CN102454773A - 用于轻度混合车辆的基于微机电系统的液压控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于轻度混合车辆的基于微机电系统(MEMS)的液压控制系统，包括液压装置、先导阀、和调节阀。先导阀可操作地连接到液压装置及被配置为促动。所述先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先导阀和液压装置。所述调节阀被配置为基于先导阀的促动将流体引导到液压装置。

Description

用于轻度混合车辆的基于微机电系统的液压控制系统
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
客车和商用车包括各种液压装置。阀允许流体从泵流到液压装置。然而，阀可以是大的和昂贵的，增加了车辆的重量和成本。
发明内容
轻度混合车辆中的动力系系统包括具有液压装置和先导阀的变速器。该先导阀被可操作地连接到液压装置和配置为促动。先导阀包括至少一个基于微机电系统(MEMS)的装置。调节阀被配置为基于先导阀的促动将流体导向液压装置。
车辆包括被配置为产生扭矩的发动机和马达。变速器被配置为接收由发动机和马达中的至少一个产生的扭矩。离合器组件被配置为将扭矩从发动机传送到变速器。变速器包括液压装置，其可操作地被连接到先导阀和调节阀。先导阀包括至少一个基于MEMS的装置。
这里披露的动力系系统向轻度混合车辆中的液压控制提供了减少的重量和成本的解决方案。
本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
附图说明
图1是微机电系统(MEMS)微阀(microvalve)促动器的横断面示意图。
图2是MEMS滑阀的横断面示意图，该滑阀可单独使用或与图1中示出的MEMS微阀促动器一起使用。
图3是动力系系统的示意图，其可以在混合车辆中执行图1和图2的MEMS装置。
图4是用于压力控制系统的第一方案的箱型示意图，该压力控制系统用于混合动力车辆的动力系内的液压控制部件。
图5是用于压力控制系统的第二方案的箱型示意图，该压力控制系统用于混合动力车辆的动力系内的液压控制部件。
图6是用于压力控制系统的第三方案的箱型示意图，该压力控制系统用于混合动力车辆的动力系内的第三液压控制部件。
图7是用于压力控制系统的第四方案的箱型示意图，该压力控制系统用于混合动力车辆的动力系内的第四液压控制部件。
具体实施方式
如这里描述的动力系系统向混合车辆中的液压控制提供减少的重量和成本解决方案。在一个具体实施例中，该动力系系统可包括液压装置和先导阀。该先导阀被可操作地连接到液压装置和配置为实现促动。先导阀包括至少一个基于微机电系统(MEMS)的装置。调节阀被可操作地连接到先导阀和液压装置。调节阀被配置为基于先导阀的促动将流体导向液压装置。先导阀中基于MEMS的装置的使用减少动力系系统的重量和成本。
图1示出MEMS微阀100，该微阀100向车辆中的液压控制提供减少的重量和成本解决方案。MEMS微阀100可采用不同的形式及包括多个和/或可替换的部件和设备。虽然示例性MEMS微阀100在图中示出，但在图中示出的部件并不意图为限制性的。实际上，可使用另外的或可选的部件和/或实施方式。
如下所述，MEMS微阀100可用于将液压控制施加于一个或多个液压部件之上，特别是在变速器内。所示的MEMS微阀100仅是可以用作用于在此讨论的液压部件和其它部件的控制阀或控制促动器的MEMS装置的一种类型。
虽然各种MEMS装置参考汽车应用被详细描述，MEMS装置也可用于其它领域。此外，术语诸如“上”、“下”、“向上”、“向下”等用于说明附图，且不代表对如所附的权利要求限定的本发明的范围的限制。
通常，MEMS装置可被认为是在尺寸小的系统分类的一部分，具有微米范围的尺寸特征。MEMS系统可具有电的和机械的部件两者。MEMS装置通过显微机械加工工艺生产。术语“微加工”可通常是指通过包括改进的集成电路(计算机芯片)制造技术(诸如化学腐蚀)和材料(诸如硅半导体材料)的工艺的三维结构和运动机件的生产。在此使用的术语“微阀”可通常是指具有微米范围尺寸特征的阀，及因此根据定义至少部分通过微加工形成。同样地，术语“微阀装置”可包括具有一个或多个尺寸在微米范围的部件的装置。MEMS装置可结合其它MEMS(微机械的)装置或部件一起操作，或可与标准尺寸的(更大的)部件一起使用，诸如由机械加工工艺生产的那些(例如，金属滑阀)。
参考图1，MEMS微阀100包括外壳或阀体110。MEMS微阀100可由几个材料层形成，诸如半导体薄片。阀体110也可由多个层形成。例如，且不限于，示出的横截部分可取自MEMS微阀100的中间层，而有另两层存在于中间层的后面或前面(相对于图1中的视图)。阀体110的其它层可包括实心覆层、配流盘、或电控盘。然而除另外说明外，每一层通常被认为是阀体110的一部分。
MEMS微阀100包括由阀促动器114促动的梁112。促动器114的选择性控制导致梁112选择性地改变在入口116和出口118之间的流体的流动。通过改变在入口116和出口118之间的流体流动，MEMS微阀100改变在导向口120内的压力。如在这里描述的，导向口120可以被连接到附加的阀或装置，及通过先导信号(pilot signal)实施对其的液压控制，该信号基于先导阀口120内的压力而改变。
