CN100383000C - 用于混合电动车辆主动发动机停机的方法 - Google Patents

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Abstract

一种向混合电动车辆发动机提供主动发动机停机的方法。该方法使用电机反作用于发动机并以可控的速率使发动机的旋转快速停止。该方法包括在发出主动发动机停机请求并在一个预定转速下降间隔内，使用发动机转速计算输入转速下降曲线。预定的转速下降间隔优选地小于从主动停机请求到电机关机命令之间的时间。该方法提供发动机的快速减速，特别是通过动力系共振速度，从而减小通过动力系和车辆底盘消耗的振动能量。该方法还在达到零发动机转速前从发动机中撤除电机转矩，以避免导致发动机负转速或发动机反向旋转。本发明优选地包括一系列互补的软件控制功能，使得车辆能够主动停止发动机。

Description

用于混合电动车辆主动发动机停机的方法
技术领域
本发明一般涉及一种混合电动车辆的操作方法。更具体地，该方法涉及一种控制混合电动车辆动力系的操作模式。更具体地，该方法涉及一种向混合电动车辆提供主动发动机停机的操作模式。
背景技术
混合电动车辆(HEV)是这样一种车辆，其推进系统由至少一个电动机或电机与至少另一个动力源结合组成。通常，另一个动力源为一个汽油机或柴油机。具有多种类型的HEV，这取决于电动机和其它动力源如何互相结合以向车辆提供推进力，包括串联、并联和混联HEV。
现有多种公知的混合动力系结构可以在混合电动车辆中管理各种推进系统的输入和输出转矩，最常用的为内燃机和电机。串联混合动力结构的一般特征为一个内燃机驱动一个发电机，该发电机反过来向一个电动动力传动系统和一个包括电池组的能量存储装置提供电能。串联HEV中的内燃机不直接机械连接到动力系中。发电机也可以在电动机模式下运行，以向内燃机提供起动功能，并且电动动力系可以通过在发电机的模式下运行，以回收车辆制动的能量以便给电池组充电。
并联NEV结构的一般特征是一个内燃机和一个电动机都直接机械连接到动力系上。动力系通常包括一个换档变速器以在更宽的操作范围内提供需要的传动比。
电动变速器(EVT)是公知的，其通过组合使用串联和并联HEV动力系结构来提供连续的变速比。EVT还可以通过一个直接机械传动路径在内燃机和最终传动元件之间操作，以实现高效的传动效率、低廉的使用成本和更轻的发动机硬件。EVT还可以用与最终传动元件机械上无关的发动机操作来操作，或者是以各种机械/电子分离贡献(split contribibution)(即，输入分离、输出分离和复合分离结构)中操作，以便能够提供高转矩连续变速比、电子主起动(electrically dominated launches)、再生制动、停机怠速和双模式操作。
基本上，所有的变速器在发动机和变速器之间都有一个弹簧减振器。尽管通常仅将其称为“减振器”，但实际上其由可用于消耗能量的弹簧构成。弹簧减振器使发动机的旋转惯性与变速器的旋转惯性隔离，从而对高频振动提供一定程度的隔离(例如，当发动机点火脉冲通过减振器传入变速器中时，其被衰减)。当发动机被“关闭”时，随着旋转能量由于摩擦损失和弹簧减振器工作而消耗，发动机被动停止。
弹簧减振器的设计受弹簧本身的机械安装约束。弹簧的设计必须符合互相抵触的标准(conflicting criteria)。弹簧必须有足够的刚性(大的弹簧常数，K)以在其自由行程长度内承受发动机最大转矩。然而，长弹簧会遇到卡死故障且安装非常困难。并且系统的固有频率必须显著低于期望怠速(例如，以大约
Figure C20051010986200061
衰减)，但大的刚性使固有频率趋向变高(例如，以
Figure C20051010986200062
的关系)。有些EVT变速器和其它变速器的关键区别在于发动机始终通过一个弹簧减振器与变速器相连以及其较大的惯性。没有分离的起动离合器(在手动变速器中)或转矩变换器(在自动变速器中)。当发动机和变速器经历一个与发动机转速有关的共振频率(例如，一个允许通过怠速(即，600rpm或更高)充分衰减的六缸发动机的压缩机/弹簧减振器/变速器系统的共振转速大约为400rpm)时，这些较大的惯性产生显著的振动能量，从而影响驾驶员和乘客感觉及察觉车辆性能。有些EVT可能使用一个或更多个电动机主动向发动机施加反作用转矩。
因此，期望开发用于EVT动力系系统的操作模式，可以用于提供主动发动机停机以及缩短发动机通过动力系共振速度的时间。
发明内容
本发明是一种向车辆动力系系统提供主动发动机停机操作模式的方法，其中的车辆动力系系统包括一个可操作并可选择地与发动机和变速器连接的电机，该系统具有一个用于控制车辆动力系系统的系统控制器，其与一个控制发动机输出转矩的发动机控制器进行信号通信并适于向发动机控制器提供一个输出转矩命令，其中电机适于提供一个反作用于发动机旋转的输出转矩以及提供主动发动机停机。该方法包括以下步骤：初始化一个主动发动机停机请求；响应主动发动机停机请求使发动机断油，并利用电机维持发动机旋转以及一个预定的发动机转速；从预定的发动机转速确定期望的发动机转速下降速率；利用电机施加一个反作用转矩以反作用于发动机的旋转并与期望的发动机转速下降速率一致地降低发动机转速。该方法优选地通过一种计算机控制算法实现。该方法使用电动机主动使发动机停机。
