CN107160993A - 基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统及控制方法，所述系统包括发动机（17）、发电启动集成电机（16）、主驱动电机（12）和离合器总成（100），发动机（17）与发电启动集成电机（16）相连接，发电启动集成电机（16）通过离合器总成（100）与主驱动电机（12）相连接，发电启动集成电机（16）包括ISG电机输出轴（106），离合器总成（100）采用自诊断电磁牙嵌式离合器，所述自诊断电磁牙嵌式离合器包括自诊断反馈结构组件。所述控制方法包括三级自诊断控制方法，依次为一级控制端诊断控制方法、二级位置端诊断控制方法和三级转速端诊断控制方法。本发明与现有技术相比的有益效果是：准确反馈离合器的接合状态，满足车辆高安全性需求。
Description
技术领域
本发明涉及用于电动车的混合动力系统及控制方法，尤其涉及一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统及控制方法。
背景技术
在新能源汽车电驱动技术领域，混合动力系统一直是研发的热点。多数混合动力传动构型设计时都采用了发动机-双电机混联系统，即发动机与发电启动集成电机(Integrated Starter and Generator，ISG)连接后再与主驱动电机（Traction Motor，TM）接合而成。ISG电机和TM电机之间设置有离合装置，通过该离合装置的分离与接合来实现切换双电机混联系统的纯电动、串联或者并联的驱动模式。
目前，在新能源混合动力技术领域，发动机集成ISG电机总成、TM电机均已发展较为成熟，但现有的用于该混合动力传动构型混联系统的离合器，大多仍直接沿用传统汽车中的干式离合器。由于所述干式离合器的结构和工作原理均有适用局限性，首先，其在使用时所需的布置空间大、自身重量也较大；其次，所述干式离合器的传递扭矩能力有限且需施加较大推力；再次，所述干式离合器在传递扭矩时势必会产生发热和磨损的技术问题，其运行稳定性较差，且必须要定期维护和更换摩擦片。所述干式离合器的上述技术缺陷会造成其传动效率和传动品质均有所降低，同时这也限制了双电机混合动力传动构型的发展。
近期，一些同领域技术人员已将电磁式离合器应用于混合动力技术领域中，其中最为常见的是电磁牙嵌式离合器。所述电磁牙嵌式离合器的结构和工作原理简单，一般仅对双电机相对转速有一定要求，能够较好地适应于双电机易于调速的技术特性，在双电机混合动力构型技术领域中能够发挥出优良的技术特性。但是，所述电磁牙嵌式离合器在混合动力传动技术领域的应用尚不成熟，基本都是将传统工业领域中的电磁式离合器直接照搬到混合动力传动系统中，或者仅是对其基本结构进行外形改进。因此，现有这种传动品质的电磁式离合器根本无法适应车辆传动时复杂多变的环境，重要的是其未设置精确、高效的能够显示离合器接合状态的反馈机制，因此其无法判断离合器的实时接合状态，即现有的整车控制方法均是建立在离合器一定会完全吸合的假设基础之上，这显然不符合车辆安全的基本要求。事实证明，使用简单功能的电磁牙嵌式离合器并不能满足混合动力车辆的传动需求，其存在的技术缺陷是：第一，混合动力车辆上供电线路复杂、用电器件多样，电磁干扰较强，电磁线圈的供电并不能严格保证稳定；第二，混合动力车辆的传动系长期工作在高速旋转、振动的复杂环境中，其附近的灰尘和金属碎屑含量较高，一旦这些杂质被磁化后便会吸附在衔铁和电磁线圈的周边，从而阻碍主动盘和从动盘的相互吸合；第三，电磁牙嵌式离合器的分离装置主要使用压缩弹簧、膜片弹簧或波浪片等，其本质均为机械式弹性元件，当电磁线圈断电后无法确认离合器的主从动部分是否已被真正分离；第四，电磁线圈与衔铁的吸合仅能证明离合器在轴向上的正确接合状态，并不能反映出主从动部分是否正确传递扭矩的情况，比如接合瞬间发生打齿、或者当齿被磨损后离合器容易发生打滑和甩脱等技术问题，一旦出现上述任一技术问题，在整车控制器（VCU）无法得到反馈的情况下，整车仍会按照预定的控制逻辑进行扭矩输出，这种在技术故障状态下的加载会对传动系造成极大危害，并使得整车动力性能紊乱，存在较大的安全隐患。可以说，传统的电磁牙嵌式离合器直接套用于混合动力传动技术领域，并不符合现代复杂系统智能化控制的设计需求，因此亟待改进。
专利号为ZL201320879026.9的中国实用新型专利公开了一种一种电磁齿嵌式离合器和一种双电机混联系统。该离合器包括环形电磁铁等，其中：所述环形电磁铁和所述定端面齿轮的位置固定，且所述定端面齿轮位于所述环形电磁铁的环内，且同轴心设置；所述环形衔铁和所述动端面齿轮能够沿其轴向同步移动，所述环形衔铁套装并固定在所述动端面齿轮上，且同轴心设置；所述弹性复位机构安装在所述环形衔铁上。该系统包括ISG电机和驱动电机，所述ISG电机和所述驱动电机之间安装有所述的电磁齿嵌式离合器。该电磁齿嵌式离合器具有轴向尺寸短、重量轻、占用空间小、传递转矩大和动作迅速的优点，该双电机混联系统具有轻量化和集成化的优点。但该实用新型的所述电磁齿嵌式离合器未设置精确、高效的能够显示离合器接合状态的反馈结构组件，因此该技术方案无法判断离合器的实时接合状态，其整车控制方法仍是建立在离合器一定会完全吸合的假设基础之上，显然不符合车辆安全的基本要求，因此亟待改进。
