CN103386877B - 混合动力车辆及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力车辆及其操作方法。分离离合器选择性地将电机与发动机分离。如果请求大开油门或者高的扭矩命令，并且内燃发动机关闭，则可使用12伏特起动器来起动发动机，同时发动机与电机分离，并且可用的电机扭矩可全部用来进行牵引。

Description

混合动力车辆及其操作方法

技术领域

该公开涉及具有协作以提供驱动车辆的扭矩的内燃机和牵引电动机的车辆以及一种使用起动电动机或者牵引电动机起动发动机的控制算法。

背景技术

车辆制造商正在开发混合动力车辆，以满足对燃料效率更高的车辆的需求。混合动力车辆的一种构造可被称为模块化混合动力传动系统(MHT)车辆设计。在MHT车辆中，电机介于传统的多档自动变速器和发动机之间。电机附着到变速器泵轮或者输入轴。发动机使用特定的“分离离合器”选择性地与变速器分离。分离离合器允许车辆在纯电动力模式下、在混合动力模式下或者在纯内燃机模式下被驱动，在混合动力模式下，电机和发动机二者推进车辆，在纯内燃机模式下，车辆仅通过发动机推进。

当车辆正在减速或者当驾驶员压下加速器踏板或者“踩油门”时重启车辆时可通过关闭发动机来实现发动机的更好的燃油经济性。当应用制动器来捕获车辆动能时，发动机可与变速器分离并可开始再生制动。

MHT车辆的一个问题在于：在没有发动机的情况下，电机可能不能够提供请求的额外扭矩。例如，当在再生制动中或者当车辆停止且发动机关闭并分离时驾驶员需要扭矩增大(或者极端的情况下，驾驶员要求大开油门)时，发动机不得不快速重启，以提供适当的扭矩来满足驾驶员对扭矩的需求。

在正常情况下，发动机在应用分离离合器的情况下通过电机起动。使用电机起动发动机需要使一部分电机扭矩用于发动机重启，这进一步减慢或者延迟了车辆起动。

本公开致力于解决上述问题和下面概述的与混合动力车辆有关的其他问题。

发明内容

通常通过应用分离离合器并将发动机连接到电机来起动具有MHT构造的车辆的发动机。MHT车辆也配备有12V起动器，如果高压电池耗尽或者周围温度非常低而限制高压电池运行或者当电驱动另外也不能运行时，则经常使用所述12V起动器。所述起动器很少在这些情况之外被用于发动机起动。

因为MHT配置的车辆的局限之一在于起动电机的耐用性，所以电机通常用于起动发动机。期望发动机在混合动力车辆寿命期间将经历超过一百万次起动。常规的起动器的期望寿命为100,000次循环，改良的起动器(专门为停止/起动系统设计的)的期望寿命为300,000次循环。起动发动机需要足够的扭矩，所述扭矩不用于车辆推进。根据发动机的类型，起动发动机和将分离离合器接合至其完全扭矩容量可花费600至900msec。当发动机关闭而分离离合器分离且驾驶员通过狠踩踏板要求高的加速度时，重起发动机非常麻烦。

在该公开中，车辆控制器从加速器踏板接收输入信号并接收驾驶员需要扭矩。如果驾驶员需要扭矩超过特定校准阈值扭矩，则电机的所有扭矩将用于推进车辆。然后，发动机可使用12V起动器重起。发动机转速增加并命令发动机转速匹配电机转速。当发动机转速相对于电机转速在校准范围内时，应用分离离合器。

通过处于混合动力模式的车辆提供优化的驱动扭矩，在混合动力模式下，电机和发动机二者均运行。当发动机将重起时，如果驾驶员需要扭矩小于阈值，则电机用于重起发动机。当存在高的驾驶员扭矩需求时(例如，大开油门)，因为仅使用12伏特起动器来重起发动机，所以不考虑起动器的耐用性。

