CN103380044A - 用于混合变速箱的调制控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压系统，包括部分地依赖于使用VBS螺线管和该螺线管的多路复用的主调制控制模式。液压系统与混合模块相连并且通过将主压力控制在低水平，改善该混合模块的燃料经济性和可靠性。系统压力通过多路复用的VBS螺线管而控制以基于扭矩要求而保持足够的离合器压力。通过阀门和螺线管的多路复用降低了整个系统的成本。

Description

用于混合变速箱的调制控制系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年2月17日提交的美国专利申请61/443750的优先权，其通过引用方式结合到本申请中。
背景技术
随着对全球气候变化以及油料供应的日益关注，近来已经存在一种开发用于机动车的多种混合系统的趋势。虽然已经提出了多种混合系统，但是每个系统通常都要求显著地改动相应车辆的传动系。这些改动使得难以对已存在车辆的系统进行改装。此外，这些系统中的一些具有导致显著的功率损失的趋势，这又损害了车辆的燃料经济性。因此，在此领域中需要改进。
混合变速箱的一个改进领域是液压系统的结构和设置。混合动力车辆、特别是与这种车辆相关的混合变速箱模块具有取决于发动机条件和操作模式的多种润滑和冷却的需求。为了解决这些需求，通过至少一个液压泵来输送油。两个液压泵作为混合动力车辆的液压系统的一部分而被包括进来时，部分地基于润滑和冷却需求并且部分地基于优先级来控制每个液压泵的操作。液压泵（机械的和电动的）之间的优先级部分地基于需求，并且部分地基于混合动力车辆的操作状态或模式。
发明内容
这里描述的混合系统（和方法）是用在混合系统中的混合变速箱模块的一部分，所述混合系统适合用在车辆中，并且适用于运输系统和用在其他环境中。混合系统通常为整装地和自立式的系统，其能够不需要显著地消耗来自相应的车辆或运输系统中的其他系统的资源而起作用。混合模块包括电气机器（电机）。
这种自立式设计又降低了对于其他系统、例如变速箱和润滑系统所需要的修改的量，这是由于不必增加其他系统的容量以补偿由混合系统产生的增加的工作负荷。例如，混合系统结合了其自己的能够独立于变速箱和发动机而工作的润滑和冷却系统。流体循环系统包括用于循环流体的机械泵，以及当需要时可为机械泵分担工作负载的电动泵，所述流体可用作润滑剂、液压流体和/或冷却剂。如下文将进一步解释地，这种双重机械/电动泵系统有助于降低所要求的机械泵的尺寸和重量，并且如果需要，也允许系统在完全电动模式中运转，在所述完全电动模式中仅有电动泵循环流体。
更特别地是，所描述的液压系统（为了示例性的实施方案的目的）与混合电动车(HEV)相结合而使用。作为所描述的液压系统的一部分而被包括的是平行设置的机械油泵和电动油泵。每个泵的控制和每个泵的操作顺序部分地取决于混合动力车辆的操作状态或模式。这里描述了与混合动力车辆相关的多个系统模式。对于这里所描述的液压系统，存在将特别描述的三种模式，并且这三种模式包括电模式（E-模式）、过渡模式和巡航模式。
如将从下文描述中理解地是，所描述的液压系统（和方法）构造并设置为解决部件润滑的需求和在车辆操作期间经受高温的混合模块的这些部分的冷却的需求。特定的结构和操作特征为液压模块提供了改善的液压系统。
混合模块的紧凑设计对其多个子部件、例如其液压装置和离合器提出了要求和约束。为了提供轴向紧凑的设置，离合器的活塞具有凹陷，以接收使活塞返回到通常脱开的位置处的活塞弹簧。活塞中的用于弹簧的凹陷造成了在活塞的相对的表面区域中的不平衡。这种不平衡由导致用作活塞的液压流体的流体积聚的高离心力而加剧。结果，形成了对于活塞压力的非线性关系，这使得非常难以精确地控制活塞。为了解决这种问题，活塞具有偏置部分，使得活塞的两侧具有相同的面积和直径。通过相同的面积，可严格并可靠地控制离合器的操作。用于离合器的液压装置也结合有溢出特征，这降低了液压锁定的风险，同时保证了适当的填充和润滑。
除了用作离合器的液压流体之外，液压流体也可用作电机以及其他部件的冷却剂。混合模块包括限定了流体通道的套筒，流体通道为了冷却的目的而围绕着电机。套筒具有多个将流体从流体通道喷射到定子绕组上并因此冷却绕组的喷射通道，所述绕组通常趋向于产生了对于电机来说的大部分的热。流体具有从混合模块中和在扭矩转换器的周围泄漏的趋势。为了阻止扭矩转换器的动力损失，扭矩转换器周围的区域应当为相对干燥，即没有流体。为了保持流体不溢出并且不侵入扭矩转换器，混合模块包括阻档装置。特别地，混合模块具有驱使流体经窗口返回到电机的叶轮片。随后，将流体排到油槽中，使得流体可回流和再循环。
混合模块具有多个不同的操作模式。在启动模式期间，电池为电机和电动泵提供动力。一旦泵达到所需要的油压，离合器活塞来回地运动以使离合器工作。随着离合器接合，电机施加动力以启动发动机。在仅充电推进模式期间，离合器脱开，并且仅使用电机来驱动扭矩转换器。在推进辅助模式中，发动机的离合器接合，并且电机用作马达，在其中发动机和电机两者均驱动扭矩转换器。而在推进-充电模式中，离合器接合，并且仅由内燃机驱动车辆。电机以发电机模式操作，以产生存储在能量存储系统内的电能。混合模块也可用于使用再生制动（即再生充电）。在再生制动期间，发动机的离合器脱开，并且电机作为发电机操作，以向能量存储系统提供电能。系统也设计为发动机压缩制动，在这种情况中，发动机的离合器接合，并且电机也作为发电机操作。
此外，系统也设计为使用动力输出(PTO)和电PTO(ePTO)模式两者，以操作辅助设备例如起重机、制冷系统、液压升降装置等。在通常PTO模式中，离合器和PTO系统接合，并且内燃机用于驱动辅助设备。在ePTO状态中，离合器脱开，并且电机用作为马达，以通过PTO驱动辅助设备。当在PTO或ePTO操作模式中时，变速箱可根据要求为空档或为连接。
在用于混合电动车辆的混合模块（变速箱）的设计和结构中，两个重要的结构注意事项是尺寸和重量。第三因素（降低成本）通常伴随着降低的尺寸和重量。随着液压系统设计的提高，重要的是考虑如何可将特定的操作技术、例如多路复用用于降低与混合模块相关的尺寸、重量和成本。如果在这种处理中可得到额外的性能优点，则能实现进一步的优点。如这里所公开，所描述的用于混合模块的液压系统以新颖的方法使用现存的液压部件，以提供基于扭矩的独特压力设置。
