DE102011115560A1

DE102011115560A1 - Druck- und durchflusssteuersystem in einem antriebsstrang für automatikgetriebe

Info

Publication number: DE102011115560A1
Application number: DE201110115560
Authority: DE
Inventors: Dongxu Li; Farzad Samie; Chunhao J. Lee; Kumaraswamy V. Hebbale; Chi-Kuan Kao; Andrew L. Bartos; Kevin B. Rober; Bret M. Olson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-04-19

Abstract

Ein Druck- und Durchflusssteuersystem umfasst eine hydraulisch gesteuerte Komponente, ein Vorsteuerventil und ein Regelventil. Das Vorsteuerventil ist ausgestaltet, um ein Vorsteuersignal zu erzeugen, und umfasst ein erstes Ventil, das ein MEMS-Mikroventil ist. Das Regelventil steht mit dem Vorsteuerventil in Fluidverbindung und ist ausgestaltet, um das Vorsteuersignal zu empfangen. Das Regelventil ist ferner ausgestaltet, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch gesteuerte Komponente steuert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung, Seriennummer 61/393,384, eingereicht am 15. Oktober 2010, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft die hydraulische Steuerung von Antriebssträngen, Getrieben und den hydraulisch gesteuerten Komponenten davon.
HINTERGRUND
Fahrzeugantriebsstränge können Getriebe umfassen, um Leistung und Drehmoment von einer Maschine auf einen Fahrzeugabtrieb (Achsen oder Räder) zu übertragen. Hybridantriebsstränge können mehrere primäre Antriebsaggregate umfassen, die Brennkraftmaschinen oder alternative Leistungsquellen, wie etwa eine oder mehrere Elektroarbeitsmaschinen, die mit einer Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist/sind, einschließen. Wenn der Antriebsstrang mit einem zusätzlichen primären Antriebsaggregat, wie etwa einer Elektroarbeitsmaschine, ausgestattet ist, kann das Getriebe auch Drehmoment und Leistung von der Elektroarbeitsmaschine übertragen, um Zugkraft für das Fahrzeug vorzusehen. Feste Gänge oder Übersetzungsverhältnisse gestatten es, dass die Maschine in einem engen Bereich von Drehzahlen arbeiten kann, während ein breiter Bereich von Ausgangsdrehzahlen an dem Antriebsstrang zur Verfügung gestellt wird.
Unterschiedliche Gänge oder Betriebsmodi des Getriebes liefern unterschiedliche wählbare Drehzahlverhältnisse oder Übersetzungsverhältnisse d. h. Gänge, und auch unterschiedliche Niveaus an Drehmomentvervielfachung. Das Ändern des Drehzahlverhältnisses des Getriebes ändert im Allgemeinen das Verhältnis von Eingangsdrehzahl zu der Ausgangsdrehzahl und ändert die Drehmomentvervielfachung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb. Die Auswahl von Drehzahlverhältnissen kann durch Betätigung von hydraulischen Komponenten erfolgen, die durch ein oder mehrere Hydraulikventile gesteuert werden. Der Hydraulikdruck und -durchfluss, der durch diese Ventile geregelt oder vorgesehen wird, wählt das angeforderte Drehzahlverhältnis aus.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Druck- und Durchflusssteuersystem vorgesehen. Das Druck- und Durchflusssteuersystem kann in einem Antriebsstrang verwendet werden und umfasst eine hydraulisch gesteuerte Komponente und ein Vorsteuerventil. Das Vorsteuerventil umfasst ein erstes Ventil und ist ausgestaltet, um ein Vorsteuersignal zu erzeugen. Das erste Ventil ist ein elektromechanisches Mikrosystemventil (MEMS-Mikroventil, MEMS von Micro Electro Mechanical Systems). Ein Regelventil steht mit dem Vorsteuerventil in Fluidverbindung. Das Regelventil ist ausgestaltet, um das Vorsteuersignal von dem Vorsteuerventil zu empfangen, und ist ausgestaltet, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch gesteuerte Komponente steuert.
Das Regelventil kann ein Schiebeventil auf MEMS-Basis oder ein kleines mechanisches Schiebeventil sein. Darüber hinaus kann das Vorsteuerventil ferner ein zweites Ventil umfassen, und das Regelventil kann ein herkömmliches mechanisches Regelventil sein. Das zweite Ventil kann ein Schiebeventil auf MEMS-Basis oder ein kleines mechanisches Schiebeventil sein. Die hydraulisch gesteuerte Komponente kann eine Kupplungsanordnung, eine Schmierkreis, Ein/Aus-Zustände zur Gangauswahl, ein Leitungsdruck oder eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung sein.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Ausführungsarten und anderen Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung leicht deutlich werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines elektromechanischen Mikrosystem-Ventilaktors oder MEMS-Mikroventilaktors;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines MEMS-Schiebeventils, das alleine oder in Verbindung mit dem in 1 gezeigten MEMS-Mikroventilaktor verwendet werden kann;
3 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebsstrangs, der ein Getriebe aufweist, das einen Drehmomentwandler umfasst, in die ein oder mehrere Druck-/Durchflusssteuersysteme eingearbeitet sein können;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Option für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für eine hydraulisch gesteuerte Komponente innerhalb des Antriebsstrangs;
5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Option für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für die hydraulisch gesteuerte Komponente innerhalb des Antriebsstrangs;
6 ist ein schematisches Blockdiagramm einer dritten Option für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für die hydraulisch gesteuerte Komponente innerhalb des Antriebsstrangs; und
7 ist ein schematisches Blockdiagramm einer vierten Option für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für die hydraulisch gesteuerte Komponente innerhalb des Antriebsstrangs.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Bauteilen überall in den unterschiedlichen Figuren entsprechen, ist in 1 eine schematische Querschnittsansicht eines elektromechanischen Mikrosystem-Ventilaktors (MEMS-Mikroventilaktors; MEMS von Micro Electro Mechanical Systems) 100 gezeigt. Wie es hierin besprochen wird, kann das MEMS-Mikroventil 100 verwendet werden, um eine hydraulische Steuerung – indem Druck oder Durchfluss eines Fluids gesteuert wird – über eine oder mehrere hydraulische Komponenten, wie etwa jene innerhalb eines Getriebes, zu bewirken. Das gezeigte MEMS-Mikroventil 100 ist nur ein Typ einer MEMS-Einrichtung, die als ein Steuerventil oder Steueraktor für die hydraulischen Komponenten und andere verwendet werden kann, wie es hierin besprochen wird. Das MEMS-Mikroventil 100 kann auch bevorzugt ein Druckdifferenzaktor oder ein Vorsteuer-Direktbetätigungsventil (PDA) bezeichnet werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung ausführlich anhand von Kraftfahrzeuganwendungen beschrieben wird, werden Fachleute die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Fachleute werden erkennen, dass Ausdrücke, wie etwa ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts” usw. für die Figuren beschreibend verwendet werden und keine Einschränkungen am Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, darstellen.
Im Allgemeinen können MEMS als eine Klasse von Systemen angesehen werden, die physikalisch klein sind, wobei sie Merkmale mit Größen im Mikrometerbereich aufweisen. MEMS-Systeme weisen sowohl elektrische als auch mechanische Komponenten auf. MEMS-Einrichtungen werden durch Mikrobearbeitungsprozesse produziert. Der Ausdruck ”Mikrobearbeitung” bezieht sich im Allgemeinen auf die Produktion von dreidimensionalen Strukturen und sich bewegenden Teilen durch Prozesse, die modifizierte Fertigungstechniken für integrierte Schaltkreise (Computerchips) (wie etwa chemisches Ätzen) und Materialien (wie etwa Siliziumhalbleitermaterial) einschließen. Der Ausdruck ”Mikroventil”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich allgemein auf ein Ventil mit Merkmalen mit Größen im Mikrometerbereich und ist somit per Definition zumindest teilweise durch Mikrobearbeitung gebildet. Der Ausdruck ”Mikroventileinrichtung”, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, bedeutet eine Einrichtung, die ein Mikroventil umfasst und die andere Komponenten umfassen kann. MEMS-Einrichtungen können in Verbindung mit anderen MEMS (mikrobearbeiteten) Einrichtungen oder Komponenten betrieben werden, oder können mit Komponenten mit Standardabmessung (größer) verwendet werden, wie etwa jene, die durch mechanische Bearbeitungsprozesse produziert werden.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst das MEMS-Mikroventil 100 ein Gehäuse oder einen Körper 110. Das MEMS-Mikroventil 100 kann aus mehreren Materialschichten, wie etwa Halbleiterwerfern, gebildet sein. Der Körper 110 kann ebenfalls aus mehreren Schichten gebildet sein. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, können die gezeigten geschnittenen Abschnitte durch die Mittelschicht des MEMS-Mikroventils 100 genommen sein, wobei zwei weitere Schichten hinter und vor (relativ zu der Ansicht in 1) der Mittelschicht vorhanden sind. Die anderen Schichten des Körpers 110 können massive Abdeckungen, Anschlussplatten oder elektrische Steuerplatten umfassen. Jedoch wird jede dieser Schichten allgemein als Teil des Körpers 110 betrachtet, außer wo dies separat gekennzeichnet ist.
