CN102019923A - 混合动力电动力系中发动机的再起动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起动混合动力电动力系中发动机的方法，包括当发动机停机时使用辅助泵维持即将运转的变速器摩擦控制元件(需要其接合以在再起动之后启动车辆)中的压紧压力，开始自动发动机再起动，当发动机再起动时增加控制元件的最大扭矩；并在发动机再起动之后使用变速器泵产生的压力锁止启动控制元件。本发明所公开的方法产生了平滑的传动系驱动性能，并优化了能量消耗。

Description

混合动力电动力系中发动机的再起动方法

技术领域

本发明总体上涉及混合动力电动车辆(HEV)的动力系，更为具体地，涉及其在发动机再起动时间期间的控制。

背景技术

混合动力电动车辆(HEV)为配置有利用至少两种不同扭矩源来推进车辆的混合动力驱动系统的车辆。作为一个非限定示例，混合动力驱动系统可将包括多级自动变速器以及内燃发动机的常规驱动系统与包括一个或多个电动马达和能够驱动电动马达或存储能量的可充电蓄能装置(例如电池)的电驱动系统组合在一起，从而相对于传统车辆改进燃料经济性。混合动力电动车辆通常根据车辆工况、电池状况和驾驶员驱动要求提供发动机运转或停机的不同动力系运转模式。因此，HEV提供的一个主要功能在于能够在某些状况下起动或停止发动机。当发动机运转时，驱动系统的电动部分还可用于辅助发动机提供所需的车辆驱动力。在发动机停机的情况下，可完全通过电动马达提供驾驶员的驱动要求。

可以采用混合动力电动车辆技术的某些方面来设计机动车辆以便降低燃料消耗而不使用混合动力传动系。在这种称作微混合动力电动车辆(micro-HEV)的车辆中，在包括内燃发动机和多级自动变速器而不包括电机来驱动车轮的常规动力系中可在发动机怠速运转的情况下关闭发动机来降低燃料消耗并减少排放。微HEV动力系控制系统在停止发动机之前所检查的主要工况为驾驶员已进行制动且车辆停止，因为在常规车辆中这些工况期间发动机通常怠速。一旦驾驶员释放制动踏板则指示要求驱动车辆，动力系控制系统将自动再起动发动机。在具有自动变速器的微混合动力电动力系中，在发动机起动期间及其前后协调的变速器控制对于可接受的车辆性能十分重要。具体地，发动机起动期间对最大离合器扭矩的控制直接控制传输至车轮用于车辆驱动的发动机扭矩量。另外，最大离合器扭矩应用的任何延迟均直接导致不响应的车辆驱动和较差车辆性能。此外，在使用不带有变矩器的双离合器自动变速器(通常称为动力换档变速器)的车辆应用中，发动机起动期间任何过度和未协调的离合器最大扭矩控制可能潜在导致发动机失速和/或糟糕的缓慢移动及启动性能。

一种通常用于解决这些问题的方法简单地只要档位范围选择杆(例如换档杆)处于驱动位置(可包括前进档、倒车挡、手动档范围位置)便保持变速器完全处于档位。该技术通常称为档位启动(SIG)，在发动机起动期间提供了最少的变速器控制协调，因为变速器将维持在档位接合。因此，驾驶员感觉不到延迟的车辆驱动。

SIG方法有一些缺点，例如因为变速器在档位完全接合，由于发动机起动瞬态被传递至车轮而引起的过度传动系扰动。另外，SIG技术导致发动机起动负载，因为变速器完全接合而其变矩器解锁从而提供了至车轮的扭矩流路径。此外，SIG方法需要过多电能消耗，因为对于电动液压运转的自动变速器，在发动机起动和停止之前及期间电辅助泵必须完全启动以维持足够的液压管路压力以保持变速器在档位完全接合。这导致发动机关闭时过多的能量消耗。

该策略不能应用于不具有变矩器的双离合器动力换档自动变速器应用中。最后，当采用SIG时车辆系统和发动机控制没有变速器控制协调或者协调很少。

微HEV的动力系控制系统必须在发动机再起动时对车辆驱动的驾驶员要求提供即时响应。需要一种在发动机起动事件期间协调变速器和发动机控制同时最小化能量消耗的策略以便提供反应灵敏、平滑、稳定及可预测的车辆驱动性能。