专利号为ZL201410409759.5的中国发明专利公开了一种电磁齿嵌式离合器，用于实现第一电机和第二电机的驱动离合，该离合器包括操纵杆、环形电磁铁、衔铁、弹性复位机构、动端面齿轮和定端面齿轮，所述操纵杆插装在第二电机的转子内腔，操纵杆的两端分别位于第二电机的转子两侧，将磁吸机构以及啮合传动结构分别位于第二电机的转子端侧，实现了紧凑的轴向布置，进而大幅节省了离合器空间，提高了其结构紧凑度。该发明还公开了一种双电机混合动力系统，在电磁齿嵌式离合器的结构特征作用下，实现了发动机、第一电机和第二电机的同轴布置，该布置方式不仅具有结构紧凑的特点，而且提高了传动效率。但该发明中所述电磁齿嵌式离合器未设置精确、高效的能够显示离合器接合状态的反馈结构组件，因此该技术方案无法判断离合器的实时接合状态，其整车控制方法仍是建立在离合器一定会完全吸合的假设基础之上，显然不符合车辆安全的基本要求，因此亟待改进。
发明内容
本发明目的是提供一种具有车用高安全级别的系统性自诊断电磁牙嵌式离合器，并提供一种基于所述自诊断电磁牙嵌式离合器的结构紧凑、功能集成度高、可靠性好且具有自诊断功能的电动车用双电机混合动力系统及其控制方法。
为了实现上述发明目的，需要在现有的电磁牙嵌式离合器基础上增设相关的控制电路和传感装置，使所述自诊断电磁牙嵌式离合器具有系统性的自我诊断功能，并能够分别在离合器接合和分离时发挥作用，保证离合器完成相应功能。为了解决上述现有混合动力电动车传动系统存在的技术缺陷，本发明的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统采用的技术方案如下：
一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，包括发动机、发电启动集成电机、主驱动电机和离合器总成，所述发动机与发电启动集成电机相连接，所述发电启动集成电机通过所述离合器总成与所述主驱动电机相连接，所述发电启动集成电机包括ISG电机输出轴，所述离合器总成采用自诊断电磁牙嵌式离合器，所述自诊断电磁牙嵌式离合器包括自诊断反馈结构组件。
优选的是，所述自诊断反馈结构组件包括电磁线圈、反馈信号线和混合动力整车控制器，所述混合动力整车控制器包括HCU控制模块和HCU功率模块，所述HCU控制模块与HCU功率模块相连接，所述HCU功率模块与电磁线圈相连接，所述电磁线圈与所述HCU控制模块之间通过所述反馈信号线相连接。
在上述任一方案中优选的是，所述自诊断反馈结构组件包括离合器壳体，所述离合器壳体内设置有离合器接合状态传感器。
在上述任一方案中优选的是，所述离合器接合状态传感器采用接近传感器，所述接近传感器安装在离合器接合缝隙的上方，所述离合器接合缝隙下部设置有探针以监测离合器缝隙。
在上述任一方案中优选的是，所述离合器接合状态传感器采用对射式光电传感器，所述对射式光电传感器包括对射光电传感器发射端和对射光电传感器接收端，所述射光电传感器发射端和对射光电传感器接收端分别设置在平行于所述ISG电机输出轴上方的离合器两侧。
在上述任一方案中优选的是，所述离合器接合状态传感器采用压力传感器，所述压力传感器包括主动齿盘压力传感器和从动齿盘压力传感器，所述离合器壳体内设置有主动齿盘和从动齿盘，所述主动齿盘压力传感器和从动齿盘压力传感器分别设置在所述主动齿盘和从动齿盘上的不同径向位置处。
在上述任一方案中优选的是，所述主动齿盘压力传感器设置成嵌入在所述主动齿盘内，且设置在接近所述主动齿盘中心的位置。
在上述任一方案中优选的是，所述从动齿盘压力传感器设置成嵌入在所述从动齿盘内，且设置在接近所述从动齿盘中心的位置。
在上述任一方案中优选的是，所述压力传感器包括外壳，所述外壳采用非金属材料制成。
在上述任一方案中优选的是，所述自诊断反馈结构组件包括ISG电机输出轴转速传感器和TM电机输入轴转速传感器，所述主驱动电机包括TM电机输入轴，所述ISG电机输出轴上装有所述ISG电机输出轴转速传感器，所述TM电机输入轴上装有TM电机输入轴转速传感器。
在上述任一方案中优选的是，包括整车CAN通讯网络、整车控制单元、电池管理系统、仪表控制单元和整车其它模块，所述整车CAN通讯网络分别与所述整车控制单元、电池管理系统、仪表控制单元和整车其它模块相连接。
在上述任一方案中优选的是，包括内部CAN通讯网络、发动机控制单元、集成电机控制单元，所述CAN通讯网络分别与所述混合动力整车控制器、发动机控制单元、集成电机控制单元和整车控制单元相连接。
在上述任一方案中优选的是，包括动力电池，所述动力电池分别与所述电池管理系统和集成电机控制单元相连接。
在上述任一方案中优选的是，包括车辆驱动轮和车辆驱动桥，所述主驱动电机与车辆驱动桥相连接，所述车辆驱动桥与车辆驱动轮相连接。
在上述任一方案中优选的是，所述自诊断电磁牙嵌式离合器包括离合器衔铁、联轴器、从动齿盘轴承和主动齿盘轴承。
为了解决上述现有混合动力电动车传动系统的控制方法存在的技术缺陷，本发明的一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的控制方法采用的技术方案如下：
一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的控制方法，实施该控制方法的系统包括上述任一项的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，包括三级自诊断控制方法，依次为一级控制端诊断控制方法、二级位置端诊断控制方法和三级转速端诊断控制方法。
