專利名稱：用于動力系統的扭矩機中的故障檢測的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用扭矩機、內燃發動機和自動變速器的動力系統。
背景技術：
本部分中的敘述僅僅提供與本發明相關的背景信息。因此，這些敘述不旨在構成對現有技術的承認。已知的車輛動力系統括一個或多個扭矩致動器，該扭矩致動器聯接到變速器，其將扭矩傳遞到傳動系用于牽引力。扭矩致動器包括內燃發動機和電馬達/發電機。代替交流發電機，可以在帶式交流發電機起動機(BAS)系統中使用電馬達/發電機作為扭矩致動器。BAS系統包括蛇形帶，以在發動機和電馬達/發電機之間傳遞扭矩。BAS系統使用高壓
能量儲存系統，從而通過逆變器對電馬達/發電機供應高壓電功率。逆變器利用功率開關例如集成門驅動晶體管(IGBT)，將高壓DC電功率轉換成高壓AC功率，所述高壓AC功率被傳遞至電馬達/發電機用以產生用于牽引力和發動機起動的扭矩。這樣的系統中的故障包括逆變器、電馬達/發電機、電連接在逆變器和電馬達/發電機之間的多相功率總線中任一個中的接地故障和線間電短路。與功率開關和電馬達/發電機的繞組相關聯的故障可能導致過度的電流流經各個部件以及功率開關中的一個或多個功率開關的集電極和發射極兩端的電壓幅值的增加，被稱為減飽和(desaturation)。當柵極-發射極電壓高時，如果功率開關的集電極和發射極兩端的電壓幅值上升到超過例如5-8伏的閾值，則被認為存在減飽和狀況。對減飽和故障的已知的控制系統響應包括電馬達/發電機的立即關閉。已知的系統被構造為監測功率開關集電極-發射極電壓以檢測減飽和故障，并且包括控制系統，從而一旦檢測到故障，該控制系統就實現電馬達/發電機的立即關閉。動力系統暴露于包括電磁干擾(EMI)的外部干擾，其會觸發對故障的錯誤檢測以及不必要的相關聯的電馬達/發電機的立即關閉。
發明內容
一種動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機。一種用于操作動力系統的方法包括在檢測到與被配置用以控制到扭矩機的功率流的功率開關相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出并且執行重試事件。在去抖時間段之后執行每個重試事件。當重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，報告存在與所述功率開關相關聯的故障。本發明還提供如下方案
I. 一種用于操作動力系統的方法，所述動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機，所述方法包括
在檢測到與被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出并且執行重試事件，其中，在每個重試事件之前具有去抖時間段的情況下迭代地執行所述重試事件；以及當在時間窗口期間的所述重試事件的數量超過閾值時，檢測到存在與所述功率開關相關聯的故障。2.根據方案I所述的方法，其特征在于，執行重試事件包括
指令到所述扭矩機的功率流；以及
監測被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關。3.根據方案2所述的方法，其特征在于，指令到所述扭矩機的功率流包括控制所述功率開關的激活。4.根據方案2所述的方法，其特征在于，監測所述功率開關包括監測流經所述功率開關中每一個的功率流。5.根據方案I所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關相關聯的所述待定故障時，禁用與所述內燃發動機相關聯的自動停止功能。6.根據方案I所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關相關聯的所述待定故障時，禁用與所述內燃發動機相關聯的減速燃料切斷功能。7.根據方案I所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關相關聯的所述待定故障時，立即啟用與所述內燃發動機相關聯的自動起動功能。8.根據方案I所述的方法，其特征在于，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出包括將 馬達扭矩能力功能設置為ONm。9.根據方案I所述的方法，其特征在于，其還包括當所述待定故障清除時，停止執行所述重試事件。10. 一種用于操作動力系統的方法，所述動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機，所述方法包括
監測來自被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的多個功率開關故障信號輸出；
在檢測到與所述功率開關之一相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸
出；
在禁用扭矩輸出之后迭代地執行重試事件；以及
