CN103386961B - 用于起动混合动力车辆中的涡轮增压发动机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于起动混合动力车辆中的涡轮增压发动机的方法和设备，一种车辆具有模块化混合动力传动装置，该传动装置具有包括涡轮增压器的内燃发动机和电动机，车辆利用气压、道路坡度和估计的车辆质量形成涡轮迟滞估计值。如果确定可能存在不期望的涡轮迟滞，则系统打开发动机和电动机之间的分离离合器，发动机独立于电动机起动。然后，在发动机起动时，电动机用于起动车辆。

Description

用于起动混合动力车辆中的涡轮增压发动机的方法和设备

技术领域

本公开涉及一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有涡轮增压内燃发动机和电力牵引电动机，基于用于通过起动电动机或电力牵引电动机来起动发动机的控制算法，使涡轮增压内燃发动机和电力牵引电动机协作，以提供扭矩来驱动车辆。

背景技术

车辆制造商正在开发混合动力车辆，以满足对于更高燃料效率车辆的需求。用于混合动力车辆的一种构造可被称为模块化混合动力传动装置(MHT)车辆设计。MHT通过使用电驱动器推进车辆和进行再生制动而提供显著提高的燃料经济性。在MHT车辆中，电动机可操作地连接在传统的自动有级变速器和发动机之间。电动机附着到变速器的变矩器的泵轮或输入轴。发动机通过“分离离合器”与牵引电动机和变速器选择性地脱离连接。分离离合器允许车辆在电动模式下仅使用牵引电动机被驱动，在混合模式下使电动机和发动机均推进车辆，或者在传统模式下使车辆仅由发动机推进。

涡轮增压发动机用于提供改善的燃料经济性，同时促进加速并改善操控性能。涡轮增压发动机允许设计者减小发动机尺寸，同时通过增加进气歧管的压力仍然保持可接受的用于车辆起动的动力。已知传统的涡轮增压器具有“涡轮迟滞”，直到涡轮增压器达到特定最小速度，以形成增加的进气歧管压力或增压。在增加进气歧管压力的废气气流充足的情况下，发动机可仅获得最小速度。在高海拔地区涡轮迟滞非常明显，这是因为减小的气压和减小的氧浓度增加了建立废气压力的时间量。如果车辆运载或拖曳大的载荷(例如，当车辆在拖曳拖车时)，则涡轮迟滞也会增加。道路坡度还可造成涡轮迟滞，例如当车辆在爬坡时。

如果发动机驱动具有变矩器的MHT车辆，则涡轮迟滞甚至成为更大的问题。变矩器具有“失速速度”，在失速速度，变矩器的输入轴或泵轮必须旋转，以使变矩器形成足够的扭矩而使车辆运动。使用“浮动式变矩器”(loosetorque converter)，以允许高的失速速度及相关的扭矩倍增，从而便于车辆在高海拔地区起动。然而，浮动式变矩器导致燃料经济性降低且限制了发动机缩小尺寸。涡轮迟滞可加重到这样一种程度，即，在高海拔地区，即使在平坡度路面上，具有小的涡轮增压发动机的车辆可能也要花费数秒钟来加速。在高海拔地区，如果车辆上坡或拉动拖车，则涡轮迟滞甚至变得更严重。

本公开旨在解决与混合动力车辆相关的上述问题和其他问题，如下面所总结的。

发明内容

提供一种车辆，车辆具有涡轮增压发动机和MHT构造，MHT构造具有变矩器，车辆设置有车辆控制策略，以解决在高海拔地区涡轮迟滞的问题。电动机的性能独立于气压。在特定情况下，动力系控制模块(PCM)通过专用传感器或利用歧管气压(MAP)传感器，可测量或推导气压。PCM还可测量或估计车辆质量(包括任何拖车质量)，还可提供道路坡度信息。如果气压、车辆质量和道路坡度的组合使得明显的涡轮迟滞被预计到，则启用对应的车辆起动策略。车辆控制器调节电池管理策略，保持可用于车辆起动的SOC更大，以便于实施车辆起动策略。

