CN102563047B - 用于齿式离合器的动力传动系压力和流动控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于齿式离合器的压力和流动控制系统，其包括导阀、调节阀和选择器。导阀被配置为产生引导信号，且包括第一阀，所述第一阀为MEMS微阀。调节阀和导阀成流体连通，且被配置为接收引导信号。调节阀被进一步配置为输出控制信号。选择器被配置为响应于控制信号接合或脱开齿式离合器。

Description

用于齿式离合器的动力传动系压力和流动控制系统
技术领域
本公开涉及动力传动系、变速器、和这两者的受液压控制的部件。
背景技术
机动车动力传动系可包括变速器，以将动力和扭矩从发动机传输至车辆输出部(轮轴或车轮)。混合动力的动力传动系可包括多个主原动机(primarymover)，包括内燃发动机或可替换的动力源，诸如一个或多个与能量存储装置耦连的电动机。当动力传动系装备有额外的主原动机(诸如电动机)时，变速器也可将扭矩和动力从电动机传输出，以为车辆提供牵引力。变速器的固定齿轮比或速度比允许发动机在向动力传动系提供宽范围的输出速度的同时在窄的速度范围内运行。
变速器的不同档位或运行模式提供了不同、可选择的速度比或齿轮比，以及不同水平的扭矩倍率。改变变速器的速度比总体地改变了输入速度和输出速度的比，且改变了输入和输出之间的扭矩倍率。速度比的选择可通过受控于一个或多个液压阀的液压构件的促动而进行。通过这些阀调节或提供的液压压力和流动能选择请求的速度比。
发明内容
本发明提供了液压齿式离合器(dog clutch)的压力以及流动控制系统。压力以及流动控制系统包括导阀、调节阀以及选择器。导阀包括第一阀，且被配置为产生引导信号。第一阀是微机电系统(MEMS)微阀。调节阀和导阀流体连通。该调节阀被配置为接收来自导阀的引导信号，且被配置为输出控制选择器的控制信号。
调节阀可为基于MEMS的滑阀，或是小机械滑阀。导阀还可包括第二阀，且调节阀可为超过机械调节阀。该第二阀可为基于MEMS的滑阀，或是小机械滑阀。
选择器可被配置为响应于开/关信号接合或脱开齿式离合器。来自调节阀的控制信号可被配置为开/关信号。此外，开/关阀可被布置在调节阀和选择器之间，且开/关阀可被配置为将控制信号转换成开/关信号。
当结合附图时，本发明的上述特征以及优势，以及其他特征和优势在下文中关于一些较佳实施例或其他用于执行所述发明的详尽描述中变得明显，所述发明如在所述权利的要求书中限定的一样。。
附图说明
图1是微机电系统(MEMS)微阀促动器的示意性横截面图；
图2是MEMS滑阀的示意性截面图，其可被单独使用或结合图1中示出的MEMS微阀促动器一起使用；
图3A是包括具有至少一个同步齿式离合器的变速器的动力传动系的示意图，所述同步齿式离合器中可结合入一个或多个压力/流动控制系统；
图3B示出了受控于选择器叉部的同步齿式离合器的示意性等轴测视图，其可被合并入图3A中使用的变速器300；
图3C是受控于轴向活塞的同步齿式离合器的部分切开、分解等轴测视图，其可被合并入图3A中示出的变速器300中；
图4是用于动力传动系内受液压控制部件的压力/流动控制系统的第一方案的示意性框图；
图5是用于动力传动系内受液压控制的部件的压力/流动控制系统的第二方案的示意性框图；
图6是用于动力传动系内受液压控制的部件的压力/流动控制系统的第三方案的示意性框图；和
图7是用于动力传动系内受液压控制的部件的压力/流动控制系统的第四方案的示意性框图。
具体实施方式
参见附图，几幅图中相同的附图标记指示相同的部件。图1显示了微机电系统(MEMS)微阀促动器100示意性截面图。如本文所述，MEMS微阀100可用于通过控制流体的压力或流动而对一个或多个液压部件(例如在变速器中的液压部件)施加液压控制。所示的MEMS微阀100仅是MEMS装置的一种类型，其可用作液压部件和其他部件的控制阀或控制促动器，如本文所述的。MEMS微阀100也可称作压差促动器或导向促动阀(pilot directactuating valve：PDA)。
尽管参照汽车应用详细描述了本发明，但是本领域技术人员应意识到本发明更广泛的应用。本领域技术人员应意识到术语“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可被认为是实体较小的具有微米范围尺寸特征的一类系统。MEMS系统既具有电部件又具有机械部件。MEMS装置通过微加工工艺制造。术语“微加工”通常是指通过包括修改集成电路(计算机芯片)制造技术(如化学蚀刻)在内的工艺和材料(如硅半导体材料)进行的三维结构和运动部件的制造。本文所用的术语“微阀(microvalve)”通常是指具有微米范围尺寸特征的阀，且由此按照该定义，其至少部分地通过微加工形成。本发明所用的术语“微阀装置”是包括微阀的装置，且可包括其他部件。MEMS装置可以与其他MEMS(微加工)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，如通过机加工过程制造的。
