CN103195903B - 一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，包括一个变速器壳体，该变速器壳体包括前部和后部；一个包括液力变矩器的动力输入装置；为了传递动力的至少一组行星轮系；为了实现液力自动变速器换挡的至少一组旋转离合器及制动离合器；为了进行控制换挡与实现辅助制动功能及其品质的液压阀组及电磁阀组；至少一套提供控制信号与收集各种传感器信号的电控单元；至少一组测试液力自动变速器各种状态参数的传感器，在液力自动变速器后部安装的辅助制动装置液力缓速器。利用液力自动变速器的高性能控制器和其液压系统，来实现液力缓速器实时、可靠的与变速器的合理匹配工作减少了成本，提高了整车行驶安全性。

Description

一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器。

背景技术

商用车辆及工程车辆经常工作于不同的道路环境下，随着当今动力系统能力的提升，商用车辆的载重越来越大、行驶车速越来越高，但是现有车辆的尺寸及制动鼓与轮胎的直径都无所变化，这给商用车辆的制动系统带来了更高的要求。对于客车等商用车辆随着人们对安全的日益重视，除行车制动外的辅助制动装置的安装也越发必要。

以往的液力自动变速器通常都是机械控制的，最多只有少量电子系统作为辅助。机械式的自动变速器液压油路结构复杂，成本高，而且耐用性差，需要经常维护。现代液力自动变速器基本上已经采用了电液一体化的设计。所谓电液一体化，就是指用电子方式控制液压油路，这样就省去了各种复杂的液压控制阀和控制管路，直接用电磁阀取代液压阀。电磁阀最大的好处就是布置方便，可控性和响应速度高。电液一体化变速控制，除了上述优点以外，还有一个很大的好处就是控制方法更加智能化。因为电磁阀是直接与ECU甚至与行车电脑相连的，电脑可以很容易的根据汽车的各种状态调整控制方式，控制模式可多样化，所以，这种电液控制的自动变速器非常智能化。而这所有的控制模式只需要修改电脑程序就能实现，硬件方面所做改动很小，所以成本比传统自动变速器更低，性能却更高。

辅助制动装置(液力缓速器)作为车辆的辅助制动系统部件，又称第三制动系统，它通过作用于传动系统而减轻原车制动系统摩擦片的负荷，使车辆均匀减速，以提高车辆制动系统的可靠性，延长制动系统的使用寿命，并能由此而大幅度降低车辆使用成本。现有的汽车液力缓速器，依靠工作轮内液流的作用将车辆的动能转化为液体的热能，再通过冷却器散热的方式实现车辆制动。根据液力缓速器工作腔的形状和叶片的形状和角度，以及整个油路的情况决定了液力缓速器的内特性。现有技术一般都是将液力缓速器的内特性输入到一不易失的存储器中，并通过高性能单片机进行采集温度、压力、车速等信号以便进行闭环的智能控制。通过智能的调节可以实现较高的制动舒适性和安全性（比如可以保证车辆以恒定速度下长坡）。

在汽车的制动过程中，大多数制动是适应性制动，即车辆无需制动停止，只是达到减速的目的，应用缓速器制动取代制动器的频繁制动，可降低主制动器过热而在紧急情况下丧失制动效果的危险，以及在山区行驶而长距离下坡减速导致制动盘或制动鼓过热、制动片摩擦系数急剧下降而导致制动失灵的危险。城市公共汽车运行中起步、换挡、制动等操作频繁，对车辆最大的影响就是离合器和制动器故障率高，使用寿命短。重型车牵引车和矿山用车的山区及复杂道路环境行驶，其频繁制动的安全性受到影响。缓速器作为车辆的辅助制动系统部件，又称第三制动系统，它通过作用于传动系统而减轻原车制动系统的负荷，使车辆均匀减速，以提高车辆制动系统的可靠性，延长制动系统的使用寿命，并能由此而大幅度降低车辆使用成本。

基于上述原因，液力缓速器大多采用与自动变速箱集成在一起的做法，部分或完全的利用变速箱的油泵提供缓速器所需油液，这样液力缓速器可使用自动变速器的润滑油液，并且可利用变速器散热器进行散热。通过这样的设计可以达到很高的集成效果。使得自动变速器的设计可实现模块化、多功能化。由于现今液力缓速器也都发展成电控技术，并且液力缓速器的制动能力与循环圆的直径有很大的关系，液力缓速器与液力变矩器都属液力传动元件，其控制、阀组元件、执行元件等多为相似。所以如能将液力缓速器集成于液力自动变速器上其增加的成本很小。液力缓速器可使用或部分使用液力自动变速器的油泵、蓄能器、复杂油道、压力传感器、控制阀体、控制器等部件。

