具有集成速度检测的机电弹簧离合器的制作方法

本申请要求于2013年11月29日提交的美国临时申请号61/910,180、于2013年11月29日提交的美国临时申请号61/910,250、于2013年12月3日提交的美国临时申请号61/911,331、于2014年3月3日提交的美国临时申请号61/911,336、美国临时申请号61/946,893、以及于2014年6月13日提交的美国临时申请号62/011,974的权益，所有这些申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容总体上涉及机电设备，更具体地涉及离合联接(clutched)的水泵，该水泵用于通过发动机来使冷却剂循环。

背景技术：

一些车辆具有下述水泵：该水泵被带驱动，但是被离合联接，以使水泵的叶轮能够启动和关闭。在一些更先进的提出的单元中，可以根据可调节的占空比来重复地使离合器循环接合和分离，使得水泵能够实现车辆冷却剂系统中的冷却剂的一系列选定的流率。尽管这样提出的单元是有利的，但是有益的是能够确定水泵中是否存在使水泵不运行(例如，完全不能泵送)或使水泵在完全流通时被卡住的故障。此外，有益的是能够在水泵运行时确定水泵的速度。优选的是，可以以相对较低的成本来提供这些特征中的一个或多个。

技术实现要素：

一方面，提供了一种机电设备，并且包括提供了一种机电设备，该机电设备包括：电磁体、透磁性转子、驱动器、电流源、电流传感器以及处理逻辑。该电磁体包括透磁性壳体和设置在透磁性壳体中的导线线圈。该透磁性转子绕所述设备内的轴旋转，该转子被设置在电磁体被通电时所产生的磁路的路径上。该驱动器用于使转子相对于电磁体壳体旋转。转子和电磁体壳体均成形为随着转子旋转而改变转子与电磁体壳体之间的磁阻。该电流源被配置成向电磁体线圈施加电流，其中，在转子的旋转期间，由于转子与电磁体壳体之间变化的磁阻而在电磁体线圈中引起的电流波动被叠加在所施加的电流上。该电流传感器连接至电磁体线圈，并且感测电磁体线圈中的电流的波动。该处理逻辑连接至电流传感器，并且该处理逻辑部被配置为读取感测的电流以及确定波动的频率，所述频率与转子的速度相关。

另一方面，提供了一种用于检测透磁性转子的速度的方法，包括：

设置包括透磁性壳体和设置在透磁性壳体中的导线线圈的电磁体，使得转子被设置在电磁体被通电时所产生的磁路的路径上；

使转子和电磁体中的每个成形为随着转子旋转而改变转子与电磁体壳体之间的磁阻；

向电磁体线圈施加电流，从而随着转子旋转，在电磁体线圈上感应出波动的速度感测电流，并且波动的速度感测电流被叠加在所施加的电流上；

感测电磁体线圈中的电流；以及

处理感测的电流以确定在速度感测电流中的波动的频率，其中，转子速度与该频率相关。

又一方面，提供了一种用于车辆的发动机的冷却系统，包括：水泵、温度传感器以及控制系统，该水泵被配置成使冷却剂通过发动机循环。该水泵被可选择地离合联接，以允许该水泵能够被打开和关闭。该温度传感器被定位成感测冷却剂的温度。该控制系统被配置成控制水泵的离合联接以及接收来自温度传感器的信号。控制系统被用第一方案编程，该第一方案用于检测水泵是否适当地运行，其中，如果在车辆的运行期间满足第一组准则，则通过控制系统执行所述第一方案。控制系统被用第二方案编程，第二方案用于检测水泵是否适当地运行，其中，如果在车辆的运行期间满足第二组准则，则通过控制系统执行第二方案，其中，第二组准则与第一组准则不同。

