用于确定湿式离合器变速器中的润滑剂的剩余使用寿命的监测和预测系统及方法

摘要

提供了一种用于监测变速器中的润滑剂的系统和方法。该系统包括第一速度传感器、温度传感器、以及处理单元。该第一速度传感器紧邻第一离合器，形成了该变速器的一部分。该第一速度传感器被配置为检测该第一离合器的各部分之间的旋转差异。该温度传感器被设置在该变速器内。该温度传感器被配置为测量该润滑剂的温度。该处理单元与该第一速度传感器和该温度传感器通信。响应于来自该第一速度传感器和该温度传感器的信息，该处理单元确定在该变速器中使用的该润滑剂的情况。

说明书

相关申请

本申请要求2013年4月12号提交的美国临时申请No.61/811,564的权益， 其整体通过引用结合于此。

发明领域

本发明涉及润滑剂监测，更具体地涉及用于监测变速器中的润滑剂的系统 和方法。

背景技术

包含在车辆内的移位湿式离合器通常使用自动变速器液来润滑和促进移 位湿式离合器或其他变速器组件的操作。经过变速器的使用和移位湿式离合器 的操作，自动变速器液逐步劣化。用于装备有移位湿式离合器的车辆的维护策 略包括劣化后的自动变速器液的替换。然而，由于自动变速器液的劣化过程非 常复杂，确定什么时候应该替换自动变速器液是困难的，并且使车辆的维护策 略变得复杂。一种用于确定何时应该替换自动变速器液而不显著地增加包含监 测和预测系统的车辆的成本的监测和预测系统将是有利的。

自动变速器液的劣化过程包含多个单独的过程。多个单独的过程的非限制 性示例是氧化、热破坏、微爆燃(microdieseling)、静电火花放电、添加剂耗 尽、水污染和过量剪切负载。自动变速器液的劣化过程的示例在图1中示出。

氧化是由暴露于氧气引起的化学过程。除了周围环境中的氧气浓度，氧化 也由其他因素影响，诸如周围环境的温度和催化器的存在增大氧化的速率。催 化剂的非限制性示例是水和磨损金属粒离子。

氧化是促成劣化过程的最主要过程。自动变速器液的氧化导致自动变速器 液的粘性增大，自动变速器液内清漆、软泥与沉渣的形成，自动变速器液的添 加剂的耗尽，自动变速器液的基油的破坏，与自动变速器液一起使用的过滤器 的堵塞，自动变速器液的起泡属性损失，自动变速器液的酸值增加，在变速器 的组件上形成锈的能力，以及变速器的组件的腐蚀。

热破坏可导致自动变速器液汽化或导致自动变速器液分解。汽化和分解可 使添加剂被从自动变速器液中去除，导致自动变速器液的功能的损失。此外， 作为添加剂被从自动变速器液中去除的结果，自动变速器液的粘性可能增大。 热破坏的一个源头是来自变速器的移动部分之间发生的摩擦。摩擦可使自动变 速器液变热超出推荐的稳定温度。作为非限制性示例，推荐的稳定温度可以是 自动变速器液的闪点。

当自动变速器液的温度极大地超过自动变速器液的推荐的稳定温度时发 生热破坏，自动变速器液的较大分子将分裂成较小分子。热破坏可引发副作用， 诸如包括聚合、产生副产物、毁坏添加剂以及产生不溶解的副产物。在一些情 况下，自动变速器液的粘性可由于热破坏而降低。

微爆燃(也可被称为压力诱导的热劣化)是气泡从低压力区转移到高压力 区的过程，导致绝热压缩。这样的过程产生超过1000℃的局部温度，导致含 碳副产物的形成以及自动变速器液的加速劣化。

当清洁的、干燥的自动变速器液快速地流过变速器中的紧密间隔时可发生 静电火花放电。自动变速器液的内摩擦产生静电，该静电可累积直到发生火花。 这样的火花发生在10000℃与20000℃之间的估计温度上。

由于老化的自然结果，自动变速器液中的一些添加剂耗尽。监测添加剂水 平是重要的，不仅评估自动变速器液的健康，而且还可提供与具体劣化机制的 信息。

当水溶解在自动变速器液中时发生自动变速器液中的水污染。当这发生 时，水分子均匀地分散在自动变速器液内。当达到了自动变速器液中溶解的水 的最大水平时，微观的水滴均匀地分布在自动变速器液中以形成乳剂。当额外 的水被加入乳剂时，两种成分将变成分离的，这导致自动变速器液中的游离水。