为了克服轴向尺寸增加的问题，通常将液力缓速器布置于变速器的外环带，充分发挥液力元件循环圆增大带来的益处；在自动变速器传动轴线尺寸上只留驱动液力缓速器转轮的连接部分即可。

本发明就是旨在解决以上的一个或多个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，该液力自动变速器通过液力自动变速器后部连接机构的集成式液力缓速器，通过增大液力缓速器循环圆的方式，来充分利用液力自动变速器的径向空余空间；利用液力自动变速器的高性能控制器和其液压系统，通过检测液力自动变速器的各种传感器信息，利用液力自动变速器的电池阀、液压管路和机油冷却器,依靠特定的控制逻辑来实现液力缓速器实时、可靠的与变速器的合理匹配工作，进而增加了液力自动变速器的使用范围，减少了车辆另行配装液力缓速器的弊端，充分利用了液力自动变速器的设计余量，减少了成本，提高了整车行驶安全性。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，包括一个液力自动变速器壳体，该液力自动变速器壳体包括前部和后部；一个包括液力变矩器的动力输入装置；为了传递动力的至少一组行星轮系；为了实现液力自动变速器换挡的至少一组旋转离合器及制动离合器；为了进行控制换挡与实现辅助制动功能及其品质的液压阀组及电磁阀组；至少一套提供控制信号与收集各种传感器信号的电控单元；至少一组测试液力自动变速器各种状态参数的传感器，至少一组提供液压油的液压系统，在变速器壳体后部安装的辅助制动装置；所述液力自动变速器壳体后部安装有液力缓速器。

进一步地，所述动力输入装置通过闭锁离合器机械输出动力。

进一步地，所述动力输入装置通过液力变矩器输出动力；液力变矩器通过泵轮的液力输出驱动涡轮的变速器输入轴。

进一步地，所述动力输入装置通过旋转离合器C1、C2啮合三个行星排系和3个制动离合器C3、C4和C5。

进一步地，所述旋转离合器C1驱动第二排行星轮系和第三排行星轮系输出动力至输出轴。

进一步地，所述旋转离合器C2驱动第一排行星轮系输出动力至输出轴。

进一步地，所述与行星轮系相连的输出轴上连接有液力缓速器，所述液力缓速器包括与输出轴相连的动轮，以及与所述动轮相向设置的一对定轮；所述定轮与动轮通过沿其径向设置的、能汇集油液且两边倾斜的U型叶片来实现液力缓速。

进一步地，所述液力缓速器的动轮以花键或其他固定形式连接在第三排行星轮系的行星架上，行星架与输出轴相连；所述液力缓速器的定轮固定在自动变速器本体的壳体与后部后盖上。

进一步地，所述液力缓速器与液力自动变速器共用一套电控单元、传感器和液压系统与油泵。

根据本发明说明的实例为一个集成于液力自动变速器后部连接机构的集成式液力缓速器，该液力缓速器包括提供执行信号的电磁阀；提供流体进、出及控制流量的液压阀组；形成液力循环圆的至少一组转轮与定轮；提供动力输入的轴向装置，该装置可以与液力自动变速器相联系，也可与整车的传动系统相联系，可实现动力传递的功能；为了实现液力循环的管路、为了响应和实现电控系统控制逻辑的电池阀及相应的油路和为了实现油液冷却的通往机油冷却器的管路

当需要液力自动变速器传递动力给整车传动系统时，液力自动变速器的控制单元将控制液力缓速器的电磁阀，使得其提供控制油压作用于液力缓速器的液压阀组，使得没有油液进入液力缓速器的工作循环腔内，这样液力缓速器仅处于空转状态，并不能形成液力循环进而形成制动效果。