发明内容

本发明公开了一种再起动在混合动力电动力系中发动机的方法，包括使用辅助泵在即将运转的变速器摩擦控制元件(需要其接合以在再起动之后启动车辆)中维持压紧压力、开始自动发动机再起动、在发动机再起动时增加控制元件的最大扭矩、并在发动机再起动时使用由变速器中变速器泵产生的压力锁止控制元件。

该控制策略在发动机起动事件期间使用车辆系统控制器协调发动机和变速器控制。其产生了平滑的传动系驱动性能、使用协调的可变电辅助泵控制优化了能量消耗。该控制策略可用于传统自动变速器技术和双离合器变速器技术。

本发明还公开了一种控制混合动力电动力系中发动机再起动的方法，包含下列步骤：(a)当发动机停止时，使用辅助泵维持即将运转的变速器摩擦控制元件中的压紧压力；(b)使用起动机转动起动发动机来开始再起动；(c)当发动机再起动时增加控制元件的最大扭矩；(d)在发动机再起动之后使用变速器中的泵锁止控制元件；(e)使用发动机以一定的变速器档位加速车辆。

本发明还公开了一种混合动力电动力系，包含：发动机；包括启动元件、液压管路、和用于驱动启动元件的泵的变速器，需要启动元件接合以在发动机再起动之后启动车辆；电动力源；由动力源驱动并连接至液压管路的辅助泵；由动力源驱动并连接至发动机的起动机；以及控制器，配置用于停止发动机、使用辅助泵压紧并维持启动控制元件中的压紧压力、使用电动力源驱动起动机以开始发动机的再起动、当发动机再起动时增加控制元件的最大扭矩、以及在发动机再起动之后使用变速器泵产生的压力锁止启动控制元件。

根据下列详细说明、权利要求和附图，本发明优选实施例的可应用范围将变得显而易见。应理解，尽管指出了本发明的优选实施例，本说明书中的描述和具体例子仅通过说明方式给出。对于本领域技术人员而言显而易见所描述的实施例和示例可作出多种改变和修改。

附图说明

结合附图参考下文的详细描述，本发明将更易理解。

图1为微HEV动力系的示意图。

图2为显示了图1的动力系中动力流和能量流的示意图。

图3为显示了发动机和变速器关闭运转模式的示意图。

图4为显示了变速器准备运转模式中动力流的示意图。

图5为显示了离合器打滑控制运转模式中动力流的示意图。

图6为显示了发动机运行运转模式中动力流的示意图。

图7A-7B为一系列说明了发动机再起动事件期间动力系变量的改变的曲线。

具体实施方式

现在参考附图，图1的微HEV动力系10包括动力源12(例如内燃发动机)、发动机起动机14、通过输入轴18连接至发动机的自动变速器16、电动辅助液压泵(EAUX)28(其输出为变速器的液压系统提供压力)、为泵28和起动机14供应电能的蓄电池30、传动轴24、主减速器机构26、以及可驱动地连接至驱动轮34、35的半轴32、33。

变速器16可为具有变矩器24的液压驱动自动变速器，其可包括连接至发动机的叶轮27和由叶轮流体动力学驱动的涡轮25，以及旁通离合器22(其选择性地可驱动地将涡轮连接至叶轮)。可替代地，变速器可为动力换档自动变速器，其中双离合器在发动机和变速器输入之间产生驱动连接。

车辆驾驶员在自动变速模式槽42内的停车档(P)、倒车档(R)、空档(N)、前进档(D)的位置范围内以及手动变速模式槽44内的升档(+)和降档(-)位置之间手动移动换档杆40。

车辆驾驶员手动控制的加速踏板和制动踏板50、52分别向控制系统提供输入要求以改变发动机车轮扭矩及改变制动力。

摩擦控制元件(即离合器和制动器)位于变速器16内部，其调整后的接合与分离的状态产生了前进档位和后退档位。当摩擦控制元件54、56中的至少一个(但优选为两个)同时结合时产生第一前进档(低档)。变速器摩擦控制元件通常被称为启动控制元件54、56，其接合将产生启动车辆的所需档位。当发动机12停机时电动辅助泵28产生的液压管路压力用于供液并压紧启动元件54、56，从而使变速器16准备好一旦发动机完成重启便传输响应的扭矩。压紧启动控制元件54、56消除了控制元件中伺服活塞和摩擦盘组之间的间隙以及摩擦盘之间的间隙。当驱动启动元件的伺服缸中存在压紧压力时，启动元件54、56基本上没有扭矩传输能力。

