基于能量的变速器摩擦元件诊断的制作方法
【专利摘要】本发明涉及基于能量的变速器摩擦元件诊断。一种用于监控构成为在机械操作地连接到内燃机和至少一个电机上的电力-机械变速器内传递转矩的转矩传递装置的方法包括响应于转矩传递装置的检测到的滑动条件执行故障检测策略。故障检测策略包括监控转矩传递装置的能量损失的大小。当能量损失的大小到达预定能量阈值时检测到转矩传递装置中的故障条件。
【专利说明】基于能量的变速器摩擦元件诊断
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电力-机械变速器的控制系统，并且更具体地在转矩传递装置中检测故障。
【背景技术】
[0002]在本部分的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息。因此，这样的陈述并不旨在构成现有技术的认可。
[0003]混合传动系结构包括转矩再生装置，其包括内燃机和电力机器，其通过变速器装置传递转矩至车辆动力传动系统。示例性的电力机械变速器通过转矩传递装置的应用在固定齿轮模式和连续可变模式中有选择地操作。当变速器输出构件的转速在来自发动机的输入组件的转速的固定比率时，典型地由于一个或多个转矩传递装置的应用，固定齿轮模式发生。当基于一个或多个电力机器的工作速度变速器输出构件的转速可变时，连续可变模式发生。电力机器可以经由转矩传递装置的应用，或通过直接连接连接至输出轴。包括液压离合器的转矩传递装置的应用典型地通过包括由控制模块控制的电力致动液压流动管理阀，压力控制螺线管，和压力监测装置的液压回路起作用。当驱动构件在单向离合器起作用的第一方向中转动时，包括单向离合器的转矩传递装置的应用典型地起作用。然而，当驱动构件在相反或第二方向中转动时，单向离合器将与从动组件或地面释放或分离驱动构件。
[0004]公知的是转矩传递装置滑差速度由马达，发动机和输出速度信号确定。由于变速器延迟，传感器误差，和产生速度源的转矩的瞬态属性的结果，在应用的转矩传递装置上的滑差速度通常是有干扰的。
[0005]当现有的转矩传递装置滑差速度超过用于预定时间周期的阈值时，还公知的是在转矩传递装置中检测故障。该故障诊断需要包括用于短时间量的滑差速度的大量值与用于长时间量的滑差速度的小量值之间的滑动性能。典型地，滑差速度故障阈值在信号中必须设置在典型的干扰频带之上以避免错误的故障诊断，引起实际故障的延迟检测。
【发明内容】
[0006]一种用于监控转矩传递装置的方法，所述转矩传递装置构成为在机械操作地连接到内燃机和至少一个电机上的电力-机械变速器内传递转矩，所述方法包括包括响应于转矩传递装置的检测到的滑动条件执行故障检测策略。故障检测策略包括监控转矩传递装置的能量损失的大小。当能量损失的大小到达预定能量阈值时检测到转矩传递装置中的故障条件。
[0007]本发明还提供了以下方案:
1.一种用于监控转矩传递装置的方法，所述转矩传递装置构造成在机械操作地连接到内燃机和至少一个电机上的电力-机械变速器内传递转矩，包括:
当转矩传递装置应用时响应于转矩传递装置的检测到的滑动条件，执行故障检测策略，包括: 监控转矩传递装置的能量损失的大小；以及
当能量损失的大小到达预定能量阈值时检测转矩传递装置中的故障条件。
[0008]2.根据方案I所述的方法，其中监控转矩传递装置的能量损失的大小包括:
监控转矩传递装置上的相对转速；
基于转矩传递装置上的监控的相对转速和转矩传递装置的最大能力确定转矩传递装置的动力损失；以及
积分转矩传递装置的动力损失以确定转矩传递装置的能量损失。
[0009]3.根据方案I所述的方法，其中监控转矩传递装置上的转速包括:
监控发动机的转速；
监控至少一个电机的转速；
监控电力-机械变速器的输出构件的转速；以及
基于发动机，至少一个电机和输出构件的监控的转速中的至少一个确定转矩传递装置上的转速。
[0010]4.根据方案I所述的方法，其中转矩传递装置包括仅在一个方向上具有能力并且在相反方向上允许自由飞轮的单向离合器，并且其中通过以下检测所述检测到的滑动条件:
