CN105960536A - 一种用于车辆的液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液压系统，包括液压驱动的离合器，液压驱动的移动活塞，以及用于驱动所述离合器和所述移动活塞的压力源。仅当所述移动活塞到达其一个最终位置时，所述移动活塞的移动也控制用于打开从所述压力源到所述离合器的连接的阀门功能。

Description

一种用于车辆的液压系统
技术领域
本发明涉及一种车辆的液压系统，更具体地，涉及一种用于控制全轮驱动(AWD)联轴器以及变速箱的高/低挡齿轮的液压系统。
背景技术
拥有包括具有可选择的低挡齿轮的变速箱的动力传动系统拓扑结构(drivetrain topology)的全轮驱动(AWD)车辆已经在市场上存在了很多年。以最简单的形式，低挡齿轮通过额外的变速杆选择。在现代车辆中对低挡齿轮的可控性和功能性的需求日益增长。这种需求包括“在移动中转换”的能力，比如在车辆没有完全停止的情况下转换高/低挡的可能性。同时在没有启动AWD离合器时能执行高/低挡的转换也是想要达到的，因此可以消极地影响车辆的行为，比如在停车操作中锁定前轮轴与后轮轴。
为了满足这些新的需求，这种转换一般通过驱动装置控制而不是通过手动操作杆控制，当与可操纵的AWD组合时，此种系统会趋于复杂、笨重而且包括一些驱动器(actuators)、机械机构和传感器。
现有的机电系统仅仅利用一个驱动器来进行转换和离合器的驱动，这些机电系统的缺点是沉重，封装不太灵活，扭矩精度和可控性不高，需要较复杂的控制策略和较高的峰值电流消耗。
图1所示的也是一种现有技术的液压的解决方案，示出了一种利用压力控制泵的现有的双速挡变速箱的液压的解决方案的例子，比如WO2011043722中公开的一种泵，该泵用于转换(shift)的驱动和AWD离合器的驱动。这些设计的缺点是常常利用较多的驱动装置导致较高的成本、较大的重量和封装尺寸。它们通常也设计采用滑阀，但滑阀需要较高的清洁度和额外的滤油器。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种液压系统，该液压系统利用移动活塞的运动也能获得阀门功能。该液压系统被优选地用于需要在联轴器和齿轮转换之间扭矩控制的应用中，比如变速箱应用，其中仅当移动活塞到达其中一个最终位置时，该液压系统用来打开从压力源到AWD离合器活塞的连接。
根据本发明的各个方面，提供了一种与独立权利要求所陈述的特征一致的液压系统，优选实施方式被附加的从属权利要求所限定。
附图说明
本发明的实施例将随后进行描述；参考附图中示出发明构思是怎样被简化并付诸于实践中的非限制性例子。
图1是一种用于双速挡变速箱的现有技术的液压系统的示意图，其利用压力控制泵以用于转换(shift)的驱动和AWD离合器的驱动；
图2示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图，该实施方式的液压系统包括与机械式驱动活塞阀组合的可逆泵总成；
图3示出了的根据一种实施方式的液压系统的液压系统图，该实施方式的液压系统包括与换向阀和活塞阀组合的泵总成；
图4示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图，该实施方式的液压系统包括能够仅使用两个活塞密封的先导控制球阀；
图5示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图，该实施方式的液压系统包括与活塞阀组合的可逆泵总成；
图6和图7是显示了实现活塞阀功能的活塞密封和套筒的剖视图；
图8是显示了实现活塞阀功能的活塞中的弹簧阀的剖视图；
图9是实现机械式驱动座式阀的活塞阀的剖视图；
图10是实现活塞阀功能的通过销控制止回阀的剖视图；
图11是实现活塞阀功能作为齿轮保持(gear retention)机构的一部分的示意图；