MHT传动装置配备有分离离合器，分离离合器选择性地致动，以使发动机与变速器分离。车辆控制器计算可从电动机获得的扭矩。如果驾驶员需求扭矩大于(对于给定SOC)可获得的扭矩，则控制器可起动发动机并闭合分离离合器，以结合发动机扭矩和电动机扭矩。

在提出的策略中，如果将预计到明显的涡轮迟滞，则在不应用分离离合器时可起动发动机。12伏起动机可用于起动发动机，而非通常用于起动发动机的电动机通过分离离合器提供起动扭矩。

可选地，发动机可通过应用分离离合器突然起动以起动发动机，然后打开分离离合器以使发动机在不存在任何负荷的情况下旋转。在发动机起动期间，车辆可通过电动机起动，可命令有级变速器保持在低档位(大的齿轮速比)，以保持较大的电动机速度(和泵轮速度)，这样足以形成涡轮增压。

发动机速度增加，以使得发动机旋转到与电动机同步的速度。当发动机速度和电动机速度之间的差在可允许的范围内时，分离离合器可闭合。分离离合器扭矩容量可用于防止发动机超过同步速度。可控制分离离合器扭矩容量，以保持发动机速度充分增加，同时防止发动机速度过度增加。一旦分离离合器闭合，则变速器速比控制可返回到正常策略。

在高海拔地区起动期间或者当存在拖车负荷而起动时，变矩器应该保持在打开状态，以提供最大扭矩倍增。与应用其他可行的策略相比，应用该策略允许“更紧的”变矩器应用。在起动期间，通过允许发动机旋转以产生涡轮增压，可便于在任何海拔地区起动。这些起动策略通过允许使用更紧的变矩器，减少了在高海拔地区的涡轮迟滞，还提高了总的燃料经济性。

车辆控制器尝试保持足够的电池SOC，以便于电动机起动。即使在正常情况下，车辆控制器也可命令给电池充电，当检测到涡轮迟滞过大的情况时，车辆控制器可不命令给电池充电。

根据本公开的另一方面，公开一种用于操作车辆的方法，车辆具有在变速器和发动机之间的电动机。电动机和发动机可通过离合器连接，离合器选择性地连接电动机和发动机。车辆可具有加速踏板，加速踏板包括踏板位置传感器，踏板位置传感器提供踏板位置信号。当电动机操作且发动机停止时，踏板位置信号被提供给控制器。起动电动机可被设置为当踏板位置信号大于阈值时起动发动机。发动机速度增加到关于电动机的速度的计算范围内，当发动机速度在计算范围内时应用离合器。

根据本公开的另一方面，公开一种用于起动车辆的发动机的系统，车辆具有通过离合器选择性地结合到发动机的电动机。所述系统包括发动机控制模块、将踏板位置信号提供给发动机控制模块的踏板位置传感器、由发动机控制模块基于踏板位置信号致动的起动电动机。当发动机速度在电动机速度的预定范围内时，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。当电动机速度信号和发动机速度信号在校准的阈值差值内时，电动机速度信号和发动机速度信号彼此比较且应用离合器。在应用离合器之后，可监测电动机速度信号和发动机速度信号，且由离合器施加的压力增加以锁止离合器。在起动电动机致动之前，发动机控制模块可将最大扭矩施加信号发送到电动机。

当电动机速度小于阈值速度时，禁止变速器升档，在阈值速度，涡轮增压器在进气歧管内提供增加的压力。

发动机将扭矩提供给电动机，以使电动机的速度增加到大于阈值速度。

提供一种操作车辆的方法，车辆具有在变速器和发动机之间的电动机，电动机和发动机通过离合器连接，离合器选择性地连接电动机和发动机，车辆具有加速踏板，加速踏板包括踏板位置传感器和气压传感器，踏板位置传感器提供踏板位置信号，气压传感器提供气压信号，所述方法包括：基于气压信号，当涡轮迟滞值大于涡轮迟滞阈值时，致动起动电动机以起动发动机；增加发动机速度；当发动机速度在电动机速度的指定范围内时应用离合器。

