CN103375583A - 伺服控制变速箱的液压伺服控制系统 - Google Patents

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Abstract

伺服控制变速箱的液压伺服控制系统(1)，其具有液压蓄能器(3)，该液压蓄能器进而具有外壳(7)、活塞(12)和限止装置(21)，所述活塞(12)设置成在外壳(7)内轴向滑动且适于限定用于气体材料的第一可变容积腔室(C1)和用于压力下的控制流体的第二可变容积腔室(C2)；且所述限止装置(21)布置于外壳(7)的开口端处，并用作下限止元件；其中所述外壳(7)具有上限止元件(20*)，所述上限止元件(20*)设置成将第一可变容积腔室(C1)内部的压力值限制在预定的安全范围内。

Description

伺服控制变速箱的液压伺服控制系统
技术领域
本发明涉及伺服控制变速箱的液压伺服控制系统。
背景技术
伺服控制变速箱已经变得日益普遍，所述变速箱结构上类似于传统的手动变速箱，除了由驾驶员操作的离合器踏板和变速杆替换以相应的电气或液压伺服控制系统。
采用伺服控制的手动变速箱，驾驶员只需要发送切换到更高挡位或更低挡位的命令到变速箱控制单元，而变速箱控制单元自主地改变作用于发动机上的挡位和与离合器和变速箱相关联的伺服控制系统。
通常，变速箱伺服控制系统是液压型的，并作用于变速箱控制轴上，以将用于选择挡位范围的轴向位移(也即沿着中心轴线的位移)和用于接合和分离单个挡位的绕着中心轴线的旋转传递到控制轴自身。相应地，变速箱伺服控制系统包括机械地耦接到控制轴上的线性液压作动器，以轴向地位移控制轴，和机械地耦接到控制轴上的旋转液压作动器，以旋转控制轴。
变速箱伺服控制系统还包括存储箱，其中容纳室压下的控制流体(典型地为油)，供液压作动器使用；液压蓄能器，其中容纳压力下的控制流体；马达泵，其从存储箱抽吸控制流体，并将压力下的控制流体供应到液压蓄能器；和多个电磁阀，其适合用于选择性地将液压作动器的腔室连接到存储箱和液压蓄能器。
已知类型的液压蓄能器包括外壳，其内部分为适于容纳控制流体的第一可变容积腔室和适于接收压力下气体(典型地N2)的第二可变容积腔室。
第一和第二腔室之间的划分典型地通过分隔装置完成，该分隔装置设置在外壳内部，在外壳自身内部能够在上限止位和下限止位之间轴向地运动，从而相应地改变限定在外壳内部的第一和第二腔室的容积。特别地，分隔装置可以例如包括由金属材料制成的膜盒元件(bellow element)，或者弹性的分隔膜，或甚至是活塞。
特别地，液压蓄能器的应用日益增加，其具有成形为杯状体的外壳，设置在外壳内部的活塞轴向地滑动，并可在外壳自身内部运动。
尽管上述液压蓄能器实施简单且成本低，然而它们具有缺点，即，如果损伤和大的损坏发生在液压蓄能器自身的下游(例如管道中大约10mm的损坏，导致控制流体显著的泄漏)，则产生低压，从而将分隔装置从外壳内获得的专用座上移除，引起对整个液压伺服控制系统的损害。
发明内容
本发明的目的在于提供伺服控制变速箱的液压伺服控制系统，该液压伺服控制系统允许克服现有技术中的缺点，同时实施简单，并具成本效益。
提供伺服控制变速箱的液压伺服控制系统，其包括：
具有相应腔室的多个液压作动器；
存储罐，其用于容纳由液压作动器使用的室压下的控制流体；
液压蓄能器，其包括具有轴线的外壳、活塞以及限止装置；所述活塞设置于外壳内且沿着轴线滑动，且适于在外壳内部限定用于气体材料的第一可变容积腔室和用于压力下的控制流体的第二可变容积腔室；所述限止装置布置于外壳的开口端处，并用作针对活塞在外壳本身内部的行程的下限止元件；
马达泵，其将控制流体从存储罐抽出并将压力下的控制流体供给到液压蓄能器；以及
多个电磁阀，其适于选择性地将液压作动器的腔室连接到存储罐和液压蓄能器；
其中所述外壳具有针对活塞在外壳本身内部的行程的上限止元件；所述上限止元件在外壳的一定高度处获得，所述一定高度确定为将第一可变容积腔室内部的压力值限制在55至135巴之间的安全范围内。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明，这些附图示出了本发明的非限制性实例，其中：
图1表示根据本发明的伺服控制变速箱的液压伺服控制系统的功能电气和液压示意图；
图2表示图1中的伺服控制系统的液压蓄能器的侧面透视图；
图3表示图2的伺服控制系统的液压蓄能器的第一实施方式的横截面图；
