近年来，作为改进燃料经济性并减少大量车辆运行对环境的影响 的一种方式，对混合动力车辆技术产生了浓厚的兴趣。术语混合被用 来描述采用两种或更多种动力源来为车辆提供驱动力能量的车辆。例 如，当前可用的电混合动力车辆采用内燃引擎和发电机，发电机发出 可以存储在蓄电池组的电池中的电能。随后根据需要使用该存储的电 能来驱动耦合到车辆的传动系统(drive train)的电动机。
混合动力车辆可以被分成两大类，即，并联混合动力车辆和串联 混合动力车辆。并联混合动力车辆采用了或多或少的典型引擎、变速 器、和传动系统，具有为车辆提供第二动力通道的其他部件。根据一 种并联混合机制，车辆的引擎用来在车辆定速巡航、或以小于引擎当 以最大效率时的负载所能够提供的需求量巡航期间产生剩余能量。该 剩余能量随后被存储供将来使用。
众所周知，用在传统机动车辆中的内燃引擎需要具有远超过车辆 的平均需求的最大输出能力，因此，这样的车辆偶而需要远远超过平 均功率输出的功率输出等级，例如，在从停止开始加速期间、或超车 期间等。在这些相对短暂的运行期间，与车辆定速巡航期间相比需要 多得多的功率。因为需要高等级的可用功率，所以在大多数传统车辆 中的引擎在其大部分运行时间低于其最大有效速度和负荷。
通过使用引擎的多余能力来产生可以被存储的能量，引擎上的负 荷可以被增加到引擎在运行时以高的燃料经济性等级运行的点，同时 存储了多余能量。存储的能量随后被用来允许关闭引擎运行，或在车 辆的功率要求超过引擎最大有效输出期间补充引擎。当前可用的电混 合动力车辆通常根据上面粗略阐述的机制运行，使用发电机以向引擎 增加负荷，并将多余的能量转换为电能存储在电池中，以及稍后在轮 子需要比由引擎单独有效产生的功率更多的功率时使用电池和电机 来补充传统传动系统。
存在已经提出的其他并联混合动力车辆结构，这些结构在没有更 明显背离传统模型的情况下，改进了上述的基本系统，或者提供了一 些改进的经济性。在此不具体讨论这些其他系统。
与并联混合模型相对，串联混合动力车辆在引擎和车辆的驱动轮 之间没有直接的机械传动系统。其不采用关于并联混合动力车辆所描 述的传动轴。在串联混合动力车辆中，来自引擎的动力被直接转换为 能够被第二驱动电机使用以用于车辆提供动力的形式，并且其也是可 传导的以有效存储。引擎也可以以其最大有效负荷和速度运行，而与 车辆的速度变化无关。根据能量存储介质的容量，串联混合动力车辆 可以在引擎关闭的延长的期间内仅以存储的能量来运行。串联混合动 力车辆潜在地比并联混合动力车辆更高效，这是因为，其能够更加自 由地控制引擎以最大效率运行，并且消除了将引擎连接到轮子的机械 传动系统，从而与并联混合动力车辆相比减少了车辆的净重。
尽管上面已经简要描述了电混合动力车辆，由于与电混合动力车 辆相比，液压混合动力车辆潜在地具有更大燃料经济性、更小运行成 本以及更小环境影响，所以对液压混合动力车辆的兴趣增加了。呈现 更高的燃料经济性部分地是由于将动能转换为可存储形式以及将存 储的潜在能量再转换为动能的相对更加有效的液压系统。降低运行成 本的潜力是由于在电混合动力车辆运行中当前可用的蓄电电池昂贵 并具有有限的寿命的事实，由此对于车辆所有者来说具有以重大成本 意义替换的可能。蓄电池也关系到环境问题，因为电池具有大量重金 属，重金属在作废电池从车辆中去除时必须被处理。因此，例如液压 系统可以应用在混合动力车辆中，而不用采用必定需要被替换的部 件，也没有采用大量有毒或有害物质。
并联和串联电混合动力车辆的结构和运行在下面的参考文件中 有更具体描述：美国专利第5,887,674号，专利申请第09/479,844号， 以及美国专利申请第10/386,029号，其全部内容通过引用结合于此。
发明内容
根据本发明的各个实施例，提供了安全处理，用来检测和处理在 液压混合动力车辆系统的运行中产生或可能产生的多种状态。
所披露的实施例包括用于启动液压混合动力车辆的初始化过程， 以及关闭过程。此外，提供了用于检测发动机的故障、内部和外部液 体泄漏、以及非响应致动和模式控制系统并作出反应的过程。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的液压混合动力车辆系统的示意图。
图2-7中的每一个是根据本发明的实施例的与诸如图1中所示的 液压系统的安全运行有关的处理。

本公开针对液压混合技术的革新和改进。因此，在提及混合动力 车辆或混合技术的地方，可以假设该提及特别地针对液压混合动力车 辆，除非有其他区别。尽管将参考现有技术中已知的斜轴泵/发动机来 描述本发明的各方面，但是，在权利要求列举发动机的地方，权利要 求的范围包括任何能够被采用以如权利要求所述运行的液压机器，以 及可以包括例如，斜盘和径向活塞机器。
图1是液压混合车辆系统100的简化示意图。车辆100包括内燃 引擎(ICE)102，其输出轴耦合到液压泵104。泵104配置为从低压 蓄能器(LPA)106抽取低压液体，并以高压将液体泵至高压蓄能器 108(HPA)108。高压液体被用来驱动一个或多个液压泵发动机(以 下称为发动机)110，其依次通过轴114和差动器(未示出)施加转 矩以驱动轮子112。根据替换实施例，也提供了变速器。