基于扭矩的降低的压力设置应当导致降低的转动损失（改善燃料经济性）和升高的冷却剂流量（改善可靠性）。与实现这些结果相关的一个设计特征是螺线管和阀门的多路复用。通过不需要增加部件，对于这种技术没有显著增加的尺寸、重量或成本。即使所选择的螺线管和阀门对于必须的流体连接来说具有特定的设计改变，尺寸、重量或成本方面的任何增加也会是最小的。
通过详细描述和随之提供的附图，本发明其他的形式、目的、特征、方面、好处、优点和实施方案将变清楚。
附图说明
图1是说明了混合系统的一个实施例的示意图。
图2是适合用在图1的混合系统的一个液压系统的示意图。
图2A是图2的液压系统的作为“剖分阀”图示的示意图。
图3是包含图2的液压系统的一部分的主调节阀的部分截面的示意性正视图。
图3A是图3的主调节阀的内部结构的示意图。
图4是包含图2的液压系统的一部分的主调节旁路阀的部分截面的示意性正视图。
图4A是图4的主调节旁路阀的内部结构的示意图。
图5是包含图2的液压系统的一部分的主控制阀的部分截面的示意性正视图。
图5A是图5的主控制阀的内部结构的示意图。
图6是包含图2的液压系统的一部分的排放回填阀的部分截面的示意性正视图。
图6A是图6的排放回填阀的内部结构的示意图。
图7是包含图2的液压系统的一部分的润滑剂调节阀的部分截面的示意性正视图。
图7A是图7的润滑剂调节阀的内部结构的示意图。
图8是包含图2的液压系统的一部分的离合器微调阀的部分截面的示意性正视图。
图8A是图8的离合器微调阀的内部结构的示意图。
图9是混合模块变速箱子组件的部分截面的透视图。
图10是当液压系统处于E-模式时图2的液压系统的示意图。
图11是当液压系统处于过渡模式时图2的液压系统的示意图。
图12是当液压系统处于巡航模式时图2的液压系统的示意图。
图13是图3的主调节阀处于E-模式的示意图。
图14是图3的主调节阀处于过渡模式的示意图。
图15是图3的主调节阀处于巡航模式的示意图。
图16是图4的主调节旁路阀处于E-模式的示意图。
图17是图4的主调节旁路阀处于巡航模式的示意图。
具体实施方式
出于更好地理解本公开的目的，现在将参照在附图中说明的实施方案，并且使用详细的语言来对其进行描述。然而需要理解的是，本发明的范围并不因此而受到限制，如同与本发明相关的领域的技术人员所通常想到的那样，可以构思出对所说明的装置和其使用，以及对此处所说明的本公开原理的进一步应用的这种修改和进一步的改进。
图1显示了根据一个实施方案的混合系统100的示意图。图1中说明的混合系统100适合用于商用卡车以及其他类型的车辆或运输系统，但是可以设想，混合系统100的多个方面可结合到其他环境中。如所示，混合系统100包括发动机102、混合模块104、自动变速箱106和用于将动力从变速箱106传递到车轮110的传动系108。混合模块104中结合了电机(eMachine)112，以及使发动机102与电机112和变速箱106操作性地连接和断开的离合器114。
混合模块104设计为作为自立式单元而操作，即其通常能够独立于发动机102和变速箱106而工作。特别是，其液压、冷却和润滑不直接依赖于发动机102和变速箱106。混合模块104包括槽116，所述槽用于存储和提供流体如燃油、润滑剂或其他流体到混合模块104，以用于液压、润滑和冷却的目的。虽然用语“油”或“润滑剂”或“润滑油”在这里可互换地使用，但是这些用语以较宽的意义来使用，以包括不同类型的润滑剂，例如天然油或合成油，以及具有不同性质的润滑剂。为了循环流体，混合模块104包括与液压系统200协作的机械泵118和电动泵120（见图2）。通过机械泵118和电动泵120两者的这种平行结合，能减小泵的整体尺寸。电动泵120可与机械泵118合作，以便当需要时提供额外的泵排量。当没有驱动输入以操作机械泵118时，电动泵120也用作混合系统的需求。此外可以理解，流经电动泵120的流体可用于检测用于混合模块104的低流体情况。
混合系统100还包括冷却系统122，所述冷却系统用于冷却供给到混合模块104的流体以及供给到混合系统100的多种其他部件的水-乙二醇(WEG)。在一个变体中，WEG也可循环经过电机112的外夹套以冷却电机112。尽管已经相对于WEG冷却剂描述了混合系统100，但是也可使用其他类型的防冻剂和冷却流体，例如水、乙醇溶液等。仍如图1所示，循环系统122包括冷却用于混合模块104的流体的流体散热器124。冷却系统122还包括构造为冷却用于混合系统100中的多种其他部件的防冻剂的主散热器126。通常在大多数车辆中，主散热器126是发动机散热器，但是主散热器126不必须为发动机散热器。冷却风扇128驱动空气流经流体散热器124和主散热器126。循环或冷却剂泵130使得防冻剂循环到主散热器126处。应理解地是，使用冷却系统122可冷却已经说明的部件之外的其他多种部件。例如，通过冷却系统122同样可冷却变速箱106和/或发动机102。
混合模块104内的电机112根据操作模式有时用作发电机，而在其他时候用作马达。当用作马达时，电机112使用交流电(AC)。当用作发电机时，电机112产生AC。逆变器132转换来自电机112的AC，并将其提供给能量存储系统134。在所说明的实施例中，能量存储系统134存储能量，并且将其作为直流电(DC)再提供出去。当混合模块104中的电机112用作马达时，逆变器132将DC电转化成AC，其又提供给电机112。在所说明的实施例中的能量存储系统134包括三个串联在一起的能量存储模块136，以向逆变器132提供高压电能。实质上，能量存储模块136为用于存储由电机112产生的能量和将能量快速提供回电机112的电化学电池。能量存储模块136、逆变器132和电机112通过图1所示线条示出的高压线而操作性地耦合在一起。虽然所说明的实施例显示了包括三个能量存储模块136的能量存储系统134，但应当理解地是，能量存储系统134可包括比所示的更多或更少的能量存储模块136。此外，可以设想能量存储系统134可包括任何用于存储势能的系统，例如通过化学方式、气动蓄能器、液压蓄能器、弹簧、储热系统、飞轮、重力装置和电容器，这里仅举了几个例子。