图12是具有双路输入(dual inputs)的液控(pilot controlled)球阀的剖视图；
图13a示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图；
图13b到图13d示出了根据其他实施方式的液压系统的液压系统图；
图14示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图；
图15示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图；
图16示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图；以及
图17示出了根据一种实施方式的液压系统的液压系统图。
具体实施方式
虽然将要描述的液压系统的实施方式主要参照于变速箱的应用，但应该意识到此发明构思不仅局限于此应用，还可以应用在不同车辆的应用中，其中需要在例如联轴器(coupling)和换挡(gear shift)之间的扭矩控制。
现在回到具体的变速箱应用，使用一个驱动器以用于AWD离合器和转换功能的挑战之一是，要满足在换挡时没有AWD离合器转矩。图1所示的现有技术的液压系统1是通过一个单独的阀(separate valve)2来解决的，该单独的阀2将流量/压力转移至转换机构3或AWD离合器活塞4。
相反地，本发明在此描述的是利用移动活塞(shifting piston)的移动也能获得阀门功能，仅当移动活塞到达它其中一个最终位置时，即当移动操作完成时，移动活塞的移动用来打开从压力源(比如泵总成)到AWD离合器活塞的连接。
一旦移动已经完成，通过减小压力，可以避免在移动时AWD离合器中无意的扭矩传递的驱动。
作为用于转换(shifting)的压力源，可以采用可逆压力调节泵总成或者作为可选方案之一，也可以采用单向压力调节泵总成与4/2换向阀组合来反转液体流向。
通过活塞移动驱动的阀门功能能够以很多方式来实现，但是座式阀由于其对污染物的低敏感性可能是更优选的。如附图所示一些例子中利用活塞自我密封来实现阀门功能，一些例子中利用活塞运动来驱动单独的阀，以及一个例子中利用先导控制球阀。
自图2开始示出液压系统200，液压系统100包括可逆泵总成100，该可逆泵总成100用于在移位活塞202两侧上施加压力，该移动活塞202将会促使两个阀门204、206中的一个打开，从而允许液压压力施加到AWD离合器208上。
泵总成100包括电机102、液压泵104以及与压力溢流阀108连接的离心调节器106。泵总成100可以例如基于均与申请为同一申请人的EP2310709和EP2486279中描述的相同原理。泵总成100优选地设置有双向控制，由此通过利用正电压或负电压来获得的简单且安全的解决方案。
通过增加两个输入止回阀110、112和两个输出止回阀114、116，使得流动的方向取决于电机的旋转方向。如图2所示，第一端口118可与第一驱动器(图中未显示)连接，比如液压控制联轴器或者液压控制换挡，第二端口120可与第二致动器(图中未显示)连接，比如液压控制联轴器或者液压控制换挡。
当电机102沿第一方向旋转时，液压流体从存储容器122引出经由第一输入止回阀110，通过泵104，到达第二端口120。第一输出止回阀114与溢流阀108流体连接。
当电机102在相反方向上旋转时，液压流体从储液器122引出经由第一换向阀112，通过泵104，到达第一端口118。第二输出止回阀116与溢流阀108流体连接。
第三端口124也可被提供。第三端口124可与第一接口118或者第二接口120组合，或者与第一接口118和第二接口120组合在一起。来自第三端口124的压力将不取决于电机102旋转方向。
图3示出的是泵总成100’的另一种实施方式，其中泵总成100’被设置为与换向阀210串联连接。当通过泵总成100’的方式增压时，移动活塞202发生运动；当移动活塞202发生移动时，通道212将开启以允许液压压力施加到AWD离合器208上。换向阀210的位置将决定压力施加到移动活塞202的哪一侧。