监控单向离合器装置上的相对转速；以及
当监控的相对转速在一个方向时如果单向离合器装置上的相对转速的大小超过转速阈值则检测单向离合器装置的滑动条件。
[0011]5.根据方案4所述的方法，还包括:
如果单向离合器装置上的监控的相对转速在相反方向时，从不检测单向离合器装置的滑动条件。
[0012]6.根据方案I所述的方法，其中转矩传递装置包括有选择地在第一方向和第二相反方向的至少一个上具有能力的可选择的单向离合器，并且其中通过以下检测所述检测到的滑动条件:
监控可选择的单向离合器装置上的相对转速；以及
当监控的相对转速在可选择的单向离合器装置具有能力的第一和第二方向中的一个时如果转矩传递装置上的相对转速的大小超过转速阈值则检测可选择的单向离合器装置的滑动条件。
[0013]7.根据方案I所述的方法，其中转矩传递装置包括在第一方向和第二相反方向上具有能力的液压离合器，并且其中通过以下检测所述检测到的滑动条件:
监控液压离合器装置上的相对转速；以及
如果液压离合器装置上的相对转速的大小超过第一转速阈值，则检测液压离合器装置的滑动条件。
[0014]8.根据方案I所述的方法还包括:
如果检测到故障条件，则启动诊断警报。
[0015]9.根据方案I所述的方法，还包括:
监控转矩传递装置上的相对转速；
将转矩传递装置上的相对转速与转速故障阈值相比较；以及 当以下至少一个时检测转矩传递装置中的故障条件:
转矩传递装置的能量损失的大小到达预定能量阈值，以及
转矩传递装置上的相对转速超过用于至少预定时间期间的转速故障阈值。
[0016]10.一种用于监控机械操作地连接到内燃机和至少一个电机上的电力-机械变速器内的转矩传递装置的方法，所述转矩传递装置构造成通过电力-机械变速器传递转矩至输出构件，包括:
监控转矩传递装置上的滑差速度；
当监控的滑差速度的大小在转矩传递装置具有能力的方向上并且超过转速阈值时，则检测滑动条件；
当检测到滑动条件时，执行故障检测策略，包括:
监控转矩传递装置的动力损失的大小；以及
当动力损失的大小随时间到达预定能量阈值时检测转矩传递装置中的故障条件。
[0017]11.根据方案10所述的方法，其中动力损失的大小是基于转矩传递装置的最大能力和监控的滑差速度的。
[0018]12.根据方案10所述的方法，其中转速阈值等于零和非零整数中的一个，非零整数选择为避免由噪音引起的错误的滑差速度条件。
[0019]13.根据方案10所述的方法，其中监控转矩传递装置上的滑差速度包括监控转矩传递装置的输入和输出部件之间的相对转速。
[0020]14.根据方案13所述的方法、其中转矩传递装置的输入和输出部件之间的相对转速是基于监控的发动机转速，监控的所述至少一个电机的转速以及监控的输出构件的转速中的至少一个的。
[0021]15.根据方案10所述的方法，其中转矩传递装置包括在第一方向和第二相反方向上具有能力的液压离合器装置。
[0022]16.根据方案10所述的方法，其中转矩传递装置包括在第一方向和第二相反方向中的至少一个中有选择地具有能力的可选择的单向离合器装置。
[0023]17.根据方案10所述的方法，其中转矩传递装置包括仅在一个方向上具有能力并且在反向方向上允许自由飞轮的单向离合器装置。
[0024]18.根据方案10所述的方法，还包括:
如果监控的滑差速度在转矩传递装置不预计具有能力的方向上，则从不检测滑动条件。
[0025]19.根据方案10所述的方法，还包括:
将转矩传递装置上的滑差速度与滑差速度故障阈值相比较；以及当转矩转换器装置上的滑差速度在至少预定时间期间超过滑差速度故障阈值时，检测转矩传递装置中的故障条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]参照附图，通过示例，现在将描述一个或多个实施例，其中:
图1示出了根据本发明的混合动力传动系的电力可变变速器；
