CN1229244C - 用于传动系统的螺线管控制的致动器的故障检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于检测螺线管控制的致动器组件中的螺线管相关的故障的改进系统和方法。该系统包括控制螺线管驱动电路对螺线管励磁和释放的处理电路，用于检测螺线管电流的电流检测电路，和使电源电压与螺线管驱动电路选择地连接和断开的电源开关电路。处理电路执行故障检测逻辑，其中处理电路检测螺线管电流，如果检测的电流在预定时间周期中低于预定电流值，则使电源电压与螺线管驱动电路断开，测量螺线管驱动电路中的电压衰减速率，确定是否存在开路故障或短路故障。

Description

用于传动系统的螺线管控制的 致动器的故障检测系统和方法
技术领域
本发明涉及用于检测故障螺线管的控制系统和/或方法。特别是本发明涉及用于检测螺线管控制的致动器的螺线管故障的控制系统和/或方法，该致动器是用于车用自动或半自动变速齿轮传动系统的。
背景技术
变速机械传动已公知于已有技术，例如可参见美国专利3105395，3335616，4428469，4754665，4920815，4944197，5086897，5370013和5390561，在此引证这些公开文件作为参考。双位和三位、液压传动、致动器活塞组件及其相关的致动器系统也已公知于已有技术，例如可参见美国专利4899607，4928544，4936156，5054591，5193410，5263379，5272441，5329826，5651292和5661998，在此引证这些公开文件作为参考。
特别引证参考的传动系统公开于以下专利申请，在此引证这些文件作为参考：
序列号09/178346，申请日10/22/98，题目为“对三位传动变速致动器组件的增强控制”
序列号08/053089，申请日04/01/98，题目为“范围变速控制”
序列号08/053090，申请日04/01/98，题目为“自适应空挡检测”
序列号08/053091，申请日04/01/98，题目为“用于辅助手动变速的分离式传动系统的颚式离合器啮合控制”
序列号08/053092，申请日04/01/98，题目为“用于在控制器辅助的手动变速传动中完成变速的发动机燃油控制”
序列号08/053093，申请日04/01/98，题目为“自适应加速颚式离合器啮合控制”
序列号08/053095，申请日04/01/98，题目为“动态范围变速传动”
序列号08/053181，申请日04/01/98，题目为“自适应分离式致动器啮合力控制”
序列号08/902603，申请日08/07/97，题目为“部分自动操纵杆变速的机械传动系统”
序列号08/990678，申请日12/15/97，题目为“辅助的操纵杆变速传动”
用于自动和半自动的传动系统的控制，包括故障检测系统和/或方法在内，已公知于已有技术，例如可参见美国专利4595986，4702127，4922425，4888577，4849899和5272441，在此引证这些文件作为参考。
众所周知，与螺线管相关的故障有时发生于车用传动系统所使用的螺线管控制的致动器。如果发生这种故障，则非常希望向汽车驾驶者显示这种状态，并且启动恢复逻辑的某些安全形式和/或运行的临时模式。这些操作将通知驾驶者需要正确的操作，并将使传动遭受机械损害的可能性和/或工作在无意识方式的可能性最小。
为了适当地响应螺线管相关的故障，必须装备可靠的故障检测系统。虽然已有技术中可发现故障检测系统的例子，但是一般这种系统都很复杂，不能检测变化各异的螺线管相关的故障，或者不能可靠地装备在所有传动控制配置中。已有的故障检测系统的一个特别的问题是，其不能可靠地装备在低端螺线管驱动电路配置中，而这种配置是期望的，因为其能使传动控制中所用的电子控制单元不太复杂并且成本低。
发明内容
本发明提供一种改进的故障检测系统和方法，能够克服已有技术的问题或者使其减至最小。
根据本发明的一个方面，一种用于检测螺线管控制的致动器组件中的故障的系统，所述系统包括：
一个螺线管；
提供电源电压的电源；
用于使所述螺线管选择地励磁和去激磁的螺线管驱动电路；
用于检测所述螺线管中的电流并产生螺线管电流信号的电流检测电路；
一个电源开关电路，用于使所述电源电压与所述螺线管选择地连接或断开；
一个电压衰减检测电路，耦合到所述螺线管以产生电压信号；以及
与所述螺线管驱动电路、所述电流检测电路、所述电源开关电路、和所述电压衰减检测电路耦合的处理电路，所述处理电路执行故障检测逻辑运算，其中所述处理电路接收所述螺线管电流信号，如果所述螺线管电流信号在预定的时段内低于预定电流值，则使所述螺线管驱动电路对所述螺线管励磁，使所述电源开关电路切断所述螺线管的所述电源电压，并监控所述电压信号中的电压衰减速率，以确定是否存在故障。
根据本发明的另一个方面，一种用于检测螺线管控制的致动器组件中的故障的系统，所述系统包括：
一个螺线管；
提供电源电压的电源；
用于使所述螺线管选择地励磁和去励磁的螺线管驱动电路；
用于检测所述螺线管中的电流并产生螺线管电流信号的电流检测电路；
一个电源开关电路，用于使所述电源电压与所述螺线管选择地连接或断开；
一个电压衰减检测电路，耦合到所述螺线管以产生电压信号；以及
