專利名稱：基于發(fā)電機(jī)功率的冷起動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種在具有針對(duì)車輛牽引輪的并行動(dòng)カ傳送路徑的混合動(dòng)カ電動(dòng)車輛(hybrid electric vehicle)動(dòng)カ傳動(dòng)系(powertrain)中起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法。
背景技術(shù)：
在例如第7，013, 213號(hào)美國專利以及第U. S. 2006/0016412 Al號(hào)美國專利申請(qǐng)公布中所公開的類型的混合動(dòng)カ電動(dòng)車輛動(dòng)カ傳動(dòng)系中，使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和電カ牽引電動(dòng)機(jī)來在分流的動(dòng)カ傳送路徑中產(chǎn)生車輛牽引輪扭矩。動(dòng)カ傳送路徑部分地由扭矩分流器行星齒輪系限定，在該行星齒輪系中，行星齒輪架可驅(qū)動(dòng)地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，環(huán)形齒輪通過齒 輪系可驅(qū)動(dòng)地連接到車輛牽引輪的差動(dòng)和橋總成。電動(dòng)機(jī)也通過該齒輪系與差動(dòng)和橋總成結(jié)合。在發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)-蓄電池分總成中，電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)連同蓄電池一起電結(jié)合。發(fā)電機(jī)直接連接到恒星齒輪，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ通過行星齒輪單元被傳送給該齒輪系時(shí)，恒星齒輪用作反作用元件。通過控制發(fā)電機(jī)扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ輸出被分流為兩個(gè)并行的路徑。從發(fā)動(dòng)機(jī)到行星齒輪單元，最終到動(dòng)カ輸出軸建立機(jī)械動(dòng)カ流動(dòng)路徑。另ー個(gè)動(dòng)カ流動(dòng)路徑是電動(dòng)力流動(dòng)路徑，其從發(fā)動(dòng)機(jī)，到發(fā)電機(jī)，再到電動(dòng)機(jī)，然后到動(dòng)カ輸出軸來傳輸動(dòng)カ。因此，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和行星齒輪單元可用作具有連續(xù)變速比特性的電-機(jī)械變速器。車輛系統(tǒng)控制器協(xié)調(diào)分流的動(dòng)カ傳輸。在正常的運(yùn)行條件下，車輛系統(tǒng)控制器解釋駕駛者對(duì)動(dòng)カ的要求，如加速或減速功能要求。然后確定為了滿足駕駛者的動(dòng)カ要求并且在考慮發(fā)動(dòng)機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性、排放質(zhì)量等的同時(shí)實(shí)現(xiàn)特定的車輛性能，每ー動(dòng)力源需要何時(shí)提供扭矩并且提供多少扭矩。車輛系統(tǒng)控制器將確定發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和速度關(guān)系的工作點(diǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)可向行星齒輪系傳送動(dòng)力。該動(dòng)カ可用于在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時(shí)，其由行星齒輪系驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)向蓄電池充電。當(dāng)發(fā)電機(jī)被沒有通過驅(qū)動(dòng)橋(transaxle)齒輪系機(jī)械傳送的那部分發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ所驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)可起發(fā)電機(jī)的作用。按照正的動(dòng)カ分流配置，通過行星齒輪系傳送到發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ的結(jié)余對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)。以這樣的方式，兩個(gè)動(dòng)力源，即發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)-蓄電池子系統(tǒng)被整合，從而它們可以無縫地一起工作，以滿足駕駛者對(duì)動(dòng)カ的要求。該系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)力源之間的最佳動(dòng)カ分流。發(fā)電機(jī)用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在正常的運(yùn)行循環(huán)中，發(fā)動(dòng)機(jī)必然被頻繁地起動(dòng)和停止。毎次發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須在不超過蓄電池功率極限的情況下，經(jīng)大的溫度范圍被快速、無噪音、平穩(wěn)地起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式不能發(fā)生在所謂的諧振區(qū)域(resonance zone)中的擴(kuò)展時(shí)間段內(nèi)，在諧振區(qū)域期間，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳送不穩(wěn)定并且具有扭矩尖峰的特點(diǎn)。對(duì)于當(dāng)前一般的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，該諧振區(qū)域的典型發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍大約是300-500rpmo當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度非常低時(shí)，滿足各種發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求是很難實(shí)現(xiàn)的。由于冷的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑劑的摩擦増大，所以冷的發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多的能量來起動(dòng)。