當所述重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，檢測到故障。11.根據方案10所述的方法，其特征在于，迭代地執行重試事件包括在每個重試事件之前具有去抖時間段的情況下迭代地執行所述重試事件。12.根據方案11所述的方法，其特征在于，迭代地執行所述重試事件包括在指令到所述扭矩機的功率流之前等待所述去抖時間段。13.根據方案12所述的方法，其特征在于，指令到所述扭矩機的功率流包括控制所述功率開關的激活。14.根據方案10所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關之一相關聯的所述待定故障時，禁用與所述內燃發動機相關聯的自動停止功能。15.根據方案10所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關之一相關聯的所述待定故障時，禁用與所述內燃發動機相關聯的減速燃料切斷功能。16.根據方案10所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關之一相關聯的所述待定故障時，立即啟用與所述內燃發動機相關聯的自動起動功能。17.根據方案10所述的方法，其特征在于，其還包括當所述待定故障清除時，停止執行所述重試事件。18. 一種用于操作動力系統的方法，所述動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機，所述方法包括
在檢測與被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出并且執行重試事件；
當所述待定故障清除時，停止執行所述重試事件；以及
當所述重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，報告存在與所述功率開關相關聯的故障。
現在將參考附圖通過舉例的方式描述一個或多個實施例，其中
圖I示出根據本發明的包括動力系統的車輛，該動力系統包括電動扭矩機，該電動扭矩機機械地聯接到內燃發動機，該內燃發動機機械地聯接到變速器并且受到控制系統控制；
圖2示出根據本發明的由控制系統控制的包括電動扭矩機的動力系統的一部分；
圖3示出根據本發明的動力系統中的減飽和故障診斷方案，該動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的電動扭矩機；
圖4示出根據本發明的用于檢測功率開關中的立即減飽和故障和控制功率開關的操作的第一診斷任務；以及
圖5示出根據本發明用于提供系統級協調和診斷故障去抖(debouncing)、故障報告、以及扭矩斜變(ramping)的第二診斷任務。
具體實施例方式現在參照附圖，其中示圖僅是為了說明某些示例性實施例的目的，而不是對其進行限制的目的，圖I示意性地示出包括聯接到驅動系60并由控制系統10控制的動力系統20的車輛100。在整個說明書中類似的標記表示類似的元件。動力系統20包括機械地聯接到內燃發動機40的電動扭矩機35，內燃發動機40機械地聯接到變速器50。電動扭矩機35和內燃發動機40是扭矩致動器。電動扭矩機35經由帶式交流發電機起動機機構38機械地聯接到發動機40,帶式交流發電機起動機機構38機械地聯接到內燃發動機40的曲軸36并且在電動扭矩機35和發動機40之間提供機械動力路徑。內燃發動機40的曲軸36機械地聯接到輸出構件33，輸出構件33機械地聯接到變速器50。變速器50包括聯接到驅動系60的輸出構件62。在一個實施例中，帶式交流發電機起動機機構38包括蛇形帶，該蛇形帶布置在附接到發動機40的曲軸36的滑輪和附接到旋轉軸的另一滑輪之間，該旋轉軸聯接到扭矩機35的轉子。上述元件形成帶式交流發電機起動機(BAS)系統。發動機40優選地是通過燃燒過程將燃料轉換成機械動力的多氣缸內燃發動機。發動機40裝備有多個致動器和感測裝置，以便監測操作并輸送燃料以形成燃燒充氣從而產生響應于操作員扭矩請求的扭矩。發動機40優選地包括低壓螺線管致動的電起動機39,以便響應于鑰匙發動事件來起動。
扭矩機35優選地是多相電馬達/發電機，其被配置用以將存儲的電能轉換成機械動力并且將機械動力轉換成可存儲在高壓電池25中的電能。扭矩機35包括轉子和定子以及隨附的解析器37。解析器37是可變磁阻裝置，其包括分別裝配到扭矩機35的轉子和定子上的解析解器定子和解析器轉子。高壓電池25經由高壓DC總線29電連接到逆變器模塊32，用以響應于源自控制系統10的控制信號來提供高壓DC電功率。逆變器模塊32經由多相馬達控制功率總線31電連接到扭矩機35。逆變器模塊32被構造成具有適當的控制電路，該控制電路包括功率晶體管，例如，用于將高壓DC電功率轉變成高壓AC電功率以及將高壓AC電功率轉變成高壓DC電功率的IGBT。逆變器模塊32優選地利用脈寬調制(PWM)控制來將存儲的源自高壓電池25的DC電功率轉換成AC電功率以驅動扭矩機35產生扭矩。類似地，作為再生控制策略的一部分，逆變器模塊32將傳遞至扭矩機35的機械動力轉換成DC電功率以產生可存儲在高壓電池25中的電能。應當明白，逆變器模塊32被配置用以接收馬達控制命令以及控制逆變器狀態以提供馬達驅動和再生功能。DC/DC電功率變換器34電連接到低壓總線28和低壓電池27并且電連接到高壓總 線29。這樣的電功率連接是已知的并且不作詳細描述。低壓電池27電連接到輔助功率系統45以對車輛上的低壓系統提供低壓電功率,所述低壓系統包括例如電動窗、HVAC風扇、座椅、以及低壓螺線管致動的電起動機39。