CN103402841A - 用于混合车辆的液压系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合模块的设置在发动和变速箱之间的液压系统，其包括平行设置的机械泵和电动泵。每个泵构造并设置根据操作模式为将油传送到液压系统的其他部分。三种操作模式描述为包括电模式、过渡模式和巡航模式。多个监测特征和控制特征被并入到液压系统中。

Description

用于混合车辆的液压系统和方法
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。
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3是混合模块变速箱子组件的的部分剖开的透视图。
图4是当液压系统处于E-模式时图2的液压系统的示意图。
图5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6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7是槽模块组件与混合模块壳体的连接的透视图。
图8是图7所示组合体的分解图。
图9是带有所示的油连接件的槽模块组件的透视图。
图10是图9的槽模块组件的分解图。
图11是在图10中显示的控制模块组件的分解图。
图12是包含了图11的控制模块组件的一个板体的主体的透视图。
图13A是图7所示组合体的局部正视图，显示了所需要的油位。
图13B是图7所示组合体的局部侧视图，显示了所需要的油位。
图14是包含图2的液压系统的一部分的主调节阀的放大的示意图。
图15是包含图2的液压系统的一部分的主控制阀的放大的示意图。
图16是包含图2的液压系统的一部分的润滑剂调节阀的放大的示意图。
图17是包含图2的液压系统的一部分的离合器微调阀的放大的示意图。
图18是包含图2的液压系统的一部分的主调节旁路阀的放大的示意图。
图19是包含在图10中显示的控制模块组件的一部分的螺线管主体的后视图。
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的这种平行结合，有机会减小泵的整体尺寸并且也可能降低整体费用。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。
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。
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。
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、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提供了主调节阀218和主调节旁路阀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。主调节旁路阀220通过导管258与主调节阀218流体连通，通过导管260与主控制阀222流体连通，通过导管262与离合器微调阀232流体连通，通过导管264与冷却器226流体连通，并且通过导管266与螺线管238流体连通。
主调节阀218通过导管272与导管264流体连通。导管274与主调节阀218流体连通，并且与在主控制阀222和螺线管236之间延伸的导管276相连。支路导管278在导管274和螺线管238之间建立了流动路径。导管280在主调节阀218和离合器微调阀232之间建立了流动连通。导管282在主控制阀222和排放回填阀224之间建立了流动连通。导管284在排放回填阀224和离合器微调阀232之间建立了流动连通。导管286在离合器微调阀232和蓄电池234之间建立了流动连通。导管288在离合器微调阀232和导管276之间建立了流动连通。导管290在螺线管236和离合器微调阀232之间建立了流动连通。导管292在导管280和主控制阀222之间建立了(主)流动路径。导管294在导管276和主控制阀222之间建立了控制支路流体连接。在图2中说明了其他的流体连接和导管，并且相应的流动路径也是显而易见的。
考虑图2，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。
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3，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1中总结了混合系统100的主要模式，提供如下：
表1
系统模式
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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1，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1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1)，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4中示意性地说明了E-模式。在图5中示意性地说明了过渡模式。在图6中示意性地说明了巡航模式。
首先根据图4，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。主压力“降低到”90psi，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5，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。压力降低到90psi并且到达冷却器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6，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和238处于“开启”状态。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”)。主压力处于205psi的“正常”水平(即，没有降低)。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。