优选的是，所述一级控制端诊断控制方法为：通过所述混合动力整车控制器中设置的自诊断反馈模块即所述电磁线圈与所述HCU控制模块之间通过所述反馈信号线相连接，形成控制端诊断控制模式，根据所述电磁线圈正常状态下的电感和电阻为一定值，反馈电压为一稳定值，借此判断控制信号是否被发送出、驱动电压是否正常以及电磁线圈是否存在烧毁短路的故障；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合时，通过所述反馈电压信号判断控制和驱动端以及受控线圈是否正常工作；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，通过所述反馈电压信号判断使能信号是否被真正清除；具体控制流程为：当所述HCU控制模块根据所述自诊断反馈模块发送所述自诊断电磁牙嵌式离合器的接合使能时，所发送的信号会通过所述HCU功率模块进行放大，此时所述信号电压会提升至所述电磁线圈所需的工作电压，所述信号功率会提升至所述电磁线圈所需的工作功率，当所述电磁线圈正常工作时，所述反馈信号线将会反馈正常电压信号V1，一旦电磁线圈被烧毁短路、出现故障或者驱动信号断路无法正确送达时，所述反馈信号线将会反馈异常电压信号V2；所述HCU控制模块根据反馈电压信号即可判断所述电磁线圈是否被正常激活，从而完成一级控制端诊断工作；当进行一级控制端诊断控制方法后未收到正常反馈信号时，会延迟T1时间，一直未收到正常反馈信号则判断为控制部分故障，主动取消离合器接合使能，通过所述混合动力整车控制器向所述整车控制单元发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过所述仪表控制单元向司机预警，此时，车辆仅以所述动力电池向所述主驱动电机功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
在上述任一方案中优选的是，所述二级位置端诊断控制方法为：通过在所述离合器壳体内设置的所述离合器接合状态传感器，形成位置端诊断控制模式，用于监测所述自诊断电磁牙嵌式离合器主动部和从动部的接合状态；具体控制流程为：当进行所述二级位置端诊断控制方法后未收到正常反馈信号时，会延迟T2时间，一直未收到正常反馈信号则判断为执行部分故障，主动取消离合器接合使能，并通过一级控制端诊断是否清除所述电磁线圈供电，通过所述混合动力整车控制器向所述整车控制单元发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过所述仪表控制单元向司机预警；此时，车辆仅以所述动力电池向所述主驱动电机功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
在上述任一方案中优选的是，当所述离合器接合状态传感器采用所述接近传感器时的二级位置端诊断控制方法为：通过所设置的所述接近传感器使得当所述电磁线圈通电吸引所述离合器衔铁时，所述从动齿盘被吸合后会沿轴向位移，在达到指定位置时便会正确触发所述接近传感器，反馈当前离合器的接合信息，从而完成二级位置端诊断工作。
在上述任一方案中优选的是，当所述离合器接合状态传感器采用所述对射式光电传感器时的二级位置端诊断控制方法为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，对射红外传感器的发射端发出的红外线能穿过主动齿盘和从动齿盘之间的缝隙；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合时，对射红外传感器的发射端发出的红外线便被阻隔，接收端无法接收到信号后便会产生一个反馈信号，从而反映出当前离合器的接合状态，完成二级位置端诊断工作。
在上述任一方案中优选的是，当所述离合器接合状态传感器采用所述压力传感器时的二级位置端诊断控制方法为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器的主动部和从动部接合时，所述压力传感器能够准确捕捉到当前吸合状态以及吸合力是否在合理值的范围内；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，所述压力传感器上的反馈压力约为零，据此即可反馈当前离合器的接合信息；具体控制流程为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器正确接合后，所述主动齿盘压力传感器和从动齿盘压力传感器会分别反馈所述主动齿盘和从动齿盘上的电磁吸合力F1和F2，所述F1和F2的值应近似相等且在正常吸合力的范围内，据此即可反馈当前离合器的接合状态，从而完成二级位置端诊断工作。