高压线将能量存储系统134连接于高压抽头138。高压抽头138将高电压提供给连接于车辆的多种部件。包括一个或多个DC-DC转化器模块142的DC-DC转化器系统140将由能量存储系统134提供的高压电能转化成较低压的电能，所述较低压的电能又提供给要求低电压的多种系统和附件144。如图1所示，低压线将DC-DC转化器模块142连接于低压系统和附件144。
混合系统100结合了多个用于控制多种部件的操作的控制系统。例如，发动机102具有发动机控制模块(ECM)146，其可控制发动机102的多种操作特征，例如燃料喷射等。变速箱/混合控制模块(TCM/HCM)148取代了传统的变速箱控制模块，并且设计为控制变速箱106以及混合模块104的操作。变速箱/混合控制模块148和发动机控制模块146连同逆变器132、能量存储系统134和DC-DC转化器系统140一起沿着如图1中描述的通信线路通信。
为了控制和监测混合系统100的操作，混合系统100包括界面150。界面150包括用于选择车辆是否处于驾驶、空档、倒车等的换档选择器152，以及包括混合系统100的操作状态的多种指示器156（如检查变速箱、制动压力和空气压力的指示器）的仪表板154，这里仅举了几个例子。
如之前所述，混合系统100构造为易于以对整体设计影响最小的方式改装现有的车辆设计。混合系统100的所有系统（包括但不限于机械系统、电气系统、冷却系统、控制系统和液压系统）已经构造为通常自立式的单元，使得不需要显著地改动车辆的其余部件。需要改动的部件越多，则对车辆设计和测试的要求越高，这又降低了车辆制造者采用相比于较低效率的、已存在的车辆设计而言更新的混合设计的机会。换句话说，对于混合改造，对已经存在的车辆设计的布局的显著修改又要求车辆和产品生产线的修改和昂贵的测试，以保证车辆的正确操作和安全度，并且这种费用趋向于减少或减缓使用混合系统。如将理解是，混合系统100不但包括最小地影响已存在的车辆设计的机械系统的机械结构，而且混合系统100也包括最小化地影响已存在的车辆设计的控制系统和电系统的控制结构/电结构。
在2010年2月20号提交的临时专利申请US61/381614中描述了关于混合系统100以及其多个子组件、控制、部件和操作模式的其他细节，这里其以引用的方式结合到本文中。在2011年2月17号提交的临时专利申请US61/443750中描述了用于混合系统的适当的液压系统的一个实施方案，这里其以引用的方式结合到本文中。
现在来看图2和2A，其以示意性的形式说明了适当地构造并设置为可用于混合系统100的液压系统200。更特别地是，液压系统200是混合模块104的一部分。由于图2和2A的图示包括与槽模块组件202相配合的部件，因此在图2和2A中使用了虚线204以图示地说明从其他液压部件到槽模块组件202的油连接的作用位置。与附图标记204一起使用了小写字母，以区分不同的虚线位置（204a、204b等）。例如，槽116是槽模块组件202的一部分，而机械泵118和电动泵120在技术上可以不被认为是槽模块组件202的实际部件，但是这种约定是有些随意的。机械泵118和电动泵120均具有与槽模块组件202的油连接。槽116独立于用于自动变速箱106的槽。虚线204a示意性地说明了在机械泵入口导管206和槽116之间的流体连接位置。类似地，虚线204b示意性地说明了在电动泵入口导管208和槽116之间的流体连接位置。入口导管206限定了入口导管开口206a。入口导管208限定了入口导管开口208a。
图2显示了所有阀门处于关闭/安装位置的液压系统200的标准示意图。图2A显示了处于“剖分”结构的阀门，其左侧描述了关闭/安装位置。右侧描述了每个阀门的开启/使用位置。图2A是用于图3-8的详细描述的阀门的图。由于这两幅图的结构相同，因此将相同的液压系统附图标记(200)用于这两幅图。
继续来看图2和2A，在两个油泵的流出侧，虚线204c说明了机械泵118的出口210与槽模块组件202流体连接（并且流体连通）的位置。虚线204d说明了电动泵120的出口212与槽模块组件202流体连接（并且流体连通）的位置。在图2和图2A整体中使用了这种虚线的约定。但是，这种约定仅是为了便于解释示例性的实施方案，并且不会以任何方式而带来结构性的限制。尽管与槽模块组件202流体连接的其他部件在技术上不被认为是槽模块组件的一部分，但是其他部件例如机械泵118和电动泵120被认为是整体液压系统200的一部分。然而，这种哪个部件是哪个系统或子系统的一部分仍然是有些随意的。
继续根据图2和2A，液压系统200包括主调节阀218、主调节旁路阀220、主控制阀222、排放回填阀224、冷却器226、过滤器228、润滑剂调节阀230（也称之为润滑剂分流阀）、离合器微调阀232、蓄电池234、螺线管236、螺线管238和蓄电池240。应理解地是，液压系统200的这些相同的部件和子组件通过各种流体导管相连，并且溢流阀门策略性地设置为防止过度的压力水平。此外，在润滑剂调节阀230的下游设置了用于接收油的元件。在润滑剂调节阀230处获得的油的第一优先级是用于轴承244以及需要被冷却和润滑的齿轮或其他配件的润滑和冷却。一旦已经满足了第一优先级，第二优先级是将油输送到马达套管246。
机械泵118构造并设置为通过导管250将油输送到主调节阀218。单向阀248构造并设置为与导管250流体连通，并且设置在机械泵118的下游。阀门248构造并设置为当发动机和（因此）机械泵为关闭时阻止回流。阀门248包括阈值设置为5psi的球和弹簧组件。支路导管254提供了从导管250到主调节旁路阀220的流体连接。电动泵120构造并设置为通过导管256将油输送到主调节旁路阀220。
主调节阀218、主调节旁路阀220、主控制阀222、排放回填阀224、润滑剂调节阀230、离合器微调阀232均具有基于其结构和功能而言可最好地描述为“滑阀”的结构和设置。每个阀门包括限定了内部阀孔的阀体。每个阀门也包括使用了滑动式设置在阀体的阀孔内的阀芯。所选择的柱形阀面可为不同的直径尺寸、轴向高度、间隔和沿阀芯轴线的相关位置。阀孔可包括带有不同直径的部分。由阀体所限定的流动路径与不同的导管相连，并且根据与不同流动路径相关的进入压力水平和阀芯位置而提供了预确定和预选择的流入量和流出量。
