CN102889144B

CN102889144B - 发动机启动-停止动力传动系统中的发动机位置控制

Info

Publication number: CN102889144B
Application number: CN201210252112.7A
Authority: CN
Inventors: A.阿布德; 小罗纳德.F.洛乔基; K.K.兰
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102889144A; DE102012212581A1; US20130023381A1; DE102012212581B4; US8702565B2

Abstract

一种具有发动机停止-启动功能的车辆包括变速器，发动机以及控制器。该变速器包括离合器，该发动机包括曲轴。该控制器与变速器和发动机的通信，并被配置为用于检测发动机的被指令关闭，之后使离合器接合来控制曲轴的减速率并且在发动机关闭的最后阶段使曲轴停在标定的目标停止位置范围内。一种控制发动机停止位置的方法包括检测发动机的被指令关闭，并且在检测到该被指令关闭后使离合器接合从而来控制曲轴的减速率并且在发动机关闭的最后阶段使曲轴停在标定的目标停止位置范围内。该变速器为自动变速器或者为双离合变速器。

Description

发动机启动-停止动力传动系统中的发动机位置控制

技术领域

本发明涉及在一种在具有发动机启动-停止动力传动系统的车辆中的发动机位置控制。

背景技术

为了将怠速燃料消耗最小化，在车辆怠速过程中一些混合动力车辆和其它车辆的动力传动系统选择性地切断内燃机的燃料供应。在自动发动机重新启动过程中的变速器控制通常是经由编入变速控制器的换挡算法的执行而发生。为了实现预期的燃料节省，当操作者释放制动踏板并压下加速器时，发动机必须快速地重新启动。

发明内容

本发明提出一种用于控制具有自动发动机启动-停止功能的车辆中的发动机停止位置的方法。该方法可由一组计算机可执行指令体现，这些指令通过车载控制器或多分布控制器被选择性地执行。所述方法在发动机关闭程序被启动后的发动机滑行停止过程中控制曲轴速度。控制器将离合器命令传递至自动变速器或双离合变速器（DTC）的离合器，从而通过引发寄生损失和摩擦损失来降低发动机惯性。

发动机停止位置被控制为使得：当发动机完全停止后，发动机点火序列中的第一点火汽缸的位置落在目标发动机停止位置的期望范围内。这样的发动机位置控制在操作者从制动踏板抬起脚并压下加速器后，能够使发动机立刻补充燃料并重新启动，因此避免了通常在传统发动机停止-启动系统中、为了识别压缩下的汽缸所需的凸轮-曲轴再同步阶段。

特别地，车辆被披露具有发动机停止-启动功能。所述车辆包括控制器、具有离合器的变速器以及具有曲轴的发动机。所述控制器与发动机和变速器通信、被配置为检测发动机的被指令关闭、以及在检测到该被指令关闭之后促动离合器的接合。以这种方式，控制器控制在发动机关闭之后的曲轴的减速率，并且使曲轴停在目标停止位置的校准范围内。

附图说明

结合附图通过对该发明最优实施形式的详细描述，可以明显地体现所述发明的上述特点和优势以及其它特点和优势。

图1是具有双离合变速器和控制发动机停止位置控制器的示例车辆的杠杆原理图；

图2是具有自动变速器和控制发动机停止位置控制器的另一示例车辆的杠杆原理图；

图3是发动机曲轴角的时间曲线图；

图4是发动机速度的时间曲线图；

图5是离合器容量的时间曲线图；

图6是描述用于控制发动机停止位置的示例性开环控制方法的流程图；

图7是描述用于控制发动机停止位置的示例性闭环控制方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中参考编号对应不同图片中相似的部件，示例性车辆10在图1中以杠杆原理图的形式示出。车辆10包括内燃机18和双离合变速器（DCT）16。，控制器12分别执行下述参考图6和图7的一对方法100或200中的一个，用以在发动机停止-启动事件的关闭循环过程中获取发动机18的目标停止位置。控制器12部分地通过控制DCT16中一对输入离合器14和/或17（分别为C1和C2）中一个或两个的促动和施加的阻力，控制发动机停止位置。在一个具体的实施例中，DCT被构造为具有7速变速器，尽管DTC可以被替换地地设计为5速，6速，7速，8速等。