参见图1，MEMS微阀100包括壳体或本体110。MEMS微阀100用多个材料层形成，如半导体晶片。本体110也可用多个层形成。例如，且并不是限制性地，所示的横截面部分可以是从MEMS微阀100的中间层截取的，还存在位于中间层的后面和前面(相对于图1的视图而言)的两个其他层。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，这些层中每一个通常被认为是本体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将进入端口116和排出端口118之间的流体流动改变。通过改变进入端口116和排出端口118之间的流体流动，MEMS微阀100改变引导端口(pilot port)120中的压力。如本文所述，引导端口120可连接到额外的阀或装置，以便通过引导信号(pilot signal)实现其液压控制，该引导信号基于通过引导端口120通讯的压力和流动而变化。
进入端口116连结到高压流体源，如泵(未示出)。排出端口118连结到低压贮存器、液槽或流体返回器(未示出)。出于本说明的目的，排出端口118可认为处在环境压力下，且在MEMS微阀100中作为地状态或零状态。
梁112以在图1所示的第一位置和第二位置(未示出)之间及无数中间位置上以连续可变的方式运动。在第一位置，梁112没有完全阻挡进入端口116。但是，在第二位置，梁112阻挡进入端口116以基本上防止所有来自高压流体源的流动。
第一腔室122与进入端口116和排出端口118二者流体连通。但是，排出端口118和第一腔室122(以及还与进入端口116)之间的连通受到排出孔口124的限制。通过排出孔口124的高压力或快速流体流动造成在第一腔室122和排出端口118之间建立压差。
梁112通过挠性枢轴(flexure pivot)126可枢转地安装到本体110的固定部分。梁112的与挠性枢轴126相对的部分是可动端128，该端可向上和向下运动(如在图1中观察)，以选择性地且可变地覆盖和打开进入端口116。
当梁112处于第二位置时，其允许从进入端口116到第一腔室122的几乎很小的流动或没有流动。第一腔室122中的任何加压流体通过排出孔口124流到排出端口118。在MEMS微阀100的梁112朝向第一(打开)位置运动时，进入端口116逐渐打开，允许流体快速地从进入端口116流入到第一腔室122。在流体流过排出孔口124时快速流动的流体不能都通过排出孔口124排出并造成压差的形成，使得第一腔室122中的压力升高。
在进入端口116进一步打开到第一位置(如图1所示)时，流体逐渐地更快地流过排出孔口124，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，其允许从进入端口116到第一腔室122的更大的流动。因此，通过控制从进入端口116流过第一腔室122和排出孔口124而到排出端口118的流量而控制第一腔室122中的压力。梁112的位置控制来自进入端口116的流体的流量，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，其附接到梁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134具有第一端和第二端，该第一端附接到细长脊130的第一侧，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。
细长脊130、第一肋132、和第二肋134用相同的材料形成且在某一点处连接到本体110，但是配置为允许细长脊130的相对运动。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134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(加长)和收缩(缩短)。电触点(未示出)适于连接到电源，以供应流过第一肋132和第二肋134的电流，以使得第一肋132和第二肋134热膨胀。
促动器114适于受到电子控制单元(ECU)或其他可编程装置(图1中未示出)的控制，其对第一肋132和第二肋134供应变化的电流。在第一肋132和第二肋134由于足够的电流而膨胀时，细长脊130向下运动、滑动或伸展(如在图1中观察)，使得梁112沿基本逆时针的方向旋转时。梁112的最终运动使得可动端128向上运动(如在图1中观察)并逐渐地阻挡进入端口116的更多部分。
在流体排出到排出端口118时，将进入端口116关闭以允许更少的(且最终没有)流体流入第一腔室122，减少其中的压力。一旦进入端口116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)，使得梁112基本沿顺时针方向旋转。梁112的最终运动使得可动端128向下运动(如在图1中观察)且逐渐打开进入端口116的更多部分。
在流体流动超过排出端口118从第一腔室122排放流体的能力时，打开进入端口116允许更多的流体流入到第一腔室122，增加其中的压力。一旦进入端口116实质上打开，则MEMS微阀100处在第一位置(如图1所示)，且相对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MEMS或基于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(MEMS)的装置可包括具有一个或多个通过集成电路技术(例如在硅晶片上蚀刻)制造的电子元件和一个或多个通过微加工工艺(例如形成微米范围尺寸的结构和运动部件)制造的机械元件的任何装置。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、构造或实施方式中，基于MEMS的装置可包括具有微米范围尺寸的其他元件，如电磁场促动器，压电放大器，热促动器，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，存在位于中间层之前和之后(相对于图2中的视图)的两个其他层。