在一种类型的滑阀中，阀芯克服设置在阀体的一个端部处的偏压弹簧而起作用。在另一种类型（推-拉式）中，在阀体的每个端部处提供了流体连接。在一个端部处排放或在相反端部处返回的压力流体基于压力差异来移动阀芯。对于这种特定类型或结构的一个重要点是滑阀的每个阀面的数量、间隔、轴向高度和直径。对于这种特定类型或结构的另一个重要点是提供流体连通的工作端口的数量和位置。在美国专利7392892、7150288和5911244中提供了这种类型的滑阀的更详细的说明。这三篇美国专利通过引用方式结合到本申请中，其全文作为所使用的种类和类型的阀门的背景技术信息。
图3-8提供了六个所显示的阀门中的每一个的示意图。在下文中将对每个阀门在其流体连接和相互连接的流动路径和导管方面描述细节。所描述的是每个阀门的在液压系统200的相互连接的导管方面的确定的工作端口。如图3-8和基于图2和2A的一部分所示，液压系统200的不同的相互连接的导管与这六个阀门的所选择的工作端口流体连通。在描述每个阀门的上下文中对此进行了进一步描述。通过图3A-8A分别显示了图3-8的六个阀门的示意性截面图。图4使用了代表混合模块发动机离合器的首字母缩写HMEC。
考虑图2和2A，可以理解，不同的流体连接和流体导管可为多种形式和结构中的任一种，只要所希望的油流可达到所希望的流速、所希望的流动定时和顺序。液压系统200的说明使得在何种部件和子组件之间要求何种类型的油流以及对于每个流动路径的操作原因变得清楚了。对应于在图2和2A中所描述的液压系统200的说明涉及到根据混合系统100的条件和操作模式，哪个部件和子组件彼此油流式连通。
继续来自图2和2A以及所说明的各种流动导管，应注意地是，存在有“点对点”流动导管和“点对导管”流动导管两者。如能够从图2和2A中可识别出的那样，存在有较少的流动导管路径和连接，其在某种意义上可认为是这两种基础类别的流动导管连接的“混合”。“点对点”流动导管在两个部件例如泵、阀门、螺线管等之间延伸。“点对导管”流动导管与另一流动导管交叉，并且与部件流动连接。在下文中列出的表I列出了在图2和2A中说明的每个流动导管。
表I的第一列提供了流动导管的附图标记。第二列和第三列提供了对于该特定流动导管的端点的附图标记。可能较好地或至少优选地是提及每个流动导管的端点而不是开始点和结束点，这是由于后者可能暗示特定的流动方向，而在每个模式中并不必是该状况。在任何反流或回流的情况中，用语例如“开始”和“结束”变为仅相对性的用语。为了这种原因，表I的第二列和第三列应当简单地理解为相应流动导管的端点。
如用在图2和2A中的以及如列在表I中的附图标记218、220、222、224、230和232表示液压滑阀。附图标记248、249和287表示单向阀。如在表I中列出的其他非导管的附图标记包括螺线管236和238、蓄电池234和240、冷却器226、过滤器228、输入离合器289以及轴承224。表I中的所有其他附图标记表示图2和2A的流动导管。
表I
导管路径/连接
导管 端点 端点
250 248 218
252 238 236
253 240 238
254 220 250
255 220 253
256 249 220
257 220 218
258 220 259
259 222 252
260 220 261
261 259 232
262 220 226
264 220 232
265 220 218
266 220 222
267 259 264
268 218 222
270 218 262
272 268 232
274 268 259
275 218 268
276 222 224
278 276 232
280 222 244
282 280 230
284 226 228
285 228 230
286 262 287
288 232 289
290 236 232
292 232 234
294 232 288
296 230 282
在图3-8中以放大视图分别显示了图2A的六个液压滑阀中的每一个。这些图以与图2相应且与表I中所列出的相一致的方式显示了每个阀门的端口和连接。使用了与连接流动导管的相应的附图标记。在图3A-8A中，提供了六个液压滑阀中每一个的全剖示意图，以便显示各个阀门的内部滑阀结构。图3A的阀门218对应于在图3中说明的滑阀218。类似地，图4A-8A分别对应于图4-8。
在描述用于液压系统200的三种操作模式中的每一个之前，将描述它们之间的关系和关于机械泵118和电动泵120的一些结构细节。理解一些泵的基础知识应当有助于更好地理解为进一步讨论整个液压系统而选择的三种操作模式。
现在来看图9，提供了包括来自混合模块104的发动机接合侧300的立体图中的混合模块104的部分剖视图的前部立体图。在发动机接合侧300上，混合模块104具有带有固定于混合模块壳体304上的泵壳体302的机械泵118。固定于输入轴308上的泵驱动齿轮306用于驱动机械泵118。在一个实施例中，驱动齿轮306通过卡环和键槽设置固定于输入轴308，但是可考虑地是，可以其他方式来固定驱动齿轮306。机械泵118连同电动泵120一起给混合模块104提供用于润滑、液压和/或冷却目的的流体。通过将电动泵120和机械泵118结合到一起，可将机械泵118制造为尺寸较小，这又降低了其所占据的所需空间，以及降低了与机械泵118相关的费用。此外，电动泵120方便了润滑，甚至当发动机102关闭时也是如此。这又方便了混合系统100的仅电操作模式以及其他模式。机械泵118和电动泵120两者将流体从槽116处再次循环。流体又经过传统上设置在变速箱中的用于循环油和其他流体的孔、端口、开口和其他通道而提供到混合模块104的剩余部分处。离合器供给端口310提供了液压式施加或促动离合器114的油。在所说明的实施方案中，离合器供给端口310为管状形式，但是可想象地是，在其他实施方案中其可采用其他形式，例如混合模块104内的整体通道。
混合系统100的操作包含或包括不同的操作模式或状态条件，这里也称之为“系统模式”或简称为“模式”。在表II中总结了混合系统100的主要模式，提供如下：
