CN103808507A - 基于能量的变速器摩擦元件诊断 - Google Patents

Abstract

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。

Description

基于能量的变速器摩擦元件诊断

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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。

2. 根据方案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. 根据方案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. 根据方案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。

6. 根据方案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. 根据方案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. 根据方案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. 根据方案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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

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

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T_I，T_A，和T_B的输入转矩，和在此分别称作N_I，N_A和N_B的速度进行描述。

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N_I和至变速器10的输入转矩T_I不同。

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C1 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C1 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C1 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C1 70，C2 62，C3 73和C4 75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。

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。

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（TPIM）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，N_A和N_B。

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_O和输出转矩T_O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V_SS-WHL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。

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（分别为T_I，T_A，和T_B）。ESD 74是经由DC传递导体27而DC连接至TPIM 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TPIM 19之间流动。当接触器开关28断开时，在ESD 74与TPIM 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，TPIM 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T_A和T_B。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。

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T_A和T_B。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。

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。

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。

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（T_{O_REQ}），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C1 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。

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。ECM 23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，T_I。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，N_I。ECM 23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。

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，C1 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，N_O。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C1 70，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。

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P_{BAT_MIN}至P_{BAT_MAX}的可利用的电池电力。

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。

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。

表1

在表中描述了每一变速器工作范围状态并且显示对于每一工作范围状态应用了哪个具体的离合器C1 70，C2 62，C3 73，和C4 75。仅为了将第三行星齿轮组28的外部齿轮组件"接地（ground）"，通过应用离合器C1 70选择第一连续可变模式，即，EVT模式I，或MI。发动机状态可以是ON（MI_Eng_On）或OFF（MI_Eng_Off）中的一个。仅为了将轴60连接到第三行星齿轮组28的托架，通过应用离合器C2 62选择第二连续可变模式，即，EVT模式II，或MII。发动机状态可以是ON（MII_Eng_On）或OFF（MII_Eng_Off）中的一个。为了该描述，当发动机状态是OFF时，发动机输入速度等于零每分钟转数（RPM），即，发动机曲轴不转动。固定挡位操作提供了变速器10的输入至输出速度的固定比率操作，即，获得了N_I/N_O。通过应用离合器C1 70和C4 75，选择第一固定挡位操作（FG1）。通过应用离合器C1 70和C2 62选择第二固定挡位操作（FG2）。通过应用离合器C2 62和C4 75，选择第三固定挡位操作（FG3）。通过应用离合器C2 62和C3 73，选择第四固定挡位操作（FG4）。由于行星齿轮24，26，和28中减少的齿轮比，输入至输出速度的固定比率操作与增加的固定挡位操作一起增加。第一和第二电机56和72，N_A和N_B的转速分别取决于由离合器限定的机构的内部转动并且与在输入轴12处测量的输入速度成比例。

响应于由用户界面13捕获的经由加速器踏板113和制动踏板112的操作者输入，HCP 5和一个或多个其它控制模块确定命令的输出转矩，T_CMD，旨在满足在输出构件64处执行并且传递至动力传动系统90的操作员转矩请求，T_{O_REQ}。最终车辆加速度受例如包括道路阻力，道路坡度，和车辆质量的其它因素的影响。基于传动系的各种工作特性，为变速器10确定工作范围状态。这包括如之前描述的通过加速器踏板113和制动踏板112通讯至用户界面13的操作者转矩请求。工作范围状态可以以在电能产生模式或转矩产生模式中操作第一和第二电机56和72的命令引起的传动系转矩要求为基础。工作范围状态可以通过最佳例程确定，该最佳例程基于操作者对发动机14和第一和第二电机56和72的动力，电池充电状态，和能量效率的需求确定最佳系统效率。控制系统基于执行的最佳例程的结果管理来自发动机14和第一和第二电机56和72的转矩输入，并且由此将系统效率最优化，以管理燃料经济性和电池充电。此外，操作可以基于部件或系统中的故障确定。HCP 5监控转矩再生装置，并且确定需要获得所需输出转矩以满足操作者转矩请求的、来自变速器10的动力输出。为了期间的动力流动，ESD 74和第一和第二电机56和72电力操作地连接。此外，发动机14，第一和第二电机56和72，以及电力机械变速器10机械操作地连接以在期间传递动力以产生至输出构件64的动力流动。