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(如在图2中观察)。滑动件212通过受引导的表面(piloted surface)216上的流体压力促动，其与空腔214的受引导的腔室220流体连通。受引导的腔室220中压力的选择性改变能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基本是T形的，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(countersurface)222。空腔214还基本是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。端口包括供应端口224，其适于连接到高压流体源，如传动泵(transmission pump)(未示出)。供应端口224可以连接到与图1所示的MEMS微阀100的进入端口116相同的高压流体源。本体210还限定出箱端口(tank port)226，其连接到低压贮存器或流体返回器(未示出)。箱端口226可连接到与图1所示的MEMS微阀100的排出端口118相同的低压流体源。
第一载荷端口228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228和第二载荷端口230设置在供应端口224的相对侧。第一载荷端口228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经液压操作的部件，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228和箱端口226相对的上表面上。额外的槽道有助于平衡滑动件212上作用的力。
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226上方的槽道并通过箱端口226处的压力而使得流体体积均等，将滑动件212上垂直方向(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允许或防止第二载荷端口230和箱端口226之间的流动，取决于滑动件212的位置。在所示的位置，腹板236防止第二载荷端口230和箱端口226之间的流动。当腹板236运动到右方(如在图2中观察)，第二载荷端口230和箱端口226之间的流体路径打开，将存在于第二载荷端口230处的任何压力导通到连接于箱端口226的低压力贮存器。
通过第一载荷端口228处的压力穿过滑动件212的第三开口238允许第一载荷端口228上方槽道中的流体体积均一，其使得滑动件212上垂直方向(进出图2所示的视图)作用的力平衡。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240防止供应端口224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242允许或防止供应端口224和第一载荷端口228之间的流动，这取决于滑动件212的位置。在所示的位置，腹板242防止供应端口224和第一载荷端口228之间的流动。当滑动件212运动到左方(如在图2中观察)，流体路径打开于供应端口224和第一载荷端口228之间，将加压流体提供到连接于第一载荷端口228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。对向腔室(counter chamber)244被限定在空腔214的相对壁和反向表面222之间。对向腔室244与第一载荷端口228总是流体连通。此外，两个空间246和248可被限定在形成滑动件212的T形板的相应一对肩部和T形空腔214的肩部之间。空间246和248与箱端口226总是连通。以此方式，防止滑动件212的液压锁定。
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和对向腔室244中的压力相等时，作用在滑动件212上的最终未平衡的净力将促使滑动件212向左运动(如在图2中观察)。
在基于MEMS的滑阀200和滑动件212内示出的端口和开口的精确配置并不是必须的。基于MEMS的滑阀200被配置为接收相对较小的引导信号(诸如来自MEMS微阀100的引导信号)，且向载荷输出较强的信号(用于控制或进一步进行引导)。当说到流体信号(诸如由基于MEMS的滑阀200接收的引导信号)时，该术语可小范围地通常是指相对较小流体体积的流动。因此，基于MEMS的滑阀200放大了引导信号，并允许引导信号控制或引导一些装置，该装置与由引导信号独自提供的流动或压力相比需要更高的流动或更高的压力。