该方法具有通过限制扩散到动力和车辆底盘的振动能量，改善传动力传动系统耐用性以及改善发动机停机过程中的平顺性的优点。本发明尤其有利的是其可以被很多不同类型和尺寸的具有很多不同基本怠速转速的发动机采用。它允许即插即用地实现不同发动机无需适应动力动力系统即可获得可接受的噪音、振动和不平顺性。
附图说明
通过下面给出的详细说明、附加的权利要求，和附图，本发明将得到更全面的理解，其中：
图1是一个机械硬件示意图，表示了一个尤其适合实现本发明的双模式、多支路(compound-split)电动变速器的优选形式；
图2是一个在此公开的混合动力系优选系统结构的电子和机械示意图；
图3是一个曲线图，表示关于在此公开的典型电动变速器输入和输出转速操作的不同区域；
图4A是一个流程图，说明本发明方法的步骤；
图4B是一个流程图，说明有关图4A中块150的步骤；
图5是一个有关本发明方法的曲线图，表示输入转速作为时间的函数；
图6是一个根据本发明方法的电机输出转矩的计算框图；
图7是图6中块225的框图；及
图8是图7中块235的框图。
具体实施方式
首先参考图1和2，一个车辆动力系一般用11表示。包括在动力系11中的为一个尤其适于实现本发明控制的多模式、多支路电动变速器(EVT)典型形式，且其在图1和2中一般用数字10表示。然后，特别是参考这些图，EVT 10具有一个输入部件12，该部件可以是一个直接由发动机14驱动的轴，如图2中所示，一个瞬时转矩减振器16可以连接在发动机14输出部件和EVT 10输入部件之间。瞬时转矩减振器16可以与一个转矩传递装置(未显示)结合或连接，该转矩传递装置允许选择性地使发动机14与EVT 10接合，但必须了解的是这种转矩传递装置不用于改变或控制EVT 10的操作模式。
在所说明的实施例中，发动机14可以是一个矿物燃料发动机，例如一个适于在一个稳定转速(RPM)下提供其有效动力输出的柴油机。在图1和2表示的实施例中，发动机14在起动后，及其大多数输入过程中，可以在一个稳定转速或一些根据由驾驶员输入和驾驶工况决定的期望操作点而确定的稳定转速下工作。
EVT 10采用三组行星齿轮机构(subset)24，26和28。第一行星齿轮机构24具有一个通常称为齿圈的外部齿轮部件30，其限制一个通常称为太阳轮的内部齿轮部件32。多个行星齿轮部件34可转动地安装在一个行星架36上，从而每一行星齿轮部件34既与外部齿轮部件30啮合，又与内部齿轮部件32啮合。
第二行星齿轮机构26也具有一个通常称为齿圈的外部齿轮部件38，其限制一个通常称为太阳轮的内部齿轮部件40。多个行星齿轮部件42可转动地安装在一个行星架44上，从而每一行星齿轮部件42既与外部齿轮部件38啮合，又与内部齿轮部件40啮合。
第三行星齿轮机构28也具有一个通常称为齿圈的外部齿轮部件46，其限制一个通常称为太阳轮的内部齿轮部件48。多个行星齿轮部件50可转动地安装在一个行星架52上，从而每一行星齿轮部件50既与外部齿轮部件46啮合，又与内部齿轮部件48啮合。
虽然所有三组行星齿轮机构24，26和28自身都是“简单”行星齿轮机构，但是第一和第二齿轮机构24和26以这样的方式复合，即第一行星齿轮机构24的内部齿轮部件32通过一个毂衬齿轮54与第二行星齿轮机构26的外部齿轮部件38结合。结合的第一行星齿轮机构24的内部齿轮部件32和第二行星齿轮机构26的外部齿轮部件38始终通过一个套筒轴58与一个第一电动机/发电机56相连。第一电动机/电动机/发电机56在这里也可以不同地称为电动机A或MA。
行星齿轮机构24和26进一步以这样的方式复合，即第一行星齿轮机构24的行星架36通过一个轴60与第二行星齿轮机构26的行星架44结合。同样地，第一和第二行星齿轮机构24和26的行星架36和44分别结合。轴60也可以选择性地通过一个转矩传递装置62与第三行星齿轮机构28的行星架52连接，其中转矩传递装置62将在下文中详细说明，用于帮助选择EVT 10的操作模式。转矩传递装置62在这里也可以不同地称为第二离合器、二号离合器或C2。
第三行星齿轮机构28的行星架52直接与变速器输出部件64相连。当EVT 10用于陆地车辆时，输出部件64可以与车辆传动轴(未显示)相连，从而依次地最终连接到驱动部件(也未显示)。驱动部件不是车辆前轮就是后轮，或者它们也可以是履带车辆的驱动齿轮。
第二行星齿轮机构26的内部齿轮部件40通过围绕轴60的套筒轴66与第三行星齿轮机构28的内部齿轮部件48相连。第三行星齿轮机构28的外部齿轮部件46选择性地通过一个转矩传递装置70与由变速器壳体68表示的地相连。下文中说明的转矩传递装置70，也用于帮助选择EVT 10的操作模式。转矩传递装置70在这里也可以不同地称为第一离合器、一号离合器或C1。
套筒轴66也始终与一个第二电机或电动机/发电机72相连。第二电动机/发电机72在这里也可以不同地称为电动机B或MB。全部行星齿轮机构24，26和28及电动机A和电动机B(56，72)关于轴向布置的轴60同轴放置。应该注意到，电动机A和B都是环形构造，其使得电动机A和B围绕三个行星齿轮机构24，26和28，从而行星齿轮机构24，26和28布置在电动机A和B径向内部。这种构造确保EVT 10的全部外壳，即圆周尺寸最小。
驱动齿轮80可以连在输入部件12上。如图所示，驱动齿轮80将输入部件12固定连接到第一行星齿轮机构24的外部齿轮部件30上，因此驱动齿轮80接受发动机14和/或电动机/发电机56和/或72的动力。驱动齿轮80与一个惰轮82啮合，接着，其与一个固定到轴86一端的传递齿轮84啮合。轴86的另一端固定到一个变速器液压泵88上，该液压泵88从油池37中提供变速器液压油，将高压液压油传递到调压器39，调压器39将部分液压油返回油池37，并在管路41中提供调节管路压力。