Das MEMS-Mikroventil 100 umfasst einen Balken 112, der durch einen Ventilaktor 114 betätigt wird. Eine selektive Steuerung des Aktors 114 bewirkt, dass der Balken 112 den Durchfluss von Fluid zwischen einem Einlassanschluss 116 und einem Auslassanschluss 118 ändert. Durch Variieren des Fluiddurchflusses zwischen dem Einlassanschluss 116 und dem Auslassanschluss 118 variiert das MEMS-Mikroventil 100 den Druck in einem Vorsteueranschluss 120. Wie es hierin beschrieben ist, kann der Vorsteueranschluss 120 mit zusätzlichen Ventilen oder Einrichtungen verbunden sein, um eine hydraulische Steuerung davon durch ein Vorsteuersignal zu bewirken, das auf der Basis des Drucks und des Durchflusses varliert, die durch den Vorsteueranschluss 120 übermittelt werden.
Der Einlassanschluss 116 ist mit einer Quelle für Hochdruckfluid, wie etwa einer Pumpe (nicht gezeigt), verbunden. Der Auslassanschluss 118 ist mit einem Niederdruckreservoir, Sumpf oder einer Fluidrückführung (nicht gezeigt) verbunden. Zu Zwecken der Beschreibung hierin kann der Auslassanschluss 118 als auf Umgebungsdruck liegend angesehen werden und wirkt als eine Masse oder Nullzustand in dem MEMS-Mikroventil 100.
Der Balken 112 bewegt sich auf eine stufenlose Weise zwischen einer ersten Stellung, die in 1 veranschaulicht ist, einer zweiten Stellung (nicht gezeigt) und unzähligen Zwischenstellungen. In der ersten Stellung versperrt der Balken 112 den Einlassanschluss 116 nicht vollständig. Jedoch versperrt der Balken 112 in der zweiten Stellung den Einlassanschluss 116, um im Wesentlichen den gesamten Durchfluss von der Hochdruck-Fluidquelle zu verhindern.
Eine erste Kammer 122 steht mit sowohl dem Einlassanschluss 116 als auch dem Auslassanschluss 118 in Fluidverbindung. Jedoch wird die Kommunikation zwischen dem Auslassanschluss 118 und der ersten Kammer 122 (und auch dem Einlassanschluss 116) durch eine Auslassblende 124 beschränkt. Hochdruck- oder schneller Fluiddurchfluss durch die Auslassblende 124 bewirkt, dass sich eine Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 122 und dem Auslassanschluss 118 aufbaut.
Der Balken 112 ist an einem festen Abschnitt des Körpers 110 durch einen Biegezapfen 126 schwenkbar montiert. Der entgegengesetzte Abschnitt des Balkens 112 gegenüber dem Biegezapfen 126 ist ein bewegliches Ende 128, das sich hoch- und herunter (wie in 1 betrachtet) bewegt, um den Einlassanschluss 116 selektiv und variabel zu bedecken und abzudecken.
Wenn sich der Balken 112 in der zweiten Stellung befindet, gestattet er wenig oder keinen Durchfluss von dem Einlassanschluss 116 zu der ersten Kammer 122. Jegliches Druckfluid in der ersten Kammer 122 läuft durch die Auslassblende 124 zu dem Auslassanschluss 118 ab. Wenn der Balken 112 des MEMS-Mikroventils 100 in Richtung der ersten (offenen) Stellung bewegt wird, wird der Einlassanschluss 116 fortschreitend abgedeckt, was schnellere Durchflüsse von Fluid aus dem Einlassanschluss 116 in die erste Kammer 122 gestattet. Das schnell strömende Fluid kann nicht ganz durch die Auslassblende 124 ablaufen gelassen werden und bewirkt, dass sich eine Druckdifferenz bildet, wenn das Fluid durch die Auslassblende 124 strömt, wobei der Druck in der ersten Kammer 122 angehoben wird.
Wenn der Einlassanschluss 116 weiter in die erste Stellung geöffnet wird (wie in 1 gezeigt), strömt Fluid allmählich schneller durch die Auslassblende 124, wobei eine größere Druckdifferenz bewirkt wird und der Druck in der ersten Kammer 122 weiter angehoben wird. Wenn sich der Balken 112 in der ersten Stellung befindet, gestattet er einen hohen Durchfluss von dem Einlassanschluss 116 zu der ersten Kammer 122. Deshalb kann der Druck in der ersten Kammer 122 gesteuert werden, indem die Durchflussrate von dem Einlassanschluss 116 durch die erste Kammer 122 und die Auslassblende 124 zu dem Auslassanschluss 118 gesteuert wird. Die Stellung des Balkens 112 steuert die Durchflussrate des Fluids von dem Einlassanschluss 116 und somit den Druck in der ersten Kammer 122.
Der Ventilaktor 114 positioniert den Balken 112 selektiv. Der Aktor 114 umfasst ein längliches Rückgrat 130, das an dem Balken 112 angebracht ist. Der Aktor 114 umfasst ferner mehrere erste Rippen 132 und mehrere zweite Rippen 134, die im Allgemeinen auf entgegengesetzten Seiten des länglichen Rückgrats 130 angeordnet sind. Jede der ersten Rippen 134 weist ein erstes Ende auf, das an einer ersten Seite des länglichen Rückgrats 130 angebracht ist, und ein zweites Ende, das an dem Körper 110 angebracht ist. Ähnlich wie die ersten Rippen 132 weist jede der zweiten Rippen 134 ein erstes Ende auf, das an dem länglichen Rückgrat 130 angebracht ist, und ein zweites Ende, das an dem festen Abschnitt des Körpers 110 angebracht ist.
Das längliche Rückgrat 130, die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 sind aus dem gleichen Material gebildet und mit dem Körper 110 an irgendeinem Punkt verbunden, sind aber ausgestaltet, um eine Relativbewegung des länglichen Rückgrats 130 zu gestatten. Die Verbindung kann unterhalb der in 1 gezeigten Schnittebene vorliegen. Im Allgemeinen können das längliche Rückgrat 130, die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 als die sich bewegenden Abschnitte des Aktors 114 angesehen werden.
Die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 sind ausgestaltet, um sich in Antwort auf Temperaturänderungen innerhalb der ersten Rippen 132 und der zweiten Rippen 134 thermisch auszudehnen (sich zu längen) und zusammenzuziehen (zu schrumpfen). Elektrische Kontakte (nicht gezeigt) sind zum Anschluss an eine Quelle elektrischer Leistung ausgebildet, um elektrischen Strom, der durch die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 fließt, zuzuführen und somit die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 thermisch auszudehnen.
Der Aktor 114 ist ausgebildet, um durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) oder eine andere programmierbare Einrichtung (in 1 nicht gezeigt) gesteuert zu werden, die den ersten Rippen 132 und den zweiten Rippen 134 variablen Strom zuführt, Wenn sich die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 aufgrund eines ausreichenden Stromflusses ausdehnen, bewegt sich, gleitet oder streckt sich das längliche Rückgrat 130 nach unten (wie in 1 betrachtet), wobei bewirkt wird, dass sich der Balken 112 im Allgemeinen gegen die Uhrzeigerrichtung dreht. Die resultierende Bewegung des Balkens 112 bewirkt, dass sich das bewegliche Ende 128 nach oben (wie in 1 betrachtet) bewegt und fortschreitend mehr von dem Einlassanschluss 116 blockiert.