再一方面，提供了一种确定用于车辆的发动机的冷却剂系统中的水泵的健康状况的方法，包括：

a)在起动发动机时操作水泵；

b)命令水泵停止；

c)在步骤b)之后的第一选定的时间段确定第一冷却剂温度；

d)在步骤b)之后的第二选定的时间段确定第二冷却剂温度；

e)确定第一冷却剂温度与第二冷却剂温度之间的差是否大于预定的阈值平线值；以及

f)如果在步骤e)中的差大于选定的阈值平线值，则输出通知。

又一方面，提供了一种确定用于车辆的发动机的冷却剂系统中的水泵的健康状况的方法，包括：

a)以比选定的阈值低占空比值低的占空比、至少在选定的低占空比阈值时间段中操作水泵；

b)命令水泵的占空比的增加，该占空比的增加大于选定的阈值占空比改变值；

c)在步骤b)之后的第一选定的时间段期间确定峰值冷却剂温度；

d)在第一选定的时间段之后的第二选定的时间段期间确定最小冷却剂温度；

e)确定峰值冷却剂温度与最小冷却剂温度之间的差是否大于预定的阈值温度改变值；

f)至少部分地基于步骤e)的结果来确定水泵的健康状况；以及

g)基于步骤f)来输出通知。

附图说明

参照附图将更容易地理解本公开内容的前述方面和其他方面，在附图中：

图1A和图1B是用于在车辆发动机上的装置中使用的离合器组件的分解立体图；

图1C是在图1A和图1B中示出的离合联接的装置的一部分的放大的立剖面图；

图2是根据本发明的实施方式的离合联接的装置的立剖面图；

图3A和图3B是可以与图1A、图1B以及图2中示出的离合器组件一起使用的机电装置的立体图；

图4A和图4B是电枢和容纳电磁体线圈的电磁体壳体的剖视图，电磁体线圈是在图3A和图3B中示出的机电装置的一部分；

图5(a)至图5(e)是在不同相对位置的电枢和电磁体壳体的剖视图；

图6是示出了在一段时间上电磁体线圈中的电流和选定的离合联接部件的速度的图；

图7A至图7C是示出了电磁体线圈中的电流的图；

图7D是示出了来自用于确定机电装置的速度的速度测量电路的输出的图；

图8是示出了可以用于对机电装置的电枢执行速度测量的控制方案的框图；

图9是示出了可以用于对机电装置的电枢执行速度测量的替选控制方案的框图；

图10示出了被配置成用来执行图8中示出的控制方案的电路；

图11和图11A至图11E示出了被配置成用来执行图9中示出的控制方案的电路；

图12A和图12B是机电装置的另一实施方式的分解立体图和非分解立体图；

图13A和图13B是机电装置的又一实施方式的分解立体图和非分解立体图；

图14是车辆中的冷却剂系统的示意图；

图15是示出了图14中示出的冷却剂系统中的适当运行的水泵的冷却剂温度和占空比的图；

图16是示出了被卡在打开(stuck on)的水泵的冷却剂温度和占空比的图；

图17是示出了被卡在关闭(stuck off)的水泵的冷却剂温度和占空比的图；

图18是示出了用于确定图14中示出的水泵是否在适当地运行的方法的流程图；

图19是示出了用于确定图14中示出的水泵是否在适当地运行的另一方法的流程图；以及

图20是示出了使用图19中所示出的方法的图。

具体实施方式

图1A和图1B是离合器组件20的一部分的分解图。图1C是离合器组件20的剖视图。离合器组件20选择性地允许在第一离合器构件(例如(但不限于)安装至发动机曲轴的曲轴适配器22)与第二离合器构件(例如(但不限于)设置在附件驱动系统中的滑轮24)之间传输扭矩。在该组件中，第一离合器构件或曲轴适配器22提供旋转输入，以及第二离合器构件或滑轮24提供旋转输出，使得离合器组件20选择性地允许动力从曲轴适配器22传至滑轮24。该离合器组件20还通常是脱离的，即，必须开动离合器组件以使动力能够传至输出。

参照图1A至图1C，滑轮24包括套筒26，由轴承28在曲轴适配器22上支承套筒26。护圈30可旋转地连接至曲轴适配器22。护圈30具有保持扭簧托架(wrap spring carrier)34的孔32(在图1A中最佳地示出)。托架34具有保持扭簧离合器(wrap spring clutch)38的第一端40的槽36。致动器44经由套管46绕曲轴适配器22轴接(journalled)。致动器44具有保持扭簧离合器38的第二端42的槽48。

致动器44可旋转地连接至电枢50，使得两个部件一起旋转，但是两个部件之间具有一些轴向间隙。在所示出的实施方式中，由片簧60提供轴向间隙，片簧60使致动器44与电枢50互相连接，以及使电枢50从滑轮24偏移开。更特别地，(图1A中最佳地示出)致动器44经由铆钉64连接至刚性背板62，铆钉64分别穿过片簧60上的孔66和背板62上的孔68。电枢50经由多个柄铆钉(shank rivet)70(在图1C中示出)连接至片簧60，该多个柄铆钉70穿过电枢50上的突出部(tab)72(在图1A和图1C中最佳地示出)。在其他实施方式中，可以省略片簧60和背板60，并且致动器44和电枢50可以经由例如在PCT公开WO2013049919A1中示出的每个部件上的周向布置的齿来啮合地互相连接，PCT公开WO2013049919A1的全部内容并入本文中。

离合器组件20还包括电磁体，该电磁体包括导线线圈74以及透磁性壳体76。

当给电磁体通电时，电磁体产生流过壳体76、滑轮24以及电枢50的磁通量。磁通量轴向地牵拉电枢50，克服片簧66的偏置，使得电枢50在接合表面80、接合表面82处(参见图1C)有摩擦地接合滑轮24。

提供旋转输入的曲轴适配器22承载护圈30和托架34，使得这些部件(22、30、34)以相同的速度旋转。如上所述，扭簧离合器38连接在托架34与致动器44之间。扭簧离合器38具有比滑轮套26的内径更小的标称直径。如上所述，致动器44可旋转地连接至电枢50。当电磁体被断电时，电枢50自由转动。在该状态下，扭簧离合器38的第二端42连接至相对小的惯性质量(intertial mass)，该惯性质量不足以使扭簧离合器38径向地扩展而接合滑轮套26。因此，当扭簧离合器38、致动器44以及电枢50都与曲轴适配器22、护圈32以及托架34一起旋转时，扭簧离合器38不向滑轮24传输扭矩。

然而，当给电磁体通电时，磁通量轴向地牵拉电枢50，以经由接合表面80、接合表面82带有摩擦地接合滑轮24，从而将扭簧离合器38的第二端42连接至相对大的惯性质量。这引起了电枢50与曲轴适配器22之间的相位角的延迟，并且使扭簧离合器38径向地扩展以向滑轮24传输扭矩。