此外，由于蓄電池的化學(xué)特性的限制，冷的蓄電池?zé)o法提供同樣多的能量。如果發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)有可變氣門正時(shí)(valvetiming)，則冷的發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)變得更加困難。這是因?yàn)?，為了減小發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲、振動(dòng)和舒適性(NVH)而添加可變進(jìn)氣門正時(shí)特征減小了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)。這又使得在發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)之前需要更高的起動(dòng)速度。在第US 2006/0016412 Al號(hào)美國專利申請(qǐng)公布中討論了ー種冷起動(dòng)方法。該冷起動(dòng)方法需要指定的在起動(dòng)事件期間保持恒定的目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。使用第US 2006/0016412Al公布中的方法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的扭矩的變化引起用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率發(fā)生波動(dòng)。因此，在冷的環(huán)境中的變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦?xí)鸶邏盒铍姵氐倪^放電。此外，在至少ー個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的單個(gè)強(qiáng)烈的瞬時(shí)點(diǎn)火事件會(huì)瞬間增大發(fā)動(dòng)機(jī)速度。然后，發(fā)電機(jī)被增大的發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)所激勵(lì)，通過減小發(fā)電機(jī)扭矩命令來對(duì)瞬時(shí)點(diǎn)火事件做出響應(yīng)。這會(huì)使得發(fā) 電機(jī)停止在起動(dòng)模式期間幫助發(fā)動(dòng)機(jī)，從而由于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中的固有控制信號(hào)響應(yīng)時(shí)間延遲，并且由于由曲軸以及與曲軸機(jī)械連接的部件的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的瞬時(shí)動(dòng)能改變引起的物理滯后時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失速或者“無法起動(dòng)(no-start) ”情況。如果利用第US 2006/0016412 Al號(hào)專利申請(qǐng)公布中所描述的這種方法，發(fā)動(dòng)機(jī)成功且一致地產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩，則在發(fā)動(dòng)機(jī)速度増加到期望的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)速度之前，發(fā)動(dòng)機(jī)速度被拖拉通過大約300-500rpm的諧振區(qū)域。這會(huì)導(dǎo)致利用比蓄電池能夠安全提供的功率更多的蓄電池功率。當(dāng)蓄電池的充電狀態(tài)被耗盡時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致低的蓄電池電壓情況。這會(huì)縮短蓄電池的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免先前所描述的已知控制系統(tǒng)的局限，并且提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能。這通過在冷的發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間控制發(fā)電機(jī)功率(而非發(fā)動(dòng)機(jī)速度)由本發(fā)明的方法來實(shí)現(xiàn)。如果由于冷的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦較大，則起動(dòng)期間的發(fā)動(dòng)機(jī)速度將低于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。此外，在起動(dòng)循環(huán)期間，即使發(fā)動(dòng)機(jī)間歇地提供扭矩，發(fā)電機(jī)也將繼續(xù)提供扭矩以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。本發(fā)明的方法包括選擇低于高壓蓄電池功率極限的目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率。這樣，該控制方法將防止超過總功率極限。本發(fā)明的方法包括以下步驟使用閉環(huán)控制技術(shù)來計(jì)算期望發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度，以便在創(chuàng)建穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩時(shí)在考慮蓄電池功率極限的同時(shí)確定發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間將使用的特定發(fā)電機(jī)功率。用于保持發(fā)動(dòng)機(jī)速度的發(fā)電機(jī)功率將導(dǎo)致起動(dòng)速度的増加，以便幫助發(fā)動(dòng)機(jī)通過不穩(wěn)定點(diǎn)火階段。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)循環(huán)期間，所述方法將使發(fā)電機(jī)不需要提供額外的扭矩以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中緊隨初始點(diǎn)火之后的所謂“諧振區(qū)域”。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器在目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率下一起工作。對(duì)于具有相同溫度/摩擦特性的發(fā)動(dòng)機(jī)系列，所給出的發(fā)電機(jī)功率控制方法均能夠提升發(fā)動(dòng)機(jī)速度。這將使發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定簡化，從而實(shí)現(xiàn)具有最佳廢氣排放質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)起始燃料添加事件。