泵总成100’具有与图2中泵总成100相似的结构。然而图3中的泵总成100’没有止回阀110、112、114、116。电磁驱动换向阀210优选为座式阀。
图4显示了图3所示的实施方式的修改的液压系统200。来自移动活塞通道212的液压压力用来控制球阀214，而不是驱动AWD离合器208。增压的流体直接从泵总成100’通过球阀214提供到AWD离合器208，而不是通过移动活塞通道212。
图5示出了液压系统200的另一种实施方式。所示出的实施方式是图2和图3中所示出的实施方式的组合。特别地，图3中的泵总成100’和换向阀210被图2中的可逆泵总成100所替代。
图6所示的是移动活塞202的一种实施方式。移动活塞202在气缸2021的内部可轴向移动。增压流体可通过通道2022、2023进入气缸2021，通道2022、2023与泵总成100、100’的流体出口流体连接。移动活塞202由塑料管芯2024所包围，塑料管芯2024具有沿其周向的多个孔2025。移动活塞202在其停止位置会挡住孔2025。然而，随着移动活塞202轴向移动，孔2025将会暴露，使得来自通道2022、2023之一的增压流体流入。因此，增压流体将会通过孔2025流出并通过通道212流入至AWD离合器。因此移动所述移动活塞202会允许流体流经孔2025以驱动AWD离合器208。
图7所示的是移动活塞202的另一种实施方式，该实施方式是图6所示的实施方式的修改。如图7所示，塑料管芯被移除，并且移动活塞202自身提供有圆周孔2026，该圆周孔2026提供上面参照图6所描述的相同功能。
图8所示的是移动活塞202的再一种实施方式。移动活塞202设有通孔2030，通孔2030形成位于气缸2021各自的活塞侧之间的通道。球2031位于通孔2030内并允许沿通孔2030移动以用于阻挡和暴露通入通道212的入口，所述通道212与具有AWD离合器的气缸2021连接。在通孔2030的每个端部设置有弹簧2032，在移动活塞202处在停止位置时，所述弹簧2032封闭通孔2030两侧各自的入口。因此两个弹簧设置在移动活塞202相对的两侧上，每个弹簧2032密封移动活塞202内部的流体通道。当活塞202被促使移动时，移动弹簧2032中的一个将会偏移并且打开通道。活塞202里的球2031充当一个用于导向流体流向AWD离合器的阀。
图9示出了与图2所示的液压系统一起使用的阀204、206的例子。当移动活塞202移动时，阀销2040将被允许在阀壳体2041内向下移动，从而打开到AWD离合器的通道212。通道212的打开是通过阀销2040的厚部2042驱使两个球2043从孔2044轴向移开来实现的，孔2044连接泵总成100和AWD离合器208。销2040的移动可以例如通过凸轮表面来完成(图中没有示出)。
图10示出的是液压系统200的在一种实施方式，其中阀门功能(即该功能在图2中是通过所示的阀204、206所提供)通过两个单独的止回阀2050、2051所提供。每个止回阀优选地通过各自的销来控制。
图11显示了一种实施方式，其中阀门功能形成部分齿轮保持机构(gearretention mechanism)。弹簧偏移球(spring-biased ball)2060被提供用来将移动活塞202保持在期望的位置。另外，流体通道212将泵总成100、100’与AWD离合器208连接，流体通道212被设置使得在移动期间流体通道212可通过球2060阻挡。
图12显示了与图2所示的液压系统一起使用的阀204、206的再一种实施方式。在此实施方式中，先导控制球阀204、206有双重输入2070、2071，由此一旦先导压力足够移动阀销2040，连通AWD离合器的通道212将会被打开。
