CN102297260A - 多重增益产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多重增益产生装置，包含具有可变扭矩传递能力的控制元件、控制压力源、以及向控制元件施加区域与所述压力的第一力以及反作用于所述控制压力的可变的第二力、在控制压力相对较低时产生第一增益并在控制压力相对较高时产生高于第一增益的第二增益的弹簧。本发明能够在轻道路负载工况下产生较好的变矩器离合器控制、分辨率、及增益而不会使燃料经济性受到不良影响。

Description

多重增益产生装置
技术领域
本发明总体上涉及对自动变速器的摩擦离合器和制动器的控制，更为具体地，提供了对应于控制指令输入的输出范围。
背景技术
变矩器为液力耦合器，其在连接至动力源(例如内燃发动机)的叶轮和连接至自动变速器输入轴的涡轮之间产生液力驱动连接。变矩器通常包括旁通离合器、交替机械连接叶轮和涡轮以及释放叶轮以液力驱动叶轮的摩擦控制元件。
变速器产生一定范围的变速比，其大小取决于运转的档位，其取决于所选择的接合和分离的摩擦离合器和制动器。
在对这些液力变矩器和变速器的控制元件的常见电动液压控制中，电指令信号(通常为电流)和控制元件的扭矩传递能力之间的关系基本上为线性的。然而，在一些发动机能够产生非常高的输出扭矩的车辆应用中，在轻负载车辆驾驶工况期间，线性关系导致较差的离合器分辨率(clutchresolution)。
如果在发动机产生较高的输出扭矩时控制元件增益较高，在低发动机扭矩工况期间控制元件的控制敏感性较低，增加了传动系中传递扭矩扰动的可能性。为了较好的性能和燃料经济性，在重扭矩负载工况和轻扭矩负载工况下均需要较好的变矩器旁通离合器控制。
因此，业界需要一种技术能够提供控制增强的元件敏感性和增益用于改善对通过控制元件的大范围扭矩传递能力的控制。
发明内容
本发明公开了一种用于产生多重增益的装置，包括具有可变扭矩传递能力的控制元件，控制压力源，以及向控制元件施加取决于该压力的第一力和与该压力相反的可变的第二力、在控制压力相对较低时产生第一增益并在控制压力相对较高时产生高于第一增益的第二增益的弹簧。
多重增益装置在摩擦控制元件中产生与车辆负载或牵引较重时产生的发动机扭矩相一致的扭矩传递能力，这样该装置根据需要在轻道路负载工况下产生较好的变矩器离合器控制、分辨率、及增益而不会使燃料经济性受到不良影响。
该装置在较大范围的扭矩工况内提供了离合器敏感性和增益增强控制。
该总成通过最小化活塞密封数降低了密封阻力，不需要弹簧释放离合器86，并最小化了总成的所需轴向长度。
根据本发明的一个方面，公开了一种可变增益装置，包含：驱动控制元件的第一和第二活塞；控制压力源；向第一活塞施加持续反作用于压力的力的弹簧，第二活塞产生相应于相对较低的控制压力的第一增益，当同时向活塞施加相对较高的控制压力时，活塞产生高于第一增益的第二增益。
根据本发明的一个实施例，其中产生阶跃，当控制压力转换经过对应于该阶跃位置的控制压力时，在该阶跃处发生第一增益和第二增益之间的转换。
根据本发明的一个实施例，其中第一增益具有依赖于弹簧在控制压力相对较低时的弹簧刚度的斜率，而第二增益具有依赖于弹簧在控制压力相对较高时的弹簧刚度的斜率。
根据本发明的一个实施例，还包含：包括叶轮和涡轮的变矩器，其中控制元件为交替可驱动地连接涡轮和叶轮及分离该连接的锁止离合器。
根据本发明的一个实施例，还包含：包括叶轮和涡轮的变矩器，其中控制元件为交替可驱动地连接涡轮和叶轮及分离该连接的锁止离合器；且第一活塞相对于第二活塞位于径向内侧，且各个活塞均包括承压区域，驱动压力施加于该承压区域上。