泵104被示出为定排量泵，但是其可以是可变排量泵，在该情况 下，引擎上的负荷可以通过改变泵的排放量来改变。此外，泵104可 以是允许使用泵104作为发动机来通过液体压力启动引擎的泵/发动 机。
所述实施例的发动机110是正角度泵/发动机，即，能够从零至 正冲程角进行冲程。发动机可以替换地是偏心泵/发动机，能够从正冲 程角至负冲程角进行冲程。因此，例如在说明书或权利要求提及冲程 角大于零的情况下，其被解释为表示绝对值大于零的意思，即，或在 负方向或在正方向。也应该意识到液体回路可以不同于图1中所示的 布置以适应偏心发动机。然而，本领域的技术人员有能力将以下描述 的实施例适于偏心泵。在2006年9月29日提交并具有律师档案号 310121.434的美国专利申请提供了偏心液体回路的细节。其他回路在 现有技术中是公知的。
LPA和HPA分别由充气单元107，109预充，其在液体被泵入各 蓄能器时被压缩。压缩气体的压力提供用于车辆系统100的液压运行 的驱动力。
模式阀116被设置为控制至发动机110的液体的极性，以及致动 器118耦合到发动机110以控制排量。控制阀120控制致动器118的 运行。低压液体管道124将LPA 106耦合到泵104和阀116、120， 而高压液体管道126将HPA 108耦合到泵104和阀116、120。发动 机液体供应管道128将模式阀116耦合到发动机110，以及致动器液 体供应管道130将控制阀120耦合到致动器118。
模式阀116被示出为三位置阀。在第一位置，阀116将发动机 110的第一流液体端口置于与高压液体供应液体相通，而将发动机110 的第二流液体体端口置于与低压液体供应液体相通。在该结构中，发 动机110将正向转矩施加至驱动轮112，趋于向前驱动车辆。在第二 位置，阀116将发动机110的第一液体端口置于与低压液体供应106 液体相通，而将发动机110的第二液体端口置于与高压液体供应108 液体相通。在该配置中，发动机110将负向转矩施加至驱动轮112， 趋于向后驱动车辆。在第三位置，阀116将第一液体端口置于与第二 液体端口液体相通，产生闭合回路，在该状态下，发动机110自由旋 转，但是不接收任何驱动力。
控制阀120也被示出为三位置阀，以及致动器被示出为双动作 (推-拉)致动器。在第一位置，控制阀120将致动器118的第一液体 室置于与HPA 108液体相通，而将致动器118的第二液体室置于与 LPA 106液体相通。在该位置，发动机110向最大排量进行冲程，这 将增加发动机110的功率输出。在第二位置，控制阀120将致动器118 的第一液体室置于与LPA 106液体相通，而将致动器118的第二液体 室置于与HPA 108液体相通。在该位置，发动机110向最小排量冲程， 减少发动机110的功率输出。在第三位置，控制阀120关闭致动器供 应管道130，将致动器118液压锁定在适当位置，并保持发动机110 的排量在恒定值。
导向控制的检测阀138、140分别位于高压液体管道126和低压 液体管道124中。阀138、140被布置为总是允许液体流入各个蓄能 器以避免在各个液体管道中积累过度压力的可能性。当这些阀中总有 一个被打开时，如在多个公开的实施例中所描述的，这表示阀的导向 运行，在该运行时也允许液体从各个蓄能器流走。在权利要求书记载 了将高压或低压液体供应耦合到系统的位置，应该被解释为包括将一 通阀打开为二通运行，诸如参考阀138、140所描述的。
多个传感器被提供用于监视车辆100的运行的各个方面。这些传 感器包括分别耦合到高压和低压蓄能器108、106的传感器134、136， 被配置为测量液体压力和流速；旋转传感器146(仅示出了其中的一 个)，用于测量轮子112的转速；位置传感器156，用于确定发动机 110的冲程角度；压力传感器144，用于测量发动机110的壳体内的 液体压力，以及另一个(未示出)用于测量泵的壳体内的液体压力； 流量传感器142，位于发动机液体供应管道128之一中；档位指示器 传感器(PRNDL)148，用于检测档位指示器的位置；加速器 (accelerator)位置传感器(APS)150，用于监视加速踏板的位置； 刹车位置传感器(BPS)152，用于监视刹车踏板的位置；以及钥匙位 置传感器(KPS)154。此外，ICE 102设置有一组例如在现代车辆中 通常采用的典型的引擎传感器(未分别示出)，例如节气门位置传感 器、冷却剂温度传感器、油压传感器、rmp传感器等。
蓄能器106、108中的任一个或全部可以包括“熔丝”阀(未示出)， 配置为在超过最大流速值的情况下关闭。检测阀138、140、流速传感 器134、136、以及熔丝阀中的任一个或全部可以被集成，并且可以位 于各个蓄能器108、106之中或之上。
