CN102167031A - 齿轮接合控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及齿轮接合控制系统和方法。控制系统包括自动停止模块、自动起动模块和起动机模块。当制动踏板位置大于阈值位置且变速器处于前进档时，所述自动停止模块停止发动机。当制动踏板位置小于最小位置且启动发动机停止时，所述自动起动模块起动发动机。当启动发动机起动且发动机速度大于零时，所述起动机模块通过将起动机的小齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将小齿轮接合发动机的齿圈，其中，N是大于2的整数。

Description

齿轮接合控制系统和方法
技术领域
本发明涉及用于接合以不同速度旋转的齿轮的齿轮接合控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
混合动力推进系统通常包括第一扭矩发生器，例如内燃机（ICE）；和第二扭矩发生器，例如电机（EM）。每个均可向传动系提供扭矩，以推进车辆。可使用混合动力的动力系的各种配置，包括强混合动力的动力系、轻度混合动力的动力系和/或其它混合动力类型。在强混合动力的动力系中，EM可直接驱动传动系，而不通过ICE的部件传输扭矩。
在轻度混合动力配置中，EM例如通过前端附属传动装置联接到ICE。EM所产生的扭矩通过ICE传送到传动系。示例性轻度混合动力的动力系包括皮带传动交流发电机起动机（BAS）系统。在BAS系统中，EM经由常规皮带和滑轮配置联接到ICE，所述常规皮带和滑轮配置驱动其它附属部件，包括但不局限于泵和压缩机。
当联接到一起时，这些技术能够提供进一步的燃料节约。混合动力推进系统包括的一个效率改进是发动机起动-停止功能。在常规发动机将会怠速的阶段中，混合动力系统停止发动机，以增加燃料节约。当系统感测到驾驶员要请求车辆加速时，混合动力系统再起动发动机并且在随后车辆加速中可辅助发动机。
发明内容
一种控制系统包括自动停止模块、自动起动模块和起动机模块。当制动踏板位置大于阈值位置且变速器处于前进档时，所述自动停止模块停止发动机。当制动踏板位置小于最小位置且启动发动机停止时，所述自动起动模块发动发动机。当启动发动机起动且发动机速度大于零时，所述起动机模块通过将起动机的小齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将小齿轮接合发动机的齿圈，其中，N是大于2的整数。
一种方法包括启动第一齿轮的旋转；以及通过将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将第一齿轮接合以不同速度旋转的第二齿轮，其中，N是大于2的整数。
在其它特征中，上述的系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序来实施。计算机程序可驻留在有形计算机可读介质中，所述有形计算机可读介质例如但不局限于存储器、非易失性数据存储装置和/或其它合适有形存储介质。
本发明涉及下述技术方案。
1. 一种控制系统，包括：
自动停止模块，当制动踏板位置大于阈值位置且变速器处于前进档时，所述自动停止模块停止发动机；
自动起动模块，当制动踏板位置小于最小位置且启动发动机停止时，所述自动起动模块起动发动机；以及
起动机模块，当启动发动机起动且发动机速度大于零时，所述起动机模块通过将起动机的小齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将小齿轮接合发动机的齿圈，其中，N是大于2的整数。
2. 根据方案1所述的控制系统，其中，N等于3，且当小齿轮处于缩回位置时，起动机模块启动往复致动。
3. 根据方案1所述的控制系统，其中，当发动机速度小于最大速度时，起动机模块接合小齿轮。
4. 根据方案1所述的控制系统，其中，起动机模块以致动频率往复致动小齿轮，所述致动频率大于小齿轮和齿圈中的至少一个的旋转频率。
5. 根据方案1所述的控制系统，其中，起动机模块在启动小齿轮的致动时启动小齿轮的旋转。
6. 一种控制系统，包括：
齿轮旋转模块，所述齿轮旋转模块启动第一齿轮的旋转；和
齿轮致动模块，所述齿轮致动模块通过将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将第一齿轮接合以不同速度旋转的第二齿轮，其中，N是大于2的整数。
7. 根据方案6所述的控制系统，其中，N等于3，且当第一齿轮处于缩回位置时，齿轮致动模块启动往复致动。
8. 根据方案6所述的控制系统，其中，齿轮致动模块继续将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动，直到第一齿轮接合第二齿轮为止。
