CN103832430A

CN103832430A - 用于控制混合电动车辆启动的方法和系统

Info

Publication number: CN103832430A
Application number: CN201310528770.9A
Authority: CN
Inventors: 金尚准
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: KR101338463B1; CN103832430B; US20140149024A1; DE102013221519A1

Abstract

本发明涉及用于控制混合电动车辆启动的方法和系统。一种用于控制具有连接发动机和集成启动发生器的皮带的混合电动车辆的启动的方法包括：测量皮带的特征值并且将该特征值存储在存储器中；根据皮带的测量的特征值测量引起皮带滑动的集成启动发生器的滑动转矩变化率并且将该滑动转矩变化率存储在存储器中；确定存在发动机的启动需求；依据发动机的启动需求感测发动机的冷却剂温度；使感测的冷却剂温度与滑动转矩变化率相匹配；以及控制集成启动发生器的反馈使得当发动机被启动时集成启动发生器的转矩变化率可被限制在滑动转矩变化率内。

Description

用于控制混合电动车辆启动的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0133819号的优先权，其全部内容结合在此作为参考。

技术领域

本公开涉及用于控制混合电动车辆启动的方法和系统，并且更具体地涉及当发动机被启动时控制连接发动机和集合启动发生器的皮带的滑动。

背景技术

混合电动车辆通过使用来自内燃机的动力和来自电池的动力运行。特别地，混合电动车辆被设计成有效结合并且使用内燃机和电动机的动力。

例如，如图1中示出的，混合电动车辆包括：发动机10、电动机20、控制发动机10和电动机之间的动力的发动机离合器30、传动装置40、差动齿轮单元50、电池60、启动发动机10或者通过发动机10的输出产生电能的集成启动发生器70以及轮子80。

如进一步所示的，混合电动车辆包括：混合控制单元（HCU）200，控制混合电动车辆的总体操作；发动机控制单元（ECU），控制发动机10的操作；电动机控制单元（MCU）120，控制电动机20的操作；传输控制单元（TCU）140，控制传动装置40的操作；以及电池控制单元（BCU）160，管理并控制电池60。

BCU160同样可称为电池管理系统（BMS）。

在车辆工业中，集成启动发生器70同样可称为启动/产生电动机或者混合启动器和发生器。

混合电动车辆可以以下驾驶模式运行，诸如仅使用电动机20的动力的电动车辆（EV）模式使用发动机10的转矩作为主动力以及电动机20的转矩作为辅助动力的混合电动车辆（HEV）模式，以及在制动过程中或者当车辆通过惯性运行时的再生制动（RB）模式。在RB模式中，通过电动机20的发电收集制动和惯性能量，并且利用收集的能量对电池60充电。

当EV模式变成HEV模式时发动机10通过集成启动发生器70启动。集成启动发生器70同样启动发动机10为了发动机10的初始运行。

然而，在发动机10和集成启动发生器70通过皮带连接的情况下，发动机10被启动的同时可出现皮带滑动。

在，当集成启动发生器70的转矩被强制执性地改变而不考虑皮带特征时，可出现皮带滑动。

如图2中所示，通常由反馈控制单元300执行启动和速度控制。反馈控制单元300包括比例单元302、集成单元304和差动单元306。

在启动控制被执行时，反馈控制单元300不考虑集成启动发生器70的转矩改变。因此，在为了快速发动机启动和速度控制的目的反馈控制单元300的输出太多的情况下，可出现皮带滑动，从而使速度控制的性能和皮带的持续时间降低。

已知当发动机的冷却剂温度低并且集成启动发生器的转矩改变大时常常出现皮带滑动。

该背景技术部分中公开的以上信息仅仅是为了提高对本公开背景的了解。

发明内容

本公开提供了通过基于皮带特征、发动机的冷却剂温度以及集成启动发生器的转矩变化率控制集成启动发生器，来防止当发动机被启动时连接发动机和集成启动发生器的皮带滑动的方法和系统。

本公开的示例性实施方式提供了用于控制包括连接发动机和集成启动发生器的皮带的混合电动车辆的方法，该方法包括：测量皮带的特征值并且将测量的特征值存储在存储器中；根据测量的皮带的特征值测量引起皮带滑动的集成启动发生器的滑动转矩变化率并且将该滑动转矩变化率存储在存储器中；确定是否存在发动机的启动需求；当存在发动机的启动需求时感测发动机的冷却剂温度；将感测的冷却剂温度与滑动转矩变化率相匹配；以及控制集成启动发生器的反馈使得当发动机被启动时集成启动发生器的转矩变化率可被限制在滑动转矩变化率内。

