專利名稱：液壓泵噪音控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總體涉及液壓泵，特別涉及泵的噪音控制。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生相當程度的噪音和振動。盡管車輛發(fā)動機正改善為安靜運轉(zhuǎn)，來自其他區(qū)域，如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪音，正變得越來越明顯。使用于動力輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓泵是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中主要的噪音來源之一。典型地，車輛液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用固定排量液壓泵或可變排量液壓泵，其提供液壓并且用作流向轉(zhuǎn)向裝置的流體源。流體從泵流向致動器或電機，然后返回貯液器，在那里為了重新利用而過濾。由齒輪、皮帶或撓性彈性聯(lián)軸器驅(qū)動的電動機或汽車發(fā)動機為該泵提供動力。每個泵通常包含多個葉輪腔室，導(dǎo)致不連續(xù)流體脈沖形式的不穩(wěn)定的輸出流。壓力脈沖或“流動波動(flow ripple)”產(chǎn)生振動，引起額外的聲音。過多的流體脈沖或流動波動導(dǎo)致不期望水平的噪音和振動，尤其是當泵安裝在車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中時。所引起的振動能被駕駛員感覺到，引起不舒適的駕駛體驗。隨著車輛系統(tǒng)中近來的改良，當選擇液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，噪音水平已成為一個主要的考量。因此，需要減弱流動波動以及降低噪音和振動水平，來為機動車輛的駕駛員提供舒適的駕駛體驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例描述了減弱液壓泵流動脈沖的方法。泵以第一液壓流速為操作裝置提供流體，該流動是不連續(xù)流體脈沖的形式。此外，該方法包括獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的一個或多個參數(shù)的值，并且以該參數(shù)值為基礎(chǔ)，將第一液壓流速改為第二液壓流速， 使得脈沖減弱。本發(fā)明的另一個實施例描述了液壓泵流動系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于以第一液壓流速以不連續(xù)脈沖的形式為操作裝置提供流體的液壓泵。此外，還有用于獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的一個或多個參數(shù)的值的監(jiān)控模塊。電子控制單元(ECU)以該參數(shù)值為基礎(chǔ)，將第一液壓流速改為第二液壓流速，使得脈沖減弱。


下面描述的附圖陳述和說明了本發(fā)明的許多示例性實施例。在所有附圖中，同樣的附圖標記表示相同的或功能類似的元件。附圖本質(zhì)上是說明性的，并未按照比例繪制。圖1描述了用于在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中減弱液壓泵流動脈沖的示例性系統(tǒng)。圖2是用來減弱液壓泵流動脈沖的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式參照附圖作出下列詳細的描述。示例性實施例是為了說明本發(fā)明的主旨而描述，而非限制其由權(quán)利要求書所限定的范圍。定義在本申請文件中使用了下列詞語，為了清楚和方便起見在此定義這些詞語。葉輪(Vane)裝在旋轉(zhuǎn)泵送結(jié)構(gòu)上的鰭狀物體。葉輪腔室(Vane Chamber)泵送結(jié)構(gòu)內(nèi)的容積，由鄰接的葉輪定義。泵級(Pump Order)泵送結(jié)構(gòu)中泵送元件(葉輪腔室)的數(shù)目。流動波動(FlowRipple)液壓流體中的壓力脈沖，由泵送結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，具有振幅、頻率和相位的性質(zhì)。示例性實施例的描述本發(fā)明描述了液壓泵的噪音控制系統(tǒng)和方法。通常，電動機或汽車發(fā)動機(或其他原動機)為使用于動力輔助轉(zhuǎn)向和類似系統(tǒng)中的液壓泵提供動力。由泵產(chǎn)生的流體流動呈不連續(xù)脈沖的形式，引起增高的噪音和振動水平。本發(fā)明的實施例提供用于更改泵的流速的方法和系統(tǒng)，用以降低噪音水平。圖1表示用于減弱汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓泵流動脈沖的示例性系統(tǒng)100。系統(tǒng)100 包括多個電子和液壓部件，其向汽車系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)向裝置101提供液壓動力。系統(tǒng)100通過更改液壓流速，并且通過控制流動波動的相位關(guān)系持續(xù)地消除流動波動，而減弱汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的流動脈沖。系統(tǒng)100可包括具有旋轉(zhuǎn)葉輪的泵102。葉輪與泵體一起旋轉(zhuǎn)，并且鄰接的葉輪與泵體一起定義葉輪腔室。泵102由汽車系統(tǒng)的發(fā)動機通過皮帶和皮帶輪驅(qū)動。泵102的旋轉(zhuǎn)葉輪相繼地將液壓流體抽取進泵體，然后以高壓將其擠出，提供經(jīng)過系統(tǒng)100的流體。系統(tǒng)100可具有一個或多個流量調(diào)節(jié)單元，用來調(diào)節(jié)流體流動以向轉(zhuǎn)向裝置101提供液壓動力。