圖I是能夠使用本發(fā)明的方法的動(dòng)カ傳動(dòng)系的示意圖；圖2是示出發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度階段的示圖；圖3是本發(fā)明的控制方法的流程圖；圖4是示出用于在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)事件期間確定發(fā)電機(jī)功率目標(biāo)的閉環(huán)控制的控制框圖；圖4a是由圖4的框圖的PI控制器執(zhí)行的控制步驟的框圖；圖5是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)事件期間的發(fā)動(dòng)機(jī)速度改變的時(shí)間曲線圖；
圖6是使用本發(fā)明的方法的發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間的發(fā)動(dòng)機(jī)速度改變的時(shí)間曲線圖；圖7是在使用本發(fā)明的方法的發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)事件期間的蓄電池功率的時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施例方式在圖I中所示意性示出的混合動(dòng)カ傳動(dòng)系配置中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的扭矩輸出曲軸通過曲軸減震器(damper) 10’被可驅(qū)動(dòng)地連接到行星齒輪單元14的齒輪架12。齒輪單元14的恒星齒輪16用作反作用元件，并被可驅(qū)動(dòng)地連接到發(fā)電機(jī)18。齒輪架12可旋轉(zhuǎn)地支撐與恒星齒輪16和環(huán)形齒輪22嚙合的行星小齒輪20，環(huán)形齒輪22被可驅(qū)動(dòng)地連接到變速器扭矩輸入齒輪24。當(dāng)由發(fā)動(dòng)機(jī)向變速器傳送驅(qū)動(dòng)動(dòng)カ時(shí)，發(fā)電機(jī)18提供反扭矩。作為電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-蓄電池電カ子系統(tǒng)的一部分，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)カ來補(bǔ)充機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ?？墒褂梅醋饔弥苿?dòng)器26來為恒星齒輪16建立反作用點(diǎn)并且使發(fā)電機(jī)18不起作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，而發(fā)動(dòng)機(jī)不起作用時(shí)，通過超越離合器(0. ff. C) 28對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸進(jìn)行制動(dòng)。如果在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸能夠提供足夠的反扭矩，則可去除超越尚合器28。動(dòng)カ傳動(dòng)系的主控制器是動(dòng)カ傳動(dòng)系控制模塊(PCM)，通常如圖I中的標(biāo)號(hào)30所示。該控制模塊30接收駕駛者選擇信號(hào)(PRND)32，該信號(hào)32指示變速器將處于停車模式、倒車模式、空擋模式還是駕駛模式。如標(biāo)號(hào)31所示的蓄電池溫度信號(hào)被發(fā)送到控制模塊30。加速器踏板位置傳感器將信號(hào)(APPS)34傳送給動(dòng)カ傳動(dòng)系控制模塊30。該信號(hào)是駕駛者動(dòng)力要求的指示信號(hào)。模塊30還接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度信號(hào)24、蓄電池電壓信號(hào)33、蓄電池充電狀態(tài)信號(hào)35和蓄電池放電極限信號(hào)37。發(fā)動(dòng)機(jī)10處于電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(EEC) 30”的控制下，電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30”是動(dòng)カ傳動(dòng)系控制模塊30的一部分。期望的輪扭矩命令、期望的發(fā)動(dòng)機(jī)速度命令和發(fā)電機(jī)制動(dòng)命令由車輛系統(tǒng)控制器(VSC) 30’產(chǎn)生，并被發(fā)送給變速器控制模塊(TCM) 36以用于控制變速器發(fā)電機(jī)制動(dòng)、發(fā)電機(jī)控制和電動(dòng)機(jī)控制。電功率被傳輸給電動(dòng)機(jī)38，電動(dòng)機(jī)38可以是高扭矩感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，但是也可使用其它電動(dòng)機(jī)來執(zhí)行本發(fā)明的控制功能。電カ子系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)18和電動(dòng)機(jī)38是其一部分)還包括處于車輛系統(tǒng)控制器30’的控制下的蓄電池和蓄電池控制模塊(BCM) 40，車輛系統(tǒng)控制器30’產(chǎn)生用于蓄電池控制模塊接觸器的命令42，該命令42使蓄電池處于充電或者功率傳送狀態(tài)。蓄電池和蓄電池控制模塊40、電動(dòng)機(jī)38以及發(fā)電機(jī)18通過由虛線表示的高壓總線電連接。
變速器包括具有齒輪元件44、46和48的中間軸齒輪系。齒輪元件48連接到扭矩輸出齒輪50，該扭矩輸出齒輪50將功率傳送給差速器52和牽引輪54。電動(dòng)機(jī)電樞連接到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪56，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪56與齒輪元件46可驅(qū)動(dòng)地嚙合。對(duì)車輛制動(dòng)器的使用產(chǎn)生制動(dòng)器踏板位置傳感器信號(hào)(BPPS) 58，該信號(hào)58被傳送給制動(dòng)器系統(tǒng)控制模塊(BSCM) 60,以便由車輛系統(tǒng)控制器發(fā)起再生制動(dòng)(regenerativebraking)命令。如圖I中所示的混合動(dòng)カ車輛動(dòng)カ傳動(dòng)系使用發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的組合，利用行星齒輪單元14來使發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)彼此連接。