水在自动变速器液中的影响包括对变速器的组件的生锈和溶蚀、对变速器 的组件的侵蚀、对变速器的组件的水蚀刻以及变速器的组件的组件的氢脆。此 外，水也可加速氧化过程，耗尽添加到自动变速器液的氧化抑制剂和反乳化剂， 使添加到自动变速器液的添加剂沉淀，以及与用于变速器的组件的诸如摩擦改 良剂之类的极性添加剂竞争。

过量剪切负载是促成自动变速器液的劣化过程的另一个过程。过量剪切负 载可剪裁自动变速器液的粘性改良剂的分子链，导致自动变速器液的永久粘性 损失。

已经公布了展现自动变速器液在长时期的使用之后的质量的一些指示。这 些指示可以如下分类：

当自动变速器液清澈和明亮时，这指示不存在沉淀物且自动变速器液仍处 于良好的状态。当自动变速器液变得颜色上暗淡时，这样的颜色通常指示自动 变速器液已经被使用了长时期和/或指示自动变速器液的一些氧化已经发生了。

粘性是对流动的阻力的测量或自动变速器液多么浓或稀薄。自动变速器液 的粘性是自动变速器液的重要属性，指示了性能。具有较低粘性油的混合物、 来自过量剪切负载的液体粘性指数的聚合成分的破坏或热破坏可导致自动变 速器液的粘性的降低。与较高粘性油的混合，重质燃料、燃烧产物或来自未完 全燃烧的产物对自动变速器液的污染，或者氧化可导致自动变速器液的粘性的 增大。

自动变速器液防止酸形成效应的能力由自动变速器液的总碱值(TBN)指 示。酸通常在氧化过程期间形成。低TBN可指示具有较低TBN油的混合物或 附加剂的耗尽。这种附加剂的耗尽可指示自动变速器液遭受苛刻的情况(诸如 高硫燃料、过度扩展的放油孔、不适当的变速器设计)和恶劣运行情况。高TBN 可指示具有较高TBN油的混合物、自动变速器液的碱性附加物被高温分解、 以及轻馏分(lightend)从自动变速器液中的汽提(stripping)。

自动变速器液的酸度是可用性的指示。自动变速器液的酸度随着氧化和燃 烧副产物的引入而增大。自动变速器液的酸度可使用自动变速器液的总酸值 (TAN)来度量。较低TAN可指示自动变速器液与较低TAN油的混合、对自 动变速器液的TAN有贡献的附加剂的耗尽、以及自动变速器与碱性油或其他 材料(例如诸如清洁剂之类)的混合。自动变速器液与较高TAN油的混合、 自动变速器液的氧化、自动变速器液与酸性燃烧产物的混合、某些添加剂的热 破坏、以及自动变速器液与酸性材料(例如诸如清洁剂之类)的混合可导致较 高TAN。自动变速器液的较高TAN可产生变速器的组件的腐蚀、自动变速器 液的浓化、变速器内沉淀物的形成、以及变速器的组件的加速磨损。理解到， TBN和TAN是互补的。此外，TAN和自动变速器液的粘性可在时间的进程上 变化，如在图3A-3C中可见，这是基于来自Noria公司的“全面观察酸值测试 (Acomprehensivelookattheacidnumbertest)”的信息。(PracticingOilAnalysis (实施油分析),2007:1-9)

在自动变速器液中存在水的原因包括冷凝、发动机的低运行温度、其他组 件对变速器的泄漏、从入口进入变速器、在新的自动变速器液中存在水、以及 自动变速器液与燃烧气体的混合。水在自动变速器液中的影响是变速器组件的 生锈和腐蚀、变速器中的沉渣形成、自动变速器液的氧化增大、疲劳寿命(通 常是变速器的轴承和齿轮的)的减小、变速器的组件的磨损增大、添加剂保护 降低、以及自动变速器液的过滤器的堵塞。

自动变速器液中的固体可来自很多源头，但常见原因包括：来自变速器的 摩擦片、齿轮和轴承的磨损碎屑粒子，氧化过程的产物，以及环境产物(例如， 诸如沙和土之类)进入变速器内。高固体含量的影响是自动变速器液的浓化、 变速器的组件的磨损、变速器中沉淀物的形成、以及自动变速器液的过滤器的 堵塞。