现在参照图3A、图3B和图3C，且继续参照图1-2，示出有变速器300的元件，所述变速器可包括一些本文所述的流体压力/流动控制系统。图3A示出了具有齿式离合器(dog clutch：爪形离合器)机构310的变速器300的示意图。
图3B示出了同步齿式离合器330的示意性等轴测视图，所述离合器可被用于图3A中示出的变速器300的齿式离合器机构310中。用于同步齿式离合器330的选择器是选择器叉部(fork)332。图3C示出了同步齿式离合器350的示意性的部分切去、分解等轴测视图，其可用在图3A所示的变速器300的齿式离合器机构310中。同步齿式离合器350的选择器是轴向活塞352。
齿式离合器机构(更具体地，同步齿式离合器330和同步齿式离合器350)可受控于压力/流动控制系统312。压力/流动控制系统312的方案被示出在图4-7中。一个或多个附加的压力/流动控制系统312可被合并入变速器300或齿式离合器机构310中。
变速器300将扭矩从发动机(未示出)传输至诸如最终驱动部或差动器这样的车辆输出部(未示出)。通过选择齿轮比(gear ratio)或运行模式，变速器300改变耦连至发动机的变速器输入构件314和耦连至车辆输出部的变速器输出构件316之间的速度比以及扭矩倍率。变速器300可为双离合变速器(dual-clutch transmission：DCT)、手动变速器、自动-手动变速器、自动变速器、或混合动力变速器。
一个或多个齿式离合器机构310被用于选择变速器300的不同的齿轮比。控制器318可使用压力/流动控制系统312控制齿式离合器310的促动，以接合变速器300的速度比的运行模式选择。齿式离合器机构310也被用于分动箱(transfer case)、四轮驱动选择、或其他需要选择性地耦连两个或多个旋转轴或部件的情形。
控制器318可包括多个装置，且可包括分布式控制器架构，诸如基于微处理器的电子控制单元(ECU)。控制器318可包括一个或多个具有存储介质的构件以及适当数量的可编程存储器，所述存储器能够存储以及执行一个或多个算法或方法，以实施对变速器300或其部件的控制。此外，控制器318可被配置为提供可选择性地且可变地促动图1中示出的MEMS微阀100的电流。
变速器300可包括润滑剂调节阀(未示出)，其被用于控制用于润滑变速器300的液压流体的流动。润滑剂调节阀也可控制用于冷却变速器300的液压流体的流动。变速器300也可包括被配置为对变速器300内液压流体的基本压力进行控制的管线压力控制阀(未示出)。管线压力控制阀提供了从泵至变速器300的许多部件的相符合的加压流体。
如图3B和3C所示，齿式离合器机构310可包括不同种类的扭矩传输机构，诸如图3B中示出的同步齿式离合器330以及图3C中示出的同步齿式离合器350。总体地，齿式离合器提供了两个旋转构件之间的无打滑耦连以及扭矩传输。和摩擦板式离合器不同，例如齿式离合器并非用于滑动接合(slipping engagement)。
取决于变速器300的种类以及与其相互作用的旋转构件，图3A中示出的齿式离合器机构310可为同步齿式离合器300、同步齿式离合器350、或另一种齿式离合器机构。在每一种示出的配置中，齿式离合器310可受控于压力/流动控制系统312，以及本文参照图4-7描述的压力/流动控制系统312的任一方案。
现在参照图3B，同步齿式离合器330使用选择器叉部332，以选择性地将齿式输入部334耦连至齿式输出部336。齿式输入部334和齿式输出部336关于图3B中示出的构造中的共用轴线旋转。通过互相啮合的成组的齿(犬齿式的)实现同步齿式离合器330的接合，所述一组齿与齿式输入部334以及齿式输出部336一起旋转。
总体地，在同步齿式离合器330的接合之前，齿式离合器机构330将卸载，以使得其不承担横跨同步齿式离合器330的显著量的扭矩。但是，为了促进接合，齿式输入部334和齿式输出部336会需要以大致相同的速度旋转。同步器338(也被称作同步啮合器)被附连至选择器叉部332，且在最终接合之前使得齿式输入部334以及齿式输出部336达到大致相同的旋转速度。
同步器338在齿式输入部334和齿式输出部336被同步或对齐之前允许有限的滑动接合。这可通过同步器338内锥体(cone)的渐进摩擦接合而实现。随着同步器338的锥体发生接触，摩擦力将使得齿式输入部334和齿式输出部336的旋转达到大致相同的速度，以使得齿式输入部334和齿式输出部336同步。
选择器叉部332通过叉部活塞340而沿齿式输入部334和齿式输出部336的共用轴线促动。叉部活塞340和压力/流动控制系统312流体连通。取决于叉部活塞340和选择器叉部332的配置，同步齿式离合器330的接合或脱开可响应于叉部活塞340内的增加的压力而发生。同步齿式离合器330可包括回复弹簧(未示出)，以抵抗由叉部活塞340内升高的压力造成的运动。可替换地，叉部活塞340可被配置为通过选择性地对叉部活塞340内的相对腔室加压以使得选择器叉部332沿相反方向运动而实现接合或脱开。此外，替代简单地将齿式输出部336接合或脱开齿式输入部334，同步齿式离合器330可被用来选择性地将齿式输入部334耦连至两个或多个不同的齿式输出部中的一个。
由于同步齿式离合器330总体地不被用于长时间的滑动接合，可通过开/关信号，而不是经调节的信号，实现对叉部活塞340的控制。为了提供所述开/关信号，叉部活塞340可被耦连至开/关阀(未示出)，或压力/流动控制系统312可被配置为直接提供开/关信号。