在ー種驅(qū)動(dòng)模式中，可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)來使用包括電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和蓄電池的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此時(shí)，蓄電池用作能量源。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于發(fā)電機(jī)或反作用制動(dòng)器26提供行星齒輪單元的反扭矩，所以車輛沿前進(jìn)的方向被驅(qū)動(dòng)。行星齒輪單元14利用來自模塊36的發(fā)電機(jī)命令來有效地使發(fā)動(dòng)機(jī)速度與車輛速度解耦(decouple)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ輸出被劃分為兩個(gè)動(dòng)力流動(dòng)路徑,一個(gè)路徑是從齒輪架12到環(huán)形齒輪22，最終到達(dá)變速器輸入齒輪24的機(jī)械路徑。同吋，從齒輪架12到恒 星齒輪16，再到與電動(dòng)機(jī)電結(jié)合的發(fā)電機(jī)建立電動(dòng)カ流動(dòng)路徑。電動(dòng)機(jī)扭矩驅(qū)動(dòng)輸出齒輪56。這種速度解稱(speed decoupling)以及組合的電動(dòng)カ和機(jī)械動(dòng)カ流動(dòng)路徑使得該變速器具有與傳統(tǒng)的連續(xù)可變的變速器相似的特性。當(dāng)電動(dòng)カ流動(dòng)路徑有效，而發(fā)動(dòng)機(jī)不起作用時(shí)，電動(dòng)機(jī)從蓄電池獲取功率并獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)在前進(jìn)和倒退方向上提供推動(dòng)力。此外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起發(fā)電機(jī)的作用吋，電動(dòng)機(jī)可提供制動(dòng)扭矩。這可在制動(dòng)期間捕獲車輛動(dòng)能(否則這些動(dòng)能會(huì)消失為熱量)，從而對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。如前所述，可同時(shí)使用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-蓄電池子系統(tǒng)來在前進(jìn)方向上驅(qū)動(dòng)車輛，以滿足駕駛者的動(dòng)カ要求并獲得更好的加速性能。與傳統(tǒng)的連續(xù)可變的變速器車輛的情況ー樣，通過如前所述使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能在其最大效率區(qū)或者接近其最大效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行，來提高燃料經(jīng)濟(jì)性和排放質(zhì)量。潛在地，燃料經(jīng)濟(jì)性和排放質(zhì)量還可進(jìn)ー步提高，這是因?yàn)橛袃蓚€(gè)動(dòng)カ源，因此可在保持相同的車輛性能的同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)大小。如果發(fā)動(dòng)機(jī)所需的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件不利于燃料經(jīng)濟(jì)性和排放質(zhì)量，則發(fā)動(dòng)機(jī)可被停止(關(guān)閉)，并可將電動(dòng)機(jī)用作唯一的動(dòng)カ源。在圖I所示的配置的情況下，兩個(gè)動(dòng)力源無縫地一起工作，以實(shí)現(xiàn)獲得更好的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放質(zhì)量的目標(biāo)。車輛系統(tǒng)控制器在兩個(gè)動(dòng)力源之間協(xié)調(diào)車輛控制。由于車輛系統(tǒng)控制器在各種動(dòng)カ傳動(dòng)系運(yùn)行條件下協(xié)調(diào)車輛控制，所以車輛系統(tǒng)控制器執(zhí)行分級(jí)功能。假設(shè)沒有子系統(tǒng)部件故障，則車輛系統(tǒng)控制器解釋駕駛者要求(如駕駛范圍選擇32以及加速或減速要求34)，然后基于駕駛者要求和動(dòng)カ傳動(dòng)系限制來確定輪扭矩命令。此外，車輛系統(tǒng)控制器確定為了滿足駕駛者要求并且實(shí)現(xiàn)特定的車輛性能、期望的燃料經(jīng)濟(jì)性和期望的排放質(zhì)量水平，每ー動(dòng)力源需要提供多少扭矩以及每ー動(dòng)力源何時(shí)需要提供扭矩。車輛系統(tǒng)控制器由此確定何時(shí)需要關(guān)閉和打開發(fā)動(dòng)機(jī)。還確定當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)打開時(shí)，針對(duì)給定的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ要求的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)(即，發(fā)動(dòng)機(jī)速度和扭矩)。如果車輛在例如紅綠燈處停車，則發(fā)動(dòng)機(jī)將被停止。在正常的城市駕駛期間，發(fā)動(dòng)機(jī)必然要被起動(dòng)和停止若干次。由干與利用點(diǎn)火鑰匙開關(guān)的車輛初始起動(dòng)不同，駕駛者不會(huì)預(yù)料到這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停止事件的發(fā)生，所以在正常城市駕駛期間發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)事件應(yīng)該是覺察不到的。