通过预定的试验方法测量皮带的特征值和滑动转矩变化率。

控制反馈的同时，可执行成比例积分微分（PID）控制。

本公开的另一示例性实施方式提供了用于控制包括连接发动机和集成启动发生器的皮带的混合电动车辆的系统，该系统包括：冷却剂温度传感器，被配置为感测发动机的冷却剂温度；以及控制器，被配置为当发动机被启动时基于冷却剂温度传感器的信号、皮带的特征值、以及集成启动发生器的滑动转矩变化率防止皮带上的皮带滑动，其中，控制器由预定程序运行，并且该预定程序包括用于执行控制混合电动车辆启动的方法的一系列命令。

控制器可包括：数据存储单元，被配置为存储皮带的特征值和滑动转矩变化率，其中，皮带的特征值是预先测量的；冷却剂温度计算单元，被配置为基于冷却剂温度传感器的信号计算冷却剂温度值；滑动转矩变化率匹配单元，被配置为将感测的冷却剂温度与滑动转矩变化率相匹配；启动需求确定单元，被配置为确定是否存在发动机的启动需求；速度误差计算单元，被配置为计算集成启动发生器的控制目标速度和实际速度之间的差值；以及反馈控制单元，被配置为控制集成启动发生器使得当发动机被启动时集成启动发生器的转矩变化率可被限制在滑动转矩变化率内。

控制器还可包括：PID控制单元，被配置为控制集成启动发生器的反馈；以及转矩变化率限制单元，被配置为将集成启动发生器的转矩变化率限制在滑动转矩变化率内。此外，控制器可包括：反缠绕增益单元，被配置为将由于PID控制单元的输出与转矩变化率限制单元的输出之间的差值而导致的项从PID控制单元的集成控制单元中去除。

如上所述，根据本公开的示例性实施方式，通过基于皮带特征、发动机的冷却剂温度以及集成启动发生器的转矩变化率控制集成启动发生器，可防止发动机被启动时连接发动机和集成启动发生器的皮带的滑动。

附图说明

图1是示出了典型混合电动车辆的配置的框图。

图2是示出了用于控制混合电动车辆的启动的常规示意图。

图3是根据本公开示例性实施方式的用于控制混合电动车辆的启动的系统的示例性配置图。

图4是示出了图3中的反馈控制单元的示例性细节配置图。

图5是根据本公开示例性实施方式的控制混合电动车辆的启动的方法的示例性流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本公开的示例性实施方式进行更充分地描述。如将清晰可见的，在没有偏离本公开的精神或者范围的情况下，可以以各种不同的方式对所描述的实施方式进行修改。

此外，贯穿本说明书，相同的参考标号指代相同的元件。

图1是示意性地示出了应用了根据本公开示例性实施方式的用于控制启动的系统的混合电动车辆的示图。

如图1中所示，应用了根据本公开示例性实施方式的用于控制启动的系统的混合电动车辆可包括：发动机10、电动机20、被配置为控制发动机10和电动机20之间的动力的发动机离合器30、传动装置40、差动齿轮单元50、电池60以及被配置为启动发动机10或者通过发动机10的输出产生电能的集成启动发生器70。

混合电动车辆同样可包括：混合控制单元（HCU）200，被配置为控制混合电动车辆的总体操作；发动机控制单元（ECU）110，被配置为控制发动机10的操作；电动机控制单元（MCU）120，被配置为控制电动机20的操作；传动控制单元（TCU）140，被配置为控制传动装置40的操作；以及电池控制单元（BCU）160，被配置为管理并控制电池60。

图3是根据本公开示例性实施方式的用于控制混合电动车辆的启动的系统的配置图。

根据本公开示例性实施方式的用于控制混合电动车辆的系统是可通过控制集成启动发生器70来控制发动机10的系统。

该系统包括，由皮带75连接的发动机10和集成启动发生器70，感测发动机10的冷却剂温度的冷却剂温度传感器15，以及当发动机被启动时，基于冷却剂温度传感器15的信号、皮带75和/或皮带轮77的预先测量的特征值以及集成启动发生器70的滑动转矩变化率来防止皮带75出现滑动。

在本公开的示例性实施方式中，冷却剂温度传感器15为被安装在进气歧管的冷却水路径上的传感器的形式，并且感测发动机10的冷却剂温度。然而，冷却剂温度传感器15的形式可改变，并且因此不限于该实例。在本公开的示例性实施方式中，可以使用能够基本感测发动机10的冷却剂温度的其它配置。