在上述任一方案中优选的是，所述三级转速端诊断控制方法为：在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合前通过所述ISG电机输出轴转速传感器和TM电机输入轴转速传感器的转速差来确认是否满足接合条件；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合后通过所述ISG电机输出轴转速传感器和TM电机输入轴转速传感器的转速差是否为零来判断接合状态是否真实有效；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离后通过所述ISG电机输出轴转速传感器和TM电机输入轴转速传感器的转速差是否不为零来判断分离是否彻底；具体控制流程为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器真正接合并正常传递扭矩时，所述ISG电机输出轴和TM电机输入轴应以零速差转动，即所述ISG电机输出轴转速传感器和TM电机输入轴转速传感器反馈的转速差应近似为零；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，由于所述发电启动集成电机和主驱动电机彼此独立，此时的转速差应为任意值，不会长期近期等于零；据此即可反馈当前离合器的实际工作状态，从而完成三级转速端诊断工作；同时，所述ISG电机输出轴转速传感器和TM电机输入轴转速传感器所测得的转速差也能够应用于接合前的接合条件判断，从而满足所述自诊断电磁牙嵌式离合器的接合转速差不得大于N的条件；当进行所述三级转速端诊断控制方法后出现转速差远大于零、转速差反复波动等情况时，会延迟T3时间，若持续收到异常转速差则判断为齿盘损坏或吸合力不足故障，主动取消离合器接合使能，并通过一级控制端诊断是否清除所述电磁线圈供电，通过所述混合动力整车控制器向所述整车控制单元发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过所述仪表控制单元向司机预警，此时，车辆仅以所述动力电池向所述主驱动电机功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明所涉及的一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统能够实现混合动力车辆所需的串联驱动、并联驱动，且构型成熟，结构紧凑，符合车辆传动的各项需求。本发明针对现有的混合动力系统离合器不够完善这一现状，提出了一种自诊断电磁牙嵌式离合器，能够准确反馈离合器的接合状态，满足车辆的高安全性需求。本发明所提出的自诊断电磁牙嵌式离合器能够自动完成控制部分和执行部分的状态诊断，且能够识别出各项常见的故障。所述控制端诊断可以有效地识别出控制信号未给出、功率不足、电磁线圈短路、驱动电路断路等故障。所述位置端诊断可以有效地识别出电磁离合器轴向位移是否正确，如当铁屑杂质堵塞离合器缝隙、吸合瞬间功率不足导致吸合失败等。所述转速端诊断可以有效地识别出电磁离合器是否能正确完成同步传递扭矩的功能，如当齿盘出现严重磨损、断齿、吸合力不足导致主从动盘甩飞脱离等。本发明所提出的自诊断电磁牙嵌式离合器可以将离合器真实状态信号发送到整车VCU中，作为重要系统状态共同参与整车控制决策，可以及时向进入紧急动力模式，及时向司机发送预警，防止因错误判断离合器状态而按正常流程进行整车控制，能有效地避免对整车零部件造成二次损害，避免误导驾驶员操作而使得出现驾驶危险。本发明所提出的各种自诊断方式工作原理简单，实用性较高，且符合车辆传动系上的使用环境和应用需求，且只需在原有构型上通过简单地改装升级即可实现，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1作为本发明的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的一优选实施例的总体结构示意图；
图2为按照本发明的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统中自诊断电磁牙嵌式离合器的控制端诊断一优选实施例的局部结构及工作原理示意图；
图3为按照本发明的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统中带有接近传感器的自诊断电磁牙嵌式离合器一优选实施例的结构示意图；
图4为按照本发明的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统中带有对射式光电传感器的自诊断电磁牙嵌式离合器一优选实施例的结构示意图；
图5为按照本发明的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统中带有压力传感器的自诊断电磁牙嵌式离合器一优选实施例的结构示意图。
附图标记说明：
1动力电池；2电池管理系统（Battery Management System）；3整车CAN通讯网络（CAN1）；4内部CAN通讯网络（CAN2）；5仪表控制单元（Instrument Control Unit，ICU）；6整车控制单元（Vehicle Control Unit，VCU）；7混合动力整车控制器（Hybrid Control Unit，HCU）；8整车其它模块；9车辆驱动轮；10TM电机输入轴转速传感器；11车辆驱动桥；12主驱动电机（Traction Motor，TM）；13集成电机控制单元（Motor Control Unit，MCU）；14离合器接合状态传感器；15ISG电机输出轴转速传感器；16发电启动集成电机(Integrated Starterand Generator，ISG)；17发动机；18发动机控制单元（Engine Control Unit，ECU）；100离合器总成；101从动齿盘；102离合器衔铁；103联轴器；104TM电机输入轴；105从动齿盘轴承；106ISG电机输出轴；107主动齿盘轴承；108电磁线圈；109主动齿盘；110接近传感器；111对射光电传感器发射端；112对射光电传感器接收端；113主动齿盘压力传感器；114从动齿盘压力传感器。