与所述螺线管驱动电路、所述电流检测电路、所述电源开关电路、和所述电压衰减检测电路耦合的处理电路，所述处理电路执行故障检测逻辑运算，其中所述处理电路接收所述螺线管电流信号，如果所述螺线管电流信号在预定的时段内低于预定电流值，则使所述螺线管驱动电路对所述螺线管去励磁，使所述电源开关电路切断所述螺线管的所述电源电压，并监控所述电压信号中的电压衰减速率，以确定是否存在故障。
附图说明
通过以下结合附图对优选实施例的介绍，将可了解本发明的其他目的和优点。
图1是本发明所用的液压传动的三位变速致动器系统的示意图。
图2是有利地采用图1的致动器系统的复合传动系统的示意图。
图3是图2的传动系统的优选实施例的剖面图。
图4是用于图2的传动系统的一般变速模式和一般齿轮比。
图5是响应信号控制的供给阀的可变脉冲宽度调制或者由此提供的可变液压，由本发明的致动器组件向第一室施加的可变力的曲线图。
图6是用于传动的范围离合器的液压传动变速致动器系统的示意图。
图7是本发明的螺线管控制器的电路示意图。
图8和9是执行本发明的故障检测逻辑的电子控制单元的程序流程图。
具体实施方式
仅为了方便在以下的说明中使用一定的术语，但没有限制含义。用语“向上”、“向下”、“向右”、“向左”表示参考附图中的方向。用语“向前”和“向后”分别是指如同通常安装在车辆的传动的前端和后端，分别指图2所示传动的左侧和右侧。用语“向内”和“向外”分别是指朝向和离开该装置及其标示部分的几何中心的方向。所述术语包括上述用语、其派生词和相同的外来语。
术语“复合传动”表示变速或者变速齿轮传动，具有串联连接的主传动段和辅助驱动齿轮单元，例如辅助传动段，从而主传动段的选择齿轮减速可以进一步与辅助传动段的选择齿轮减速速组合。这里所用的术语“加速”是指从低速齿轮比向高速齿轮比变速，这里所用的术语“减速”是指从高速齿轮比向低速齿轮比变速。这里所用的术语“低速齿轮”或“低齿轮”表示用于传动中相对低的前进速度操作的齿轮(即输出轴速度相对于输入轴速度具有较高的减速比的一组齿轮)。“同步离合器组件”和类似的外来语，表示利用非摩擦离合器使被选择的齿轮与轴非旋转地耦合所使用的离合器组件，其中避免所述离合器可能的啮合，直到离合器各部件基本同步旋转为止，并且离合器部件具有相当大容量的摩擦装置，通过启动离合器的啮合足以使离合器部件以及全部随之旋转的部件以基本同步的速度旋转。
本发明的液压传动三位变速致动器系统10，以及其中采用的三位致动器活塞组件12特别适合用做复合传动系统110中的分离式离合器致动器，如图2-4所示。
传动系统110包括主段112和辅助段114，两者均容纳在外壳116中。外壳116包括向前端壁116A和向后端壁116B，但无中间壁。
输入轴118装载被固定与其一起旋转的输入齿轮120，并限定向后开口的凹穴118A，其中引导输出轴158的直径减小的伸出部位158A。可以在凹穴或盲孔118A中设置非摩擦衬套等118B等。输入轴118的前端被前端壁116A中的轴承118C支承，而输出轴158的向后端158C被后端壁116B中的轴承组件158D支承。轴承组件158D可以是一对对置的锥形轴承或者单个滚柱或滚珠轴承，如图3所示。
主轴146装载主轴离合器148和150，主轴分离式离合器180是一般的管状体146A，具有外刻的外表面146B和用于穿过输出轴158的轴向延伸通孔146C。为变速离合器148和150分别设置拨叉152和154。主轴146可相对于输入轴118和输出轴158独立地旋转，最好对于与其相对的受限的径向移动来说是自由的。
主段112包括两个基本相同主段副轴组件122，每个包括其上装载固定副轴齿轮130、132、134、136和138的主段副轴124。齿轮对130、134、136和138分别与输入齿轮118、主轴齿轮140和142以及空转轮157恒定地啮合，空转轮与反向主轴齿轮144啮合。
主段副轴124向后延伸进辅助段，其向后端124A被直接或间接支承在外壳后端壁116B中。
辅助段114包括两个基本相同辅助副轴组件160，每个包括装载与其一起旋转的辅助副轴齿轮168、170和172的辅助副轴162。辅助副轴齿轮对168、170和172分别与分离器齿轮174、分离器/范围齿轮176和范围齿轮178恒定地啮合。分离式离合器180固定在主轴146，用于选择地离合齿轮174或176，而同步范围离合器182固定在输出轴158，用于选择地离合齿轮176或齿轮178。最好利用被本发明的致动器系统10控制的拨叉180A使分离式离合器轴向定位。
辅助副轴162一般是管状，限定通孔162A接收主段副轴124的向后延伸。设置轴承或衬套162B和162C，把辅助副轴162可旋转地支承在主段副轴124上。轴承162D把副轴124和162的后端直接或间接地支承在后端壁116B。
双动颚式离合器轴环180的结构和功能，与主传动段112所用的滑动离合器轴环148和150的结构和功能基本相同，双动同步离合器组件182的功能与已有技术的双动同步离合器组件的结构和功能基本相同，例如可以参见美国专利4462489，4125179和2667955，在此引证这些文件作为参考。所示的同步离合器组件182具有上述美国专利4462489所述的针式。