图13a显示了利用可逆泵总成100的液压系统200的一种实施方式，该可逆泵总成100具有用于向第一驱动器(即移动活塞202的一侧)提供压力的第一端口118以及用于向第二驱动器(即移动活塞202的相对侧)提供压力的第二端口120。还提供了第三端口124，该第三端口124连接于压力溢流阀108。该实施方式利用第三端口124以向AWD联轴器208提供压力，同时第一和第二端口118、120用于向移动活塞202的两侧提供压力。在此实施方式中，移动活塞202被增压的同时AWD联轴器208被驱动。此种实施方式在对于“在移动中转换”没有需求的情况下是有利的。
图13b显示了AWD仅在低挡范围时使用于需要机械锁的应用中的实施方式。用于此种变速箱的机械锁为例如在与本申请为同一申请人的共同未决申请SE1450471-6中所描述的。当泵总成100在第一方向运行时，第一端口118将会被增压，此时的增压将对应地从1(低挡锁)转换到2(空挡)或从2(空挡)转换到3(高挡自动模式/锁)或者当要求AWD扭矩在3(高挡自动)时。当泵总成100在相反方向运行时，第二端口120将会被增压，此时的增压将对应地从3转换到2或者从2转换到1。虚线表明一种实现离合器闭锁功能的连接，作为可选方式，可连接至锁牙嵌离合器(lock dog clutch)。移动活塞202的行程将会驱动副变速(1-2-3)和AWD锁。在更优选的实施方式中，位置传感器被提供用来监测活塞202的位置。
因此，图13b的实施方式提供了用于变速箱的液压系统，所述变速箱具有副变速(range shift)、机械锁和AWD离合器。在低挡锁(1)中副变速处在位置“1”，机械锁处在锁定位置，并且AWD离合器打开。在空挡(2)中副变速处在空挡位置，机械锁处在打开位置，并且AWD离合器打开。高挡自动模式/锁(3)对应于设置在高位置的副变速，AWD离合器208被驱动的同时机械锁被打开。低挡将总是通过机械锁(比如牙嵌离合器或离合器锁定机构)锁定。当高挡锁被选择时，所述高挡锁通过AWD离合器208的方式来提供，当系统被设置在高速锁自动模式时，转矩将通过AWD离合器208来控制。在操作期间，在高挡锁驱动后，驱动器迫使变速箱处在低挡锁中以确保四个轮子的驻车锁定。在此种模式驱动后，变速器将会相应地保持在低挡锁。副变速和AWD锁优选地通过弹簧驱动，以确保即使在收到起初的接合阻挡力之后也可以接合。
图13c示出了液压系统200的再一种实施方式，在该实施方式中没有提供机械锁。该实施方式与图13b所示的实施方式完全一样，除了省略了与机械锁的连接。因此，在第一方向运行的泵总成100将提供低挡，同时在相反的方向运行的泵总成100将提供高挡。锁定将通过AWD离合器208的扭矩控制来实现，位置传感器可被提供用来精确地测定移动活塞的位置。
在低挡锁(1)中，副变速处于位置“1”，并且AWD离合器被驱动。在空挡(2)中，副变速处于空挡位置，并且AWD离合器打开。高挡自动模式/锁(3)对应于设置在高挡位置的副变速，同时AWD离合器被驱动。
图13d显示了用于变速箱的液压系统200的再一种实施方式。在该实施方式中，可能没有低挡自动模式，但是仅有低挡锁。与图13b到图13c中所示的在先的实施方式相似，可逆泵总成100与移动活塞202和AWD离合器208流体连接。活塞2081用于驱动AWD离合器，活塞2081设置有活塞锁定机构2082，该活塞锁定机构2082被设计用来锁定活塞2081(比如在20巴(Bars)处)。移动活塞202的移动顺序为：i)高挡自动模式，ii)空挡，iii)高挡锁，iv)低挡锁。该低挡锁通过被设置在泵总成100和移动活塞202之间的阀220的方式来实现，阀220打开在大约30巴(Bars)处以用来移动至低挡锁。
在图14a中显示了利用两个泵总成100’a、100’b的液压系统200的再一种实施方式。第一泵总成100’a与参照图3所描述的相同，第一泵总成100’a用于驱动AWD离合器208。小型的可逆泵总成100’b，优选为低成本的具有两个输入止回阀的内齿轮油泵，可逆泵总成100’b用于提供活塞202在高挡和低挡之间的移动。