已经各自地结合液压系统200a、200b和200c确认了在图4-6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118-205psi。电动泵120的主压力为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。离合器使用的公称压力为205psi(1410kPa)，最小压力为188psi(1300kPa)。
现在根据图7和8，其中以连接视图(图7)和分解视图(图8)显示了槽模块组件202相对于混合模块壳体304的设置。作为图7的组件的一部分而进一步显示的是低压电接头322、用于与冷却器226相连的流体端口324、用于与冷却器226相连的流体端口326和冷却器后的过滤器228。槽模块组件202使用一系列螺纹固定件328而固定连接在混合模块壳体304的下方。图8的分解图说明了槽模块组件202的一些内部部件和这些内部部件的布局。下面，根据其他附图描述了槽模块组件的细节。
现在根据图9-12，说明了关于槽模块组件202的其他细节。在图9中，显示了不同的油连接件。这些油连接件包括电动泵压力连接件334和电动泵吸入口连接件336。类似地示出了机械泵压力连接件338和机械泵吸入口连接件340。还包括有壳体润滑剂连接件342、马达冷却连接件344、离合器供给连接件346和冷却器回流连接件348。也说明了如装配到槽模块组件202中的油液位传感器350。
根据图10，其为槽模块组件202的分解视图，显示了如与槽本体358分开的控制模块组件356。槽主体358优选为带有下表面360和内侧壁362的铸件，以提供用于油的闭合容器或内部体积。
根据图11，以分解视图说明了控制模块组件356，其中显示了三层，包括螺线管主体366、分离器片体368和主体370。这些片体或类板层构造并设置成固定连接在一起，以产生必要的机械和液压连接、所希望的流动路径和用于接收操作部件的分隔室。
螺线管主体366包括多个分开限定的液压分隔室372。在此方面，应当注意地是在图11中没有完全显示螺线管主体366的底侧和相对侧。应理解地是，如图19所示，所说明的液压分隔室372通过螺线管主体366的底板366a而部分地闭合。这种底板或侧板366a构造并设置为带有如图19所示的部件分隔室。流入和流出每个液压分隔室372的流体至少部分地受由分隔板368所限定的孔374的形式而影响和控制，并且由主体370的结构和设置而进一步地影响和控制。可理解地是，分隔板368的实体部分或区域构造并设置为闭合或覆盖在液压分隔室372的部分之上。这样，流体能够流入并穿过一个或多个液压分隔室，与这里所描述的液压系统200的结构和预期操作相一致。
现在根据图12，说明了主体370的额外的结构细节。如所描述，存在有用于接收其他操作部件的分隔室。尽管这些其他的操作部件可为购买的、易于获得的零件，但是其也可为原厂生产或客户定制的零件，这取决于液压系统200的特定的操作模式和所需要的参数。在主体370的结构中，分隔室378提供为接收机械泵溢放阀380(见图1)。分隔室382提供为接收主调节阀218。分隔室384提供为接收主控制阀222。分隔室386提供为接收润滑剂分流阀230。分隔室388提供为接收冷却器溢放阀390(见图1)。此外，主体370包括多个液压连接件和配件，与这里所描述的液压系统200的结构和预期操作相一致。
溢放阀380和390类似地构造有球、阀座和偏压弹簧。机械泵溢放阀380具有400psi的设定值。冷却器溢放阀390具有140psi的设定值。
根据图13A和13B，以正视图和侧视图部分地显示了槽模块组件202和混合模块壳体304(见图7)的装配组合。每个视图包括显示了所需要的油位的虚线392。
根据图14，提供了主调节阀218的放大的示意图。如图2中所示，流体导管250、252、258、272、274和280直接与主调节阀218相连。导管272构造并设置为将润滑剂和冷却流体输送到冷却器226。导管274构造并设置为将控制流体输送到螺线管236和238，并且输送到离合器微调阀232。导管280构造并设置为将主流体输送到主控制阀222，并且输送到离合体微调阀232。导管252构造并设置为将主回流提供到导管250。导管258构造并设置为与主调节旁路阀220相连。导管250构造并设置为将主流体从机械泵118输送到主调节阀218。
主调节阀218是双重调节阀，其在205psi(没有降压)和大约90psi(带有降压)的范围内操作。任何流体溢出均被送到冷却器226。第二调节点为排放。导管252包括大约1.0mm的回流孔252a。
现在根据图15，提供了主控制阀222的放大的示意图。如图2中所示，流体导管260、276、282、292和294直接与主控制阀222相连。
导管260构造并设置为连接在主控制阀222和主调节旁路阀220之间。导管282将主控制阀222连接于排放回填阀224。导管292构造并设置为将主流体从主流体导管280输送到主控制阀222。控制导管276通过用于控制油流的导管290与螺线管236相连并且与离合器微调阀232相连。导管288将主控制阀222连接于压力开关414。通过导管294提供了到主控制阀222的控制回流。
主控制阀222在大约110psi的压力调节范围中操作。任何流体溢出均被送到排放回填阀224。导管292内的供给孔292a大约为3.0mm。导管294内的回流孔294a大约为1.0mm。当存在压力降低时(即，促动)，主控制阀222用作流体通过路径。在90psi下，流体由主调节阀218来调节。