根据本发明的一个实施例，其中弹簧为盘形弹簧，其具有第一弯曲状态和第二平坦状态，该弹簧在第一状态和第二状态中具有非线性弹簧刚度，第二状态中的弹黄刚度高于第一状态中的弹簧刚度。
根据本发明的再一个方面，公开了一种可变增益装置，包含：控制元件；控制压力源；供给源；具有第一状态和第二状态的阀门，在第一状态供给源响应于一定范围的控制压力以第一增益加压控制元件，在第二状态供给源响应于第二范围的控制压力以高于第一增益的第二增益加压控制元件。
根据本发明的一个实施例，其中阀门还包含：滑阀，其在腔室中的位置使供给源与控制元件相连通；第一弹簧，其阻止滑阀趋于开放上述连通的移动；套管部件，第一弹簧向其施加力；第二弹簧，其在第一状态中使套管部件保持固定防止在腔室中移动，并允许向套管部件施加第二弹簧的力，从而阻止滑阀趋于开放上述连通的移动。
根据本发明的一个实施例，其中阀门还包含：滑阀，其在腔室中的位置使供给源与控制元件相连通；第一弹簧，其阻止滑阀趋于开放上述连通的移动；阻止滑阀由于控制元件反馈压力而趋于开放上述连通的柱塞；套管部件，第一弹簧向其施加力；第二弹簧，其在第一状态中使套管部件保持固定防止在腔室中移动，并允许向套管部件施加第二弹簧的力，从而阻止滑阀趋于开放上述连通的移动。
根据下文的具体描述、权利要求及附图，优选实施例的应用范围将变得显而易见。应理解，尽管描述和具体示例指示了本发明的优选实施例，其仅作为说明。对所描述的实施例和示例的多种改变和修改将变得显而易见。
附图说明
图1为具有多重增益能力的变矩器的截面图。
图2为盘形弹簧的负载-变形关系图。
图3为显示了设置用于向控制元件传递压力和机械力的盘形弹簧的截面图。
图4为穿过产生多重增益的变矩器控制阀的直径面的截面图。
图5为显示了离合器活塞驱动压力和图4中变矩器控制阀的控制压力之间的关系的图表。
具体实施方式
首先参考图1，变矩器10包括连接至内燃发动机的曲轴14的带叶片的叶轮12、带叶片的涡轮16、和带叶片的定子轮18。叶轮、定子轮、和涡轮形成螺旋流体回路，这样由叶轮液力驱动涡轮。定子18可旋转地支撑在固定的定子套轴20上，超速制动器22将定子固定至轴20，从而防止定子以与叶轮旋转方向相反的方向旋转，而允许其以另一方向自由旋转。
变矩器总成10包括位于变矩器壳体25内部的锁止离合器24，其固定至叶轮12。锁止离合器24交替接合、分离壳体25和扭转缓冲器26之间的驱动连接。齿条29将涡轮毂27固定至变速器输入轴28。涡轮扭矩通过缓冲器26传递至变速器输入轴28。缓冲器26可集成有双级或单级压缩弹簧30、32。
当锁止离合器24完全接合或打滑时(例如当其输入和输出(壳体25和输入轴28)之间存在差速时)，缓冲器26削弱了发动机曲轴14和输入轴28之间的短暂扭矩波动。当离合器分离时，叶轮12和涡轮16之间的液力连接削弱了瞬间扭矩扰动。
锁止离合器24根据与第一、第二活塞36、38连通的液压通道34中离合器施加压力的大小交替接合和分离。接触输入轴28和推力轴承41的毂40支撑活塞36在毂的径向外表面上轴向移动。密封42、44防止流体从通道34泄漏并允许活塞36相对于毂40轴向移动。活塞36支撑活塞38以在径向外表面上轴向移动。密封44、46防止流体从通道34泄漏并允许活塞38相对于活塞36轴向移动。活塞38成型有凸缘48，其朝向纵轴50径向向内并在活塞36的表面上方延伸，从而提供限制活塞36相对于活塞38不受控制地向右移动的阻挡面。
盘形弹簧52推挤活塞36并施加持续力阻止活塞36相对与活塞38向右移动。活塞36、38、40为被O形环42、44、46密封的封闭活塞。
当通道34中的驱动压力较低或不存在时，离合器24分离，即涡轮16和叶轮12液力连接并机械分离。当离合器24接合时，涡轮和叶轮机械连接并液力分离。