入口116被连接到高压流体源，诸如泵(未示出)。出口118被连接到低压储液器或流体回收器(return)(未示出)。对于这里的描述的目的，出口118可被认为处于环境压力，及作为在MEMS微阀100中的基态或零状态。
梁112在第一位置(图1中所示)、第二位置(未示出)和各种中间位置之间以连续可变的方式移动。在第一位置，梁112不完全阻挡入口116。然而，在第二位置，梁112阻挡入口116以阻止基本上所有来自高压流体源的流动。
第一腔室122与入口116和出口118均流体连通。然而，在出口118和第一腔室122(以及入口116)之间的连通被出口孔(outlet orifice)124限制。流过出口孔124的高流量或快速流体流动导致在第一腔室122和出口118之间的压差。
梁112通过挠性枢轴126被可枢转地安装到阀体110的固定部分。梁112的与挠性枢轴126对着的部分是可移动端部128，该可移动端部上下移动(如在图1中的页面所示)以选择性地、和可变动地覆盖和打开入口116。
当梁112在第二位置，其允许少许或不允许从入口116流向第一腔室122的流动。在第一腔室122中的全部承压流体通过出口孔124排放到出口118。当MEMS微阀100的梁112朝向第一(开启)位置被移动时，入口116渐渐被打开，允许流体从入口116进入到第一腔室122中的更快流动。高速流动流体不能全部通过出口孔124被排出，并当流体流过出口孔124时导致压差的形成，升高了第一腔室122中的压力。
当入口116被进一步打开到第一位置(如图1中所示)时，流体逐渐更快地流动通过出口孔124，导致更大的压差并进一步升高了第一腔室122中的压力。当梁112在第一位置时，其允许从入口116到第一腔室122的高流动。因此，第一腔室122中的压力可以通过控制从入口116通过第一腔室122和出口孔124直到出口118的流速来控制。梁112的位置控制来自入口116的流体的流速，且因此控制第一腔室122中的压力。
阀促动器114将梁112选择性地定位。促动器114包括附连到梁112的细长脊130。促动器114还包括多个第一肋部132和多个第二肋部134，该多个第一肋部132和多个第二肋部134大体地位于细长脊130的相对侧上。每个第一肋部132都具有附连到细长脊130的第一侧的第一端和附连到阀体110的第二端。与第一肋部132类似，每个第二肋部134都具有附连到细长脊130的第一端和附连到阀体110的固定部分的第二端。
细长脊130及第一肋部132和第二肋部134可表现为图1中示出的与阀体110分离。然而，细长脊130、第一肋部132、和第二肋部134由同样的材料形成，且在某点被连接到阀体110以允许相对运动。然而，连接可以在图1中的横截平面的下方。总体地，细长脊130、第一肋部132、和第二肋部134可被认为是促动器114的移动部分。
第一肋部132和第二肋部134被配置为响应在第一肋部132和第二肋部134内的温度变化而热膨胀(伸长)和收缩(缩短)。电触点(未示出)被用于到电源的连接，以供应流过第一肋部132和第二肋部134的电流，以使第一肋部132和第二肋部134热膨胀。
促动器114被配置为由发动机控制单元(ECU)或其它可编程装置(在图1中未示出)控制，该控制单元或装置向第一肋部132和第二肋部134提供可变电流。当第一肋部132和第二肋部134由于充足的电流而膨胀时，细长脊130向下移动或伸展(如图1中所示)，导致梁112总体地以逆时针方向旋转。梁112的由此产生的运动使得可移动端128向上移动(如图1所示)且渐渐地阻挡入口116的更多部分。
关闭入口116允许更少(及最后没有)流体流到第一腔室122中，这当流体排出到出口118时降低第一腔室中的压力。一旦入口116被关闭，MEMS微阀100在第二位置(未示出)，且没有先导信号通过先导阀口120被传达。
当电流降低时，第一肋部132和第二肋部134收缩且细长脊130向上移动(如图1所示)，导致梁112总体地以顺时针方向旋转。梁112的由此产生的运动使得可移动端128向下运动(如图1所示)且渐渐地打开入口116的更多部分。
打开入口116允许更多的流体流到第一腔室122中，当流体流动超过出口118从第一腔室122排出流体的能力时，增加第一腔室中的压力。一旦入口116被显著地打开，MEMS微阀100处在第一位置(图1中所示)，而强先导信号通过先导阀口120被传递。
除了图1中示出的热促动MEMS装置，其它类型的基于MEMS的促动器可用于代替MEMS微阀100或代替促动器114。通常，基于MEMS的装置可包括具有一个或多个通过集成电路技术(例如，在硅片上蚀刻)制造的电子元件和一个或多个通过显微机械加工工艺(例如，形成尺寸在微米范围内的结构和运动部件)生产的机械元件的任何装置。电子元件和机械原件还可以由其它工艺形成。在可替换的或另外的方法或配置中，基于MEMS的装置可包括尺寸在微米范围内的其它元件，诸如电磁场促动器、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、光开关、其它基于MEMS的装置、或它们的组合。