现在看图16，提供了润滑剂调节阀230的放大的示意图。如图2中所示，润滑剂调节阀230设置在上游过滤器228和下游马达套筒246和轴承位置244，以及相关的要求优先润滑和冷却的相关部件之间。导管400提供了在过滤器228和润滑剂调节阀230之间的流体连接。支路导管402提供了润滑剂回流。导管404在马达套筒246和润滑剂调节阀230之间建立了流体连接。导管406在这些要求润滑和冷却的下游部件例如轴承和润滑剂调节阀230之间建立了流体连接。
润滑剂调节阀230(也称之为用作润滑剂分流阀)是双重调节阀。5.0lpm的初始流体(百分之百(100％))通过导管406用于轴承244和相关的下游部件的润滑需求。在大约32psi下，通过导管404打开了到马达套筒246的第二流动路径，为马达冷却提供额外的油流。如果马达套筒246堵塞或以其它方式被堵住，则阀门在48psi下排放流体。回流孔402a大约为1.0mm。
现在根据图17，提供了离合器微调系统410的放大的示意图。离合器微调系统410包括离合器微调阀232、相关的流体导管、排放控制器件和输入离合器412。还包括了与螺线管236和蓄电池234相连的导管。导管284构造并设置为在离合器微调阀232和排放回填阀224之间的流体连接用于排放回填供给。主供给由导管280提供，导管280构造并设置为在离合器微调阀232和主调节阀218之间的流体连接。通过导管262和连接导管416内的控制流体的压力水平来提供压力切换和栓锁输入414。输入离合器412通过共同的导管418和420与离合器微调阀232主流体连接。
离合器微调系统410包括螺线管236，所述螺线管236为“通常高”的螺线管，并且被描述为用作“微调”螺线管。增益大约为2.83。在离合器打开到主供给之前，压力开关414会翻转。调节点包括额定值，其为完全主供给加15psi，在最差的情况下约为190psi。主供给孔280a大约为4.0mm。离合器供给孔418a大约为3.0mm。回流孔420a大约为1.0mm。
根据图18，提供了主调节旁路阀220的放大的示意图。如图2中所示，流体导管254、256、258、260、262、264和266与主调节旁路阀220直接相连。导管254与携带了来自机械泵118的主流体的导管250相连。导管256与电动泵120流体连通。导管258构造并设置为与主调节阀218相连，以在其之间建立可通过压力开关而检测的控制流体。这种导管提供了降压信号。导管260构造并设置为与排放回填阀224相连。导管262构造并设置为与导管416流体连接，并且通过压力开关414来检测压力。通过导管262到达离合器微调阀232的流体提供栓锁信号。导管264构造并设置为与冷却器226流体连接。导管266构造并设置为与螺线管238流体连接。
主调节旁路阀220用于引导来自电动泵120的油流。这种阀门也控制降压(即降低压力)。在安装后，阀门220通过导管256和254来控制到主调节阀的电动泵输出。降压起作用，并且栓锁区域被排放。在使用(ON)位置中，通过输入离合器412，电动泵输出被引向冷却器226、降压被排放、并且栓锁起作用。随着主调节旁路阀下落，在停机状态期间阀门锁住，并且提供完全的离合器容量。
排放回填阀224具有2psi的压力设定值。与阀门224相关的流动回路向主控制阀供给溢出，被浪费的压力进行切换。来自主调节阀的排放孔大约为1.0mm。
现在来看图19，根据这里多个部件的装配说明了螺线管主体366的后部板体366a的一部分。包括并装配到接收位置和分隔室中的是离合器微调阀232、微调螺线管236、排放回填阀224、用于主调节旁路阀220的开启/关闭螺线管238、主调节旁路阀220和单向阀248。作为叠放板体366a的一部分还显示了用于电动泵和压力开关428和411的连接端口426。
现在将根据上文说明的三种模式的每一个来提供已经说明和描述的液压系统200的基础的结构和构造、关于部件状态和使用的额外的细节、不同的流动、和控制信号。
表2提供了在关于车辆的液压状态或条件方面的每个模式的简要总结。
表2
Figure BDA0000368038480000181
电模式(E-模式)：
这种模式由稳态的发动机关闭、离合器打开以及电动泵开启而限定。可得到的车辆模式是：电推进模式、电PTO模式、重启(发动机关闭)等。
在电模式中，离合器打开，因此发动机与变速箱不连接，因此通过电动泵产生了从夹层到变速箱的扭矩。所有的液压流体和压力由电动泵来提供。电动泵产生流经主调节旁路阀到达主调节阀的流体。从这里，首先满足了液压回路和泄漏路径，并且将额外的流体送到冷却器且回流到润滑剂阀，其将“来自冷却器”的油引到用于壳体润滑或用于马达冷却。
主调节阀在操作中具有降压，因此将压力调节在90psi。降压与主调节旁路阀位置相配合(主调节旁路阀安装=施加降压，主调节旁路阀使用=不施加降压)并且设计为阻止电动泵超压(这会降低电动泵最大功率需求)。
在这种模式中，电动泵提供压力为90psi的流体。
过渡模式：
这种液压模式包括多种的车辆过渡状态。这种状态主要定义为电动泵供给主调节阀和使用离合器。机械泵可为开启或关闭(取决于发动机状态)。泵118和120两者给主调节阀供给，这意味着仍然施加降压并且电动泵使得流体在90psi的压力下。这也将离合器限制到90psi，限定了可传递经过夹层模块的发动机扭矩的量。
从液压方面来说，冷却器流体、润滑剂和马达冷却全部以与电动模式中相同的方式而提供。
从车辆来看，当从发动机关闭/离合器关闭过渡到发动机开启/离合器开启时，会使用这种模式。这种模式对于车辆的空转或巡航不是最佳选择，并且因此仅用作在电模式和巡航模式之间的过渡。
巡航模式：
这种模式定义为发动机开启、使用离合器并且电动泵输出流体到冷却器(绕过主调节阀)。该模式包含了车辆处于空转或运动的任何车辆状态，并且发动机(借助或不借助电动马达的帮助)将扭矩提供到变速箱的输出。
机械泵直接使流体流向调节到高压(210psi)的主调节阀(降压关闭)。逻辑阀处于使用位置，其排放降压(将其关闭)并且也引导电动泵的流体绕过主调节阀，并且直接流到冷却器/润滑剂回路。