变速器16还包含液压泵53(例如内齿轮泵)，其输出用于当发动机运行时在变速器液压管路中产生管道压力，通过其将控制元件54、56加压至完全接合状态以配合发动机重启方式。当发动机未运行时电辅助泵28加压变速器液压管路。

基于微处理器的控制器55可访问重启控制算法，通过在通信总线上传递的电子信号与发动机12、起动机14、变速器16、档位选择器40、辅助泵28、换档杆40、以及加速踏板50和制动踏板52通信。

图2显示了发动机输出扭矩TENG、起动马达14产生的扭矩TSTARTER在节点36处结合以产生发动机曲轴扭矩TCRK。变速器输出扭矩24TOUT从变速器16传递至主减速器26(其包括轮间差速机构)。来自电池30的电能PBAT供应至节点38，从该节点处将电能PEAUX分配至EAUX28而将起动马达电能PSTARTER分配至起动机14。变速器输出24的扭矩TOUT通过半轴32、33传递至主减速器和差速器26以驱动车轮34、35。

在发动机再起动之前、期间及之后综合动力系控制策略协调变速器和发动机控制以便提供平滑的传动系驱动性能及最少的能量消耗。

该策略的控制架构包括车辆系统控制器55，其在协调变速器和发动机控制之外还基于驾驶员输入或其他系统输入确定发动机起动/停止需求。车辆系统控制器55使用来自各个动力系子系统的运转模式要求和状态反馈以协调发动机和变速器控制。

另外，车辆系统控制器55在发动机再起动期间使用图3-6中所示的4个主要动力系运转模式用于动力系控制策略。

在图3中说明的第一动力系运转模式期间，发动机12初始停机且变速器16完全分离，即液压驱动的离合器和制动器(其协调后的接合与分离产生多种变速器传动比)完全分离或未压紧，且变速器16不产生输出扭矩TOUT。该运转模式主要在换档杆位置处于停车档/空档时且发动机停止时使用。请注意，在该运转模式中，由于发动机16停止且电辅助泵28关闭，变速器没有液压管道压力源。

图4中显示的第二动力系运转模式为控制策略用于在发动机12停止时或正在停止时激活电辅助泵28的动力系待命运转模式这样变速器16可以充分准备好传递扭矩的待命模式运转。尽管变速器16处于待命模式，其不传递输出扭矩TOUT(空档)，但液压供液并压紧任何即将运转的摩擦控制元件54、56而使最大扭矩为零。

如果控制策略应用于双离合器变速器，变速箱16将在档位接合，同时为对应的输入离合器供液并使最大扭矩为零。当换档杆40在发动机停止时移动入驱动位置(前进档、倒车档、手动档等)时，车辆系统控制器开始该动力系运转模式。

车辆系统控制器55发出产生待命模式的指令信号，在该模式中变速器16准备传递扭矩同时保持发动机停止。这样，在开始发动机起动之前，通过压紧即将运转的离合器54、56而使最大扭矩为零、使用电辅助泵28提供液压管道压力驱动即将运转的控制元件来以待命模式控制变速器16。在动力系待命运转模式期间，当变速器处于空档状态时，变速器16使用足以仅供液并压紧即将运转的离合器的最小辅助管道压力，从而最小化能量消耗。

一旦车辆系统控制器55确定要起动发动机12且驾驶员要求车辆驱动(例如当车辆驾驶员在车辆停止时释放制动踏板52时)，使用图5中说明的第三动力系运转模式：发动机再起动期间的离合器打滑控制。在本运转模式中，在发动机再起动期间产生车辆驱动力同时通过增加即将运转的控制元件54、56的最大扭矩来最小化传动系扰动，同时使即将运转的离合器打滑使得发动机和车轮之间不会建立稳固的传动系联系。

这使用闭环离合器打滑控制通过调节最大离合器扭矩直至发动机16运行而实现。通过再发动机再起动期间应用一些最大离合器扭矩，最小化了车辆驱动延迟。

在离合器打滑控制运转模式期间，同时增加电辅助泵28产生的压力，这样即将运转的离合器54、56的最大扭矩充分增加。

当发动机12再起动并运行时，车辆系统控制器55使用图6中所示的第四发动机运行运转模式。变速器16完全接合并将所有发动机扭矩传递至车轮34、35。一旦发动机运行，离合器打滑控制停止，且即将运转的控制元件54、56的最大扭矩以开环方式增加直至离合器完全接合。可替代地，可在发动机已经起动之后应用即将运转的控制元件54、56的最大扭矩以便最小化发动机的负载和潜在的发动机失速。