图1进一步描述了用于在示例性的变速器中控制液压油流动的液压控制回路42的示意图。主液压泵88将输入轴12与发动机14，和由TPIM 19控制的辅助泵110分离以通过阀140提供从油槽37至液压控制回路42的加压流体。辅助泵110优选地包括适当尺寸和能力的电力泵以当工作时从油槽37提供充分流量的加压液压油至液压控制回路42。液压控制回路42有选择地分配液压至多个装置，包括包括离合器C1 70，C2 62，C3 73，和C4 75的转矩转换装置，用于第一和第二电机56和72的运行的冷却回路，以及经由多个通道142，144用于冷却和润滑变速器10的基础冷却回路。如上所述，TCM 17启动多个离合器以通过包括可变压力控制螺线管（PCS）和电磁控制的流动管理阀的液压回路流动控制装置的有选择的致动实现变速器工作范围状态中的一个。液压控制回路42仅仅是示例性的，并且本发明并不旨在限于任意具体的结构。

工作中，基于传动系的各种工作特性，选择用于示例性变速器10的变速器工作范围状态，即，固定挡位和连续可变模式操作中的一个。这包括如之前描述的典型地通过至UI 13的输入通讯的操作者转矩请求。工作范围状态可以通过最佳例程确定，该最佳例程基于发动机14和第一和第二电机56和72的操作者转矩请求，电池充电状态，和能量效率可操作以确定最佳系统效率。控制系统基于执行的最佳例程的结果管理来自发动机14和第一和第二电机56和72的转矩输入，并且进行系统优化以改进燃料经济性和管理电池充电。

在示例性实施例中，转矩传递装置可以包括在第一和相反的第二方向中具有能力的液压离合器装置。液压启动的离合器装置使用有选择启动的液压流体的加压流动以产生所需运动或压缩。示例性的离合器装置通过接收加压液压流体至离合器容积腔而工作。根据本发明，图3示出了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，例如，液压离合器装置。离合器装置300包括离合器缸320和机械离合器340。离合器缸320包括活塞322和离合器容积腔324。加压液压流体在一些填充压力下通过液压管路350进入离合器容积腔324。液压管路350流体地与用于有选择地应用液压流动的机构连接，例如示例性的PCS装置。离合器容积腔324中的液压油根据容积腔内的特征应用压力。活塞322将由液压流体应用的填充压力转换为力。正向的液压力用于在一个方向上填充离合器容积腔324并且移动活塞322。使用复位弹簧326以在通过加压液压流体的应用获得的方向相反的方向上提供力去移动活塞322。

机械式离合器340有选择地由通过活塞322的变速器的力致动。机械式离合器340包括输入部件343和输出部件345。当机械式离合器340停止时，未锁定并且未应用，输入和输出部件343，345分别包括分离并且彼此独立地自由转动。当机械式离合器340致动时，锁定并且应用，输入和输出部件343，345分别彼此摩擦接触并且一起转动。

输入部件343包括机械地连接在接近的转矩提供组件上的、以输入离合器片形式的连接表面。例如，接近的转矩提供组件可以包括图1的三个行星齿轮组24，26和28中的一个的构件。因此、输入部件的速度可以由通过第一电机56，第二电机72和发动机12中的至少一个提供的接近的转矩而控制。输入部件345包括机械地连接到转矩接收输出构件上的、以输出离合器片形式的连接表面并且可以包括图1的三个行星齿轮组24，26和28中的一个的构件。将要理解，转矩接收输出构件机械地连接到变速器10的输出构件64上。

在示例性的实施例中，传感器设置在提供N_I的连接到发动机的曲轴上，提供N_A和N_B的两个电机上，以及提供N_O的连接到动力传动系统的输出轴上。因此，变速器内的不同组件的转速通常被监控。将要理解，可以使用变速器10内的公知组件的公知转速以基于变速器内存在多少自由度确定未知组件的转速。在示例性的实施例中，基于监控的发动机转速，监控的至少一个电机的转速，以及监控的输出轴/组件的转速中的至少一个，可以确定液压离合器中的相对转速。因此，可以分别监控输入和输出部件343，345的转速。

在应用转矩的转动目标之间，根据以下关系式可以确定分别在输入和输出部件343，345之间产生的转矩能力（T_C）：

                                                                                         [1]