位置传感器156被示出为耦合到致动器118，尽管位置传感器156 可以替换地位于发动机110处或之内。根据一个实施例，可以具有多 于一个的位置传感器156，稍后将在该公开中解释。档位指示器传感 器148检测档位指示器的位置，通过档位指示器，司机从多个选择中 选择车辆运行的模式，所述多个选择例如是P(停车档)、R(倒档)、 N(空档)、D(驾驶档)、以及L(低档，在包括变速器和/或一个 或多个额外发动机的那些实施例中)。
控制单元122控制车辆100的运行的多个方面，包括ICE 102、 模式阀116、控制阀120、以及检测阀138、140。以虚线表示的控制 线132耦合在控制单元122和系统的各部件之间，所述系统部件包括 模式阀116和致动器控制阀120、检测阀138、140、以及ICE 102。 控制线132还将控制单元耦合到系统的各个传感器。检测阀138、140 和阀116、120可以任意地通过电、机械或液压装置控制，例如通过 在本领域中已知的装置。此外，传感器可以通过多种媒介中的任意媒 介来提供数据至控制单元，多种媒介包括数字或模拟电信号、液压或 气动压力、机械联动等。因此，控制线132仅示出为表示操作性的连 接，并且不旨在暗示连接的性质。
ICE 102驱动泵104，泵以高压将液体泵入HPA 108。控制单元 122监视HPA中的液体压力，并控制ICE 102的运行以将液体压力维 持在可接受的范围内。来自HPA 108的加压的液体被用来控制发动机 110的排量并为发动机110提供功率以将转矩施加于驱动轮112。已 经提出了多种管理液压混合动力车辆中的ICE运行的方案。这些方案 中的一些可以在前面列出的美国专利和美国专利申请中找到。
车辆100还被配置为采用再生性制动。当车辆向前行驶并且操作 者刹车时，模式阀116移动到其第二位置，如上所述，这就使发动机 110在反方向上施加转矩。反向转矩的量由发动机110的排量控制， 其依次由操作者施加在刹车踏板上的压力(或压下)的量来控制。因 为车辆100的向前运动，即使正在反方向上施加转矩，发动机110也 持续向正方向旋转。在该结构中，发动机110作为泵来运行，从LPA 106吸取液体，并以高压将该液体泵至HPA 108。这对轴114的旋转 产生了拖拽，其被传递到驱动轮112，使车辆100减速。以该方式， 移动车辆的一部分动能被回收并被存储供以后使用。因此，将由于车 辆的刹车中的摩擦力而损失的能量被回收并被存储以在以后释放，例 如帮助车辆100加速。
为了运行车辆100，司机旋转钥匙或者另外地选择启动车辆100。 控制单元122上电，KPS检测到启动命令，并且控制单元初始化系统。 当档位指示器指示向前“换档”或位置时，控制单元122根据加速踏板 或刹车踏板的位置来控制模式阀116和控制阀120。当司机压下加速 踏板时，模式阀116移到第一位置，施加液压至发动机110，以及控 制阀118被控制以增加发动机的排量，将液体压力转换为转矩来加速 车辆。当司机放松加速器时，发动机的排量被相应地减少，并且如果 加速踏板被完全释放，则模式阀可以被切换到空档模式，这使得从发 动机释放了甚至是由移动部件上的液体压力引起的最小的牵引。当操 作者踩在刹车上时，如上所述，通过再生制动而使车辆减速。当司机 选择档位指示器的P或N时，加速踏板与发动机的操作断开，从而车 辆不能以这些驱动模式被驱动。
在使用液压技术时，由于混合动力车辆与传统车辆不能共享所有 相同的运行特性，所以产生了一些顾虑，而其他顾虑是液压系统固有 的。可能由于车辆操作者的动作引起一些潜在的危险状况，而其他则 是由于故障。无论如何，在这样的车辆被商业制造或出售前，必须解 决这些顾虑。必须意识到，传统载人车辆已经发展了一个多世纪了， 并且已经被标准化到个人能够学会驾驶几乎任何构造或型号的车辆 此后就能够驾驶任何其他构造或型号的车辆的程度。该规则的一个明 显例外就是关于自动变速器对标准变速器的情况，但是即使在该种情 况下，该例外也是众所周知的，绝大多数没有学习运行标准变速器车 辆的司机知道该差别并知道如何识别这样的车辆。
随着混合动力车辆的出现，存在许多可能产生的先前不知道的情 况，对于这些情况，普通的司机可能没有准备。发明人已经意识到混 合动力车辆可以被制造为以基本上类似于传统车辆的方式与司机交 互的程度，司机将被更好地装备以对每天发生的事情以及最紧急情况 做出适当地反应。
下面的图2-7概述了根据本发明的各个实施例的液压混合动力车 辆的运行。在详述这些实施例中的一些实施例时，将参考参考图1的 车辆100所披露的部件。应该意识到图1的系统仅是示例，示出了多 种可能结构中的一种。其他系统可能不包括参考图1所描述的所有特 征，以及可能包括没有描述的特征。在其他实施例中，在披露的实施 例中由特定元件实现的功能，可以由不同元件实现。例如，模式阀116 被示意地示出为单一阀，在许多液压系统中，在此参考一个阀描述的 功能由两个提升阀实现。对于诸如传感器和控制单元的控制元件，本 发明的其他实施例的描述可能没有明确记载特定传感器作为执行所 述功能的传感器，但是本领域的技术人员应该明白所披露的元件能够 被用于实现该功能，并且也应该明白，给出相关设计考虑，可以采用 多个可以适于在特定应用中运行的可替换配置。最后，参考控制单元 描述的功能可以通过诸如微处理器或类似物的单一单元实现，也可以 被分成多个元件，或者可以是被配置为执行其他任务的一个元件或多 个元件的操作的一部分。
