具有容错滑行控制逻辑的传动系系统

摘要

一种用于具有发动机和第一能量存储系统(ESS)的传动系系统的容错滑行控制的方法包括：在发动机正在运行时，以校准的频率从频率分析器装置接收第一ESS的实部阻抗值，并且将实部阻抗值与校准的阻抗进行比较。当实部阻抗值小于校准的阻抗时，启用滑行操纵，进而允许在高于阈值速度时关闭发动机。该方法可以包括：当实部阻抗值超过校准的阻抗时，使用与第一ESS并联的第二ESS来启动发动机，以退出滑行操纵。只要实部阻抗值超过校准的阻抗，可以阻止滑行操纵的后续执行。传动系系统包括发动机、起动机马达、可再充电ESS、频率分析器和控制器。

权利要求

1.一种传动系系统，其包括：

内燃发动机；

辅助起动机马达，其操作性地连接至所述发动机且构造为选择性地启动所述发动机；

可再充电能量存储系统，其电连接至所述辅助起动机马达；

频率分析器装置；以及

控制器，其被编程为用于提供对所述传动系系统的容错滑行控制，其中所述控制器被编程为用于：当所述发动机正在运行时，以校准的频率从所述频率分析器装置接收所述可再充电能量存储系统的实部阻抗值；

将所述实部阻抗值与校准的阻抗值进行比较；以及

仅在所述实部阻抗值小于所述校准的阻抗值时，通过在阈值速度之上关闭所述发动机来执行所述传动系系统的滑行操纵。

2.根据权利要求1所述的传动系系统，其进一步包括与所述可再充电能量存储系统电气并联的附加的能量存储系统，其中所述控制器被编程为用于：当所述实部阻抗值超过所述校准的阻抗值时，使用来自所述附加的能量存储系统的能量来命令所述发动机的启动，由此退出所述滑行操纵；以及只要所述实部阻抗值超过所述校准的阻抗值，阻止所述滑行操纵的后续执行。

3.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述附加的能量存储系统是不可再充电装置。

4.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述附加的能量存储系统是可再充电装置。

5.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述控制器被编程为用于通过激活开关来命令所述发动机的启动，由此将所述附加的能量存储系统连接至所述辅助起动机马达。

6.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述控制器被编程为用于使用所述实部阻抗值来计算阻抗轨迹，并且仅当所述实部阻抗值小于所述校准的阻抗值以及在所述滑行操纵期间所述计算的阻抗轨迹将不会导致所述实部阻抗值超过所述校准的阻抗值时，启用所述滑行操纵的执行。

7.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述校准的频率为1000Hz±500Hz。

8.根据权利要求2所述的传动系系统，其进一步包括与所述可再充电能量存储系统电气并联的附加的能量存储系统，其中所述附加的能量存储系统和所述可再充电能量存储系统具有相对于彼此的单独的正负极端子。

9.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述阈值速度是所述发动机的速度。

10.根据权利要求2所述的传动系系统，其中所述阈值速度是车辆的速度。

说明书

具有容错滑行控制逻辑的传动系系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有容错滑行控制逻辑的传动系系统。

背景技术

[0002] 在具有联接至传动机构的内燃机的传动系中，12伏DC辅助起动机马达能够被选择性地通电来转动发动机的曲轴并且由此启动发动机。混合传动系结合一个或多个电机来使用发动机，以便优化传动系效率。一种类型的混合电传动系使用皮带传动交流发电机起动机(BAS)，其中，电机例如通过皮带和滑轮系统联接至曲轴。在一些传动系构造中，辅助起动机马达或电机可以用于启动发动机，同时在发电机模式下来自发动机的转矩被用来向电机供给动力，以对电存储系统再充电。

发明内容

[0003] 在此公开了一种用于提供传动系系统的容错滑行控制的方法，该传动系系统具有内燃机、辅助起动机马达、第一能量存储系统(ESS)和控制器。在一个示例性实施例中，该方法包括：通过控制器以校准的频率(ω)，例如1000Hz±500Hz，从频率分析器装置接收第一ESS的测量的实部阻抗值。这是在发动机正在运行的过程中发生的。该方法还包括：将所测量的实部阻抗值与校准的阻抗值进行比较，并且只有当所测量的实部阻抗值小于校准的阈值阻抗值时，通过控制器使传动系系统的滑行操纵能够执行(即在例如车辆或发动机速度等阈值速度之上关掉发动机)。