现在参考图2，且起继续参考图1，示出了基于MEMS的滑阀200的横截面示意图。基于MEMS的滑阀200包括外壳或阀体210。基于MEMS的滑阀200可由几个材料层形成，诸如半导体晶片。阀体210还可由多个层形成。例如，且不限于，示出的横截部分可取自基于MEMS的滑阀200的中间层，而两个其它层存在于该中间层的后面或前面(相对于图2中的视图)。
基于MEMS的滑阀200包括滑块212，其被配置为在由阀体210限定的腔体214内向左和向右(如在图2中的页面上所看到的)可滑动。滑块212由在先导表面216上的流体压力促动，该表面与腔体214的先导腔室220流体连通。先导控制腔体220内的压力的选择性变化改变施加到先导表面的力。先导腔室220可与先导信号流体通讯，诸如由图1中示出的MEMS微阀100的先导阀口120产生的先导信号。
滑块212用具有一对相对布置的臂的细长板形成，所述臂在阀体的第一端垂直地延伸，使得滑块212总体为T形，在滑块212的较宽的纵向端具有先导表面216，及在滑块212的相对较窄的相对的纵向端具有对立表面222。腔体214也总体为T形。
阀体210限定多个与空腔214相连接的口，其中一些口可在横截的层中形成而其中一些口可在其它层形成。所述口包括供流口224，其适合于被连接到高压流体源，诸如输送泵(未示出)。供流口224可被与图1中所示的MEMS微阀100的入口116连接到相同的高压流体源。阀体210还限定箱口226，其被连接到低压储液器或流体回收器(未示出)。箱口226可被与图1中所示的MEMS微阀100的出口118连接到相同的低压流体源。
第一加载口(load port)228和第二加载口230在阀体中形成且与腔体214连通。第一加载口228和第二加载口230被布置在供流口224的相对侧上。第一加载口228和第二加载口230适合于被连接到一起，以向变速器或动力系的液压受控部件供应承压流体，如这里所描述的。附加的口、通道、或槽(图2中不可见)可被形成在腔体214的上表面上，对着第一加载口228和箱口226。附加槽帮助平衡作用于滑块212上的流力。
示出的滑块212包括三个穿过它的开口。第一开口232，靠近先导表面216，被限定为穿过滑块212，以允许流体量通过箱口226上方的槽均衡箱口226处的压力，平衡垂直(图2中所示的视图进出方向)作用于滑块212上的力。穿过滑块212的第二开口234形成内容积，该内容积一直与第二加载口230连通。
在第二开口234和第一开口232之间的板条(web)236根据滑块212的位置允许或阻止第二加载口230和箱口226之间的流动。在示出的位置，板条236阻止第二加载口230和箱口226之间的流动。当板条236移动到右边(如在图2中的页面上看到的)，第二加载口230和箱口226之间的流体通路被打开，将存在于第二加载口230的任何压力排出到连接到箱口226的低压储液器。
穿过滑块212的第三开口238允许在第一加载口228上方的凹槽中的流体量均衡第一加载口228处的压力，平衡垂直(图2中所示的视图的进出方向)作用于滑块212上的力。在第二开口234和第三开口238之间的板条240在滑块212的所有位置中阻止在供流口224和第二加载口230之间的的流动。
在第三开口238和对立表面222之间的板条242根据滑块212的位置来允许或阻止在供流口224和第一加载口228之间的流动。在所示出的位置，板条242阻止在供流口224和第一加载口228之间的流动。当滑块212移动到左边(如在图2中的页面所看到的)，流体通路在供流口224和第一加载口228之间打开，向连接到第一加载口228的载荷供应承压流体。
滑块212与腔体214的壁协作，以限定在先导表面222和腔体214的相对的壁之间的先导腔室220。对立腔室244被限定在对立表面222和腔体214的相对的壁之间。对立腔室244始终与第一加载口228流体连通。此外，两个容积246和248可被分别限定在形成滑块212的T形板的肩部和T形腔体214的肩部组成的对之间。容积246和248始终与箱口226连通。以这样的方式，滑块212的液压锁定被阻止。
滑块212的先导表面216的总面积大于滑块212的对立表面222的总面积。因此，当先导腔室220和对立腔室244中的压强相等时，由此得到的作用于滑块212上的净不平衡力将向左推动滑块212(如在图2中的页面所看到的)。
参考图3，MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可被应用在混合动力车辆300中。具体地，图1和图2的MEMS装置可被应用在动力系305中，该动力系可包括发动机310、马达315、变速器320、离合器组件325、阀体330、泵335、和控制处理器340。车辆300可以是客车或商用车。同样地，MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可被应用在混合电动车辆中，诸如插电式混合电动车辆(PHEV)或增程式混合动力车辆(EREV)，等等。当然，MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可具有除在车辆300中使用的其它实施方式。
发动机310可包括被配置为向传输装置320提供扭矩的任何装置。例如，发动机310可包括内燃机310，其被配置为通过燃烧矿物燃料和空气混合物来产生旋转运动。由发动机310产生的旋转运动可经由曲轴345输出。此外，发动机310的运行可由发动机控制单元350控制。
