CN106979306A - 具有蓄压器的车辆变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有蓄压器的车辆变速器。一种车辆动力传动系统包括由发动机驱动的可变排量泵以及蓄压器。切换网络控制流体在泵、蓄压器、阀体的管路压力回路及油底壳之间的流动，从而实现几种工作模式。在平衡工作模式下，没有流体流入或流出蓄压器。在排放模式下，流体从蓄压器流出，以降低泵所需要的动力从而增大输出扭矩或减少燃料消耗。在填充模式下，流体流入蓄压器以供以后使用。在高扭矩模式下，流体同样流入蓄压器，其中，在高扭矩模式下，泵和切换网络被有目的地设置成增大泵的扭矩以帮助减速。

Description

具有蓄压器的车辆变速器

技术领域

本公开涉及机动车辆动力传动系统及相关联的控制的领域。更具体地，本公开涉及具有用于储存增压流体的蓄压器的动力传动系统。

背景技术

很多车辆在包括前进和倒车运动两者的宽范围的车速内使用。然而，一些类型的发动机只能在窄的速度范围内高效运转。因此，能够以多个传动比(speed ratio)高效地传输动力的变速器被频繁地使用。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比运转，使得变速器放大发动机扭矩，用于改善加速。当车辆处于高速时，变速器以低传动比运转，以允许与安静、燃料高效的巡航关联的发动机转速。

变速器的传动比可通过调节供应给各种离合器和/或变速机构(variator)的液压流体的压力进行控制。通常，流体由泵进行增压，泵由变速器的输入进行驱动，变速器的输入进而由发动机曲轴进行驱动。变速器的泵从发动机吸取动力，该动力本可被用于推进车辆。因此，使泵的使用最少化是可取的。已知的是，通过调节带轮的半径对传动比进行控制的带式变速机构需要相对较高的流体流速和流体压力。因此，在使用这种变速机构的变速器中，最少化地利用泵来提供增压流体是尤其有利的。

发明内容

一种车辆包括动力传递组件、由发动机驱动的泵和控制器。所述动力传递组件被配置成响应于液压压力而建立从发动机到车辆车轮的动力流路径。所述动力传递组件可包括液压致动的变速机构(诸如，带式变速机构)和/或至少一个液压致动的离合器。所述控制器被配置成：估算发动机边际效率，并且通过设置泵的排量，使其提供小于动力传递组件的流量需求的流量，同时由蓄压器提供其余的流量需求，而对发动机边际效率低于第一阈值作出响应。所述控制器可被进一步配置成：在其他时候，设置泵的排量，使其提供超过所述流量需求的流量，并将多余的流量引导到蓄压器中。响应于发动机边际效率大于第二阈值或者响应于负的车轮扭矩需求，所述蓄压器可被填充。

一种变速器包括动力传递组件、由变速器的输入驱动的可变排量泵、蓄压器和控制器。所述动力传递组件被配置成响应于液压压力而建立从变速器的输入到变速器的输出的动力流路径。所述控制器被配置成：当所述输出正在旋转时，设置所述泵的排量使其提供小于流量需求的流量，同时由蓄压器提供其余的流量需求。所述变速器还可包括阀体和切换回路。所述阀体被配置成响应于来自控制器的指令将流体从管路压力回路引导到动力传递组件。所述切换回路具有被配置成接收来自所述泵的流体的流体节点。第一阀选择性地将所述节点流体地连接到蓄压器。第二阀选择性地将所述节点流体地连接到管路压力回路。第三阀可选择性地将所述节点流体地连接到油底壳。所述节点可经由第四阀接收来自所述泵的流体。

一种操作车辆的方法包括：在某些时间段，将泵的排量设置为大于满足流量需求所必需的流量并将过剩的流量引导到蓄压器，并且响应于发动机边际效率低于第一阈值，设置所述泵的排量使其提供低于所述流量需求的流量并由所述蓄压器提供其余的流量需求。例如，响应于发动机边际效率大于第二阈值，所述蓄压器可被填充。可选地或此外，响应于负的车轮扭矩需求，所述蓄压器可被填充。

根据本发明，提供一种变速器，包括：动力传递组件，被配置成响应于液压压力而建立从输入到输出的动力流路径；可变排量泵，由所述输入驱动；蓄压器；以及控制器，被配置成当所述输出正在旋转时，设置泵的排量，使其提供小于动力传递组件的流量需求的流量，同时由蓄压器提供其余的流量需求。