[0004] 该方法还可包括：在滑行操纵期间，使用来自第二ESS的能量启动发动机，因此退出滑行操纵。这是在所测量的实部阻抗值超过校准的阻抗值时发生的。该方法还包括：当所测量的实部阻抗值相对于校准的阻抗值保持较高的值时以控制器的逻辑阻止滑行操纵的后续执行。

[0005] 在此还公开了传动系系统的一个实施例，该传动系系统具有发动机、辅助起动机马达、可再充电ESS、频率分析器装置和上述的控制器。辅助起动机马达操作性地连接到发动机且构造为选择性地启动发动机。可再充电ESS电连接至辅助起动机马达。控制器被编程为使用上述方法来提供传动系系统的容错滑行控制。

[0006] 本实施例中的第二ESS可以是不可再充电装置或者可再充电装置，例如，分别为一次电池或二次电池。

[0007] 使用来自第二ESS的能量启动发动机可包括：将继电器或其它机械开关或半导体开关激活，以将第二ESS连接至辅助起动机马达。在一些实施例中，第二ESS可以是超级电容器。

[0008] 详细的描述和附图对本发明是支持性和描述性的，而本发明的范围仅仅由权利要求书限定。虽然已经详细地描述了用于执行权利要求书的一些最佳模式和其它实施例，但是，用于实践所附权利要求书中所限定的公开内容的各种可替代设计和实施例仍然存在。

附图说明

[0009] 图1是示例性传动系系统的示意图，该传动系系统具有发动机和控制器，该控制器如本文所述的编程有容错滑行控制逻辑。

[0010] 图2是图1中所示的传动系系统的示例性能量存储系统的阻抗值的示意图。

[0011] 图3A至图3B是可用作图1中所示的传动系系统的一部分的电气系统的可替代实施例的可能构造的示意图。

[0012] 图4是可用在图1的传动系系统中的能量存储系统的用于独立故障诊断的示例性四端子设计的示意图。

[0013] 图5是描述了用于执行图1中所示的传动系系统的滑行操纵的容错控制的示例性方法的流程图。

具体实施方式

[0014] 参考附图，其中同样的附图标记在所有这几个附图中指示同样的或相应的部件，图1中示意性地示出了传动系系统10。在各种实施例中，传动系系统10可以是任意具有传动系12的系统，传动系12包括内燃机(E)14。传动系系统10可以不同地具体实施为车辆、发电装置或制造装置、流体管道泵送系统或在发动机14上具有减少负载的周期或没有负载的周期的任何其它系统，其中，在某些操作点处停止发动机14的动作将会减少燃料消耗和噪声和/或提供其他益处。可能的车辆实施例包括可操作地用于输送人员或货物的移动机器，例如常规的轮式机动车辆，诸如汽车、卡车、客车、摩托车和自行车，并且根据构造还可以包括有轨车辆、船只、飞行器或宇宙飞船。出于便于说明，以下使用机动车辆，并且传动系系统10在以下作为车辆10描述，同时还不会限制这种实施例的应用。

[0015] 除了上文提到的传动系12和发动机14之外，车辆10还可包括传动机构(T)16和电机38，后者还在图1中标记为MGU，以根据操作模式指示出可能的马达和发电机功能。发动机14和/或电机38向传动机构16的输入构件24提供输入转矩(箭头TI)。在图1所示的车辆10的非限制性实施例中，传动机构16可以联接至车辆10的驱动轮20，并且通过最终驱动单元18传递输出转矩(箭头TO)，

[0016] 如此处进行构造的传动系12包括电气系统22，电气系统22根据需要可操作地用于启动和停止发动机14，以便诸如节省燃料。在车辆10中，这种情况可以在停止信号灯处空转时发生或者在滑行中车辆10或发动机14的较高速率下空转时发生。在本文中所使用的术语“滑行”和“滑行操纵”是指一种操作模式，其中车辆10在特定速度(例如50MPH的地面速度)之上运转，同时关闭发动机14。尽管为了清楚地说明而作出了省略，但电气系统22可包括其它部件，诸如电力电子器件、电压调节器、功率逆变器等。

[0017] 控制器50配备有频率分析器装置SZ，例如微型芯片或电路，其以下面参考图2所述的校准的频率(ω)可操作地用于直接测量穿过第一能量存储系统54(ESS1)的阻抗。当经由频率分析器装置SZ检测到骤然的/高频的故障(诸如第一ESS 54的电气短路或长期失效)时，控制器50还被编程以选择性地阻止进入滑行操纵。当滑行操纵激活时，控制器50可操作地用于通过第二ESS 56(ESS2)来请求发动机14的自动启动。以下参考图3A至图3B来描述电气系统22的可能的实施例。在图4中描绘了第一ESS 54和第二ESS 56的示例性的四端子封装实施例。参考图5对用于在航行时实施容错逻辑的示例性方法100进行描述。