图7A-7B说明了发动机再起动事件期间综合动力系控制策略和动力系变量的改变。

曲线60代表制动踏板52的初始释放以及当车辆和发动机停止时制动踏板被踩下的距离。84处响应于制动踏板52在60处被释放而开始发动机再起动。

曲线64代表换档杆40的位置，其在整个再起动事件期间处于自动变速范围中前进档(D档)位置。曲线66代表84处发动机再起动之后加速踏板50的位置改变。

曲线68表示车速，显示了车速在发动机再起动之前为零，一旦发动机运转，在70处车辆随着发动机再起动缓慢移动并且一旦如曲线66所示加速踏板50被踩下则在72处车辆开始加速。

曲线62代表发动机转速稳定在怠速、在发动机在63处开始停止之后降低、并当发动机12停止时为零。曲线74代表起动机14转动起动发动机12时的发动机转速，曲线76表示随着发动机起动而发生发动机燃烧时的发动机转速，且曲线78表示再起动之后的发动机转速。

曲线80指示发动机模式要求的开始和结束状态。曲线82指示再起动事件之前、期间及之后的发动机状态，其在运行、旋转、停止、起动之间改变。

曲线84指示再起动事件期间的变速器模式要求的状态，其在分离、准备接合、和传递扭矩之间改变。曲线86指示变速器状态，其在分离、准备接合、和传递扭矩之间改变。

曲线88代表了即将运转以在再起动事件之后产生车辆启动的档位的变速器控制元件54、56中的压力。在90处，为即将运转的控制元件供液并加压至压紧压力，在该压力下其最大扭矩为零。当发动机再起动在84处开始时，即将运转的变速器控制元件54、56中的压力在92处增加而离合器在94处打滑。当即将运转的控制元件54、56中的压力充分增加时，离合器打滑消失且压力增加至96，在该压力下离合器锁止且压力由管道压力控制得高于保持离合器接合所需的压力程度。

曲线98代表变速器管道压力，其在发动机正在停止时降低至泵28提供的压力100，并在发动机停止时维持压力较低以保持即将运转的控制元件压紧而使最大扭矩为零。当在84处开始发动机再起动时，辅助泵28在102处增加管道压力使得变速器即将运转的控制元件54、56中的压力在92处增加。当76处发生持续发动机燃烧时，即将运转的变速器控制元件中的液压增加至104，其维持即将运转的离合器54、56锁止。

曲线106显示了再起动事件期间变化的辅助泵28工作循环，其从零改变至20％并改变至超过90％。当发动机12在108处开始运行时，停止使用辅助泵28。随后变速器泵53用于为即将运转的摩擦控制元件54、56提供压力。

车辆通过使车辆从停止状况或接近停止状况以某变速器档位(优选地为需要即将运转的摩擦控制元件54、56变为接合的第一档位)加速来启动。

根据专利相关法规，已经描述了优选实施例。然而，应注意，除了本说明书中具体说明和描述以外，可采用其它替代实施例。

Claims (9)

1.一种用在混合动力电动力系中的发动机再起动方法，包含：

(a)当所述发动机停止时，使用辅助泵维持即将运转的变速器摩擦控制元件中的压紧压力；

(b)开始自动发动机再起动；

(c)当所述发动机再起动时增加所述控制元件的最大扭矩；

(d)在所述发动机再起动之后使用所述变速器中的泵产生的压力锁止所述控制元件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)进一步包含使用所述辅助泵产生的液压供液、压紧并维持所述控制元件中的压紧压力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中由所述控制元件压紧而引起的所述控制元件最大扭矩基本上为零。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含在执行所述步骤(a)的同时响应于踩下制动踏板停止所述发动机。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含在执行所述步骤(a)的同时响应于释放加速踏板停止所述发动机。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)进一步包含响应于释放所述制动踏板开始所述发动机再起动。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)进一步包含在所述发动机再起动时使用所述辅助泵和所述变速器泵增加所述控制元件的最大扭矩。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)进一步包含在所述发动机再起动时使所述控制元件打滑。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)进一步包含停止使用所述辅助泵。

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