离合器组件20可以包括各种另外的部件例如致动器护圈86，该致动器护圈86可以压在曲轴适配器22上，以防止致动器44从滑轮24轴向地撤回。如在WO2013049919A1中所讨论的，可以设置滑环90以辅助扭簧离合器38的收缩。滑轮套26可以具有用作油脂屏障的单独的边缘构件92。

控制系统对至电磁体的电流和该电流产生的磁动势进行控制。在示出的实施方式中，控制系统包括印刷电路板(PCB)95，该印刷电路板95使用用于控制和/或诊断目的的速度传感器。更具体地，两个霍尔效应传感器96(一个传感器96a和一个传感器96b，在图1B中最佳地示出)被安装在PCB 95上，以检测在电枢50上形成的齿50a和在滑环24上形成的齿24a的通道。

可以用多种方式来实现该控制系统。在一种实现中，控制系统可以以接合/分离(on/off)的方式来控制离合器组件20，使得扭簧离合器38塌缩(collapse)或完全展开，在塌缩的情况下，没有扭矩被传输至滑轮24，在完全展开的情况下，来自曲轴适配器22的全部扭矩被传输至滑轮24。在另一实现中，控制系统可以通过改变至电磁体的电流的量来调节扭簧离合器38的第一端40和第二端42之间的相位角，从而控制被传输至滑轮24的扭矩的量以及因此控制滑轮24的速度。在PCT公开号WO2013152430中描述和讨论了这样的控制系统的示例，其全部内容并入本文中。

图2示出了在WO2013152430A1和WO2013049919A1中讨论的离合器组件120的另一实施方式。离合器组件120包括通过与带199接合的滑轮124设置的第一离合器构件，以及由轴适配器122设置的第二离合器构件，该轴适配器122被配置成安装到驱动车辆附件(例如水泵叶轮197)的轴110。在该组件120中，滑轮124提供旋转输入，轴适配器122提供旋转输出，使得离合器组件120选择性地允许动力从滑轮124传至轴适配器122。这种离合器组件120通常是接合的，即，必须开动(actuate)离合器组件120以停止动力传至输出。

离合器组件120包括：扭簧离合器138、电枢150、致动器144以及电磁体，电磁体包括导线线圈174和壳体176。电磁体被安装至固定构件198，该固定构件198可以是与用于附件的壳体集成的托架。在轴110与固定构件198之间的195处示出了轴承，用以支承轴110在其上旋转。在滑轮124与固定构件198之间的193处示出了另一轴承，用以支承滑轮124在其上旋转。

除了扭簧离合器138的标称直径足够大以使扭簧离合器138的线圈与轴适配器122的内表面139接合，以使得离合器组件通常为接合之外，扭簧离合器138与扭簧离合器38相似。电磁体产生穿过电枢150的磁通量，并且牵拉电枢150与用作相对大的惯性质量的固定摩擦表面137接合。这种接合进而移动卷绕离合器138的第二端相对于其第一端的角位置，使得扭簧离合器138远离内表面139径向地收缩。通过将足够的电流施加至电磁体线圈174，扭簧离合器138可以收缩为完全不与离合器表面139接合，使得没有扭矩被传输至轴适配器122。通过将一些较小量的电流施加至电磁体线圈174，扭簧离合器138可以将一些扭矩传输至轴适配器112，从而改变相对于滑轮124的输出速度的轴110的输出速度。

如上所讨论的，可以实现控制系统以用接合/分离的方式或变速的方式来控制离合器组件120。

无传感器速度测量

在前述组件20、组件120中的每个组件中，输出第二离合器构件以与电枢相同的速度旋转，因此，电枢速度可以提供有用的控制和/或诊断信息。针对变速控制，电枢速度可以向控制器提供反馈信号。针对接合/分离控制(on/off control)，电枢速度可以提供诊断信息，例如确认设备在工作。可以通过常规的速度传感器(例如用于感测电枢齿50a的通道的离合器组件20的霍尔效应传感器)来测量电枢速度。然而，这样的另外的传感器增加了成本，并且提出了另一种故障模式。接下来的讨论提出了用于使用电磁感应的原理来感测电枢速度的另一技术，该技术消除了对另外的传感器的需要。

图3A和图3B示出了可以在离合器组件20、离合器组件120中使用的电枢200和电磁体210的另一实施方式。电磁体210包括容纳导线线圈215的壳体212。电枢200具有周向壁，周向壁具有致动器接合侧202和速度感测侧204。致动器接合侧202具有用于旋转地将电枢200连接至致动器中形成的啮合齿(未示出)的多个齿206。致动器接合侧202可以包含用于将电枢200与致动器互相连接的其他装置，例如在图1A至图1C中所示的片簧互连，在这种情况下，致动器接合侧可以是光滑的或无齿的。

电枢200的速度感测侧204具有多个轴向延伸的齿208和在齿208上形成的对应的切口(cutout)209。同样地，电磁体壳体212具有内周向壁，该内周向壁具有多个轴向延伸的齿214和在齿214上形成的对应的切口216。在示出的实施方式中，电枢齿和切口208与壳体齿和切口214中的每一个的宽度W基本上相同，但是在其他实施方式中可以不同。电枢齿208与壳体齿214周向地并置，以提供用于在电枢200相对于壳体210旋转时改变电枢200的磁阻的机构。