表II
系统模式
模式 离合器 马达 PTO 变速箱
发动机启动 接合 马达 不工作 空档
充电空档 接合 发电机 不工作 空档
电辅助推进 接合 马达 不工作 啮合
电驱动 脱开 马达 不工作 啮合
充电推进 接合 发电机 不工作 啮合
再生充电 脱开 发电机 不工作 啮合
非充电制动 接合 - 不工作 啮合
PTO 接合 - 工作 空档
ePTO 脱开 马达 工作 空档
在初始化和/或启动模式期间，电动泵120由变速箱/混合控制模块148促动，以使流体循环经过混合模块104。电动泵120从能量存储系统134通过逆变器132（图1）接收其动力。一旦达到了足够的油压，离合器114接合。同时或之前，PTO不工作或保持不工作，并且变速箱106为空档或保持空档。随着离合器114接合，电机112用作为马达，且又驱动发动机102以启动（即转动/驱动）发动机。当电机112用作为马达时，电机112通过逆变器132从能量存储系统134中取得动力。在发动机102启动时，混合系统100转为充电空档模式，在所述充电空档模式中，燃料流向发动机102，离合器114接合，并且电机112切换为发电模式，在所述发电模式中通过电机转动产生的电力用于给能量存储模块136充电。当在充电空档模式中时，变速箱保持空档。
混合系统100可从充电空档模式变化到多个不同的操作模式。不同的PTO操作模式也可从充电空档模式而进入。如应当理解地那样，混合系统能够在不同的操作模式之间来回移动。在充电空档模式中，变速箱为脱开的，即变速箱为空档。根据表II，通过使变速箱106处于啮合并且使电机112用作马达，混合系统100能进入辅助推进或电辅助推进模式。
在电辅助推进模式中，PTO模块不工作，并且燃料流向发动机102。在电辅助推进模式中，发动机102和电机112一起工作以驱动车辆。换句话说，驱动车辆的能量来自于能量存储系统134以及发动机102。然而在电辅助推进模式中，通过使变速箱106返回到空档并且使电机112切换到发电机模式，混合系统100可过渡返回到充电空档模式中。
混合系统100可从电辅助推进模式过渡到多个不同的操作状态。例如，混合系统100可从电辅助推进模式过渡到电动或电驱动模式，在所述电动或电驱动模式中车辆仅由电机112驱动。在电驱动模式中，离合器114为脱开的，并且流向发动机102的燃料关闭，使得发动机102停机。变速箱106处于驱动啮合中。由于电机112驱动变速箱106，PTO模块为不工作。当在电驱动模式中时，电动泵120仅提供用于润滑混合模块104和控制离合器114的液压力，这是由于机械泵118由于发动机102停机而没有被驱动。在电驱动模式期间，电机112用作马达。为了返回到电辅助推进模式，将电动泵120保持开启，以提供必须的背压来使离合器114接合。一旦离合器114接合，发动机102转动，并且打开燃料以为发动机102提供动力。当从电驱动模式返回到电辅助推进模式时，电机112和发动机102两者会驱动处于啮合中的变速箱106。
混合系统100还具有推进充电模式、再生制动充电模式和压缩或发动机制动模式。混合系统100可从充电空档模式、电辅助推进模式、再生制动充电模式或发动机制动模式过渡到推进充电模式。当在推进充电模式中时，发动机102驱使车辆，而电机112用作为发电机。在推进充电模式期间，离合器114接合，使得来自发动机102的动力驱动电机112和啮合中的变速箱106。同样，在推进充电模式期间，电机112用作为发电机，并且逆变器132将由电机112产生的交流电转换成直流电，其又存储在能量存储系统134中。在这种模式中，PTO模块处于不工作状态。当在推进充电模式中时，机械泵118总体处理大部分的油压和润滑需要，而电动泵120提供电机冷却。对机械泵118和电动泵120之间的载荷进行平衡，以最小化功率损失。
混合系统100可从推进充电模式过渡到多个操作模式。例如，通过使变速箱106处于空档，混合系统100可从推进充电模式过渡到充电空档模式。通过使变速箱106处于啮合中，混合系统100可返回到推进充电模式。混合系统100也可从推进充电模式切换到电辅助推进模式中，这通过使电机112用作为电动马达而实现，在其中从能量存储系统134抽取电能供给电机112，使得电机112与发动机102一起驱动变速箱106。再生充电模式可用于重获一些通常在制动期间会失去的能量。通过简单地使离合器114脱开，混合系统100可从推进充电模式过渡到再生充电模式。在一些情况中，希望使用发动机制动模式以进一步使车辆减速和/或降低制动磨损。可通过关闭流向发动机102的燃料来实现从推进充电模式到发动机制动模式的过渡。在发动机制动模式期间，电机112用作发电机。可通过将流向发动机102的燃料重新开启而使混合系统100返回到推进充电模式。接着，简单地使离合器114脱开就可将使混合系统100切换到再生充电模式。
混合系统100能够通过使用再生制动/充电模式来保存通常会在制动期间失去的能量。在再生充电模式的期间，离合器114脱开。电机112用作为发电机，同时变速箱106处于啮合中。来自车辆车轮的动力经变速箱112传递给电机112，所述电机用作发电机以回收一些制动能量，并且又有助于使车辆减速。所回收的能量通过逆变器132存储在能量存储系统134中。如上文表II所提及，在这种模式期间，PTO模块为不工作的。
混合系统100可从再生充电模式过渡到任何数量的不同操作模式。例如，可通过使离合器114接合并且使电机112用作为马达来使混合系统100返回到辅助推进模式。也可通过使离合器114接合并且将电机112转换到发电机角色来使混合系统100从再生充电模式返回到推进充电模式。也可通过关闭流向发动机102的燃料并且使离合器接合来使混合系统100从再生充电模式切换到发动机制动模式。
除了再生制动模式，混合系统100也可使用发动机制动模式，在所述发动机制动模式中，发动机102的压缩制动用于使车辆减速。在发动机制动模式的期间，变速箱106为啮合，PTO模块为不工作，并且电机112用作为发电机，以便如果需要的话则回收一些制动能量。但是，在发动机制动模式的其他变体中，电机112不必用作发电机，使得电机112不抽取用于能量存储系统模块134的能量。为了传递来自车辆车轮的能量，使发动机离合器114接合，并且接着将动力传递到发动机102，同时停止燃料。在另一替代中，可使用双重的再生制动和发动机制动模式，在其中发动机102和电机112两者用于制动，并且通过能量存储系统模块134回收一些来自电机112的制动能量。
