CN103382998A

CN103382998A - 补救动力系统中的离合器故障的方法和设备

Info

Publication number: CN103382998A
Application number: CN2013101547529A
Authority: CN
Inventors: L.A.卡明斯基; A.K.纳维; S.T.魏斯格伯; J.M.博伦鲍夫
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2033-04-28
Also published as: DE102013207433A1; US8469860B1; CN103382998B

Abstract

本发明涉及补救动力系统中的离合器故障的方法和设备，具体提供一种多模式变速器，其包括流体耦接到液压回路的多个扭矩传递离合器，该液压回路流体耦接到可独立控制的液压泵。在检测到扭矩传递离合器之一的未被命令的启动时，禁止所述液压泵的操作；识别可允许的变速器状态；并且同步所述扭矩传递离合器之一。随后允许所述液压泵的操作并且在所述可允许的变速器状态之一中操作所述变速器。

Description

补救动力系统中的离合器故障的方法和设备

技术领域

本发明涉及采用多个扭矩产生装置的动力系统的变速器系统的动态系统控制。

背景技术

本部分的叙述仅提供涉及本发明的背景信息。因此，这类叙述将不构成对现有技术的确认。

动力系统可以被配置为通过变速器装置将源自多个扭矩产生装置的扭矩传递到可以耦接到传动系统的输出构件。这类动力系统包括混合动力系统和增程式电动车系统。用于操作这类动力系统的控制系统在考虑燃料经济性、排放物、驾驶性能和其它因素的情况下响应于操作者命令的输出扭矩请求来操作扭矩产生装置并且应用变速器中的扭矩传递元件以便传递扭矩。示例性扭矩产生装置包括内燃机和非燃烧扭矩机器。非燃烧扭矩机器可以包括可作为电动机或发电机进行操作以便独立于来自内燃机的扭矩输入而产生输入到变速器的扭矩输入的电机。扭矩机器可以将通过车辆传动系统传递的动能转化为电能，该电能可在所谓的再生操作中存储在电能存储装置中。已知的控制系统监控来自车辆和操作者的各种输入，并且提供对混合动力系的操作控制，包括控制变速器操作状态和换档、控制扭矩产生装置以及调节电能存储装置和电机之间的电功率互换，以管理变速器的输出，包括扭矩和转速。

已知的变速器装置采用液压启动式扭矩传递离合器装置来在发动机、扭矩机器和传动系统之间传递扭矩。动力系统的操作包括启动和停用离合器以便在选定的操作状态下实现操作。可能发生导致扭矩传递离合器在启动状态失灵的故障。

发明内容

一种多模式变速器包括流体耦接到液压回路的多个扭矩传递离合器，该流体回路流体耦接到可独立控制的液压泵。在检测到扭矩传递离合器之一的未被命令的启动时，禁止所述液压泵的操作；识别允许的变速器状态；并且同步所述扭矩传递离合器之一。随后启动所述液压泵并且在所述允许的变速器状态之一中操作所述变速器。

附图说明

现在将参照附图通过举例方式描述一个或多个实施例，在附图中：

图1图示根据本发明的包括内燃机、机电变速器、传动系统和控制器的动力系统；

图2以流程图形式图示根据本发明的控制系统200，该控制系统响应于检测到的导致启动扭矩传递离合器之一的离合器故障来控制液压泵的操作；以及

图3图示根据本发明的与运行动力系统100中的控制方案200相关的多个状态，包括响应于故障而控制电力液压泵的操作以向变速器提供加压的液压流体。

具体实施方式

现在将参照附图，其中所示附图仅是为了图示特定的示例性实施例，而不是为了限制本发明，图1描绘了动力系统，其包括内燃机（发动机）14、多模式机电变速器（变速器）10、传动系统90和控制器5。变速器10采用可独立控制的液压泵（液压泵）17，该液压泵17与发动机14和变速器10的操作相独立地进行操作。如上所述，液压泵17是与可控电动机耦接的单个泵元件。应该理解，可以替代地配置液压泵17，包括使用多个可独立控制的液压泵元件和电动机。变速器10机械地耦接到发动机14并且包括第一扭矩机器56和第二扭矩机器72，它们在一个实施例中是电动机/发电机。发动机14以及第一扭矩机器56和第二扭矩机器72各自产生能够被传递到变速器10的扭矩。发动机14、扭矩机器56和27以及变速器10图示了采用液压泵17的动力系统的实施例。替代的动力系统可以采用本文描述的作用类似的可独立控制液压泵17。