如在该领域中理解的那样，DCT是一种自动化的，类似手动操作的变速器，其包含变速箱，该变速箱具有两个独立运行的扭矩传递机构或离合器。DTC可以是湿式双离合或干式双离合（dDCT）。相关联的电子与液压离合控制设备控制换挡操作。在DCT中，一个输入离合器控制奇数号的档位，例如一个7速变速箱的一档，三档，五档和倒档，另一个输入离合器在同样的7速变速箱中控制偶数号的档位，例如二档，四档和六档。利用这种独特的档位布局，可以使DCT不需从发动机完全阻断动力流而进行其多种档位间的变换。

发动机18包括曲轴15。当曲轴15转动时，发动机18向DCT16传递输入扭矩（箭头T_I）。发动机18具有如上所述的启动-停止功能，即，发动机18可被选择性的关闭以减少怠速燃料消耗并且当操作者从制动踏板抬起脚和/或压下加速踏板时重新启动。可以利用马达（没有显示）来辅助转动曲轴和重新启动发动机18。

DCT16包括与一组驱动车轮相连接的输出轴。输出轴20最终传送变速器输出扭矩（箭头T_O）以推动车辆10。根据一个实施例，DCT16可包括与输入离合器14连接的第一轴25，与输入离合器17连接的第二轴27，以及齿轮组24-724。每个齿轮组24-724都包含多个节点26，在每个齿轮组24-724中多个节点中的一个固着在固定构件28上，例如变速器壳体或外壳。第一轴25连接并驱动奇数齿轮组，例如在示出的非限制性7速变速器实施例中的齿轮组24、124、224和324。第二轴27连接并驱动偶数齿轮组，如图1所示的7速变速器中的齿轮组424、524和624，以及提供倒车模式所需挡位的齿轮组724。

DCT16更进一步包括上方和下方的主轴，分别为主轴30，32，所述两个主轴与最终驱动齿轮组34、134相连接。最终驱动齿轮组34、134则与输出轴20连接以提供任何需要的最终齿轮减速。如本领域熟知的，图1中的梯形符号代表离合器同步器。

如以上所述，用于控制发动机18停止位置的控制器12可以被配置为基于微处理器的设备（一个或多个），该设备具有一些普遍的元件，例如微处理器或中央处理器（CPU）；存储器，该存储器包括但不局限于：只读存贮器（ROM），随机存储器（RAM），电可擦可编程只读存储器(EEPROM)以及快闪存贮器等；电路，该电路包括但不局限于：高速时钟电路（没有显示），模拟数字转换电路（A/D电路），数字模拟转换电路（D/A电路），数字信号处理器或DSP；必要的输入/输出（I/O）设备以及其它信号调制和/或缓冲电路。无论如何配置，控制器12可操作以执行分别如图6和图7所示的方法100和200，以提供所需的发动机停止位置控制）。

参照图2，另一个可选择示例性车辆10A包括自动变速器116。变速器116具有第一和第二行星齿轮组，分别为行星齿轮组22和24。与图1所示的DCT16实施例一样，本控制器12可以通过控制指定离合器的促动，例如离合器35（C1234）或其它离合器，在发动机转速减慢的时候将其控制在目标停止位置。所示的6速实施例是用来说明典型的自动变速器的，因此是非限制性的。本领域技术人员应认识到，可以如这里所述方法控制更多或更少档位以及更多或更少行星齿轮组的其它变速箱配置的离合器。

在图2所示的实施例中，行星齿轮组22的节点26可包括太阳齿轮（S3），行星架（PC3）以及环形齿轮（R3）。第二齿轮组24的节点26可包括第一太阳齿轮（S1），行星架（PC1），环形齿轮（R1）以及第二太阳齿轮（S2）。太阳齿轮（S1）可以直接连接并由此固着在固定构件28上。输入扭矩（T_I）通过发动机18传送至第一齿轮组22上的环形齿轮（S3）以及离合器21（C456）的输入侧，数字4、5、6代表需要促动离合器21的挡位。类似地，字母B代表制动离合器。缺少字母B表明是旋转离合器。

其它离合器包括配置在固定构件28和第二齿轮组24的太阳齿轮（S2）之间的制动离合器29（CB26），配置在第一齿轮组22的行星架（PC3）和离合器29的输出侧之间的离合器31（C35R）以及配置在第一齿轮组22的行星架（PC3）和第二行星齿轮组24的太阳齿轮（S1）之间的离合器（C1234）35。制动离合器33配置在第二齿轮组的行星架（PC1）和固定构件28之间用于所需的低速档/倒档。相同的行星架（PC1）通过单向离合器23（F1）选择性地以不同方式连接至固定构件28。