从液压方面来说，冷却器/润滑剂/马达冷却回路也由主调节阀的溢出而提供。
从车辆来看，使用离合器并且发动机扭矩经过离合器而传递到变速箱的输出。在这种模式中，电动马达可向变速箱的输出提供扭矩，或从中吸收扭矩(再生)，或可被关闭，这有效地使得车辆为非混合型。
表3列出了对于不同阀门和溢出阀的压力设定值。主调节阀以带有降压和不带有降压两种情况列出。
表3
压力设定值
Figure BDA0000368038480000191
Figure BDA0000368038480000201
过滤器228构造并设置为处理冷却器回流，并且在32微米下为百分之九十八(98％)有效。存在有内部溢出阀结构。吸入拾取居中地位于槽的底部。
表4
流体需求
Figure BDA0000368038480000202
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以及离合器微调阀232均具有基于其结构和功能而言可描述为“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。在美国专利7392892、7150288和5911244中提供了这种类型滑阀的更多细节描述。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。
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 (21)

1.一种用于混合电动车辆的液压系统，包括：
包含液压流体的槽；
主调节阀；
主调节旁路阀；
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；和
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。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括控制器，其用于基于混合电动车辆的操作模式来控制每个泵的操作状态。
3.根据权利要求1或2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。
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，还包括第一控制螺线管和第二控制螺线管。
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。
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，还包括离合器微调阀。
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，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。
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，所述第一控制螺线管和第二控制螺线管均具有由代表混合电动车辆的操作模式的三种操作模式而确定的操作条件。
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，当所述混合电动车辆处于所述E-模式中时，所述第一控制螺线管处于关闭操作条件，并且所述第二控制螺线管处于关闭操作条件。
10.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，当所述混合电动车辆处于所述E-模式中时，所述第一控制螺线管处于关闭操作条件，并且所述第二控制螺线管处于开启操作条件。
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，当所述混合电动车辆处于所述E-模式中时，所述第一控制螺线管处于开启操作条件，并且所述第二控制螺线管处于开启操作条件。
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，当所述混合电动车辆处于所述E-模式中时，通过所述电动泵输送从所述槽被输送到液压系统的任一个阀门的所有液压流体。
13.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，当所述混合电动车辆处于所述过渡模式中时，通过所述电动泵和通过所述机械泵以分配的量来输送从所述槽被输送到液压系统的任一个阀门的液压流体。
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，当所述混合电动车辆处于所述巡航模式中时，通过所述机械泵输送从所述槽被输送到液压系统的任一个阀门的所有液压流体。
15.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，还包括主控制阀、排放回填阀和润滑剂调节阀。
16.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，每个阀门均构造并设置为滑阀。
17.根据上述权利要求中任一项所述的液压系统，其特征在于，所述润滑剂调节阀构造并设置为具有两个优先的液压流体输送选择。
18.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述混合电动车辆包括混合模块壳体，并且所述槽构造并设置为处在所述混合模块壳体下方的槽模块组件。
19.根据权利要求18所述的液压系统，其特征在于，所述槽模块组件包括控制模块组件和槽主体。
20.根据权利要求19所述的液压系统，其特征在于，所述控制模块主体构造并设置在包括螺线管主体、分隔板和主体的三层中。
21.根据权利要求20所述的液压系统，其特征在于，所述螺线管主体构造并设置为具有多个分开式限定的液压分隔室。
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