现在参考图2，披露了根据本发明的实施例的启动过程200。在 步骤202，司机转动钥匙或以别的方式开始初始化车辆运行系统。控 制单元确认档位选择器在停车档或空档(204)。如果不是，即，如 果档位选择器是在向前设置或倒车设置中的一种，通知司机不启动的 原因(214)，并且不采取进一步动作。如果档位选择器在停车档或 空档位置，则控制单元确认模式阀116位于空档位置(206)，并且 如果位于空档位置，则发动机110被设置在零排量(208)。如果发 动机110被设置在零排量，则高压阀138被打开(210)，以及车辆 的正常运行被激活(212)。
在步骤208，如果发动机排量被发现大于零，则打开高压阀 (228)，并且发动机被命令至零排量(230)。再次检测该排量(232)， 以及如果发动机110已经移动至零排量，则系统被激活正常运行 (212)。如果发动机110没有移动至零排量，则高压阀138被关闭， 并且警告司机严重系统故障(CSF)状态(240)，即，该系统不可运 行并且在车辆被运行之前需要维修或保养。
在CSF状态被以信号通知给操作者的情况下，这可以是基本的 车辆仪表板上的灯或其他指示器，与车辆系统关闭结合，或该信号可 以提供更多详细信息，例如故障的性质、缺陷部件、或需要的维修类 型。
返回到步骤206，如果发现模式阀位于空档以外的其他位置，则 控制单元尝试确认发动机排量位于零(216)。如果发动机排量不是 位于零，则系统向司机发出CSF信号(218)。如果在步骤216发动 机排量被确认为位于零，则高压阀138被打开(220)，并且模式阀 被命令至空档(222)。再次检测模式阀的位置。如果其已经移动至 空档，则系统激活正常运行(212)。如果模式阀还没有移至空档， 则高压阀138被关闭，并且警告操作者CSF状态(226)。
通过上述过程所需的时间可以在几百毫秒至多至一秒的范围，但 是，相对于操作者的感觉，其几乎能够瞬间完成，因此，操作者可以 “启动”车辆并开走，而没有任何感觉上的延迟。
应该意识到，不是绝对需要要求档位指示器在停车或空档来启动 车辆100的系统，这是因为，模式选择器在空档并且排量为零的情况 下，在启动期间将没有动力传递给轮子。然而，已经学会驾驶传统车 辆的司机可能习惯于在旋转钥匙时向加速踏板施加压力，以在启动期 间向引擎提供额外燃料。在混合动力车辆100的正常运行期间，测量 加速踏板上的压力以建立发动机110的排量，因此如果在启动期间踏 板被压下，则一旦初始化完成后，车辆就意外地向前跳跃。与其试图 改变司机的行为，不如通过建立从P换档至N来启动的手动需求(在 这些设置中使发动机排量控制无效)而更稳妥地获得运行安全。根据 替换实施例，即使在HPA中的存储能量足以不需要ICE地初始运行， 在图2中描述的启动过程也包括在步骤212激活系统时启动ICE。启 动ICE将为司机提供熟悉的车辆被加电并且准备好行驶的提示。为了 类似于前面描述的那些原因，控制单元也可以被编程为根据加速踏板 控制(slave)ICE的油门控制以允许在启动期间和档位选择器从P或 N位置移开之前加速ICE(如在此使用的，术语油门，例如油门控制、 或油门位置，指的是ICE的燃料速率)。
根据本发明的实施例，作为车辆系统的初始化的一部分，具有可 以与上述启动过程连续或同时执行的子程序。例如，图3描述了根据 一个实施例的用于车辆液压回路的低压侧的检测过程300。
在操作者转动钥匙(202)之后，低压阀140被打开(302)，这 允许液体从LPA 106流入系统。来自LPA的液体流量随后被测量 (304)，并与阈值进行比较(306)。如果存在超过阈值的液体流量， 则压力阀140被关闭并且警告操作者CSF状态(308)。另一方面， 如果任何液体流量低于阈值，则根据参考图2所描述的步骤之一(例 如，在步骤210)系统能够通过打开高压阀138而继续运行。
在典型液压系统中，当液体溢出阀、密封和活塞时，一些泄漏是 正常的。然而，在参考图3所示的情况下，系统被停止，不存在正在 进行的能量转移，并且没有部件在工作。在关闭的且不运行的系统中， 可以预计低压液体流向的仅有位置是发动机110和泵104的壳体。因 此，将预计检测到的任何流速是非常适当的。因此，如果流速超过阈 值，则表示存在例如从断裂的管道、缺陷的装配等至系统外部的液体 泄漏。尽管这样，控制单元可以被编程为警告操作者由超过阈值的流 量所表示的低压泄漏，然而在别的方面允许系统运行，除非流量超过 第二阈值，这表示更加严重的断裂。