在图1、图2所示的具体实施例，以及使用其它不同配置变速器的车辆中，利用多个离合器被应用以使发动机18以受控方式减速，从而发动机18的旋转完全停止，此时其下一个预定的点火汽缸处于或靠近目标停止位置，例如在一个可行的实施例中上止点以下72度（72BTDC）。这样的实施例可用于例如4缸发动机中。相同的或其它的位置可能用在其它发动机配置中，因此72BTDC不是限制性的。

通过指定变速器的离合器阻力的受控施加提供寄生损失和摩擦损失，寄生损失和摩擦损失的特性根据具体的结构和预期的离合器阻力响应而不同。对于发动机18，一旦获得了其目标停止位置，发动机启动能够以可预测和可重复的启动特性曲线快速发生。在不同的实施例中，可以使用适当的开环控制方法（图6）和闭环控制方法（图7）。

图3-5是一组车辆性能时间曲线图，其用来描述在发动机自动停止操作中的所述控制方法。图3是在发动机启动/停止操作中不同的、可能的发动机位置（P_E）的时间曲线图40。图4是发动机速度（N_E）的时间曲线图50。图6是离合器容量（C）的时间曲线图60。

图3的轨迹42显示了位置控制的公称水平线，其中在t₂处获得目标停止位置。轨迹41和43分别代表更晚和更早获得不同的停止位置，例如分别在t₃和t₁处获得。

在图4中，轨迹51、52和53分别与图3中的轨迹41、42和43对应。发动机关闭大概发生在点55处。在t₂处，燃料被切断，发动机转速降至0。公称轨迹52在t₂处达到零发动机转速，这与图3中轨迹42中同一时间点上获取的发动机位置相对应。具有更多或更少离合器阻力的不同控制方法可以产生不同的轨迹51和53，轨迹51代表在曲轴未加载情况下发动机速度“提升”。

在图5中，轨迹61、62和63分别与图3中的轨迹41、42和43以及图4中的轨迹51、52和53对应。公称轨迹62显示在位于t₁与t₃之间的离合接合点（例如接触点（kiss point））之上所保持的离合器容量。轨迹63显示保持离合器容量在接触点之上可以更快的制动发动机18（见图4的轨迹53），轨迹61显示保持离合器容量在接吻点之下导致发动机18在曲轴未加载情况下滑行（见图4的轨迹51）。

参照图6，并结合图1和图2所示的车辆10和10A的结构，示例性方法100允许发动机18以恒定的发动机停止位置关闭和重新启动，如图3所示的实例。两种可行的方法包括用合适的开环控制方法和闭环控制方法控制发动机停止位置。图6描述了开环控制法，图7描述了闭环控制方法。

在图6的步骤S102中，在怠速、未连接的状态下，指定离合器的阻力特性被确定。该离合器用于关闭后控制发动机停止位置。阻力特性可以在紧靠目标停止位置的范围内产生发动机停止位置。根据这点，控制器可以确定优化汽缸事件用于以一方式切断燃料供应，其最终提供所期望的发动机减速轨迹线，即图4中的轨迹51。

在步骤S104中，控制器12确定车辆的停止，例如通过检测制动踏板已被作用，发动机速度接近怠速，以及车辆速度为零或接近零等。随后控制器12命令发动机18关闭。

在靠近图4中点55的时间点处，发动机18的燃料供给被切断，接合的输入离合器14或17的所需的阻力扭矩被设置在控制器12中。所需的阻力扭矩曲线被应用，其最终控制传递至指定离合器的压力。所述指定离合器，如图1中的离合器14或17，相对于图5中所示的其接触点，被保持在预先确定的水平。指定的离合器将会被保持在这一点直到发动机18停止在其目标停止位置处。在发动机关闭后，离合器14或17可被保持在恰好低于接触点的一点，在该点处离合器阻力最小。所述方法100继续进行至步骤S106。

在步骤S106中，控制器12监测变化的发动机速度（见图4），例如利用速度传感器（没有显示），并确定发动机转速是否低于校准阈值。步骤S104将会被重复直到发动机转速低于所述阈值，在该点处，方法100继续进行至步骤S108。

在步骤S108中，根据DCT实施例的模式，控制器12作用主离合器，例如图1中的离合器14或17，然后继续进行至步骤S110。

在步骤S110中，控制器12确定发动机转速是否为零或在零附近最小的范围内。步骤S108被重复直到发动机转速为零或在零附近，在该点处，方法100继续进行至步骤S112。