马达315可包括被配置为将电能转换为运动的任何装置。例如，马达315可从电源(未示出)接收电能，所述电源例如电池。此外，马达315可进一步充当发电机。即，马达315可被配置为将旋转运动转换为可以被电源储存的电能。例如，发动机310可经由皮带352或链或齿轮组(未示出)向马达315提供扭矩。从发动机310向马达315提供的扭矩可被用于例如为电源充电。马达315可被配置为经由皮带352向发动机310提供扭矩，以例如起动发动机310。马达315的运行可经由控制单元355被控制。
变速器320可包括被配置为向车辆300的轮360输出扭矩的任何装置。变速器320可包括输入轴365、输出轴370、和齿轮箱375。输入轴365可用于直接或通过离合器组件325接收由发动机310产生的扭矩(下文将更详细描述)。输出轴370可用于向车辆300的轮360输出扭矩。齿轮箱375可包括各种尺寸可用于改变输出轴370相对于输入轴365的旋转速度的齿轮。齿轮箱375内的齿轮可通过使用布置在变速器内的各种离合器(未示出)被接合和/或分离。在一个可能的方法中，离合器组件325(下面讨论)可以是齿轮箱375的一部分。可替换地，齿轮箱375中的离合器中的一个可取代离合器组件325。变速器320的操作可经由变速器控制单元380控制。
离合器组件325可以是被配置为将由发动机310产生的扭矩传送到变速器320的齿轮的任何液压促动的装置。例如，离合器组件325可被可操作地连接到发动机310的曲轴345和变速器320的输入轴365。在一个可能的实施例中，离合器组件325可被布置在变速器320内且被可操作地连接到齿轮箱375。可替换地，离合器组件325可被齿轮箱375中的一个或多个离合器取代。离合器组件325可包括驱动机构(未示出)和受驱机构(未示出)。驱动机构可被可操作地布置在曲轴345上。因此，驱动机构可以以与发动机310和/或马达315的曲轴以同样的速度旋转。受驱机构可被可操作地布置在输入轴365上，其可使得受驱机构和输入轴365以相同速度旋转。
驱动机构和受驱机构可被配置为彼此接合。驱动机构和被驱动机构的接合可被控制处理器340、发动机控制单元350、变速器控制单元380、和/或被配置为产生先导信号的任何其它装置控制。例如，变速器控制单元380可产生一个或多个先导信号以基于诸如车辆300的速度、车辆300的驾驶员的档位选择等因素控制驱动机构和被驱动机构的接合。进一步，驱动机构和受驱机构的接合可被液压地实施。即，流体压力可使得驱动机构接合受驱机构。接合时，驱动机构和被驱动机构可以以基本相同的速度旋转。同样地，由发动机310产生的扭矩被传送到变速器320。此外，驱动机构和被驱动机构可被配置为部分接合，产生跨过驱动机构和受驱机构的滑移。因此，驱动机构可将部分发动机扭矩传给被驱动机构。
阀体330可以是变速器320的一部分，且可包括多个阀(例如，液压装置)，诸如一个或多个离合器控制阀382、润滑油调节阀385、管道压力控制阀390、一个或多个同步器阀395、一个或多个可选单向离合器控制阀397。所述阀门和/或其他阀门中的每一个可被一个或多个MEMS装置控制，诸如上述MEMS微阀100和/或基于MEMS的滑阀200。在一个示例方法中，MEMS微阀和基于MEMS的滑阀200可提供在阀体330中或位于车辆300中的别处的一个或多个阀的开/关控制。因此，MEMS微阀100和/或基于MEMS的滑阀200可取代一个或多个开/关螺线管。阀体330可进一步限定流体线路，该流体线路允许流体从泵335流向变速器320的各个部分。阀体330内的多个阀可用于控制从泵335通过流体线路流到变速器320的各种部件的流体的流动。阀体330内的一个或多个阀可被电促动(例如，螺线管阀)或液压促动。在一个示例实施例中，阀体330可以是变速器320的一部分或单独的装置。因此，所述一个或多个MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200可被布置在阀体330或变速器320内。
离合器控制阀382可包括被配置为控制流向例如离合器组件325的流体的流动的任何装置。润滑油调节阀385可包括被配置为控制流向例如润滑线路的流体的流动的任何装置。管道压力控制阀390可包括被配置为控制被提供到动力系系统305内的阀体330和/或任何其它液压装置的流体压力的任何装置。同步器阀395可包括被配置为控制流向同步器的流体流动的任何装置。在一个可能的实施例中，同步器可包括在接合目标对象前将两个转动物体的旋转速度同步的装置。同样地，同步器可被用于在离合器接合之前将离合器的旋转速度同步。可选单向离合器控制阀397可包括被配置为控制流向单向离合器(例如，仅以一个旋转方向传送扭矩的离合器)的流体流动的任何装置。当然，阀体330可包括除了所描述的阀之外的阀。
泵335可包括被配置为经由例如阀体330或另一流体线路向变速器320、发动机310、和/或离合器组件325提供承压流体的任何装置。在一个具体方法中，泵335可从例如控制处理器340、发动机控制单元350、变速器控制单元380、或以上三个的组合接收指令压力(commanded pressure)，且以所述指令压力提供流体。动力系系统305可包括任何数量的泵335，以向动力系系统305中的各个液压装置提供流体。