当用于本发明的致动器系统10时，分离颚式离合器180是三位离合器组件，可以分别选择地定位在最右(正向)或最左(超速)位置，分别使齿轮176或齿轮174与主轴146啮合，或者定位在中间非啮合(空转)位置。空转位置是指离合器180的中间位置范围，其中无论是齿轮174还是176均不与主轴146啮合。
参见图2-4，通过选择地使分离式离合器180和范围离合器轴向定位在其向前和向后轴向位置，可以提供主轴旋转对输出轴旋转的四个不同的比例。因此，辅助传动段114是复合的范围和分离式的三层辅助段，提供输入(主轴146)和输出(输出轴158)之间的四个可选择的驱动比例。主段112提供反向和三个潜在可选择的向前速度。但是，可选择的主段向前齿轮比之一，与主轴齿轮142相关的低速齿轮比不用于高速范围。于是，传动系统110应适当地表示为“(2+1)×(2×2)”式传动系统，提供九个或十个可选择的向前速度，这取决于分离低速齿轮比的客观需要和实用性。
用于变速传动系统110的变速模式如图4所示。每个齿轮杆位置在垂直方向的划分表示分离变速，而从H模式的3/4和5/6分支到H模式的7/8和9/10分支的水平方向的移动，表示从传动系统的低速范围到高速范围的变速。如上所述，通过车辆驾驶者操纵的分离器按钮等，通常是位于变速杆球形柄的按钮，以实用的方式完成分离变速，而范围离合器变速组件的操作是自动响应于变速模式的中央和最右分支之间齿轮变速杆的移动，如图6所示。这种一般形式的范围变速装置公知于已有技术，例如可参见美国专利3429202，4455883，4561325，4663725和4974468，在此引证这些文件作为参考。
再次参见图4，假设希望传动系统具有通常的相同比例档，主段比例档一般应相同，分离器档一般应等于主段比例档的平方根，范围档应大约等于主段比例档的N次幂，其中N等于主段比例档的数量，处于两个范围(即，在(2+1)×(2×2)传动系统110中的N＝2)。给定要求的理想比例，选择逼近这些比例的齿轮。在上述例子中，分离器档约是33.3％，而范围档约是316％，一般适用于具有约78％档的“2+1”主传动段，因为1.78的平方根约等于1.33，1.78乘以二次幂(即N＝2)约等于3.16。
确实，采用与如图2-4所示传动系统110类似的机械传动系统的至少部分自动的机械传动系统，在一定的工作条件下可以使分离颚式离合器180移动到和保持在其空挡位置，和/或改变施加在变速叉180A和离合器180的力。本发明的变速致动活塞组件12和致动器系统10提供相当简单、廉价和可靠的措施，实现这些要求的分离式离合器控制特征。
参见图1，液压传动三位致动活塞组件12包括两块缸体14，包括主体片14A和端盖14B。缸体限定一个盲孔16，装载变速致动器例如与其轴向移动的变速叉180A的活塞轴18由此轴向延伸。盲孔16包括大内径部分16A，小内径部分16B，和位于大小内径部分之间的中等内径部分16C。肩部16D和16E分别确定在孔部分16A和16C的交接处和孔16C和16B的交接处。作为例子，对于重载传动，孔部分16A、16B和16C的内径16F、16G和16H分别可以约是2.203英寸、1.197英寸和1.850英寸。
局部面积增大的活塞部件20可滑动和密封地容纳在大孔部分16A，并且固定在轴18上与其轴向移动。活塞20确定了面向左的大面20A和面向右的小面20B。
轴18可滑动地容纳在小直径孔部分16B，在其外径表面18A上装载环形管状活塞部件22。环形管状活塞部件22确定了内径表面22A和外径表面22B，分别被轴18的外径表面18A可滑动密封地承载，和被可滑动密封地容纳于中等直径部分16C内。管状活塞也确定了面向左的活塞面22C。
虽然图中轴18与变速轭180A连接，但是也可以用于操纵其他装置，例如美国专利4920815所示类型的变速机构，在此引证该文件作为参考。
环形管状活塞22相对于轴18的向右轴向移动受止动部件24的限制，而活塞22相对于轴18的向左轴向移动受活塞面20B的限制。管状活塞22相对于孔16和体14的向右轴向移动受肩部16E的限制。活塞面20A和孔部分16A确定了第一室26，通过通道28与可选择地加压和抽空流体管道A连接，而活塞面20B、孔部分16A和管状第二活塞22的向左面22C确定了第二室30，通过通道32与恒定加压的管道B连接。
可以设置位置传感器34，提供轴18和/或变速轭180A的轴向位置的输入信号显示。如图所示，变速轭180A可以完全向左位移，与超速分离器传动比啮合(即，与主轴146啮合的齿轮174)，完全向右位移，与直接驱动分离器传动比啮合(即，与主轴146啮合的齿轮176)，或者居中在空挡位置区域(主轴146不与齿轮174和176啮合)。
可以设置基于微处理器的控制器(或电子控制单元(EUC))36，接收根据预定逻辑规则处理的各种输入信号38，向各种系统致动器、例如用于控制管道A和活塞室26的加压和抽空的脉宽调制的螺线管控制的阀组件42，发送指令输出信号40。这种控制器公知于已有技术，例如可参见美国专利4360060，4595986，5281902和5445126，在此引证这些文件作为参考。
通常来自汽车压缩机的车载过滤并调整的气源44，通过管道B和体14中的通道32直接与室30常接。室26通过管道A和通道28可选择地与源44或空气(ATMO)连接，这取决于三路、两位脉宽调制螺线管控制的阀组件42。在一般的重载气车中，压缩气源44将调整约为80psi。