Das Schließen des Einlassanschlusses 116 gestattet es, dass weniger (und schließlich kein) Fluid in die erste Kammer 122 strömt, wobei der Druck darin abnimmt, wenn das Fluid zu dem Auslassanschluss 118 abläuft. Sobald der Einlassanschluss 116 geschlossen ist, befindet sich das MEMS-Mikroventil 100 in der zweiten Stellung (nicht gezeigt) und es wird kein Vorsteuersignal durch den Vorsteueranschluss 120 übermittelt.
Wenn der Stromfluss abfällt, ziehen sich die ersten Rippen 132 und die zweiten Rippen 134 zusammen und das längliche Rückgrat 130 bewegt sich nach oben (wie in 1 betrachtet), wobei bewirkt wird, dass sich der Balken 112 im Allgemeinen in der Uhrzeigerrichtung dreht. Die resultierende Bewegung des Balkens 112 bewirkt, dass sich das bewegliche Ende 128 nach unten (wie in 1 betrachtet) bewegt und fortschreitend mehr von dem Einlassanschluss 116 öffnet.
Das Öffnen des Einlassanschlusses 116 gestattet es, dass mehr Fluid in die erste Kammer 122 strömt, wobei der Druck darin erhöht wird, wenn die Fluidströmung die Fähigkeit des Auslassanschlusses 118, Fluid von der ersten Kammer 122 abzuleiten, überwindet. Sobald der Einlassanschluss 116 im Wesentlichen offen ist, befindet sich das MEMS-Mikroventil 100 in der ersten Stellung (in 1 gezeigt), und ein relativ starkes Vorsteuersignal wird durch den Vorsteueranschluss 120 übermittelt.
Zusätzlich zu der in 1 gezeigten wärmebetätigten MEMS-Einrichtung können andere Typen von MEMS-Aktoren oder Aktoren auf MEMS-Basis anstelle des MEMS-Mikroventils 100 oder anstelle des Aktors 114 verwendet werden. Im Allgemeinen kann die Einrichtung auf der Basis eines elektromechanischen Mikrosystems (MEMS von Micro-Electrical Mechanical Systems) irgendeine Einrichtung umfassen, die ein oder mehrere elektronische Elemente aufweist, die durch eine Technik integrierter Schaltkreise (z. B. Ätzen eines Siliziumwafers) gefertigt sind, und ein oder mehrere mechanische Elemente, die durch einen Mikrobearbeitungsprozess (z. B. Bilden von Strukturen und sich bewegenden Teilen mit Abmessungen im Mikrometerbereich) gefertigt sind. Die elektronischen und mechanischen Elemente können auch durch andere Prozesse gebildet sein. In alternativen oder zusätzlichen Ansätzen, Ausgestaltungen oder Ausführungsformen kann die Einrichtung auf MEMS-Basis andere Elemente mit Abmessungen im Mikrometerbereich umfassen, wie etwa einen auf einem elektromagnetischen Feld beruhenden Aktor, einen piezoelektrischen Verstärker, einen thermischen Aktor, einen Drucksensor, ein Gyroskop, einen optischen Schalter, andere Einrichtungen auf MEMS-Basis oder irgendeine Kombination davon.
Nun unter Bezugnahme auf 2 und mit fortgesetztem Bezug auf 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis gezeigt. Das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis umfasst ein Gehäuse oder einen Körper 210. Das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis kann aus mehreren Materialschichten, wie etwa Halbleiterwafern, gebildet sein. Der Körper 210 kann ebenfalls aus mehreren Schichten gebildet sein. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, können die gezeigten geschnittenen Abschnitte durch die Mittelschicht des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis genommen sein, wobei zwei weitere Schichten hinter und vor (relativ zu der Ansicht in 2) der Mittelschicht vorhanden sind.
Das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis umfasst einen Schieber 212, der ausgestaltet ist, um nach links und nach rechts (wie in 2 betrachtet) innerhalb eines durch den Körper 210 definierten Hohlraums 214 bewegbar zu sein. Der Schieber 212 wird durch Fluiddruck an einer vorgesteuerten Fläche 216 betätigt, die mit einer vorgesteuerten Kammer 220 des Hohlraums 214 in Fluidverbindung steht. Eine selektive Veränderung des Drucks in der vorgesteuerten Kammer 220 ändert die auf die vorgesteuerte Fläche 216 aufgebrachte Kraft. Die vorgesteuerte Kammer 220 kann mit einem Vorsteuersignal, wie etwa dem Vorsteuersignal, das durch den Vorsteueranschluss 120 des in 1 gezeigten MEMS-Mikroventils 100 erzeugt wird, in Fluidverbindung stehen.
Der Schieber 212 ist mit einer länglichen Platte gebildet, die ein Paar entgegengesetzt angeordneter Arme aufweist, die sich rechtwinklig an einem ersten Ende des Körpers erstrecken, so dass der Schieber 212 im Allgemeinen T-förmig ist, wobei die vorgesteuerte Fläche 216 an einem breiteren Längsende des Schiebers 212 vorgesehen ist, und eine Gegenfläche 222 an einem relativ schmäleren entgegengesetzten Längsende des Schiebers 212 vorgesehen ist. Der Hohlraum 214 ist ebenfalls im Allgemeinen T-förmig.
Der Körper 210 definiert eine Zahl Öffnungen, die mit dem Hohlraum 214 verbunden sind, von denen manche in der geschnittenen Schicht gebildet sein können und manche in anderen Schichten gebildet sein können. Die Anschlüsse umfassen einen Versorgungsanschluss 224, der ausgebildet ist, um mit einer Quelle für Hochdruckfluid, wie etwa einer Getriebepumpe (nicht gezeigt), in Verbindung zu stehen. Der Versorgungsanschluss 224 kann mit der gleichen Quelle für Hochdruckfluid wie der Einlassanschluss 116 des in 1 gezeigten MEMS-Mikroventils 100 verbunden sein. Der Körper 210 definiert auch einen Tankanschluss 226, der mit einem Niederdruckreservoir oder einer Fluidrückführung (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Tankanschluss 226 kann mit der gleichen Quelle für Niederdruckfluid wie der Auslassanschluss 118 des in 1 gezeigten MEMS-Mikroventils 100 verbunden sein.
Ein erster Lastanschluss 228 und ein zweiter Lastanschluss 230 sind in dem Körper gebildet und kommunizieren mit dem Hohlraum 214. Der erste Lastanschluss 228 und der zweite Lastanschluss 230 sind auf entgegengesetzten Seiten des Versorgungsanschlusses 224 angeordnet. Der erste Lastanschluss 228 und der zweite Lastanschluss 230 sind ausgebildet, um miteinander in Verbindung zu stehen und somit einer hydraulisch betriebenen Komponente des Getriebes oder des Antriebsstrangs Druckfluid zuzuführen, wie es hierin beschrieben ist. Zusätzliche Anschlüsse, Kanäle oder Mulden (in 2 nicht sichtbar) können an der oberen Fläche des Hohlraums 214 gegenüber dem ersten Lastanschluss 228 und dem Tankanschluss 226 gebildet sein. Die zusätzlichen Mulden helfen, Strömungskräfte, die auf den Schieber 212 wirken, auszubalancieren.
Der gezeigte Schieber 212 umfasst drei Öffnungen hindurch. Eine erste Öffnung 232 nahe bei der vorgesteuerten Fläche 216 ist durch den Schieber 212 definiert, um zu gestatten, dass das Fluidvolumen sich durch die Mulde über dem Tankanschluss 226 mit dem Druck an dem Tankanschluss 226 ausgleicht, wobei Kräfte, die vertikal (in und aus der in 2 gezeigten Ansicht) auf den Schieber 212 wirken, ausbalanciert werden. Eine zweite Öffnung 234 durch den Schieber 212 bildet ein Innenvolumen, das immer mit dem zweiten Lastanschluss 230 in Verbindung steht.