控制处理器340可包括被配置为产生控制动力系系统305中的一个或多个部件的运行的信号的任何装置。例如，控制处理器340可被配置为通过产生代表指令压力的信号来控制泵335的运行。此外，如下文更详细地描述的，控制处理器340可被配置为控制MEMS装置的运行。例如，控制处理器340可被配置为产生用于促动动力系系统305内的一个或多个MEMS微阀100的信号。此外，控制处理器340可被配置为产生信号以促动变速器320内的各个阀，诸如螺线管阀。在一个示例实施例中，发动机控制单元350、马达控制单元355、和变速器控制单元380中的一个或多个可被配置为执行控制处理器340的一个或多个功能。通过这样的方式，发动机控制单元350、马达控制单元355、和/或变速器控制单元380可控制动力系系统305内从泵335流到各个装置的流体流动。此外，发动机控制单元350、马达控制单元355、和/或变速器控制单元380可以是控制处理器340的一部分。
通常，计算系统和/或装置，诸如发动机控制单元350、马达控制单元355、和变速器控制单元380，可使用任意数量的计算机操作系统且总体地包括计算机可执行指令，其中所述指令可由一个或多个计算装置执行，所述计算装置诸如上面列出的那些。计算机可执行指令可由计算机程序编译或解释，所述计算机程序使用多种广为人知的编程语言和/或技术创建，所述编程语言和/或技术包括不限于，JavaTM、C、C++、Visual Basic、Java Script、Perl等，且可被单独或组合使用。总体而言，处理器(例如，微处理器)从存储器、计算机可读媒体等接收指令，并执行这些指令，由此执行一个或多个过程，包括这里描述的一个或多个过程。这样的指令和其它数据可使用各种已知的计算机可读媒体储存和传输。
计算机可读介质(也称作处理器可读介质)包括参与提供数据(例如，指令)的任何非瞬时(例如，有形的)介质，所述数据可由计算机(例如，由计算机的处理器)读取。这样的介质可采用许多形式，包括但不限于，非易失介质和易失性介质。非易失媒体可包括，例如，光盘或磁盘和其它永久存储器。易失介质可包括，例如，动态随机存储器(DRAM)，其典型地构成主存储器。这样的指令可由一个或多个变速器320介质传输，包括同轴电缆、铜线或纤维光学器件，包括构成耦连至计算机处理器的系统总线的导线。计算机可读介质的常用形式包括，例如，软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、和其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔的模式的任何其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、任何其它存储芯片或盒式存储器，或计算机能读的任何其它介质。
图4-7示出用于在变速器320内的液压部件的压力控制系统的多个示意箱式图，诸如图3中所示的动力系。被示出且描述的用于压力控制系统的多个方案中的每一个都可用于被示出及描述的多个部件中的任一个的操作和控制，包括离合器控制阀385、润滑油调节阀385、管道压力控制阀390、同步器阀395、和可选单向离合器控制阀397。此外，可通过将各种讨论的MEMS装置与其它MEMS装置和金属阀门组合来创建附加的压力控制系统方案。
图4示出压力控制系统的第一方案400，该压力控制系统用于动力系内的液压促动的部件410。第一方案400包括控制调节阀414的先导阀412。调节阀414与先导阀412流体连通。先导阀412包括第一阀416，其产生先导信号。调节阀414被配置为接收先导信号，而调节阀414被配置为输出控制信号，该信号控制液压促动的部件410。
在图4中示出的第一方案400中，第一阀416可包括诸如图1中示出的MEMS微阀100的MEMS装置。调节阀414还可包括诸如基于MEMS的滑阀200的MEMS装置。因此，如在这里描述的，MEMS微阀100可产生先导信号及通过先导阀口120传递到基于MEMS的滑阀200的先导控制的先导腔室220。
返回参考图1和2中示出的示例方法，当图1中示出的MEMS微阀100与基于MEMS的滑阀200组合时，不论是通过将两者直接附连在一起或是通过将先导阀口120和先导腔室220流体地连接，MEMS微阀100作用于基于MEMS的滑阀200以改变到第一加载口228和第二加载口230的流体流动和压力。
与基于MEMS的滑阀200的供流口224和第一加载口228相比，MEMS微阀100中的入口116较小。在组合操作中，MEMS微阀100的梁112打开入口116，且流体流过入口116、第一腔室122、和出口孔124到达出口118。入口116可作为该流经中的附加孔。
由于通过入口116的压力的可能的下降，可能不能使基于MEMS的滑阀200的先导腔室220中的压力达到由高压流体源提供的压力。由于基于MEMS的滑阀的供流口224和第一加载口228的更大的开口，及由此导致的当流体流过这些口时低的压力下降，对立腔室244中的压力可达到比可在先导腔室220中获得的压力更高的压力(达到或接近泵335的输出压力)。然而，由于先导表面216的表面积大于对立表面222的表面积，即使作用在先导表面216上的先导腔室220中的压力小于对立腔室244中的压力，滑块212可仍然向左移动(如图2中的页面上看到的)。