在所说明的示例性机械布置中，输出部件64通过EVT 10中两个不同的齿轮系接受动力。为了使第三行星齿轮机构28的外部齿轮部件46“制动”，当起动第一离合器C1时，选择第一模式，或齿轮系。当释放第一离合器C1，同时起动第二离合器C2将轴60连接到第三行星齿轮机构28的行星架52时，选择第二模式，或齿轮系。
本领域的技术人员将意识到EVT 10在每一操作模式中，都能够提供从相对慢到相对快的输出转速范围。这两种模式的结合，使EVT 10将车辆从静止工况推进到公路速度，其中在每一模式中都具有从慢到快的输出转速范围。此外，一种同时应用离合器C1和C2的传动比固定的状态可用于通过一个固定传动比有效地机械耦合输入部件到输出部件。此外，一种同时释放离合器C1和C2的空档状态可用于将输出部件从变速器上机械分离。最后，EVT 10可以提供两种模式间的同步切换，在这些模式中离合器C1和C2的滑动速度大体上为零。关于典型EVT操作的其它细节可参见同一受让人的美国专利5931757，其内容结合在此作为参考。
发动机14优选地为柴油机且由如图2中23所示的发动机控制模块(ECM)电子控制。ECM 23是一个常用的基于微处理器的柴油机控制器，其包括例如微处理器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、电可编程只读存储器EPROM、高速时钟、模拟至数字(A/D)和数字至模拟(D/A)转换电路、输入/输出电路和设备(I/O)，及合适的信号处理和缓冲电路等常用部件。ECM 23从多个传感器获得数据并通过一些独立线路分别控制发动机14的一些执行器。为了简单起见，图示中ECM 23通过总线(aggregate bus)35与发动机14双向连接。ECM 23检测的各种参数包括油池和发动机冷却液温度、发动机转速(Ne)、增压压力，及大气温度和压力。ECM 23控制的各种执行器包括喷油器、风扇控制器，及包括电热塞和栅式进气加热器的发动机预热器。ECM优选地响应EVT控制系统提供的转矩命令Te_cmd，为发动机14提供已经熟知的基于转矩的控制。这种发动机电子设备、控制及数值通常为本领域技术人所熟知，因此在这里不需要进一步详细说明。
从上述说明中应当清楚，EVT 10从发动机14选择性地接受动力。现在将参考图2继续说明，EVT还从一个电子能量存储装置或系统20(ESS)，例如蓄电池组模块(BMP)21中的一块或更多蓄电池接受动力。这里提及的所使用的蓄电池不仅可以包括一块单独的电池，还可以包括由单块或多块蓄电池或电池任意组合形成的一个蓄电池组或阵列或多个蓄电池组或阵列。BMP 21优选地为一组并联的蓄电池组阵列，每一个电池组都包括多个蓄电池。这里使用的术语蓄电池通常表示任何二次或可充电蓄电池，优选地为那些包括石铅/酸、镍/金属氢化物(Ni/MH)、锂Li/离子或聚合物的电池。其它能够通过充电储存电能及通过放电分配电能的电子能量存储装置，例如超级电容或超高电容，可以在不改变本发明概念的情况下代替或与本发明的电池结合使用。BMP21是通过直流线路27连接到双动力转换模块(DPIM)19上的高压直流(例如，在一个实施例中大约为650V)。根据BPM 21是充电还是放电，电流可以传入或传出BMP 21。BMP 21还包括一个常用的基于微处理器的控制器，其包括例如微处理器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、电可编程只读存储器EPROM、高速时钟、模拟至数字(A/D)和数字至模拟(D/A)转换电路、输入/输出电路和设备(I/O)、温度传感器及合适的信号处理和缓冲电路等监测蓄电池的状态所必要的常用部件并将该信息发送给用于车辆综合控制的控制系统其它部分以用于车辆的整个控制，例如VCM 15和TCM 17。这包括感应、处理、计算和其它监测各种关于蓄电池状态或情况的参数信息，例如其充电和放电时的温度、电流和电压，及充电状态(SOC)，其包含用总电能存储容量百分比表示的存储在蓄电池中的瞬时电能数量。这还包括将这些关于这些参数的信息发送给车辆控制系统的其它部分，包括VCM 15和TCM 17，用于与使用蓄电池参数信息的控制算法结合使用，例如那些用于建立有关SOC的充电和放电限制、安培-小时/小时或能量通过量(throughput)限制、温度限制或其它有关蓄电池控制功能的控制算法。
DPIM 19包括一对动力变换器和相应的电动机控制器，其配置成接收电动机控制命令以及控制变换器的状态，从而提供电动机驱动或再生功能。电动机控制器为一个基于微处理器的控制器，其包括例如微处理器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、电可编程只读存储器EPROM、高速时钟、模拟至数字(A/D)和数字至模拟(D/A)转换电路、输入/输出电路和设备(I/O)及合适的信号处理和缓冲电路的常用部件。在电动机控制中，各自的变换器从直流线路接收电流，并通过高压相位线29和31将交流电流提供给各自的电动机。在再生控制中，各自的变换器通过高压相位线29和31从电动机接收交流电流，然后将电流提供给直流线路27。供给变换器或从变换器输出的净直流电流决定BPM21的充电或放电操作模式。优选地，MA和MB为三相交流电机且变换器包括互补的三相电力电子设备。MA和MB各自的电动机转速信号Na和Nb，由DPIM 19分别从电动机相位信息或常用的旋转传感器中导出。这些电动机、电子设备、控制及数量通常为本领域技术人员所熟知，因此不需要进一步详细地说明。