图2示出了根据本发明的用于图1的混合动力传动系的控制系统的示例性结构； 图3示出了根据本发明的操作为根据机械离合器提供夹持力的示例性的液压致动离合器装置；
图4示出了根据本发明的示例性的可选择单向离合器的部分截面图；
图5示出了根据本发明的用于检测转矩传递装置中故障条件的流程图；以及 图6示出了根据本发明的表示转矩传递装置的滑差速度图解和能量损失图解的示意图。
【具体实施方式】
[0027]现在参照附图，其中仅仅是为了示出某些示例性实施例并且不是为了进行限制，图1和2描述了示例性的电力-机械混合动力传动系。图1中描述的示例性的电力-机械混合动力传动系包括操作地连接到发动机14和第一和第二电机(MG-A) 56和(MG-B) 72的两个模式的，复合_分离，电力_机械混合动力变速器10。发动机14和第一和第二电机56和72每个都产生可以被传输到变速器10的动力。由发动机14和第一和第二电机56和72产生的并且传输到变速器10的动力根据在此分别称作T1, TA，和Tb的输入转矩，和在此分别称作N1, Na和Nb的速度进行描述。
[0028]发动机14包括在一些状态中有选择地操作以经由输入轴12将转矩传递至变速器10的多缸内燃机，并且可以是火花点火或压缩点火发动机。发动机14包括操作地连接到变速器10的输入轴12上的曲轴。转速传感器11监控输入轴12的转速。由于发动机14与变速器10之间的输入轴12上的转矩消耗部件，例如液压泵和/或转矩管理装置的布置，来自发动机14的动力，包括转速和输出转矩可以与输入速度N1和至变速器10的输入转矩T1不同。
[0029]示例性的变速器10包括三个行星齿轮组24，26和28和四个有选择地可接合的转矩传递装置，即，离合器Cl 70，C2 62，C3 73，和C4 75。如在此使用的，离合器是指任意类型的摩擦转矩转换装置，其包括单个或复合盘式离合器，或组，带式离合器，制动器，可选择的单向离合器和例如包括机械二极管的单向离合器。优选地由变速器控制模块(TCM)17控制的液压控制回路42可操作以在一些情况下控制液压离合器和可选择的单向离合器的离合器状态。当负载在单向离合器具有能力的方向上应用到单向离合器上时，包括机械二极管的单向离合器可以简单地接合并且应用。离合器C2 62和C4 75优选地包括液压应用的转动摩擦离合器。离合器Cl 70和C3 73优选地包括可以有选择地接地至变速箱68的液压控制的静止装置。离合器Cl 70, C2 62, C3 73，和C4 75中的每一个优选地液压应用，有选择地经由液压控制回路42接受加压的液压油。本发明可以将Cl 70, C2 62, C3 73和C475看作〃液压离合器装置〃，然而，该变速器10仅仅是示例性的，并且在此讨论的实施例可以应用到变速器中具有能力的任意类型的转矩传递装置上。
[0030]第一和第二电机56和72优选地包括三相AC电机，其每个包括定子和转子，以及各自的解算器80和82。每个机器的电机定子接地至变速箱68的外部，并且包括具有从此延伸的卷绕绕组的定子铁心。用于第一电机56的转子支承在操作地经由第二行星齿轮组26连接到轴60上的毂衬齿轮上。用于第二电机72的转子固定地连接到套筒轴毂66上。
[0031]每个解算器80和82优选地包括包括解算器定子和解算器转子的可变磁阻装置。解算器80和82适当地定位并且组装在第一和第二电机56和72中各自的一个上。解算器80和82中各自一个的定子操作地连接到用于第一和第二电机56和72的定子中一个上。解算器转子对应于第一和第二电机56和72操作地连接到转子上。每一解算器80和82信号地并且操作地连接到变速器动力转换器控制模块(TPM) 19上，并且每个感测和监控解算器转子相对于解算器定子的转动位置，因此监控第一和第二电机56和72中各自一个的转动位置。此外，来自解算器80和82的信号输出被解释以分别提供用于第一和第二电机56和72的转速，即，Na和Nb。