變速器50優選地包括一個或多個差動齒輪組和可激活離合器，所述差動齒輪組和可激活離合器被配置用以在發動機40和輸出構件62之間的速度比范圍內實現多個固定檔位運行模式之一中的扭矩傳遞。變速器50包括任何適當的配置，并且優選地被配置為自動變速器，用以在固定檔位運行模式之間自動換檔從而在實現操作員扭矩請求和發動機運行點之間的優選匹配的齒輪比下運行。變速器50自動地執行升檔以換檔到具有較低數值倍增比(齒輪比)的運行模式以及執行降檔以換檔到具有較高數值倍增比的運行模式。變速器升檔要求降低發動機速度，因此在與目標運行模式相關聯的齒輪比下，發動機速度匹配變速器輸出速度乘以齒輪比。變速器降檔要求提高發動機速度，因此在與目標運行模式相關聯的齒輪比下，發動機速度匹配變速器輸出速度乘以齒輪比。發動機速度和扭矩與變速器速度和扭矩的不正確匹配可能導致在執行變速器換檔事件時車輛速度或扭矩輸出的垂馳(sag)或離合器打滑。在一個實施列中，驅動系60可以包括機械地聯接到車軸64或半軸的差動齒輪裝置65，車軸64或半軸機械地聯接到輪66。驅動系60在變速器50和路面之間傳遞牽引動力。動力系統20是示例性的而非限制性的。控制系統10包括以信號方式連接到操作員接口 14的控制模塊12。控制模塊12優選地以信號方式且可操作地要么直接地要么經由通信總線18連接到動力系統20的單獨的元件。控制模塊12以信號方式連接到高壓電池25、逆變器模塊32、扭矩機35、發動機40和變速器50中每個的感測裝置，以監測操作并確定其參數狀態。車輛100的操作員接口 14包括多個人/機接口裝置，車輛操作員通過所述多個人/機接口裝置指令車輛100的操作，其包括例如用以使操作員能夠使發動機40發動和起動的點火開關、加速器踏板、制動器踏板、變速器量程選擇器(PRNDL)、轉向盤以及頭燈開關。所關心的一個車輛操作員命令是操作員扭矩請求，其可以通過到加速器踏板和制動器踏板的操作員輸入來確定。控制模塊12包括控制器11，其被配置用以控制逆變器模塊32的操作。控制器11可與逆變器模塊32共同定位或遠程地定位，例如定位在控制模塊12內。動力系統20包括通信方案，該通信方案包括通信總線18，從而在控制系統10和動力系統20的元件之間以傳感器信號和致動器指令信號的形式實現通信。應當明白，通信方案使用一個或多個通信系統和裝置包括例如通信總線18、直接連接、局域網總線、串行外設接口總線和無線通信實現往返于控制系統10的信息傳遞。控制模塊、模塊、控制、控制器、控制單元、處理器和類似的術語意指專用集成電路(ASIC)、電子電路、中央處理單元(優選地，微處理器)以及執行一項或多項軟件或固件程序的相關聯的存儲器和貯存器(只讀、可編程只讀、隨機存取、硬盤驅動器等)、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、合適的信號調整和緩沖電路以及用于提供所描述功能的其它適當部件中的一個或多個的任何一種或各種組合。軟件、固件、程序、指令、例程、代碼、算法和類似的術語意指包括校準和查詢表的任何控制器可執行指令組。控制模塊具有一組控制例程，該組控制例程被執行用以提供期望的功能。例程諸如通過中央處理單元執行，并且可 操作以監測來自感測裝置和其它網絡化控制模塊的輸入，并且執行控制和診斷例程以控制致動器的操作。例程可以在正在進行的發動機和車輛操作期間以規則的間隔例如每3. 125毫秒、6. 25毫秒、12. 5毫秒、25毫秒和100毫秒來執行。可替代地，例程可以響應于事件的發生來執行。圖2示意性地示出包括電動扭矩機35的動力系統20的一部分，電動扭矩機35聯接到由控制系統10的控制器11控制的逆變器模塊32。逆變器模塊32包括馬達控制處理器(MCP) 16、門驅動器15、和多個功率開關13。功率開關13是定位在高壓DC總線29和多相馬達控制功率總線31之間的IGBT或其它適當的功率開關裝置，用于對扭矩機35提供PWM電功率。在一個實施例中，每個功率開關13包括集電極、發射極和柵極引腳、用于監測流經功率開關13的電流和減飽和的輸入引腳、故障輸出引腳以及復位/故障消除引腳。每個功率開關13被配置用以產生指示可包括減飽和的故障的不存在或存在的故障信號112。門驅動器15裝備有診斷電路17，其被配置用以監測功率開關13的故障信號112，并產生傳送至MCP 16的指示由診斷電路17檢測的減飽和故障的存在或不存在的故障消息108。在操作中，控制器11生成傳送至MCP 16的馬達扭矩命令102。MCP 16響應于馬達扭矩命令102生成傳送至門驅動器15的PWM占空比控制命令106。MCP 16生成傳送至控制器11的馬達扭矩能力信號104和馬達扭矩實現信號105。門驅動器15生成多個PWM控制信號110以控制功率開關13，從而控制高壓DC總線29和多相馬達控制功率總線31之間的電功率流，以便控制扭矩機35的操作。扭矩機35生成經由帶式交流發電機起動機機構38傳遞至發動機40的扭矩。診斷電路17持續地監測故障信號112以檢測減飽和故障的存在，并且提供功率開關13的其它監測能力，例如以檢測短路故障或過電流故障的存在。圖3是動力系統例如參考圖I描述的動力系統20中的減飽和故障診斷方案200的流程圖，該動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的電動扭矩機，該內燃發動機機械地聯接到變速器。