参照图4A和图4B(以剖视图的方式)和图5(以平面图的方式)的示意图来更详细地说明该现象。当电枢200相对于壳体210旋转时，线圈215与电枢200之间的总横截面积(其表示磁路的有效面积)随着电枢齿208和壳体齿214周期地面对彼此和经过彼此而周期地增大和减小。更特别地，当电枢齿208和壳体齿214(以及电枢切口209和壳体切口216)直接彼此面对或对准(in registration)时，如在图4A和图5(a)中所看到的，所述有效面积到达其最大值。如在图5(b)中看到的，当电枢200继续旋转(向图5的左边)，电枢齿208的位置相对于壳体齿214移动，减小了所述有效面积。如在图4B和图5(c)中看到的，当电枢齿208直接面对壳体切口216或者与壳体切口216相对时，所述有效面积达到其最小值。如在图5(d)中看到的，当电枢200继续旋转，所述有效面积的值改变其趋势，并且再次开始增大，并且达到其起始位置，在起始位置，如在图4A和图5(e)(其与图5(a)相同)中看到的，所述有效面积再次处于其最大值。

磁路的有效面积的这种周期性增大和减小引起磁阻和磁通量周期性地增大和减小，从而在电磁体上感应出周期性变化的电压，该电压可以被感测为波动的线圈电流。这可以根据法拉第定律来理解，法拉第定律规定：V＝f(dφ/dt)，其中，V是感应电压以及φ是磁通量。磁通量和磁阻如下地联系：Φ＝R_L/F_m，以及F_m＝H*l_e，其中R_L是磁阻，F_m是磁动势，H是磁场强度，以及l_e是有效磁路长度。改变气隙或者改变磁路的有效横截面积会改变磁阻，也就是说，R_L＝f(l_g/A_e)，其中l_g是气隙的长度，以及A_e是磁路的有效横截面积。因此，改变磁路的有效面积会在线圈处产生感应电压和波动的线圈电流，在下文中，波动的线圈电流可以可替选地称为“速度感测电流”。

通过捕获速度感测电流以及测量速度感测电流的频率，可以测量电枢200的速度，以及因此可以测量第二离合器构件的速度。在示出的实施方式中，速度将与在给定时段中测量的电枢齿208的数量成比例。

图6的上图示出了在受到接合/分离控制、常接合的离合器组件(例如组件120)中的线圈电流的示例。图6的下图示出了输出第二离合器构件(例如，叶轮)的对应速度238。在该应用中，控制系统产生两个电流水平：激活电流水平230和激励电流水平234，激活电流水平230是足以使扭簧离合器完全塌缩以及禁止扭矩传输至第二离合器构件的水平，激励电流水平234对使扭簧离合器塌缩没有可辨识的作用，但是产生足够的通量以感应和测量由于电枢200的变化磁阻所引起的波动的速度感测电流。在某些实施方式中，在12V机动车系统的水泵中使用离合器组件时，激励电流234可以在70mA至120mA的范围内，但是水平将取决于特定应用而不同。

可以施加和调节激活电流230以控制传输至第二离合器构件的扭矩的量，因此来控制第二离合器构件的速度。可以使用任何适当的控制方案来控制第二离合器构件的速度。例如，在PCT公开WO2014165977A1的32-41页中描述和在图12a-14b中示出的控制方案，该PCT公开的全部内容通过引用并入本文中。

当将激活电流230施加至线圈215时，这在时段T240处示出，电枢和第二离合器构件被停止，并且速度感测电流是未激活的。当将激励电流234施加至线圈时，这在时段T242处示出，电枢200和第二离合器构件的速度238升高至输入第一离合器构件(滑轮)的速度，并且波动的速度感测电流236是激活的。可能不需要为了诊断目的持续施加激励电流，时段T244示出了在将激励电流234周期性地施加至线圈时速度感测电流236的状态。

图7A至图7D示出了在可变速度、常接合的离合器组件(例如组件20)中的线圈电流250的示例。如在图7A中所看到的，线圈电流250可以分解成三个部分：载波电流252，其表示以切换频率波动的脉冲宽度调制信号；控制电流256，其用于控制输出第二离合器构件的速度；以及由于电枢200的变化磁阻所引起的速度感测电流254。如接下来讨论的，图7C示出了线圈电流250的示波器描迹(在相对于图7A的较窄时间窗口中)，图7D示出了从处理速度感测电流254中得出的数字速度信号258。

图8示出了用于得出数字速度信号258和确定电枢速度的处理逻辑260的一个实施方式。在受到接合/分离控制的、常接合的离合器组件中，控制系统可以包括控制开关例如FET 262，以使用脉冲宽度调制(PWM)技术将激活电流230施加至线圈215。还可以使用相同的开关以使用低占空比PWM驱动来施加低水平的激励电流234。线圈215串联地连接至适当大小的电阻器264，电阻器264用作电流分流器或任何其他适当的电流测量传感器。放大器266对所感测的电流进行放大，然后通过带通滤波器268对所感测的电流进行滤波以去除高频分量和低频分量。过零检测器270将经滤波的正弦信号转换成数字速度信号258。由此，可以容易地测量数字速度信号258的周期，以及在逻辑块272、逻辑块274处计算电枢速度。可以以每分钟转数(rpm)来计算电枢速度，如60/(周期*齿数)。