图4表示图2的伺服控制系统的液压蓄能器的细节的平面图；
图5表示图1的伺服控制系统的液压蓄能器的第二实施方式的横截面图；和
图6表示图5的伺服控制系统的液压蓄能器的细节的平面图。
具体实施方式
在图1中，标号1整体上表示用于变速箱的伺服控制系统，该变速箱具有控制轴(未示出)。伺服控制系统1包括存储箱2，其容纳室压下的控制流体(典型地，油)，该控制流体由耦接到所述控制轴上的多个液压作动器(未示出)使用，该液压作动器适合用于轴向地位移控制轴，并绕着中心轴线旋转控制轴。
伺服控制系统1包括电子控制单元ECU，其适合用于对液压作动器进行反馈先导控制，并根据关于控制轴的轴向位置和角位置的信号，将线性和/或旋转运动传送到控制轴，所述信号通过面向控制轴自身的多个传感器而传送。
伺服控制系统1包括容纳压力下的控制流体的液压蓄能器3，和马达泵4，该马达泵从存储箱2抽吸控制流体，并将压力下的控制流体供应到液压蓄能器3。
最后，伺服控制系统1包括多个电磁阀5，其适合用于选择性地将所述液压作动器连接到存储箱2和液压蓄能器3上。
特别地，液压作动器具有腔室(未示出)，各个三通电磁阀5与所述腔室关联。每个三通电磁阀5适合用于选择性地执行多个功能。特别地，所述电磁阀5用于保持各个腔室隔离，以使出现在腔室自身内部的控制流体保持恒定；其用于将腔室连接到存储箱2，以排出出现在腔室内部的控制流体；最后，其用于将腔室连接到液压蓄能器3，以将控制流体供应到腔室内。
为了确保液压作动器的正确运行，也即确保液压作动器提供其额定性能，要求液压蓄能器3内部的控制流体的压力值总是在最小值和最大值之间。相应地，电子控制单元ECU适合用于当存储箱2内部的控制流体的压力值小于最小值时，作动马达泵4，而当箱2内部的控制流体的压力值高于最大值时，停用马达泵4。
电子控制单元ECU包括评估设备6，其适合用于评估液压蓄能器3内部的控制流体的压力值，而不求助于压力值自身的直接测量(也即不采用专门的压力传感器)。特别地，根据马达泵4和液压作动器的多个运行参数，评估设备6评估液压蓄能器3内部的控制流体的压力值。
图2和图3详细表示液压蓄能器3的第一实施方式。液压蓄能器3包括外壳7，其由金属材料制成，具有圆柱形对称的杯状体形状，并具有轴线X。外壳7包括具有中心凹进9的上壁8。而且，外壳7包括与轴线X同轴的圆柱形侧壁11。
活塞12使用时设置在外壳7内部，该活塞由金属材料制成，沿着轴线X轴向地滑动，并在外壳7内部运动。活塞12限定出外壳7内部的可变容积腔室C1，其中在组装液压蓄能器3的初始步骤中，加注有气体材料(优选地是N2)。活塞12还限定出可变容积腔室C2，其适合用于加注控制流体，其中所述两个腔室C1和C2通过活塞12分开。
活塞12通过圆柱形对称体限定出，同轴于轴线X，包括底壁13和圆柱形侧壁14。圆柱形侧壁14具有与轴线X同轴的圆柱形外表面15，其直径稍小地近似于同轴于外壳7的轴线X的圆柱形内表面16的直径。
多个座17在活塞的所述外表面15上获得，其适合用于容纳多个环形垫圈元件18，所述垫圈元件同轴于轴线X，由塑性材料制成，适合允许改进活塞12在外壳7内部的滑动，并防止控制流体泄漏。
根据优选的变体，先导切口在外壳7的圆柱形外表面19上获得，以容纳密封圈20，该密封圈与轴线X同轴，由塑性材料制成。密封圈20靠近外壳7的开口端设置。
活塞12设置成沿着轴线X滑动和在外壳7内移动。活塞12在由上限止元件20*限定的上限止位置和下限止位置之间移动，反之亦然。根据一个优选的变体，上限止元件20*设置成在外壳的圆柱形侧壁11的内表面16中获得的与轴线X同轴的肩部。
下限止位置由存在的限止装置21限定。限止装置21进而包括簧环22(也称为C形夹)，其具有大致环形形状，与轴线X同轴，且优选由弹性钢制成。簧环22在使用中布置于在外壳7的圆柱形内表面16中获得的专用座内。簧环22朝向外壳7的内部突出，以便用作适于在外壳7内滑动的活塞12的撞击元件。
根据图4中更好示出的那样，应该注意簧环22并没有限定完整的圆周，而是具有开口23，该开口用于优化液压蓄能器3的组装过程。
根据一个优选的实施例，当簧环22处于操作状态时(即，当簧环22插入到在外壳7的圆柱形内表面16中获得的专用座内时)，簧环22的开口23具有小于1毫米的尺寸D，尺寸D优选在从0.6毫米至1毫米的范围内。
可以看出在其中限定开口23的簧环22的两个端部布置成彼此接触的状态下，重要的是簧环22具有的总直径基本上接近且大于外壳7的圆柱形内表面16的直径。换言之，当簧环22布置成限定开口23的两个端部彼此接触时，簧环22的总直径大于外壳7的圆柱形内表面16的直径。