Ein Steg 236 zwischen der zweiten Öffnung 234 und der ersten Öffnung 232 gestattet oder verhindert abhängig von der Stellung des Schiebers 212 einen Durchfluss zwischen dem zweiten Lastanschluss 230 und dem Tankanschluss 226. In der dargestellten Stellung verhindert der Steg 236 einen Durchfluss zwischen dem zweiten Lastanschluss 230 und dem Tankanschluss 226. Wenn sich der Steg 236 nach rechts (wie in 2 betrachtet) bewegt, wird eine Fluidstrecke zwischen dem zweiten Lastanschluss 230 und dem Tankanschluss 226 geöffnet, wobei jeder an dem zweiten Lastanschluss 230 vorhandene Druck zu dem Niederdruckreservoir, das mit dem Tankanschluss 226 verbunden ist, abgelassen wird.
Eine dritte Öffnung 238 durch den Schieber 212 gestattet es, dass das Fluidvolumen in der Mulde oberhalb des ersten Lastanschlusses 228 sich mit dem Druck an dem ersten Lastanschluss 228 ausgleicht, was Kräfte, die vertikal (in und aus der in 2 gezeigten Ansicht) auf den Schieber 212 wirken, ausbalanciert. Ein Steg 240 zwischen der zweiten Öffnung 234 und der dritten Öffnung 238 verhindert einen Durchfluss zwischen dem Versorgungsanschluss 224 und dem zweiten Lastanschluss 230 in allen Stellungen des Schiebers 212.
Ein Steg 242 zwischen der dritten Öffnung 238 und der Gegenfläche 222 gestattet oder verhindert einen Durchfluss zwischen dem Versorgungsanschluss 224 und dem ersten Lastanschluss 228 abhängig von der Stellung des Schiebers 212. In der dargestellten Stellung verhindert der Steg 242 einen Durchfluss zwischen dem Versorgungsanschluss 224 und dem ersten Lastanschluss 228. Wenn sich der Schieber 212 nach links (wie in
2 betrachtet) bewegt, öffnet sich eine Fluidstrecke zwischen dem Versorgungsanschluss 224 und dem ersten Lastanschluss 228, wobei der mit dem ersten Lastanschluss 228 verbundenen Last Druckfluid zugeführt wird.
Der Schieber 212 arbeitet mit den Wänden des Hohlraums 214 zusammen, um die vorgesteuerte Kammer 220 zwischen der vorgesteuerten Fläche 222 und der entgegengesetzten Wand des Hohlraums 214 zu definieren. Eine Gegenkammer 244 ist zwischen der Gegenfläche 222 und der entgegengesetzten Wand des Hohlraums 214 definiert. Die Gegenkammer 244 steht die ganze Zeit mit dem ersten Lastanschluss 228 in Fluidverbindung. Zusätzlich können zwei Volumina 246 und 248 zwischen jeweiligen Paaren Schultern der T-förmigen Platte, die den Schieber 212 bildet, und den Schultern des T-förmigen Hohlraums 214 definiert sein. Die Volumina 246 und 248 stehen die ganze Zeit mit dem Tankanschluss 226 in Verbindung. Auf diese Weise wird eine hydraulische Blockierung des Schiebers 212 verhindert.
Die Gesamtfläche der vorgesteuerten Fläche 216 des Schiebers 212 ist größer als die Gesamtfläche der Gegenfläche 222 des Schiebers 212. Wenn die Drücke in der vorgesteuerten Kammer 220 und der Gegenkammer 244 gleich sind, wird daher die resultierende nicht ausbalancierte Nettokraft, die auf den Schieber 212 wirkt, den Schieber 212 nach links (wie in 2 betrachtet) drängen.
Die exakte Ausgestaltung der Anschlüsse und Öffnungen, die in dem Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis und dem Schieber 212 gezeigt sind, ist nicht notwendig. Das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis ist ausgestaltet, um ein relativ kleines Vorsteuersignal zu empfangen, wie etwa das Vorsteuersignal von dem MEMS-Mikroventil 100, und ein stärkeres Signal (entweder zur Steuerung oder zur weiteren Vorsteuerung) an die Last auszugeben. Wenn auf Fluidsignale verwiesen wird, wie etwa das Vorsteuersignal, das von dem Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis empfangen wird, dann kann sich der Ausdruck klein allgemein auf einen volumetrischen Durchfluss mit relativ niedrigem Durchfluss beziehen. Deshalb verstärkt das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis das Vorsteuersignal und gestattet es, dass das Vorsteuersignal Einrichtungen steuert oder vorsteuert, die einen höheren Durchfluss oder einen höheren Druck erfordern, als durch das Vorsteuersignal alleine zur Verfügung gestellt wird.
Nun unter Bezugnahme auf 3, und mit fortgesetztem Bezug auf 1–2, ist ein schematisches Diagramm eines Antriebsstrangs 300 gezeigt, der ein Automatikgetriebe 310 mit einem Drehmomentwandler 312 aufweist. Es können ein oder mehrere zusätzliche Druck-/Durchflusssteuersysteme in das Getriebe 310, den Drehmomentwandler 312 oder andere Komponenten oder Systeme des Antriebsstrangs 300 eingearbeitet sein.
Um Drehmoment von einer Maschine (nicht gezeigt) auf das Getriebe 310 und schließlich auf die Fahrzeugräder (nicht gezeigt) zu übertragen, stellt der Drehmomentwandler 312 eine Fluidkopplungseinrichtung zwischen einem Maschinenausgangselement (nicht gezeigt) und dem Eingang (nicht separat gekennzeichnet) in den Rest des Getriebes 310 bereit und ist im Allgemeinen koaxial mit jedem ausgerichtet. Es ist anzumerken, dass, obgleich der Drehmomentwandler 312 schematisch als von dem Rest des Getriebes 310 abgenommen gezeigt ist, der Drehmomentwandler 312 direkt in das Getriebe 310 eingearbeitet sein kann. Der Drehmomentwandler 312 kann eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313 umfassen, die den Maschinenausgang zu dem Eingang in den Rest des Getriebes selektiv blockiert, so dass die beiden miteinander rotieren. Die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313 stellt selektiv einen mechanische Kopplungseinrichtung zwischen der Maschine und dem Rest des Getriebes 310 bereit.
Der Drehmomentwandler 312 gestattet es, dass Leistung und Drehmoment zwischen der Maschine und dem Getriebe 310 übertragen werden können, ohne die Maschine zu blockieren, selbst während der Ausgang des Getriebes 310 nicht rotiert oder rückwärts rotiert. Der Drehmomentwandler 312 gestattet es, dass der Maschinenausgang auch dann rotiert, wenn der Ausgang des Drehmomentwandlers zu dem Getriebe 310 nicht rotiert. Wenn zusätzlich der Antriebsstrang 300 ein Hybridantriebsstrang ist, kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313 verwendet werden, um die Übertragung von Rotationsenergie von dem Getriebe 310 auf die Maschine zu ermöglichen und somit die Maschine zu starten.
Durch selektive und variable (oder schlupfende) Betätigung von einer oder mehreren Schaltkupplungsanordnungen 314 in dem Getriebe 310 können unterschiedliche Betriebszustände des Getriebes 310 ausgewählt werden. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, können mehrere Kupplungen oder Bremsen, die verwendet werden, um das Drehzahlverhältnis des Getriebes 310 auszuwählen und zu wechseln, durch eine oder mehrere der Schaltkupplungsanordnungen 314 (von denen in 3 nur eine veranschaulicht ist) betätigt werden. Das Getriebe 310 umfasst ein Schmierregelventil 316, das ausgestaltet ist, um den Durchfluss von Hydraulikfluid zur Schmierung des Getriebes 310 zu steuern. Das Schmierregelventil 316 kann auch den Durchfluss von Hydraulikfluid zum Kühlen des Getriebes 310 steuern.
Ein Ein/Aus-Ventil 318 kann verwendet werden, um Komponenten des Getriebes 310 zu steuern, die hydraulisch zwischen im Wesentlichen eingeschalteten oder im Wesentlichen ausgeschalteten Zuständen (d. h.