在实施方式中，当不可能存在高频信号或噪声时，可以省略带通滤波器，以及可以提供用于将直流信号从所感测的电流中去除的替选装置，例如交流耦合。还可以取决于特定应用而省略放大器。

可以以如在图10中所示的硬件或使用数字信号处理器(DSP)的软件来实现处理逻辑260，其中，可以采用模-数转换器(ADC)(未示出)来将经放大的电流处理为供DSP使用的逻辑信号。

图9示出了用于得出数字速度信号258和确定电枢速度的处理逻辑280的另一实施方式。在该实施方式中，也通过带通滤波器268对经放大的感测电流进行滤波，以去除高频分量和低频分量。峰检测器282将经滤波的正弦信号转换成峰值时序信号。由此，可以测量峰值时序的频率或周期，以及在块284、块286处计算电枢速度。该实施方式还包括并行的噪声过滤分支，其在块288处测量经滤波的信号的幅度，并且如果经放大的信号的幅度小于预定阈值，则在块280处确定零速度或停止。

在实施方式中，当不可能存在高频信号或噪声时，可以省略带通滤波器，并且可以提供用于将直流信号从所感测的电流中去除的替选装置，例如交流耦合。还可以取决于特定应用而省略放大器。

可以以在图11中所示的硬件或使用数字信号处理器(DSP)的软件来实现处理逻辑280，其中，可以采用模-数转换器(ADC)(未示出)来将经放大的电流处理为供DSP使用的数字信号。

图12A和图12B示出了可以在离合器组件20、离合器组件120中使用的电枢200'和电磁体210'的替选实施方式。与在图3A和图3B中示出的实施方式相比，该实施方式具有两倍的电枢齿208的数量和壳体齿214的数量。

图13A和图13B示出了电枢200"的另一替选实施方式，电枢200"具有装入速度感测侧204上的电枢切口209中的非铁素体(例如，塑料)模制插入物300。该结构使得电枢200、电枢200'能够在速度感测侧204上具有光滑或连续的形式。已发现的是，电枢的非连续或开放形式具有以下趋势：移动通常存在于离合器组件中的润滑剂。开放形式以倾向于推动电枢在轴向和径向方向上远离电磁体壳体212的基部的方式来铲起和移动润滑剂，产生了噪声、振动以及响声(rattling)问题。此外，开放形式电枢具有减小的夹紧力，这影响扭簧离合器的收缩或扩展。具有非铁素体插入物300的连续或闭合形式的电枢减少或消除了这些问题，而没有影响改变旋转电枢200、200'的磁阻的能力。

插入物300可以通过在现有技术中已知的包覆成型(over-molding)处理来安装。非铁素体插入物300可以可选地以有齿环(未示出)的形式来设置，该有齿环具有薄网，该薄网将非铁素体齿/插入物与附着入位或压配入位的环互相连接。

尽管所示出的实施方式已经将电枢以及电磁体壳体齿和切口示出为矩形(沿周向线)，但是应该认识到的是，齿和切口可以具有其他的几何形式，例如梯形、三角形或椭圆，并且仍然提供用于感测电磁体内的旋转电枢的速度的可测量的变化磁阻。类似地，应该认识到的是，电磁体壳体不一定要具有齿。可以通过改变电磁体壳体和/或电磁体线圈的形状来取得类似的效果。例如，可以以椭圆的形状来形成壳体和线圈，从而随着电枢旋转而产生最大磁阻的两个位置和最小磁阻的两个位置。同样地，可以以方形的形状来形成电磁体壳体和/或电磁体线圈，以随着电枢旋转而产生最大磁阻的四个位置和最小磁阻的四个位置。

此外，虽然上面详细讨论的速度感测应用涉及以下电枢：该电枢用作为离合器组件中的轴向移动极部件(anxially moving pole piece)，但是本发明不限于该应用。例如，只要非轴向移动的透磁性转子在电磁体的磁路上并且受电磁体影响，就可以将速度感测技术应用至该转子，其中该转子在具有驱动器(电气的和机械的)的任何机电设备中原地旋转，该驱动器用于使转子相对于电磁体旋转。例如，本文中讨论的速度感测技术可以应用至旋转机器，例如具有旋转输出轴的马达。输出轴可以具有与在其上安装的电枢200在形状上类似的转子，该转子在与柱形电磁体210类似的电磁体的界限内旋转。在该应用中，电路可以将激励水平电流施加至电磁体线圈，感测线圈电流，以及处理所得到的波动的速度感测电流，以基于波动的频率来确定马达的速度。

用于确定水泵的健康状况的诊断方法

在另一方面，参照图14，提供了用于确定水泵或其他装置是否存在问题的系统及方法。图14是典型的发动机冷却剂回路的示意图。如可以看出的，在300处示出了发动机，以及在302处示出了温度传感器，该温度传感器测量离开发动机300的冷却剂的温度。在304处示出了水泵，水泵可以是任何适当类型的水泵，例如可以根据需要而被打开和关闭的离合联接的水泵。在PCT公开WO2012000089A1中描述了这样的水泵的示例，其全部内容并入本文中。在306处示出了恒温器(thermostat)，以及在308处示出了散热器。在310处示出了散热器旁路线，并且散热器旁路线可以用于将加热的冷却剂引导至热交换器以加热车辆的舱室。可以设置控制系统314(图14)，该控制系统314控制水泵304的操作以及从温度传感器302接收信号。控制系统314可以是与发动机控制单元分离的独立单元，或者控制系统314可以是车辆的ECU的一部分，或者控制系统314可以部分地集成到ECU中同时还包括用于执行一些功能的分离的独立单元。