基于微处理器的控制器36可以接收来自电子数据网的输入信号，例如符合工业制式议定书、例如SAE J1922、SAE J1939和/或ISO 11898的那些信号，和/或来自各种传感器的那些信号，例如表示节流阀踏板位置、汽车速度、传动轴速度、发动机速度、发动机扭矩、变速杆和/或分离器选择器操纵、主动离合器状态等的传感器。控制器36也向显示装置、传动主段和/或范围段致动器、发动机控制器、主动离合器操纵者、驱动线延迟器操纵者等发送指令输出信号40。控制器36也向脉宽调制螺线管控制的阀组件42发送指令输出信号。
可以设置传感器158E(图3)提供代表输出轴158的旋转速度(也代表汽车速度)的信号，可以设置传感器60(图2)提供代表位于变速杆64上的分离选择器开关62的操作的信号。
重要的是注意当活塞轴18/变速轭180A(图1)处于空挡位置，管状活塞22处于止动24上(这是恒定加压室30的常态)，则管状活塞22将与肩部16E接触。因此，如果轴18/轭180A在超速(向左)方向移动，则活塞22的面22C将在轴和轭上施加向右的力(通常情况下约130磅)，当轴18/轭180A移动到空挡或者从空挡移动到正向行驶(向右)方向时，该力突然中断。利用这种特性来控制三位致动器12的位置，以下将更详细说明。
图5是根据轭的定位，在各种脉宽调制的程度向轴轭180A施加的力的曲线图，假设尺寸如上所述，加压流体源为80psi(即，20A＝2.203英寸，20B＝1.197英寸，20C＝1.850英寸，源44＝80psi)。图5中，脉宽调制的百分比(％PWM)从0％调整(全励磁)到100％调制(无励磁时间)变化，正力在正向(向右)，而负力在超速(向左)方向。线50代表如果轭位移到空挡的超速(向右)方向时施加于轭的力，而线52代表如果轭位移到空挡的正向(向左)时施加于轭的力。在螺线管控制的阀42的任何给定的脉宽调制水平，或者在管道A的对应所得加压中，如果轭180A位于空挡左(超速)侧，则管状活塞将向右提供线50和52之间差异大约是130磅的力。
例如，如果在超速啮合，如果螺线管控制的阀42被指令为0％调制(即全励磁)，则轭将被从超速位置向空挡偏置约220磅的力，直至达到空挡(线50)，然后将被从空挡向正向位置(线52)偏置约90磅的力。同样，在20％调制(即阀80％的时间被励磁)，轭将被约170磅的力推向空挡，然后被约40磅的力从空挡推进正向。
如线54所示，在约38％调制(即阀螺线管的励磁时间为62％)，无论轭的位置如何，轭将被约65磅的力偏置向空挡，然后突然停止在空挡位置。理论上，在约28％调制(线56)到约52％调制(线58)之间，轭将被各种量的力偏置向空挡，保持在或靠近空挡位置。
因此，使用本发明的三位致动器系统10，仅需要单个脉宽调制控制的螺线管控制阀组件42，即可提供具有可选择和可保持的三个位置并且可选择地改变致动力的致动器。
在所示系统中，0％-约28％的调制将使致动器变速到正向位置，约28％-52％的调制将使致动器变速到空挡，约52％-100％的调制将使致动器变速到超速位置。另外，利用在0psi-80psi之间选择可变的压力源，通过简单地向管道A提供可变压力源可以获得相同的结果。如果需要，通过改变活塞面20A、20B和22C的相对有效面积，可以改变系统10的操作性能。
阀组件42包括用于控制两位阀部件42B的定位的螺线管42A。设置由来自ECU36的指令信号40操纵的螺线管控制器42C，从车载电源(未示出)、例如电池或交流发电机对螺线管42A的线圈选择地励磁和去磁。全部或部分控制器42C可以与ECU36集成。阀可以具有如上所述美国专利5661998的结构。
施加于螺线管阀42的电压V直接影响阀的响应时间，例如导致空挡状态的PWM值。利用大于2个的因素可以在一般车载系统必须工作其间的9-18VDC的范围内改变此阀响应时间。系统电压V由控制器42C检测并提供给ECU36，调节阀PWM值，以使分离器达到空挡状态。作为施加给螺线管的检测电压V的可变函数进行对螺线管42A的控制。特别是，认为响应时间(于是需要的引入时间)与检测电压成反比地变化。
阀截止的响应时间直接受线圈中最大电流的影响。在ECU和/或控制器42C中采用电路46，使螺线管阀线圈的电流反转到较低的恒定值，无论线圈的电压如何。通过每次从相同点开始，使阀截止时间非常稳定，这样极大地减少了线圈电流电平的变化影响。
与分离器杆18或者活塞中的凹槽50配合的弹簧加载的活柱48，用于把分离器活塞20保持在空挡。这种弹簧加载的活柱或插销通过需要额外的力来脱离这种状态，由此增大了把分离器保持在可锻铸铁的PWM值的范围。插销设计成在PWM状态下增加保持活塞在空挡的力，但增加的力并不很多，不会使液压缸从空挡移向齿轮的响应时间减慢。
阀和/或管道中的注流孔越大，将使分离器活塞保持在空挡状态的PWM范围越小。这是因为大的注孔流动有太多的空气，以致在液压缸的压力升到分离器移动通过空挡的点之前，阀仅能开启很短的时间。
由于与用于分离器活塞的相同的阀42B也用于范围活塞(如果需要，要求高流动性的一个活塞)，所以在分离器螺线管阀42B和分离器活塞室26之间增加注孔或节流阀52，改善这种状态。这样显著地增大了实现空挡的PWM范围，并可使分离器和范围活塞共用阀门。