如上所述，发生在自动变速器液中的劣化过程是非常复杂的。涉及很多因 素来确定自动变速器液的劣化，诸如运行情况和变速器的环境。然而，已知氧 化过程是导致自动变速器液的劣化的主要机制。作为氧化过程的结果，自动变 速器液变得更酸和更粘。因此，总酸值和粘性是可被用于确定自动变速器液的 情况的两个量度。

开发一种用于确定湿式离合器变速器中的润滑剂的剩余使用寿命的系统 和方法将是有利的，该系统和方法是准确的而且基于来自传感器的数据，该传 感器可用到变速器中而不会显著地增加变速器或包含变速器的车辆的成本。

发明内容

目前由本发明提供，意外地发现了一种用于确定湿式离合器变速器中的润 滑剂的剩余使用寿命的系统和方法，该系统和方法是准确的而且基于来自传感 器的数据，该传感器可用到变速器中而不会显著地增加变速器或包含变速器的 车辆的成本。

在一个实施例中，本发明针对一种用于监测变速器中的润滑剂的系统和方 法。该系统包括第一速度传感器、温度传感器、以及处理单元。该第一速度传 感器紧邻第一离合器，形成了变速器的一部分。该第一速度传感器被配置为检 测第一离合器的各部分之间的旋转差异。该温度传感器被设置在变速器内。该 温度传感器被配置为测量润滑剂的温度。该处理单元与该第一速度传感器和该 温度传感器通信。响应于来自第一速度传感器和温度传感器的信息，该处理单 元确定在变速器中使用的润滑剂的情况。

在另一个实施例中，本发明针对一种用于监测变速器中的润滑剂的方法。 该方法的步骤包括：提供紧邻第一离合器的第一速度传感器，形成了变速器的 一部分；提供在变速器内设置的温度传感器；提供与该第一速度传感器和该温 度传感器通信的处理单元；使用该第一速度传感器来检测该第一离合器的各部 分之间的旋转差异；使用该温度传感器来测量润滑剂的温度；以及使用该处理 单元确定在变速器中使用的润滑剂的情况，该处理单元使用来自该第一速度传 感器和该温度传感器的信息。

在又一个实施例中，本发明针对一种用于监测变速器中的润滑剂的方法。 该方法的步骤包括：提供紧邻第一离合器的第一速度传感器，形成了变速器的 一部分；提供紧邻第二离合器的第二速度传感器，形成了变速器的一部分；提 供在变速器内设置的温度传感器；提供与该第一速度传感器、该第二速度传感 器以及该温度传感器通信的处理单元；使用该第一速度传感器来检测该第一离 合器的各部分之间的旋转差异；使用该第二速度传感器来检测该第二离合器的 各部分之间的旋转差异；使用该温度传感器来测量润滑剂的温度；以及使用该 处理单元确定在变速器中使用的润滑剂的粘性，该处理单元使用来自该第一速 度传感器、该第二速度传感器以及该温度传感器的信息。

当根据附图来阅读时，本发明的多个方面将从优选实施例的以下详细说明 中对本领域技术人员变得显而易见。

附图说明

以上所述以及本发明的其他优点从依照附图考虑以下详细的说明中对本 领域技术人员而言是显而易见的，在附图中：

图1是示出自动变速器液的劣化过程的图表；

图2是根据本发明的实施例的用于监测变速器中的润滑剂的系统的示意 图；以及

图3A是示出自动变速器液的总酸值在时间进程上的线性关系的图表；

图3B是示出自动变速器液的总酸值在时间进程上的抛物线关系的图表； 以及

图3B是示出自动变速器液的总酸值在时间进程上的不规则关系的图表。

具体实施方式

要理解到，本发明可假定多种可选方向和步骤顺序，除非相反已明确指定 的情况。还要理解到，附图中示出的以及以下说明书中描述的特定设备与过程 仅仅是本文所定义的发明概念的示例性实施例。因此，有关于本公开的实施例 的特定尺寸、方向或其他物理特征不被考虑为限制性的，除非另外明确地表明。

图2示出根据本发明的实施例的用于确定湿式离合器变速器中的润滑剂的 剩余使用寿命的系统100。系统100包含处理单元102、第一速度传感器104、 第二速度传感器106、温度传感器108、存储设备110、以及用户界面112。第 一速度传感器104、第二速度传感器106和温度传感器108感测关于变速器114 的运行情况的信息。响应于由使用传感器104、106、108的系统100所检测和 确定的情况，系统100通知包含系统100的车辆(未示出)的操作者关于在变 速器114中使用的润滑剂116(例如，诸如自动变速器液之类)的情况的信息 或者将信息发送到中心网络117。