混合系统100可从发动机制动模式过渡到任何数量的不同操作模式。作为一个例子，可通过打开流向发动机102的燃料并且将电机112切换为用作电动马达来使混合系统100从发动机制动模式转换到辅助推进模式。通过打开返回发动机102的燃料，也可使混合系统100从发动机制动模式切换到推进充电模式。此外，通过打开流向发动机102的燃料并且使离合器114脱开，可使混合系统100从发动机制动模式切换到再生充电模式。
当使用PTO时，车辆可为静止或可为运动（例如，对于制冷系统）。通过接合PTO，混合系统100可从充电空档模式进入PTO模式。当在PTO模式中时，离合器114接合，使得来自发动机102的动力传递到现在工作的PTO。在这种PTO模式期间，电机112用作发电机，抽取由发动机102供给的动力并通过逆变器132将其转移到能量存储系统模块134。同时，变速箱106为空档，使得如果需要的话车辆可保持相对静止。在PTO工作时，可使用附属设备，例如升降斗等。通过使PTO不工作，混合系统100可返回到充电空档模式。
在PTO模式的期间，发动机102恒定地工作，这趋向于在一些工作情形中浪费燃料以及产生不必要的排放物。通过切换到电动或ePTO模式，能节省燃料并减少来自混合系统100的排放物。当过渡到ePTO模式时，传递来自发动机102的动力的离合器114为脱开的，并且发动机102停机。在这种ePTO模式期间，电机112切换为用作电动机，并且PTO为工作的。同时，变速箱106为空档，并且发动机102停机。使发动机102停止降低了排放物的量，并节省了燃料。通过继续操作电动泵120、使离合器114接合并且通过将电机112用作为启动器来启动发动机102，混合系统100可从ePTO模式返回到PTO模式。一旦发动机102启动，电机112切换为用作发电机，并且PTO能够通过来自发动机102的动力而工作。
考虑到混合系统100的操作或系统模式（见表II），现在在三种操作模式的背景中进一步描述液压系统200。这三种模式包括电模式（E-模式）、过渡模式和巡航模式。从液压系统模式的状态和状况整体来看，在图10中示意性地说明了E-模式。在图11中示意性地说明了过渡模式。在图12中示意性地说明了巡航模式。
首先根据图10，在E-模式中，如液压系统200a所示，发动机和离合器均处于“关闭”状态，并且螺线管236和238均处于“关闭”状态。电动泵120将百分之百(100%)的油流量提供给主调节阀218。由于螺线管238处于“关闭”状态，没有到达主调节旁路阀220的电磁信号，并且这一部件也被认为处于“关闭”状态。在一个示例性的实施方案中，主压力“降低到”45psi，这是由于仅使用了电动泵120并且考虑了其性能极限。到达冷却器226的任何润滑剂/冷却流体是主调节阀218溢流的结果。
现在看图11，在如液压系统200b所示的过渡模式条件中，发动机可处于“开启”或“关闭”状态中，离合器处于“开启”状态中，螺线管238为“关闭”，并且螺线管236为“开启”。电动泵120和机械泵118可向主调节阀218提供油流量。消除了压力降低并且主压力为90psi。到达冷却器226的任何润滑剂/冷却流体是主调节阀218溢流的结果。
现在看图12，在巡航模式中，如液压系统200c所示，发动机和离合器均处于“开启”状态，螺线管236处于“开启”状态。主调节旁路阀220通过液压栓锁而保持在“开启（使用）”位置。这种液压栓锁具有来自离合器微调阀232的信号压力，并且仅当离合器微调阀232和主调节旁路阀220均处于“开启”/使用位置时，栓锁才被激活。在这种条件中，机械泵118将百分之百(100%)的油流量提供给主调节阀218和离合器控制液压器件。电动泵120可提供补充性的冷却器流体（或可称之为冷却器流体“增压”）。到达冷却器226的流量是通过主调节阀218溢流和来自电动泵120的流量补充而实现。为了首先将主调节旁路阀220转到“开启”状态，要短暂地开启螺线管238。一旦主调节旁路阀220处于开启状态，液压栓锁变为激活的，并且不再需要使螺线管238将主调节旁路阀220保持在“开启”状态中。而且，一旦主调节旁路阀220处于开启位置，螺线管238的输出会与主调节阀218的基体相连，并且其现在用作增压。随着这种可变螺线管238提供增压，主调节阀218现在根据螺线管238的压力而产生在45和225psi之间变化的主压力，见图15。
已经各自地结合液压系统200a、200b和200c确认了在图10-12中描述和说明的三种模式。这种字母后缀的编号模式代表了液压系统200的硬件、部件、子组件和导管不会随不同的操作模式变化。但是，硬件、部件和子组件的操作状态、不同的开启/关闭条件等可根据操作的特定情况和特殊模式而改变。
尽管液压系统200的三种所描述的模式部分地基于发动机的状态或条件，但是这些模式也部分地基于包括机械泵118和电动泵120的所涉及的硬件、部件和子组件的开启/关闭状态。机械泵118直接连接于发动机102，使得当发动机为开启时机械泵118为开启。当发动机102为关闭时，机械泵118为关闭。当机械泵118开启时，其会将油输送到整个液压系统。来自主调节阀218的任何溢流会被输送到冷却器226。
电动泵120的开启/关闭状态和电动泵120的速度由混合模块104的电子器件控制。电动泵120将油输送到液压系统200和/或冷却器226。当机械泵118为关闭或者其输送的油不足时，电动泵120会将油输送到液压系统。当来自机械泵的输送的油为充足时，电动泵120能够被用于将油输送到冷却器，以润滑和冷却马达。
已经讨论了用于特定操作模式的降低的较低压力水平。这种降低的压力与电动泵120的操作有关。考虑到不同的压力水平和流速，机械泵118的主压力为45-225psi。电动泵120的主压力为45或90psi。为了润滑和冷却，将在大约30psi下的前5.0lpm的流量用于润滑。任何高达约15.0lpm的过量流量被输送到马达冷却套筒246。仅在马达冷却套筒246填充了油之后，可达到最高50psi的用于润滑/冷却的功能。离合器使用的压力以因离合器通道而具有轻微压降（0-5psi）的方式接近等于主压力。