9. 根据方案6所述的控制系统，其中，齿轮致动模块以致动频率往复致动第一齿轮，所述致动频率大于第一齿轮和第二齿轮中的至少一个的旋转频率。
10. 根据方案6所述的控制系统，其中，齿轮旋转模块在齿轮致动模块启动第一齿轮的致动时启动第一齿轮的旋转。
11. 一种方法，包括：
启动第一齿轮的旋转；以及
通过将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将第一齿轮接合以不同速度旋转的第二齿轮，其中，N是大于2的整数。
12. 根据方案11所述的方法，还包括在第一齿轮处于缩回位置时启动往复致动，其中N等于3。
13. 根据方案11所述的方法，还包括继续将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动，直到第一齿轮接合第二齿轮为止。
14. 根据方案11所述的方法，还包括以致动频率往复致动第一齿轮，所述致动频率不同于第一齿轮和第二齿轮中的至少一个的旋转频率。
15. 根据方案14所述的方法，其中，第一齿轮的致动频率大于第一齿轮和第二齿轮中的至少一个的旋转频率。
16. 根据方案11所述的方法，还包括在启动第一齿轮的致动时启动第一齿轮的旋转。
17. 根据方案11所述的方法，还包括产生起动机致动信号，以启动第一齿轮的旋转和致动。
18. 根据方案11所述的方法，其中，第二齿轮是发动机的从动齿轮，第一齿轮是起动机的驱动齿轮。
19. 根据方案18所述的方法，还包括：
在制动踏板位置大于阈值位置且变速器处于前进档时停止发动机；
在制动踏板位置小于最小位置且启动发动机停止时起动发动机；以及
在启动发动机起动且发动机速度大于零时将驱动齿轮接合从动齿轮。
20. 根据方案19所述的方法，还包括：在发动机速度小于最大速度时将驱动齿轮接合从动齿轮。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于描述性目的且并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将能更充分地理解本发明，在附图中：
图1是描述了根据本发明的示例性车辆系统的功能框图；
图2是描述了根据本发明的示例性发动机控制系统的功能框图；以及
图3是描述了用于控制根据本发明的发动机系统的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示例性的且绝不旨在限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑（A或B或C）。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语“模块”指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器（共享的、专用的、或组）和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。
如上所述，混合动力推进系统可包括发动机停止-起动功能，其在常规发动机怠速阶段中停止发动机并且在驾驶员要请求加速时再起动发动机。本发明的齿轮接合控制系统和方法使得混合动力和非混合动力推进系统均可使用常规起动机来再起动运动的发动机。起动机的小齿轮以快速抖动或脉动序列在缩回位置与延伸位置之间被致动。同时，通过致动起动机中的马达，可启动小齿轮的旋转。在启动小齿轮的旋转时致动小齿轮模拟弹性加载所述小齿轮，以防止齿轮轮齿碰撞。
常规推进系统使用起动机通过将起动机的小齿轮从缩回位置致动到延伸位置并接着将小齿轮保持在延伸位置而带动发动机。在这种系统中，对于起动机的机械修改可能是必要的，以便避免齿轮轮齿碰撞。这种修改可包括倾斜齿轮轮齿，以提供成角度表面：用于啮合轮齿以容易地滑动成相互接合；沿着小齿轮与发动机的齿圈之间的中心线弹性加载小齿轮；以及夹紧小齿轮和齿圈以控制齿轮并且降低齿轮的相对速度。
本发明的齿轮接合技术使得能够使用常规起动机来再起动发动机，而不需要成本昂贵的修改。更具体地，这些技术使得在任何电子致动齿轮与以不同速度旋转的其它齿轮之间能够接合。
现参考图1，示出了根据本发明的示例性车辆系统10。车辆系统10包括由控制模块14控制的动力系12。动力系12包括动力装置16，其产生驱动扭矩，所述驱动扭矩通过变速器18传输到传动系20，以驱动车辆的车轮22。动力装置16可以是混合动力的动力装置，其包括联接到内燃机26的混合动力驱动系统24，所述内燃机接合起动机28。由此，驱动扭矩可由混合动力驱动系统24、发动机26或其组合来提供。替代性地，动力装置16可能不包括混合动力驱动系统24，驱动扭矩可由发动机26提供。