[0032]变速器10包括输出构件64，例如轴，其操作地连接到用于车辆的动力传动系统90，例如，提供输出动力至车轮93，其中一个在图1中示出。输出动力根据输出转速N。和输出转矩Tq为特征。变速器输出速度传感器84监控输出构件64的转速和转动方向。每一车轮93优选地配备了适于监控车轮速度Vss_mij的传感器94,其输出由相对于图2描述的分布式控制模块系统的控制模块监控，以确定用于制动控制，牵引力控制，和车辆加速管理的车辆速度，和绝对和相对车轮速度。
[0033]作为来自燃料或存储在电能存储装置(ESD)74的电势结果，产生来自发动机14和第一和第二电机56和72的输入转矩(分别STiJa，和TB)。ESD 74是经由DC传递导体27而DC连接至TPM 19的高压。传递导体27包括接触器开关38。当接触器开关28闭合时，在正常条件下，电流可以在ESD 74与TPM 19之间流动。当接触器开关28断开时，在ESD74与TPM 19之间电流被中断。响应于用于第一和第二电机56和72的转矩命令，TPM 19通过传递导体29往返于第一电机56传递电力，并且TPIM 19类似地通过传递导体31往返于第二电机72传递电力以或的输入转矩Ta和\。根据ESD 74正在充电或放电，电流往返于电火花检测器74传递。
[0034]TPIM 19包括一对功率转换器和构成为接收转矩命令和控制转换状态的各自的电机控制模块，由此提供电机驱动或再生功能以满足命令的电机转矩Ta和TB。功率转换器包括公知的补充三相功率电子装置，并且每个包括用于将来自ESD 74的DC功率转换为AC功率的多个绝缘栅双极晶体管，用于通过在高频处切换为第一和第二电机56和72中的各自一个提供功率。绝缘栅双极晶体管形成构成为接收命令的开关模式电源供给。每一个三相电机的每一相位包括一对绝缘栅双极晶体管。控制绝缘栅双极晶体管的状态以提供电机驱动机械动力产生或电力再生功能。三相转换器经由DC传递导体27接收或供给DC电力并且将其转换为三相AC电力或由AC电力转换而成,其传导至第一和第二电机56和72或从第一和第二电机56和72传导来，用于分别经由导体29和31操作为马达或发电机。
[0035]图2是分布式控制模块系统的图解方框图。该系统是整个车辆控制结构的子集，并且提供图1中描述的示例性传动系的协作系统控制。分布式控制模块系统积分相关的信息和输入，并且执行例程以控制不同的致动器实现控制目标，包括与燃料经济性，排放，性能，驱动性，和包括ESD 74和第一和第二电机56和72的电池的硬件保护相关的控制目标。分布式控制模块系统包括发动机控制模块(ECM) 23，TCM 17，电池组控制模块(BPCM) 21，和TPIM 19。混合控制模块(HCP) 5提供ECM23，TCM 17，BPCM21，和TPIM 19的监督控制和协作。用户界面(UI) 13操作地连接到多个装置，车辆操作者通过其控制或引导电力机械混合传动系的操作。该装置包括确定操作者转矩请求的加速器踏板113 (AP),操作者制动踏板112 (BP)，变速器齿轮选择器114 (PRNDL)，以及车辆速度巡航控制。变速器齿轮选择器114可以具有离散数目的操作者可选择的位置，包括输出构件64的转动方向以启动向前或向后方向中的一个。
[0036]上述控制模块经由局域网(LAN)总线6与其它控制模块，传感器，和致动器连通。LAN总线6考虑到各个控制模块之间的工作参数和致动器指令信号的结构连通。使用的具体的通信协议是具体应用的。LAN总线6和适当的协议在上述控制模块，以及提供诸如反锁致动，牵引控制，和车辆稳定性其它控制模块之间提供了牢固的信息和多控制模块接口。多个通信总线可以用来改进通信速度并且提供信号冗余度和完整性的一些水平。单个控制模块之间的通信还可以使用直接连接，例如，串行外围接口(SPI)总线起作用。