Komponenten, die keine geregelten Druckbeträge zwischen vollständig ein und vollständig aus benutzen) angetrieben sind. Das Ein/Aus-Ventil 318 kann eine ähnliche Funktionalität wie ein Ein/Aus-Magnetventil bieten. Jedoch kann das Ein/Aus-Ventil 318 durch das MEMS-Mikroventil 100 (oder ein verstärktes Signal davon) anstelle der Induktionsspule eines Solenoids betätigt werden. Das Ein/Aus-Ventil 318, oder mehrere davon, kann zwischen anderen hydraulisch betätigten Komponenten angeordnet sein.
Ein Leitungsdrucksteuerventil 320 ist ausgestaltet, um den Basisdruck von Hydraulikfluid in dem Getriebe 310 zu steuern. Das Leitungsdrucksteuerventil 320 liefert ein beständig unter Druck gesetztes Fluid von der Pumpe an viele Komponenten des Getriebes 310.
Ein Controller 322 kann die Betätigung der Komponenten des Antriebsstrangs 300 einschließlich die Auswahl des Drehzahlverhältnisses des Getriebes 310 steuern. Der Controller 322 kann mehrere Einrichtungen umfassen und kann eine verteilte Controller-Architektur einschließen, wie etwa die elektronische Steuereinheit (ECU) auf Mikroprozessorbasis. Der Controller 322 kann eine oder mehrere Komponenten mit einem Speichermedium und eine geeignete Menge programmierbaren Speicher umfassen, die in der Lage sind, einen oder mehrere Algorithmen oder Verfahren zu speichern und auszuführen, um eine Steuerung des Antriebsstrangs 300 oder Komponenten davon zu bewirken. Darüber hinaus kann der Controller 322 ausgestaltet sein, um den elektrischen Strom zu liefern, der das in 1 gezeigte MEMS-Mikroventil 100 selektiv und variabel betätigt.
Nun unter Bezugnahme auf 4–7 und mit fortgesetztem Bezug auf 1–3 sind schematische Blockdiagramme von Optionen für Druck-/Durchflusssteuersysteme für hydraulische Komponenten innerhalb eines Getriebes, wie etwa des Getriebes 310 des in 3 gezeigten Antriebsstrangs 300 oder anderen Antriebsstrangausgestaltungen gezeigt. Jede der mehreren gezeigten und beschriebenen Optionen für Druck-/Durchflusssteuersysteme kann für den Betrieb und die Steuerung von irgendeiner der mehreren gezeigten und beschriebenen Komponenten verwendet werden. Darüber hinaus können zusätzliche Druck-/Durchflusssteuersystemoptionen geschaffen werden, indem die verschiedenen besprochenen MEMS-Einrichtungen mit anderen MEMS-Einrichtungen und Metallventilen, Regelventilen oder Schiebeventilen kombiniert werden.
4 zeigt eine erste Option 400 für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für eine hydraulisch betätigte Komponente 410 innerhalb des Getriebes 300. Die erste Option 400 umfasst ein Vorsteuerventil 412, das ein Regelventil 414 steuert. Das Regelventil 414 steht mit dem Vorsteuerventil 412 in Fluidverbindung. Das Vorsteuerventil 412 umfasst ein erstes Ventil 416, das ein Vorsteuersignal erzeugt. Das Regelventil 414 ist ausgestaltet, um das Vorsteuersignal zu empfangen, und das Regelventil 414 ist ausgestaltet, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch betätigte Komponente 410 steuert.
Die hydraulisch gesteuerte Komponente 410 kann irgendeine der Komponenten des in 3 gezeigten Antriebsstrangs 300 sein. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 410 eine sein von: der Schaltkupplungsanordnung 314, dem Schmierkreis (gesteuert durch das Schmierregelventil 316), den Ein/Aus-Zuständen (gesteuert durch das Ein/Aus-Ventil 318), dem Leitungsdruck (gesteuert durch das Leitungsdrucksteuerventil 320), der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313 oder relevanten Druck-/Durchflusszuständen in anderen Anwendungen. In manchen Ausführungsformen des Antriebsstrangs 300 kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 410 tatsächlich zwei oder mehrere dieser Komponenten sein, und manche hydraulisch gesteuerten Komponenten 410 können mehrere Druck-/Durchflusssteuersysteme (einschließlich unterschiedliche Optionen) zur Steuerung über die Komponente sein.
In der in 4 gezeigten ersten Option 400 kann das erste Ventil 416 das in 1 gezeigte MEMS-Mikroventil 100 umfassen, und das Regelventil 414 kann das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis umfassen. Deshalb erzeugt das MEMS-Mikroventil 100, wie es hierin beschrieben ist, das Vorsteuersignal und übermittelt es durch den Vorsteueranschluss 120 an die vorgesteuerte Kammer 220 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis.
Wenn das MEMS-Mikroventil 100 mit dem Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis kombiniert ist, entweder indem die beiden direkt aneinander angebracht sind oder indem der Vorsteueranschluss 120 und die vorgesteuerte Kammer 220 fluidtechnisch verbunden sind, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, wirkt das MEMS-Mikroventil 100 auf das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis, um den Fluiddurchfluss und den Fluiddruck an dem ersten Lastanschluss 228 und dem zweiten Lastanschluss 230 zu verändern.
Der Einlassanschluss 116 in dem MEMS-Mikroventil 100 ist im Vergleich mit dem Versorgungsanschluss 224 und dem ersten Lastanschluss 228 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis relativ klein. Im kombinierten Betrieb deckt der Balken 112 des MEMS-Mikroventils 100 den Einlassanschluss 116 ab, und Fluid strömt durch den Einlassanschluss 116, die erste Kammer 122 und die Auslassblende 124 zu dem Auslassanschluss 118. Der Einlassanschluss 116 kann als eine zusätzliche Blende in dieser Durchflussstrecke wirken.
Aufgrund des möglichen Druckabfalls durch den Einlassanschluss 116 kann es sein, dass es nicht möglich ist, den Druck in der vorgesteuerten Kammer 220 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis bis zu dem Druck zu erlangen, der durch die Hochdruck-Fluidquelle bereitgestellt wird. Der Druck in der Gegenkammer 244 kann aufgrund der größeren Öffnungen des Versorgungsanschlusses 224 und des ersten Lastanschlusses 228 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis und des resultierenden Niederdruckabfalls, wenn Fluid durch diese Anschlüsse strömt, einen höheren Druck (bei oder nahe bei dem Pumpenauslassdruck) erreichen, als er in der vorgesteuerten Kammer 220 erreicht werden kann. Da jedoch die Oberfläche der vorgesteuerten Fläche 216 größer als die Oberfläche der Gegenfläche 222 ist, kann der Schieber 212 dennoch nach links (wie in 2 betrachtet) bewegt werden, selbst wenn der Druck in der vorgesteuerten Kammer 220, der auf die vorgesteuerte Fläche 216 wirkt, geringer als der Druck in der Gegenkammer 244 ist.
Das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis weist drei Hauptbetriebszonen oder -stellungen auf: eine Druckzunahmestellung, eine Druckhaltestellung und eine Druckabnahmestellung. Das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis ist in 2 in der Druckhaltestellung gezeigt, so dass das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis Druckfluid an der hydraulisch betätigten Komponente 410 (der Last) hält.
Wenn der Schieber 212 nach rechts (wie in 2 betrachtet) bewegt wird, befindet sich das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis in der Druckabnahmestellung. Dies wird bewerkstelligt, wenn der Controller 322 das MEMS-Mikroventil 100 anweist, zu schließen, indem der dem Aktor 114 zugeführte elektrische Strom erhöht wird. Die ersten und zweiten Rippen 132 und 134 des Aktors 114 dehnen sich aus, was bewirkt, dass der Balken 112 in der Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt (wobei der Biegezapfen 126 gebogen wird) und den Einlassanschluss 116 mehr bedeckt. Der Durchfluss durch die erste Kammer 122 von dem Einlassanschluss 116 zu dem Auslassanschluss 118 nimmt ab. Der Druckabfall über die Auslassblende 124 nimmt ab.
Das gezeigte MEMS-Mikroventil 100 geht in die offene Ausgangsstellung zurück, was als ein ”normal beaufschlagtes” oder ”normal eingeschaltetes” Ventil bezeichnet werden kann. Alternativ kann das MEMS-Mikroventil 100 ausgestaltet sein, zu schließen, indem der elektrische Strom, der dem Aktor 114 zugeführt wird, verringert wird, so dass das MEMS-Mikroventil 100 in die geschlossene Ausgangsstellung zurückgehen würde, was als ein ”normal nicht beaufschlagtes” oder ”normal ausgeschaltetes” Ventil bezeichnet werden kann.