在一些发动机中，在冷却剂回路中部件相对于彼此的位置可以不同。

图15表示发动机300上的冷却剂温度，该图中，水泵304充分地运行，其中经由温度传感器302测量冷却剂温度。在冷启动期间，水泵304可以在短的初始时段以完全开启模式操作，以便“搅拌”冷却剂，从而帮助确保温度传感器获得总体冷却剂温度的更精确读取。在320处示出了表示冷却剂温度的曲线。在322处示出了表示水泵304的状态的曲线。如可以看出的，在时段T1期间，水泵304是开启的。在该时段期间，随着发动机300变热，冷却剂的温度开始上升。在选定的时间点，(例如，当由传感器302感测的温度已经上升了选定的量，或者已经上升至选定的温度时)，控制系统314可以关闭水泵304。在该点，通过冷却剂回路的流动停止，并且从发动机300至冷却剂的热传递的主要形式是传导。因此，如在时段T2中所示，紧邻温度传感器304的冷却剂的温度可以保持基本上是固定的，短暂地产生曲线320上的“平线”区(在326处示出)。尽管被描述为平线区326，但要理解的是，该区域326不一定是严格地平坦的(即，自始至终具有严格的零斜率)，而是具有基本上为零的平均斜率的区域，或者具有比第一时段T1中的曲线320的平均斜率基本上更平(即更接近零)的斜率。

控制系统314可以等待第一选定时间段(例如几秒)来让冷却剂流动停止，以及在确定时段T2已经开始之前让传感器302处的冷却剂温度稳定。可以基于参数，例如温度传感器特性(例如，其相关联的时间常量)、传感器302与发动机300之间的距离、以及其他参数(例如发动机负载、环境温度)，来选择在开始时段T2之前等待的秒数，以使得至少在水泵304适当地运行时，温度会稍微达到稳定。控制系统314需要仅允许时段T2持续选定的时间量，例如20秒至25秒。如果允许时段T2持续非常长的时间，则即使水泵304在该时段期间被关闭，但是通过冷却剂来自发动机的热传递(以及冷却剂的可能的被动对流)可能最终引起传感器302示出的温度的上升。

在使温度曲线变平达选定的时间段(即时段T2)之后，然后，控制系统314可以在另一操作工况下操作水泵304，在该操作工况下，泵304短暂地周期打开和关闭，以便在发动机300与温度传感器302之间、以及通过冷却剂回路产生一些冷却剂流。该操作工况发生的时间段被示出为时段T3。在曲线322中示出该循环作为在328处示出的短暂的“开”时段。作为由这些“开”时段328产生的冷却剂流的结果，在来自发动机300的经加热的冷却剂被周期性地循环一点儿时，温度传感器304将再次获得冷却剂温度的增大。

当在时段T3中曲线320被示出为在相对平滑、渐进式曲线部分330中上升时，由传感器302示出的温度增加可以是稍微阶梯式的，因为在泵304被周期性地打开时，来自发动机300内的冷却剂的缓动(slug)被传输至传感器。然而，在由控制系统314确定的温度是在选定的秒数中的平均值的实施方式中，或者在由传感器302发送的信号是在选定的秒数(即，基于其时间常量)中的平均值的实施方式中，然后，曲线320可以被示出为随着平均效应使来自冷却剂的周期性缓动(其被移动通过传感器302)的温度波动变平滑，而在时段T3中相对平滑地上升。

要注意的是，在时段T2期间在温度曲线320上的可检测到的平线区域326的存在，以及特别地在时段T1和时段T2期间在图15中示出的曲线320的整体形状取决于以下冷却剂的温度：该冷却剂的温度足够低使得在这两个时段期间恒温器306不打开以及不引导冷却剂通过散热器308。如果恒温器在这两个时间段期间打开，则更难以使用当前方法来确定水泵304是否良好地运行。因此，如果控制系统314检测到根据来自传感器302的信号所获得的冷却剂的温度太高(例如，高于60度C)，则可以放弃该方法，以便不冒险确定泵操作的健康状况的误报或漏报。然后，控制系统314可以等待在发动机300冷启动的后续事件期间起动该方法，再次监测冷却剂温度以确定贯穿时段T1和时段T2中温度是否足够低。

在时段T2期间在曲线320上的可检测到的平线区域326的存在表示水泵304的可能正常运行。如果泵304被卡在打开(stuck on)或卡在关闭(stuck off)，则曲线320将表现地不同并且将缺少可检测到的平线区域326。

图16示出了水泵304被卡在打开(即，即使在命令水泵304关闭时，水泵304也不关闭)的情况，以示出如果水泵304存在问题，则控制系统314可以发现什么。如可以看到的，在时段T1期间，水泵304是打开的，并且控制系统314此时不检查平线区域。当控制系统314确定冷却剂温度已经充分地上升时，控制系统314关闭水泵304并且确定在时段T2中是否存在平线区域。由于在发出关闭水泵304的命令之后水泵304被卡在打开，所以在传感器302处的温度继续上升，因为水泵304继续通过发动机300和冷却剂回路来循环冷却剂，由此被发动机加热的冷却剂继续被传输通过热电偶。当在时段T2中没有检测到平线区域时，控制系统314可以向车辆的ECU的适当程序部分和/或车辆驾驶员通知：水泵304的运行存在问题。