[0037]HCP 5提供传动系的监督控制，并且多ECM 23，TCM 17, TPIM 19，和BPCM21的协作操作起作用。基于来自用户界面13和包括ESD 74,HCP 5的传动系的各种输入信号，产生不同的命令，分别包括操作者转矩要求(Tclkeq),命令至动力传动系统90的输出转矩(TCMD)，发动机输入转矩命令，用于变速器10的转矩传递离合器Cl 70，C2 62，C3 73，C4 75的离合器转矩；以及用于第一和第二电机56和72的转矩命令。TCM 17操作地连接到液压控制回路42并且提供各种功能，其包括监控各种压力感测装置以及产生并且通信控制信号至噶中螺线管由此控制包含在液压控制回路42内的压力开关和控制阀。
[0038]ECM 23操作地连接到发动机14，并且起到在多个离散线路上获取来自传感器的数据并且控制发动机14的致动器的应用，为简单起见示出为聚集的双向接口电缆35。ECM23从HCP 5接收发动机输入转矩命令。ECM 23基于通信至HCP 5的监控的发动机转速和负载确定在该时间点提供至变速器10的实际发动机输入转矩，T115 ECM 23监控来自转速传感器11的输入以确定至输入轴12的发动机输入速度，其转化为变速器输入速度，队。ECM23监控来自传感器的输入以确定其它发动机工作参数的状态，例如，包括，歧管压力，发动机冷却剂温度，环境气温，和环境压力。发动机负载例如可以由歧管压力，或可替换地，由监控至加速器踏板113的操作者输入确定。ECM 23产生并且通信命令信号以控制发动机致动器，例如，包括燃料喷射器，点火模块，和节气门控制模块。
[0039]TCM 17操作地连接至变速器10并且监控来自传感器的输入以确定变速器工作参数的状态。TCM 17产生并且通信命令信号以控制变速器10，包括控制液压控制回路42。来自TCM 17至HCP 5的输入包括对于每个离合器，即，Cl 70，C2 62，C3 73，和C4 75的估计的离合器转矩，以及输出构件64的转动的输出速度，K。为了控制，其它的致动器和传感器可以用来提供从TCM 17至HCP 5的附加信息。TCM 17监控来自压力开关的输入并且有选择地启动液压控制回路42的压力控制螺线管和切换螺线管以有选择地启动各个离合器Cl70，C2 62，C3 73，和C4 75以实现如在下文中描述的各种变速器工作范围状态。单向离合器装置可以使用电力螺线管以起动和接合单向离合器装置。此外，当负载在单向离合器具有能力的方向上应用时，单向离合器可以启动并且接合。使用单向离合器装置的进一步实施例可以采用液压工具以启动和接合单向离合器装置。
[0040]BPCM 21信号地连接到传感器以监控包括电流和电压参数的状态的ESD 74，以提供表示至HCP 5的ESD 74的电池的参数状态的信息。电池的参数状态优选地包括电池充电状态，电池电压，电池温度，和称为范围Pbat MIN至PbatJttx的可利用的电池电力。
[0041 ] 控制模块，模块，控制，控制器，控制单元，处理器和类似的术语意思是一个或多个专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理器(优选地微处理器)和相关的内存和存储器(只读，可编程只读，随机存取，硬盘驱动，等)，组合逻辑电路，输入/输出电路和装置，适当的信号调节和缓冲电路，以及其它部件以提供所描述的功能。软件，固件，程序，指令，例程，代码，算法和类似的术语意思是包括校准和检查表的任意指令组。控制模块具有执行以提供所需功能的一组控制例行程序。例程诸如通过中央处理器执行并且可操作以监控来自感测装置和其它网络控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以每隔一定间隔执行，例如在运行中的发动机和车辆操作期间每3.125，6.25，12.5，25和100毫秒。可替换地，例程可以响应于事件的发生而执行。
[0042]示例性的传动系在一些工作范围状态中的一个中有选择地工作，工作状态可以根据以下参照表1进行描述的包括发动机打开状态(ON)和发动机停机状态(OFF)中的一个的发动机状态，和包括多个固定挡位和连续可变工作模式的变速器状态进行描述。
[0043]表1
【权利要求】