如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件可包括幾個(gè)階段，這幾個(gè)階段在圖2中標(biāo)識(shí)為起動(dòng)(cranking)或發(fā)動(dòng)機(jī)速度命令形成(profiling)階段、開始加燃料階段以及發(fā)動(dòng)機(jī)傳送動(dòng)カ階段。從ー個(gè)階段到另ー個(gè)階段的轉(zhuǎn)變會(huì)在不同時(shí)間發(fā)生，這取決于駕駛條件以及其它運(yùn)行變量。因此，在圖2的時(shí)間曲線圖(time slot)上，例如起動(dòng)階段會(huì)向左或向右移動(dòng)。開始加燃料階段和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ傳送階段也是如此。圖3示出本發(fā)明的控制方法，與利用發(fā)電機(jī)扭矩反作用的已知發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制方法不同，通過本發(fā)明的控制方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間控制發(fā)電機(jī)功率。圖3的方法還說明，在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)，發(fā)電機(jī)也將繼續(xù)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)カ支援。所選擇的目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率將低于高壓蓄電池功率極限。在圖3中，在判斷塊70確定發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是否處于起動(dòng)模式。如果處于起動(dòng)模式，則在動(dòng)作塊72確定目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率。這將在隨后參照?qǐng)D4進(jìn)行描述。 在確定了目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率之后，在動(dòng)作塊73確定實(shí)際發(fā)電機(jī)功率，并在動(dòng)作塊74確定目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。利用實(shí)際發(fā)電機(jī)功率和發(fā)動(dòng)機(jī)速度，在動(dòng)作塊76確定扭矩值。在判斷塊78，以閉環(huán)方式確定發(fā)動(dòng)機(jī)速度是否達(dá)到固定的閾值。如果在判斷塊78確定的結(jié)果是達(dá)到閾值，則發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)入其正常運(yùn)行模式，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件完成。圖4是由標(biāo)號(hào)73-78標(biāo)識(shí)的流程圖部分中的基于發(fā)電機(jī)功率的冷起動(dòng)方法的示意圖。該方法利用閉環(huán)控制器來計(jì)算期望的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度，以便確定在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間使用的特定發(fā)電機(jī)功率。在圖4的動(dòng)作塊72，車輛系統(tǒng)控制器30’(見圖I)考慮蓄電池的功率極限和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度來計(jì)算期望的發(fā)電機(jī)功率目標(biāo)。在圖3的動(dòng)作塊74，比例積分(PI)控制系統(tǒng)利用PI控制器80 (見圖4)來確定目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。由PI控制器80確定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度在標(biāo)號(hào)82處被削波(clip)，以避免超過預(yù)先標(biāo)定的速度極限。然后，經(jīng)削波的值通過發(fā)動(dòng)機(jī)速度濾波器84以消除無關(guān)的瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)速度波動(dòng)。經(jīng)濾波的發(fā)動(dòng)機(jī)速度被變速器控制模塊36接收。如圖4中的標(biāo)號(hào)86處所示，由變速器控制模塊36發(fā)送的發(fā)電機(jī)扭矩信號(hào)與發(fā)電機(jī)速度信號(hào)相乘，以確定實(shí)際發(fā)電機(jī)功率。然后，在標(biāo)號(hào)88處對(duì)實(shí)際發(fā)電機(jī)功率與發(fā)電機(jī)功率目標(biāo)求和，以產(chǎn)生誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)被發(fā)送給PI控制器80，從而完成閉環(huán)控制。變速器控制模塊36經(jīng)控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(在圖I中表示為“CAN”)接收來自車輛系統(tǒng)控制器的期望的發(fā)動(dòng)機(jī)速度命令。變速器控制模塊計(jì)算合適的發(fā)電機(jī)扭矩命令，并利用控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將實(shí)際發(fā)電機(jī)反饋提供給車輛系統(tǒng)控制器30’。然后，車輛系統(tǒng)控制器計(jì)算使用的實(shí)際發(fā)電機(jī)功率，然后在標(biāo)號(hào)86處計(jì)算誤差反饋項(xiàng)。PI控制器80將主動(dòng)改變目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)速度以便實(shí)現(xiàn)目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率的使用。當(dāng)最小發(fā)動(dòng)機(jī)速度標(biāo)準(zhǔn)被滿足時(shí)，退出基于發(fā)電機(jī)功率的冷起動(dòng)方法。圖3所示的方法將使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度増加，直到發(fā)電機(jī)功率滿足目標(biāo)值為止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火事件發(fā)生，并且創(chuàng)建了扭矩脈沖時(shí)，，用來保持發(fā)動(dòng)機(jī)速度的發(fā)電機(jī)功率將下降，導(dǎo)致起動(dòng)速度増加，以便保持發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)カ目標(biāo)。這有效地幫助發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間通過不穩(wěn)定點(diǎn)火期。通過控制發(fā)電機(jī)提供特定的發(fā)電機(jī)功率來確定發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度。該目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率與起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)所使用的蓄電池功率量直接相關(guān)。