当锁止离合器24的所需扭矩传递能力为正但相对较低时，即当发动机输出扭矩较低时，液压通道34中离合器施加压力的大小相对较低，这样通过弹簧52的力将活塞36维持在左方位置，而通过驱动压力迫使低扭矩活塞38向右与离合器接触。活塞38上的压力迫使离合器24的碟和盘互相摩擦接触，导致离合器完全接合或至少部分接合。
当曲轴14上的发动机输出扭矩较高时，锁止离合器24的所需扭矩传递能力较高且液压通道34中的离合器施加压力的大小相对较高。在这种情况下，与弹簧52的力相反的驱动压力向右推动高扭矩活塞36，由于活塞36与活塞38的凸缘48的接触而迫使低扭矩活塞38向右与离合器24接触。活塞36、38上的压力迫使离合器24的碟与盘摩擦接触，导致离合器完全接合。
通过油泵52的输出供应变矩器10中所含的流体，且其返回油底壳，而油泵的入口液压连接至该油底壳。另外两个油路与变矩器对接，提供了冷却流(液力及离合器)。当变矩器冷却压力高于旁通离合器控制压力时，该压力使活塞38返回。施加至离合器的压力为控制压力和冷却压力之间的差异。该压力差乘上活塞面积减去弹簧力为总的离合器施加力。可使用离合器尺寸计算扭矩传递能力。
图2为显示了盘形弹簧的负载和变形之间的非线性变化，其用在变矩器10中时会产生双重增益。低负载活塞运转范围处于预负载点77的左侧，而高负载活塞运转范围处于点77的右侧。
图3说明了用于变矩器(例如图1的高扭矩活塞36)或者变速器换挡离合器或制动器(活塞的一侧被通风)中的盘形弹簧离合器活塞总成80。
在图3中，支撑以沿轴线50移动的密封固定器82带着O形环或D形环密封86沿表面88朝向或远离摩擦控制元件90(例如离合器或制动器)移动。控制元件90包括安装在成型于表面88上的齿条中的碟92，和安装在成型于输出部件96上的齿条中的盘94。
盘形弹簧98在其外端安装有封口100，在其内端安装有封口102。弹簧98的内端通过与肩部104接触而固定在适当位置。外端响应于施加至弹簧98的表面106的驱动压力80沿轴线50移动。盘形弹簧106作用为弹簧和驱动活塞。
弹簧106上的驱动压力80迫使碟和盘92、94互相摩擦接触，从而接合控制元件90。当驱动压力较低时，低增益72有效。当驱动压力较高时，高增益76有效。
相对于图1的总成，由于存在一个而非多个滑动活塞密封42、44、46，图3的总成降低了密封阻力，不需要弹簧释放离合器86，并降低了总成的轴向长度。
图4显示了用于控制控制元件(例如变矩器离合器24)的双增益液压控制阀110。阀门110包括腔室112、滑阀114、主压缩弹簧116、柱塞118、肩部120、副压缩弹簧122、套筒124、以及固定器126。弹簧116向左推动滑阀并向右推动套筒124。弹簧122向左推动套筒124以与肩部120接触。
TCCZ为变矩器螺线管(可变力螺线管或PWM螺线管)产生的控制压力。
CLEX为阀门100排放时来自阀门110的输出。回路可直接向油底壳排放，但优选为使用增高的排放压力或低压安全阀(例如提升阀)以保持回路充满并防止排干。
CAPY为变矩器离合器施加压力(例如离合器活塞压力)，或者可向液压控制自动变速器中产生换挡的离合器和制动器提供CAPY。
NDX为阀门110的输入。NDX优选地由变速器的手动阀门提供，其通过车辆驾驶员对换挡杆的手动控制而进行控制。手动阀门仅在换挡杆的空挡位置和驱动位置提供输入。但也可从变速器管线压力源直接提供NDX。
R为当换挡杆移动至倒车位置时提供的来自手动阀门的压力信号。当换档杆移动至倒车位置时，此R压力迫使CAPY变为较低的大小。
CRLZ为施加至变矩器离合器活塞背侧的来自变矩器释放回路的压力信号。CRLZ压力使调节阀110变为不同的压力调节器以改善性能。CRLZ压力是优选的，但在一些应用中可被排出。