泵102以第一液壓流速向汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供流體。該流體流動是連續(xù)的，但是泵葉輪在流體內(nèi)產(chǎn)生變化的壓力，被視為不連續(xù)脈沖。第一液壓流速是流動脈沖離開泵的速度，并且是泵級的直接函數(shù)。液壓流體貯液器104容納用于泵送的液壓流體，并且通過保留過多的流體來調(diào)整流體體積變化。主流量控制單元106包括流動調(diào)節(jié)機構(gòu)，用來通過旁路將額外的流體流運送返回至泵102，由此從泵102流出的凈流體體積是恒定的，與發(fā)動機的速度無關(guān)。具體地，主流量控制單元106作為針對系統(tǒng)100的主要流量控制裝置起作用。次級流量控制單元108是針對更大流量控制范圍的次級液壓回路。除了主流量控制單元106， 次級流量控制單元108也包括次級流動旁路，其將額外流體返回至泵102。另外，次級流量控制單元108包括用于調(diào)節(jié)流體流動的電子控制單元(ECU) 110。位于泵102之外、泵102的出口和車輛轉(zhuǎn)向裝置101之間的監(jiān)控模塊112監(jiān)測與泵102產(chǎn)生的流動脈沖有關(guān)的多個參數(shù)。在一實施例中，監(jiān)控模塊112包括轉(zhuǎn)換器，其包括多個用于監(jiān)測參數(shù)的傳感器。此外，該轉(zhuǎn)換器可以是壓力傳感器、能直接進行流動波動的流速傳感器或者本領(lǐng)域已知的任何其他類似的傳感器。被監(jiān)測的參數(shù)可以包括流動脈沖的頻率、相位和振幅。通過感應(yīng)液壓流體中的壓
5力脈沖能直接獲得壓力脈沖頻率，或者基于發(fā)動機速度和存儲的將發(fā)動機速度與泵速度聯(lián)系起來的常數(shù)，例如泵級或者發(fā)動機曲軸的皮帶輪直徑與泵皮帶輪直徑的比率，能計算壓力脈沖頻率。計算相位的關(guān)系，并且調(diào)節(jié)流動以提供異相位的波動，從而相互抵消。為了最好的抵消，具有與第一流動180°異相位的第二流動的關(guān)系將提供最好的結(jié)果。能從第一液壓流中直接獲得壓力脈沖振幅。計算第二液壓流的振幅，使其與第一液壓流的振幅成正比。此外，監(jiān)控模塊112傳送監(jiān)測的值至E⑶110。系統(tǒng)100通過基于監(jiān)測的值將第一液壓流速改為第二液壓流速，減弱由泵產(chǎn)生的脈沖。脈沖的減弱導(dǎo)致流動波動的消除，提供舒適的駕駛體驗，噪音和振動水平減少。具體地，第二液壓流速是流動脈沖從第二流量控制單元108通過旁路返回至泵102的速度，并且持續(xù)地減弱脈沖。盡管示例性系統(tǒng)100是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分，但要求保護的系統(tǒng)可在其他環(huán)境中實施，并不限于汽車應(yīng)用。液壓動力使用于多種工業(yè)和應(yīng)用，并且許多這樣的應(yīng)用，尤其是航空器、建筑和制造設(shè)備，會從噪音降低中受益。僅由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的要求保護的系統(tǒng)，能夠很容易地適用于這樣的應(yīng)用。圖2是用于減弱液壓泵流動脈沖的示例性方法200的流程圖。方法200可以結(jié)合圖1中描述的系統(tǒng)100實施。液壓泵可以是固定排量泵、可變排量泵或本領(lǐng)域公知的產(chǎn)生流動脈沖的任何其他類型的泵。此外，該泵可具有多個泵送元件或葉輪腔室。泵在步驟202以第一液壓流速向操作裝置提供流體流動。該流體流動是連續(xù)的， 但是泵葉輪在流體內(nèi)產(chǎn)生變化的壓力，被視為不連續(xù)脈沖。具體地，第一液壓流速可以是該操作裝置發(fā)動機速度和泵級的函數(shù)。在步驟204，方法200獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的一個或多個參數(shù)的值。通過感應(yīng)液壓流體中的壓力脈沖能直接獲得壓力脈沖頻率，或者基于發(fā)動機速度和存儲的將發(fā)動機速度與泵速度聯(lián)系起來的常數(shù)，例如泵級數(shù)或者發(fā)動機曲軸的皮帶輪直徑和泵皮帶輪直徑的比率，能計算壓力脈沖頻率。該壓力脈沖頻率與泵的旋轉(zhuǎn)速度成正比，泵的旋轉(zhuǎn)速度又是發(fā)動機速度的直接函數(shù)。由此，通過利用發(fā)動機速度信號，例如RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))，能計算出用于減弱流體脈沖所需要的頻率。用于獲得頻率參數(shù)的值的示例性等式為f = (RPM/60) *n*p(1)其中RPM是以RPM (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))表示的發(fā)動機速度，η是泵級(例如，10表示10-葉輪泵)，ρ是發(fā)動機曲軸的皮帶輪直徑與泵皮帶輪直徑的比率，以及f是以赫茲表示的流體脈沖的頻率。計算相位的關(guān)系，并且調(diào)節(jié)流動使得波動為異相位，從而使流體流相互抵消。為了完全抵消，可以設(shè)置第二流動與第一流動180°異相位。能從第一液壓流直接獲得壓力脈沖振幅。計算第二液壓流振幅，使得其與第一液壓流的振幅成正比。 方法200在步驟206監(jiān)測由泵產(chǎn)生的流動脈沖，此外，在步驟208，通過基于獲得的值更改第一液壓流速而產(chǎn)生第二液壓流速來減弱脈沖。脈沖的減弱可以導(dǎo)致流動波動的消除，提供舒適的駕駛體驗，減少噪音和振動水平。 在一實施中，方法200將第二液壓流速設(shè)置為與第一液壓流速異相位，減弱流動脈沖并持續(xù)地消除流動波動。在另一實施中，可以將獲得的參數(shù)值傳送至電子控制單元 (ECU)，其將第二液壓流速設(shè)置為與第一液壓流速異相位，消除流動波動。更改流速，尤其是通過產(chǎn)生與流動波動異相位的脈沖更改流速，引起流動波動的主動消除。