具体实施方式
本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。
下面结合图1-5详细描述所述基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的技术方案：
一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，包括发动机17、发电启动集成电机16、主驱动电机12和离合器总成100，发动机17与发电启动集成电机16相连接，发电启动集成电机16通过离合器总成100与主驱动电机12相连接，发电启动集成电机16包括ISG电机输出轴106，离合器总成100采用自诊断电磁牙嵌式离合器，所述自诊断电磁牙嵌式离合器包括自诊断反馈结构组件。包括整车CAN通讯网络3、整车控制单元6、电池管理系统2、仪表控制单元5和整车其它模块8，整车CAN通讯网络3分别与整车控制单元6、电池管理系统2、仪表控制单元5和整车其它模块8相连接。包括内部CAN通讯网络4、发动机控制单元18、集成电机控制单元13，CAN通讯网络4分别与混合动力整车控制器7、发动机控制单元18、集成电机控制单元13和整车控制单元6相连接。包括动力电池1，动力电池1分别与电池管理系统2和集成电机控制单元13相连接。包括车辆驱动轮9和车辆驱动桥11，主驱动电机12与车辆驱动桥11相连接，车辆驱动桥11与车辆驱动轮9相连接。所述自诊断电磁牙嵌式离合器包括离合器衔铁102、联轴器103、从动齿盘轴承105和主动齿盘轴承107。
所述自诊断反馈结构组件包括电磁线圈108、反馈信号线和混合动力整车控制器7，混合动力整车控制器7包括HCU控制模块和HCU功率模块，所述HCU控制模块与HCU功率模块相连接，所述HCU功率模块与电磁线圈108相连接，电磁线圈108与所述HCU控制模块之间通过所述反馈信号线相连接。所述自诊断反馈结构组件包括离合器壳体，所述离合器壳体内设置有离合器接合状态传感器14。
离合器接合状态传感器14采用接近传感器110，接近传感器110安装在离合器接合缝隙的上方，所述离合器接合缝隙下部设置有探针以监测离合器缝隙。
离合器接合状态传感器14采用对射式光电传感器，所述对射式光电传感器包括对射光电传感器发射端111和对射光电传感器接收端112，射光电传感器发射端111和对射光电传感器接收端112分别设置在平行于ISG电机输出轴106上方的离合器两侧。
离合器接合状态传感器14采用压力传感器，所述压力传感器包括主动齿盘压力传感器113和从动齿盘压力传感器114，所述离合器壳体内设置有主动齿盘109和从动齿盘101，主动齿盘压力传感器113和从动齿盘压力传感器114分别设置在主动齿盘109和从动齿盘101上的不同径向位置处。主动齿盘压力传感器113设置成嵌入在主动齿盘109内，且设置在接近主动齿盘109中心的位置。从动齿盘压力传感器114设置成嵌入在从动齿盘101内，且设置在接近从动齿盘101中心的位置。所述压力传感器包括外壳，所述外壳采用非金属材料制成。
所述自诊断反馈结构组件包括ISG电机输出轴转速传感器15和TM电机输入轴转速传感器10，主驱动电机12包括TM电机输入轴104，ISG电机输出轴106上装有ISG电机输出轴转速传感器15，TM电机输入轴104上装有TM电机输入轴转速传感器10。
本发明的工作原理：本发明是在现有的电磁牙嵌式离合器的基础上增设相关的控制电路和传感装置，使所述自诊断电磁牙嵌式离合器具有系统的三级自我诊断结构组件，并能分别在离合器接合和分离时发挥作用，保证离合器完成相应功能。所述三级自我诊断结构组件包括：
第一级，控制端诊断结构组件。传统的电磁式离合器仅通过控制器向电磁线圈供电产生电磁吸力，本发明则在电磁线圈一侧设置反馈线并接回至混合动力整车控制器。由于线圈正常状态下的电感和电阻是一定的，反馈电压一般是一个稳定值，可以借此判断控制信号是否被发送出，驱动电压是否正常，电磁线圈是否存在烧毁短路等故障。在离合器接合时，可以通过该信号判断控制及驱动端及受控线圈是否正常工作；在离合器分离时，可以通过该信号判断使能信号是否被真正清除。
第二级，位置端诊断结构组件。传统的电磁式离合器仅为电磁线圈供电，并不进行后续工作状态、故障状态的反馈。本发明则在离合器壳体内布置相应的位置传感器即所述离合器接合状态传感器，用于监测离合器主动部分和从动部分的接合状态，且实现上述功能的所述位置传感器易于实现和布置。
本发明中提供了三种优选的位置端诊断结构组件中涉及的传感器，但实际上可以不限于这三种传感器。
第一种是接近传感器，可以在离合器的接合缝隙上方安装所述接近传感器，并在离合器下部设有适合的探针以实时监测离合器的缝隙，当从动部分被吸合后，其会沿着轴向位移，当达到指定位置时便会触发位置传感器，反馈当前离合器的接合信息。
第二种是对射式光电传感器，可以在平行于传动轴上方设置对射式光电传感器，具体包括发射端和接收端。由于离合器封闭于离合器壳体内，因而设置射式光电传感器技术上是可行的。当离合器分离时，发射端射出的光线可以通过主动和从动部分的缝隙被接收端接收；当离合器接合时，发射端射出的光线被阻挡而无法被接收端接收，可以基于此反馈当前离合器的接合信息。