此外，由于在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)循環(huán)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)受到幫助，所以變速器將不需要提供額外的扭矩來人為地將發(fā)動(dòng)機(jī)拖拉通過不穩(wěn)定諧振區(qū)域(會(huì)是大約300-500rpm)。針對(duì)具有相同的溫度/摩擦力特性的各種發(fā)動(dòng)機(jī)，本發(fā)明的方法均會(huì)提供發(fā)電機(jī)功率來増加發(fā)動(dòng)機(jī)速度，由此使發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定更簡單，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間的正確的燃料添加，從而改善廢氣排放。這與已知的混合動(dòng)カ車輛動(dòng)カ傳動(dòng)系中使用的起動(dòng)循環(huán)(其中，發(fā)動(dòng)機(jī)起 動(dòng)特性由于大幅變化的溫度而劇烈改變)不同。任何給定發(fā)動(dòng)機(jī)溫度下的低的蓄電池溫度將導(dǎo)致低的起動(dòng)速度，相同發(fā)動(dòng)機(jī)溫度下的更高的蓄電池溫度將導(dǎo)致更高的起動(dòng)速度。本發(fā)明的方法將通過在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間持續(xù)地幫助發(fā)動(dòng)機(jī)，來提供更快更平穩(wěn)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。應(yīng)該保證不超出蓄電池的限制。圖5示出在利用已知方法的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的時(shí)間曲線圖。在附圖中，Ne表示發(fā)動(dòng)機(jī)的速度，Ngen表示發(fā)電機(jī)的速度，Tgen表示發(fā)電機(jī)的扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度在圖5中由標(biāo)號(hào)90表示。獲得發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度90所需的發(fā)電機(jī)扭矩由標(biāo)號(hào)92表示。發(fā)電機(jī)扭矩被保持在足夠高的值，以允許大致均勻的起動(dòng)速度，直到發(fā)動(dòng)機(jī)開始點(diǎn)火為止。通常，這發(fā)生在與發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段90期間通常產(chǎn)生的不穩(wěn)定性相比具有増大的諧振的區(qū)域中。該諧振區(qū)域產(chǎn)生的原因在于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的不穩(wěn)定性。在大約500rpm的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火變得不穩(wěn)定。在由標(biāo)號(hào)94表示的時(shí)間，檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，這導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)速度的増加，直到在標(biāo)號(hào)96處實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火穩(wěn)定為止。一旦在時(shí)間94檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，如標(biāo)號(hào)98所示，發(fā)電機(jī)扭矩快速降低。這是因?yàn)?，已知方法中的車輛系統(tǒng)控制器是基于發(fā)電機(jī)速度的控制，其嘗試將發(fā)動(dòng)機(jī)保持在恒定的速度。因此，一旦在標(biāo)號(hào)92所示的時(shí)間之后的時(shí)間檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，那么即使此時(shí)點(diǎn)火穩(wěn)定性可能仍然不穩(wěn)定并且發(fā)動(dòng)機(jī)速度的増加也僅是瞬時(shí)的，發(fā)電機(jī)扭矩也將快速降低。與圖5所示的已知發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法不同，圖6和圖7示出了本發(fā)明的相應(yīng)方法。圖6是從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件的開始100到起動(dòng)事件的結(jié)束之間的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的時(shí)間曲線圖。當(dāng)開始發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生由標(biāo)號(hào)102所示的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度。這與圖5中標(biāo)號(hào)90所示的起動(dòng)速度相應(yīng)。起動(dòng)速度可在窄的速度窗口內(nèi)波動(dòng)。產(chǎn)生圖6中標(biāo)號(hào)102所示的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度所需的蓄電池功率由圖7中的標(biāo)號(hào)106表示。當(dāng)在時(shí)間112檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩吋，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)速度増加到由標(biāo)號(hào)104表示的速度，出現(xiàn)諧振區(qū)域。蓄電池功率極限(在圖7中由標(biāo)號(hào)108表不)高于由標(biāo)號(hào)106表不的發(fā)電機(jī)功率。與圖5所示的時(shí)間曲線圖不同,如標(biāo)號(hào)110所示,起動(dòng)速度處的發(fā)電機(jī)扭矩在整個(gè)起動(dòng)事件期間保持相對(duì)恒定。因此，從圖6中的時(shí)間112到時(shí)間104，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度増加，蓄電池功率不變。正是在該時(shí)間間隔中發(fā)生相對(duì)不穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。然而，發(fā)生不穩(wěn)定的點(diǎn)火的時(shí)間段比圖5中所示的相應(yīng)時(shí)間間隔短，并且扭矩波動(dòng)的幅度減小。這是因?yàn)槭褂昧诵铍姵貋韼椭l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要獨(dú)自作用以使發(fā)動(dòng)機(jī)速度増加到標(biāo)號(hào)116處的期望空轉(zhuǎn)速度。圖6中由標(biāo)號(hào)116表不的空轉(zhuǎn)速度通常高于標(biāo)號(hào)118 (對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火穩(wěn)定性的點(diǎn))處的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可進(jìn)行修改。所有這樣的修改及其等同物都將由權(quán)利要求覆