作为一个可选方案，移动活塞202可以具有在最终位置穿过排出孔的密封。因此压力以及驱动电流下降并且可以检测到所述最终位置。
图15示出了具有所谓的全部功能的液压系统200的再一种实施方式。没有提供单独的机械锁，锁定模式通过AWD离合器208的控制来实现，AWD离合器208的控制通过电磁开关阀230的方式来实现，电磁开关阀230连接于AWD离合器208的活塞锁定机构2082。在低挡、空挡或者高挡中运行的移动活塞202通过可逆泵总成100的方式控制，当可逆泵总成100在第一方向运行时以获得低挡，并且在相反方向获得高挡。因此AWD锁均可用于低挡和高挡。
图16a示出了液压系统200的再一种实施方式。液压系统200包括用于驱动AWD离合器208的第一单向泵总成100’以及用于驱动移动活塞202的可逆泵总成100。可逆泵机组100将增压的流体应用到活塞锁定机构2082，活塞锁定机构2082进一步被来自通过电磁开关阀240控制的单向泵总成100’的压力控制。因此未锁定的AWD离合器208是可能的。
图17a示出了液压活塞200的再一种实施方式。可逆泵机组100被操作用于双向移动所述移动活塞202，使得移动活塞控制转换装置在高挡位和低挡位之间转换。当位移活塞202到达其最终位置之一时，通向AWD离合器208的通道212打开，使得AWD离合器208被驱动。在此增压的流体也可通过可控的电磁开关阀250提供到AWD离合器208的活塞锁定机构2082上。
活塞锁定机构2082由活塞形成，活塞被减少的有效活塞区域与由同一申请人的WO2014/131531所描述的相似。
将被领会的是，上述的实施方式可以在不脱离由从属权利要求所定义的范围的情况下合并。
虽然本发明已经参照上述的具体实施方式被描述，但并不局限于在此展示出的具体形式。而不是本发明仅被附带的权利要求所限定，在这些从属权利要求的范围内其他与上述等同的具体实施方式也是可能的。

Claims (8)

1.一种用于车辆的液压系统，包括：
液压驱动的离合器，
液压驱动的移动活塞，和
用于驱动所述离合器和移动活塞的压力源，其特征在于，
仅当所述移动活塞到达所述移动活塞的其中一个最终位置时，所述移动活塞的移动也控制用于打开从所述压力源到所述离合器的连接的阀门功能。
2.一种用于车辆的液压系统，包括：
液压驱动的离合器，
液压驱动的移动活塞，和
用于驱动所述离合器和所述移动活塞的压力源，其特征在于，
所述移动活塞形成阀，当所述移动活塞布置在最终位置时，所述阀允许所述压力源向所述离合器施加压力，当所述移动活塞在两个最终位置之间移动时，所述阀阻止压力源向所述离合器施加压力。
3.根据权利要求1或2所述的液压系统，其中，所述压力源为可逆泵。
4.根据权利要求1或2所述的液压系统，其中，所述压力源为与换向阀串联连接的不可逆泵。
5.根据上述任意一项权利要求所述的液压系统，其中，所述液压系统还包括设置在所述压力源和所述离合器之间的先导控制球阀，其中所述移动活塞被配置成用于打开向所述球阀提供先导压力的压力通道。
6.一种变速箱，包括根据上述任意一项权利要求所述的液压系统。
7.根据权利要求6所述的变速箱，其中所述液压驱动的离合器为AWD联轴器，所述AWD联轴器被配置成用于在两轮驱动和四轮驱动之间转换驱动模式，所述液压驱动的移动活塞被配置成用于在变速箱的低挡齿轮和高挡齿轮之间转换。
8.一种操控变速箱的方法，所述变速箱包括液压驱动的离合器、液压驱动的移动活塞以及压力源，所述液压驱动的离合器用于在两轮驱动和四轮驱动之间转换驱动模式，所述液压驱动的移动活塞用于在低挡齿轮和高挡齿轮之间转换，所述压力源用于驱动所述离合器和所述移动活塞，其中所述方法包括如下步骤：
在两个最终位置之间移动所述移动活塞，其中所述移动活塞形成阀，当所述移动活塞设置在一个最终位置时，所述阀允许所述压力源向所述离合器施加压力，当所述移动活塞在两个最终位置之间移动时，所述阀阻止所述压力源向所述离合器施加压力。
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