第三种是压力传感器，可以在离合器主动部分和从动部分齿盘的不同径向位置处预设压力传感器，其外壳采用非金属材料，不会对原磁路产生影响。当主动部分和从动部分接合时，压力传感器能够准确捕捉到当前吸合状态及吸合力是否在合理范围值内；当离合器分离时，压力传感器上反馈压力约为零，可以基于此反馈当前离合器的接合信息。
第三级，转速端诊断结构组件。电磁牙嵌式离合器对于接合时的相对转速有着严格要求，同时其接合后能够达到同轴传递扭矩状态也是该离合器所起到的最直接作用。本发明在ISG电机输出轴一侧与TM电机输入轴一侧均设置有转速传感器。在离合器接合前可以通过所述两个转速传感器的转速差来确认是否满足接合条件；在离合器接合后可以通过所述两个转速传感器的转速差是否为零来判断接合状态是否真实有效；在离合器分离后可以通过所述两个转速传感器的转速差是否不为零来判断分离是否彻底。
上述三级自我诊断结构组件可形成系列化，在时序上符合离合器控制流程，功能上依次为前提，可以自动地诊断出控制部分和执行部分的故障。上述三级自我诊断结构组件所涉及的传感器均封装在离合器壳体中，所需的控制判定均在HCU中完成，无需改动原有传动结构。本发明所涉及的传动系统将使用独立的内部CAN通讯网络（CAN2），其可以与整车原有CAN通讯网络（CAN1）形成良好关联，并且不会产生通讯冗余。在CAN2上接入的节点有HCU、ECU、集成MCU及VCU，其中HCU为CAN2的主要控制节点。在CAN1上接入的节点有VCU、BMS、ICU以及其它整车模块。VCU可以实现CAN1和CAN2上的信息转发。
本发明涉及的混合动力系统主要包括发动机17、发电启动集成电机16、主驱动电机12和所述自诊断电磁牙嵌式离合器。在具体混合动力传动过程中，发动机17可以由发电启动集成电机16启动工作，当所述自诊断电磁牙嵌式离合器处于分离状态时，发动机17可带动发电启动集成电机16发电，维持主驱动电机12的动力输出，即工作于串联混动模式；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器处于接合状态时，发动机17、发电启动集成电机16和主驱动电机12即处于同轴动力连接状态，此时其输出扭矩可以依次耦合，共同向车辆提供动力输出，即工作于并联混动模式；当发动机17关闭，发电启动集成电机16关闭，所述自诊断电磁牙嵌式离合器处于分离状态时，由动力电池1向主驱动电机12供电，从而向整车提供动力输出，即工作于单电机纯电动模式。根据发动机17、发电启动集成电机16和主驱动电机12以及所述自诊断电磁牙嵌式离合器的工作状态进行排列组合，能产生丰富的混合驱动模式，但各模式能够顺利切换都必须要求所述自诊断电磁牙嵌式离合器的工作状态能够按本发明的控制方法进行正确切换。
下面结合图1-5详细描述所述方法的技术方案：
一种基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的控制方法，实施该控制方法的系统包括上述任一种的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，包括三级自诊断控制方法，依次为一级控制端诊断控制方法、二级位置端诊断控制方法和三级转速端诊断控制方法。
所述一级控制端诊断控制方法为：通过混合动力整车控制器7中设置的自诊断反馈模块即电磁线圈108与所述HCU控制模块之间通过所述反馈信号线相连接，形成控制端诊断控制模式，根据电磁线圈108正常状态下的电感和电阻为一定值，反馈电压为一稳定值，借此判断控制信号是否被发送出、驱动电压是否正常以及电磁线圈是否存在烧毁短路的故障；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合时，通过所述反馈电压信号判断控制和驱动端以及受控线圈是否正常工作；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，通过所述反馈电压信号判断使能信号是否被真正清除；具体控制流程为：当所述HCU控制模块根据所述自诊断反馈模块发送所述自诊断电磁牙嵌式离合器的接合使能时，所发送的信号会通过所述HCU功率模块进行放大，此时所述信号电压会提升至电磁线圈108所需的工作电压，所述信号功率会提升至电磁线圈108所需的工作功率，当电磁线圈108正常工作时，所述反馈信号线将会反馈正常电压信号V1，一旦电磁线圈被烧毁短路、出现故障或者驱动信号断路无法正确送达时，所述反馈信号线将会反馈异常电压信号V2；所述HCU控制模块根据反馈电压信号即可判断电磁线圈108是否被正常激活，从而完成一级控制端诊断工作；当进行一级控制端诊断控制方法后未收到正常反馈信号时，会延迟T1时间，一直未收到正常反馈信号则判断为控制部分故障，主动取消离合器接合使能，通过混合动力整车控制器7向整车控制单元6发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过仪表控制单元5向司机预警，此时，车辆仅以动力电池1向主驱动电机12功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
所述二级位置端诊断控制方法为：通过在所述离合器壳体内设置的离合器接合状态传感器14，形成位置端诊断控制模式，用于监测所述自诊断电磁牙嵌式离合器主动部和从动部的接合状态；具体控制流程为：当进行所述二级位置端诊断控制方法后未收到正常反馈信号时，会延迟T2时间，一直未收到正常反馈信号则判断为执行部分故障，主动取消离合器接合使能，并通过一级控制端诊断是否清除电磁线圈108供电，通过混合动力整车控制器7向整车控制单元6发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过仪表控制单元5向司机预警；此时，车辆仅以动力电池1向主驱动电机12功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