Der Druck in der ersten Kammer 122 und dem Vorsteueranschluss 120 nimmt ebenfalls ab. Da der Vorsteueranschluss 120 in direkter Fluidverbindung mit der vorgesteuerten Kammer 220 steht, führt dies zu einem Ungleichgewicht der Kräfte, die auf den Schieber 212 wirken. Die verringerte Kraft, die auf die vorgesteuerte Fläche 216 wirkt (aufgrund des abgesenkten Drucks in der vorgesteuerten Kammer 220), ist nun niedriger als die unveränderte Kraft, die auf die Gegenfläche 222 aufgrund des Drucks in der Gegenkammer 244 (die mit der Last verbunden ist) wirkt.
Das Kraftungleichgewicht drängt den Schieber 212 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis nach rechts (wie in 2 betrachtet). Der Steg 236 wird somit nach rechts bewegt, was einen Durchfluss von Druckfluid von der hydraulisch gesteuerten Komponente 410, durch den zweiten Lastanschluss 230 und durch die zweite Öffnung 234 in dem Schieber 212 gestattet. Von dort gelangt etwas von dem Durchfluss direkt aus dem Tankanschluss 226 heraus, während etwas Durchfluss bis in die Mulde oberhalb des Tankanschlusses 226, über die Oberseite des Stegs 236, herunter durch die erste Öffnung 232 und aus dem Tankanschluss 226 heraus gelangen kann. Auf diese Weise wird Druck von der hydraulisch gesteuerten Komponente 410 entspannt und zu dem mit dem Tankanschluss 226 verbundenen Niederdruckreservoir abgelassen.
Der Schieber 212 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis wird sich zurück in die Druckhaltestellung bewegen, wenn der Druck in der Gegenkammer 244 (der durch den ersten Lastanschluss 228 wirkt) verringert wird, so dass Kräfte, die auf den Schieber 212 wirken, den Schieber 212 nach links (wie in 2 betrachtet) drängen. Bei ausgeglichenen Kräften wird der Schieber 212 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis in der Druckhaltestellung stoppen. Somit wird der Druck an der Last (wie durch den ersten Lastanschluss 228 und den zweiten Lastanschluss 230 erfasst) proportional zu dem elektrischen Signal (Strom) sein, das dem Aktor 114 zugeführt wird.
Um das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis in die Druckzunahmestellung zu bewegen, verringert der Controller 322 den Stromfluss durch die Rippen des Aktors 114, und der Balken 112 des MEMS-Mikroventils 100 verschwenkt sich in der Uhrzeigerrichtung, um mehr von dem Einlassanschluss 116 abzudecken. Dies führt zu einer Druckzunahme in der vorgesteuerten Kammer 220, während der Druck in der Gegenkammer 244 konstant bleibt. Der Schieber 212 wird aufgrund des resultierenden Ungleichgewichts von Kräften, die auf den Schieber 212 wirken, nach links (wie in 2 betrachtet) bewegt. Wenn sich das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis in der Druckabnahmestellung befindet, bewegt die Bewegung des Schiebeventils nach links dieses zurück in die in 2 gezeigte Druckhaltestellung.
Wenn der Controller 322 den Stromfluss weiter verringert und bewirkt, dass sich das MEMS-Mikroventil 100 weiter öffnet, nimmt der Druck in der vorgesteuerten Kammer 220 weiter zu, wobei der Schieber 212 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis weiter nach links (wie in 2 betrachtet) in die Druckzunahmestellung gedrängt wird. Der Steg 242 wird nach links bewegt, wobei Durchfluss von Druckfluid von dem Versorgungsanschluss 224 durch die dritte Öffnung 238 in dem Schieber 212 gestattet wird. Aus der dritten Öffnung 238 gelangt etwas von dem Durchfluss direkt aus dem ersten Lastanschluss 228 heraus, während etwas Durchfluss hinauf in die Mulde über die Oberseite des Stegs 242, durch die zweite Gegenkammer 244 und aus dem ersten Lastanschluss 228 heraus gelangen kann. Auf diese Weise wird Druck von der Quelle für Hochdruckfluid, die an Versorgungsanschluss 224 angeschlossen ist, zu dem ersten Lastanschluss 228 gelenkt und auf die an diesen angeschlossene Last (z. B. die hydraulisch betriebene Komponente 410) aufgebracht.
Das von dem Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis erzeugte Steuersignal kann eine ausreichende Druck- und Durchflusskennlinie aufweisen, um die hydraulisch gesteuerte Komponente 410 mit einer relativ kurzen Antwortzeit zu steuern. Alternativ kann das von dem MEMS-Mikroventil 100 erzeugte Vorsteuersignal in der Lage sein, die hydraulisch gesteuerte Komponente 410 ohne Verstärkung direkt zu steuern. Jedoch können die Antwortzeiten von einem direkten Steuern der hydraulisch gesteuerten Komponente 410 mit dem MEMS-Mikroventil 100 relativ langsamer sein, als wenn dieses mit dem Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis oder einem anderen verstärkenden Ventil kombiniert ist (durch Zunahmen des Durchflusses).
Wie es in 4 ebenfalls gezeigt ist, umfasst die erste Option 400 ferner einen MEMS-Druckwandler 420. Der MEMS-Druckwandler 420 ist optional. Wenn er jedoch verwendet wird, ist der MEMS-Druckwandler 420 ausgestaltet, um das Druckprofil des Steuersignals von dem Regelventil 414 zu erfassen. Der Controller 322 oder die andere Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, um einen Eingang von dem MEMS-Druckwandler 420 zu empfangen und einen Ausgang an das MEMS-Mikroventil 100 in dem Vorsteuerventil 412 zu liefern, um den Systemdruck in Antwort auf einen Eingang von dem MEMS-Druckwandler 420 zu regeln. Mit dem MEMS-Druckwandler 420 und dem Controller 322 kann daher die erste Option 400 für eine Regelkreisrückführung und Einstellung des Steuersignals, das zu der hydraulisch gesteuerten Komponente 410 gesendet wird, ausgestaltet sein.
5 zeigt eine zweite Option 500 für ein Druck/Durchfluss-Steuersystem für eine hydraulisch betätigte Komponente 510 innerhalb des Getriebes 300. Die zweite Option 500 umfasst ein Vorsteuerventil 512, das ein Regelventil 514 steuert. Das Regelventil 514 steht mit dem Vorsteuerventil 512 in Fluidverbindung.
Das Vorsteuerventil 512 umfasst ein erstes Ventil 516, das ein Vorsteuersignal erzeugt. Jedoch anders als die in 4 gezeigte erste Option 400 umfasst das Vorsteuerventil 512 in der zweiten Option 500 auch ein zweites Ventil 518, das das Vorsteuersignal zu einem verstärkten Vorsteuersignal hochstuft oder verstärkt. Das Regelventil 514 ist ausgestaltet, um das verstärkte Vorsteuersignal zu empfangen, und das Regelventil 514 ist ausgestaltet, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch betätigte Komponente 510 steuert.
In der in 5 gezeigten zweiten Option 500 kann das erste Ventil 516 das in 1 gezeigte MEMS-Mikroventil 100 umfassen, und das zweite Ventil 518 kann das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis umfassen. Deshalb erzeugt das MEMS-Mikroventil 100, wie es hierin bereits beschrieben wurde, selektiv das Vorsteuersignal und übermittelt es durch den Vorsteueranschluss 120 an die vorgesteuerte Kammer 220 des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis. Jedoch ist mit der zweiten Option 500 der Ausgang des Schiebeventils 200 auf MEMS-Basis das verstärkte Vorsteuersignal, das dann von dem Regelventil 514 verwendet wird.
In der in 5 gezeigten zweiten Option 500 ist das Regelventil 514 ein herkömmliches mechanisches Regelventil. Im Allgemeinen ist das herkömmliche mechanische Regelventil ein Regelventil, das durch mechanische Bearbeitungsprozesse produziert wird, im Gegensatz zu den Mikrobearbeitungsprozessen, die verwendet werden, um Einrichtungen auf MEMS-Basis zu produzieren. Auf der Basis des von dem Vorsteuerventil 512 gelieferten verstärkten Vorsteuersignals liefert das herkömmliche mechanische Regelventil das Steuersignal für die hydraulisch betätigte Komponente 510.