[0018] 图1的控制器50可以构造为具有诸如处理器(P)和存储器(M)的普通元件的计算装置，存储器(M)包括有形的非瞬变存储器装置或者介质(诸如只读存储器、随机存取存储器、光学存储器、闪存存储器、电可编程只读存储器等)。控制器50还可包括任何所需的逻辑电路，包括但不限于，比例-积分-微分控制逻辑、高速时钟、模拟-数字电路、数字-模拟电路、数字信号处理器和必要的输入/输出装置以及其它信号调节和/或缓冲电路。

[0019] 相对于图1的示例性车辆10，承载来自发动机14的转矩的曲轴23选择性地联接至传动机构16的输入构件24。传动机构16可包括齿轮装置以及一个或多个离合器，通过该离合器将转矩从发动机14传递至输入构件24，然后再传递至最终驱动18和驱动轮20。驱动轮20在可替代设计中可以是车辆10的前轮和/或后轮。

[0020] 车辆10可以配备有如图所示的皮带传动交流发电机起动机(BAS)系统。在这种实施例中，环形可转动驱动构件37(诸如皮带或链条的闭环)根据操作模式通过第一滑轮34或第二滑轮48进行驱动。第一滑轮34可以联接至曲轴23，使得第一滑轮34和曲轴23能够一体旋转。当电机38是多相装置(其在减少车辆10的燃料消耗以及排放中可能被利用来辅助来自发动机14的转矩或为能量存储系统(ESS1)54充电)时，电机38同样地被选择性地联接至发动机14，同时来自电机38的转矩由电气系统22通过功率逆变器模块(PIM)49来供给动力。例如，在某些实施例中，电机38可以通过第二滑轮48从发动机14的皮带侧启动发动机14，或者诸如当在发动机14被关闭的情况下进行滑行或航行时，可以向曲轴23提供转矩以协助推进车辆10。电机38还可以选择性地用作发电机以产生电流或对第一ESS 54再充电，以及在一些实施例中对第二ESS 56再充电。

[0021] 辅助起动机马达45(MS)可以选择性地激活以将转矩传递至曲轴23。例如，如果起动机马达45是多相装置，则起动机马达45可以再次通过PIM49从电气系统22汲取动力，如果起动机马达45是DC马达装置，则起动机马达45可以直接地从电气系统22汲取动力。一旦被通电，起动机马达45可以通过齿轮元件63将马达转矩传递至齿圈30(该齿圈30如图所示连接至曲轴23)，从而如下所述地从电气系统22汲取动力。在一些实施例中，例如，通过图1中示意性地示出的齿轮元件60，起动机马达45可以与电机38接合。在不偏离此公开的范围的前提下，其它实施例可以放弃使用单独的起动机马达45，而使用12VDC电机38用于发动机启动和转矩辅助。

[0022] 电机38包括转子轴44，该转子轴44选择性地将马达转矩传递至曲轴23以启动发动机14。第二滑轮48联接至转子轴44。对于某些操作而言，转子轴44和第二滑轮48能够一体旋转，然而在其它操作中，转子轴44和第二滑轮48单独地可旋转或者一个旋转而另一个不旋转。

[0023] 相对于图1的电气系统22，控制器50被专门编程为检测高频率故障模式，其中此处所用的“高频率”是指与时间频率相反的电气频率。示例性高频率故障模式包括电气短路或导电率的突然丧失，在滑行操纵期间，两者中的任一种都可以阻止发动机14的启动。基于这种评估，诸如通过阻止车辆10进行滑行、设定诊断代码和报警等，控制器50还被编程为通过传动系控制信号(箭头11)来执行关于传动系12的控制动作。如在本领域中已知的，在沿着一段公路滑行时，发动机14的状态可以根据最佳混合驱动模式发生摆动，即开启和关闭。当发动机14关闭时，第一ESS 54可激励电机38。因此，如果在第一ESS 54中发生了电气短路，则发动机14不能被重新启动，因此，任何发动机驱动的动力系统(在图1中统一表示为辅助负载(L)58)不能被激活。因此，控制器50编程有包含方法100的计算机可读指令，以便通过高频率电气故障的早期检测来预防这种情况的发生，并在特定滑行操纵期间这种故障模式存在或可能存在时，阻止进入滑行操纵。