減飽和故障診斷方案200包括在正在進行的動力系操作期間監測功率開關13的故障信號112的過程。在檢測到與被配置用以控制到扭矩機35的功率流的功率開關之一相關聯的待定(pending)故障時,禁用來自扭矩機35的扭矩輸出。執行一個或多個重試事件，在每個重試事件之前具有去抖時間段。優選地迭代地執行具有在前的去抖時間段的重試事件，直到待定故障清除，這指示待定故障不是歸因于與逆變器模塊32、扭矩機35和相馬達控制功率總線31之一相關的故障。當待定故障未能在時間窗口期間清除時，指示與逆變器模塊32、扭矩機35和相馬達控制功率總線31之一相關聯的故障，并且執行補救動作，包括執行扭矩機35的完全關閉。當重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，認為待定故障未能在時間窗口期間清除。表I作為圖3的圖解被提供，其中用數字標記的塊和相應的功能闡明如下。表I
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設K故Kt待定標志
對功率開關 用PWM控制經
將馬達細飯能力+ Λ為_ra;
如果輛處·Τ· Ι 動停H:狀態,則禁III動力系 統功能；包括》FC:0、『I動停it、以及觸發 備Wfl動起動^
21 ο.等# -IS in mS (m I—丨，m 奪#)
増加 a H·數器X = χ+1
Ιο...........................................................................................................麗..麗:.........麗;.........麗軍+涵.....陋.麗而—
PWM控制|^將4達扭矩_力從<1斜變W 擎其il:常值
_取新JiI用其它動力系統混介功能_
220X>X cal
..涵..........................................................................................................SWfti麗爾視......................................................................................................................................
....I ο—.—iiιιιλι ιιιρ$ ......................................................................................................................
執行if〖矩#ι.關W;
根ft減飽和故障;
_使 MlL 變/S_在正在進行的動力系操作期間迭代地執行減飽和故障診斷方案200。最初，將測試窗計數器Y和重試計數器X均初始化為零(202)。將測試窗計數器Y與可校準的閾值計數器Y_cal進行比較(203)。可校準的閾值計數器Y_cal優選地與經過的時間段例如200毫秒相關，其與輸出扭矩的操作員可辨別的改變相關聯。當測試窗計數器Y小于可校準的閾值計數器Y_cal時(203) (O)，使測試窗計數器增量(γ=γ+1)。對源自功率開關13的硬件故障信號進行監測(204)。硬件故障信號可指示待定硬件減飽和故障。如果硬件已經檢測到待定減飽和故障，則到功率開關13的PWM控制信號110被禁用。取決于功率開關13的特定實施例，故障動作可永久地被鎖存或被鎖存一段時間。當檢測到待定硬件減飽和故障時(206) (I)，故障待定標志被設置，并且待定硬件減飽和故障被傳達給MCP 16。用于所有功率開關13的PWM控制信號110被禁用。馬達扭矩能力104被設置為ONm。MCP 16響應于所傳達的待定硬件減飽和故障禁用包括DFC0、自動停止/自動起動功能在內的動力系統功能(208)。如果發動機40當前停止，則這可包括使用低壓螺線圈致動的電起動機39來指令自動起動。控制模塊12指令響應于操作員扭矩請求的發動機扭矩輸出，而沒有來自扭矩機35的扭矩貢獻。與逆變器模塊32相關聯的功能的操作在去抖時間段(其為可校準時間段)例如30毫秒內暫停，并且增加重試計數器(X=X+1)(210)。在經過去抖時間段之后，執行重試事件(212)。重試事件包括重新啟用用于功率開關13的PWM控制信號110，將馬達扭矩能力104從O斜變回至其預期值；以及重新啟用包括DFC0、自動起動和自動停止的動力系統功能。這包括操作MCP 16以產生傳送至門驅動器15的PWM占空比控制指令106，以產生激活功率開關13的PWM控制信號110，以便操作扭矩機35來產生扭矩。然后，執行減飽和故障診斷方案200的另一迭代。