当离合器接合状态传感器14采用接近传感器110时的二级位置端诊断控制方法为：通过所设置的接近传感器110使得当电磁线圈108通电吸引离合器衔铁102时，从动齿盘101被吸合后会沿轴向位移，在达到指定位置时便会正确触发接近传感器110，反馈当前离合器的接合信息，从而完成二级位置端诊断工作。
当离合器接合状态传感器14采用所述对射式光电传感器时的二级位置端诊断控制方法为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，对射红外传感器的发射端发出的红外线能穿过主动齿盘和从动齿盘之间的缝隙；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合时，对射红外传感器的发射端发出的红外线便被阻隔，接收端无法接收到信号后便会产生一个反馈信号，从而反映出当前离合器的接合状态，完成二级位置端诊断工作。
当离合器接合状态传感器14采用所述压力传感器时的二级位置端诊断控制方法为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器的主动部和从动部接合时，所述压力传感器能够准确捕捉到当前吸合状态以及吸合力是否在合理值的范围内；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，所述压力传感器上的反馈压力约为零，据此即可反馈当前离合器的接合信息；具体控制流程为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器正确接合后，主动齿盘压力传感器113和从动齿盘压力传感器114会分别反馈主动齿盘109和从动齿盘101上的电磁吸合力F1和F2，所述F1和F2的值应近似相等且在正常吸合力的范围内，据此即可反馈当前离合器的接合状态，从而完成二级位置端诊断工作。
所述三级转速端诊断控制方法为：在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合前通过ISG电机输出轴转速传感器15和TM电机输入轴转速传感器10的转速差来确认是否满足接合条件；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合后通过ISG电机输出轴转速传感器15和TM电机输入轴转速传感器10的转速差是否为零来判断接合状态是否真实有效；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离后通过ISG电机输出轴转速传感器15和TM电机输入轴转速传感器10的转速差是否不为零来判断分离是否彻底；具体控制流程为：当所述自诊断电磁牙嵌式离合器真正接合并正常传递扭矩时，ISG电机输出轴106和TM电机输入轴104应以零速差转动，即ISG电机输出轴转速传感器15和TM电机输入轴转速传感器10反馈的转速差应近似为零；当所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，由于发电启动集成电机16和主驱动电机12彼此独立，此时的转速差应为任意值，不会长期近期等于零；据此即可反馈当前离合器的实际工作状态，从而完成三级转速端诊断工作；同时，ISG电机输出轴转速传感器15和TM电机输入轴转速传感器10所测得的转速差也能够应用于接合前的接合条件判断，从而满足所述自诊断电磁牙嵌式离合器的接合转速差不得大于N的条件；当进行所述三级转速端诊断控制方法后出现转速差远大于零、转速差反复波动等情况时，会延迟T3时间，若持续收到异常转速差则判断为齿盘损坏或吸合力不足故障，主动取消离合器接合使能，并通过一级控制端诊断是否清除电磁线圈108供电，通过混合动力整车控制器7向整车控制单元6发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过仪表控制单元5向司机预警，此时，车辆仅以动力电池1向主驱动电机12功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
Claims (10)
1.基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，包括发动机（17）、发电启动集成电机（16）、主驱动电机（12）和离合器总成（100），发动机（17）与发电启动集成电机（16）相连接，发电启动集成电机（16）通过离合器总成（100）与主驱动电机（12）相连接，发电启动集成电机（16）包括ISG电机输出轴（106），其特征在于，离合器总成（100）采用自诊断电磁牙嵌式离合器，所述自诊断电磁牙嵌式离合器包括自诊断反馈结构组件。
2.如权利要求1所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，所述自诊断反馈结构组件包括电磁线圈（108）、反馈信号线和混合动力整车控制器（7），混合动力整车控制器（7）包括HCU控制模块和HCU功率模块，所述HCU控制模块与HCU功率模块相连接，所述HCU功率模块与电磁线圈（108）相连接，电磁线圈（108）与所述HCU控制模块之间通过所述反馈信号线相连接。