以上结合控制分离式离合器180的变速叉180A的液压传动三位致动器活塞组件12，介绍了螺线管控制的阀组件42。类似的阀组件可以用于控制范围离合器182变速叉的范围活塞组件。这种阀组件和范围活塞组件的优选实施例如图6所示。
图6展示了液压传动变速致动器系统10’，及其使用的致动器活塞组件12’。系统10’和组件12’的结构基本类似于以上参考图1所述的系统10和组件12。但是，活塞轴18’装载变速致动器例如变速叉182A(用于轴向移动)，使范围离合器182轴向定位。而且，系统10’不包括凹槽或弹簧加载的活柱，例如图1中的凹槽50和活柱48。此外，(对于高流动性的目的)系统10’最好不包括节流阀，例如图1中的节流阀52。
图6还展示了螺线管控制的阀组件42’，由最好与ECU36相同的ECU36’控制。阀组件42’包括两个(2)两位阀组件42B’，每个的位置由螺线管42A’控制。通过螺线管控制器42C’对每个螺线管42A’选择地励磁和降放，均由来自ECU36’的指令信号操纵。全部或部分螺线管控制器42C’可以与ECU36’集成。阀组件42B’的结构最好是与以上参考图1的分离器活塞组件所述的阀组件42B相同。
ECU36’接收根据预定逻辑规则处理的各种输入信号38’，向螺线管控制的阀组件42’发送指令输出信号40’，控制管道A’(和活塞室26’)和管道B’(和活塞室30’)两者的加压和抽空。特别是，通过管道A’和通道28’，室26’选择地与压缩空气源44’(最好是与图1的气源44相同的气源)或与空气(ATMO)连接，这取决于阀部件42B’的位置。通过管道B’和通道32’，室30’选择地与气源44’或与空气(ATMO)连接，这取决于另一个阀部件42B’的位置。按本领域技术人员公知的方式，室26’和室30’的这种加压和抽空控制着活塞轴18’和变速叉182A的移动，也就是范围离合器182的位置。
图7展示了螺线管控制器电路300的优选实施例，其特征在于“低端螺线管驱动”电路。如下所述，这种电路最好用于图1的螺线管控制器42C和图6的螺线管控制器42C’。电路300包括电源MOSFET Q10，其漏极与在优选实施例中由一般是12-14伏的汽车电池电压提供的电源302连接。放大器A1通过连接304接收来自电子控制单元(最好用做ECU36和ECU36’)的电源控制信号，使此信号通向MOSFET Q10的栅极。当通过在其栅极的适当电压信号驱动(ON)MOSFETQ10时，电源电压提供给点P1。点P1与电阻器R17和R18构成的分压器电连接，测试点T1与ECU的数字输入连接。分压器的作用是把点P1的电源电压转变成测试点T1的0-5伏，以便可以作为数字输入电压信号由ECU读取。与点P1电连接的还有螺线管，可以是图1的螺线管42A或者是图6的螺线管42A’之一。与螺线管并联连接的是与电阻器R132串联的二极管D32。
电路300还包括螺线管驱动器MOSFET Q13，当在其栅极提供适当电压信号进行驱动(ON)时，则对螺线管励磁(假设来自电源302的电源电压提供给螺线管)，螺线管电流经过电阻器R9流向地。在MOSFET Q13和电阻器R9之间是与放大器A2电连接的测试点T2。当MOSFET Q13导通时，螺线管被励磁，输入放大器A2的电压(在测试点T2的电压，是电阻器R9的电压降)正比于流经螺线管的电流。通过本领域技术人员公知的方式进行电定标和滤波之后，此电压信号经过连接306提供给ECU的模拟输入端，原因如下所述。连接306还把此电压信号(代表螺线管电流)反馈给螺线管电流控制放大器A3，放大器A3把该信号与经过连接308(适当地定标为模拟电压信号)从ECU接收的螺线管电流电平请求信号进行组合。放大器A3的输出电压信号提供给控制电路310的输入端，控制电路310还接收经过连接312来自ECU的螺线管驱动器ON/OFF请求信号。控制电路310确定MOSFET Q13是否被驱动，也就是螺线管是否被励磁(假设来自电源302的电源电压提供给螺线管)。来自放大器A3的电压信号起PWM(脉宽调制)控制的作用，可以被电路310用于控制螺线管电流的电平。
在优选实施例中，控制电路310是NOR栅极。而且，在优选实施例中，电阻器R17是3920欧姆电阻，电阻器R18是5111欧姆电阻，电阻器R132是3欧姆电阻，电阻器R9是0.1欧姆电阻。
在以下所述优选实施例中，螺线管控制电路300集成在图1的螺线管控制器42C内(与螺线管42A、阀42B以及最终是分离式离合器180的控制一起使用)，并且集成在图6的两个螺线管控制器42C’内(与螺线管42A’、阀42B’以及最终是分离式离合器180的控制一起使用)。全部三个螺线管控制器电路300最好使用公共电源302、MOSFET Q10和放大器A1，以便一个晶体管控制全部三个螺线管(螺线管42A和两个螺线管42A’)的电源。但是，在其他实施例中，每个螺线管控制器电路300可以是完全分立的，包括用于每个的电源302。这种替换的实施例并不优选，因为多于一个的这种电源302会导致成本提高。除了上述公共部分，最好在全部三个电路300中使用公共的分压器(由电阻器R17和R18以及其间的测试点T1构成)。