起动机28可选择性地接合发动机26。起动机28可操作以供应扭矩，以带动发动机26并藉此起动发动机26。当发动机26在运行时，起动机28的一个或多个部件可从发动机26断开。
控制模块14控制动力系12的各个部件的操作，包括但不局限于动力装置16和变速器18。控制模块14可基于从各个传感器接收的输入来控制该操作，如本文所讨论的。控制模块14可基于传感器来控制动力装置16所产生的驱动扭矩，所述传感器监测一个或多个驾驶员接口装置。
车辆操作者可操纵制动踏板30以调节车辆制动力。继而，制动位置传感器32可产生制动踏板位置信号，其传输给控制模块14。制动踏板位置信号可表示制动踏板位置，所述制动踏板位置在制动增加时增加。控制模块14可基于制动踏板位置信号产生制动控制信号。制动系统（未示出）可基于制动控制信号来调节制动，以调节车辆速度。
车辆操作者可操纵变速杆34以选择变速器18的档位（未示出）。继而，档位选择传感器36可产生档位选择信号，其传输给控制模块14。档位选择信号可表示由车辆操作者选择的变速器18的档位（例如，驻车、倒档、空档、前进档、低速档和高速档）。控制模块14可基于档位选择信号来产生档位控制信号。变速器18基于档位控制信号调节所选择的档位，以调节变速器换档。
控制模块14可实施本发明的齿轮接合技术。起动机28可以是常规起动机，控制模块14可执行发动机停止-起动功能。控制模块14可在常规发动机怠速阶段中停止发动机26并且在驾驶员要请求加速时再起动发动机26。当在大于零的发动机速度下再起动发动机26时，控制模块14可通过以快速抖动或脉动序列在缩回位置与延伸位置之间致动小齿轮来使得起动机28的小齿轮接合发动机26的齿圈。以这种方式致动小齿轮使得小齿轮表现为就像小齿轮沿着在小齿轮与齿圈之间的中心线被弹性加载那样。
现参考图2，发动机26可以是几种配置中的一种，包括但不局限于本文所描述的往复式发动机。发动机26通过在气缸（未示出）中燃烧空气和燃料的混合物来产生驱动扭矩。空气可通过节气门（未示出）抽吸到发动机26中，节气门控制进入发动机26的空气量。燃料可由燃料系统（未示出）供应，所述燃料系统控制供应给气缸的燃料量。空气-燃料混合物可由火花点火系统（未示出）点火，从而提供向气缸供应能量的燃烧。
活塞（未示出）可响应于燃烧在气缸内往复运动并且将驱动扭矩传输给曲轴38。曲轴38响应于驱动扭矩旋转，并且可将驱动扭矩传输给图1的变速器18。曲轴位置传感器（CPS）40可感测曲轴38的旋转并且响应于曲轴38的旋转产生曲轴位置传感器信号。
起动机28可包括通过齿轮系44连接到曲轴38的马达/致动器组件42。马达/致动器组件42可包括马达46和致动器48。马达46可供应扭矩，所述扭矩经由齿轮系44传输到曲轴38。致动器48可控制是否将马达46所产生的扭矩传输到曲轴38。在各种配置中，如将在下文更详细描述的，致动器48可操作以将马达46和齿轮系44的一个或多个部件与曲轴38选择性地联接。
齿轮系44可包括从动构件50和驱动构件52。从动构件50可固定成与曲轴38一起旋转，并且可由驱动构件52旋转地驱动。驱动构件52可联接到马达/致动器组件42，并且可配置成在零或更高的发动机速度下与从动构件50接合和断开。由此，从动构件50可以是发动机26的齿圈，驱动构件52可以是起动机28的小齿轮。
在接合从动构件50时，驱动构件52可将由马达/致动器组件42供应的扭矩传输到从动构件50。致动器48可提供从动构件50和驱动构件52之间的接合和断开。马达/致动器组件42可致动，以提供从动构件50和驱动构件52的接合；以及可停用，以提供从动构件50和驱动构件52的断开。
马达/致动器组件42和齿轮系44可设置成齿圈和齿轮配置。在这种配置中，从动构件50可包括具有齿圈的发动机26的飞轮，驱动构件52可包括与齿圈啮合的起动机28的小齿轮。小齿轮可以是可缩回小齿轮，其在延伸时与齿圈啮合并且在缩回时从齿圈断开。在这种配置中，马达/致动器组件42的致动器48可控制小齿轮的延伸和缩回。
仍参考图2，示出了在用于发动机26的示例性发动机控制系统100中控制模块14的示例性实施方式。控制模块14可包括速度确定模块102、自动停止模块104、自动起动模块106、和起动机模块108。速度确定模块102确定发动机26的旋转速度（RPM）。速度确定模块102可基于曲轴位置传感器40所产生的信号来确定发动机RPM。
自动停止模块104可接收来自于制动位置传感器32的制动踏板位置信号并且可接收来自于档位选择传感器36的档位选择信号。自动停止模块104在常规发动机怠速阶段期间产生自动停止信号，以自动地停止发动机26（即，在不需要手动关闭发动机的情况下停止发动机26）。自动停止模块104可基于制动踏板位置信号和档位选择信号来产生自动停止信号。例如，当制动踏板位置信号表示制动踏板位置大于阈值位置并且档位选择信号表示所选择的档位是前进档时，自动停止模块104可产生自动停止信号。此外，当车辆速度为零时可产生自动停止信号。