所述方法还包括：如果与踏板位置信号相关的扭矩需求请求大于能够从电动机获得的扭矩，则起动发动机。

所述方法还包括：在应用离合器之后，增加由离合器施加的压力，以锁止离合器。

气压信号和车辆质量值与存储值表相比较，以提供涡轮迟滞估计值，其中，涡轮迟滞估计值与阈值相比较，所述阈值由控制器使用以确定是否起动发动机。

提供一种用于起动车辆的发动机的系统，发动机具有涡轮增压器，所述系统包括通过离合器选择性地结合到发动机的电动机，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；气压传感器，将气压信号提供给发动机控制模块；起动电动机，由发动机控制模块基于气压信号和踏板位置信号致动，其中，当发动机速度在电动机速度的预定范围内时，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，踏板位置传感器将踏板位置信号提供给发动机控制模块。

当电动机速度信号和发动机速度信号在校准的阈值差值内时，应用离合器。

考虑附图和下面对于本公开的示出实施例的详细描述，本公开的上述方面和其他方面将被更好地理解。

附图说明

图1A是不包括变矩器的用于混合动力车辆的模块化混合动力传动系的概略视图；

图1B是包括变矩器的用于混合动力车辆的模块化混合动力传动系的可选实施例的概略视图；

图2A和图2B一起提供用于根据涡轮迟滞的估计程度控制用于内燃发动机的起动机或电动机的算法的流程图。

具体实施方式

参照附图公开示出的实施例。然而，应该理解到，公开的实施例意在仅仅是可以以各种和可选的形式实施的示例。附图不一定按照比例绘制，可能会夸大或最小化一些特征，以示出特定部件的细节。公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员如何实施本发明的代表性基础。

参照图1A和图1B，以概略的形式示出了模块化混合动力传动装置10。发动机12可操作地连接到起动机14，当需要额外扭矩时可利用起动机14起动发动机12。电机16或牵引电动机可操作地连接到传动系18。分离离合器20设置在传动系18上，位于发动机12和电动机16之间。有级换档自动变速器22或者齿轮箱也设置在传动系18上。从发动机12和电动机16传递的扭矩经过传动系18被提供给变速器22，变速器22将扭矩提供给车轮24。如图1A所示，起动离合器26A设置在变速器22与发动机12和/或电动机16之间，以通过变速器22将扭矩提供给车轮24。如图1B所示，变矩器26B设置在变速器22与发动机12和/或电动机16之间，以通过变速器22将扭矩提供给车轮24。虽然变矩器的去除是图1A的实施例的优点，但是本公开对于如在图1B的实施例中所示出的具有变矩器26B的系统在减小振动方面也是有优势的。

车辆包括用于控制各个车辆系统和子系统的车辆系统控制器(VSC)，在图1A和图1B中VSC总体上由框27表示。VSC27包括可分布在车内的多个控制器中的相互关联的多个算法。例如，用于控制MHT动力系的算法可分布在发动机控制单元(ECU)28和传动装置控制单元(TCU)29之间。ECU28电连接到发动机12以控制发动机12的操作。TCU29电连接到电动机16和变速器22并控制电动机16和变速器22。根据一个或多个实施例，ECU28和TCU29通过硬线车辆连接利用共用总线协议(例如，CAN)相互通信以及与其他控制器(未示出)通信。虽然示出的实施例描述了用于控制MHT动力系的VSC27功能包含在两个控制器(ECU28和TCU29)中，但是混合动力电动车辆(HEV)的其他实施例包括单一VSC控制器或多于两个控制器，以控制MHT动力系。

参照图2A和图2B，针对用于控制配备有模块化混合动力传动装置的车辆的系统的一个实施例提供流程图，该模块化混合动力传动装置配备有涡轮增压器。该系统意图在于在车辆操作时减少涡轮增压器的迟滞的影响。