基于MEMS的滑阀200具有三个操作的主要地带或位置：压力增加位置、压力保持位置、和压力下降位置。基于MEMS的滑阀200在图2中被示出处在压力保持位置，使得基于MEMS的滑阀200将压流保持在液压促动的部件410上(载荷)。
如果滑块212被向右移动(如图2中的页面上看到的)，基于MEMS的滑阀200处于压力下降位置。这可当控制处理器340或其它计算装置通过增加供应到促动器114的电流命令MEMS微阀100而关闭时来实现。促动器114的第一和第二肋部132和134膨胀，导致梁112逆时针枢转(弯曲挠性枢轴126)且覆盖入口116的更多部分。通过第一腔室122从入口116到出口118的流动减少。横跨出口孔124的压降也减少。
第一腔室122和先导阀口120中的压力也减少。因为先导阀口120与先导腔室220直接流体连通，这导致作用与滑块212上的力不均衡。作用于先导表面216的减少的力(由于先导腔室中的降落压力)此时小于由于对立腔室244(连接到载荷)中的压力而作用于对立表面222上的不变的力。
该力的不平衡向右(如图2中的页面上看到的)推动基于MEMS的滑阀200的滑块212。板条236因此向右移动，允许承压流体从液压控制的部件410、通过第二加载口230和通过滑块212中的第二开口234的流动。因此，一些流动直接流出箱口226，而一些流动可向上流入箱口226上方的槽，从板条236顶部流过，向下通过第一开口232并流出箱口226。通过该方式，压力从液压控制的部件410被释放且转移至连接到箱口226的低压储液器。
当对立腔室224中的压力(通过第一加载口228作用)充分下降，作用于滑块212上的力推动滑块212向左(如图2中的页面上看到的)移动时，基于MEMS的滑阀200的滑块212将移回到压力保持位置。当力相等时，基于MEMS的滑阀200的滑块212将停止在压力保持位置。因此，在载荷处的压力(如通过第一加载口228和第一加载口230感知的)将与供应到促动器114的电信号(电流)成比例。
为了将基于MEMS的滑阀200移动到压力增加位置中，控制处理器340或另一计算装置可降低通过促动器114的肋部的电流，MEMS微阀100的梁112顺时针枢转以打开入口116的更多部分。这导致先导腔室220中的压力增加，而对立腔室244中的压力保持恒定。由于由此导致的作用于滑块212上的力的不平衡，滑块212向左移动(如图2中的页面上看到的)。如果基于MEMS的滑阀200之前处在压力下降位置，向左的运动将滑动阀212移回到图2中所示的压力保持位置。
如果控制处理器340进一步降低电流且使MEMS微阀100进一步打开，先导腔室220中的压力进一步增加，将基于MEMS的滑阀200的滑块212进一步向左(如图2中的页面上看到的)推动进入到压力增加位置中。板条242向左移动，允许承压流体从供流口224通过滑块212中的第三开口238的流动。从第三开口238，一些流动直接流出第一加载口228，而一些流动可以向上流到连接板242顶部上的槽中，通过第二对立腔室244且流出第一加载口228。以这样的方式，压力从连接到供应口224的高压流体源被引导开，且作用到连接到第一加载口228(例如，液压操作的部件410)的载荷。
由基于MEMS的滑阀200产生的控制信号可具有充足的压力和流体特性以控制液压控制的部件410。由MEMS微阀100产生的先导信号可能不能直接控制液压控制的部件410。
返回参考图4，第一方案400还可包括MEMS压力传感器420，该传感器可被配置为感知来自调节阀414的压力信号的压力分布。控制处理器340或另外的计算装置可被配置为接收来自MEMS压力传感器420的输入及向在先导阀412中的MEMS微阀100提供输出，以响应来自MEMS压力传感器420的输入而调节系统压力。因此，通过MEMS压力传感器420和控制处理器340或另外的计算装置，第一方案400可被配置用于被发送到液压控制的部件410的控制信号的闭环反馈和调节。
液压控制的部件410可以是图3中示出的动力系的部件中的任一个。例如，且不限于，液压控制的部件410可以是一个或多个：离合器控制阀382、润滑油调节阀382、管道压力控制阀390、同步器阀395、和可选单向离合器控制阀397。在动力系的一些实施例中，液压控制的部件410可实际上为两个或多个这些部件。
图5示出压力控制系统的第二方案500，该压力控制系统用于在动力系内的液压控制的部件510。第二方案500包括控制调节阀514的先导阀512。调节阀514与先导阀512流体连通。
先导阀512包括第一阀516，其产生先导信号。然而，不同于图4中所示的第一方案400，在第二方案500中，先导阀512还包括第二阀518，其将先导信号增强或放大为放大的先导信号。调节阀514被配置为接收该放大的先导信号，且调节阀514被配置为输出控制信号，该信号控制液压促动的部件510。
在图5中所示的第二方案500中，第一阀516可包括图1中所示的MEMS微阀100且第二阀518是基于MEMS的滑阀200。因此，如已在此描述的，MEMS微阀100选择性地产生先导信号及通过先导阀口120传递到基于MEMS的滑阀200的先导腔室220。然而，由于第二方案500，基于MEMS的滑阀200的输出是放大的先导信号，该信号随后由调节阀514使用。