1.一种用于监控转矩传递装置的方法，所述转矩传递装置构造成在机械操作地连接到内燃机和至少一个电机上的电力-机械变速器内传递转矩，包括: 当转矩传递装置应用时响应于转矩传递装置的检测到的滑动条件，执行故障检测策略，包括: 监控转矩传递装置的能量损失的大小；以及 当能量损失的大小到达预定能量阈值时检测转矩传递装置中的故障条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中监控转矩传递装置的能量损失的大小包括: 监控转矩传递装置上的相对转速； 基于转矩传递装置上的监控的相对转速和转矩传递装置的最大能力确定转矩传递装置的动力损失；以及 积分转矩传递装置的动力损失以确定转矩传递装置的能量损失。
3.根据权利要求1所述的方法，其中监控转矩传递装置上的转速包括: 监控发动机的转速； 监控至少一个电机的转速； 监控电力-机械变速器的输出构件的转速；以及 基于发动机，至少一个电机和输出构件的监控的转速中的至少一个确定转矩传递装置上的转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其中转矩传递装置包括仅在一个方向上具有能力并且在相反方向上允许自由飞轮的单向离合器，并且其中通过以下检测所述检测到的滑动条件: 监控单向离合器装置上的相对转速；以及 当监控的相对转速在一个方向时如果单向离合器装置上的相对转速的大小超过转速阈值则检测单向离合器装置的滑动条件。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括: 如果单向离合器装置上的监控的相对转速在相反方向时，从不检测单向离合器装置的滑动条件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中转矩传递装置包括有选择地在第一方向和第二相反方向的至少一个上具有能力的可选择的单向离合器，并且其中通过以下检测所述检测到的滑动条件: 监控可选择的单向离合器装置上的相对转速；以及 当监控的相对转速在可选择的单向离合器装置具有能力的第一和第二方向中的一个时如果转矩传递装置上的相对转速的大小超过转速阈值则检测可选择的单向离合器装置的滑动条件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中转矩传递装置包括在第一方向和第二相反方向上具有能力的液压离合器，并且其中通过以下检测所述检测到的滑动条件: 监控液压离合器装置上的相对转速；以及 如果液压离合器装置上的相对转速的大小超过第一转速阈值，则检测液压离合器装置的滑动条件。
8.根据权利要求1所述的方法还包括:如果检测到故障条件，则启动诊断警报。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括: 监控转矩传递装置上的相对转速； 将转矩传递装置上的相对转速与转速故障阈值相比较；以及 当以下至少一个时检测转矩传递装置中的故障条件: 转矩传递装置的能量损失的大小到达预定能量阈值，以及 转矩传递装置上的相对转速超过用于至少预定时间期间的转速故障阈值。
10.一种用于监控机械操作地连接到内燃机和至少一个电机上的电力-机械变速器内的转矩传递装置的方法，所述转矩传递装置构造成通过电力-机械变速器传递转矩至输出构件，包括: 监控转矩传递装置上的滑差速度； 当监控的滑差速度的大小在转矩传递装置具有能力的方向上并且超过转速阈值时，则检测滑动条件； 当检测到滑动条件时，执行故障检测策略，包括: 监控转矩传递装置的动力损失的大小；以及 当动力损失的大小随时间到达预定能量阈值时检测转矩传递装置中的故障条件。
【文档编号】G01M13/02GK103808507SQ201310569468
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】J.M.博伦鲍夫, J.塞登斯特里克, L.A.卡明斯基, J-J.F.萨 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司