在步骤S 112中，控制器12确定发动机18的第一点火汽缸（其为保持在控制器12的存储器中的校准点火序列中的指定汽缸）是否在目标发动机位置，如72BTDC（相对于具有4个汽缸的发动机中的发动机18的进气阀）。如果点火汽缸在目标发动机位置，离合器阻力扭矩不被调节，方法100继续进行至步骤S116。否则，方法100继续进行至步骤S114。

在步骤S114中，控制器12向图1中的DCT16或图2中的变速器116传送控制信号（箭头11）以提供对主离合器的精细运动控制，然后重复步骤S112。在该步骤中阻力扭矩被调整用于下一次的发动机停止事件，这使得随着时间推进控制器12继续向目标停止位置靠近，即为适应地（adaptively）。通过受控方式动态地产生离合器阻力以提供对发动机速度的控制环路。步骤S114有效地获得发动机速度的受控降低，从而停止位置总是相同的。

在步骤S116，在校准点火序列中点火的第一汽缸处于目标发动机位置。离合器可保持在满容量接合以防止发动机反转，或将阻力特性曲线简单地设置为具有对于预想反转的潜势（potential for rollback in mind），以使得第一汽缸在反转后仍在目标停止位置。方法100对于下一次发动机关闭事件重复步骤S102。

参照图7，可选择的开环方法200被示出，其可以用于图1所示的DCT16或图2所示的变速器116。在步骤S202，控制器12确定车辆10或10A是否开始停止。例如控制器12可确定制动踏板是否已被应用，发动机转速是否接近怠速，以及车辆速度是否接近零。

在步骤S204，在自动停止事件被开始后控制器12切断燃料。

在步骤S206，控制器12继续经由指定离合器施加校准的动态阻力曲线同时监测发动机速度和位置。

在步骤S208，控制器12确定发动机18是否已经停在目标停止位置。如果已停在目标停止位置，方法200继续进行至步骤S210，否则控制器12重复步骤S206。

在步骤S210，指定离合器利用增加的容量来降低发动机18的反转，或控制器12事先在阻力曲线中补偿这种反转。

实施该发明的最佳模式已经被详细描述，本发明相关的本技术领域技术人员应认识到在所附权利要求范围内的用于实践本发明的多种可替代的设计和实施例。

Claims

1.一种具有发动机启动-停止功能的车辆，包括：

具有离合器的变速器，

具有曲轴的发动机，以及

与发动机和变速器通信的控制器，其中该控制器被配置用于：

检测发动机的被指令关闭，以及

在检测到该被指令关闭后接合离合器以由此控制曲轴的减速率以及在发动机的关闭的结束处停止曲轴在目标停止位置的校准范围内,

其中所述控制器使离合器保持在接合点或接触点处或以上直到曲轴停止，并且在发动机关闭后使离合器保持在正在接触点以下。

2.根据权利要求1的车辆，其中所述变速器为自动变速器和双离合变速器中的一种。

3.根据权利要求1的车辆，其中所述目标停止位置大约在上止点以下(BTDC)72度。

4.根据权利要求1的车辆，其中所述控制器被配置成用于确定怠速状态下离合器的阻力特性，并且利用所述阻力特性提供期望的发动机减速轨迹。

5.根据权利要求1的车辆，其中在发动机停止后而曲轴并不在目标停止位置时，该控制器在闭环控制中调节离合器的阻力扭矩。

6.根据权利要求1的车辆，其中所述控制器被配置成选择性地以增加的容量应用离合器以减弱发动机的反转。

7.一种用于在车辆中控制发动机停止位置的方法，所述车辆包括具有离合器的变速器和具有自动启动-停止功能的发动机，该方法包括：

检测发动机的被指令关闭，以及

在检测到该被指令关闭后接合离合器以由此控制曲轴的减速率以及在发动机的关闭的结束处停止曲轴在目标停止位置的校准范围内，

8.根据权利要求7的方法，进一步包括：

确定用于实现所述目标停止位置所需的离合器的离合器阻力扭矩特性，以及

将所述特性记录在控制器的存储器中。

9.根据权利要求7的方法，进一步包括：

检测曲轴是否停在目标停止位置的校准范围内，以及

当曲轴没有停止在所述校准范围内时，在闭环控制中调节记录的阻力扭矩特性。