图4示出了检查液体回路的高压侧的类似过程。在钥匙启动步骤 (202)之后，高压阀138被打开，例如在图2的步骤210、220或228， 这允许液体从HPA 108流入系统。HPA处的液体流量随后被测量 (402)并与阈值进行比较(404)。如果液体流量超过阈值，则高压 阀138被关闭并且警告操作者CSF状态(406)。如果液体流量低于 阈值，则至少对于在图4的过程中要处理的问题(408)来说，系统 的运行被激活。
正如图3中描述的过程，测量流入系统的高压液体可以检测泄 漏，包括向系统外的泄漏。如先前所述的，通常存在一些在液压系统 中固有的内部泄漏，这在正常的运行系统中是可以容忍的。应该意识 到流过系统的阀或密封至回路的低压侧的高压液体将流入LPA 106。 如果液体流量超过阈值，这就表示系统中存在有缺陷的部件或密封， 这就使得高压液体能够选出回路的低压侧，或者这就表示向系统外部 的液体泄漏。这两种故障都足以引起CSF状态。
在封闭系统中，HPA处的液体流量将会等于LPA处的液体流量， 以及HPA和LPA之间的任何流量差都表示系统的流量损失，即，向 系统外部的泄漏。该处理在图5中描述。在旋转钥匙启动(202)并 且高压阀被打开(210)之后，测量LPA处的液体流量(502)。此 外，测量HPA处的液体流量(504)。高压蓄能器流量(HPAF)与 低压蓄能器流量(LPAF)进行比较(506)。如果HPAF和LPAF 之间的差的绝对值超过阈值，则系统关闭高压阀，并警告司机向系统 外部泄漏(508)。如果差没有超过阈值，则系统被激活以启动(510)。
现在参考图6，提供另一处理600来检测诸如参考图1所述的液 压车辆系统在车辆的正常运行期间的过度外部或内部泄漏。测量HPA 处的液体流量(602)。基于发动机110和/或泵104的运行特性来计 算HPA流量值，并与测量的液体流量进行比较。计算值和测量值之 间的差表示从系统中的部件泄漏经过的液体量。如果泄漏超过阈值 (606)，则发动机被命令零排量(608)，模式阀被命令至空档位置 (610)，ICE被关闭(612)，HPA阀138被关闭(614)，LPA阀 140被关闭(616)，以及警告司机CSF状体(618)。由参考标号620 表示的步骤608-616以下将被共同称作自动关闭处理。
更具体地关于步骤604，当发动机110正常运行时，可以非常精 确地计算流过发动机110的液体量。例如，如果发动机110的排量被 设置为10立方英寸(in3)，则发动机110的一次旋转将移动10in3 的液体经过发动机。因此，可以通过将已知排量与发动机的rmp相乘 来计算用于进行比较的液体流量。任何差别都是由于泄漏而引起的。 在发动机110运行而泵104不运行时最好执行图6的处理。尽管发动 机110和泵104都运行，但这样避免了将泵104的排量作为因子加入 等式的复杂性，仍然可以执行计算。因为同样的原因，在发动机110 不运行而泵104运行时，使用泵104的排量与测量的流速进行比较可 以进行该测试。
例如将被图6的处理检测到的过高的内部泄漏率表示泵或阀的 内部损害。执行自动关闭有助于防止或限制作为继续运行的结果而可 能发生的对系统的进一步损害。
在可能存在潜在的危险状态以及车辆的运行必须被终止以防止 对车辆的拥有者的危险、对系统的严重损害、或对路上的其他车辆的 危险的情况下，执行自动关闭处理620。在高压液体向系统外部泄漏 的情况下，诸如将被图4-6的一个或多个处理检测到的高压液体向系 统外部泄漏的情况下，如果没有检测到泄漏，则系统中的高压能够迅 速将小泄漏变为非常大的泄漏。根据车辆的大小，系统可以具有10-20 加仑的液压液体，液体通常为某种类型的油。将液体从蓄能器106、 108提供至发动机110的液压管道和阀被设计为以超过4,000psi的压 力每分钟容纳大于100加仑的流量(gpm)。例如，如果软管装配爆 裂，则系统的全部液体容量将在小于10秒的时间内被洒车辆后面的 路上。这样体积的油意想不到地被泼在高速公路上将产生危险状况。
另一方面，当执行自动关闭时，使得车辆靠惯性滑行至停止的步 骤的顺序是重要的，从而司机可以驶出道路，并且也可以避免发动机 110冻结而锁死车轮进入非受控刹车的可能性。参考图1，致动器118 由液压提供功率。在许多实施例中，模式阀116和致动器控制阀120 中的任一个或两者都通过液压操作。如果致动器118的排量可以移动 至零，或模式阀116可以被移至空档，则发动机110将在没有动力提 供的情况下自由旋转，使车辆靠惯性滑行。通过在HPA阀138被关 闭之前命令发动机110至零排量以及命令模式为空档，系统中的液体 压力可以被用来执行这些命令。即使自动关闭是响应于这些子系统中 的一个子系统的故障，其他子系统也将发动机带入到有效的空档状 态。如果ICE 102在自动关闭发生时正在驱动泵104，则在停止ICE 之前关闭LPA阀140将使泵104失去低压液体，并且泵104将排空。 这可能损害泵104，并且也将突然地从ICE移走负荷，这样的结果可 以是过速。在关闭LPA阀之前停止ICE将防止该情况的发生。