现在参加图3C，同步齿式离合器350使用轴向活塞352，以选择性地将齿式输入部354机械式地耦连至齿式输出部356。齿式输入部354和齿式输出部356关于图3C中示出的构造中共用轴线旋转。同步齿式离合器350通过互相啮合的成组的齿(犬齿式的)实现接合，所述齿和齿式输入部354以及齿式输出部356一起旋转。
总体地，在同步齿式离合器350接合之前，齿式离合器310将卸载，以使得其不承受横跨同步齿式离合器350的显著数量的扭矩。但是，为了促进接合，齿式输入部354和齿式输出部356可能需要以大致相同的速度旋转。同步器358(未示出)被布置在齿式输入部354和齿式输出部356之间，且可包括多个构件。当轴向活塞352被促动时，同步器358将齿式输入部354和齿式输出部356在最终接合之前带动至大致相似的旋转速度。
同步器358可在齿式输入部354和齿式输出部356被同步或对齐之时允许一些滑动接合。这可通过同步器358内的锥体的渐进摩擦接合来实现。随着同步器358的锥体发生接触，摩擦力将齿式输入部354和齿式输出部356的旋转带动至大致相同的速度，以使得齿式输入部354和齿式输出部356同步。
轴向活塞352通过作用于轴向活塞352上的流体压力而沿齿式输入部354和齿式输出部356的共用轴线促动。取决于轴向活塞352的配置，同步齿式离合器350的接合或脱开可响应于从相邻的腔室(未示出)传输至轴向活塞352的压力的增加而发生。同步齿式离合器350可包括回复弹簧(未示出)，以抵抗由轴向活塞352上的压力的增加造成的移动。
由于同步齿式离合器350总体地不被用于长时间的滑动接合，可通过开/关信号，而不是受调节的信号，实现对轴向活塞352的控制。为了提供所述开/关信号，轴向活塞352可被耦连至开/关阀(未示出)，或压力/流动控制系统312可被配置为直接提供开/关信号。
现在参见图4-7，并继续参照图1-3C，示出了用于齿式离合器的压力/流动控制系统的方案的示意性框图，所述齿式离合器诸如图3A中示出的齿式离合器机构310、图3B中示出的同步齿式离合器330、和图3C中示出的同步齿式离合器350。所示出且描述的多个压力/流动控制系统方案的每一个都可被用于齿式离合器机构310的操作和控制。每一个方案都可被带入图3A中示意性地示出的压力/流动控制系统312中，以控制齿式离合器310，以及更具体地，控制同步齿式离合器330以及同步齿式离合器350。
图4示出了用于变速器300内的经液压促动的部件410的压力/流动控制系统的第一方案400。第一方案400包括控制调节阀414的导阀412。调节阀414和导阀412流体连通。导阀412包括产生引导信号的第一阀416。调节阀414被配置为接收引导信号，而调节阀414被配置为输出用于控制经液压促动的部件410的控制信号。
受液压控制的部件410可为图3B和3C中分别示出的同步齿式离合器330以及同步齿式离合器350中的任一个。示例而非限制性地，来自调节阀414的控制信号可被直接发送至叉部活塞340或轴向活塞352。可替换地，来自调节阀414的控制信号可被发送至开/关阀，其中该控制信号在被发送至叉部活塞340或轴向活塞352之前被转换成开/关信号。在任一示出的配置中，接合和脱开都基于来自调节阀414的控制信号而被控制，所述控制信号响应于来自导阀412产生的引导信号而产生。
在图4所示的第一方案400中，第一阀416可包括图1所示的MEMS微阀100，且调节阀414可包括基于MEMS的滑阀200。因此，如本文所述的，MEMS微阀100产生引导信号并通过引导端口120通讯到基于MEMS的滑阀200的经引导的腔室220。
图1和2中所示，当MEMS微阀100与基于MEMS的滑阀200组合时，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，MEMS微阀100作用在基于MEMS的滑阀200上，以改变去到第一载荷端口228和第二载荷端口230的流体流动和压力。
MEMS微阀100中的进入端口116与基于MEMS的滑阀200的供应端口224和第一载荷端口228相比较小。在组合的操作中，MEMS微阀100的梁112打开进入端口116，且流体流过进入端口116、第一腔室122、和排出孔口124，流到排出端口118。进入端口116可在该流动路径中用作额外的孔口。
由于通过进入端口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的压力达到通过高压流体源提供的压力。由于基于MEMS的滑阀200的第一载荷端口228和供应端口224的较大开口以及当流体流过这些端口时最终的低压力降，与可在受引导的腔室220中获得的压力相比，对向腔室244中的压力可获得更高的压力(处在或接近泵出口压力)。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，所以即使受引导的腔室220作用在受引导的表面216上的压力小于对向腔室244中的压力，滑动件212仍可向左运动(如在图2中观察)。
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。基于MEMS的滑阀200显示在图2中处于压力保持位置，从而基于MEMS的滑阀200在经液压促动的部件410上保持加压流体(载荷)。