仍参考图2，所公开的液压系统200的特定部分说明了对较早的设计和实施方案的改变和改进。一个改进是将分离的吸滤器298和299分别结合到了每个泵的入口导管206和208中。每个吸滤器298和299分别设置为相邻于每个导管的入口开口206a和208a。
另一改进是重构用于主调节旁路阀220的逻辑。也对较早的实施方案修改了主控制阀222的流程电路和逻辑，以提高一致性。另一改进是通过增加流动导管280而增加了主控制阀润滑剂排放。另一改进涉及通过可变排放螺线管(VBS)来切换螺线管的开启/闭合，所述可变排放螺线管被多路复用以在逻辑阀220和主增压器之间操作。另外一个改进涉及使用逻辑阀220时的主调节阀218和主调节增压。
现在来看机械泵118和电动泵120的功能，机械泵118以1:1的驱动比连接于发动机输入端。如此，当发动机开启时，机械泵118会开启。当发动机关闭时，机械泵118会关闭。机械泵118直接向主调节阀218注入。第一润滑优先级是阀体和离合器的需求。第二润滑优先级是冷却器和润滑回路。主压力释放值设置在400psi。
电动泵120的速度和流量由发动机软件和系统设计，特别是由变速箱控制模块软件所指令。电动泵120将油供给到主调节阀，或者旁路到冷却器226和润滑回路。所提及的“润滑回路”大体是指标记244（轴承等）。电动泵120的操作取决于液压模式。此外，当机械泵118输送的润滑剂不足时，电动泵120能够将油或润滑剂提供到冷却器流量中。电动泵120的压力释放值设置在120psi。
如上文提到的那样，液压系统200的液压操作模式包括E-模式（图10）、过渡模式（图11）和巡航模式（图12）。在图10-12中说明了对于每个液压模式的流动回路和流动路径，图的重点是基于图示剖面线而示出流动性质。在E-模式中，发动机为关闭并且离合器为关闭。所有的液压由电动泵120来提供。在过渡模式中，发动机从关闭过渡到打开并且使用离合器。机械泵118和电动泵120两者将润滑剂提供到主调节阀。在巡航模式中，发动机为开启并且离合器为开启。机械泵118提供用于离合器控制的液压。电动泵120提供用于冷却器流量“增压”的液压。
继续来看图10-12，应注意地是，在图10的E-模式中，螺线管236和238为液压关闭的。降低的主压力为45psi。任何来自主调节阀的流量或溢出供给会被引到冷却器。在图11的过渡模式中，微调螺线管236为液压开启的，并且逻辑螺线管238为液压关闭的。机械泵118和电动泵120两者将流量提供到主调节阀218。两个泵设置为90psi（降低的排放）的操作压力。任何溢出的润滑剂被引到冷却器226。在图12的巡航模式中，螺线管236为液压式开启的，并且螺线管238是可变的。来自电动泵120的润滑剂被供给到冷却器。机械泵118将润滑剂提供到主调节阀218。主调节压力取决定扭矩，并且处在45psi和225psi之间（降压和增压）。电动泵压力取决于流量，并且在0到70psi之间操作。表III提供了用于每个操作模式的一些操作参数的快速参考。
Figure BDA0000367982220000191
考虑到主调节阀218的一些特性，其可为带有排放和溢流到冷却器226的双重调节阀。在降压和增压方面，电动泵的压力为45psi或90psi。机械泵压力能够在45psi和225psi之间变化。使用了较低劲度系数的弹簧，从而存在有较小的抵抗流量波动的力或压力。如上文所描述的关于主调节阀218的三种操作模式在图13、14和15中至少部分地进行了示意性说明。
考虑到主控制阀222的一些特性，其为在110psi下调节并且将任何润滑剂溢出输送到排放回填阀224的单调节阀。存在有两个旁路孔，其处理来自主调节阀218的润滑剂流，并且沿下游需求润滑剂处（轴承244）的方向引导润滑剂。考虑到离合器微调阀232的一些特性，这种阀门与螺线管236和蓄电池234相互作用。调节压力范围在195psi和225psi之间。
润滑剂调节阀230是双重调节阀，其第二优先级是帮助提供润滑剂到电动马达套筒246，以及第一优先级是将润滑剂提供到润滑剂需求处（轴承244）。一旦达到润滑剂需求，则将可得到的任何额外的润滑剂引到马达套筒246。旁路孔在用于错误模式保护的低流量条件下提供润滑剂流。
主调节旁路阀220（也称之为逻辑阀）以多个不同的方式来引导流动。来自电动泵120的润滑剂被引到主调节阀218和冷却器226。润滑剂控制和管理的其他状态和功能包括降压（加压/排放）、增压（排放/加压）、栓锁（排放/加压）、和压力切换（排放/加压）。
螺线管238将阀门220从安装状态促动到使用状态。如果离合器为关闭，则需要螺线管以将阀门保持在使用位置。如果离合器为开启，则栓锁状态会保持阀门处于使用位置。在这种开启条件中，不再需要螺线管238将阀门保持在使用位置，并且螺线管可通过多路复用而用于主调制增压。当通过离合器微调阀232来排放栓锁时，逻辑阀220不促动。关于任何错误的模式或状态，一个可能是当逻辑阀因电故障而不能到达阀门的使用位置。在这种状态中，电动泵120的润滑剂会来到冷却器226。由于存在高的主压力，因此可消除低压失效模式的任何风险。图16和17提供了在安装位置（E-模式）和在使用位置（巡航模式）的主调节旁路阀220的示意图。在端口和导管上的标记与上文所描述的相一致。
考虑到排放回填阀224的一些特性，这种阀门可管理将低压油提供到离合器289。设定点在2psi，并且这种低压润滑剂的使用有助于将空气排出离合器，并且有助于填充时间的一致性。作为冷却器压力释放阀的单向阀287（见图2）具有140psi的设定点，并且基于球和弹簧结构。
除了与泵入口相连的吸滤器298和299之外，第三过滤器228作为处于冷却器下游的润滑剂过滤器而被包括进来。润滑剂过滤器228是低微过滤器。过滤器298和299共用相同的主体，但是在液压上相互分开。润滑剂过滤器228是转动式过滤器。