变速器114形成包含系统100的车辆的传动系统(未示出)的一部分。图 2中示意性示出的变速器114是至少包括第一离合器118和第二离合器120的 自动变速器；然而要理解到，变速器114可以是包括至少两个离合装置的任意 类型的变速器。

第一离合器118是可变地啮合的湿板式离合器；然而要理解到，第一离合 器118可以是其他类型的啮合装置。第一离合器118包含驱动部分122和非驱 动部分124。第一离合器118可被置于啮合位置、分离位置或滑动状态。当第 一离合器118置于啮合位置时，驱动部分112与非驱动部分124驱动地啮合， 且没有相对运动在其之间发生。当第一离合器118置于分离位置时，驱动部分 122不与非驱动部分124驱动地啮合，允许驱动部分122或者非驱动部分124 相对于另一个旋转而不影响第一离合器118的剩下部分。

第一速度传感器104是与处理单元102数据通信的传感器。第一速度传感 器104紧邻驱动部分122和非驱动部分124。第一速度传感器104被配置为检 测驱动部分122与非驱动部分124之间的旋转差异，该旋转差异被传输至处理 单元102。

第二离合器120是可变地啮合的湿板式离合器；然而要理解到，第二离合 器120可以是其他类型的啮合装置。第二离合器120包含驱动部分126和非驱 动部分128。第二离合器120可被置于啮合位置、分离位置或滑动状态。当第 二离合器120置于啮合位置时，驱动部分126与非驱动部分128驱动地啮合， 且没有相对运动在其之间发生。当第二离合器120置于分离位置时，驱动部分 126不与非驱动部分128驱动地啮合，允许驱动部分126或者非驱动部分128 相对于另一个旋转而不影响第二离合器120的剩下部分。

第二速度传感器106是与处理单元102数据通信的传感器。第二速度传感 器106紧邻驱动部分126和非驱动部分128。第二速度传感器104被配置为检 测驱动部分126与非驱动部分128之间的旋转差异，该旋转差异被传输至处理 单元102。

温度传感器108是与处理单元102数据通信的传感器。温度传感器108位 于变速器114内且与润滑剂116接触。温度传感器108被配置为检测变速器114 内润滑剂116的温度，该温度被传输至处理单元102。

处理单元102是形成车辆的控制器(未示出)的一部分的计算设备。响应 于从第一速度传感器104、第二速度传感器106和温度传感器108接收的数据， 处理单元102执行一系列指令。响应于从有助于车辆的运行的附加传感器接收 的数据，处理单元102也可执行一系列指令。响应于从第一速度传感器104、 第二速度传感器106和温度传感器108接收的数据，处理单元102可获取存储 设备110上的信息，改变存储设备110上的信息，将信息发送至用户界面112， 或者将信息发送至中心网络117。理解到，由处理单元102执行的一系列指令 可被储存在存储设备110或附加的存储设备(未示出)上。

存储设备110与处理单元102通信。存储设备110可以是EEPROM芯片、 闪存芯片或其他形式的非易失性计算机存储器。如上所述，处理单元102可获 取存储设备110上的信息或改变存储设备110上的信息。储存在存储设备110 上的信息可包括参考数据或要被处理单元102执行的一系列指令。

用户界面112是帮助处理单元102与包含系统100的车辆的操作者之间的 通信的装置。用户界面可以是照明装置、音频装置，或者可形成计算机化用户 界面(未示出)的一部分。响应于从处理单元102接收到的信息，以警告车辆 的操作者关于在变速器114中使用的润滑剂116的情况的方式激活用户界面 112。

中心网络117是通信平台，该通信平台与处理单元102通信。中心网络117 包含至少一个计算设备(未示出)，其有助于从中心网络117接收的数据的传 递、存储或操作。此外，中心网络117可向处理单元102发送关于车辆的运行 的信息。作为非限制性示例，中心网络117可以是车队管理系统。

在使用中，响应于由使用传感器104、106、108的系统100所检测和确定 的情况，系统100通知包含系统100的车辆的操作者关于在变速器114中使用 的润滑剂116的情况或将信息发送至中心网络117。