如果滑动件212向右运动(如在图2中观察)，则基于MEMS的滑阀200处于压力下降位置。这可以在控制器318通过增加供应到促动器114的电流而对MEMS微阀100发出命令以进行关闭时实现。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)并覆盖进入端口116的更多部分。通过第一腔室122从进入端口116到排出端口118的流动减少。排出孔口124上存在压力降减小。
示出的MEMS微阀100默认处于打开位置，其可被称作“常高”或“常开”阀。可替换地，MEMS微阀100可被配置为通过降低提供至促动器114的电流来关闭，以使得MEMS微阀100默认处于关闭位置，这可被称作“常低”或“常关”阀。
第一腔室122和引导端口120中的压力也减小。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。在受引导表面216上的减小的力(由于受引导的腔室220中下降的压力造成的)小于由于对向腔室244中的压力而作用在反向表面222上的未改变力(连接到载荷)。
力的不平衡性促使基于MEMS的滑阀200的滑动件212向右运动(如在图2中观察)。腹板236由此向右运动，允许来自受液压控制的部件410的加压流体的流过第二载荷端口230并流过滑动件212中的第二开口234。由此，一些流动直接流出箱端口226，而一些流动向上流入箱端口226上方的槽道，在腹板236的顶部上方，向下流过第一开口232并流出箱端口226。以此方式，压力从受液压控制的部件410释放并通向连接到箱端口226的低压力贮存器。
当对向腔室244中的压力(通过第一载荷端口228作用)下降从而作用在滑动件212上的力使滑动件212向左运动(如在图2中观察)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，载荷下的压力(通过第一载荷端口228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，控制器318降低流过促动器114的肋的电流，且MEMS微阀100的梁112顺时针枢转，以打开进入端口116的更多部分。这造成受引导腔室220中压力的增加，而对向腔室244中的压力保持恒定。由于作用在滑动件212上的力的最终不平衡性，滑动件212向左运动(如在图2中观察)。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如图2所示的压力保持位置。
如果控制器318进一步降低电流且使得MEMS微阀100进一步打开，则受引导的腔室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(如在图2中观察)到压力增加位置。腹板242向左运动，允许加压流体从供应端口224流过滑动件212中的第三开口238。从该第三开口238，一些流动直接流出第一载荷端口228，同时一些流动可流到腹板242顶部上方的槽道中，流过第二对向腔室244并流出第一载荷端口228。以此方式，压力从连接到供应端口224的高压流体源引出并施加到连接于第一载荷端口228的载荷(例如经液压操作的部件410)。
由基于MEMS的滑阀200产生的控制信号可具有足够的压力以及流动特性，从而以相对较短的响应时间来控制受液压控制的部件410。可替换地，由MEMS微阀100产生的引导信号可能能够不通过放大而直接控制受液压控制的部件410。但是，使用MEMS微阀100直接控制受液压控制的部件410的响应时间与和基于MEMS的滑阀200或另外的放大阀(通过流动的增加)结合使用时相比会相对较慢。
还如图4所示，第一方案400还包括MEMS压力换能器420。MEMS压力换能器420是可选的。但是，当使用时，MEMS压力换能器420配置为感测来自调节阀414的控制信号的压力情况(pressure profile)。控制器318或其他控制装置可配置为接收来自MEMS压力换能器420的输入并将输出提供到导阀412中的MEMS微阀100，以响应于来自MEMS压力换能器420的输入而调节系统压力。因此，通过MEMS压力换能器420和控制器318，第一方案400可配置为对发送到受液压控制部件410的控制信号进行闭环反馈和调节。可替换地，由于齿式离合器机构310可使用开-关促动，所以MEMS压力换能器420可被用来确定打开压力(on pressure)是否已经达到液压移动和保持选择器叉部332或轴向活塞352所需要的水平。
图5示出了变速器300内的经液压促动的部件510的压力/流动控制系统的第二方案500。该第二方案500包括用于控制调节阀514的导阀512。调节阀514和导阀512流体连通。
导阀512包括第一阀516，该第一阀产生引导信号。但是，与图4所示的第一方案400不同，在第二方案500中，导阀512还包括第二阀518，其将引导信号增加(step up)或放大为经放大的引导信号。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，该控制信号控制经液压促动的部件510。