当使用时，即当簧环22插入到在外壳7的圆柱形内表面16中获得的专用座中时这种状态甚至可以得到更好地验证。
换言之，即使在操作状态下，簧环22具有的总直径基本上接近且大于外壳7的圆柱形内表面16的直径。同样为事实的是，甚至当簧环22插入到在外壳7的圆柱形内表面16中获得的专用座中时，簧环22的总直径大于外壳7的圆柱形内表面16的直径。
组装液压蓄能器3的步骤在压力约30巴的环境中进行，其中腔室C1充满气体材料(优选氮气)以及活塞12插入到外壳7内。一旦活塞12被插入，簧环22也被装配到其专用座内。由于簧环22的开口23在使用时其端部处于彼此相距短距离的位置处，簧环22的两端本身必须通过稍微变形而偏移以便允许组装。
以完全类似的方式，可以看出使得簧环22的总直径基本上接近且大于外壳7的圆柱形内表面16的直径，在使用中，不会将簧环22从在外壳7的圆柱形内表面16中获得的其座移除。因此，即使在位于液压蓄能器3下游的管道系统具有创伤性和较大损害以及显著低压的不幸情况下，停止活塞12的行进在任何情况下都由存在的簧环22停止。
图3所示的液压蓄能器3类似于图5和6所示的，可能时，其相应部件以相同的参考标号指示。
特别地，根据图5所示的实施方式，限止装置21还包括带孔板24，其在使用时插入在环形簧环22和活塞12之间。如在图6中示出的，带孔板24具有减小厚度的圆饼形状，与轴线X同轴，直径基本稍小地近似于外壳7的圆柱形内表面16的尺寸。板24具有多个通孔或开口，在液压蓄能器3下游管道可能的和不期望的损坏的情形下，其例如用于为控制流体限定出液压收缩(hydraulic narrowing)。还值得注意的是，带孔板24不具有密封元件和/或垫圈。
根据优选实施方式，带孔板24具有单个贯通开口，其与轴线X同轴，具有这样的尺寸，以在液压蓄能器3下游管道可能的和不期望的损坏的情形下，用于为控制流体限定出液压收缩。
还值得注意的是，根据该变体，用于优化组装液压蓄能器3的过程的簧环22的开口23可以具有小于或等于20mm的尺寸，范围优选地从14mm到20mm。
还是在本例中，组装液压蓄能器3的步骤发生在大约30巴压力的环境中，其中腔室C1加注气体材料(优选地是N2)，活塞12插入到外壳7内。一旦活塞12已经插入，带孔板24然后簧环22也安装到其专门的座内。根据该实施方式，由于簧环22的开口23具有小于或等于20mm的尺寸，范围优选地从16mm到20mm，不再需要分开簧环22自身(在将其插入到座内之前，轻微将其变形)。
根据其他变体(未示出)，限止装置21包括带孔板24，其在使用时插入在环形簧环22和活塞12之间。值得注意的是，根据该变体，为了进一步改进液压蓄能器3的可靠性，使用时(也即一旦簧环22已经插入到在外壳7内获得的座内)，用于优化液压蓄能器3的组装过程的簧环22的开口23具有小于或等于10mm的尺寸。
还是在本例中，组装液压蓄能器3的步骤发生在大约30巴压力的环境中，其中腔室加注气体材料(优选地是N2)，活塞12插入到外壳7内。一旦活塞12已经插入，带孔板24然后簧环22也得以安装。根据该实施方式，由于簧环22的开口23使用时(也即一旦簧环22已经插入到外壳7中获得的座内)具有小于或等于10mm的尺寸，簧环22自身的两端需要通过轻微变形而分开，以将其插入到相应的座内。
如上所述，活塞12可在外壳7内在由上限止元件20*限定的上限止位置和由限止装置21限定的下限止位置之间移动。
上限止元件20*在外壳的内表面16中在外壳7的封闭端处获得。换言之，上限止元件20*靠近外壳7的上壁8布置。上限止元件20*布置在外壳7的一端部处，该端部与布置限止装置21的端部相对。
活塞12所邻接的上限止元件20*的位置可确定为保持可变容积腔室C1内的压力值在任何条件下处于预定的安全范围内。换言之，上限止元件20*设置在外壳的一定高度处，该一定高度确定为保持可变容积腔室C1内的压力值在任何条件下处于预定的安全范围内。
根据图3和图5中所示的实施例，上限止元件20*设置成在内表面16中在外壳的一定高度处获得的肩部，该一定高度确定为保持可变容积腔室C1内的压力值在任何条件下处于预定的安全范围内。
因此上限止元件20*用作可变容积腔室C1内的限压器。
换言之，活塞12在外壳7内的在上限止位置(由上限止元件20*限定)和下限止位置(由限止装置21限定)之间的行程必须使得便于允许可变容积腔室C1内的压力值在任何条件下保持处于预定的安全范围内。