图2示出用于监测和预测的系统100的工作原理。来自置于分离位置的离 合器118、120中的每个的速度传感器104、106和温度传感器108的信息被发 送到处理单元102。此外，处理单元102考虑润滑剂116的规格和自从润滑剂 116被改变的时间量。处理单元102然后计算与润滑剂116的健康、润滑剂116 的剩余使用寿命以及润滑剂116的下次估计变化的指示有关的信息并且将该信 息发送到用户界面112。理解到，用户界面112可以是任何种类的界面(例如， 诸如在LCD(液晶显示)屏上的界面或移动无线设备上的应用之类)。

接着，处理单元102(或与处理单元102通信的另一个处理单元)可将显 示在用户界面112上的信息发送到中心网络117。在中心网络117上，这种信 息可被车队管理系统使用以帮助调度车辆，计划车辆的维护，以及跟踪润滑剂 116在时间的进程上的变化。

速度传感器104、106被用于识别当置于分离位置时(在以高速施加压力 之前)的离合器118、120的驱动部分122、126与非驱动部分124、128之间 的相对速度信号的变化，其中所得的摩擦力矩主要由润滑剂116的属性(例如， 诸如润滑剂116的粘性)来控制。当离合器118、120中的一个完全分离时， 作为离合器118、120的驱动部分122、126与润滑剂116之间的摩擦的结果， 离合器118、120中的一个的非驱动部分124、128可转动。处于分离位置的离 合器118、120中的每个的驱动部分122、126与非驱动部分124、128中的每 个之间的速度差允许确定关于润滑剂116的粘性的信息。例如，当润滑剂116 的粘性为低时，处于分离位置的离合器118、120中的每个的驱动部分122、126 与非驱动部分124、128之间的所得相对速度信号趋向于高。相反地，例如， 当润滑剂116的粘性为高时，处于分离位置的离合器118、120中的每个的驱 动部分122、126与非驱动部分124、128之间的所得相对速度信号趋向于低。 由于所得摩擦力矩由润滑剂116的温度极大地影响，温度传感器108被用于修 正润滑剂116的温度在相对速度信号上的影响。

来自处于分离位置的离合器118、120的速度和温度信息可被比较以确保 用于监测和预测的系统100更好的准确度和可靠性。虽然图2仅示出包括两个 离合器118、120的系统100，但要理解到系统100可包括额外的离合器。

如上所述，氧化是自动变速器液(诸如润滑剂116)的主要劣化机制，因 此理解自动变速器液的TAN和粘性在时间的进程上如何变化是重要的。如市 场上可购买到的自动变速器液可具有不同的添加剂，时间进程上的TAN和粘 性可以不同，如可在图3A-3C中观察到。如图3A-3C所示，时间进程上的这种 变化可为线性、抛物线或不规则关系，取决于自动变速器液的成分。

加速氧化测试可确定在变速器(诸如变速器114)中使用的自动变速器液 的表现。此外，如果粘性上的变化与TAN的变化相关，如图1所示，那么使 用速度传感器104、106仅仅监测润滑剂116的粘性足以确定润滑剂116的质 量。

进一步理解的是，自动变速器液的良好了解和选择是极为重要的以及不同 的表现必须被实现在用于监测和预测的系统100中。用于监测和预测的系统100 的功能允许包含用于监测和预测的系统100的车辆的操作者选择与车辆一起使 用的自动变速器液。

本发明的用于监测和预测的系统100具有很多优点。用于监测和预测的系 统100便于实现而且是成本节约的，因为系统100使用现有传感器(例如，速 度传感器104、106和温度传感器108)。用于监测和预测的系统100结合来自 置于分离位置的离合器118、120中的任何一个的速度传感器104、106和温度 传感器108以确定润滑剂116的粘性。用于监测和预测的系统100包括多个内 部模块，该多个内部模块被用于通过粘性/TAN相关性来确定润滑剂的粘性与 氧化之间的相关性。用于监测和预测的系统100包括多个内部模块，该多个内 部模块可在润滑剂116的氧化与润滑剂116的剩余使用寿命之间建立联系。用 于监测和预测的系统100可适于与多种市场上可购买到的自动变速器液一起使 用。用于监测和预测的系统100将与润滑剂116有关的信息(例如剩余使用寿 命)发送至包含系统100的车辆的操作者。用于监测和预测的系统100提供向 中心网络117发送信息的可能性，使得这种信息可被车队管理系统使用。

根据专利法规的规定，本发明已经被描述在认为代表其优选实施例的说明 中。然而，应该注意到本发明可以以所具体描述以外的形式来实践而不脱离其 精神或范围。