根据该公开的一方面，提供一种混合动力车辆传动系设备，当请求额外的扭矩并且发动机停止时，混合动力车辆传动系设备使来自电机的可用于提供牵引的扭矩最大化，同时起动发动机。所述设备包括可停止以增加燃料经济性的发动机。发动机具有独立于电机而提供扭矩以起动发动机的起动器。多档自动变速器和电机在发动机和变速器之间可操作地连接。电机通过离合器选择性地连接到发动机。采用扭矩需要请求设备提供扭矩需要请求信号。控制器接收扭矩需要请求信号并当发动机停止并且扭矩需要请求信号大于预定值时将所述发动机起动信号提供给起动器，或者当发动机停止，应用离合器并且扭矩需要请求信号小于或者等于预定值时将所述发动机起动信号提供给电机。

根据该公开的另外的方面，扭矩命令请求设备可以是加速器踏板，加速器踏板包括将踏板位置信号提供给控制器的踏板位置传感器。所述设备还可提供给控制器的电机转速信号和发动机转速信号，当电机转速信号和发动机转速信号的差在校准阈值内时，控制器应用离合器。在应用离合器之后，可通过控制器监视电机转速信号和发动机转速信号，并且控制器增加通过离合器施加的压力，以锁定离合器。在起动电机开动之前，控制器可将最大扭矩应用信号发送到电机。

根据该公开的另一方面，公开一种用于操作车辆的方法，所述车辆具有位于变速器和发动机之间的电机。电机和发动机可通过选择性地连接电机和发动机的离合器连接。车辆可具有加速器踏板，加速器踏板包括提供踏板位置信号的踏板位置传感器。当电机运行并且发动机停止时，将踏板位置信号提供给控制器。设置起动电机以当踏板位置信号大于阈值时起动发动机。将发动机转速增加至相对于电机转速的校准范围内，并当发动机转速在校准的范围内时，应用离合器。

根据公开的方法的另外的方面，当踏板位置超过最小阈值时，将踏板位置信号提供给控制器。所述方法还可包括获得电机转速信号、发动机转速信号，并当电机转速信号和发动机转速信号彼此的差在校准阈值范围内时，应用离合器。在应用离合器之后，监视电机转速信号和发动机转速信号，增大通过离合器施加的压力，以锁定离合器。在起动电机开动之前，将最大扭矩应用信号提供给电机。

根据该公开的另一方面，公开一种用于起动车辆的发动机的系统，所述车辆具有通过离合器选择性地结合到发动机的电机。所述系统包括：发动机控制模块；踏板位置传感器，将踏板位置信号提供给发动机控制模块；起动电机，基于踏板位置信号通过发动机控制模块开动。当发动机转速在电机转速的预定范围内时，发动机控制模块将离合器应用信号发送到离合器，以应用离合器。

当踏板位置超过最小阈值时，踏板位置传感器可将踏板位置信号提供给发动机控制模块。电机转速信号和发动机转速信号彼此进行比较，并当电机转速信号和发动机转速信号的差在校准阈值范围内时，应用离合器。在应用离合器之后，可监视电机转速信号和发动机转速信号，增大通过离合器施加的压力，以锁定离合器。在起动电机开动之前，发动机控制模块可将最大扭矩应用信号发送到电机。

根据本公开的示出的实施例的下面的详细描述以及附图，本公开的上述方面以及其他方面将被更好地理解。

附图说明

图1A是用于不包括变矩器的混合动力车辆的模块化混合动力传动系统的示意图；

图1B是用于包括变矩器的混合动力车辆的模块化混合动力传动系统的替代实施例的示意图；

图2是根据需要的扭矩控制用于内燃机的起动器或者电机的算法的流程图；

图3是由使用电机的发动机起动程序影响的几个车辆操作参数的曲线表示；

图4是由使用发动机起动器的发动机起动程序影响的几个车辆操作参数的曲线表示。

具体实施方式

下面提供了本发明示出的实施例的详细描述。公开的实施例是可以以多种和可替代的形式实施的本发明的示例。附图不必要按照比例绘制。可以夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。在本申请中所揭示的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅是用于教导本领域技术人员怎样实施本发明的代表性基础。