根据本发明的一个实施例，所述动力传递组件包括具有液压致动的变速机构的齿轮箱。

根据本发明的一个实施例，所述动力传递组件包括具有至少一个液压致动的离合器的齿轮箱。

根据本发明的一个实施例，所述变速器进一步包括：阀体，被配置成响应于来自控制器的指令而将流体从管路压力回路引导到动力传递组件；以及切换回路，具有流体节点、第一阀和第二阀，所述流体节点被配置成接收来自泵的流体，所述第一阀选择性地将所述节点流体地连接到蓄压器，所述第二阀选择性地将所述节点流体地连接到管路压力回路。

根据本发明的一个实施例，所述切换回路进一步包括第三阀，所述第三阀选择性地将所述节点流体地连接到油底壳。

根据本发明的一个实施例，所述切换回路进一步包括第四阀，所述第四阀选择性地限制流体从泵流动到所述节点。

根据本发明，提供一种操作车辆的方法，包括：设置由发动机驱动的可变排量泵的排量，使其大于满足液压流体流量需求所必需的流量，并将过剩的流量引导到蓄压器；以及响应于发动机边际效率低于第一阈值，设置所述泵的排量使其提供小于所述流量需求的流量，并且由蓄压器提供其余的流量需求。

根据本发明的一个实施例，响应于发动机边际效率大于第二阈值，将所述泵的排量设置成大于满足所述流量需求所必需的流量。

根据本发明的一个实施例，响应于负的车轮扭矩需求，将所述泵的排量设置成大于满足所述流量需求所必需的流量。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图。

图2是液压切换网络的示意图，其适合用于图1的车辆动力传动系统。

图3是用于从图1的车辆动力传动系统的几种工作模式中进行选择的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采用各种可替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

图1示出了车辆动力传动系统10。机械动力流连接用粗实线表示，而液压流体的流动用虚线表示。电控信号由粗虚线表示。内燃发动机12驱动曲轴14，该曲轴14将输入动力提供给变速器16。所述变速器16调节速度和扭矩并将动力传送到差速器18。差速器18在左右车轮20和22之间分配动力，同时在车辆转弯时允许轻微的速度差异。

在变速器16内，速度和扭矩由两个组件，即，变矩器24和齿轮箱26进行调节。变矩器24包括泵轮和涡轮，每当泵轮旋转得比涡轮快时，泵轮和涡轮都液力地传递动力。变矩器还可包括使扭矩倍增的导轮。变矩器还可包括旁路离合器，旁路离合器在接合时将动力从泵轮机械地传递至涡轮且没有与液力地传递动力相关联的寄生损失。齿轮箱26包括传动装置和换挡元件，传动装置和换挡元件被布置成使得接合离合器的各个子集建立不同的动力流路径。不同的动力流路径具有不同的传动比。在无级变速器(CVT)中，传动装置包括能够以在预定的上界和下界之间的任何传动比传递动力的变速机构。CVT的齿轮箱通常也包括选择性地建立前进动力流路径或倒车动力流路径的换挡元件和传动装置。传动装置同样可被配置成交替地建立多个前进挡动力流路径。

泵28从油底壳30吸取流体并将该流体以升高的压力供应给切换网络(switchnetwork)32。流体供应的量基于发动机转速和被称作泵排量的泵几何参数。切换网络32将流体流从泵引导到油底壳30中的一个或更多个、阀体34以及蓄压器36。切换网络还可将流体流从蓄压器36引导到油底壳30或阀体34。阀体34以低于输入压力的受控压力将流体提供到变矩器24和齿轮箱26，以控制换挡元件的扭矩容量并且控制变速机构的传动比。阀体还将流体提供到变矩器24的液力室(hydro-dynamic chamber)并将流体提供到齿轮箱26用于润滑。流体从齿轮箱26和阀体34流回到油底壳30从而完成循环。阀体34还可以以一定的受控压力将流体输送到泵28以调节泵的排量。

图2示出了切换网络32的一种配置。阀40、42、44和46分别将泵28、蓄压器36、油底壳30和阀体34连接到共同的节点48。每个阀被控制为处于三种状态中的一种状态。在打开状态下，阀允许几乎不受限制的流动使得阀的两侧的压力近似地相等。在关闭状态下，阀不允许流动并且阀的两侧的压力可大不相同。在调节状态下，限流的大小被调节以允许从压力较高的任一侧到压力较低的一侧的一些流动。流速随着压差的增加而增加并随着开口尺寸的增加而增加。当流体流经调节阀时有能量损失。能量损失的速率与流速及压差成比例。每个阀的状态和处于调节状态时的开口大小由来自控制器38的电流决定。切换网络32可一体地形成于阀体34中，因为两者都包括由控制器控制的多个阀。

