CN101096210A - 曲轴停止位置控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在混合电动车辆中调节曲轴位置的方法，包括停止内燃机的汽缸，使用电机驱动内燃机的曲轴，以及当曲轴转速越过一第一阈值时确定一目标曲轴位置。曲轴被以轻推的转动速度驱动至目标曲轴位置，当达到一制动曲轴位置时使用电机以目标转速制动曲轴的转动。曲轴的转动被停止在所述目标位置。

Description

曲轴停止位置控制系统
交叉引用至有关申请
本申请要求美国临时的申请No.60/816,684，申请日为2006年6月27日的文献的优先权。上述申请的公开内容一并引用于此作为参考。
技术领域
本发明涉及混合动力车辆，更具体地涉及用于混合动力车辆的曲轴停止位置控制系统。
背景技术
混合动力汽车是由多种动力装置驱动，这些动力装置包括，但不限于一内燃机和一电机。所述电机起到电机/发电机的作用。在发电机模式，所述电机是由所述发动机驱动进而产生用来给电的负载供电或给电池充电的电能。在电机模式，所述电机补充所述发动机，提供驱动力矩用以驱动车辆动力传递系统。
在混合电动车辆中，所述发动机经常停止和启动以改进燃料经济性。在发动机停止和启动期间发动机曲轴的加速度和减速度应当被控制进而减少传动系统的振动以及其他振动引起的事件，这些事件会降低车辆的操作性。所述曲轴还应该停在一理想的转动位置进而进一步地改进发动机的停止-启动特性。
发明内容
相应地，本发明提供一种在混合电动车辆中调节曲轴位置的方法。所述方法包括停止内燃机的汽缸，使用电机驱动内燃机的曲轴，以及当曲轴转速越过一第一阈值时确定一目标曲轴位置。曲轴被以轻推的转动速度驱动至目标曲轴位置，当达到一制动曲轴位置时使用电机以目标转速制动曲轴的转动。曲轴的转动被停止在所述目标位置。
一个特征是，驱动曲轴的步骤包括以一冲击转速驱动曲轴进而使混合电动车辆传动系统中的冲击最小化。
另一个特征，所述方法进一步地包括在制动步骤期间，基于实际的曲轴位置与目标曲轴位置之间的差确定电机的制动转矩。
另一个特征是，所述方法进一步地包括当实际的曲轴位置近似等于目标曲轴位置时，调节电机的扭矩以提供一轻微的曲轴驱动。
另一个特征是，所述方法进一步地包括当曲轴转速近似等于零时，调节电机的扭矩以提供一轻微的曲轴的驱动。
另一个特征是，所述方法进一步地包括当实际的曲轴位置等于目标曲轴位置时，使电机的扭矩变至零。
其他的特征是，所述方法进一步地包括分别确定曲轴转速和电机转速，以及当各自转速都等于零时释放内燃机节气门致动器，当各自的转速都等于零时启动一计时器。所述释放的步骤在所述计时器达到一阈值时间后执行。
本发明应用的进一步的方面从下述详细说明中将变得明显。应当理解，本发明的所述说明和具体实施例，以及优选实施例，只是为了说明的目的，决不是为了限制该发明。
附图说明
从下述详细的说明和附图中本发明将变得完全明白，其中：
图1是一示例性混合动力车辆的示意图，该混合动力车基于本发明的曲轴停止位置控制而操作；
图2是一说明在根据本发明的曲轴停止位置循环期间示例性车辆操作参数曲线图的图表；
图3是一流程图，该流程图说明了本发明的曲轴停止位置控制所执行的示意性步骤。
具体实施方式
下面具体实施例的说明实际上只是示意性，决不是对本发明及其应用或运用的限制。为清楚起见，在附图中同样的附图标记表示类似的元件。这里用到的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共用，专用，或集群)以及执行一个或多个软件或固定软件的存贮器，组合逻辑电路，或其他合适的提供上述功能的元件。