参照图1A和图1B，以示意图的形式示出了模块化混合动力传动系统10。发动机12可操作地连接到起动器14，当需要额外扭矩时使用该起动器14来起动发动机12。电机16或电机可操作地连接到传动系18。在传动系18中，在发动机12和电机16之间设置有分离离合器20。在传动系18上还设置有多档自动变速器(step shift geared automatictransmission)22或者齿轮箱。从发动机12和电机16传输的扭矩通过传动系18提供给变速器22，变速器22将扭矩提供给车轮24。如图1A中所示，在变速器22与发动机12和/或电机16之间设置有起动离合器26A以通过变速器22将扭矩提供给车轮24。如图1B中所示，在变速器22与发动机12和/或电机16之间设置有变矩器26B以通过变速器22将扭矩给车轮24。尽管去除变矩器是图1A的实施例的优点，但是在减小像图1B的实施例中所示出的具有变矩器26B的系统中的振动方面，本公开也是有利的。

车辆包括用于控制多个车辆系统和子系统的车辆系统控制(VSC)，在图1A和图1B中总体上通过框27来表示。VSC 27包括分布在车辆内的多个控制器中的多个相关联的算法。例如，用于控制MHT动力传动系的算法分布在发动机控制单元(ECU)28和变速器控制单元(TCU)29之间。ECU 28电连接到发动机12，用于控制发动机12的操作。TCU 29电连接到电机16和变速器22并控制电机16和变速器22。根据一个或更多个实施例，ECU 28和TCU 29通过硬线(hard-line)车辆连接使用共用总线协议(例如CAN)相互通信以及与其他控制器(未示出)通信。尽管示出的实施例描述了用于控制MHT动力传动系的VSC 27功能性包括在两个控制器(ECU 28和TCU 29)中，但是HEV的其他实施例包括单个VSC控制器或多于两个控制器，以用于控制MHT动力传动系。

参照图2，在一个实施例中公开的用于使所述车辆10运行的算法通过流程图30示出。算法在开始32处开始。在34处，车辆准备起动，电机16按照怠速旋转，并且内燃发动机12关闭。在36处，读取踏板位置传感器。踏板位置传感器提供踏板位置信号。在38处，分析踏板位置信号，以确定踏板位置信号是否大于校准阈值信号。在38处，如果踏板位置请求大于校准阈值的扭矩，则在40处，控制器命令将最大的扭矩提供给电机。电机16尽快提供扭矩，而不需要使用来自电机16的一部分扭矩来起动内燃机。在42处，打开12伏特的起动器，以起动发动机12。

在44处，通过发动机转速传感器监视发动机转速。在48处，确定发动机转速是否大于第一燃烧事件阈值。如果发动机转速大于第一燃烧事件阈值，则在50处，将命令发动机转速设置成等于电机转速。在52处，确定发动机转速是否在电机转速的校准范围内。通常，发动机转速最好在与电机转速匹配的有限范围内。当在52处转速匹配时，在56处，应用分离离合器，从而将内燃发动机12连接到传动系18。在58处，确定电机转速和发动机转速之差的绝对值是否小于校准阈值。如果电机转速和发动机转速之差的绝对值小于校准阈值，则在60处，施加压力，以锁定分离离合器。在62处，完成算法。

如果电机转速和发动机转速之差的绝对值被确定为等于或者大于校准阈值，则在64处，系统增加施加的分离离合器压力，在循环中增加离合器压力，直到电机转速和发动机转速之差的绝对值小于校准阈值为止。

如果在38处，踏板位置不大于校准阈值，则在66处，系统确定踏板位置是否等于零，踏板位置等于零指示如指示驾驶员没有压下加速器踏板所指示的，驾驶员没有请求扭矩。如果踏板位置不处于零，则在68处，执行电机车辆起动，并且可使用电机输出扭矩起动发动机来起动内燃发动机12。当加速器踏板被压下时，松开制动。在这种情况下，在70处，算法终止。如果在66处，踏板位置等于零，则在72处，系统确定制动是否被松开。如果制动被松开，则控制器通过逐渐增加扭矩输出来执行蠕动(creep)策略的起动电机。再次，根据需要，在74处，发动机12可使用电机16起动，并在76处，在这些情况下，算法结束。

参照图3，以发动机运行参数的几个同步表来示出使用电机起动内燃发动机12。踏板位置由线80示出。起初，踏板未被压下，但是接着被完全压到大开油门或者100％情况。踏板位置线表示驾驶员扭矩需求。电机转速线82最初处于相对低的水平，但是当压下加速器踏板时，电机增加到其最大转速。