在图5中示出的第二方案500中，第一阀516可包括图1中示出的MEMS微阀100，而第二阀518可包括基于MEMS的滑阀200。因此，如本文处已经描述过的，MEMS微阀100选择性地产生引导信号，且通过引导端口120通讯到基于MEMS的滑阀200的受引导的腔室220。但是，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，其可继而被调节阀514所使用。
在图5中示出的第二方案500中，调节阀514为常规机械调节阀。总体地，常规机械调节阀为由机械加工工艺制成的调节阀，这和用来制造基于MEMS的装置的微加工工艺不同。基于由导阀512提供的经放大引导信号，常规机械调节阀提供用于经液压促动部件510的控制信号。
由导阀512(包括第一阀516和第二阀518两者)产生的经放大的引导信号可具有足够的压力和流动特性，以控制常规机械调节阀，其随后控制受液压控制的部件510。但是，由导阀512的第一阀516(MEMS微阀100)所产生的引导信号将可能不能直接引导常规机械调节阀而不延迟响应时间。尽管MEMS微阀100可能能够直接控制受液压控制的部件510，响应时间可能会由于受限的经过MEMS微阀100的流动而被限制。和图4中示出的第一方案400相比，常规机械调节阀还增加了用于控制受液压控制的部件510的压力和流动特性。
类似于图4所示的第一方案，第二方案500还可包括一个或多个可选的MEMS压力换能器520。但是，当使用时，MEMS压力换能器520配置为感测来自导阀512的经放大的引导信号的压力情况或来自调节阀514的控制信号的压力情况。在大多数构造中，将使用MEMS压力换能器520中的仅一个。如果用于感测引导信号的压力情况，则MEMS压力换能器520可与MEMS微阀100和用于导阀512的基于MEMS的滑阀200一起封装到一个封装结构中。
控制318或其他控制装置配置为接收来自MEMS压力换能器520中的一个或多个的输入和提供输出到导阀512中的MEMS微阀100，以响应于来自MEMS压力换能器520的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力换能器520对发送到受液压控制的部件510的控制信号提供闭环反馈和调节。
受液压控制的部件510可为图3B和3C中分别示出的同步齿式离合器330和同步齿式离合器350中的一种。示例而非限制性地，来自调节阀514的控制信号可被直接发送至叉部活塞340或轴向活塞352。可替换地，来自调节阀514的控制信号可被发送至开/关阀，其中控制信号在被发送至叉部活塞340或轴向活塞352之前被转换成开/关信号。在任一种示出的配置中，接合和脱开可取决于来自调节阀514的控制信号而被控制，所述控制信号响应于来自导阀512的经放大的引导信号被产生。
图6示出了用于变速器300内经液压促动的部件610的压力/流动控制系统的第三方案600。第三方案600包括控制调节阀614的导阀612。调节阀614和导阀612流体连通。
导阀612包括产生引导信号的第一阀616。调节阀614被配置为接收引导信号，而调节阀614被配置为控制经液压促动的部件610的控制信号。
在图6中示出的第三方案600中，第一阀616可包括图1中示出的MEMS微阀100，但没有额外的用来形成导阀612的阀。因此，和图4中示出的第一方案400以及在图5中示出的第二方案500不同，MEMS微阀100将引导信号直接通讯至调节阀614，所述调节阀为小机械滑阀。
总体而言，小机械滑阀为由机械加工工艺制成的调节阀，但较常规机械调节阀尺寸要小。基于由导阀612提供的(未放大的)引导信号，小机械滑阀提供用于经液压促动的部件610的控制信号。和图5中示出的第二方案500中使用的常规机械调节阀相比，该小机械滑阀示例性地约为常规机械调节阀的尺寸的一半上。
由导阀612(仅包括MEMS微阀100)产生的引导信号可具有足够的压力和流动特性，从而以相对较快的响应时间控制用于调节阀614的小机械滑阀。尽管MEMS微阀100能够独自直接控制在第二方案500中使用的常规机械调节阀，但是促动的响应时间可能会被延迟。在第三方案600中用于调节阀614的小机械滑阀可被用来放大来自MEMS微阀100的信号，以使得小机械滑阀可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的MEMS压力换能器620。但是，在使用时，MEMS压力换能器620被配置为感知来自导阀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。在大多数配置中，仅使用一个MEMS压力换能器620。如果被用于感知引导信号的压力情况，则MEMS压力换能器620可与导阀612的MEMS微阀100一起封装入一个封装结构中。
控制器318或另外的控制器被配置为接收来自一个或多个MEMS压力换能器620的输入，且将输出提供至导阀612中的MEMS微阀100，以响应于来自一个MEMS压力换能器620的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力换能器620对被发送至受液压控制的部件610的控制信号提供闭环反馈和调节。
受液压控制的部件610可为图3B和3C中分别示出的同步齿式离合器330和同步齿式离合器350中的一种。例如而非限制性地，来自调节阀614的控制信号可被直接发送至叉部活塞340或轴向活塞352。可替换地，来自调节阀614的控制信号可被发送至开/关阀，其中控制信号在被发送至叉部活塞340或轴向活塞352之前被转换成开/关信号。在任一个示出的配置中，接合和脱开可基于来自调节阀614的控制信号而被控制，所述控制信号响应于来自导阀612的经放大的引导信号产生。