发动机10和集成启动发生器70可以是任何适用于普通混合电动车辆的发动机。

由于本公开的示例性实施方式涉及发动机的启动，所以集成启动发生器70可以是启动电动机。

控制器400可包括一个或多个处理器或者微处理器和/或由包括用于执行图5中示出的流程图的方法的一系列命令的程序操作的硬件。

在本公开的示例性实施方式中，控制器400可包括：ECU110，被配置为控制混合电动车辆的发动机10的操作；以及HCU200，被配置为控制包括集成启动发生器70的操作的混合电动车辆的总体操作。

在以下描述的根据本公开的示例性实施方式的控制混合电动车辆的启动的方法中，部分步骤可由ECU执行并且剩余步骤可由HCU执行。

本公开的范围不限于以下示例性实施方式。控制器可通过与本公开的其它示例性实施方式的描述结合来实施。此外，ECU和HCU可执行除示例性实施方式中所描述那些以外的不同的处理的组合。

控制器400可包括如图3所示的具体的组成元件。如图3所示的具体的组成元件可以由具有硬件和软件的一个或多个模块配置。

参考图3，控制器400可包括数据存储设备410，被配置为存储皮带75和/或皮带轮77的特征值以及存储滑动转矩变化率，该特征值是通过本领域普通技术人员已知的预定的试验方法预先测量的。

滑动转矩变化率可以是通过预定测量方法测量的数据。滑动转矩变化率是当启动发动机10时产生皮带滑动的集成启动发生器70的转矩变化率。

数据存储单元410可包括存储器。

控制器400可包括：冷却剂温度计算单元420，被配置为基于冷却剂温度传感器15的信号计算冷却剂温度值；滑动转矩变化率匹配单元440，被配置为将感测的冷却剂温度与滑动转矩变化率相匹配；启动需求确定单元430，被配置为确定是否存在发动机10的启动要求；速度误差计算单元450，被配置为计算集成启动发生器70的控制目标速度和实际速度之间的差值；以及反馈控制单元460，被配置为控制集成启动发生器70使得当发动机10被启动时集成启动发生器的转矩变化率可被限制在滑动转矩变化率内。

反馈控制单元460，如图4中所示，可包括具体的组成元件。

参考图4，反馈控制单元460可包括：PID控制单元464，被配置为控制集成启动发生器70的反馈；转矩变化率限制单元465，被配置为将集成启动发生器70的转矩变化率限制在滑动转矩变化率内。反缠绕增益单元466，被配置为将由于PID控制单元464的输出与转矩变化率限制单元的465的输出之间的差值而导致的项（或者值）从PID控制单元464的集成控制单元去除。

转矩变化率限制单元465可考虑被启动的发动机10的速度，以限制集成启动发生器70的转矩变化率。

换句话说，转矩变化率限制单元465可基于发动机10的冷却剂温度、皮带75的特征值以及将被启动的发动机10的速度来限制集成启动发生器70的转矩变化率。

PID控制单元464可包括微分控制单元461、比例控制单元以及集成控制单元463。

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开示例性实施方式的控制混合电动车辆的启动的方法。

图5是示出了根据本公开示例性实施方式的控制发动机的启动的方法的示例性流程图。

参考图5，通过预定试验方法预先测量的皮带75的特征值被预先存储到控制器400的数据存储设备410中。皮带75的特征值包括与皮带滑动有关的摩擦力等。

此外，引起皮带滑动的集成启动发生器70的滑动转矩变化率通过预定试验方法测量，并且被存储到控制器400的数据存储单元410中，当启动发动机10时每个滑动转矩变化率对应发动机10的冷却温度（S120）。

当滑动转矩变化率被测量时，可考虑皮带75的特征值。

如上所述，在皮带75的特征值和滑动转矩变化率被存储到数据存储单元410中的状态下，控制器400通过启动需求确定单元430确定是否存在启动需求（S130）。

启动需求指的是何时发动机10被最初被启动以使用或者运行混合电动车辆时或者何时EV模式变为HEV模式。

当在步骤S130中确定存在启动需求时，控制器400通过冷却剂温度计算单元420，可基于冷却剂温度传感器15的信号计算发动机10的冷却剂温度（S140）。

当在步骤S140中计算出发动机10的冷却剂温度时，控制器400可在数据存储设备410中搜索与计算出的冷却剂温度对应的滑动转矩变化率，然后使滑动转矩变化率与对应的计算出的冷却剂温度相匹配（S150）。