Das von dem Vorsteuerventil 512 (das sowohl das erste Ventil 516 als auch das zweite Ventil 518 umfasst) erzeugte verstärkte Vorsteuersignal kann eine ausreichende Druck- und Durchflusskennlinie aufweisen, um das herkömmliche mechanische Regelventil zu steuern, welches dann die hydraulisch gesteuerte Komponente 510 steuern kann. Jedoch kann es sein, dass das von dem ersten Ventil 516 (dem MEMS-Mikroventil 100) des Vorsteuerventils 512 erzeugte Vorsteuersignal nicht in der Lage wäre, das herkömmliche mechanische Regelventil direkt ohne Verzögerung der Antwortzeit vorzusteuern. Während das MEMS-Mikroventil 100 in der Lage sein kann, die hydraulisch gesteuerte Komponente 510 direkt zu steuern, kann die Antwortzeit aufgrund des begrenzten Durchflusses, der durch das MEMS-Mikroventil 100 hindurchgelangt, begrenzt sein. Das herkömmliche mechanische Regelventil erhöht die Druck- und Durchflusskennlinie, die verwendet wird, um die hydraulisch gesteuerte Komponente 510 zu steuern, im Vergleich mit der in 4 gezeigten ersten Option 400 weiter.
Ähnlich wie bei der in 4 gezeigten ersten Option kann die zweite Option 500 darüber hinaus einen oder mehrere optionale MEMS-Druckwandler 520 umfassen. Wenn sie jedoch verwendet werden, sind die MEMS-Druckwandler 520 ausgestaltet, um das Druckprofil des verstärkten Vorsteuersignals von dem Vorsteuerventil 512 oder des Steuersignals von dem Regelventil 514 zu erfassen. In den meisten Ausgestaltungen wird nur einer der MEMS-Druckwandler 520 verwendet werden. Wenn er verwendet wird, um das Druckprofil des Vorsteuersignals zu erfassen, kann der MEMS-Druckwandler 520 in ein einziges Paket zusammen mit dem MEMS-Mikroventil 100 und dem Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis für das Vorsteuerventil 512 gepackt sein.
Der Controller 322, oder eine andere Steuereinrichtung, ist ausgestaltet, um einen Eingang von einem oder mehreren der MEMS-Druckwandler 520 zu empfangen und einen Ausgang an das MEMS-Mikroventil 100 in dem Vorsteuerventil 512 zu liefern, um den Systemdruck in Antwort auf einen Eingang von einem der MEMS-Druckwandler 520 zu regeln. Deshalb stellen die MEMS-Druckwandler 520 eine Regelkreisrückführung und Einstellung des Steuersignals, das zu der hydraulisch gesteuerten Komponente 510 gesendet wird, bereit.
Die hydraulisch gesteuerte Komponente 510 kann irgendeine der Komponenten des in 3 gezeigten Antriebsstrangs 300 sein. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 510 eine sein von: der Schaltkupplungsanordnung 314, dem Schmierkreis (gesteuert durch das Schmierregelventil 316), den Ein/Aus-Zuständen (gesteuert durch das Ein/Aus-Ventil 318), dem Leitungsdruck (gesteuert durch das Leitungsdrucksteuerventil 320) und der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313. In manchen Ausführungsformen des Antriebsstrangs 300 kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 510 tatsächlich zwei oder mehrere dieser Komponenten sein. Eine jede von der ersten Option 400 und der zweiten Option 500 kann mit irgendeiner der Komponenten des Antriebsstrangs 300 verwendet werden.
6 zeigt eine dritte Option 600 für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für eine hydraulisch betätigte Komponente 610 innerhalb des Getriebes 300. Die dritte Option 600 umfasst ein Vorsteuerventil 612, das ein Regelventil 614 steuert. Das Regelventil 614 steht mit dem Vorsteuerventil 612 in Fluidverbindung.
Das Vorsteuerventil 612 umfasst ein erstes Ventil 616, das ein Vorsteuersignal erzeugt. Das Regelventil 614 ist ausgestaltet, um das Vorsteuersignal zu empfangen, und das Regelventil 614 ist ausgestaltet, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch betätigte Komponente 610 steuert.
In der in 6 gezeigten dritten Option 600 kann das erste Ventil 516 das in 1 gezeigte MEMS-Mikroventil 100 umfassen, aber es gibt kein zusätzliches Ventil, das das Vorsteuerventil 512 bildet. Anders als die in 4 gezeigte erste Option 400 und in der in 5 gezeigten zweiten Option 500 übermittelt daher das MEMS-Mikroventil 100 das Vorsteuersignal direkt an das Regelventil 616, das ein kleines mechanisches Schiebeventil ist.
Im Allgemeinen ist das kleine mechanische Schiebeventil ein Regelventil, das durch mechanische Bearbeitungsprozesse produziert wird, aber in einem kleineren Maßstab als das herkömmliche mechanische Regelventil. Auf der Basis des (nicht verstärkten) Vorsteuersignals, das von dem Vorsteuerventil 612 geliefert wird, liefert das kleine mechanische Schiebeventil das Steuersignal für die hydraulisch betätigte Komponente 610. Im Vergleich mit dem herkömmlichen mechanischen Regelventil, das in der in 5 gezeigten zweiten Option 500 verwendet wird, liegt die Größe des kleinen mechanischen Schiebeventils zum Beispiel in der Größenordnung der Hälfte der Größe des herkömmlichen mechanischen Regelventils.
Das von dem Vorsteuerventil 612 (das nur das MEMS-Mikroventil 100 umfasst) erzeugte Vorsteuersignal kann eine ausreichende Druck- und Durchflusskennlinie aufweisen, um das kleine mechanische Schiebeventil, das für das Regelventil 616 verwendet wird, mit relativ schnellen Antwortzeiten zu steuern. Während das MEMS-Mikroventil 100 alleine in der Lage sein kann, das herkömmliche in der zweiten Option 500 verwendete mechanische Regelventil zu steuern, können die Antwortzeiten für die Betätigung verzögert sein. Das für das Regelventil 616 in der dritten Option 600 verwendete kleine mechanische Schiebeventil kann verwendet werden, um das Signal von dem MEMS-Mikroventil 100 derart zu verstärken, dass das kleine mechanische Schiebeventil die hydraulisch gesteuerte Komponente 610 steuern kann.
Die dritte Option 600 kann ferner einen oder mehrere optionale MEMS-Druckwandler 620 umfassen. Die MEMS-Druckwandler 620 sind wieder optional. Wenn sie jedoch verwendet werden, sind die MEMS-Druckwandler 620 ausgestaltet, um das Druckprofil des Vorsteuersignals von dem Vorsteuerventil 612 oder des Steuersignals von dem Regelventil 614 zu erfassen. In den meisten Ausgestaltungen wird nur einer der MEMS-Druckwandler 620 verwendet werden. Wenn er verwendet wird, um das Druckprofil des Vorsteuersignals zu erfassen, kann der MEMS-Druckwandler 620 in ein einziges Paket zusammen mit dem MEMS-Mikroventil 100 für das Vorsteuerventil 612 gepackt sein.
Der Controller 322, oder ein anderer Controller, ist ausgestaltet, um einen Eingang von einem oder mehreren der MEMS-Druckwandler 620 zu empfangen und einen Ausgang an das MEMS-Mikroventil 100 in dem Vorsteuerventil 612 zu liefern, um den Systemdruck in Antwort auf einen Eingang von einem der MEMS-Druckwandler 620 zu regeln. Deshalb stellen die MEMS-Druckwandler 620 eine Regelkreisrückführung und Einstellung des Steuersignals bereit, das an die hydraulisch gesteuerte Komponente 610 gesendet wird.