用本发明的故障检测逻辑对ECU编程，这与用于检测螺线管42A或螺线管42A’故障的螺线管控制器电路300一起构成。图8和9展示了ECU编程的优选列举流程，其中设置了故障检测逻辑。为了简明的目的，该流程仅是针对三个螺线管之一的故障检测。当然，在优选实施例中，故障检测逻辑同样可用于其他两个螺线管。
首先参见图8，故障检测逻辑开始于在ECU编程的正常运行中执行的程序块398。在程序块398中，程序产生计数，“计数1”为其后续程序的使用准备初始化为零。然后程序进行到程序块400，其中螺线管电流经过其螺线管控制器电路300的连接306(如图7所示)被ECU周期地取样。如果被检测故障的螺线管未初始励磁(执行故障检测逻辑时)，则程序块400使ECU对螺线管短暂励磁(对MOSFET Q13的栅极提供适当的驱动信号)，以便流过电流并且代表电流的电压信号经过连接306施加于ECU。正如本领域技术人员公知的，这种励磁保持最小的持续，以便与螺线管相关的阀不会被无意地致动。
程序然后进行到程序块402，确定取样螺线管电流在超过预定的时间周期内是否异常地“低”(低于预定的电流值)。在优选实施例中，预定的电流值(螺线管电流与其相比)是在螺线管的其后电流工作条件下正常存在的电流的大约一半值。例如在一个实施例中，正常螺线管电流(对于初始启动的螺线管)处于1-1.3安培的范围，预定电流值(实际电流值与其相比)大约是500毫安。预定的时间周期将取决于螺线管是初始励磁还是为了电流取样已经短暂励磁(如上所述)。如果螺线管是初始励磁，则预定时间周期最好是大约100毫秒。如果螺线管不是初始励磁，则预定时间周期最好大约是300毫秒。
如果程序块402确定取样的螺线管电流在超过预定的时间周期不低于预定电流值(“NO”)，则不(以及不可能)显示螺线管故障的可能性，程序进行到ECU编程的其他部分。
但是，如果程序块402确定取样的螺线管电流在超过预定的时间周期低于预定电流值(“YES”)，则存在螺线管出现故障的可能性。显示的故障可能性包括(1)开路的螺线管线圈绕组，(2)短路的螺线管线圈绕组，(3)螺线管的低端电源引线短路接地，和(4)开路的螺线管电源引线。程序进行到程序块406，执行图9所示的诊断步骤。以下将更详细说明的诊断步骤，返回“不确定”结果、“开路故障”结果(对应于上列(1)或(4)故障)、或者“短路故障”(对应于上列(2)或(3)故障)。程序进行到程序块408，确定故障结果(“开路”或“短路”)是否已经返回。如果是的(“YES”)，程序进行到程序块410，无论存在什么螺线管故障，ECU使传动系统运行在适当的“退回”工作模式，以便防止传动系统损坏或不期望的传动运行。适当的退回模式的选择方式至少部分地取决于故障结果是“开路故障”还是“短路故障”结果，以及检测故障时的传动状态。程序块410最好还使ECU向汽车驾驶者显示检测的故障。为此目的最好在驾驶者的变速圆形把手上采用警告灯，最好为特定的螺线管设置特殊的闪烁速率(闪烁码)来标识故障螺线管。
但是，如果程序块408确定故障结果(“开路”或“短路”)尚未返回(“NO”)，则“不确定”结果必定已返回，程序进行到程序块412。“不确定”结果发生在螺线管电流突然降低但诊断步骤不能检测螺线管故障。这种“不确定”结果可能由各种情况引起，最可能的是汽车遭受EMI(电磁干扰)事件时。EMI事件可能向ECU驱动降低模拟输入线，导致螺线管电流的错误“低”读数，启动螺线管故障诊断步骤。由于EMI事件一般持续较短，所以汽车能够“渡过”这种事件直至ECU的模拟输入线返回正常，并且取样的电流读数再次正确。程序块412有助于这种“渡过”的努力。程序块412确定计数器“计数1”是否等于6。如果不是(“NO”)，则程序进行到程序块414，对计数器加一，程序环回程序块400，再次取样螺线管电流，从而开始另一个故障检测逻辑循环。利用程序块412和414，程序反复7次故障检测逻辑循环(在优选实施例中)，从而试图等待EMI事件(或者“不确定”结果的其他原因)结束。在这些7个循环中的一个期间，如果“不确定”结果的起因终止，取样电流返回正常水平，则程序块402将使程序离开故障检测逻辑，进行ECU编程的其他部分。但是，如果在整个7次循环时间周期中，程序块402连续确定异常低电流的存在，从诊断步骤连续返回“不确定”结果，然后程序块412将最终确定计数器1计数到6(“YES”)，程序进行到程序块416。程序块416然后使ECU按适当退回模式运行传动系统，向汽车驾驶者显示检测的“不确定故障”(最好按上述参考程序块410说明的方式)。在这种状态，螺线管存在问题，但是这是诊断步骤不能识别的问题。
参见图9，其展示了由图8的程序块406执行的诊断步骤。步骤开始于程序块450，产生两个计数，“计数器2”和“计数器3”，为其后续程序的使用准备初始化为零。接着，程序块452开始“开路螺线管检测”，其目的是检测可能存在的“开路故障”，例如开路的螺线管线圈绕组或者开路的螺线管电源引线。在优选实施例中，程序块452使其他两个螺线管(它们不是故障检测逻辑的目前目标)被(或保持)释放。这种释放的目的是隔离潜在的故障螺线管(在优选实施例中全部三个螺线管共用公共电源302)，以便以下说明的“衰变检测”仅受潜在的故障螺线管的影响。借助来自ECU的适当控制信号实现释放，控制每个螺线管的螺线管控制器电路300的电路310，从而每个螺线管的螺线管驱动器MOSFETQ13截止。程序块452也使潜在的故障螺线管将(或保持)被施加于其驱动器MOSFET Q13栅极的适当驱动信号励磁。