在图5所示的第二方案中，调节阀514可包括传统的机械调节阀。通常，传统的机械调节阀是由机械加工工艺生产的调节阀。基于由先导阀512提供的放大先导信号，传统的机械调节阀为液压促动的部件510提供控制信号。
由先导阀512(包括第一阀516和第二阀518两者(基于MEMS的滑阀200))产生的放大先导信号具有充足的压力和流动特性以控制传统的机械调节阀，其可随后控制液压控制的部件510。然而，由先导阀512的第一阀516(MEMS微阀100)产生的先导信号可能不能直接引导传统的机械调节阀或不能直接控制液压控制的部件510。与图4中所示的第一方案400相比，传统的机械调节阀还增加用于控制液压控制的部件510的压力和流动特性。
第二方案500还可包括一个或多个可选的基于MEMS的压力传感器520。当被使用时，MEMS压力传感器520被配置为感知来自先导阀512的放大的先导信号的或来自调节阀514的控制信号的压力分布。在一些实施例中，可仅使用其中一个MEMS压力传感器520。如果被用于感知先导信号的压力分布，MEMS压力传感器520可连同MEMS微阀100和基于MEMS的滑阀200一起被封装到单个预装件中，用于先导阀512。
控制处理器340或另外的计算装置被配置为接收来自其中一个MEMS压力传感器520的输入，及向在先导阀512中的MEMS微阀100提供输出，以响应来自其中一个MEMS压力传感器520的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力传感器520提供被发送到液压控制的部件510的控制信号的闭环反馈和调整。
液压控制的部件510可以是图3中所示的动力系的部件中的任何一个。例如，且不限于，液压控制的部件510可以是以下中的一个：离合器控制阀382、润滑油调节阀385、管道压力控制阀390、同步器阀395、和可选单向离合器控制阀397。在动力系的一些实施例中，液压控制的部件510可实际上为两个或更多这些部件。第一方案400和第二方案500中的每一个可以与动力系的部件的任一个一起使用。
图6示出用于压力控制系统的第三方案600，该压力控制系统用于动力系内的液压促动的部件610。第三方案600包括先导阀612，其控制调节阀614。调节阀614与先导阀612流体连通。
先导阀612包括第一先导阀616，其产生先导信号。调节阀614被配置为接收该先导信号，且调节阀614被配置为输出控制信号，该控制信号控制液压促动的部件610。
在图6所示的第三方案中，第一阀616可包括图1中所示的MEMS微阀100，但不存在类似于512的先导阀的第二阀。因此，不同于图4中示出的第一方案400和图5中示出的第二方案500，MEMS微阀100将先导信号直接传递到调节阀614，该调节阀可包括小型机械滑阀。
通常，小型机械滑阀是由机械加工工艺生产的调节阀，但具有比传统机械调节阀更小的尺寸。基于由先导阀612提供的(未放大的)先导信号，小型机械滑阀为液压促动的部件610提供控制信号。与在图5中示出的第二方案500中使用的传统机械调节阀相比，小型机械滑阀，示例性地位于传统机械调节阀的尺寸的一半的量级。
由先导阀612(仅包括MEMS微阀100)产生的先导信号可具有足够的压力和流动特性以控制用于调节阀614的小型机械滑阀，但可能不能直接控制在第二方案500中使用的常规的机械调节阀。小型机械滑阀可随后控制液压控制的部件610。然而，取决于响应时间及流动和压力需要，先导阀612可用于控制上述的常规的机械调节阀。
第三方案600还包括一个或多个可选的MEMS压力传感器620。MEMS压力传感器620也是可选的。当被使用时，MEMS压力传感器620被配置为感知来自先导阀612的先导信号的和来自调节阀的控制信号的压力分布。在大多数配置中，只有其中一个MEMS压力传感器620将被使用。如果用于感知先导信号的压力分布，MEMS压力传感器620可连同MEMS微阀100一起被封装到单一预装件中，用于先导阀612。
控制处理340或其它计算装置，诸如发动机控制单元350，被配置为从MEMS压力传感器620中的一个接收输入，且向在先导阀612中的MEMS微阀100提供输出，以响应来自其中一个MEMS压力传感器620的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力传感器620提供被发送到液压控制的部件610的控制信号的闭环反馈和调整。
液压控制的部件610可以是图3中示出的动力系的部件中的任一个。例如，且不限于，液压控制的部件610可以是以下中的一个：离合器控制阀382、润滑油调节阀385、管道压力控制阀390、同步器阀395、和可选单向离合器控制阀397。在动力系305的一些实施例中，液压控制的部件610可实际上为两个或更多这些部件。第一方案400、第二方案500、和第三方案600中的每一个可以和动力系的部件中的任一个一起使用。
图7示出用于压力控制系统的第四方案，该压力控制系统用于动力系内的液压促动的部件710。第四方案700包括先导阀712，其控制调节阀714。调节阀714与先导阀712流体连通。
先导阀712包括第一阀716，其产生先导信号。与图5中示出的第二方案500类似，先导阀712还包括第二阀718，其将先导信号增强或放大到放大的先导信号。调节阀714又被配置为接收该放大的先导信号，且调节阀714被配置为输出控制信号，该控制信号控制液压促动的部件710。