系统控制器43是一个基于微处理器的控制器，其包括例如微处理器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、电可编程只读存储器EPROM、高速时钟、模拟至数字(A/D)和数字至模拟(D/A)转换电路、数字信号处理器(DSP)和输入/输出电路和装置(I/O)及合适的信号调节和缓冲电路的常用部件。在实施例中，系统控制器43包括一对基于微处理器的控制器，其表示为车辆控制模块(VCM)15和变速器控制模块(TCM)17。VCM和TCM可以提供，例如，有关EVT和车辆底盘的很多控制和诊断功能，例如包括，发动机转矩命令、输入转速控制、与再生制动、防抱死刹车协调的输出转矩控制以及牵引力控制。特别是关于EVT功能，系统控制器43的功能为从多个传感器直接获取数据，然后通过很多独立的线路分别控制EVT的多种执行器。为了简单起见，所示的系统控制器43一般通过总线33与EVT双向连接。系统传感器43也可以采用许多独立的信号和传感器线路进行系统控制器43与许多其他控制器、传感器或其它装置之间的信号通信。关于本发明，除这些装置之间通过通信总线25进行的通信之外，系统控制器43优选地通过信号线45与ECM 23进行信号通信以发送一个单独的发动机开/关信号。尤其要注意的是，系统控制器43从旋转传感器中接收频率信号，以处理成用于EVT 10控制的输入部件12转速Ni和输出部件64转速No。系统控制器43还可以接收并处理来自压力开关(未单独显示)的压力信号，以监测离合器C1和C2的作用腔室压力。或者，可以采用用于更宽范围的压力监测的压力传感器。系统控制器向EVT10提供脉宽调制(PWM)和/或二进制控制信号以控制离合器C1和C2的充油和放油，从而控制其应用与释放。此外，系统控制器43可以接收变速器油池37温度数据，例如从常用的热电偶输入(未单独显示)来导出油池温度Ts，以及提供一个从输入转速Ni和油池温度Ts导出的PWM信号以通过调压器39控制管路压力。离合器C1和C2的充油与放油通过电磁阀控制的滑阀响应上面提到的PWM和二进制控制信号而实现。类似地，管路压力调节器39可以是多种电磁阀控制的调节器以建立根据所述PWM信号调节的管路压力。这样的管路压力控制通常为本领域技术人员所熟知。离合器C1和C2的离合器滑动速度通过输出转速No、MA转速Na和MB转速Nb导出；分别地，C1的滑动是No和Nb的函数，而C2的滑动是No、Na和Nb的函数。图中还表示了用户接口(UI)块13，其包括如下系统控制器43的输入，其中包括例如车辆节气门(throttle)位置、可用于选择驾驶范围的按钮换挡选择器(PBSS)、制动效果和快怠速请求。系统控制器43确定一个转矩命令Te_cmd并将其提供给ECM 23。转矩命令Te_cmd表示由系统控制器决定的从发动机获得的期望EVT转矩贡献。
所述的各种模块(例如，系统控制器43、DPIM 19、BPM 21、ECM 23)通过控制器局域网(CAN)总线25进行通讯。CAN总线25允许在各种模块之间进行控制参数和命令的通讯。所使用的具体通信协议根据具体应用而不同。例如，重型车辆所使用的优选协议是汽车工程师协会标准J1939。CAN总线和适当的协议在系统控制器43、ECM 23、DPIM 19、BPM 21和其他控制器如防抱死刹车和牵引力控制器之间提供了可靠的通讯(robust messaging)和多控制器接口。
参考图3，表示了一个水平轴为输出转速No，而竖直轴为输入转速Ni的EVT 10转速曲线图。同步操作，即其中离合器C1和C2同时操作，从而滑动转速基本为零时，输入转速和输出转速的关系用直线91表示。同样，它大致表示了输入和输出转速的关系，其中可以发生模式之间的同步转换或者其中从输入到输出的直接机械结合可以通过离合器C1和C2的同时应用而实现，并且被公知为固定比。一种可以产生如图3中直线91所示同步操作的特定齿轮机构关系如下：外部齿轮部件30具有91个齿、内部齿轮部件32具有49个齿、行星齿轮部件34具有21个齿、外部齿轮部件38具有91个齿、内部齿轮部件40具有49个齿、行星齿轮部件42具有21个齿、外部齿轮部件46具有89个齿、内部齿轮部件48具有31个齿、行星齿轮部件50具有29个齿。直线91在这里可以分别表示同步线、变速比线或固定传动比线。
变速比线91左侧是应用C1而释放C2的第一模式操作93的优选区域。变速比线91右侧是释放C1而应用C2的第二模式操作95的优选区域。这里采用的关于离合器C1和C2的术语应用表示相应离合器的实际转矩传递能力，而术语释放表示相应离合器不实际的转矩传递能力。既然通常优选地使从一种模式到另一种模式的转换同时发生，因此从一种模式到另一种模式的转矩传递通过一种应用两个离合器的固定传动比而产生，其中在当前应用的离合器释放以前有限时间内，当前释放的离合器应用。而且，当固定传动比通过与即将进入的模式有关的离合器连续应用和与即将退出的模式有关的离合器的释放而脱离时，模式转变完成。尽管区域93中的操作通常优选地用于EVT在模式(MODE)1中的操作，但是这不意味着EVT模式(MODE)2的操作不能或不在这里发生。然而，通常在区域93中优选地在模式1中操作，因为模式1优选地采用在很多方面(例如，质量、尺寸、成本、惯性能力等)尤其适合区域93中的高起动转矩的齿轮机构和电动机硬件。类似地，尽管区域95中的操作通常优选地用于EVT在模式2中的操作，但是这不意味着EVT模式1的操作不能或不在这里发生。然而，通常在区域95中优选地在模式2中操作，因为模式2优选地采用在很多方面(例如，质量、尺寸、成本、惯性能力等)尤其适合区域95中的高转速的齿轮机构和电动机硬件。转换至模式1可以看作降档，且根据Ni/No的关系与更高的传动比相关。同样，转换至模式2可以看作升档，且根据Ni/No的关系其与更低的传动比相关。