[0024] 为了实现期望的结束，控制器50可包括频率分析器装置SZ或被放置来与频率分析器装置SZ通信，频率分析器装置SZ可操作地用于在发动机14在运行时以校准的频率(ω)来测量穿过第一ESS 54的总阻抗Z(ω)。可以用同样方式来评估第二ESS 56。在特定的非限制性的示例性实施例中，校准的频率(ω)为约1000Hz。也就是说，当曲柄起动以及启动发动机14时，峰值功率脉冲的典型持续时间(T)为约1毫秒，这对应于等于1000Hz的频率(ω)或
1000Hz频率。在该频率的合理频带(例如1000Hz±500Hz)之内，可以获得充分的性能。在本发明的范围内，可以使用大于1500Hz或者小于500Hz的实施例，例如1Hz-1MHz。然而，至少相对于更高的频率，能够产生可能很难去表征的感应效应。

[0025] 在图1的示例性实施例中，第二ESS 56可以具体实施为一次电池，即不能进行再充电的可更换电池。相对于第一ESS 54，这种装置具有较小的质量，并且在需要更换之前，其尺寸可以用于有限的启动次数(例如5-10次启动)。在可能的构造中或者在任何其它适当坚固的可消耗高/低温设计中，可以使用一系列的3VDC、1200mAh的聚碳一氟化锂电池。这种小电池的目的在于当第一ESS 54的阻抗在校准的阻抗值之上时，紧急曲柄起动发动机14以允许图1的车辆10的操作员顺畅地退出滑行操纵。因此，当控制器50探测到在校准的阻抗值(例如上述的1000Hz±500Hz)之上的阻抗时，控制器50可命令将开关S1关闭，以将第二ESS 56连接至电机38。

[0026] 简要地参考图2，示例性阻抗曲线Z(ω)具有虚部和实部，如在本领域已知的，如图所示，虚部阻抗(ZIM)表示在垂直轴上，实部阻抗(ZR)表示在水平轴上。

[0027]

[0028] 校准的新ESS 54可具有总阻抗曲线Z(ω)，同时高频率截点62表示纯欧姆下降。当给定的ESS经历高频率故障(诸如电气短路或例如由于老化引起的导电率丧失)时，在图2中阻抗曲线将向右偏移，以定义出新的阻抗曲线Z(ω)N和新的截点162。

[0029] 控制器50可以使用频率分析器装置SZ来请求以校准的频率(ω)测量ESS 54或ESS 56的总阻抗，将所测量的阻抗与校准的阻抗值相比较，并且只有当所测量的阻抗超过所校准的阻抗值时，执行关于传动系12的控制动作。也就是说，当所测量的阻抗超过所校准的阻抗值时，除了执行其它提示维修的控制动作之外，控制器50还可确保发动机14不被关闭。在特定实施例中，频率分析器装置SZ可以是可操作地用于以高精确度直接测量阻抗的集成电路或芯片。由于在电气系统22中的电流通常较低，电压和电流的阻抗的计算可能不会产生最佳的精确度，因此频率分析器装置SZ提供了可作为电气系统22的一部分来使用的精确的硬件解决方案。

[0030] 参考图3A和图3B(其示出了两个可能的电气系统122和222)，图1的第二ESS 56的一次电池实施例可以可替代地具体实施为具有二次/可再充电构造的第二ESS 156。第一ESS 54和第二ESS 156可以是电气并联布置的相似的或相同的模块，例如两个相同的铅酸电池模块。如在图3A的示例性12VDC电气系统122所示，基于由控制器50以校准的频率(ω)执行的阻抗评估，第一开关(S1)可由来自控制器50的控制信号(箭头11)命令，以根据需要选择性地将第一ESS 54和第二ESS 156中的一个从传动系12断开。

[0031] 在图3B中，电气系统222中的第二ESS 156可以是超级电容器，其尺寸为根据需要重新启动发动机14或者从发动机14接受充电。在正常模式下，开关S2打开而开关S1关闭，从而将第一ESS 54连接至电机38。在滑行保护模式下，开关S1可以打开，从而将第一ESS 54断开而将第二ESS 156连接。同时，控制器50可记录向图1的车辆10的操作员作出警示的诊断代码，以便维修第一ESS 54以及阻止传动系12执行滑行操纵直到第一ESS 54已被修复或替换。

[0032] 参考图4，在上述的实施例中，各个第一ESS 54和第二ESS 56可以封装在一起，使得第一ESS 54紧邻于第二ESS 56，以形成单个电池模块59。但是，第一ESS 54和第二ESS 56中的每一个保持其自己的正负极端子T54和T56，使得电池模块59为如图所示的四端子设计。使用四个端子而不是仅仅两个端子实现了第一ESS 54和第二ESS 56的独立评估和诊断。以这种方式，向第一ESS 54和第二ESS 56两者提供完整的容错。在第一ESS 54断开的情况下，四端子构造还保护第二ESS 56不会断开，这一点在两端子设计中是不可能的。