在图7中示出的第四方案700中，第一阀716可包括图1中示出的MEMS微阀100。然而，第二阀718可包括小型机械滑阀。在图7中示出的第四方案700中，调节阀714又是传统机械调节阀。基于由先导阀712提供的放大的先导信号，传统机械调节阀为液压促动的部件710提供控制信号。
因此，如已在这里描述的，MEMS微阀100方案性地产生先导信号且通过先导阀口120传递到基于MEMS的滑阀200的先导腔室220。然而，由于第四方案700，小型机械滑阀的输出是放大的先导信号，该信号随后被调节阀714使用。在第四方案700中，小型机械滑阀类似于基于MEMS的滑阀200起作用，该滑阀200被用作图5中示出的第二方案500中的第二阀518。然而，用作第四方案700的第二阀718的小型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至少大一百倍。
由先导阀712(包括第一阀716和第二阀718两者)产生的放大的先导信号可具有足够的压力和流动特性，以控制传统机械调节阀，该传统机械调节阀随后控制液压控制的部件710。然而，由第一阀716单独(MEMS微阀100)产生的先导信号可能不能直接引导传统机械调节阀或直接控制液压控制的部件710。传统机械调节阀进一步增加用于控制液压控制的部件710的压力和流动特性。然而，取决于响应时间及流动和压力需要，先导阀712可用于控制上述的传统机械调节阀。
第四方案700还可包括一个或多个MEMS压力传感器720。MEMS压力传感器720也是可选的。然而，当被使用时，MEMS压力传感器720被配置为感知来自先导阀712的先导信号或来自调节阀714的控制信号的压力分布。在大多数配置中，仅其中一个MEMS压力传感器720将被使用。
控制处理器340或其它计算装置，诸如发动机控制单元350，被配置为从其中一个MEMS压力传感器720接收输入且向先导阀712中的MEMS微阀100提供输出，以响应来自MEMS压力传感器720的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力传感器720提供被发送到液压控制的部件710的控制信号的闭环反馈和调节。
液压控制的部件710可以是图3中示出的动力系的部件中的任何一个。例如，且不限于，液压控制的部件710可以是以下中的一个或多个：离合器控制阀382、润滑油调节阀385、管道压力控制阀390、同步器阀395、和可选单向离合器控制阀397。在动力系的一些实施例中，液压控制的部件710可以实际上为一个或多个这些部件。第一方案400、第二方案500、第三方案600、和第四方案700中的每一个可与动力系的部件中的任一个一起使用。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的各种替换设计和实施例。
相关申请的交叉引用
本申请要求申请号为61/393,385，申请日为2010年10月15日的美国临时专利申请以及申请号为13/167195，申请日为2011年6月23号美国专利申请的权益，其被全文引用合并于此。

Claims (11)

1.一种混合动力车辆中的动力系系统，包括：
变速器，其被配置为从发动机和马达中的至少一个接收扭矩；
所述变速器具有液压装置；
先导阀，其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及被配置为促动；和调节阀，其可操作地连接到先导阀和液压装置且被配置为基于先导阀的促动而将流体引导到液压装置。
2.如权利要求1所述的动力系系统，其中，所述先导阀的基于MEMS的装置包括基于MEMS的压差促动阀。
3.如权利要求2所述的动力系系统，其中，所述先导阀还包括基于MEMS的调节阀。
4.如权利要求1所述的动力系系统，其中，所述液压装置包括离合器控制阀、润滑油调节阀、管道压力控制阀、同步器阀、和可选单向离合器控制阀中的至少一个。
5.如权利要求1所述的动力系系统，其进一步包括压力传感器，所述压力传感器被可操作地布置在所述先导阀和所述液压装置之间。
6.如权利要求5所述的动力系系统，其中，所述压力传感器包括基于MEMS的压力传感器。
7.一种车辆，包括：
发动机，其被配置为产生扭矩；
马达，其被配置为产生扭矩且向所述发动机提供扭矩；
其中，所述发动机还被配置为向所述马达提供扭矩；
变速器，其被配置为从发动机接收扭矩；和
离合器组件，其被可操作地布置在所述发动机和所述变速器之间，且被配置为从发动机向变速器传送扭矩；
其中，所述变速器包括液压装置，该液压装置可操作地连接到先导阀和调节阀，且其中，所述先导阀包括至少一个基于微机电系统(MEMS)的装置。
8.如权利要求7所述的车辆，其中，所述先导阀的基于MEMS的装置被配置为实现促动，且其中，所述调节阀被配置为基于先导阀的促动将流体引导到液压装置。
9.如权利要求7所述的车辆，其中，所述调节阀包括基于MEMS的装置。
10.如权利要求9所述的车辆，其中，所述先导阀的基于MEMS的装置包括基于MEMS的压差促动阀。
11.如权利要求9所述的车辆，其中，第二个基于MEMS的装置包括基于MEMS的滑阀。
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