作为这种控制的出发点，各种动力系参数被测量或者否则是预先确定的。输出转速No，和输入转速Ni优选地从所感应并过滤的信号中导出。马达转速Na和Nb通过感应、用EVT已知的接合约束计算或通过马达控制相位信息导出而得知。输入加速度Ni_dot优选地为变速器输入转速变化的期望速率，根据同一受让人未审结的申请号为10/686511(代理编号GP-304140)的美国专利申请中所教导的那样确定。输出加速度No_dot，优选地根据所感应和过滤的输出转速No确定，也如同一受让人未审结的申请号为10/686511(代理编号GP-304140)的美国专利申请中所公开的那样确定。
对于每种车辆动力系，通常存在一种或多种联系电机输出转矩和变速器车辆动力学参数的牛顿关系式，这些动力学参数包括Ni、No、Ti、To、No_dot、Ni_dot和Ncx_dot，其中Ncx_dot表示离合器“x”的滑动加速度，离合器“x”用于将电机与根据本发明的车辆动力系的其它部件接合。下列约束关系式对于这里所描述的EVT是公知的，以计算电动机A和电动机B的输出转矩：
Ta Tb = K 11 K 12 K 13 K 14 K 21 K 22 K 23 K 24 Ti Ni _ dot No _ dot Ncl _ dot
其中Ta为电动机A转速；
Tb为电动机B转速；
Ti为EVT输入转速；
Ni_dot为EVT输入加速度；
No_dot为EVT输出加速度；
Ncl_dot为C1滑动加速度；
Kn为一个用于当前的传动范围的2×4参数值矩阵，这些参数由互相连接的硬件齿轮和轴，以及估计的硬件惯性决定，并且表示通常被称作的工厂模式。
现在参考图4A，本发明包括一种向车辆动力系系统提供主动发动机停机操作模式的方法100，其中的车辆动力系系统包括一个可操作并可选择地与发动机和变速器连接的电机，该系统具有一个用于控制车辆动力系系统的系统控制器，其与一个控制发动机输出转矩的发动机控制器进行信号通信并适于向发动机控制器提供一个输出转矩命令，其中电机适于提供一个反作用于发动机旋转的输出转矩以及提供主动发动机停机。方法100包括以下步骤：初始化110一个主动发动机停机请求；响应主动发动机停机请求使发动机断油120，并利用电机维持发动机旋转以及一个预定的发动机转速；从预定的发动机转速确定140期望的发动机转速下降速率；然后利用电机施加150一个反作用转矩以反作用于发动机的旋转，并根据期望的发动机转速下降速率降低发动机转速。主动发动机停机请求还优选地包括发送130一个使发动机输出转矩变为零的发动机输出转矩命令。可以相信，方法100既可以用硬件实现，例如使用各种形式的硬件逻辑和计算部件，也可以通过软件，或其各种结合来实现。然而，方法100优选地包括一个计算机控制算法，其可以作为位于车辆中的一个或多个计算机的计算机代码被执行，例如系统控制器43中的计算机程序。下面将对方法100进行更详细的说明。
主动发动机停机操作模式是车辆动力系系统的一种操作模式，例如车辆动力系系统11，其中控制动作优选地通过车辆动力系系统控制器之一实施，例如系统控制器43响应主动发动机停机请求主动地停止发动机转动。这与上文中说明的发动机被动停机形成对比，发动机被动停机中发动机的旋转能量通过摩擦损失和弹簧减振器的作用消耗。主动发动机停机的特征在于比被动发动机停机中更快的发动机转速下降速率。例如，被动发动机停机大约需要1.5-2秒，减速速率大约为-300至-1000rpm/秒，而主动发动机停机通常在大约0.5秒甚至更短的时间内完成，减速速率大约为-1200至-4000rpm/秒。主动停机的优点在于其允许快速通过发动机共振转速(例如，大约为400rpm，这取决于具体的发动机、变速器和其它因素)。主动停机的优点还在于实际的减速速率可以主动地控制在一个特定且匀速的速率，而不是一个由系统部件共振决定的且不容易改变的不均匀的速率。在主动发动机停机过程中，这种能实现一个匀速且可控的速率的能力，还提供了设计弹性，其允许不同系统部件(即，发动机、变速器、弹簧减振器等的不同结合)之间更快速的匹配(即，即插即用互换)，而各种关于发动机停机的部件组合，特别是这些组合在动力系系统共振转速下的NVH性能没有过大的噪音、振动和不平顺特性(NVH)。
主动发动机停机操作模式可以被很多类型的车辆动力系系统采用，特别是那些混合电动车辆的动力系系统。适合主动发动机停机操作模式的车辆动力系系统通常包括一个可操作地并可选择地与发动机和变速器连接的电机，其适于提供一个反作用于发动机旋转的输出转矩。该系统还包括一个控制车辆动力系系统的系统控制器，其与一个控制发动机输出转矩的发动机控制器进行信号通信并适于向发动机控制器提供一个输出转矩命令。如图1-2所示及如上所述，车辆动力系系统，例如动力系系统11，可以包括多个电机，每个电机都通过相应的离合器可操作并可选择地与发动机和变速器连接，其中多个电机的至少一个适于提供一个反作用于发动机旋转的输出转矩，并提供主动发动机停机。