现在参见图1，示意性混合动力汽车10包括一发动机12和一电机14，其驱动变速器16。空气通过节气门13吸进发动机12，节气门13的位置由节气门致动器15调节。所述空气与燃料混合，所述空气/燃料混合物在汽缸(未显示)内燃烧以产生驱动力矩。电机14补充所述发动机12以产生驱动变速器16的驱动力矩。如此，燃油效率增加而排放减少。发动机12和电机14是通过一带式发电-起动机(BAS)系统18连接。更准确地说，所述电机14操作为一起动机(也就是，电机)和一发电机(也就是发电机)并通过一带和轮系统与发动机12连接。发动机12和电机14包括各自的皮带轮20，22，皮带轮20，22通过带24连接一起转动。皮带轮20与发动机12的曲轴26连接并一起转动。
在一个模式中，发动机12驱动电机14进而产生能量用来给储能装置(ESD)28充电。在另一个模式中，电机14利用来自所述ESD28的能量驱动发动机12。所述ESD28可以包括，但不限于，一电池或一超级电容器。可选择地，所述BAS系统18可以替换为一飞轮-发电机-起动机(FAS)系统(未显示)，该系统包括一可操作地位于发动机与所述变速器或一链或齿轮传动装置之间的电机，所述齿轮传动装置位于电机14和曲轴26之间。
所述变速器16可以包括，但是不限于，一手动变速器，一自动变速器，一连续变速传动(CVT)以及一自动手动变速器(AMT)。驱动力矩通过连接装置30从发动机曲轴26传递26变速器16。连接装置30可以包括，但是不局限于，依靠所使用的变速器的类型而确定的一摩擦离合器或一变矩器。所述变速器16通过多个传动比中的一个放大用于驱动传动轴32的驱动力矩。
控制模块34调节车辆10的操作。所述控制模决34控制燃料喷射和点火进而选择性地起动和停用发动机12的汽缸。更准确地说，当车辆车辆处于静止时，发动机12的汽缸没有一个被点火(也就是停用)并且发动机12停止。在车辆起动时(也就是从静止加速)，电机14驱动所述曲轴进而加快转动发动机12至一怠速进而开始车辆加速。在车辆需要低的驱动力矩期间，所述发动机气缸不点火且所述阀被停用。驱动力矩通过电机14提供。当停用时，至发动机12汽缸的燃料和点火被停止。进一步地，进气及排气阀的打开和闭合循环可以被禁止进而抑制汽缸内的气流。
提供一加速踏板36。一踏板位置传感器38响应于所述加速踏板36的位置并基于此产生一踏板位置信号。提供一制动踏板40。一制动踏板位置传感器42响应于所述加速制动踏板40的位置并基于此产生一踏板位置信号。所述控制模块34基于所述制动踏板位置信号操作制动系统43进而调整制动系统内的压力，制动系统依次调节制动装置(未显示)的制动力。
一电机位置传感器44响应于电机14的转子的转动位置且基于此确定电机14的转速(RPMEM)。类似地，一发动机12位置传感器45响应于曲轴26的转动位置且基于此确定曲轴26的转速(RPMENG)。控制模块34基于通过踏板位置传感器38，42产生的踏板位置信号和通过位置传感器44，45产生的信号操作车辆10，下面将进一步的详细描述。
本发明的曲轴停止位置(CSP)控制包括一虚的(virtual)编码器，该编码器甚至在包括零转/分的低速情况下计算曲轴的角度位置(θENG)。所述CSP控制还确定一理想或目标停止位置(θTRG)并执行多阶段的电机控制程序，该程序在多种情况下控制曲轴26的转动并利用所述虚的编码器作为其输入将曲轴停止在θENG(目标停止位置)。