[0033] 图5描绘了一种在其公开的任意实施例中用于提供图1的传动系12的容错滑行控制的示例性方法100。从步骤S102开始，在发动机14正在运行时以及正在将所有所需的输入转矩传递至传动机构16时，控制器50以校准的频率(ω)从图1的频率分析器装置SZ接收阻抗测量。方法100前进至步骤S104，但是仍然根据预定采样环路继续周期性地接收阻抗测量。

[0034] 步骤S104包括将来自步骤S102的所测量的阻抗值与校准的阻抗值进行比较。当检测到小于校准的阻抗值的值时，方法100前进至步骤S106，或者，当检测到超过校准的阻抗值的值，或者如下所述，阻抗轨迹表明在滑行操纵期间所测量的阻抗将很可能超过校准的阻抗值时，方法100可替代地前进至步骤S108。

[0035] 在步骤S106处，控制器50启用滑行/航行操纵。步骤S106可能需要在存储器(M)中设定位标志或许可，使得单独的控制器，或控制器50，因此能够允许发动机14关闭以及允许滑行开始。然后方法100前进至步骤S110。

[0036] 在步骤S108处，控制器50禁用滑行操纵。步骤S108可能需要在存储器(M)中设定位标志或许可，使得单独的控制器，或控制器50，因此能够阻止发动机14关闭以及滑行。步骤S108还可包括在存储器(M)中设定诊断代码以及可能在车辆10内激活指示灯、发送文本信息或以其他方式警示车辆10的操作员需要维修第一ESS 54，或者根据哪个装置正被评估来维修第二ESS 56或156。

[0037] 步骤S110包括在滑行时确定所接收的阻抗值是否保持小于上述的校准的阻抗值。也就是说，在传动系12正在主动滑行时，第一ESS 54可能经历故障，或者控制器50可以确定在进入如下所述的滑行操纵之后这种故障很可能发生。在这种情况下，方法100前进至步骤S112。

[0038] 在步骤S112处，控制器50可执行关于传动系12的另一控制动作。在这种情况下，控制器50可以激活图3A的第一开关S1，以将第一ESS 56连接至起动机马达45，从而启动发动机14以及退出滑行操纵，之后前进至步骤S108。或者，控制器50可以激活图3B的第一开关S1和第二开关S2，以将第二ESS 156的超级电容器实施例连接至图1的起动机马达45，从而启动发动机14。一旦被启动，超级电容器可以例如使用交流发电机或其它通过发动机14供给动力的发电装置(未示出)来进行再充电。

[0039] 本领域普通技术人员将理解的是，可以设想方法100的其它变型。例如，可以设想前瞻的或先取的实施例，其中，如果控制器50确定在滑行操纵期间阻抗变化轨迹将引起第一ESS 54的测量的阻抗超过校准的阻抗值，则不允许图1的发动机14关闭以及进入滑行操纵。

[0040] 也就是说，控制器50没有在滑行操纵将由控制器50命令或启用的时间点上对第一ESS 54的阻抗进行评估，而是可以通过使用所测量的实部阻抗值来计算阻抗轨迹，然后仅当测量的实部阻抗值小于校准的阻抗值以及在滑行操纵的持续时间期间阻抗轨迹将不会导致测量的实部阻抗值超过校准的阻抗值时，启用滑行操纵。

[0041] 例如，控制器50可在进入滑行操纵之前，在校准的间隔期内，评估在多个不同时间点上的阻抗的变化。通过在滑行操纵的可能的持续时间内提前预计阻抗的变化，控制器50就能迅速地确定在滑行操纵的过程中第一ESS 54的阻抗是否将上升来超过校准的阻抗值。在这种情况下，控制器50可以以先取的方式阻止进入滑行操纵并且执行上述的所要求的控制动作，例如，设定诊断代码或以其它方式警示操作员关于ESS 54的当前状态。

[0042] 虽然已经详细地描述了用于执行本发明的最佳模式，但熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将会认识到用于在所附权利要求书的范围内实践本发明的各种可替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或者在本描述中所提及的各种实施例的特征并不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，在一个实施例的多个示例中的一个中所描述的每个特征可与一个或多个来自其它实施例的其它期望的特征相结合，这就使得其它实施例没有用文字或参考附图来描述。因此，这类其它实施例落在所附权利要求书的范围框架之内。