泵28的流量与发动机转速成比例并与泵的排量成比例。离开泵28的压力取决于下游的限制。泵的出口压力随着下游阻力的减小而增加。泵旋转所需要的扭矩与出口压力(假定入口压力可忽略)成比例并且与泵的排量成比例。泵28所需的功率与扭矩成比例并且还与发动机转速成比例。蓄压器36的压力取决于蓄压器中的流体的量。随着储存的流体的量增加，蓄压器36的压力增大。油底壳30的压力接近于大气压力。系统中所有其他的压力都是相对于该压力进行测量的。进入阀体34的压力被称为管路压力。由于阀体中的阀能够减小压力而不能增大压力，因此管路压力必须被维持为高于齿轮箱26中的扭矩传递组件所需的最大控制压力。通常，变速器的阀体包括控制管路压力的调节阀。在图1的变速器中，此功能可由切换网络32执行。另外，进入阀体34的流量必须超过任何泄漏以及任何润滑和冷却需求之和。

可以在不同的工作条件下以多种不同的方式控制切换网络32的阀。在平衡工作模式下，阀体的压力需求和流量需求完全仅由泵28满足。在这种状态下，第一阀和第四阀打开。名义上，第二阀和第三阀关闭。泵28的排量被设置得足够大以确保管路压力满足或超过需求并且流量满足或超过需求。如果管路压力超过蓄压器压力并且流量超过所述需求，则第二阀可被调节成使部分流动转向蓄压器。这可发生在例如当泵的排量的最小值提供的流量超过需求时，诸如当发动机转速相对较高时。在这种工作模式下，对蓄压器进行填充是有益的副作用而非主要目的。如果有多余的流量并且管路压力低于蓄压器压力或蓄压器已满，那么可调节第三阀以使部分流动转移回油底壳。

在排放工作模式下，储存在蓄压器中的流体可被用于补充由泵提供的流量。这只有在蓄压器压力超过管路压力需求时才有可能。第一阀和第四阀打开，第三阀关闭，并且第二阀处于调节状态。以协调的方式对第二阀和泵的排量进行控制以确保管路压力满足需求并且流量满足需求。为了利用更多储存的流体并降低泵的负载，第二阀被打开得更大并且泵28的排量降低。当期望降低泵的扭矩时可选择该模式。例如，当驾驶员需要加速时可调用该模式。另外，当阀体流量需求暂时地更高时(比如当改变传动比时)可调用该模式。

在填充工作模式下，泵和切换网络可被控制为系统性地向蓄压器填充流体。名义上，第一阀、第二阀和第四阀打开并且第三阀关闭。泵的排量被设置成提供超过阀体所需要的流量的流量。如果需要的管路压力低于蓄压器压力，则可调节第四阀，使节点48处的压力升高至大于蓄压器压力，从而使流体流入蓄压器。这限制了能量储存效率，因此当需要的管路压力低于蓄压器压力时，选择这种模式不够理想。如果当第四阀打开时管路压力降至所需水平以下，则可对第二阀进行调节以限制流动转向蓄压器。

在高扭矩工作模式下，泵和切换网络可被控制为有目的地增大泵的扭矩。例如，在车辆减速期间，泵的扭矩可被期望用于增加发动机制动。在这样的事件期间，有益的是捕获蓄压器中的能量，使得所述能量可在以后被用于提高性能或减少燃料消耗。在这种模式下，泵28的排量被设为其最大值。名义上，第一阀、第二阀和第四阀打开并且第三阀关闭。如果进入阀体的流量和管路压力都超过需求，那么可对第四阀进行调节，使节点48处的压力升高，从而增大进入蓄压器36的流量。如果当第四阀打开时管路压力或进入阀体34的流量降至低于所需水平，那么可对第二阀进行调节以限制流动转向蓄压器。如果节点48处的压力小于蓄压器压力，那么应当关闭第二阀。如果蓄压器已满并且进入阀体的流量高于可接受的限制，那么可对第三阀进行调节从而将流动转向油底壳。最后，可对第一阀进行调节以增大泵的压力，同时在节点48处保持期望的压力。对第一阀进行调节增大了泵的扭矩却消散额外的泵能量，而非将其捕获以供以后使用。