然后程序进行到程序块454，使ECU关闭电源MOSFET Q10，以便电源电压不再提供给电路300的点P1(图7)。此时开始“衰减测试”，从而点P1的电压开始按一定速率衰减。随着电压衰减，电路300的分压器在测试点T1把衰减的电压转变成0-5伏。在预定时间周期之后(在优选实施例中大约是40毫秒)，程序块454使ECU读取测试点T1的电压作为数字输入电压。如果点P1的电压已衰减(在40毫秒的时间周期)到测试点T1的转变电压降低到大约0.8伏(在优选实施例中)的程度，则ECU将数字地读取T1电压值作为低电平逻辑状态。另一方面，如果T1电压是0.8伏或更高，则ECU将数字地读出T1电压值作为高电平逻辑状态。(在优选实施例中使用如上所述电路300成分值，测试点T1的0.8伏的电压对应于点P1的1.4伏的电压。)测试点T1的逻辑状态已被ECU读取之后，程序块454则使ECU导通电源MOSFET Q10，以便电源电压再次提供给电路300的点P1，使全部三个螺线管返回其初始励磁或释放状态。这种电源电压的重连和螺线管返回其初始状态必须在特定的时间周期中进行，以便防止不期望的阀变化影响传动操作。实验确定大约90毫秒的时间周期是适当的时间周期，在此时间内程序块454必须进行要求的恢复。
程序块454之后，程序进行到程序块456，确定由ECU在测试点T1读取的逻辑状态是否高电平。如果是(“YES”)，则假设螺线管存在“开路故障”，程序进行到程序块458。这种假设的原因是无“开路故障”的励磁螺线管将产生能量的快速放电，从而测试点T1的逻辑状态将被读做低电平。不发生这种快速放电的事实强烈地表明存在“开路故障”。但是，在优选实施例中，在接受“开路故障”的假设事实之前，应重复“开路螺线管测试”，以便证实结果。程序块458有助于这种证实。程序块458确定计数“计数器2”是否等于2。如果不是，(“NO”)，则程序进行到程序块460，对计数器加1，程序环回到程序块452，开始另一个“开路螺线管测试”。利用程序块458和460，程序反复测试三次(在优选实施例中)。在这些三个测试循环之一，如果测试点T1的逻辑状态读取为低电平，则未实现证实，程序块456将使测试停止。但是，如果程序块456在三个连续测试循环中确定逻辑状态是高电平，则实现了证实，程序块458将最终确定计数器2计数为2(“YES”)。程序进行到程序块462，使诊断步骤把“开路故障”结果返回图8的程序块406。
在优选实施例中，当可能的故障螺线管是图1的螺线管42A(用于分离器活塞组件12的致动)时，则可按另一方式证实“开路故障”的假设，可能故障的螺线管是初始励磁的(当启动故障检测逻辑时)。在这些情况中，如果分离器变速叉180A滑入空挡，则存在“开路故障”的可能性很高。因此，由ECU检测这种滑入(当存在适当的情况时)可以用做“开路故障”的证实，并且在优选实施例中包括在逻辑程序块458(或在别处)。由于上述滑入是非常不期望的，因而包括这种逻辑是尤其需要的，因为使这些情况的故障识别提速。
现在返回程序块456，如果确定由ECU在测试点T1读取的逻辑状态不是高电平(“NO”)，则程序进行到程序块464。程序块464开始“短路螺线管测试”，其目的在于检测可能存在的“短路故障”，例如短路的螺线管线圈绕组或者螺线管的低端电源引线短路接地。与程序块452类似，在优选实施例中，程序块464使其他两个螺线管(不是故障检测逻辑的本目的的螺线管)准备(或保持)释放，用于上述目的。但是，程序块464还通过截止其驱动MOSFET Q13使潜在的故障螺线管准备(或保持)释放。
程序然后进行到程序块466，执行与程序块454相同的操作，如上所述。程序块466之后，程序进行到程序块468，确定由ECU在测试点T1读取的逻辑状态是否低电平。如果是(“YES”)，则假设螺线管具有“短路故障”，程序进行到程序块470。这种假设的原因是没有“短路故障”的释放螺线管将导致能量的慢速放电(在“衰减测试”期间)，从而在测试点T1的逻辑状态将被读取为高电平。代替发生快速放电的事实强烈表示存在“短路故障”。但是在优选实施例中，在接受“短路故障”的假设为事实之前，希望重复“短路螺线管测试”证实结果。按与结合程序块458和460的上述类似的方式，通过重复三次测试(在优选实施例中)程序块470和472有助于这种证实。在这些三个测试循环之一，如果测试点T1的逻辑状态读取为高电平，则未实现证实，程序块468将使测试停止。但是，如果程序块468在三个连续测试循环中确定逻辑状态是低电平，则实现了证实，程序块470将最终确定计数器3计数为2(“YES”)。程序进行到程序块474，使诊断步骤把“短路故障”结果返回图8的程序块406。
在优选实施例中，当可能的故障螺线管是图1的螺线管42A(用于分离器活塞组件12的致动)时，则可按另一方式证实“短路故障”的假设，可能故障的螺线管是初始释放的(当启动故障检测逻辑时)。在这些情况中，如果分离器变速叉180A滑入空挡，则存在“短路故障”的可能性很高。因此，由ECU检测这种滑入(当存在适当的情况时)可以用做“短路故障”的情况，最好包括在程序块470(或在别处)的逻辑中，从而有利于使这些情况的故障识别提速。