該消除在操作裝置中降低噪音和振動，為操作者提供舒適的體驗。雖然以汽車液壓轉(zhuǎn)向泵為例撰寫本發(fā)明，但本申請的實施方式適用于類似的泵環(huán)境，包括變速器泵、AC壓縮機和燃料泵，其中出自泵送裝置的不穩(wěn)定流動能產(chǎn)生不滿意水平的噪音。此外，液壓泵可以是固定排量泵、可變排量泵或本領(lǐng)域公知的產(chǎn)生流體脈沖的任何其他類型的泵。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，明顯的是，在不脫離要求保護的發(fā)明的范圍和預(yù)期功能的情況下，本發(fā)明能使用于多種操作環(huán)境中以實現(xiàn)期望的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.用于減弱源于液壓泵的流動脈沖的方法，其特征在于，該方法包含以第一液壓流速通過泵將流體泵送至操作裝置，其中該流動包括流體的不連續(xù)脈沖； 獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的一個或多個參數(shù)的值；以及基于獲得的值，通過將第一液壓流速改為第二液壓流速減弱由泵產(chǎn)生的脈沖，其中第二液壓流抵消由第一液壓流產(chǎn)生的脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)包括頻率、相位或振幅中的一個或多個。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于操作裝置的發(fā)動機速度獲得頻率的值。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于泵級獲得頻率的值。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，頻率的值基于發(fā)動機曲軸的皮帶輪直徑與泵皮帶輪直徑的比率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲得步驟進一步包括傳送獲得的值至電子控制單元。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，減弱步驟進一步包括將第二液壓流速設(shè)置為與第一液壓流速異相位。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，減弱步驟由ECU執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，泵是使用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向泵。
10.液壓泵液流動系統(tǒng)，其特征在于，包含液壓泵，配置為以第一液壓流速以不連續(xù)脈沖形式向操作裝置泵送流體； 監(jiān)控模塊，配置為獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的一個或多個參數(shù)的值； 電子控制單元，配置為基于獲得的值，通過將第一液壓流速改為第二液壓流速來減弱泵產(chǎn)生的脈沖，其中第二液壓流抵消由第一液壓流產(chǎn)生的脈沖。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)包括頻率、相位或振幅中的一個或多個。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，基于操作裝置的發(fā)動機速度獲得頻率的值。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，基于泵級獲得頻率的值。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，基于發(fā)動機曲軸的皮帶輪直徑與泵皮帶輪直徑的比率獲得頻率的值。
15.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)控模塊包括轉(zhuǎn)換器。
16.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)控模塊傳送獲得的值至E⑶。
17.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，ECU將第二液壓流速設(shè)置為與第一液壓流速異相位。
18.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，泵是使用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向泵。
19.用于降低車輛中轉(zhuǎn)向泵流動引起的振動的方法，其特征在于，該方法包含 以第一液壓流速通過泵將流體泵送至轉(zhuǎn)向閥，其中該流體是不連續(xù)脈沖的形式； 獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的一個或多個參數(shù)的值；基于獲得的值計算第二液壓流速；以及通過將第一液壓流速改為第二液壓流速來降低振動，其中第二液壓流速與第一液壓流速異相位。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)包括頻率、壓力或振幅中的一個或多個。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于減弱液壓泵流動脈沖的方法。該方法包括以第一液壓流速通過泵將流體泵送至操作裝置，該流體是不連續(xù)脈沖的形式。此外，該方法還包括獲得與泵產(chǎn)生的脈沖有關(guān)的多個參數(shù)的值，并且基于獲得的值，通過將第一液壓流速改為第二液壓流速來減弱脈沖。
文檔編號F04C14/28GK102345599SQ20111020194
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者丹尼爾·塔特爾, 克里斯蒂安·弗恩霍茲, 杰夫·威廉姆斯, 蒂莫西·奧弗利 申請人:福特全球技術(shù)公司