发动机14可以是任意适合的燃烧装置，并且包括在若干状态选择性地操作以经由输入构件12将扭矩传递到变速器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包括可操作地耦接到变速器10的输入构件12的曲轴。转速传感器11监控输入构件12的转速。由于在发动机14和变速器10之间的输入构件12上扭矩消耗部件（例如扭矩管理装置）的布置，从发动机14输出的动力（即转速和发动机扭矩）可以不同于输入到变速器10的输入速度和输入扭矩。

所示的变速器10是同步双模式复合分流机电变速器10，其包括三个行星齿轮组24、26和28以及四个可接合扭矩传递装置，即离合器C1 70、C2 62、C3 73和C4 75。可以采用其它多模式变速器替代。如在本文中使用的，离合器指的是可以响应于控制信号液压地被应用的扭矩传递装置，并且可以是任意合适的装置，包括例如单片或多片离合器或组合件、单向离合器、带式离合器或制动器。优选地同步应用离合器，这意味着在施加液体压力以启动离合器来承载扭矩之前相对的离合器板的转速相同。可以存在离合器启动不同步发生的具体例子，虽然有成本代价和温度增加的风险并且对离合器服务寿命有相应影响。液压回路42被配置为利用液压泵17供应的加压液压流体来控制每个离合器的离合器状态，采用脉宽调制控制信号或另一合适的泵控制方案的控制器5能可操作地控制所述液压泵17，该泵控制方案产生控制信号以响应于系统命令在预定速度（RPM）、流速（1/s）或压强（kPa）下操作液压泵17。离合器C2 62和C4 75是液压地应用的旋转摩擦离合器。离合器C1 70和C3 73是可液压地控制的制动器装置，其可以接地到变速箱68。在此实施例中，利用液压控制回路42供应的加压液压流体液压地应用离合器C1 70、C2 62、C3 73和C4 75中的每个。液压回路42采用被控制器5可操作地控制的螺管控制阀来启动或停用前述离合器。液压回路42还提供用于冷却和润滑变速器的元件的液压流体，并且提供用于冷却第一扭矩机器56和第二扭矩机器72的液压流体。通过利用压力传感器进行测量、通过利用车载算法或利用其它合适的方法进行估计来确定液压回路42中的液体压力。

第一扭矩机器56和第二扭矩机器72是三相交流电动机/发电机，它们每个都包括定子和转子以及各自的解算器80和82。每个机器的电动机定子被接地到变速器68的外部，并且包括定子芯，该定子芯具有从其延伸的卷绕电线圈。用于第一扭矩机器56的转子被支撑在经由第二行星齿轮组26可操作地附接到轴60的毂板齿轮（hub plate gear）上。用于第二扭矩机器72的转子固定地附接到套筒轴毂66。解析器80和82中的每个可以能发送信号的方式可操作地连接到变速器功率逆变器控制模块（TPIM）19，并且每个解析器都感测和监控解析器转子相对于解析器定子的旋转位置，由此监控第一扭矩机器56和第二扭矩机器72中相应的一个的旋转位置。此外，从解析器80和82输出的信号可以用于确定第一扭矩机器56和第二扭矩机器72的转速。

变速器10包括输出构件64（例如轴），该输出构件64可旋转地连接到传动系统90，以向传动系统90提供输出动力，该输出动力传递到车轮93，图1示出了车轮之一。由输出转速和输出扭矩限定输出构件64处的输出动力。变速器输出速度传感器84监控输出构件64的转速和旋转方向。每个车轮93优选装配有适于监控车轮速度以确定车辆速度以及用于制动控制、牵引力控制和车轮加速度管理的绝对和相对车轮速度的传感器94。

来自发动机14的输入扭矩以及来自第一扭矩机器56和第二扭矩机器72的电动机扭矩通过燃料或存储在电能存储装置（ESD）74中的电势的能量转化而产生。ESD 74经由直流传输导体27高压直流耦接到TPIM 19。传输导体27包括触头开关38。当触头开关38闭合时，在正常操作下，电流可以在ESD 74和TPIM 19之间流动。当触头开关38打开时，在ESD 74和TPIM 19之间流动的电流中断。TPIM 19优选包括一对功率逆变器和相应的电动机控制模块，电动机控制模块被配置为接收扭矩命令并根据其控制逆变器状态，以便提供电动机驱动或再生功能以满足电动机扭矩命令。功率逆变器包括补充的三相功率电子器件，并且每个包括多个绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管用于将来自ESD 74的直流功率变换为交流功率以便通过高频切换为第一扭矩机器56和第二扭矩机器72中相应的一个提供动力。绝缘栅双极晶体管形成被配置为接收控制命令的开关模式电源。每个三相电机的每个相具有一对绝缘栅双极晶体管。控制绝缘栅双极晶体管的状态，以提供电动机驱动机械功率产生或电功率再生功能。三相逆变器经由直流传输导体27接收或供应直流电功率并且将其转化为三相交流功率或从三相交流功率转化为直流电功率，该三相交流功率分别经由传输导体29和31传导到第一扭矩机器56和第二扭矩机器72或从第一扭矩机器56和第二扭矩机器72传导出以便作为电动机或发电机操作。