在框30处，车辆准备起动，此时，电动机怠速旋转，内燃发动机关闭，分离离合器打开或不被应用。在框31处，由可以是车辆的稳定性控制系统的一部分的3轴加速度计读取道路坡度。在框32处，由气压传感器读取气压。在框34处，估计车辆和拖车质量以获得车辆质量值。在框36处，气压值和车辆质量值与查找表或存储值表相比较，以获得涡轮迟滞估计值。在可选实施例中，道路坡度值还可包括在涡轮迟滞估计值的产物中。

在框38处，涡轮迟滞估计值与可校准的阈值相比较。如果涡轮迟滞估计值大于所述阈值，则确定可能存在不可接受的水平的涡轮增压器迟滞。如果涡轮迟滞估计值小于所述阈值，则在框40处，系统退出。

然而，如果在框38处，涡轮迟滞估计值大于所述阈值，则在框42处，系统控制器增加需要的电池最小荷电状态。在框44处，读取踏板位置传感器，系统计算驾驶员需求扭矩。

如果驾驶员需求扭矩大，则在框46处，发动机12必须再次起动以满足扭矩需求。如果驾驶员需求扭矩不足以要求发动机再次起动，则在框48处，系统可再次确定当前荷电状态是否小于最小值。如果在框48处当前荷电状态不小于最小值，则在框50处，系统退出。然而，如果当前荷电状态小于最小值，则在框52处，利用12伏起动机起动发动机，且应用分离离合器以给电池充电。

如果在框46处驾驶员需求扭矩要求发动机再次起动和涡轮增压，则系统再次确定当前荷电状态是否小于最小值。如果当前荷电状态不小于最小值，则在框56处，系统确定踏板位置是否大于校准的极限。如果踏板位置不大于校准的极限，则在框58处，利用电动机起动发动机。如果在框56处踏板位置大于校准的极限，则在框60处，利用12伏起动机起动发动机。然后，在框62处，车辆以电动模式起动。系统监测电动机的速度，还禁止变速器升档，以最大化电动机速度。在框64处，监测发动机速度，以提供发动机速度信号。发动机速度信号可从传感器获得，或者另外可被获得而表示为从发动机输出的转速(rpm)。

在框66处，控制器确定电动机速度是否足够大以通过涡轮增压器的操作提供涡轮增压。如果电动机速度足够大，则在框68处，控制器命令发动机加速，直到发动机速度与电动机速度匹配。当发动机速度在与电动机速度匹配的校准范围内时，在框70处，控制分离离合器压力以增加发动机速度使之与电动机速度匹配。在框72处，发动机速度减去电动机速度的差值的绝对值与校准的阈值相比较，并确定该差值的绝对值是否大于增压值。如果该差值的绝对值小于校准的阈值且大于增压值，则在框74处，系统锁止分离离合器。在框76处，通过来自电动机和涡轮增压发动机的组合的扭矩起动车辆。在框76处，还去除换档禁止限制。

如果在框72处，发动机速度减去电动机速度的差值的绝对值大于校准的阈值，且该差值的绝对值大于增压值，则在框78处确定电动机速度是否大于增压阈值。如果在框78处电动机速度不大于增压阈值，则在框80处，控制器确定电动机速度是否受到限制。如果在框80处电动机速度未受到限制，则在框82处增加电动机速度，系统循环返回框70，并重复在框70处控制分离离合器压力的步骤。

如果在框80处确定电动机速度受到限制，则在框84处，系统使发动机速度增加到大于增压水平，该增压水平被设置为电动机速度要达到的新目标。然后，系统循环返回在框70处控制分离离合器压力以使发动机速度增加到电动机速度的步骤。注意，如果电动机受到限制，则在框84处增压的发动机带动电动机。

虽然在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本发明的所有可能形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限定性词语，且应该理解到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种改变。此外，实施的多个实施例的特征可以组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (18)