基于利用来自发动机位置传感器45以及电机位置传感器44的位置和速度信息将发动机停止在θTRG，发动机位置传感器45可以是一58X齿轮曲轴传感器和/或一4X凸轮轴传感器，电机位置传感器44可以是电机14的解算器。发动机位置信息用来产生一在720度范围(也就是，曲轴360度/转的两转是一个完整的发动机循环，在每个发动机循环中每个气缸都经过一完整的进气，压缩，点火，排气循环)内表示汽缸#1(也就是在点火次序上为第一汽缸}的位置的信号。在压缩冲程期间汽缸#1的上死点(TDC)表示零度。
所述发动机位置传感器45不能用来在低于一转速值(例如大约100转/分)或反向时确定所述转速和位置。曲轴反向的转动可以通过控制模块34检测，但是所述转动与正向转动一样。电机位置传感器44确定所述电机位置和至零转/分的电机转速RPMEM。因为电机14和发动机12通过一固定传动比的带连接，电机转速RPMEM和电机位置也可以用来确定低于发动机位置传感器45不能检测到的、以及曲轴反转时的发动机转速和位置，进而显示控制模块34以不同于所述正向的方向转动。
电机位置传感器44，不同于发动机位置传感器45，具有双向的转动检测能力(也就是曲轴的反向，或向后的摆动是可检测的)。当电机位置传感器在反向检测到运动且发动机位置传感器45信号i仍然可以检测到运动时，该运动的变动量被确定，但是所述检测到的运动变动量被减去而不是被加到当前θENG值。此外，当发动机位置传感器45停止产生信号且发动机运动仍然存在时，这个反向检测能力可用于更新曲轴26最后停止位置。电机位置在0至360度范围内的变动量，而不是平均曲柄位置传感器脉冲的变动量，被确定且基于所述带的传动比，θENG的变动量可以被确定且这个量可以根据正向或反向的检测被加到或减去所述θENG上。
本发明的所述CSP控制执行发动机位置传感器45进而在720度的范围内确定汽缸#1的θENG直到发动机位置传感器45不再产生一可用的信号。如果电机位置传感器44在RPMs检测到反向，其中RPMs中发动机位置传感器45的信号也是可用的，如上所述，在利用发动机位置传感器45确定θENG时，必须考虑这种情况。当发动机位置传感器45不再产生一可用的信号(例如，在极低的发动机转速)时，所述电机位置传感器信号可继续用来确定θENG。在较低发动机转速(例如，小于100转/分)，此时发动机位置传感器不能用来确定发动机转速，随着其接近于0转/分，RPMEM被检测到，而不是EPMENG。当θENG接近θTRG时，所述电机被制动，该制动停止发动机12的运动直到RPMEM为0，下面将详细描述其细节。
参见图2，所述CSP控制将被进一步的详细说明。一旦HEOff被命令所述CSP控制确定θTRG。更准确地说，当发动机即将被停止时，所述CSP控制执行多级平稳电机控制。在第一级平稳期间，电机14用来控制所述曲轴转速至RPMML(例如500RPMENG)。RPMML是用来减少进气歧管绝对压力(MAP)且吸收传动系统冲击的速度。相应地，第一级平稳将传动系统冲击最小化进而改进随后的发动机重新启动的平稳性。所述RPMENG降至RPMML还与燃料切断和关闭节气门一起实施，借此减少进气歧管绝对压力。因为在第一平稳阶段期间汽缸压力被减少，在随后发生的发动机停止期间压缩干扰和电机驱动力矩被减少。所述节气门保持闭合直到所述发动机12被停止，借此截留真空。如此，在曲轴停止期间发动机摇摆量被最小化。在第一平稳期间的控制还考虑到了同样的发动机和电机/发电机单元的开始条件，该开始条件用于从速度#1至速度#2到速度#3的控制，从速度#1至速度#2到速度#3考虑到了越过HEOffs的连贯性。