自动起动模块106可接收来自于制动位置传感器32的制动踏板位置信号并且可接收来自于自动停止模块104的自动停止信号。当驾驶员要请求加速时，自动起动模块106产生自动起动信号，以自动地起动发动机26（即，在不需要手动起动发动机的情况下起动发动机26）。
自动起动模块106可基于制动踏板位置信号和自动停止信号来产生自动起动信号。例如，当制动踏板位置信号表示制动踏板位置小于最小位置并且自动停止信号表示自动停止在进行中时，自动起动模块106可产生自动起动信号。替代性地，自动起动模块106可基于速度确定模块102所确定的发动机RPM来确定自动停止在进行中。例如，当发动机RPM小于预定发动机运行速度且发动机RPM在减少时，自动起动模块106可确定自动停止在进行中。
起动机模块108可接收来自于速度确定模块102的发动机RPM并且可接收来自于自动起动模块106的自动起动信号。起动机模块108产生起动机致动信号，其致动起动机28以带动并藉此起动发动机26。起动机模块108可基于发动机RPM和自动起动信号来产生起动机致动信号。例如，当发动机RPM大于零并且自动起动信号表示已经启动自动起动时，起动机模块108可产生起动机致动信号。此外，当发动机RPM小于最大RPM时，起动机模块108可产生起动机致动信号。最大RPM可预先确定（例如，400 RPM），使得起动机28在低发动机速度下被致动，以防止损坏从动构件50和驱动构件52。
起动机致动信号可包括启动马达46的旋转的马达致动信号和启动致动器48的致动的致动器致动信号。致动器致动信号可变化，以延伸和缩回驱动构件52。例如，12伏和0伏信号可分别延伸和缩回驱动构件52。在启动致动器48的致动的同时，可启动马达46的旋转。由于惯性，起动机马达响应通常比起动机小齿轮响应要慢几乎一个量级。因此，在启动致动器48的同时启动马达46可导致从动构件50和驱动构件52在马达46开始带动发动机26之前接合。
起动机模块108可改变致动器致动信号，以使得驱动构件52在缩回位置与延伸位置之间延伸和缩回。延伸位置是驱动构件52可接合从动构件50的位置；缩回位置是驱动构件52从从动构件50断开的位置。起动机模块108可致动驱动构件52从缩回位置到延伸位置、从延伸位置到缩回位置、再从缩回位置到延伸位置。
替代性地，起动机模块108可将驱动构件52在缩回位置与延伸位置之间致动，直到从动构件50与驱动构件52接合为止。起动机模块108可基于致动位置传感器（未示出）确定从动构件50与驱动构件52被接合，所述致动位置传感器检测驱动构件52的位置。
不管致动器致动信号将驱动构件以预定延伸-缩回-延伸序列还是由从动构件50和驱动构件52的接合确定的缩回-延伸序列致动，之后致动器致动信号可按照常规连续的方式致动起动机28，以带动并藉此起动发动机26。当发动机26在运行时，起动机模块108可停止产生起动机致动信号。当发动机RPM大于预定发动机运行速度并且发动机RPM在增加时，起动机模块108可确定发动机26在运行。
起动机致动信号可以是单致动信号，其启动马达46的旋转以及启动致动器48的致动。单致动信号可使用预定延伸-缩回-延伸序列或由从动构件50和驱动构件52的接合确定的缩回-延伸序列来旋转马达46和致动致动器48。之后，单致动信号可按照常规连续的方式致动起动机28，以带动并藉此起动发动机26。当发动机26在运行时，起动机模块108可停止产生起动机致动信号。
致动器/单致动信号可将致动器48按照致动频率在缩回位置与延伸位置之间致动。致动频率可被预先确定为不同于从动构件50和驱动构件52在接合时的旋转频率。例如，致动频率可大于旋转频率。
现参考图3，示出了用于控制发动机系统10的示例性方法200。方法200可在发动机系统10的一个或多个模块（例如，控制模块14）中实施，如上所述。为了简明起见，将参考发动机系统10的各个部件来描述方法200。
在202，控制过程按照常规连续的方式致动起动机28，以带动并藉此起动发动机26。控制过程可响应于起动发动机26的请求来致动起动机28。在致动起动机28期间，起动机28可接合发动机26并开始将扭矩供应给发动机26，该扭矩增加发动机速度。控制模块14可继续致动起动机28，直到发动机RPM增加至高于预定发动机运行速度为止。预定发动机运行速度可对应于这样的发动机RPM，在高于该发动机RPM时，发动机26可在起动时继续通过其自身操作，而不需要起动机28的继续助力。预定发动机运行速度可以是一个或多个发动机操作状况（例如但不局限于，发动机温度）的函数。