Die hydraulisch gesteuerte Komponente 610 kann irgendeine der Komponenten des in 3 gezeigten Antriebsstrangs 300 sein. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 610 eine sein von: der Schaltkupplungsanordnung 314, dem Schmierkreis (gesteuert durch das Schmierregelventil 316), den Ein/Aus-Zuständen (gesteuert durch das Ein/Aus-Ventil 318), dem Leitungsdruck (gesteuert durch das Leitungsdrucksteuerventil 320) und der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313. In manchen Ausführungsformen des Antriebsstrangs 300 kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 610 tatsächlich zwei oder mehrere dieser Komponenten sein. Eine jede von der ersten Option 400, der zweiten Option 500 und der dritten Option 600 kann mit irgendeiner der Komponenten des Antriebsstrangs 300 verwendet werden.
7 zeigt eine vierte Option 700 für ein Druck-/Durchflusssteuersystem für eine hydraulisch betätigte Komponente 710 innerhalb des Getriebes 300. Die vierte Option 700 umfasst ein Vorsteuerventil 712, das ein Regelventil 714 steuert. Das Regelventil 714 steht mit dem Vorsteuerventil 712 in Fluidverbindung.
Das Vorsteuerventil 712 umfasst ein erstes Ventil 716, das ein Vorsteuersignal erzeugt. Ähnlich wie die in 5 gezeigte zweite Option 500 umfasst das Vorsteuerventil 712 auch ein zweites Ventil 718, das das Vorsteuersignal auf ein verstärktes Vorsteuersignal hochstuft oder verstärkt. Das Regelventil 714 ist wieder ausgestaltet, um das verstärkte Vorsteuersignal zu empfangen, und das Regelventil 714 ist ausgestaltet, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch betätigte Komponente 710 steuert.
In der in 7 gezeigten vierten Option 700 kann das erste Ventil 716 das in 1 gezeigte MEMS-Mikroventil 100 umfassen. Jedoch ist das zweite Ventil 718 ein kleines mechanisches Schiebeventil. Das Regelventil 714 ist wieder ein herkömmliches mechanisches Regelventil. Auf der Basis des von dem Vorsteuerventil 712 gelieferten verstärkten Vorsteuersignals liefert das herkömmliche mechanische Regelventil das Steuersignal für die hydraulisch betätigte Komponente 710.
Deshalb erzeugt das MEMS-Mikroventil 100, wie es hierin bereits beschrieben wurde, selektiv das Vorsteuersignal und übermittelt es durch den Vorsteueranschluss 120 an das kleine mechanische Schiebeventil. Jedoch ist mit der vierten Option 700 der Ausgang des kleinen mechanischen Schiebeventils das verstärkte Vorsteuersignal, das dann von dem Regelventil 714 verwendet wird. In der vierten Option 700 funktioniert das kleine mechanische Schiebeventil, das als das zweite Ventil 718 verwendet wird, ähnlich wie das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis, das in der in 5 gezeigten zweiten Option 500 als das zweite Ventil 518 verwendet wird. Jedoch kann das kleine mechanische Schiebeventil, das als das zweite Ventil 718 für die vierte Option 700 verwendet wird, zumindest einhundertmal größer als das Schiebeventil 200 auf MEMS-Basis sein, das für das zweite Ventil 518 in der zweiten Option 500 verwendet wird.
Das von dem Vorsteuerventil 712 (das sowohl das erste Ventil 716 als auch das zweite Ventil 718 umfasst) erzeugte verstärkte Vorsteuersignal weist eine ausreichende Druck- und Durchflusskennlinie auf, um das herkömmliche mechanische Regelventil zu steuern, das dann die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 steuern kann. Es kann sein, dass das von dem ersten Ventil 716 alleine (dem MEMS-Mikroventil 100) erzeugte Vorsteuersignal nicht in der Lage ist, das herkömmliche mechanische Regelventil direkt vorzusteuern, oder es kann sein, dass es nicht in der Lage ist, die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 direkt zu steuern, ohne eine verzögerte Antwort aufgrund des Niedervolumendurchflusses von dem MEMS-Mikroventil 100 zu bewirken. Das herkömmliche mechanische Regelventil erhöht weiter die Druck- und Durchflusskennlinie, die verwendet wird, um die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 zu steuern.
Die vierte Option 700 kann ferner einen oder mehrere optionale MEMS-Druckwandler 720 umfassen. Wenn sie jedoch verwendet werden, sind die MEMS-Druckwandler 720 ausgestaltet, um das Druckprofil des verstärkten Vorsteuersignals von dem Vorsteuerventil 712 oder des Steuersignals von dem Regelventil 714 zu erfassen. In den meisten Ausgestaltungen wird nur einer der MEMS-Druckwandler 720 verwendet werden.
Der Controller 322, oder ein anderer Controller, ist ausgestaltet, um einen Eingang von einem oder mehreren der MEMS-Druckwandler 720 zu empfangen und einen Ausgang an das MEMS-Mikroventil 100 in dem Vorsteuerventil 712 zu liefern, um den Systemdruck in Antwort auf einen Eingang von einem der MEMS-Druckwandler 720 zu regeln. Deshalb stellen die MEMS-Druckwandler 720 eine Regelkreisrückführung und Einstellung des Steuersignals bereit, das an die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 gesendet wird.
Die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 kann irgendeine der Komponenten des in 3 gezeigten Antriebsstrangs 300 sein. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 eine sein von: der Schaltkupplungsanordnung 314, dem Schmierkreis (gesteuert durch das Schmierregelventil 316), den Ein/Aus-Zuständen (gesteuert durch das Ein/Aus-Ventil 318), dem Leitungsdruck (gesteuert durch das Leitungsdrucksteuerventil 320) und der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 313. In manchen Ausführungsformen des Antriebsstrangs 300 kann die hydraulisch gesteuerte Komponente 710 tatsächlich zwei oder mehrere dieser Komponenten sein. Eine jede von der ersten Option 400, der zweiten Option 500, der dritten Option 600 und der vierten Option 700 kann mit irgendeiner der Komponenten des Antriebsstrangs 300 verwendet werden.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind für die Erfindung unterstützend und beschreibend, aber der Umfang der Erfindung ist allein durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Druck- und Durchflusssteuersystem für ein Automatikgetriebe, wobei das Druck- und Durchflusssteuersystem umfasst: eine hydraulisch gesteuerte Komponente, die in dem Automatikgetriebe angeordnet ist; ein Vorsteuerventil, das ein erstes Ventil umfasst, wobei das Vorsteuerventil ausgestaltet ist, um ein Vorsteuersignal zu erzeugen, und das erste Ventil ein MEMS-Mikroventil ist; ein Regelventil in Fluidverbindung mit dem Vorsteuerventil, wobei das Regelventil ausgestaltet ist, um das Vorsteuersignal zu empfangen, und ausgestaltet ist, um ein Steuersignal auszugeben, das die hydraulisch gesteuerte Komponente steuert.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Vorsteuerventil ferner ein zweites Ventil umfasst und das Regelventil ein herkömmliches mechanisches Regelventil ist.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 2, wobei das zweite Ventil ein Schiebeventil auf MEMS-Basis ist.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 2, wobei das zweite Ventil ein kleines mechanisches Schiebeventil ist.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Regelventil ein Schiebeventil auf MEMS-Basis ist.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Regelventil ein kleines mechanisches Schiebeventil ist.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 3, das ferner einen MEMS-Druckwandler umfasst, wobei der MEMS-Druckwandler ausgestaltet ist, um das Druckprofil von dem Vorsteuersignal oder dem Steuersignal zu erfassen.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 7, das ferner einen Controller umfasst; wobei der Controller ausgestaltet ist, um einen Eingang von dem MEMS-Druckwandler zu empfangen und einen Ausgang an das Vorsteuerventil zu liefern und somit den Systemdruck in Antwort auf einen Eingang von dem MEMS-Druckwandler zu regeln.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 8, wobei der Controller ausgestaltet ist, um einen elektrischen [engl. electronic] Strom zu liefern, wobei das Vorsteuerventil ausgestaltet ist, um das Vorsteuersignal in Antwort auf den elektrischen [engl. electronic] Strom zu erzeugen.
Druck- und Durchflusssteuersystem nach Anspruch 9, wobei die hydraulisch gesteuerte Komponente eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung ist, und wobei das Steuersignal von dem Regelventil ausgestaltet ist, um die Einrückung der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung variabel zu steuern.