3.如权利要求1所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，所述自诊断反馈结构组件包括离合器壳体，所述离合器壳体内设置有离合器接合状态传感器（14）。
4.如权利要求3所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，离合器接合状态传感器（14）采用接近传感器（110），接近传感器（110）安装在离合器接合缝隙的上方，所述离合器接合缝隙下部设置有探针以监测离合器缝隙。
5.如权利要求3所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，离合器接合状态传感器（14）采用对射式光电传感器，所述对射式光电传感器包括对射光电传感器发射端（111）和对射光电传感器接收端（112），射光电传感器发射端（111）和对射光电传感器接收端（112）分别设置在平行于ISG电机输出轴（106）上方的离合器两侧。
6.如权利要求3所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，离合器接合状态传感器（14）采用压力传感器，所述压力传感器包括主动齿盘压力传感器（113）和从动齿盘压力传感器（114），所述离合器壳体内设置有主动齿盘（109）和从动齿盘（101），主动齿盘压力传感器（113）和从动齿盘压力传感器（114）分别设置在主动齿盘（109）和从动齿盘（101）上的不同径向位置处。
7.如权利要求6所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，主动齿盘压力传感器（113）设置成嵌入在主动齿盘（109）内，且设置在接近主动齿盘（109）中心的位置。
8.基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的控制方法，实施该控制方法的系统包括如权利要求1至7中任一项的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统，其特征在于，包括三级自诊断控制方法，依次为一级控制端诊断控制方法、二级位置端诊断控制方法和三级转速端诊断控制方法。
9.如权利要求8所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述一级控制端诊断控制方法为：通过混合动力整车控制器（7）中设置的自诊断反馈模块即电磁线圈（108）与所述HCU控制模块之间通过所述反馈信号线相连接，形成控制端诊断控制模式，根据电磁线圈（108）正常状态下的电感和电阻为一定值，反馈电压为一稳定值，借此判断控制信号是否被发送出、驱动电压是否正常以及电磁线圈是否存在烧毁短路的故障；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器接合时，通过所述反馈电压信号判断控制和驱动端以及受控线圈是否正常工作；在所述自诊断电磁牙嵌式离合器分离时，通过所述反馈电压信号判断使能信号是否被真正清除；具体控制流程为：当所述HCU控制模块根据所述自诊断反馈模块发送所述自诊断电磁牙嵌式离合器的接合使能时，所发送的信号会通过所述HCU功率模块进行放大，此时所述信号电压会提升至电磁线圈（108）所需的工作电压，所述信号功率会提升至电磁线圈（108）所需的工作功率，当电磁线圈（108）正常工作时，所述反馈信号线将会反馈正常电压信号V1，一旦电磁线圈被烧毁短路、出现故障或者驱动信号断路无法正确送达时，所述反馈信号线将会反馈异常电压信号V2；所述HCU控制模块根据反馈电压信号即可判断电磁线圈（108）是否被正常激活，从而完成一级控制端诊断工作；当进行一级控制端诊断控制方法后未收到正常反馈信号时，会延迟T1时间，一直未收到正常反馈信号则判断为控制部分故障，主动取消离合器接合使能，通过混合动力整车控制器（7）向整车控制单元（6）发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过仪表控制单元（5）向司机预警，此时，车辆仅以动力电池（1）向主驱动电机（12）功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
10.如权利要求8所述的基于自诊断电磁牙嵌式离合器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述二级位置端诊断控制方法为：通过在所述离合器壳体内设置的离合器接合状态传感器（14），形成位置端诊断控制模式，用于监测所述自诊断电磁牙嵌式离合器主动部和从动部的接合状态；具体控制流程为：当进行所述二级位置端诊断控制方法后未收到正常反馈信号时，会延迟T2时间，一直未收到正常反馈信号则判断为执行部分故障，主动取消离合器接合使能，并通过一级控制端诊断是否清除电磁线圈（108）供电，通过混合动力整车控制器（7）向整车控制单元（6）发送故障报警，对该故障信息进行存储，并通过仪表控制单元（5）向司机预警；此时，车辆仅以动力电池（1）向主驱动电机（12）功能驱动，以便车辆能平稳驶向维修点。
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