至Jhl o
權(quán)利要求
1.ー種在混合動(dòng)カ電動(dòng)車輛動(dòng)カ傳動(dòng)系中控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)事件的方法，該動(dòng)カ傳動(dòng)系包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，形成第一動(dòng)カ源；發(fā)電機(jī)、蓄電池及電動(dòng)機(jī)，形成第二動(dòng)カ源；齒輪系，限定從第一動(dòng)カ源和第二動(dòng)カ源到車輛牽引輪的動(dòng)力流動(dòng)路徑，發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械地連接到齒輪系的単獨(dú)的元件，由此在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，當(dāng)檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩時(shí)，用作電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)功率傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)，所述方法包括以下步驟 在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，使用實(shí)際發(fā)電機(jī)功率作為反饋?zhàn)兞恳蚤]環(huán)方式控制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率，由此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火不穩(wěn)定時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)速度低于穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)速度時(shí)，發(fā)電機(jī)提供扭矩以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，控制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率的步驟還包括在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，將發(fā)電機(jī)功率限制在不超過標(biāo)定的最大蓄電池功率極限的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，控制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率的步驟包括以下步驟確定實(shí)際發(fā)電機(jī)功率，并使用實(shí)際發(fā)電機(jī)功率作為閉環(huán)反饋?zhàn)兞縼碚{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率，由此在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火不穩(wěn)定的階段期間，在發(fā)動(dòng)機(jī)速度低于穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)速度時(shí)，發(fā)電機(jī)提供功率以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，控制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率的步驟還包括在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，將發(fā)電機(jī)功率限制在不超過標(biāo)定的最大蓄電池功率極限的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，確定實(shí)際發(fā)電機(jī)功率的步驟包括在連續(xù)的閉環(huán)循環(huán)中，測量發(fā)電機(jī)功率的實(shí)際值和目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率之間的差異；將實(shí)際發(fā)電機(jī)功率和目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率之間的誤差轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)速度命令，由此在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火不穩(wěn)定的階段期間，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定點(diǎn)火之前，朝著穩(wěn)定的空轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，控制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率的步驟包括在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間調(diào)節(jié)目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率，直到發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定點(diǎn)火開始為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定點(diǎn)火開始時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度處于標(biāo)定的固定閾值。