实验已经证明，将用于气体材料的可变容积腔室C1内部的压力值限制在55至135巴之间、优选限制在70至120巴之间允许限制活塞12撞击到限止装置21上的速度和/或加速度，如果在液压蓄能器3本身下游的管道系统中发生创伤性的和较大的损坏(例如导致控制流体显著泄漏的约10毫米的损坏)，从而产生显著的低压区。
由于存在带孔板24和/或由于簧环22的开口23的尺寸和/或由于上限止元件20*的位置，如果在液压蓄能器3本身下游的管道系统中发生创伤性的和较大的损坏(例如导致控制流体显著泄漏的约10毫米的损坏)从而产生显著低压区的情况下，此时无论如何由存在的限止装置21停止活塞12的行进。
可以看到，由于簧环22中的开口23当使用时(也即，一旦簧环22已经插入到外壳7中获得的座内)具有小于或等于10mm的尺寸，和/或存在带孔板24，不能够从相应的座中移除限止装置21。
由此，对整个液压伺服控制系统1的损坏可以避免，上述伺服控制系统1同时具有成本效益，便于实现，并且可靠。

Claims (11)

1.伺服控制变速箱的液压伺服控制系统(1)，其包括：
具有相应腔室的多个液压作动器；
存储罐(2)，其用于容纳由液压作动器使用的室压下的控制流体；
液压蓄能器(3)，其包括具有轴线(X)的外壳(7)、活塞(12)以及限止装置(21)；所述活塞(12)设置于外壳(7)内且沿着轴线(X)滑动，且适于在外壳(7)内部限定用于气体材料的第一可变容积腔室(C1)和用于压力下的控制流体的第二可变容积腔室(C2)；所述限止装置(21)布置于外壳(7)的开口端处，并用作针对活塞(12)在外壳(7)本身内部的行程的下限止元件；
马达泵(5)，其将控制流体从存储罐(2)抽出并将压力下的控制流体供给到液压蓄能器(3)；以及
多个电磁阀(5)，其适于选择性地将液压作动器的腔室连接到存储罐(2)和液压蓄能器(3)；
所述伺服控制系统(1)的特征在于所述外壳(7)具有针对活塞(12)在外壳(7)本身内部的行程的上限止元件(20*)；所述上限止元件(20*)在外壳(7)的一定高度处获得，所述一定高度确定为将第一可变容积腔室(C1)内部的压力值限制在55至135之间的安全范围内。
2.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述上限止元件(20*)设置成将所述第一可变容积腔室(C1)内的压力值限制在70至120之间。
3.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述外壳(7)包括与轴线(X)同轴的圆柱形侧壁(11)；上限止元件(20*)设置成在外壳(7)的圆柱形侧壁(11)的内表面(16)中获得的与轴线(X)同轴的肩部。
4.根据前述权利要求中任一项所述的伺服控制系统，其特征在于，所述限止装置(21)包括具有大致环形形状的簧环(22)和插入到簧环(22)和活塞(12)之间的带孔板(24)。
5.根据权利要求4所述的伺服控制系统，其特征在于，所述带孔板(24)具有减小厚度的圆饼形状，并具有基本上稍小地近似于外壳(7)的内表面(16)的尺寸的直径，且具有多个通孔，所述通孔限定适于控制流体的液压收缩。
6.根据权利要求4所述的伺服控制系统，其特征在于，所述带孔板(24)具有单个通孔，该单个通孔与轴线(X)同轴并具有用于限定适于控制流体的液压收缩的尺寸。
7.根据权利要求4所述的伺服控制系统，其特征在于，所述带孔板(24)不具有密封元件和/或垫圈。
8.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述限止装置(21)包括具有开口(23)的大致环形形状的簧环(22)。
9.根据权利要求8所述的伺服控制系统，其特征在于，所述开口(23)具有的尺寸小于或等于1毫米，优选小于或等于0.6毫米。
10.根据权利要求8所述的伺服控制系统，其特征在于，所述开口(23)具有的尺寸小于或等于20毫米，优选在从14毫米至20毫米的范围内。
11.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，具有大致环形形状的簧环(22)容纳于在外壳(7)的内表面(16)中获得的座内，以便朝向外壳(7)的内部突出。
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