其中，f是转动目标之间的摩擦系数，以及

F_A是垂直于目标的转动方向应用的轴向力。

本领域普通技术人员将要理解的是，f变化取决于在两个目标之间是否存在相对运动。机械离合器340中的F_A由通过活塞322传递的压力产生。

在示例性实施例中，转矩传递装置可以包括在第一方向和第二相反方向中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。参照图4，示例性的可选择的单向离合器（SOWC）装置12包括各自的第一和第二座圈14，16，以及各自的第一和第二支撑18，20，以及各自的第一和第二弹簧22，24。第一座圈14和第二座圈16构成为有选择地或者相对彼此旋转（即，自由飞轮），或锁定以及作为单个单元转动。第一座圈14限定了适于有选择地分别保持第一和第二支撑18，20的各自的第一和第二凹入部分26，28，以及各自的第一和第二弹簧22，24。第二座圈16限定了每个适于接合各自的第一和第二支撑18，20中的一个以锁定SOWC装置12的各自的第一和第二接合肩台30，32。在示例性的实施例中，基于监控的发动机转速，监控的至少一个电机的转速，以及监控的输出轴/组件的转速中的至少一个，可以确定SOWC装置12中的相对转速。

当第一和第二弹簧22，24分别在压缩位置时，支撑18，20缩回在座圈14的凹入部分26，28内从而肩台30，32不结合并且离合器12在第一和第二方向两者上自由飞轮。当第一和第二弹簧22，24分别在延伸位置时，支撑18，20从它们各自的凹入部分26，28伸出，并且分别接合第一和第二接合肩台30，32，从而离合器12在顺时针方向和逆时针方向两者上被锁定。此外，通过压缩弹簧22，24中的一个并且延伸另一个，SOWC装置12可以在一个方向上锁定并且在相反方向上自由飞轮。

弹簧22、24构成为将支撑18，20推进与肩台30，32接合从而在稳定状态位置SOWC装置12在两个方向上锁定。所以，为了释放该SOWC装置12，提供了选择器板42。选择器板适于有选择地转换和接合支撑28，20中的一个从而接合的支撑被推向其各自的凹入部分26，28并且与其各自的肩台30，32不再接合。举例来说，选择器板42被转换为与支撑18接合由此压缩弹簧22并且将与肩台30接合的支撑18缩回从而16在第一方向上相对于座圈14可转动。相反地，选择器板42可以被转换为与支撑20接合由此压缩弹簧24并且将与肩台32接合的支撑20缩回从而座圈16在第二方向上相对于座圈14可转动。

进一步展望实施例，其中SOWC 12可以适于仅在第一和第二方向上具有能力并且总是允许在第二反向方向上自由飞轮。例如，第二支撑20、第二弹簧24，第二凹入部分228，和第二接合肩台232可以省略以总是允许在第二方向上转动。相反地，第一支撑218，第一弹簧222，第一凹入部分226，和第一接合肩台232可以省略以总是允许在第一方向上转动。可以包括选择器板242以有选择地允许在两个方向上自由飞轮。在实施例中当不包括选择器板42时，SOWC 12简单地变为仅在第一和第二方向中的一个上具有能力并且允许在第一和第二方向上的另一个上自由飞轮的单向离合器。在一个实施例中，分别仅有第一和第二座圈214，216中的一个在转动，而第一和第二座圈214，216中的另一个是静止元件，例如地面或变速箱壳。

可以使用故障检测策略用于任意类型的摩擦转矩转换装置，包括液压应用的转动摩擦离合器，液压控制的静止装置，单个或复合板离合器或组，带式离合器，制动器，可选择的单向离合器装置和例如机械二极管的单向离合器装置。图5图解了当应用，致动和接合转矩传递装置时、当检测到转矩传递装置的滑动条件时、用于执行故障检测策略的流程图。将要理解，流程图可以在图1和2中示出的TCM 17或HCP 5中任意内实施。提供了表2作为图5的关键，其中数字标号和对应的功能在以下进行说明。

表2

图5的流程图在块502处开始，其中当转矩传递装置应用，致动，或否则接合时，监控转矩传递装置内的滑差速度。转矩传递装置上的滑差速度包括监控转矩传递装置内的相对转速，例如，监控转矩传递装置的输入和输出部件之间的转速。如上所述，可以使用变速器10内的公知构件的公知转速以基于变速器内存在多少自由度确定未知组件的转速。因此，基于监控的发动机转速，监控的至少一个电机的转速，以及监控的输出轴/组件的转速中的至少一个，可以确定转矩传递装置上的相对转速。