主动发动机停机请求是系统的一个输入，优选地为一个输入到控制器，如系统控制器43的信号，表明请求发动机主动停机。当包含在方法100中的主动发动机停机模式运用到车辆动力系系统，例如动力系系统11中时，优选地所有关闭发动机的请求都是主动发动机停机请求。尽管可能并且通常优选地设计一个动力系系统既能实现被动发动机停机请求(即，仅使用弹簧减振器、摩擦损失，和其它被动部件的停机)也能实现主动停机请求，例如这里说明的动力系系统11，但可以相信使用主动发动机停机将优选地用于大多数发动机停机请求。被动发动机停机可以主要在主动发动机停机无法使用时，用作备用发动机停机机构。已经熟知，输入到控制器中的信号可以是一个响应驾驶员“按键关闭”动作导致按键开关致动的信号。按键开关致动，例如按键关闭，向控制器，例如系统控制器43发送一个按键关闭信号。该按键关闭信号包含主动发动机停机请求。在另一个实施例中，包括主动发动机停机请求的控制器输入可以包括一个由控制器，例如系统控制器43或系统中的其它控制器，根据一个预先确定的发动机停机参数或条件自动确定的信号。预先确定的发动机停机参数为任何有关车辆动力系系统的参数或条件，该动力系系统被关联或被安排了发动机主动停机。例如，主动发动机停机可以与一个或多个系统参数有关，例如当处于一个无声操作模式或工况下时，与车速或变速器输出速度有关，或者响应一个从一个与车辆工况有关的开关输入的信号，例如一个适于提供车门开启指示的开关信号，其也与无声操作模式有关。一个主动发动机停机参数或条件实施例更详细的说明可以在2003年10月14日提交的，同一受让人未审结的申请号为10/686015(代理编号GP-304211)的美国专利申请中找到，其在此全部引用作为参考。参考图4A-5，初始化110一个主动发动机停机请求的步骤可以是任何初始化一个主动停机请求的动作，包括全部由驾驶员决定的全部手动动作方式和由一个或多个控制器起动的自动动作，以影响发动机主动停机。在一个实施例中，初始化110可以包括驾驶员的手动输入，例如驾驶员触动按键开关，例如响应驾驶员“按键关闭”动作的按键开关动作。在另一个实施例中，主动发动机停机请求的初始化110可以包括一个向控制器，如系统控制器43自动或可编程地输入发动机停机参数，其中控制器适于根据发动机停机参数值或条件自动初始化主动发动机停机。参考图5，如相关基准线所示，与初始化110主动发动机停机请求有关的时间称为t0。
方法100还包括下述步骤120，即响应主动发动机停机请求使发动机断油并利用电机维持发动机旋转以及一个预定的发动机转速。使发动机，如发动机14断油120，可以通过任何熟知的装置实现。参考图1和2，断油120可以由ECM23根据或结合下述步骤控制，即通过通讯总线25从系统控制器43向ECM 23发送130一个发动机输出转矩命令Te_cmd，使发动机输出转矩变为零。系统控制器还可以优选地通过单独的信号线45传递(remove)“发动机起动”信号，用于向发动机14提供“开/关”信号。与断油120和发送130发动机输出转矩命令有关的控制命令可以通过使用任何包括各种熟知的通讯标准和协议的已知装置实现。在动力系系统11的情况中，这种控制命令优选地根据汽车工程师协会标准J1939实现。参考图5，如相关基准线所示，由于它们基本上同时发生，因此与断油120和发送130有关的时刻一般称为t1。但是，作为一种设计选择，这些步骤也可以在不同时刻发生(未表示)。通常还优选地在继续执行方法100后续步骤(除发送一个发动机输出转矩命令，使发动机输出转矩变为零的步骤130以外)前，在预定的断油间隔内执行断油步骤120。预定的断油间隔优选地选择成在执行后续控制动作前，使任何剩余燃油都被燃烧，从而使发动机输出转矩减小到接近零。这样，还减小了在后续步骤中所需的电机输出转矩。在本发明的一个实施例中，预定的断油间隔大约为100ms，但会根据与发动机、燃油系统和车辆动力系系统的其它部件有关的因素变化。参考图5，预定的断油间隔表示为t1和t2之间的时间间隔。
与使发动机输出转矩变为零的命令一起，控制器，例如系统控制器43，还向至少一个电机发送需要的转矩控制命令，以实现发动机的旋转控制。通常，这里说明的控制通过使用电机维持发动机的旋转以及一个预定的发动机转速。预定的发动机转速可以是任何期望的发动机转速，但是，预定发动机转速优选地为对应初始化110主动发动机停机请求的发动机转速。维持预定发动机转速或输入转速Ni所需的电机转矩可以按照这里说明的方式计算。如这里所述，测量的系统输入转速可以在任何时间提供给适于实现方法100的控制器，如系统控制器43。从而，在t0时刻，可以使用这里所述的关系计算电机转矩。在这里所述的实施例中，该计算使用的与车辆动力学参数有关的值包括：为了维持t0时刻的当前输入转速Ni(发动机转速)，Ni_dot等于零；Ti的值选择成或设置成大致等于或稍大于与发动机有关的摩擦损失值，通常其被良好地特征化且可以包括一个标准值(即，足以维持发动机旋转)；No_dot的值可以是任何合适的值，但优选地选择成t0时刻的当前值；而Ncl_dot的值也可以是任何合适的值，但其优选地选择为零，使得离合器C1可以响应随后的发动机重起动和动力系系统11的接合，而快速接合。应该注意到，所选的车辆动力学参数值是这些与实现方法100和主动发动机停机操作模式有关的参数的控制设置。