当车辆需要进行辅助制动时，液力自动变速器的控制单元将控制液力缓速器的电磁阀，令其输出控制油压作用于液力缓速器的液压阀组上，使得其能改变液流方向、液压大小，来实现液力缓速器工作腔内进入油液的多少与压力；同时液力自动变速器的控制单元控制多组旋转离合器与制动离合器，使得其能改变液力自动变速器的档位，来决定是否利用发动机反托或调整发动机的转速来增加整个车辆传动系统的功率损失；并可调整发动机水泵处于最高的流量状态，风扇处于最优状态，以便为辅助制动产生的热量提供更大的散热条件；液力自动变速器的各组传感器以及液力缓速器的各组传感器将随时采集相应的信号，随时传回控制单元，以便分析相应的状态并按照已经储存在控制系统内的与匹配车辆向适应的程序作出相应；控制单元与整车拥有通讯接口，可接受与向整车传递信号，做到集成最优的控制，随时接收车辆电控系统传来的信息，可以实现对司机意图、道路情况的充分了解，可实现车辆的统一控制，进而实现车辆运行的最优状态。

附图说明

图1为根据本发明的一个实例，具有安装于液力自动变速器后部的辅助制动装置的正视图及其各部分组成元件。

图2为改型自动变速器的动力传动示意图。

图3为安装了辅助制动装置的液力自动变速器后视图及其部分组成元件。

图4为液力缓速器的剖视图。

图5为改型自动变速器配装液力缓速器的液压系统原理图。

具体实施方式

现将该发明的具体事例表述于下，详细结构参照附图。

如图1所示，该集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，在发动机10输入轴101上连接了一自动变速器本体20，在自动变速器本体20上，其前端设输入连接盘301、动力输入装置30，在自动变速器本体20上方设电控系统70，在动力输入装置30内设液力变矩器302（参见图2），在自动变速器本体20尾部还设有液力缓速器50、液压阀组504和温度传感器901，以及由接油管连接机油冷却器80（参见图3）。

如图2所示，为一具有前部和后部的变速器壳体201、在该变速器壳体201内的输入液力变矩器302、由液力变矩器302驱动的一套行星轮系40、为改变液力自动变速器的速比的至少一组旋转离合器C1、C2与制动离合器C3、C4和C5。至少一组为进行辅助制动的液力循环圆组件、执行换挡与辅助制动控制的液压阀组504及控制电磁阀组（见图1、3所示）。

发动机10输出轴101通过两路输出，其一是通过液力方式：通过液力变矩器302输出动力；液力变矩器302通过泵轮的液力驱动涡轮的变速器输入轴。其二是通过机械方式：通过闭锁离合器303（CL）机械输出动力。发动机10输出动力的输出轴101通过旋转离合器C1连接第二排行星轮系402和第三排行星轮系403输出动力至输出轴601；通过旋转离合器C2驱动第一排行星轮系401输出动力至输出轴601。

行星轮系中包括由太阳轮啮合的多级行星轮，行星轮啮合齿圈，行星架支撑行星轮，进行动力传输。其中，第一旋转离合器C1啮合外齿毂，外齿毂连接输出轴与第二太阳轮及第三太阳轮相连，第三太阳轮通过多级行星轮啮合齿圈，齿圈分别连接第五制动离合器C5和第二排行星轮系402行星架，第二排行星轮系402行星架连接至第二旋转离合器C2。第二太阳轮通过多级行星轮啮合齿圈，齿圈连接第四制动离合器C4和第一排行星轮系401的齿圈，第一排行星轮系401通过多级多级行星轮啮合，至行星架连接第三制动离合器C3和第一太阳轮，通过第一太阳轮连接行星架至第二旋转离合器C2。

第三行星轮系403输出轴上连接有液力缓速器50，液力缓速器50包括与输出轴601相连的动轮501，以及与所述动轮501相向设置的一对定轮502和503；定轮与动轮通过沿其径向设置的、能汇集油液且两边倾斜的U型叶片来实现液力缓速。

本发明的原理是，由动力输入装置30，将发动机10的动力传递到自动变速器的行星轮系40，并通过动力输出轴601将动力传递到整车的传动轴；液力缓速器50集成在自动变速器壳体201与后盖202之间。自动变速器由三排串联的、同轴行星轮系组成传动链路，其换挡由五个执行机构，C1，C2，离合器为旋转离合器，起到传递发动机10动力到行星轮系的作用，C3，C4，C5为制动离合器，通过五个离合器的相互配合来实现发动机101动力以不同速比的形式传递到自动变速器输出轴601的作用。自动变速器本体20由其前部的动力输入装置30，其包括动力输入连接盘301，变矩及实现液力传动的液力变矩器302，为实现节油效果的闭锁离合器303。经过动力输入装置30传到自动变速器本体20的发动机10，动力再经由五组离合器的相互配合传递，通过行星轮系40传递到第三排行星轮系403，并由第三排行星轮系403的行星架将动力传递到自动变速器动力输出轴601。