8.—種在混合動(dòng)カ電動(dòng)車輛動(dòng)カ傳動(dòng)系中控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)事件的方法，該動(dòng)カ傳動(dòng)系包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，形成第一動(dòng)カ源；發(fā)電機(jī)、蓄電池及電動(dòng)機(jī)，形成第二動(dòng)カ源，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，當(dāng)在振動(dòng)諧振區(qū)域中檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩時(shí)，用作電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)功率傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)，所述方法包括以下步驟 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火不穩(wěn)定時(shí)，在低于穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)速度的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下發(fā)電機(jī)提供扭矩以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，使用實(shí)際發(fā)電機(jī)功率作為反饋?zhàn)兞恳蚤]環(huán)方式控制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率，由此使振動(dòng)諧振區(qū)域的持續(xù)時(shí)間最少化，并使發(fā)動(dòng)機(jī)速度増加，直到發(fā)電機(jī)功率滿足目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率為止。
9.ー種用于控制混合動(dòng)カ車輛的方法，所述混合動(dòng)カ車輛具有形成從發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)到車輛車輪的并聯(lián)式動(dòng)力流動(dòng)路徑的齒輪系和發(fā)電機(jī)，所述方法包括 在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)循環(huán)的諧振區(qū)域期間，使用發(fā)電機(jī)扭矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以使發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加； 以閉環(huán)方式控制發(fā)電機(jī)功率，以在點(diǎn)火不穩(wěn)定時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下將扭矩増加到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，以減少在諧振區(qū)域的運(yùn)行時(shí)間。
10.ー種用于控制混合動(dòng)カ車輛的方法，所述混合動(dòng)カ車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)以及形成從發(fā)動(dòng)機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)到車輛車輪的并聯(lián)式動(dòng)力流動(dòng)路徑的齒輪系，所述方法包括 在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)循環(huán)的諧振區(qū)域期間，使用發(fā)電機(jī)扭矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以使發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加； 基于實(shí)際發(fā)電機(jī)功率和目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率之間的誤差產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)速度命令，以在發(fā)動(dòng)機(jī)速度低于穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)速度時(shí)提供對(duì)發(fā)電機(jī)功率的閉環(huán)反饋控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括基于預(yù)定的最大蓄電池功率極限限制目標(biāo)發(fā)電機(jī)功率。
12.—種混合動(dòng)カ電動(dòng)車輛,包括 發(fā)動(dòng)機(jī)； 發(fā)電機(jī)； 電動(dòng)機(jī)； 蓄電池，結(jié)合到發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)； 齒輪系，將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)結(jié)合到車輛牽弓I輪； 至少ー個(gè)控制器，結(jié)合到發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，所述至少一個(gè)控制器以閉環(huán)方式控制發(fā)電機(jī)功率，以提供發(fā)電機(jī)扭矩，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間，當(dāng)點(diǎn)火不穩(wěn)定時(shí)，所述發(fā)電機(jī)扭矩使發(fā)動(dòng)機(jī)速度増加。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于發(fā)電機(jī)功率的冷起動(dòng)方法，公開了一種在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度的方法，該混合動(dòng)力電動(dòng)車輛包括蓄電池、發(fā)動(dòng)機(jī)和用作電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)，其中，在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件，特別是冷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件期間，在不超過蓄電池功率極限的情況下，發(fā)電機(jī)扭矩幫助發(fā)動(dòng)機(jī)來產(chǎn)生穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。
文檔編號(hào)B60W10/06GK102862565SQ20121033697
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者保羅·斯蒂芬·布賴恩, 克里斯多佛·亞當(dāng)·奧喬奇恩斯基, 肯尼思·弗雷德里克, 大窪俊介 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司