TPIM 19响应于电动机扭矩命令通过一对功率逆变器和相应的电动机控制模块将电功率传输到第一扭矩机器56和第二扭矩机器72或从第一扭矩机器56和第二扭矩机器72传输电功率。根据ESD 74正在充电或放电，将电流传送到ESD 74或从ESD 74传送电流。

控制器5经由通信链路15以可发送信号的方式可操作地链接到动力系统中的各个致动器和传感器，以监控和控制动力系统的操作，包括合成信息和输入以及执行算法从而控制致动器以满足与燃料经济性、排放物、性能、驾驶性能和硬件（包括ESD 74的电池以及第一扭矩机器56和第二扭矩机器72）保护相关的控制目标。控制器5是整体车辆控制架构的子集，并且提供对动力系统的协调的系统控制。控制器5可以包括分布式控制模块系统，该系统包括单独的控制模块，包括监督控制模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块和TPIM 19。用户界面13优选可发送信息地连接到多个装置，车辆操作者通过所述装置指挥和命令动力系统进行操作。所述装置优选包括加速器踏板113、操作者制动器踏板112、变速器换档杆114（PRNDL）和车辆速度巡航控制系统。变速器换档杆114可以具有离散数量的操作者可选择位置，包括输出构件64的旋转方向，以实现向前和向后方向之一。用户界面13可以包括如图所示的单个装置，或者替代地可以包括与各个控制模块直接连接的多个用户接口装置。

前述控制模块经由通信链路15与其它控制模块、传感器和致动器通信，从而实现不同控制模块之间的结构通信。具体的通信协议是专用的。通信链路15和合适的协议提供前述控制模块和其它控制模块之间的可靠的信息发送和多控制模块交互，从而提供包括例如防抱死制动、牵引力控制和车辆稳定等功能。可以使用多种通信总线，以提高通信速度和提供一定程度的信号冗余和完整性，包括直接链路和串行外围接口（SPI）总线。还可以利用无线链路，例如短程无线电通信总线，来实现各个控制模块之间的通信。也可以直接连接各个装置。

控制模块、模块、控制系统、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指下列各项中的一种或多种中的任一个或它们的组合：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的中央处理单元（优选是微处理器）以及相关存储器和存储设备（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路和提供所述功能的其它组件。软件、固件、程序、指令、例程、编码、算法和类似用语意指包括校准值和查询表的任意控制器可执行指令组。控制模块具有被执行以提供所描述的功能的一组控制例程。例程被执行（诸如被中央处理单元执行）并且能够监控来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。可以在发动机和车辆正在操作期间按固定间隔执行例程，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。或者，可以响应于事件的发生来执行例程。

变速器10被配置为在若干状态之一下进行操作，所述若干状态可以参照以下表1根据包括发动机打开状态（ON）和发动机关闭状态（OFF）之一的发动机状态以及包括固定档位模式和可变（EVT）模式的变速器范围被描述。

表1

表1描述的变速器状态表示对于每个状态应用的那个（那些）离合器C1 70、C2 62、C3 73和C4 75。为了此描述的目的，当发动机状态为OFF时，发动机输入速度等于0 RPM，即发动机曲轴不旋转。固定档位操作提供变速器10的输入-输出速度的固定比率操作。响应于用户界面13获取的经由加速器踏板113、制动器踏板112和变速器换档杆114输入的操作者输入，控制模块5确定扭矩命令以控制包括发动机14以及第一扭矩机器56和第二扭矩机器72的扭矩致动器，从而满足输出构件64处的输出扭矩请求，以便传递到传动系统90。

图2以流程图形式示意性示出了控制方案200，该方案用于控制液压泵17的操作，以向变速器10的液压回路42提供加压的液压流体，包括响应于检测到的导致启动扭矩传递离合器之一的离合器故障来控制液压泵17的操作。在图1的动力系统的背景下描述控制方案200，但是控制方案200可应用于被配置为液压地启动扭矩传递离合器以实现一个或多个变速器状态下的操作的其它动力系统。在环路循环之一期间周期性地运行控制方案200，响应于检测到的离合器故障而渐进地运行连续迭代期间发生的控制方案200的具体元素。表2提供键值，其中标有数字的方块和相应功能表述如下。