本发明中的液力缓速器50就配装在第三排行星轮系403与自动变速器后盖202之间。液力缓速器的动轮501以花键或其他固定形式连接在行星轮系403的行星架上，行星架与自动变速器的输出轴601连接。液力缓速器的定轮502、503固定在自动变速器壳体201与自动变速器的后盖202上。这种布局可以形成模块化设计，当车辆配装的自动变速器不需要液力缓速器的时候只需要更换自动变速器后盖202与第三排行星轮系403的行星架即可。

自动变速器在传递发动机10的动力时由于液力缓速器50的液压阀组504及先导电磁阀受自动变速器电控系统70的控制，将通向液力缓速器的油路截断，液力缓速器工作腔内部无工作液，形成不了液力循环，这样液力缓速器将无法实现制动作用；自动变速器将无障碍的实现其动力传递功能。

液力缓速器50与液力自动变速器共用一套电控单元70、传感器901和液压系统与油泵。当车辆需要辅助制动时，车辆的惯性扭矩通过车轮、传动轴，传到自动变速器的输出轴601，输出轴601与第三排行星轮系403的行星架固连，液力缓速器的动轮501也固连在403的行星架上，这样动力将通过以上的固定连接传递到液力缓速器的动轮501上。

此时自动变速器的控制单元70将向液力缓速器的先导电磁阀发出电信号，先导电磁阀输出控制液压作用到液力缓速器的液压阀组504上，液力缓速器50的液压阀组504接通由液力变矩器302输出的油液，将其引入到液力缓速器50的工作腔内部进行液力循环，由于液流在动轮501的作用下甩出，并冲向液力缓速器的定轮502，503；液流相互冲击摩擦生热，将传到液力缓速器50的车辆动能转换为工作液的热量。液力缓速器50工作腔内的油液在动轮的旋转作用下形成压差，并通过液力缓速器的液压阀组504联通的油路流向自动变速器20的机油冷却器80，机油冷却器80将通过发动机10的冷却系统将工作液的温度散发到大气中，进而冷却后的工作液在经由液力缓速器50的液压阀组504的导向引回液力缓速器的工作腔，进而实现连续的、持续的制动效果。

在液力缓速器50工作的过程中，自动变速器20的电控单元将液力变矩器302的闭锁离合器303（CL）闭锁或滑差控制来实现动力可由输入端传递到发动机10，同时控制离合器C1，C2，C3，C4，C5来实现行星轮系40以不同速比将动力传递给发动机10，使得发动机在合理的转速运行，以实现发动机散热、摩擦、提供足够冷却介质的功能。

自动变速器的传感器系统，将随时监测液力变矩器302和行星轮系输出轴601的转速，时刻判断离合器组是否处于正确的工作状态。温度传感器901将监测由液力缓速器50工作腔出油的温度，防止液力缓速器工作腔出油温度过高损坏自动变速器。如果温度传感器901所测量的油温过高，自动变速器的电控单元70将控制液力缓速器先导电磁阀，先导电磁阀将改变输出控制油压的方向与大小，进而控制液力缓速器50的液压阀组504，进而实现液力缓速器是否进油与进油量的大小。从而控制液力缓速器功能，保护相关的机构。

图3为具有辅助制动装置的液力自动变速器的后视图，其上表述液力缓速器的外观结构，以及液力缓速器50的先导电磁阀，出油温度传感器901与液力缓速器液压阀组504的布置情况。由图示可知该型液力缓速器的所有控制及执行机构都可布置在液力缓速器50的分总成上，连接于自动变速器20上实现非常容易。自动变速器控制单元70留有很多的控制信号端口，足可满足向加装了液力缓速器器的控制先导电磁阀505提供电信号的需求。自动变速器20具有一套先导电磁阀组，液力缓速器的先导电磁阀504及为同类型结构，控制原理一致，这样可实现控制阀组的配套使用。

图4为液力缓速器50的剖视图，其结构可以明细看出，改型液力缓速器为双循环圆结构，由动轮501与定轮502、503组成的串联的两个液力循环圆一致，这样由于油液冲击产生的液压将是相同的，作用在动轮501左右面上的液压力相同，理论上动轮501将不承受轴向的弯矩，这会增强液力旋转部件的寿命，并大大减少加装液力缓速器后对变速器的影响。