在正扭矩驱动的情况下，发动机消耗燃料以提供推进力。为了给车轮提供期望的推进扭矩，被传递至泵28的任何扭矩使增大发动机的扭矩输出成为必然。在给定的发动机转速下，增大发动机的扭矩使燃料消耗率增加。然而，对于给定的泵动力增加的量，燃料消耗增加的量在所有工况下均不相同。例如，内燃发动机通常在相对较高的扭矩时最高效，而在低扭矩时效率不高。当发动机处于高效运行状态时，会期望以填充工作模式运行，使得在发动机效率较低时能够以排放模式进行后续操作。尽管在填充模式下时燃料消耗增加，但当在排放模式下时，燃料消耗可更大量地降低，从而减少总的燃料消耗。

图3是指示用于从上文所描述的工作模式中进行选择的示例性逻辑的流程图。该过程通过确定车辆是否正在减速而始于50。例如，控制器可基于负的驾驶员扭矩需求而推断车辆正在减速。如果车辆正在减速，那么控制器在52处选择高扭矩模式。如果车辆未在减速，那么控制器在54处计算发动机的边际效率(marginal efficiency)。如果在56处确定边际效率低于第一阈值，那么控制器继续确定条件是否适于使用排放模式以降低发动机扭矩和燃料消耗。如果在58处确定蓄压器不为空且在60处确定所需管路压力的最小值低于蓄压器压力，那么在62处选择排放模式。如果这些条件中的任一条件不满足，则在64处选择平衡模式。如果在66处确定边际效率大于第二阈值，那么控制器继续确定条件是否适于使用填充模式以为后续使用排放模式做准备。如果在68处确定蓄压器尚未充满且在70处确定管路压力大于蓄压器压力是可接受的，那么在72处选择填充模式。如果这些条件中的任一条件不满足，则在64处选择平衡模式。如果边际效率在这两个阈值之间，那么在74处选择平衡模式。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中所使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各种实施例可能已经被描述为提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式满足期望的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (11)

1.一种车辆，包括：

动力传递组件，被配置成响应于液压压力而建立从发动机到车辆车轮的动力流路径；

由发动机驱动的泵；以及

控制器，被配置成：响应于发动机边际效率低于第一阈值，设置泵的排量，使其提供小于所述动力传递组件的流量需求的流量，同时由蓄压器提供其余的流量需求。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述动力传递组件包括具有液压致动的变速机构的齿轮箱。

3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述动力传递组件包括具有至少一个液压致动的离合器的齿轮箱。

4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器被进一步配置成：设置泵的排量，使其提供超过动力传递组件的流量需求的流量，并将多余的流量引导到蓄压器中。

5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述控制器被配置成：响应于发动机边际效率大于第二阈值，设置泵的排量，使其提供超过动力传递组件的流量需求的流量，并将多余的流量引导到蓄压器中。

6.如权利要求4所述的车辆，其中，所述控制器被配置成：响应于负的车轮扭矩需求，设置泵的排量，使其提供超过动力传递组件的流量需求的流量，并将多余的流量引导到蓄压器中。

7.如权利要求1所述的车辆，进一步包括：

阀体，被配置成响应于来自控制器的指令而将流体从管路压力回路引导到动力传递组件；以及

切换回路，具有流体节点、第一阀和第二阀，所述流体节点被配置成接收来自泵的流体，所述第一阀选择性地将所述节点流体地连接到蓄压器，所述第二阀选择性地将所述节点流体地连接到管路压力回路。

8.如权利要求7所述的车辆，其中，所述切换回路进一步包括第三阀，所述第三阀选择性地将所述节点流体地连接到油底壳。

9.如权利要求8所述的车辆，其中，所述切换回路进一步包括第四阀，所述第四阀选择性地限制流体从泵流动到所述节点。

10.一种变速器，包括：

动力传递组件，被配置成响应于液压压力而建立从输入到输出的动力流路径；

可变排量泵，由所述输入驱动；

蓄压器；以及

控制器，被配置成：当所述输出正在旋转时，设置泵的排量，使其提供小于动力传递组件的流量需求的流量，同时由蓄压器提供其余的流量需求。

11.一种操作车辆的方法，包括：

设置由发动机驱动的可变排量泵的排量，使其大于满足液压流体流量需求所必需的流量，并将过剩的流量引导到蓄压器；以及

响应于发动机边际效率低于第一阈值，设置所述泵的排量使其提供小于所述流量需求的流量，并且由蓄压器提供其余的流量需求。