表2

在动力系统进行操作期间，系统或部件故障可以导致离合器之一达到未被命令的启动状态，这里称作故障离合器（202）。可以通过液压回路中的螺线管阀内的故障来指示故障离合器，或可以用液体压力开关指示故障离合器，或可以通过变速器元件的速度不匹配（例如输入速度、输出速度以及第一扭矩机器和第二扭矩机器的电动机速度的不匹配）指示故障离合器，或可以通过另一合适的监控方案来指示故障离合器，该方案检测导致前述离合器处于未被命令的启动状态的即将发生的故障。在检测到故障离合器时，识别所有可允许的变速器状态（204）。可允许的变速器状态优选仅包括当故障离合器处于启动状态时可以实现的那些变速器状态。基于操作条件选择可允许的变速器状态中优选的一个状态，其中变速器状态中优选的一个状态与响应于输出扭矩请求满足扭矩需求相关联（205）。

在检测到故障离合器的发生时，优选通过监控变速器的各个旋转动元件的速度（包括输入速度、输出速度以及第一和第二扭矩机器的电动机速度）来确定故障离合器的元件是否已经同步（206）。当故障离合器还未同步时（206）（0），在考虑与同步之前启动故障离合器相关的可能结果的情况下确定是否需要进行泵干预（208）。先前的操作已经指示故障将导致离合器之一启动，并且无论故障离合器的元件是否同步都将发生这种离合器启动。执行此分析的目的是确定是否需要用同步来防止或缓和不同步地启动故障离合器的影响。这类影响包括不期望的传动系统扭矩干扰和对故障离合器的热损坏。在确定需要进行离合器同步时，通过命令泵控制信号停止操作液压泵17（即在0RPM或0kPa压强下进行操作）（220）来禁止启动液压泵17（泵干预）（208）（1）。控制系统主动执行到空档状态的转换，在该状态中所有离合器都被释放。这包括命令停用所有离合器（222）。控制系统主动控制动力系统的操作以在停用液压泵17之后同步故障离合器的元件，并且调整换档路径从而通过命令释放或停用所有离合器的状态来进行转档（224）。然后控制方案200的本次迭代结束。

当故障离合器已经同步时（206）（1），或者当故障离合器未发生离合器同步（206）（0）并且确定不需要泵干预时（208）（0）时，下一步是确定在控制方案200的上一迭代期间请求的泵干预是否仍然有效（210）。如果有效（210）（1），则确定变速器是否达到所有离合器都停用的操作状态，离合器都停用部分是由于与液压泵17的停止相关的液压力降低引起的。当变速器未达到由液压力降低引起的所有离合器被释放的操作状态时（212）（0），控制系统主动执行到所有离合器都被释放或停用的空档状态的转换。这包括命令所有离合器停用（222）。控制系统主动控制动力系统的操作以在停用液压泵17之后同步故障离合器的元件，并且调整转换档路径从而通过命令释放或停用所有离合器的空档状态来进行转档（224）。然后控制方案200的本次迭代结束。

当变速器达到由液压力降低引起的所有离合器被释放的操作状态时（212）（1），取消主动泵干预，并且重新允许液压泵17进行操作（214）。

在重新允许液压泵的操作之后（214），或者当之前请求的泵干预有效时（210）（0），执行换档路径确定方案以便在可达到的状态中操作变速器并且避免所有离合器都被释放的那些状态（230）。这包括仅允许在应用或启动故障离合器的状态中进行操作。然后控制方案200的本次迭代结束。在随后的循环期间执行控制方案200的另一次迭代。

在其最直接的执行中，在检测到导致变速器中的扭矩传递离合器之一的未被命令的启动的故障时控制方案200如下进行操作。首先，识别启动故障扭矩传递离合器的可允许变速器状态，并且停用液压泵。当停用液压泵时同步故障扭矩传递离合器。重新允许操作液压泵，并且在可允许的变速器状态之一中执行变速器的操作。

图3以图表示出了与变速器操作相关的相对于时刻310的多个状态，并且描绘在动力系统100中执行前述控制方案200（包括控制液压泵17的操作以向变速器10的液压回路42提供加压的液压流体）的状态。这种操作包括响应于离合器故障的检测结果进行操作，该离合器故障导致扭矩传递离合器之一启动。与变速器操作相关的状态包括离合器故障发生301、离合器故障检测302、泵控制干预303、离合器滑移速度304、液压泵速度305、离合器C1状况（故障）306和离合器C2状况（未故障）307。