在204，控制过程确定发动机26是否在运行。当发动机26在运行时，控制过程推进到206。否则，控制过程返回至202，如图所示。控制过程可通过将发动机RPM与预定发动机运行速度比较来确定发动机26是否在运行。例如，当发动机RPM大于预定发动机运行速度且发动机RPM在增加时，控制过程可确定发动机26在运行。
在206，控制过程确定由制动位置传感器32指示的制动踏板位置是否大于阈值位置以及由档位选择传感器36指示的被选择档位是否是前进档。当制动踏板位置大于阈值位置且被选择档位是前进档时，则表示存在常规发动机怠速状况，控制过程推进到208。在208，控制过程启动自动停止，以自动地停止发动机26。当自动停止在进行中时，控制过程可推进到210。
在210，控制过程确定当自动停止在进行中时制动踏板位置是否小于最小位置。当自动停止在进行中时制动踏板位置小于最小位置的情况下，则表示期望加速，控制过程返回至208。否则，控制过程推进到212。在212，控制过程启动自动起动，以自动地起动发动机26。当启动自动起动时，控制过程推进到214。
在214，控制过程确定当启动自动起动时发动机速度是否大于零。当发动机速度大于零且启动自动起动时，控制过程推进到216和218。否则，控制过程返回至202，如图所示。在216，控制过程将起动机28的驱动构件52在延伸位置与缩回位置之间致动。控制过程可按照延伸-缩回-延伸序列致动驱动构件52。控制过程可按照致动频率致动驱动构件52，所述致动频率大于从动构件50和驱动构件52在接合时的旋转频率。在218，控制过程启动起动机28的马达46的旋转。控制过程可同时执行216和218，并接着返回至202。
本发明的广泛教导可以各种方式来实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是本发明的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和下述权利要求书之后，其它修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (10)

1. 一种控制系统，包括：
自动停止模块，当制动踏板位置大于阈值位置且变速器处于前进档时，所述自动停止模块停止发动机；
自动起动模块，当制动踏板位置小于最小位置且启动发动机停止时，所述自动起动模块起动发动机；以及
起动机模块，当启动发动机起动且发动机速度大于零时，所述起动机模块通过将起动机的小齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将小齿轮接合发动机的齿圈，其中，N是大于2的整数。
2. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，N等于3，且当小齿轮处于缩回位置时，起动机模块启动往复致动。
3. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，当发动机速度小于最大速度时，起动机模块接合小齿轮。
4. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，起动机模块以致动频率往复致动小齿轮，所述致动频率大于小齿轮和齿圈中的至少一个的旋转频率。
5. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，起动机模块在启动小齿轮的致动时启动小齿轮的旋转。
6. 一种控制系统，包括：
齿轮旋转模块，所述齿轮旋转模块启动第一齿轮的旋转；和
齿轮致动模块，所述齿轮致动模块通过将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将第一齿轮接合以不同速度旋转的第二齿轮，其中，N是大于2的整数。
7. 根据权利要求6所述的控制系统，其中，N等于3，且当第一齿轮处于缩回位置时，齿轮致动模块启动往复致动。
8. 根据权利要求6所述的控制系统，其中，齿轮致动模块继续将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动，直到第一齿轮接合第二齿轮为止。
9. 根据权利要求6所述的控制系统，其中，齿轮致动模块以致动频率往复致动第一齿轮，所述致动频率大于第一齿轮和第二齿轮中的至少一个的旋转频率。
10. 一种方法，包括：
启动第一齿轮的旋转；以及
通过将第一齿轮在缩回位置和延伸位置之间往复致动N次而将第一齿轮接合以不同速度旋转的第二齿轮，其中，N是大于2的整数。
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