参考图4A-5，方法100还包括一个从预定发动机转速确定140期望发动机转速下降速率的步骤。期望的发动机转速下降速率或发动机减速速率可以用任何已知的方法确定。例如，确定140可以包括建立一个固定减速率，作为标准值。这些值可以作为发动机转速的函数预先选择(例如，在t0时刻)。但是，优选地确定140包括为发动机计算一条发动机转速下降曲线。发动机转速下降曲线可以根据下面的关系式计算：
Figure C20051010986200191
其中，Ni(t0)为t0时刻的变速器输入转速和发动机输出转速；及
tSR1为预定的转速下降间隔时间。
既然发动机减速曲线末端的目标发动机转速优选地为零，转速降低仅是预定发动机转速与零之间差值的负数，其仅是预定发动机转速的负数。如果曲线末端的目标转速选择成一个不为零的转速，确定140将包括在减速曲线末端取预定转速和目标转速之间的差值。预定转速下降间隔优选地为一个固定间隔，其可以储存在控制器，例如系统控制器43中作为一个标准值。但是，如果希望，预定转速下降间隔也可以计算。在响应驾驶员按键关闭动作的主动发动机停机中，限制在期间其它系统部件，包括控制器和电机，可以用于帮助主动发动机停机的时间，如同它们在根据各种与它们有关的停机参数停机的方法中一样。在电机情况中，通常为一个固定时间间隔(例如，一个由机器和其相关控制制造商决定的间隔)，例如，大约2秒，然后电机接收一个停机命令。因此，期望主动发动机停机在一个间隔中执行，在该间隔中控制使用的系统部件，例如控制器和电机，可以与方法100一起使用。在一个实施例中，预定的转速下降间隔大约为0.5秒。参考图5，预定的转速下降间隔表示为t2和t4时刻之间的时间间隔。
参考图4A-8，方法100还包括一个利用电机施加150一个反作用转矩以反作用于发动机的旋转，并根据期望的发动机转速下降速率降低发动机转速的步骤。一旦确定了发动机转速下降曲线，则必须确定并命令所需的电机转矩以实现或获得期望的发动机减速速率。施加150一个反作用转矩的步骤可以通过以下步骤实现，包括：确定152一个获得发动机转速曲线所需的电机输出转矩命令作为一些车辆动力学参数的函数；以及使用电机输出转矩命令控制154电机输出转矩。参考图1、2、4A、4B和6，说明了一个用于动力系系统，例如这里所述的具有两个电机MA和MB的动力系系统11的步骤，确定152一个获得发动机转速曲线所需的电机输出转矩命令作为一些车辆动力学参数的函数。如块210所示，电机转矩可以用合适的耦合公式，例如公式1确定。块210的输出分别为电动机转矩Ta和Tb，其优选地分别作为电动机命令Ta_cmd和Tb_cmd施加。控制154步骤优选地包括分别使用Ta_cmd和Tb_cmd的MA和MB开环控制。Ta_cmd和Tb_cmd在图6中分别表示为TaOL 215和TbOL 220。耦合公式当然将根据动力系系统和其部件的构造而变化。
方法100和确定140反作用电动机转矩的步骤也可以包括利用一个电机转矩闭环校正作为根据转速下降曲线确定的输入转速与实际或测量的输入转速之间误差的函数。参考图4B-8，这进一步包括下列步骤：使用来自转速曲线的发动机转速和实际发动机转速计算156一个发动机转速曲线误差；在曲线误差基础上确定158一个电机输出转矩命令校正；以及将电机输出转矩命令校正施加159到电机输出转矩命令。使用来自转速曲线的发动机转速和实际发动机转速计算156一个发动机转速曲线误差的步骤如图6中块225所示，且当然作为时间的一个函数执行，如图5中关于时刻t3所示。参考图6和7，NiERR为实际输入转速NiMEAS，和与输入转速下降曲线有关的期望输入转速Ni之间的差值，如求和节点265所示。这种发动机转速曲线误差优选地结合控制器每一控制循环计算。参考图6-8和在曲线误差基础上确定158一个电机输出转矩命令校正的步骤，发动机转速曲线误差可以被馈送给控制器，例如系统控制器43的比例积分(PI)控制部分270，其中误差可以使用已知的方法积分以执行这种控制。这提供了一个输入转速曲线误差的闭环项CL 230。该输入转速曲线误差闭环项可以用于确定系统每一电机的电机输出转矩命令校正，在块235中关于动力系系统11表示为Ta_cmd和Tb_cmd的校正，其分别表示为TaCL 240和TbCL 245。参考图8，闭环项CL230可以施加到由经验确定的标准，其适于把输入转速误差的大小与需要减小的增量电动机转矩联系起来。这些在图8中表示为cal_Ta 275和cal_Tb 280，其可以通过乘CL 230以获得分别由TaCL 240和TbCL 245表示的MA和MB的闭环校正。参考图6和将电机输出转矩命令校正施加159到电机输出转矩命令的步骤，由TaCL 240和TbCL 245表示的MA和MB的闭环校正可以施加到TaOL 215和tbOL 220，以分别获得Ta_cmd和Tb_cmd的被校正的及更精确的值，其分别表示为Ta 255和Tb 260。
参考图5，方法100还可以包括一个在一个大于零发动机转速的发动机转速撤除160电机反作用转矩的步骤。该步骤用于消除控制中的超调量并使发动机具有负转速或使发动机反向旋转。该步骤可以通过在低于一个预定发动机转速阈值下从发动机中撤除电机输出转矩，并使发动机旋转以一个基于与发动机有关的摩擦转矩损失的更慢的速率停止而实现，如图5中关于t5时刻所示。预定的发动机转速阈值优选地小于这里所述的车辆动力系系统共振转速。