类似地，在一些系统中，部分地取决于实际电路布置和系统中的 其他阀的位置，在停止ICE之前关闭HPA阀138可能会导致泵104 液压锁死，产生非常高的压力，或者导致发动机110突然施加较高的 输出转矩。任一结果都可能损坏系统的部件并产生危险的驱动状态。 这可以通过在关闭HPA阀之前停止ICE来避免。
现在转向图7，提供了处理700来监视发动机110的排量控制。 在步骤702，测量发动机110的实际发动机排量(AMD)，随后与命 令的发动机排量(CMD)进行比较(704)。如果AMD和CMD之 间的差的绝对值不超过第一阈值(TD)(704)，处理循环回步骤702。 如果该差超过第一阈值，但是不超过第二阈值(706)，则在步骤716 通告操作者非关键系统故障(NSF)，但是处理循环至步骤702，并 且系统继续运行(直到步骤706的处理也可以应用于泵104，如果其 排量是可变的)。如果在步骤706所述差超过第二阈值，则发动机110 被命令为零排量(708)，并进行新的比较来确定：遵循新的命令， 现在的差是否低于第一阈值(710)或第二阈值(712)。如果遵循新 的命令，该差低于第一阈值，则处理循环到步骤702。如果该差低于 第二阈值(712)，则在步骤716通知操作者NSF，并且处理循环到 步骤702。如果在新命令之后，所述差仍然超过第二阈值，则命令模 式阀116至空档(718)。在步骤720，测量模式阀116的实际模式阀 位置(AMVP)，随后与空档位置进行比较(722)。如果AMVP为 空档，则AMD与第三排量阈值进行比较(724)，以及如果AMD小 于第三阈值，则在步骤716通知操作者NSF。并且处理循环到步骤702。 如果AMVP没有返回到空档或AMD大于第三阈值，则执行自动关闭 (620)并且在步骤726通知操作者CSF。在一个替换实施例中，步 骤706，708，和710被去除，并且基于在步骤712中的差超过第二阈 值的初始确定来命令模式阀116至空档(718)。
命令的发动机排量和实际发动机排量之间的差可以由致动控制 阀120、致动器118、或发动机110中的故障引起。如果排量响应于 命令而改变，但是没有完全移至命令的排量，则这可能表示发动机中 的磨损的支架轴承、致动器中的粘结的活塞、或者一些将过多摩擦力 引入排量控制机构的其他故障。这样的状态应当被尽快校正，但是只 要失配不严重就不需要自动关闭。因此，通知司机，但是允许系统继 续运行。然而，如果发动机110陷入到高排量状态，并且在被命令时 没有移至零，这就相当于在传统车辆中节气门持续打开，这是非常危 险的并且需要立即响应。问题可以与卡阻在阀120中的小砂砾一样简 单。通过试图使排量为零(步骤708)，可以校正暂时的问题，而不 需要采取自动关闭。
如同CSF一样，NSF信号可以简单地包括指示需要维修的车辆 仪表板上的灯或其他指示器，或该信号可以包括更多的关于故障性质 的信息。
根据替换实施例，控制单元被编程为快速脉动调节阀120来代替 步骤708中的将排量移为零，或除了步骤708中的将排量移为零，还 快速脉动调节阀120。该脉动用来释放来自阀或致动器的污染物并允 许系统返回到正常运行。
根据另一实施例，提供了两个传感器156，每个传感器被设置为 检测发动机110的排量位置。如果两个传感器对于发动机的排量(的 测量)不一致，则来自每个传感器的数据与命令排量进行比较，与命 令排量不一致的传感器被忽略。通知司机NSF，但是系统继续其他方 面的正常运行。另一方面，如果两个传感器彼此一致，但是与命令排 量不一致，则进行图7中描述的处理。
根据又一实施例，提供了平行排量控制阀，这样，在由诸如图7 中描述的处理确定为粘性排量的情况下，则控制阀120被从回路(通 过关闭阀)中去除，以及平行控制阀被激活来向致动器118提供高压 液体和低压液体。因此，如果问题在控制阀中，则通知司机NSF，同 时系统保持运行。
根据本发明的一个实施例，提供了一种处理，用于分别监控LPA 106和HPA 108的充气单元107，109的状态。应该意识到，当高压液 体流入或流出HPA 108时，蓄能器中的压力将相应地改变。同样地， 当低压液体流入或流出LPA 106时，该蓄能器中的压力也将相应改 变。在封闭系统中，例如参考图1所描述的，如果液体流出一个蓄能 器，则它必定以相同速度流入另一个蓄能器。这不意味着蓄能器中的 压力改变具有相同值，因为HPA 108被预冲到远高于LPA 106的压 力，但是压力的改变可以相关，并且给定一个蓄能器的压力，另一个 蓄能器的压力可以被正确地预测。
因此，如果蓄能器106、108中的一个蓄能器的测量压力不等于 预测压力，则基于与另一蓄能器的压力的相关性，存在故障状态，这 表示系统有液体损失或压力损失。如果压力损失是由于HPA 108的充 气单元109漏气，则在LPA 106处压力将上升，并且该压力实际上大 于给定HPA 108处的压力时被预测到的压力，因此，HPA和LPA的 压力的和实际上高于预测。因此，通过LPA压力的过多升高可以将 上述气体泄漏与液体泄漏区分开。另一方面，如果气体从LPA 106的 充气单元107中选出，选出的气体将保持在LPA中或成为液体系统 中的气泡(entrained)，这可能不会导致压力的改变，但是将引起增 加的液体的可压缩性，导致系统的低速响应和降低的效率。如果指示 的泄漏超过第一阈值，但是小于第二阈值，则表示NSF，并且如果泄 漏超过第二阈值，则执行自动关闭并通知操作者CSF。