图5为显示了图4的变矩器控制阀产生的离合器活塞驱动压力响应于施加至该阀门的控制压力的双重增益关系。图5图形化说明了阀门110的两个状态：第一状态130(其中套筒124不移动且阀门产生相对较低的增益132，而分辨率较高)以及第二状态134(其中套筒与压力成比例地移动，从而产生较高的增益136)。传统的控制阀将产生单个线性增益138。
在低增益状态130，阀门110作用为压力调节器，其中控制压力TCCZ迫使滑阀114在腔室112中向右抵抗弹簧116的力。该移动打开了将NDX压力和液流传播至阀门110的液压管路和将CPAY压力和液流传播至离合器24的液压管路之间的连通。由于CAPY反馈压力，柱塞118上产生压力。套管124保持与肩部120接触且不移动。在该状态下，离合器活塞压力沿曲线132改变。
控制压力TCCZ增加时，作用于套管124上的力(例如弹簧116向右作用于套管上的力、柱塞118向右作用于套管上的压力、以及弹簧122向左作用于套管上的力)之间的平衡发生改变。当力平衡变为相等时，肩部120不对套管124施加力。这样，控制压力TCCZ的任何额外增加开始第二状态134及较高增益136。
当控制压力TCCZ在第二状态134中增加时，套管124向右移动不再与肩部120接触，导致弹簧122的力参与调节，改变调节阀的力平衡，并使CAPY压力对给定TCCZ控制压力的增加产生较大改变。这样，在第二状态运转期间增益136高于增益132。
根据专利法规的要求，已经描述了优选实施例。然而，应注意，可以与具体说明并描述的不同的方式实施替代实施例。

Claims (6)

1.多重增益产生装置，其特征在于，包含：
具有可变扭矩传递能力的控制元件；
控制压力源；
向所述控制元件施加取决于所述压力的第一力以及与所述压力相反的可变的第二力、当所述控制压力相对较低时产生第一增益并在所述控制压力相对较高时产生高于所述第一增益的第二增益的弹簧。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述弹簧形成阶跃，当控制压力转换经过对应于所述阶跃的位置的控制压力时，在所述接阶跃处发生所述第一增益和所述第二增益之间的转换。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述弹簧为盘形弹簧，其具有第一弯曲状态和第二平坦状态，并响应于施加至所述弹簧的所述控制压力在所述第一状态和所述第二状态之间产生非线性弹簧刚度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包含：
位于所述弹簧的外端的第一密封；以及
位于所述弹簧的内端的第二密封，所述密封限制了流体从所述控制压力源泄漏。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包含：
由所述弹簧推动与第一固定表面接触的部件，所述部件沿轴线在所述第一固定表面上移动；
位于所述弹簧的外端的第一密封，所述第一密封接触所述部件用于密封防止流体穿过所述第一密封从所述控制压力源泄漏；以及
位于所述弹簧的内端的第二密封，所述第二密封接触第二固定表面用于密封防止流体穿过所述第二密封从所述控制压力源泄漏。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述部件为密封固定器，进一步包含：
凹槽；
位于所述凹槽中的第三密封，所述第三密封接触所述第一固定表面用于密封防止流体穿过所述第三密封从所述控制压力源泄漏。
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