决定块504然后确定是否转矩传递装置内的滑差速度的大小超过转速阈值并且是否监控的滑差速度在转矩传递装置具有能力的方向中。转速阈值可以是零。转速阈值可以选择为非零的数字以避免由于噪音检测到错误的滑动条件。在实施例中，当转矩传递装置包括单向离合器装置时，单向离合器装置仅在一个方向具有能力并且允许在相反方向上自由飞轮。在实施例中，当转矩传递装置包括可选择的单向离合器装置时，可选择的单向离合器装置在第一方向和第二相反方向中的至少一个上有选择地具有能力。因此，可选择的单向离合器仅可以在第一和第二方向中的一个上具有能力。在实施例中，当转矩传递装置包括液压离合器装置时，液压离合器装置在第一和相反的第二方向两者上具有能力。“1”表示“是”，即，转矩传递装置内的滑差速度的大小超过转速阈值并且监控的滑差速度在转矩传递装置具有能力的方向中。因此，图5的流程图转到块506。“0”表示“否”，即，至少一个存在：转矩传递装置内的滑差速度的大小不超过转速阈值和滑差速度不在转矩传递装置具有能力的方向中。因此，图5的流程图返回到块502。

关于块506，检测到滑动条件。因此，如果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，则检测到滑动条件。在实施例中，当转矩传递装置包括仅在一个方向上具有能力的单向离合器装置或可选择的单向离合器装置时，如果监控的单向离合器装置中的相对转速在相反的第二方向上，则从未检测到滑动条件。换句话说，如果监控的滑差速度在转矩传递装置不旨在具有能力的方向上，则从未检测到滑动条件。这样做将导致其中允许自由飞轮的探测滑动条件，因此，可以导致在转矩传递装置中故障条件的错误检测。

参照块508，当检测到滑动条件时，执行故障检测策略。执行故障条件策略包括在块510中监控转矩传递装置的动力损失的大小。转矩传递的动力损失的大小可以表示为如下。

P=滑差速度x最大能力                           [2]

其中P是动力损失的大小，

滑差速度是转矩传递装置内的相对转速，以及

最大能力是转矩传递装置的最大能力。

因此，转矩传递装置的动力损失的大小是基于监控的相对转速和转矩传递装置的最大能力确定的。在非限制性的实施例中，滑差速度是以rpm表示的并且最大能力以牛顿-米（Nm）表示的。此外，基于积分的动力损失大小，可以确定和监控转矩传递装置的能量损失的大小。积分动力损失的大小以确定转矩传递装置的能量损失的大小可以表示为如下。

E=∫Pdt                                          [3]

其中E是能量损失的大小，以及

P是动力损失的大小。

所以，转矩传递装置的能量损失的大小是转矩传递装置随时间的动力损失的大小。在非限制性的实施例中，P以Nm-rpm表示的并且E以焦耳（J）表示的。

决定块512然后确定是否动力损失随时间的大小，即，能量损失的大小达到预定能量阈值。预定能量阈值可以对应于转矩传递装置可以在故障产生以前达到的最大能量极限。在非限制性的实施例中，预定能量阈值是5000 J。“0”表示“否”，即，随时间动力损失的大小没有达到预定能量阈值并且流程图返回到块510。“1”表示“是”，即，随时间动力损失的大小到达了预定能量阈值并且流程图转到块514。

关于块514，在转矩传递装置中监测故障条件。简而言之，如果随时间的动力损失的大小，即，能量损失的大小，到达预定阈值，则在转矩传递装置中监测到故障条件。块514可以构成为启动警告车辆的操作者或TCM 17的诊断警报：在转矩传递装置中检测到了故障条件。同样地，为了防止硬件损坏，转矩传递装置的操作可以响应于检测到的故障条件而终止。

如上所述，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，现有的诊断检测转矩传递中的故障。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。提供了表3以示出具有最大能力250 Nm的转矩传递装置获得用于改变离合器滑差速度的最大能量极限5000 J的所需的以秒为单位的时间。

表3

表3示出了用于现有故障诊断的时间校准设定为1.0秒以避免错误的故障，任意超过200 rpm的持续的滑差速度在现有诊断的成熟定时内可以损坏离合器。然而，具有参照图5的流程图描述的基于能量的诊断，表3描述了基于能量的诊断可以在表3所示的时间内成熟以在低滑差速度检测实际故障并且以在较短时间内在高滑差速度检测实际故障。