根据本发明的一个实施例，控制阀120被配置为在失去到阀的能 量的情况下，移动致动器118以使发动机110的排量为零。根据控制 阀的结构，这可以通过多种方式来实现。例如，可以设置一个或多个 弹簧来将阀移动至第二位置，除非一些其他力施加反向力。反向力由 控制单元通过提供导向阀、螺线管、或其他控制装置提供。因此，如 果向导向阀施加压力、为螺线管供电、或来自控制单元的控制信号消 失，则弹簧将立即将控制阀移至第二位置，使发动机为零排量。这样， 切断至控制阀的能量以及其他可能导致发动机被锁定在一些正排量 或移动至更高排量的系统故障将替代地使发动机移至零排量。这个阀 的实际结构将取决于例如阀的能量源、采用的阀的类型、由该阀控制 的致动器机制的设计、以及由致动器控制的发动机的类型的各个因 素。先前引用并结合于此的专利申请号【安全偏心申请】公开了与偏 心发动机一起使用的一种这样的控制阀。
根据另一实施例，模式阀116配置为在失去到阀的能量的情况下 将发动机置于不提供动力的状态。因此，如果因为任何原因失去了到 阀的能量，则去除发动机的动力，防止无控制地为发动机提供动力。 这可能涉及具有被配置为在失去动力的情况下驱动该阀至空档位置 的弹簧。
根据本发明的一个实施例，监视发动机和泵的壳体内的液体压 力。在大部分液压泵和发动机中，壳体内的液体被排放至系统的低压 侧。以该方式，不可避免地经过机器的活塞和机器密封泄漏的液体返 回到低压液体供应。在本实施例中，在大量高压液体选出到壳体的机 器故障的情况下，压力传感器将检测到压力增加，并且控制单元将执 行自动关闭，或者至少切断至机器的高压。
根据一些混合动力车辆的设计，或者在第一发动机的旁边或者耦 合到另一对驱动轮地结合了另外的发动机。根据本发明的实施例，在 导致发动机不能运行的系统故障的情况下，将不能运行的发动机排除 在外，而一个或多个剩余的发动机可以以“缓慢行驶回家”模式运行以 允许车辆以减少的能力运行来避免完全停止。这样的系统故障可以包 括排量控制的损失、一个或另一个发动机的液体回路中的内部和外部 泄漏、以及其他发动机故障。可以通过将其各个模式阀置于空档并命 令发动机为零排量来实现隔离不运行的发动机。关于参考图7所述的 处理，步骤718和720在采用多于一个液压发动机的系统中具有特殊 应用。如果模式阀被确认为在其空档位置，则相关发动机可以通过模 式阀与系统隔离，而不用完全关闭系统。在替换实施例中，提供了隔 离阀，配置为分别将每个发动机隔离，从而不论故障的类型，一个发 动机可以被完全与系统隔离，同时允许系统运行以剩余的发动机运 行。采用多于一个用于运行的发动机的车辆在多个参考资料中被描 述，包括下列参考资料：美国专利第6,718,080号；美国专利申请第 10/620,726号；以及美国专利申请第11/233,822号。
根据本发明的一个实施例，ICE 102和发动机110设置有过速保 护，从而如果控制单元检测到ICE或发动机以过高速度旋转，则去除 机器的功率以防止损害。
根据本发明的一个实施例，提供了用于控制再生制动系统的处 理。如上所述，当司机对刹车踏板施加压力时，控制单元控制发动机 来向轮子施加反向转矩。然而，当车辆的速度向零降低时，控制器减 少发动机的排量以减少刹车转矩。同时，摩擦刹车总是保持运行，从 而在需要额外制动的情况下，在刹车踏板上的轻微增加压力就能使摩 擦刹车工作。因此，如果例如车辆停止在山坡上，则是摩擦刹车的动 作将车辆保留在原位。这就避免了试图平衡液体压力以保持车辆在斜 面上不移动的问题。此外，这用于清洁刹车片的碎片和铁锈，使得刹 车片在发动机失去动力的情况下保持完整功能，从而司机总是可以具 有可用的刹车。此外，如果耦合到驱动轮112的旋转传感器146检测 到轮子旋转中具有明显的不同，表示在加速或刹车过程中轮子在打 滑，则发动机的排量瞬间被减少以使得打滑的轮子恢复牵引。
由某些液压混合动力车辆的运行原理产生的多种情况可能导致 典型车辆操作者的困惑或危险状况。例如，通常车辆系统被编程为如 果在HPA中适当充气则关闭ICE。因此，当车辆停止时，司机可能 忘记车辆实际是“运行”的，因为不存在功率仍然可用的表面指示。司 机可能泊车，留下处于使用中的功率，随后离开车辆。随后可能存在 一些危险，另一方面，可能是个小孩进入车辆并无意地将车辆设置为 无控运动。如果机械工犯了同样的错误，随后开始将高压液体管道断 开，则液体可以以很大的力被释放出来，具有引起严重伤害的可能。