根据附图和详细说明，以及下列权利要求，本发明进一步的适用范围将变得显而易见。但是，应该知道详细说明和具体实施例，尽管仅通过图示的方式说明了本发明的优选实施例，但各种在本发明精神和范围内的变化和改进，对于本领域的技术人员是显而易见的。

Claims (24)

1.一种向车辆动力系系统提供主动发动机停机操作模式的方法，其中车辆动力系系统包括一个可操作地并可选择地与发动机和变速器连接的电机，该系统具有一个用于控制车辆动力系系统的系统控制器，其与一个控制发动机输出转矩的发动机控制器进行信号通信并适于向发动机控制器提供一个输出转矩命令，其中电机适于提供一个反作用于发动机旋转的输出转矩以及提供主动发动机停机，该方法包括以下步骤：
初始化一个主动发动机停机请求；
响应主动发动机停机请求使发动机断油，并利用电机维持发动机旋转以及一个预定的发动机转速；
从预定的发动机转速确定期望的发动机转速下降速率，其中确定期望的下降速率包括为发动机计算一条发动机转速下降曲线；及
利用电机施加一个反作用转矩以反作用于发动机的旋转并根据期望的发动机转速下降速率降低发动机转速；
确定一个获得发动机转速曲线必需的电机输出转矩命令作为多个车辆动力学参数的函数；
使用电机输出转矩命令控制电机输出转矩；
使用发动机转速曲线和一个实际发动机转速计算发动机转速曲线误差；
基于曲线误差确定电机输出转矩命令校正；及
将电机输出转矩命令校正施加到电机输出转矩命令。
2.如权利要求1所述的方法，其中主动发动机停机请求包括一个来自驾驶员的手动请求。
3.如权利要求1所述的方法，其中主动发动机停机请求包括一个系统控制器响应预定的发动机停机参数而确定的自动请求。
4.如权利要求3所述的方法，其中发动机停机参数从一个由小于一个车速发动机停机阈值的车速和一个车门开启指示组成的组中选择。
5.如权利要求1所述的方法，其中主动发动机停机请求包括一个使发动机输出转矩变为零的发动机输出转矩命令。
6.如权利要求1所述的方法，其中在施加反作用转矩前，在预定的断油间隔内执行断油。
7.如权利要求1所述的方法，其中发动机转速下降曲线通过用预定发动机转速的负数除以预定的速度下降间隔而计算。
8.如权利要求7所述的方法，其中预定的速度下降间隔包括从与初始化主动发动机停机请求有关的时刻到与电机停机命令有关的时刻之间的间隔。
9.如权利要求1所述的方法，其中使用输出转矩命令控制电机输出转矩包括开环控制。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在一个大于零发动机转速的发动机转速下撤除电机反作用转矩。
11.如权利要求10所述的方法，其中反作用转矩在低于一个预定的发动机转速阈值下撤除。
12.如权利要求11所述的方法，其中预定的发动机转速阈值小于车辆动力系系统的共振转速。
13.如权利要求1所述的方法，其中该方法适于在车辆动力系系统的计算机中作为代码执行。
14.一种向车辆动力系系统提供主动发动机停机操作模式的方法，其中车辆动力系系统包括多个每一个都可操作地并可选择地通过相应的离合器与发动机和变速器连接的电机，该系统具有一个用于控制车辆动力系系统的系统控制器，其与一个控制发动机输出转矩的发动机控制器进行信号通信并适于向发动机控制器提供一个输出转矩命令，其中多个电机的至少一个适于提供一个反作用于发动机旋转的输出转矩以及提供主动发动机停机，该方法包括以下步骤：
使用系统控制器初始化一个主动发动机停机请求；
响应输出转矩命令使发动机断油，并利用多个电机的至少一个维持发动机旋转以及一个预定的发动机转速；
从预定的发动机转速确定期望的发动机转速下降速率，其中确定期望的下降速率包括为发动机计算一条发动机转速下降曲线；
利用至少一个电机施加一个反作用转矩以反作用于发动机的旋转并根据期望的发动机转速下降速率降低发动机转速；
确定一个获得发动机转速曲线必需的电机输出转矩命令作为多个车辆动力学参数的函数；
使用电机输出转矩命令控制电机输出转矩；
使用发动机转速曲线和一个实际发动机转速计算发动机转速曲线误差；
基于曲线误差确定输出转矩命令校正；及
将输出转矩命令校正施加到电机输出转矩命令。
15.如权利要求14所述的方法，其中主动发动机停机请求包括一个使发动机输出转矩为零的发动机输出转矩命令。
16.如权利要求14所述的方法，其中在施加反作用转矩前，在预定的断油间隔内执行断油。
17.如权利要求14所述的方法，其中发动机转速下降曲线通过用预定发动机转速的负数除以预定的速度下降间隔而计算。
18.如权利要求17所述的方法，其中预定的速度下降间隔包括从与初始化主动发动机停机请求有关的时刻到与电机停机命令有关的时刻之间的间隔。
19.如权利要求14所述的方法，其中使用输出转矩命令控制电机输出转矩包括开环控制。
20.如权利要求14所述的方法，其中多个车辆动力学参数包括变速器输入转矩、输入加速度和输出加速度，和至少一个离合器滑动加速度。
21.如权利要求14所述的方法，进一步包括：
在一个大于零发动机转速的发动机转速下撤除电机反作用转矩。
22.如权利要求21所述的方法，其中反作用转矩在低于一个预定的发动机转速阈值下撤除。
23.如权利要求22所述的方法，其中预定的发动机转速阈值小于发动机和变速器的共振转速。
24.如权利要求14所述的方法，其中该方法适于在车辆动力系系统的计算机中作为代码执行。
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