图7示出了液压变速器300中经液压促动的部件710的压力/流动控制系统的第四方案700。该第四方案700包括控制调节阀714的导阀712。调节阀714和导阀712流体连通。
导阀712包括第一阀716，该第一阀产生引导信号。类似于图5所示的第二方案500，导阀712还包括第二阀718，该第二阀将引导信号增加或放大成经放大的引导信号。调节阀714再次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，该控制信号控制经液压促动的部件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。但是，第二阀718为小机械滑阀。调节阀714再次为常规机械调节阀。基于由导阀712所提供的经放大的引导信号，常规机械调节阀提供用于经液压促动的部件710的控制信号。
因此，如已经在本文所述的，MEMS微阀100选择地产生引导信号，且通过引导端口120通讯到小机械滑阀。但是，通过第四方案700，小机械滑阀的输出为经放大的引导信号，其随后被调节阀714所使用。在第四方案700中，被用作第二阀718的小机械滑阀200所起到的功能和在图5中示出的第二方案500中被用作第二阀518的基于MEMS的滑阀200的功能类似。但是，被用作第四方案700的第二阀718的小机械滑阀可比第二方案500中被用作第二阀518的基于MEMS的滑阀200至少大一百倍。
由导阀712(包括第一阀716和第二阀718两者)产生的经放大的引导信号可具有足够的压力和流动特性，以控制常规机械调节阀，所述调节阀可随后控制受液压控制的部件710。由第一阀716(MEMS微阀100)独自产生的引导信号可能不能直接引导常规机械调节阀或可能不能直接控制受液压控制的部件710而不造成延迟的响应，所述延迟是由于来自MEMS微阀100的小量流动所造成的。常规机械调节阀还增加了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还可包括一个或多个MEMS压力换能器720。MEMS压力换能器720再一次地是任选的。但是，当使用时，MEMS压力换能器720配置为感测来自导阀712的经放大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。在大多数构造中，将仅使用MEMS压力换能器720中的一个。
控制器318或其他控制器被配置为接收来自一个或多个MEMS压力换能器720的输入，且将输出提供至导阀712中的MEMS微阀100，以响应于来自一个MEMS压力换能器720的输入而调节系统压力。因此，MEMS压力换能器720对被发送至受液压控制的部件710的控制信号提供闭环反馈以及调节。
受液压控制的部件710可为图3B和3C中分别示出的同步齿式离合器330和同步齿式离合器350中的一种。示例而非限制性地，来自调节阀714的控制信号可被直接发送至叉部活塞340或轴向活塞352。可替换地，来自调节阀714的控制信号可被发送至开/关阀，其中控制信号在被发送至叉部活塞340或轴向活塞352之前被转换成开/关信号。在任一种示出的配置中，接合和脱开可基于来自调节阀714的控制信号而被控制，所述控制信号响应于来自导阀712的引导信号被产生。
详尽的描述和附图或绘图仅作为本发明的支持和描述，本发明的范围由权利要求书单独地限定。尽管已对用于实施本发明的最佳模式以及其他实施例进行了详尽的描述，仍存在有用于实施由所附的权利要求书所限定的多种可替换涉及以及实施例。
本发明要求2010年10月15日提交的美国临时专利申请No.61/393,393和于2011年6月23日提交的美国专利申请No.13/166853的权益，其被以全文引用的方式合并于此。

Claims (5)

1.一种用于齿式离合器的压力和流动控制系统，其包括：
MEMS引导微阀，配置为输出未放大的引导信号；
机械调节阀，其与所述MEMS引导微阀流体连通，其中所述机械调节阀被配置为接收未放大的引导信号且被配置为输出经放大的控制信号；和
选择器，其被配置为响应于从所述机械调节阀而来的所述经放大的控制信号接合或脱开所述齿式离合器。
2.如权利要求1所述的压力和流动控制系统，其还包括MEMS压力换能器，其中该MEMS压力换能器被配置为感知引导信号和控制信号中的一个的压力情况。
3.如权利要求2所述的压力和流动控制系统，其还包括控制器，其中所述控制器被配置为接收来自所述MEMS压力换能器的输入且将输出提供至MEMS引导微阀，以响应于来自所述MEMS压力换能器的输入而调节系统压力。
4.如权利要求3所述的压力和流动控制系统，其中所述控制器被配置为提供电流，且其中所述MEMS引导微阀被配置为响应于所述电流产生未放大的引导信号。
5.如权利要求4所述的压力和流动控制系统，
其中所述选择器被配置为响应于开/关信号接合和脱开所述齿式离合器，
和
其中来自机械调节阀的经放大的控制信号被配置为所述开/关信号。
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