在时刻312之前，启动离合器C2 307（1）并且不启动离合器C1 306（0），并因此在EVT模式2下操作所示动力系统100。在时刻312，发生故障，这由离合器故障发生301的台阶变化（0至1）指示。由于故障离合器C1开始启动，如离合器C1的状况变化指示的，当在离合器中建立液压时离合器C1的状况从非启动状态306（0）朝向启动状态306（1）增加。在时刻314，离合器故障检测检测到故障302（0至1）并且控制方案200开始泵控制干预303（0至1），这包括停用液压泵17。液压泵速度305响应于液压泵17的停用而减小并且离合器C1的离合器滑移速度304减小。随着液压泵速度305的减小，离合器C1 306和离合器C2 307从启动状态相应地下降到停用状态，并且在时刻316完全停用。在时刻318，故障离合器C1的离合器滑移速度304达到0RPM，指示故障离合器的元件同步。当故障离合器的元件同步时，通过停止泵控制干预303（1至0）来重新允许启动液压泵17，这包括重启液压泵17，相应增加液压泵速度305，由此操作液压泵17。启动故障离合器C1，如它的状况306的变化（0至1）所指示的，并且动力系统100开始在EVT模式1中进行操作。这种操作持续进行，直到解决和/或矫正故障离合器C1的问题。此时离合器C2仍停用，尽管它稍后可以响应于在固定档位G2进行操作的命令而启动。

因此，可以采用对电液压泵的控制来补救未被命令的即将发生的离合器失灵，因此扩展操作可能性，同时降低损坏变速器的风险并且降低相关维修成本。当变速器被配置为仅具有可独立控制的液压泵而没有机械泵时，可以去除液压回路42中用于阻挡油液流动的过多阀门，由此可以减少部件数目和降低变速器设计的复杂性。

本发明已经描述了某些优选实施例及其改型。通过阅读和理解说明书读者可以想到其它改型和改变。因此，本发明不限于作为执行本发明而构想出的最佳实施方式而公开的特定实施例，相反本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims

1. 一种用于控制多模式变速器的方法，该多模式变速器包括流体耦接到液压回路的多个扭矩传递离合器，该液压回路流体耦接到可独立控制的液压泵，所述方法包括：

在检测到所述扭矩传递离合器中的一个扭矩传递离合器的未被命令的启动时：

禁止所述液压泵的操作；

识别可允许的变速器状态；

同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器；以及

允许所述液压泵的操作并且在所述可允许的变速器状态之一中操作所述变速器。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中，禁止所述液压泵的操作包括命令泵控制信号以0RPM的泵速度操作所述液压泵。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中，识别可允许的变速器状态包括识别包括启动所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器的变速器状态。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中，同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器包括换档到所有扭矩传递离合器都停用的空档状态并且控制所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器的元件的转速。

5. 一种用于控制多模式变速器的方法，该多模式变速器包括流体耦接到液压回路的多个扭矩传递离合器，该液压回路流体耦接到可独立控制的液压泵，所述方法包括：

在检测到导致所述扭矩传递离合器中的一个扭矩传递离合器的未被命令的启动的故障时：

识别可允许的变速器状态，所述可允许的变速器状态包括启动所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩离合器的变速器状态；

禁止所述液压泵的操作；

在同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器之后，允许所述液压泵的操作并且执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径。

6. 根据权利要求5所述的方法，其中，同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器包括在禁止所述液压泵的操作之后停用所有扭矩传递离合器。

7. 根据权利要求5所述的方法，其中，同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器包括控制所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器的元件的转速。

8. 根据权利要求5所述的方法，其中，禁止所述液压泵的操作包括命令泵控制信号以0RPM的泵速度操作所述液压泵。

9. 一种用于控制多模式变速器的方法，该多模式变速器包括流体耦接到液压回路的多个扭矩传递离合器，该液压回路流体耦接到可独立控制的液压泵，所述方法包括：

检测与所述扭矩传递离合器中的一个扭矩传递离合器的未被命令的启动对应的情况；

在检测到所述情况之后确定最初是否同步了所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器；

如果最初同步了所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器，则执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径；以及

如果最初未同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器，则确定是否需要在执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径之前同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器；

如果需要在执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径之前同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器，则禁止所述液压泵的操作，同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器，并且执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径；以及

如果不需要在执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径之前同步所述扭矩传递离合器中的所述一个扭矩传递离合器，则执行包括仅在所述可允许的变速器状态中操作所述变速器的换档路径。