1.一种混合动力车辆，包括： 

发动机，具有起动机和涡轮增压器； 

电动机； 

离合器，可操作地将电动机连接到发动机； 

变速器，连接到电动机； 

控制器，当发动机停止且气压信号小于校准的阈值时，所述控制器致动起动机，利用电动机起动车辆，直到发动机速度和电动机速度在校准的阈值差值之内， 

其中，响应于基于车辆质量值和气压信号的涡轮迟滞估计值，控制器致动起动机。 

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，当扭矩需求请求信号大于能够从电动机获得的扭矩时，控制器起动发动机。 

3.根据权利要求2所述的车辆，其中，当电池的荷电状态大于荷电状态最小值时，控制器致动起动机以起动发动机并将扭矩提供给变速器。 

4.根据权利要求2所述的车辆，其中，扭矩需求请求信号小于能够从电动机获得的扭矩，其中，控制器致动起动机以起动发动机，离合器接合以给电池充电。 

5.根据权利要求2所述的车辆，其中，响应于电池的荷电状态信号大于荷电状态最小值以及扭矩需求请求信号大于校准的最小值，控制器致动起动机以起动发动机。 

6.根据权利要求2所述的车辆，其中，响应于电池的荷电状态信号超过相应的阈值以及扭矩需求请求信号小于校准的最小值，控制器应用离合器并命令电动机起动发动机。 

7.根据权利要求1所述的车辆，其中，当离合器分离，电动机将扭矩提供给变速器时，发动机起动，车辆起动，其中，当发动机速度和电动机速度在指定的范围内时，控制器接合离合器。 

8.根据权利要求7所述的车辆，其中，发动机速度和电动机速度之间的差的绝对值与校准的阈值差值相比较以及与增压速度相比较，其中，作为响应离合器锁止以从电动机和发动机提供扭矩。 

9.根据权利要求1所述的车辆，其中，响应于涡轮迟滞估计值超过相应的阈值，致动起动机。 

10.根据权利要求9所述的车辆，其中，当电动机速度小于阈值速度时，禁止变速器升档，在阈值速度，涡轮增压器在进气歧管内提供增加的压力。 

11.根据权利要求10所述的车辆，其中，发动机将扭矩提供给电动机，以使电动机的速度增加到大于阈值速度。 

12.一种操作车辆的方法，车辆具有在变速器和发动机之间的电动机，电动机和发动机通过离合器连接，离合器选择性地连接电动机和发动机，车辆具有加速踏板，加速踏板包括踏板位置传感器和气压传感器，踏板位置传感器提供踏板位置信号，气压传感器提供气压信号，所述方法包括： 

基于气压信号，当涡轮迟滞值大于涡轮迟滞阈值时，致动起动电动机以起动发动机； 

增加发动机速度； 

当发动机速度在电动机速度的指定范围内时应用离合器。 

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括： 

如果与踏板位置信号相关的扭矩需求请求大于能够从电动机获得的扭矩，则起动发动机。 

14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括： 

在应用离合器之后，增加由离合器施加的压力，以锁止离合器。 

15.根据权利要求12所述的方法，其中，气压信号和车辆质量值与存储值表相比较，以提供涡轮迟滞估计值，其中，涡轮迟滞估计值与阈值相比较，所述阈值由控制器使用以确定是否起动发动机。 

16.一种用于起动车辆的发动机的系统，发动机具有涡轮增压器，所述系统包括通过离合器选择性地结合到发动机的电动机，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； 

气压信号，提供给发动机控制模块； 

起动电动机，由发动机控制模块基于气压信号和踏板位置信号致动， 

其中，当发动机速度在电动机速度的预定范围内时，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， 

其中，响应于基于车辆质量值和气压信号的涡轮迟滞估计值，发动机控制模块致动起动电动机。 

17.根据权利要求16所述的系统，其中，当踏板位置超过最小阈值时，踏板位置传感器将踏板位置信号提供给发动机控制模块。 

18.根据权利要求16所述的系统，其中，当电动机速度信号和发动机速度信号在校准的阈值差值内时，应用离合器。