图17示出了以下情况：水泵304被卡在关闭，因此即使在命令水泵304关闭时，水泵304也不关闭。如可以看出的，在时段T1期间，当水泵304正常地打开时，由于缺少通过发动机300以及至传感器302的冷却剂的循环(因为水泵30实际上是关闭的)，所以温度上升非常慢。当发出关闭水泵304的命令时，水泵304保持关闭，并且随着来自发动机300的热量通过冷却剂迁移至传感器302，温度继续上升。此外，可以看出，在时段T2中，温度曲线320没有平线区域。当检测到没有平线区域时，控制系统314可以向车辆ECU的适当程序部分和/或车辆驾驶员通知：大体上水泵或冷却剂系统存在问题。

图18示出了可以怎样由控制系统314(图14)执行该方法的示例。在图18中在350处示出了该方法。在步骤351处，在时段T1期间，控制系统314确定冷却剂温度是否太高，冷却剂温度太高表示在时段T1或时段T2期间恒温器306将打开的风险。如果温度太高，则然后该方法在步骤364处结束。如果温度不是太高，则然后在步骤352处，控制系统314确定在第二时段T2期间的第一时间点处(例如，在时段T2的开始处即刻，时段T2是在发出使水泵304停止的命令之后的第一选定的时间段)的第一温度(被称为CT1)。在步骤354处，控制系统确定第二时间点的第二温度(被称为CT2)，该第二时间点是在从发出使泵304停止的命令开始已经经过第二选择的时间段之后的时间点。该第二时间点表示时段T2的结束。在步骤356处，控制系统314取CT2与CT1之间的差，以及在步骤358处，控制系统314确定该差是否大于预定阈值平线值以便确定是否存在平线区域。如果该差大于预定阈值平线值，则在步骤360处控制系统314可以输出水泵304可能存在问题的指示。如果该差不大于预定阈值平线值，则在步骤362处控制系统314可以什么也不做，或者可以输出水泵304看上去运行良好的指示。

车辆设计和开发期间的样品发动机的测试可以被用来确定例如温度阈值的参数(冷却剂温度远低于该温度阈值以便允许控制系统314检查平线区域)，以信号通知时段T1的结束和时段T2的开始、时段T2的长度的参数，以及其他参数。

使用在图15至图18中描述的方法的优点是：可以使用已经形成现今的大多数新车辆的一部分的感测部件来执行该方法。例如，温度传感器302通常设置在新车辆上以监测冷却剂的温度。因此，可以相对容易地和廉价地实现方法350，而不需要专用传感器，例如测量水泵304的速度的传感器、安装在发动机组中测量金属温度的传感器等。

参照图20中的图，在图19中的400处示出了用于确定水泵304是否适当地运行的另一方法。该方法总体上检查以查看在所命令的泵304的占空比的足够高的改变之后是否是冷却剂温度的下降，以及因此可以应用于泵304是离合连接并且可以被打开和关闭的实施方式中。可以通过根据选定的占空比持续地接合(clutch)和分离(declutch)这种泵来操作这种泵。这使得泵304的流率可以在一个范围中可选择。如果命令了泵304的占空比的相对高的增加，则期望的是，如果泵304在适当地运行，则之后不久冷却剂温度应该有相称的下降。如果泵304没有适当地运行(例如，如果泵304被卡在打开，或者被卡在关闭)，则控制系统314将看不到冷却剂温度的期望下降。

通过在步骤402处验证是否满足准则来看是否适合于检查冷却剂温度的下降，来开始方法400。这些准则可以包括：

1.检查环境温度是否足够高；

2.检查发动机是否足够热；

3.至少针对选定的低占空比阈值时间段，检查水泵是否在以低于选定的阈值低占空比值的占空比在运行；以及

4.检查控制系统314(图14)是否已经命令了水泵的占空比的改变，其中该改变大于选定的阈值占空比改变值。

如果所有上面问题的答案都是“是”，则该方法继续进行以检查冷却剂温度的足够大的下降。在准则4中，控制系统314可以检查泵304的占空比的改变是否大于50％，然而，可以使用被确定为工作良好的任何其他适当的值。在准则3中，例如，控制系统314可以检查泵304是否在以小于25％的占空比运行了至少20秒，然而，可以使用任何其他适当的最大占空比和最小时段。总体上，可以在车辆的设计和开发期间通过测试发动机来确定用于上面的准则的阈值。