根据各种实施例，提供了增加车辆停止或被司机关闭时的安全性 的特性。例如，如果车辆以低于大约1-5mph之间的阈值速度行驶时， 并且如果档位指示器位于移动位置(即，D，L或R)，则发动机110 的排量被控制为轻微正值，从而当车辆被停止时，司机必须施加制动 以防止车辆向前(或向后，如果在倒档)缓慢移动。这易于提醒司机 将档位指示器移至P位置。根据一个实施例，当档位指示器被移至P 或N位置，则不论HPA被充的状态，都启动ICE。运行的引擎用来 提醒司机车辆仍然在被提供功率，并且钥匙必须被移至“关闭”位置。 档位指示器必须在钥匙能够从钥匙孔中移去之前被移至P位置，再次 提醒司机完全关闭车辆。根据一个实施例，压力传感器设置在司机座 位中。如果司机离开座位而不拔掉钥匙或将档位指示器置于P，则发 出报警声来警告司机该遗漏。
在适当情况下，术语钥匙应被广泛解释为包括被配置为启动和/ 或关闭车辆的运行的任何机构，包括开关或按钮、遥控装置等。
当钥匙移动至关闭位置时，系统以类似于参考图6所述的自动关 闭的方式关闭。命令发动机为零排量；命令模式阀至空档；关闭ICE； 关闭HPA阀；关闭LPA阀；以及最后关闭控制单元。剩余在系统中 的高压将逐渐经过密封和活塞泄漏至低压侧，直到整个系统中的压力 大致等于LPA。根据一个实施例，系统包括压力释放阀，其在关闭 HPA阀和LPA阀之后打开，其将压力从高压侧排放至低压侧。
在本公开所述的多个处理中，测量系统的一些参数。如在说明书 和权利要求中所使用的，术语测量不局限于实际获取用于比较或计算 的值。例如，参考图7所述的处理包括测量发动机10的实际排量。 尽管一些系统可能被配置为提供真实排量值，但是还存在多种可接受 的替换方案。在采用曲轴发动机的系统中，发动机的轭通过弧旋转， 以及发动机的排量通常从轭的冲程角方面来描述。在冲程角度为零 处，排量也为零，而当角度增加时，排量也以已知的精确关系增加。 如果传感器156是被配置为提供直接随轭的角度变化的电压信号的换 能器，则可以从换能器信号的值准确地推知发动机的排量。此外，由 控制单元提供以命令发动机的排量的控制信号可以仅仅是具有对应 于命令排量的值的电压信号。因此，测量和比较的步骤可以由如下电 路连续执行，该电路被配置为制约来自换能器和控制单元的一个或两 个电压信号，从而如果实际排量等于命令排量，则信号的值相等，随 后连续地比较这些值，并在这些值之间的差超过参考值的情况下输出 故障信号。可以看出在所述的配置中，没有测量发动机的排量体积， 在术语的狭隘含义上，也没有将值与命令排量体积进行比较。然而， 这样的结构应被认为是执行所概述的步骤，并因此落在本发明的范围 内。
以类似的方式，其他参数的测量以及其他处理的执行可以被推理 地执行。参考图6描述的处理包括测量HPA处的流速，并将测量到 的流速与通过发动机排量和旋转确定的流速进行比较。众所周知，测 量液体的压力比测量流量更简单并且更经济。也应该知道，如果已知 管道的压力下降特性，则可以通过测量液体传输管道中两点处的压力 差来确定流速。因此，当模式阀116被置于将高压液体引导经过传感 器142、控制阀120位于其第三位置(即，关闭)、并且泵104不运 行时，通过将传感器134处的液体压力与传感器142处的压力进行比 较，可以确定传感器之间的液体流量，并如图6中所示与由发动机的 排量和rpm表示的流量进行比较。如果值不一致，则在电路中存在故 障。在液体回路中的其他点处的其他压力传感器可以被用来确定在其 他支路中的液体流速，例如，如参考图5所述的，确认从HPA液出 的所有液体都流入LPA。
已经根据各种实施例描述了多种处理，用于解决与液压混合动力 车辆系统的运行有关的安全顾虑。应该注意到，如果所有公开的处理 在一个车辆中实施，则具有相当多的冗余。冗余的安全处理不意在互 相排斥。尽管任何披露的处理都可以被单独实施，使用冗余处理通常 使得系统的整体安全性的显著增加。液压系统总体上是典型极其鲁棒 性和可靠的。然而，在期望保持运行多年并行驶成千上万英里的车辆 中，故障的可能性必须被确认。
在权利要求记载了在执行先前的、有条件的步骤之后将被执行的 步骤的情况下，该权利要求将被解释为下面的步骤不被执行，除非满 足了执行先前步骤的条件。此外，在权利要求记载了在一个条件步骤 之前执行的某一步骤的情况下，该权利要求被解释为该条件步骤不被 执行，除非在先前步骤被执行之后满足了执行条件步骤的条件。
术语严重系统故障(CSF)用在权利要求书中以表示应用该术语 的系统不能保持运行或不应保持运行以避免损害系统或一些其他危 险状态的情况。
术语非重要系统故障(NSF)用在权利要求书中以表示应用该术 语的系统能够保持运行但可能需要维修的情况。
尽管在权利要求书中记载的方法和处理步骤可以以对应于在本 说明书中公开的步骤顺序的顺序来呈现，然而，除非特别指出，呈现 所述步骤的顺序不限制可能执行步骤的顺序。
在该说明书中引用和/或在申请数据表中列出的所有的上面的美 国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申 请和非专利公开的全部内容通过引用结合于此。
从前面的描述应该理解，尽管在此为了说明的目的已经描述了本 发明的具体实施例，在不背离本发明的精神和范围的基础上，可以进 行各种修改。因此，本发明除了由附加的权利要求限制，不被其他限 制。