图5为改型自动变速器配装液力缓速器50的液压系统原理图，由图示可以看出，经由变速器油泵流出的油液在流经液力变矩器后经由液力缓速器液压阀组504进入液力缓速器50的工作腔。由于液力变矩器本身即为液力原件，当其旋转起来后也起到了油泵的作用，可提供大量的油液流量，这样会提高液力缓速器50的响应时间。液力缓速器50工作腔流出的高温工作液流经自动变速器变速器20的机油冷却器80，由发动机10的冷却系统冷却，提供持续的散热能力，进而保证液力缓速器50的持续制动能力。

Claims (4)

1.一种集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，包括一个液力自动变速器壳体(201)，该液力自动变速器壳体包括前部和后部；一个包括液力变矩器(302)的动力输入装置(30)；为了传递动力的至少一组行星轮系(40)；为了实现液力自动变速器换挡的至少一组旋转离合器及制动离合器；为了进行控制换挡与实现辅助制动功能的液压阀组(504)及电磁阀组；至少一套提供控制信号与收集各种传感器信号的电控单元(70)；至少一组测试液力自动变速器各种状态参数的传感器(901)；至少一组提供液压油的液压系统；和在液力自动变速器壳体(201)后部安装的辅助制动装置；其特征在于，所述液力自动变速器壳体(201)后部安装的辅助制动装置为液力缓速器(50)；

所述动力输入装置(30)通过第一旋转离合器C1和第二旋转离合器C2啮合三个行星排系，即第一排行星轮系(401)、第二排行星轮系(402)和第三排行星轮系(403)，以及3个制动离合器，即第一制动离合器C3、第二制动离合器C4和第三制动离合器C5；

所述第一排行星轮系(401)包括第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架；

所述第二排行星轮系(402)包括第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架；

所述第三排行星轮系(403)包括第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架；

其中，第一旋转离合器C1啮合外齿毂，外齿毂通过外齿毂输出轴分别与第二太阳轮及第三太阳轮相连，第三太阳轮通过多级行星轮啮合第三齿圈，第三齿圈分别连接第三制动离合器C5和第二排行星轮系(402)的第二行星架，第二排行星轮系(402)的第二行星架连接至第二旋转离合器C2；第二太阳轮通过多级行星轮啮合第二齿圈，第二齿圈连接第二制动离合器C4和第一排行星轮系(401)的第一齿圈；第一排行星轮系(401)的第一行星架连接第一制动离合器C3，第一太阳轮通过多级行星轮啮合第一齿圈，第一齿圈与第二旋转离合器C2相连；

所述第一旋转离合器C1驱动第二排行星轮系(402)和第三排行星轮系(403)输出动力至输出轴(601)；

所述第二旋转离合器C2驱动第一排行星轮系(401)输出动力至输出轴(601)；

与所述行星轮系(40)相连的输出轴(601)上连接有液力缓速器(50)，所述液力缓速器(50)包括与输出轴(601)相连的动轮(501)，以及与所述动轮(501)相向设置的一对定轮(502，503)；所述定轮与动轮(501)通过沿其径向设置的、能汇集油液且两边倾斜的U型叶片来实现液力缓速；

所述液力缓速器的动轮(501)以花键形式连接在第三排行星轮系(403)的第三行星架上，该行星架与输出轴(601)相连；所述液力缓速器的定轮(502，503)固定在液力自动变速器本体(20)的壳体与后部后盖上；

所述液力缓速器为双循环圆结构，由动轮(501)与定轮(502，503)组成的串联的两个液力循环圆一致；

液力自动变速器在传递发动机的动力时由于液力缓速器的液压阀组(504)及电磁阀组中的先导电磁阀受液力自动变速器电控单元(70)的控制，将通向液力缓速器的油路截断，液力缓速器工作腔内部无工作液，形成不了液力循环，这样液力缓速器将无法实现制动作用；液力自动变速器将无障碍地实现其动力传递。

2.根据权利要求1所述的集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，其特征在于，所述动力输入装置(30)通过闭锁离合器(303)机械输出动力。

3.根据权利要求1所述的集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，其特征在于，所述动力输入装置(30)通过液力变矩器(302)输出动力；液力变矩器(302)通过泵轮的液力输出驱动涡轮的变速器输入轴。

4.根据权利要求1所述的集成了电控液力缓速器的商用车液力自动变速器，其特征在于，所述液力缓速器(50)与液力自动变速器共用一套电控单元(70)、传感器(901)和液压系统与油泵。