为了检查冷却剂温度的下降，执行步骤404、步骤406以及步骤408。在步骤404中，控制系统314在占空比增大发生之后，在选定的第一时段T1上搜索冷却剂温度的峰值温度(TP)。选定的时段可以是例如5秒。在步骤406中，控制系统314在紧接在第一时段T1之后的选定的第二时段T2上搜索最小冷却剂温度(TM)。第二时段T2可以是例如20秒。在步骤408处，控制系统314确定峰值温度TP与最小温度TM之间的差(ΔΤ)。在步骤410处，控制系统314确定差ΔΤ是否大于选定的阈值。如果差ΔΤ大于选定的阈值，则控制系统314确定已经发现温度的下降，并且控制系统在步骤412处通过增加下降计数器来记录该事件。此外，针对每次执行下降检查来增加总的下降检查计数器，以及因此在步骤412中增加总的下降检查计数器。即使基于已经满足前述准则而预期下降，但如果在步骤410处确定的差ΔΤ不大于相关的阈值，则控制系统314在步骤414处也记录没有发现下降，例如通过增加总的下降检查计数器但是不增加下降计数器。

在步骤412和步骤414两者中任一个之后，控制系统314向步骤416发送程序控制。在步骤416处，控制系统314可以检查水泵304是否仍以部分流动模式来驱动(即，水泵是否被接合和分离以便获取小于其最大流率的某个选定的流率)，以及检查发动机是否仍是开启的。如果是这样，则控制返回至步骤402，在步骤402中检查上述准则。如果发动机被关闭或者泵304不再被使用，则控制系统314可以确定现在完成驱动周期，并且控制系统314在步骤418处查看下降计数(即，导致了发生下降的肯定确定的下降检查的次数)与下降检查的总数(即，由总的下降检查计数器记录的值)的比率是否大于选定的值例如50％。如果比率大于50％，则控制系统314确定泵304在适当地运行。如果比率不大于选定的值，则执行步骤420，在步骤420中，控制系统314检查比率是否小于选定的值，在这种情况下，下降检查确定泵304可能存在问题，并且可以在步骤421处输出可能的问题的指示(例如，向ECU中的适当元件，和/或向车辆驾驶员)。如果比率既不大于选定的值也不小于选定的值，则控制系统314可以确定该结果是不确定的。该方法在422处结束。

在图20中，在450处和460处示出的曲线示出了方法400的执行。曲线450和曲线460在车辆的示例驱动周期中分别表示温度和水泵占空比。如可以看出的，在进入驱动周期大约380秒处发生第一事件(在E1处示出)，在随后的第一时段和第二时段(一起示出为Δt)上记录了峰值和随后的最小温度以及峰值与随后的最小温度之间的差(示出为ΔΤ1)。如可以看出的，在E2处示出了第二事件并伴有所产生的温度差ΔΤ2，以及在E3处示出了第三事件并伴有所产生的温度差ΔΤ3。

总体上，当泵304的占空比显著增加(即，增加了至少选定的量)时，期望冷却剂温度从其当前温度(无论该当前温度如何)降低至接近恒温器的打开(opening)温度。如果恒温器是被称为“智能”恒温器的装置，则打开温度可以取决于某些参数而改变，从而对于控制系统314来说更难以确定是否出现适当大小的温度差。因此，优选的是，用具有恒定打开温度的标准恒温器来执行方法400。要考虑的是，然而，当确定温度差是否足够大以便被计为下降计数时，控制系统314可以被编程为补偿改变的打开温度。

因此，可以使用两个不同的方法(即方法350和方法400)来确定水泵304的健康状况。此外，通过提供在驱动周期的不同条件下可用的两个方法，更可能的是，这些方法中的至少一个方法将在任何给定的驱动周期中可用，以便尽可能快地识别出故障泵304。换言之，有利的是，提供用于车辆的冷却系统，该冷却系统包括水泵、温度传感器以及控制系统，该水泵被配置成使冷却剂循环通过发动机，其中该水泵被可选择地离合联接以使水泵能够被打开和关闭，该温度传感器被定位以感测冷却剂的温度，其中，利用检测水泵304的健康状况的两种方案来对控制系统(例如控制系统314)进行编程，如果在车辆的运行期间满足第一组准则(例如，在时段T1期间冷却剂温度是否太高，在时段T1期间由传感器302感测的温度是否已经上升了选定的量)，则通过控制系统来执行第一方案(例如方法350)。如果在车辆的运行期间满足第二组准则(例如，上面列出的四个准则，在步骤402中检查这四个准则)，则通过控制系统执行第二方案。可以看出，第二组准则与第一组准则不同。

第一方案可以总结为如下：

a)在起动发动机时操作水泵；

b)命令水泵停止；

c)在步骤b)之后的第一选定的时间段确定第一冷却剂温度(CT1)；

d)在步骤b)之后的第二选定的时间段确定第二冷却剂温度；

e)确定第一冷却剂温度与第二冷却剂温度之间的差是否大于预定的阈值平线值；以及

f)如果在步骤e)中的差大于选定的阈值平线值，则输出通知。

第二方案可以总结为如下：

g)以比选定的阈值低占空比值低的占空比、至少在选定的低占空比阈值时间段中操作水泵；

h)命令水泵的占空比的增加，该增加大于选定的阈值占空比改变值；

i)在步骤h)之后的第一选定的时间段期间确定峰值冷却剂温度；

j)在第一选定的时间段之后的第二选定的时间段期间确定最小冷却剂温度；

k)确定峰值冷却剂温度与最小冷却剂温度之间的差是否大于预定的阈值温度改变值；

I)至少部分地基于步骤k)的结果来确定水泵的健康状况(例如，在图19中的步骤418和步骤420期间)；

m)基于步骤I)的结果来输出通知。

本领域技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可以对本文中描述的实施方式进行各种修改。