现在返回程序块468，如果确定由ECU在测试点T1读取的逻辑状态不是低电平(“NO”)，则程序进行到程序块476。程序块476使诊断步骤把“不确定”结果返回图8的程序块406。
虽然以上结合低端螺线管驱动电路介绍了本发明的优选实施例，但是本发明的故障检测逻辑当然可以配置在其他适当的电路构成中。此外，本发明可以用于传动系统任何部分以及其他非传动相关的系统中所用的螺线管故障的检测。
虽然以一定程度的特殊性介绍了本发明的优选实施例，但是在不脱离权利要求的精神和范围的条件下，可以对形式和细节做出各种变化。

Claims (16)

1.一种用于检测螺线管控制的致动器组件中的故障的系统，所述系统包括：
一个螺线管；
提供电源电压的电源；
用于使所述螺线管选择地励磁和去激磁的螺线管驱动电路；
用于检测所述螺线管中的电流并产生螺线管电流信号的电流检测电路；
一个电源开关电路，用于使所述电源电压与所述螺线管选择地连接或断开；
一个电压衰减检测电路，耦合到所述螺线管以产生电压信号；以及
与所述螺线管驱动电路、所述电流检测电路、所述电源开关电路、和所述电压衰减检测电路耦合的处理电路，所述处理电路执行故障检测逻辑运算，其中所述处理电路接收所述螺线管电流信号，如果所述螺线管电流信号在预定的时段内低于预定电流值，则使所述螺线管驱动电路对所述螺线管励磁，使所述电源开关电路切断所述螺线管的所述电源电压，并监控所述电压信号中的电压衰减速率，以确定是否存在故障。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述处理电路通过确定所述电压信号是否在第二预定时段内一直高于预定电压电平而监控所述电压信号中的电压衰减速率，以便确定是否存在开路故障。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：致动器组件在车辆传动系统中实现，该传动系统包括具有空挡位置的多位置拨叉。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：致动器组件在车辆传动系统中实现。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电压衰减检测电路包括一个分压器。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述螺线管驱动电路和所述电源开关电路各包含一个金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：电流检测电路包括一个在所述螺线管和地之间连接的电阻器。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述处理电路是一种基于微处理器的控制器。
9.一种用于检测螺线管控制的致动器组件中的故障的系统，所述系统包括：
一个螺线管；
提供电源电压的电源；
用于使所述螺线管选择地励磁和去励磁的螺线管驱动电路；
用于检测所述螺线管中的电流并产生螺线管电流信号的电流检测电路；
一个电源开关电路，用于使所述电源电压与所述螺线管选择地连接或断开；
一个电压衰减检测电路，耦合到所述螺线管以产生电压信号；以及
与所述螺线管驱动电路、所述电流检测电路、所述电源开关电路、和所述电压衰减检测电路耦合的处理电路，所述处理电路执行故障检测逻辑运算，其中所述处理电路接收所述螺线管电流信号，如果所述螺线管电流信号在预定的时段内低于预定电流值，则使所述螺线管驱动电路对所述螺线管去励磁，使所述电源开关电路切断所述螺线管的所述电源电压，并监控所述电压信号中的电压衰减速率，以确定是否存在故障。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述处理电路通过确定所述电压信号是否在第二预定时段之后低于预定电压电平而监控所述电压信号中的电压衰减速率，以便确定是否存在短路故障。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于：致动器组件在车辆传动系统中实现，该系统包括具有空挡位置的多位置拨叉。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于：致动器组件在车辆传动系统中实现。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述电压衰减检测电路包括一个分压器。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述螺线管驱动电路和所述电源开关电路各包含一个金属氧化物半导体场效应晶体管。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于：电流检测电路包括一个在所述螺线管和地之间连接的电阻器。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述处理电路是一种基于微处理器的控制器。
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