根据本发明，图6示出了表示滑差速度图解610的示例性绘图600和描述了转矩传递装置的能量损失图解620的示例性绘图650。绘图600，650包含当已经检测到滑动条件时用于在转矩传递装置中检测故障条件的实验和导出数据。绘图600，650是参照图1和图5的电力-机械混合传动系描述的。在两幅绘图600，650中横轴表示以秒为单位的时间。每个虚线垂线601，602，603表示在检测的滑动条件期间时间上的各自的点。

关于绘图600，垂直轴表示以rpm为单位的滑差速度。监控的随时间的转矩传递装置中的滑差速度由滑差速度绘图610表示。如上所述，块502监控转矩传递装置中的滑差速度。将要假设满足决定块504，例如，滑差速度的大小超过转速阈值并且监控的滑差速度在转矩传递装置具有能力的方向上。虚线水平线615表示滑差速度故障阈值。

关于绘图650，垂直轴表示以焦耳（J）为单位的能量。监控的转矩传递装置的能量损失的大小由能量损失绘图620表示。如上所述，图5的流程图的块510可以确定并且使用等式[2]和[3]监控能量损失的大小。虚线水平线625表示预定能量阈值。

刚好在虚线垂线601之前，滑差速度绘图610增加，并且在虚线垂线601处，在虚线水平线615处到达滑差速度故障阈值。能量损失绘图620的斜率响应于滑差速度绘图610的斜率增加而增加。

超过滑差速度故障的滑差速度绘图610增加直到虚线垂线601与602之间的时间并且然后减少。能量损失绘图620的斜率在虚线垂线601与602之间的时间响应于滑差速度绘图的斜率降低而降低。在虚线垂线602处，减少的滑差速度绘图610满足在虚线水平线615处的滑差速度故障阈值，并且进行至降低低于在稳定在低于滑差速度故障阈值的恒定滑差速度之前的滑差速度故障阈值，例如，低于虚线水平线615。然而，能量损失绘图620继续增加超过虚线垂线602。

在该非示例性示例中，滑差速度（即，如由滑差速度绘图610表示的）在虚线垂线601与602之间的预定时间期间不超过滑差速度故障阈值。因此，在转矩传递装置中没有监测到故障条件。

在虚线垂线603处，能量损失绘图620在虚线水平线625处到达预定能量阈值。在非限制的示例中，预定能量阈值等于5000 J。当能量损失的大小（例如，能量损失绘图620）到达预定能量阈值时，检测到转矩传递装置中的故障条件。

将要理解，现有的用于转矩传递装置的故障检测诊断当滑差速度超过预定时间期间的滑差速度故障阈值时检测到故障。绘图600证明了由于滑差速度超过滑差速度故障阈值的时间（例如虚线垂线601与602之间）小于预定时间，对于转矩传递装置将会检测到没有故障，其中预定时间选择为高于噪声频带以避免错误的故障。然而，绘图650证明了由于能量损失的大小到达预定能量损失阈值，在虚线垂线603处对于转矩传递装置会检测到故障条件。由于使用了基于能量的方法/诊断，因而，可以防止对于转矩传递装置的硬件损坏。

预想的实施例包括使用检测转矩传递装置的故障条件的示例性方法并且结合现有的诊断以检测转矩传递装置中的故障，从而提供在滑转转矩转换装置中监测故障条件的更精确的方法，该示例性方法使用了参照图5的流程图的如上所述的使用基于能量的方法/诊断。例如，转矩传递装置中的相对转速，例如，滑差速度，可以与转速故障阈值，例如，滑差速度故障阈值相比较。当满足以下至少一个时：转矩传递装置的能量损失的大小到达预定能量阈值时，以及转矩传递装置中的相对转速超过用于至少预定时间期间的转速故障阈值时，可以检测到转矩传递装置中的故障条件。在一个实施例中，用于现有诊断的转速故障阈值设置得高，而预定时间设置得低，从而当滑差速度的大小很高时快速的触发转矩传递装置中的故障。基于能量的诊断可以构成为当在长时间检测到相对低的滑差速度时检测故障。

本发明描述了某些优选实施例和其修改。基于阅读和理解说明书，其它人可以进行进一步修改和改变。因此，本发明并不旨在限制为作为实施本发明的最佳模式的公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的全部实施例。

Claims (10)

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。

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