在第一级和第二级平稳之间，速度#1和速度#2之间，θTRG被分别计算。更准确地说，所述θTRG计算当RPMENG降低到低于一阈值转速(RPMINIT)(例如750转/分)时被启动。这是根据当前的θENG且可以是多个位置(例如用于4缸发动机的4个位置)中的一个，以每1/4圆周提供一个停止位置。例如，对于一示例性的4缸发动机，如果θTRG被确定为在压缩冲程中任何缸的上死点前(BTDC)85度，且假定0度是汽缸#1压缩的上死点，180度汽缸#3压缩的上死点，360度是汽缸#4压缩的上死点，和540度是汽缸#2压缩的上死点(例如点火次序为1-3-4-2)，那么所述停止位置将分别是635度，95度，275度，455度。
以这种方式，在确定θTRG后，所述发动机停止通过单缸作用(即180度)或直到下一个1/4圆周被有效地延迟。例如，当RPMENG越过RPMINIT时如果θENG接近300度，θTRG将用于压缩中的下一个缸，或455度。此外，用来确定下一个压缩缸的所述初始缸的触发脉冲将被限定至初始缸的压缩冲程的第一160度(例如，一校准值)。例如，如果初始缸的压缩冲程，其中RPMINIT越过从180至360度的范围，RPMINIT必须已经越过180和340以便455度θTRG被选中。
第二平稳(speed#_2)是曲轴轻推阶段，在此期间使用电机14将曲轴26在下一个1/4圆周内驱动或推向一理想位置。在第二平稳期间，电机14控制曲轴转速至RPMNP，RPMNP是将曲轴位置移动到上述下一个1/4圆周的推动速度(也就是防止发动机12过早停止)。在RPMML和RPMNP中间，所述CSP控制计算θTRG，如上所述，且电机控制曲轴26的减速度率以减少振动。如果允许曲轴26处于共振段(例如大约300转/分)，则振动可以被车辆乘客感觉到。同样地，如果所述曲轴26被突然地减速，动力系统机架摇摆还可以导致乘客被干扰。RPMNP是一校准值，且被选择为充分的高这样就使电机14费力地运转以驱动曲轴至所述下一个1/4圆周，但是足够的慢这样其低于RPMINIT且在θTRG已经被选择之后被选择。在第一级和第二级平稳之间的电机控制允许计算θTRG。
曲轴26被以RPMNP速度驱动直到获得一制动曲轴位置(θBRK)，θBRK被定义为在理想停止位置θTRG之前的所述校准位置变动量θΔ(也就是θBRK＝θTRG-θΔ)。所述第三级平稳是所述最后的停止速度为零转/分。更准确地说，一旦已经获得θBRK，电机14切换到发电机模式进而降低曲轴转速且控制RPMEM和RPMENG两者都降至零RPM。在发电机模式，电机14的制动转矩(TEM)用来制动曲轴的转动。TEM确定为曲轴位置远离θTRG(也就是θΔ的函数。当检测到零转/分时，所述CSP控制从电机位置传感器44监测倒转标志。当接近零转/分和或接近θTRG时，电机制动可以在逐渐地完全停止电机扭矩之前被校准至一轻微的驱动。如此，保证了向后摆动的最小化。倒转是不希望的，因为如果一发动机重新启动被命令需要额外的能量和时间来反转所述向后的转动。
一旦发动机位置传感器45和电机位置传感器44在一阈值停止时间(tSTOP)内都没有检测到动作则认为发动机停止。一旦发动机12被认使停止，节气门13保持闭合直到所述进气歧管绝对压力泄漏上升至大气压(PBARO)。最大化低的进气歧管绝对压力时间是合适的，因为随后的发动机重新启动可以更平稳且消耗较少电力地被执行。一旦已经达到PBARO，所述节气门致动器15被释放回其静止位置，借此保存电能。
上述用于发动机停车的三级平稳电机控制当从减速燃料切断位置进入所述程序时是有效的。如果发动机12已经怠速(也就是，供给燃料)，所述CSP控制实际上是一四级平稳电机控制，其中燃料供给时的发动机转速和进气歧管绝对压力是在燃料切断且RPMENG跌至RPMML前的第一级稳定。