當測試窗計數器Y等于可校準的閾值計數器Y_cal時(203) (I)，將重試計數器與可校準的閾值X_cal相比較(220)。當重試計數器X小于可校準的閾值X_cal時(220) (O)，指示減飽和通過(222)，并且使減飽和故障診斷方案200的操作重新初始化。在一個實施例中，可校準的閾值X_cal可包括與可校準的閾值計數器Y_cal相關聯的200毫秒窗期間的5次重試事件。當重試計數器X大于可校準的閾值X_cal時(220) (I)，待定減飽和故障已經形成(matured),并且指示減飽和故障(230)。當指示減飽和故障時,采取補救動作,包括執行扭矩機35的關閉、向控制模塊12報告減飽和故障、以及使故障指示燈變亮，從而向車輛操作員指示在系統中存在需要維修的故障。減飽和故障診斷方案200可以通過分別執行第一故障診斷任務300和第二故障診斷任務400來完成。執行第一故障診斷任務300和第二故障診斷任務400以實現對功率開關13的控制，執行重試事件，報告故障待定狀態，并且在發生減飽和故障的情況下命令扭矩機35關閉。圖4是與執行第一診斷任務300相關聯的流程圖。第一診斷任務300優選地以快執行循環執行例如在一個實施例中每隔100微秒，并且包括檢測功率開關13中的立即減飽和故障以及控制功率開關13，包括啟用和禁用功率開關13的操作。表2作為圖4的圖解被提供，其中用數字標記的塊和相應的功能闡明如下。表權利要求
1.一種用于操作動力系統的方法，所述動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機，所述方法包括 在檢測到與被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出并且執行重試事件，其中，在每個重試事件之前具有去抖時間段的情況下迭代地執行所述重試事件；以及 當在時間窗口期間的所述重試事件的數量超過閾值時，檢測到存在與所述功率開關相關聯的故障。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，執行重試事件包括 指令到所述扭矩機的功率流；以及 監測被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，指令到所述扭矩機的功率流包括控制所述功率開關的激活。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，監測所述功率開關包括監測流經所述功率開關中每一個的功率流。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關相關聯的所述待定故障時，禁用與所述內燃發動機相關聯的自動停止功能。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關相關聯的所述待定故障時，禁用與所述內燃發動機相關聯的減速燃料切斷功能。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，其還包括在檢測到與所述功率開關相關聯的所述待定故障時，立即啟用與所述內燃發動機相關聯的自動起動功能。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出包括將馬達扭矩能力功能設置為ONm。
9.一種用于操作動力系統的方法，所述動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機，所述方法包括 監測來自被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的多個功率開關故障信號輸出； 在檢測到與所述功率開關之一相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出； 在禁用扭矩輸出之后迭代地執行重試事件；以及 當所述重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，檢測到故障。
10.一種用于操作動力系統的方法，所述動力系統包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機，所述方法包括 在檢測與被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出并且執行重試事件； 當所述待定故障清除時，停止執行所述重試事件；以及 當所述重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，報告存在與所述功率開關相關聯的故障。
全文摘要
本發明涉及用于動力系統的扭矩機中的故障檢測的方法和設備，具體地，一種用于操作包括機械地聯接到內燃發動機的扭矩機的動力系統的方法包括在檢測到與被配置用以控制到所述扭矩機的功率流的功率開關相關聯的待定故障時，禁用來自所述扭矩機的扭矩輸出并且執行重試事件。迭代地執行重試事件，其中在每個重試事件之前具有去抖時間段。當所述重試事件的數量在時間窗口期間超過閾值時，檢測到存在與所述功率開關相關聯的故障。
文檔編號B60W50/038GK102849073SQ201210217270
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者W.D.王, B.H.裴, R.A.S.澤佩達, S.戈達瓦蒂 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司