失地与所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8a)的活塞(30)连接。

13.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，所述在电液压的系统(18)中设置的附加的换向阀(8b)设计为两位两通阀。

14.按照权利要求1所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，能通过所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8，8a)或附加的换向阀(8b)部分地直至完全地截止在通向所述供油机构(23)的回流管路(24)中的体积流量。

15.按照权利要求4所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，在所述电液压的系统(18)中设置的第一阀(8、8a、8c)、附加的换向阀(8b)、注油阀(10)和第二阀(11)能经由所述控制和调节单元(17)来控制。

16.按照权利要求4所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，在所述电液压的系统(18)中设置的第一阀(8、8a、8c)、附加的换向阀(8b)、注油阀(10)和第二阀(11)能经由单独的单元来控制。

17.按照权利要求4所述的流体动力减速器(9)，其特征在于，在所述电液压的系统(18)中设置的第一阀(8、8a、8c)、附加的换向阀(8b)、注油阀(10)和第二阀(11)能电地、电磁地、气动地、液压地或经由伺服电机来控制。

18.一种用于控制汽车的流体动力减速器(9)的方法，所述流体动力减速器经由电液压的系统(18)来控制，其中泵(1)的体积流量能与车速或者万向轴转速或减速器转速无关地调节，其特征在于，油箱(12)经由注油阀(10)与所述泵(1)的抽吸管道(13)连接，并且通过在所述电液压的系统(18)中设置的第一阀(8、8a)或附加的换向阀(8b)来控制或调节在通向供油机构(23)的回流管路(24)中的体积流量，并且在所述减速器(9)的无制动期间能在变速器温度调节与减速器温度调节之间选择，或者能切断对所述供油机构(23)的温度调节。

19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，为了变速器温度调节，不操纵所述注油阀(10)和所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8)。

20.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，为了减速器温度调节，操纵所述注油阀(10)，而不操纵所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8)。

21.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，为了切断对供油机构(23)的温度调节，如下地控制所述在电液压的系统(18)中设置的第一阀(8a)，即：使其处于中间位置并因此截止在所述回流管路(24)中的体积流量。

22.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，为了切断对供油机构(23)的温度调节，如下地控制所述在电液压的系统(18)中设置的附加的换向阀(8b)，即：使其截止在所述回流管路(24)中的体积流量。

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