参见图3，所述CSP控制执行的示例性步骤将被详细描述。在步骤300，控制确定是否启动HEOff(混合发动机关闭)。如果HEOff没有启动，控制返回。如果HEOff将要启动，在步骤304中控制运用电机14来控制RPMENG以获得RPMML。在步骤306，控制确定是否RPMENG等于RPMML。如果RPMENG不等于RPMML，控制回到步骤304。如果RPMENG等于RPMML，控制继续到步骤308。
在步骤308，控制运用电机来控制RPMENG至RPMNP。在步骤310控制确定RPMENG是否小于RPMINIT。如果RPMENG不小于RPMINIT，控制回到步骤308。如果RPMENG小于RPMINIT，在步骤312中控制确定θTRG。在步骤314，控制确定是否RPMENG等于RPMNP。如果RPMENG不等于RPMNP，控制返回。如果RPMENG等于RPMNP，控制继续到步骤316。
在步骤316，控制使用电机在RPMNP转速下驱动所述曲轴。在步骤318控制确定是否θENG等于θBRK。如果θENG不等于θBRK，控制回到步骤316。如果θENG等于θBRK，在步骤320中控制操作所述电机14为一发电机进而制动曲轴26的转动。在步骤322，控制确定是否RPMENG和RPMEM两个都等于零。如果RPMENG或RPMEM不等于零，控制回到步骤320。如果RPMENG和RPMEM等于零，控制继续至步骤324。
在步骤324，控制启动一次计时器t。在步骤326中控制确定是否t等于tSTOP。如果t不等于tSTOP，控制继续至步骤328。如果t等于tSTOP，控制继续至步骤330。在步骤328，控制增加t且返回至步骤326。在步骤330，控制释放所述节气门致动器15且控制结束。
本领域技术人员从上述说明可以理解，本发明充分的教导可以以各种形式执行。所以，尽管发明已经结合特别的例子进行了描述，本发明的真正的范围将不会被因此限制因为在研究所述附图，所述说明书及其后的权利要求的基础上其他的改进对本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (25)

1、一种混合动力车辆，包括：
具有曲轴的发动机；
选择性地驱动所述曲轴的电机；以及
停止所述发动机汽缸的控制模块，该模块控制电机来驱动所述曲轴，当所述曲轴的转速越过一第一阈值时确定一目标曲轴位置，控制所述电机以一轻推转速向所述目标曲轴位置驱动所述曲轴，当获得一制动曲轴位置时控制所述电机以所述目标转速制动所述曲轴的转动且控制所述电机将所述曲轴的转动停止在所述目标位置。
2、如权利要求1所述的混合动力车辆，其中所述电机以一冲击转速驱动所述曲轴进而使混合电动车辆传动系统中的冲击最小化且提供用于后面步骤的连贯的初始条件。
3、如权利要求1所述的混合动力车辆，其中所述控制模块在所述曲轴的制动期间，基于实际的曲轴位置与目标曲轴位置之间的差确定电机的制动转矩。
4、如权利要求1所述的混合动力车辆，其中当所述实际的曲轴位置近似等于所述目标曲轴位置时，所述控制模块调节所述电机的扭矩进而提供一所述曲轴的轻微的驱动。
5、如权利要求1所述的混合动力车辆，其中当所述曲轴的转速近似等于零时，所述控制模块调节所述电机的扭矩进而提供一所述曲轴的轻微的驱动。
6、如权利要求1所述的混合动力车辆，其中当所述实际的曲轴位置等于所述目标曲轴位置时，所述控制模块将所述电机的制动转矩变为零。
7、如权利要求1所述的混合动力车辆，其中所述控制模块确定所述曲轴和所述电机的各自的转速，且当所述各自的转速都等于零时释放所述内燃机的节气门致动器。