液压系统200的一些其他特征包括通常使用的离合器的接口的设计和结构。在电失效的情况中，随着发动机开启，系统默认为高的主压力并且使用离合器。随着发动机关闭，系统默认为空档（没有启动）。实际上，存在有对应于逻辑阀220和离合器微调阀232的两个压力切换。泵118和120构造并设置为单向流动，以阻止在泵周围的回流和泄漏。
液压系统200的另一特征是增加（新设计）主调制控制模式，其部分地依赖于增加VBS螺线管238和该螺线管的多路复用（调制）。通过将主压力控制在低水平，可改善燃料经济性和可靠性。压力由多路复用的VBS螺线管238来控制，以基于扭矩要求而保持足够的离合器压力。通过这种多路复用的阀门和螺线管能降低整个系统的成本。所公开的液压系统200基于扭矩来提供降低的压力设置，以降低转动损失（改善燃料经济性）并增加冷器流量（改善可靠性）。通过将这种降低的压力设置与多路复用的螺线管和阀门结合在一起，可降低成本。
在图2和2A中，可看到仅两个螺线管236和238用于控制压力。实际上，仅有两个螺线管能够使用，这是由于混合控制模块(HCM)仅包括两个驱动器。当将VBS螺线管238多路复用时，其可用于得到不同的压力水平，包括对于特定的条件和应用的降低的压力。降低压力会导致在电动泵120上的降低的泵载荷。当电动泵120具有较低的载荷时，电动泵不再如此“努力地”工作。较低的压力需求意味着有较多的到达轴承和冷却器的润滑剂。
如上文所述，液压系统200的一个特征由多路复用和可降低泵工作的整体主调制控制设置而促进的设计和结构。要求高的压力以抑制离合器在高扭矩下滑动。但是，随着扭矩水平的变化，可以进行压力调节。如这里所说明的，这种选择是基于齿轮箱的扭矩水平来调节压力。
尽管已经在附图和前文描述中详细说明和描述了本发明的优选的实施方案，但是这应被认为是说明性的且相应地是非限制性的，应理解地是进入由本发明的精神内的改动和改进均要求得到保护。

Claims (20)

1.一种用于混合电动车的液压系统，包括：
包含液压流体的槽；
主调节阀，其构造并设置为与所述槽流体连通；
主调节旁路阀，其构造并设置为与所述槽流体连通；
主控制阀，其构造并设置为与所述主调节阀流体连通，并且与所述主调节旁路阀流体连通；以及
第一控制螺线管和第二控制螺线管，其中所述第一控制螺线管和第二控制螺线管是可变排放螺线管。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括机械泵，其构造并设置为与所述槽流体连通并且与所述主调节阀流体连通，以将液压流体从所述槽输送到所述主调节阀。
3.根据权利要求1或2所述的液压系统，其特征在于，还包括电动泵，其构造并设置为与所述槽流体连通并且与所述主调节旁路阀流体连通，以将液压流体从所述槽输送到所述主调节旁路阀。
4.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，还包括控制模块，其构造并设置为基于所述混合电动车辆的操作模式来管理所述机械泵和所述电动泵的操作状态。
5.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述混合动力车辆具有与液压系统相关的三种操作模式，包括E-模式、过渡模式和巡航模式。
6.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述第一控制螺线管构造并设置为与所述主调节旁路阀流体连通。
7.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，还包括离合器微调阀。
8.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述第二控制螺线管构造并设置为与所述离合器微调阀流体连通。
9.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述控制模块构造并设置为与所述可变排放螺线管相关，以用于所述可变排放螺线管的多路复用。
10.根据权利要求9所述的液压系统，其特征在于，对于所述可变排放螺线管来管理所述多路复用，以便在所述主控制阀和主增压之间操作。
11.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，还包括与所述主控制阀流体连通的润滑剂排放导管。
12.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述控制模块是带有两个驱动器的混合控制模块。
13.根据权利要求12所述的液压系统，其特征在于，所述两个驱动器中的一个对应于所述可变排放螺线管，并且所述两个驱动器中的另一个对应于所述第二控制螺线管。
14.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述混合控制模块构造并设置为基于齿轮箱的扭矩值来调节所述液压系统的压力水平。
15.一种用于混合电动车的液压系统，包括：
包含液压流体的槽；
主调节阀，其构造并设置为与所述槽流体连通；
主调节旁路阀，其构造并设置为与所述槽流体连通；
主控制阀，其构造并设置为与所述主调节阀流体连通，并且与所述主调节旁路阀流体连通；
混合控制模块；以及
控制螺线管，其构造并设置为与所述主调节旁路阀流体连通，其中，所述混合控制模块构造并设置用于所述控制螺线管的多路复用。
16.根据权利要求15所述的液压系统，其特征在于，所述控制螺线管是可变排放螺线管。
17.根据权利要求15或16所述的液压系统，其特征在于，所述混合动力车辆具有与液压系统相关的三种操作模式，包括E-模式、过渡模式和巡航模式。
18.根据权利要求15、16或17中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述混合控制模块构造并设置为带有两个驱动器。
19.根据权利要求18所述的液压系统，其特征在于，所述两个驱动器中的一个对应于所述可变排放螺线管，并且所述两个驱动器中的另一个对应于所述第二控制螺线管。
20.根据权利要求19所述的液压系统，其特征在于，所述混合控制模块构造并设置为基于齿轮箱的扭矩值来调节所述液压系统的压力水平。
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