此时，也可被理解为扭矩容量线(torque capacity line)的分离离合器压力由线84示出，分离离合器压力最初为零，接着，随着电机转速增加逐渐增加到最大分离离合器压力，其由线84表示。由线86表示的发动机转速最初为零，在从踏板被完全压下时测量的延迟时间段之后，发动机转速缓慢开始增加。如图所示，实际上，发动机转速可以过冲电机转速，并可需要转速减小，以实现与电机转速同步。起动发动机需要的扭矩降低了由线82表示的电机转速的增大率。电机和发动机扭矩由线88示出最初处于相对低的水平。组合扭矩最初由于由发动机起动引起的扭矩损失而减小。组合扭矩也由于需要允许发动机转速与电机转速同步而减小。最后，车辆速度最初为零或者相对低，接着，随着总扭矩的总体增加而增加，如由线90所示出的。

参照图4，以与图3中示出的一系列曲线相似的一系列曲线来示出使用12伏特起动器的发动机起动程序，以示出当使用12伏特起动器代替电机起动发动机时扭矩输出的更快的响应速度。踏板位置由线92示出，其示出了通过将踏板从零压到大开提供如图3中那样的相同的命令。由线94示出的电机转速最初处于相对低速的转速，该转速持续增大到最大转速。分离离合器压力或者扭矩容量由线96示出。分离离合器最初未结合，但是，接着，随着发动机开始起动，分离离合器压力开始增加。当发动机转速开始达到同步转速时，如由线98所示的那样，分离离合器压力快速增大到最大水平。组合电机和发动机扭矩由线100示出。线100开始具有来自电机的低水平的扭矩。随着分离离合器20获得扭矩容量，发动机扭矩加到电机扭矩，以达到最大值，其由线100示出。由线102示出的车辆速度最初示出为零，车辆速度持续增大，随着发动机转速向最大值增加，车辆速度按照更快的比率增大，如由线102所示的。

尽管上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语为说明性的而非限定性的，且应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出多种变化。此外，多个实施的实施例的特征可以组合以形成本发明进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种混合动力车辆，包括：

发动机，具有起动器；

多档自动变速器；

电机，通过离合器可操作地连接在发动机和所述变速器之间；

其特征在于，所述混合动力车辆还包括控制器，在发动机停止时，当扭矩需要请求信号超过阈值时将所述发动机起动信号提供给起动器，并且当应用离合器并且扭矩需要请求信号未超过所述阈值时将所述发动机起动信号提供给电机。

2.如权利要求1所述的混合动力车辆，所述混合动力车辆还包括加速器踏板，所述加速器踏板包括将踏板位置信号提供给控制器的踏板位置传感器。

3.如权利要求1所述的混合动力车辆，其中，当电机转速和发动机转速的差在校准阈值内时，控制器应用离合器。

4.如权利要求3所述的混合动力车辆，其中，在应用离合器之后，通过控制器监视电机转速和发动机转速，其中，控制器增加通过离合器施加的压力，以锁定离合器。

5.如权利要求1所述的混合动力车辆，其中，在起动器开动之前，控制器将最大扭矩应用信号发送到电机。

6.一种操作车辆的方法，所述车辆具有位于变速器和发动机之间的电机，电机和发动机通过选择性地连接电机和发动机的离合器连接，车辆具有加速器踏板，所述加速器踏板包括提供踏板位置信号的踏板位置传感器，其特征在于，所述方法包括：

当电机运行并且发动机停止时，将踏板位置信号提供给控制器；

当踏板位置信号大于阈值时，开动起动电机以起动发动机；

将发动机转速增大至电机转速的校准范围内；

当发动机转速在所述校准范围内时，应用离合器。

7.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括当踏板位置超过最小阈值时，将踏板位置信号提供给控制器。

8.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括：

当电机转速和发动机转速的差在校准阈值内时，应用离合器。

9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括在应用离合器之后，增加通过离合器施加的压力，以锁定离合器。

10.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括在起动电机开动之前，将最大扭矩应用信号发送到电机。