8、如权利要求7所述的混合动力车辆，其中当所述各自的转速都等于零时所述控制模块启动一计时器，其中所述释放在所述计时器达到一阈值时间后被执行。
9、一种在混合电动车辆中调节曲轴位置的方法，包括：
停止内燃机的汽缸；
使用电机驱动所述内燃机的曲轴；
当所述曲轴的转速越过一第一阈值时确定一目标曲轴位置；
以一轻推转速向所述目标曲轴位置驱动所述曲轴；
当达到制动曲轴位置时，使用所述电机以目标转速制动所述曲轴的转动；
以及在所述目标位置停止所述曲轴的转动。
10、如权利要求9所述的方法，其中驱动所述曲轴的步骤包括以一冲击转速驱动曲轴进而使混合电动车辆传动系统中的冲击最小化。
11、如权利要求9所述的方法，进一步地包括在制动步骤期间，基于实际的曲轴位置与所述目标曲轴位置之间的差确定电机的制动转矩。
12、如权利要求9所述的方法，进一步地包括当实际的曲轴位置近似等于目标曲轴位置时，调节电机的扭矩以提供一轻微的曲轴的驱动。
13、如权利要求9所述的方法，进一步地包括当所述曲轴的转速近似等于零时，调节电机的扭矩以提供一轻微的曲轴的驱动。
14、如权利要求9所述的方法，进一步地包括当所述实际的曲轴位置接近于所述目标曲轴位置时，将所述电机的制动转矩变为零。
15、如权利要求9所述的方法，进一步地包括：
确定所述曲轴和所述电机的各自的转速；以及
当所述各自的转速都等于零时，释放所述内燃机的节气门致动器。
16、如权利要求15所述的方法，进一步地包括：
当所述各自的转速都等于零时启动一计时器，其中所述释放的步骤在所述计时器达到一阈值时间后被执行。
17、一种调节混合电动车辆中曲轴位置的方法，包括：
启动所述混合电动车辆的混合发动机关闭模式；
在所述启动的步骤中停止内燃机的汽缸；
提供一虚的编码器来检测所述混合电动车辆发动机的曲轴和选择性地驱动所述发动机的电机的各自的转速；
使用所述电机驱动所述内燃机的曲轴；
当所述曲轴的转速越过一第一阈值时确定一目标曲轴位置；
以一轻推转速向所述目标曲轴位置驱动所述曲轴；
当达到制动曲轴位置时，使用所述电机以目标转速制动所述曲轴的转动；以及
在所述目标位置停止所述曲轴的转动。
18、如权利要求17所述的方法，其中所述虚的编码器包括发动机位置传感器和电机位置传感器，且可以检测所述发动机和所述电动机的各自转速，还可以检测反转。
19、如权利要求17所述的方法，其中驱动所述曲轴的步骤包括以一冲击转速驱动曲轴进而使混合电动车辆传动系统中的冲击最小化且为后面的步骤提供连贯的初始条件。
20、如权利要求17所述的方法，进一步地包括在制动步骤期间，基于实际的曲轴位置与所述目标曲轴位置之间的差确定电机的制动转矩。
21、如权利要求17所述的方法，进一步地包括当实际的曲轴位置近似等于目标曲轴位置时，调节电机的扭矩以提供一轻微的曲轴的驱动。
22、如权利要求17所述的方法，进一步地包括当所述曲轴的转速近似等于零时，调节电机的扭矩以提供一轻微的曲轴的驱动。
23、如权利要求17所述的方法，进一步地包括当所述实际的曲轴位置等于所述目标曲轴位置时，将所述电机的制动转矩变为零。
24、如权利要求17所述的方法，进一步地包括：
确定所述曲轴和所述电机的各自的转速；以及
当所述各自的转速都等于零时，释放所述内燃机的节气门致动器。
25、如权利要求24所述的方法进一步地包括，
当所述各自的转速都等于零时启动一计时器，其中所述释放的步骤在所述计时器达到一阈值时间后被执行。
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