当计算出的冷却剂温度和与计算出的冷却剂温度对应的滑动转矩变化率匹配时，控制器400，通过反馈控制单元460，可将目标转矩信号应用到集成启动发生器70并且操作集成启动发生器70。

当集成启动发生器70通过目标转矩信号被操作时，与皮带75连接的发动机10可开始启动。

当发动机10开始启动时，控制器400的速度误差计算单元450可计算与目标转矩对应的集成启动发生器70的目标速度和集成启动发生器70的实际速度之间的差值（或者误差）。

当集成启动发生器70的目标速度和实际速度之间的差值被计算出时，控制器400的反馈控制单元450可基于目标速度和实际速度之间的差值计算集成启动发生器70的转矩变化率。

当集成启动发生器70的转矩变化率被计算出时，反馈控制单元460可确定转矩变化率是否在滑动转矩变化率以下，并且控制集成启动发生器70的操作的反馈以便将集成启动发生器70的转矩变化率限制在滑动转矩变化率内（S160）。

在步骤S160中，如果发动机10的启动被完成而同时集成启动发生器70的反馈被控制时（S170），那么反馈控制单元460可终止对集成启动发生器70上的反馈的控制。

当反馈控制单元460执行步骤S160时，反馈控制单元460，通过如图4中所示的PID控制单元464，控制集成启动发生器70的反馈。

此外，在步骤S160中，反馈控制单元460，通过转矩变化率限制单元465，可控制集成启动发生器70使得集成启动发生器70的转矩变化率不超过滑动转矩变化率。

在S160中，当反馈控制单元460，通过PID控制单元464和转矩变化率限制单元465，执行反馈控制以将集成启动发生器70的转矩变化率限制在滑动转矩变化率内时，由于PID控制单元464的输出信号和转矩变化率限制单元465的输出信号之间的差值而导致的信号项（或者信号值）会累积在集成控制单元463中，这会降低集成启动发生器70上的控制性能。

因此，反馈控制单元460，通过反缠绕增益单元466，可将由于PID控制单元464的输出信号和转矩变化率限制单元465的输出信号之间差值而导致的累积的信号项（或者信号值）从集成控制单元463中去除。

因此，根据本公开的示例性实施方式，可以通过将集成启动发生器限制到引起皮带滑动的转矩变化率以下，来启动发动机而皮带不会滑动。

尽管已经结合目前考虑的示列性实施方式来描述本公开，然而，应当理解的是，本公开并不局限于所公开的实施方式，相反，而是旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等同配置。

Claims

1.一种用于控制具有连接发动机与集成启动发生器的皮带的混合电动车辆的启动的方法，所述方法包括：

测量所述皮带的特征值并且将所测量的特征值存储在存储器中；

根据所述皮带的所测量的特征值测量引起皮带滑动的所述集成启动发生器的滑动转矩变化率并且将所述滑动转矩变化率存储在所述存储器中；

确定所述发动机的启动被请求；

当所述发动机的启动被请求时感测所述发动机的冷却剂温度；

将所感测的冷却剂温度与所述滑动转矩变化率相匹配；以及

控制所述集成启动发生器的反馈，使得当启动所述发动机时所述集成启动发生器的转矩变化率能够被限制在所述滑动转矩变化率内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述皮带的所述特征值和所述滑动转矩变化率通过预定的试验方法测量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在控制所述反馈的同时，执行比例积分微分控制。

4.一种用于控制包括连接发动机与集成启动发生器的皮带的混合电动车辆的启动的系统，所述系统包括：

冷却剂温度传感器，被配置为感测所述发动机的冷却剂温度；以及

控制器，被配置为当所述发动机被启动时，基于所述冷却剂温度传感器的信号、所述皮带的特征值以及所述集成启动发生器的滑动转矩变化率来防止所述皮带上的皮带滑动，

其中，所述控制器通过预定程序操作，所述预定程序包括用于执行以下方法的一系列指令，所述方法包括：

确定所述发动机的启动被请求；

将所感测的冷却剂温度与所述滑动转矩变化率相匹配；以及

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器包括：

数据存储单元，被配置为存储所述皮带的所述特征值和所述滑动转矩变化率，其中，所述皮带的所述特征值是预先测量的；

冷却剂温度计算单元，被配置为基于所述冷却剂温度传感器的所述信号计算冷却剂温度值；

滑动转矩变化率匹配单元，被配置为将所感测的冷却剂温度与所述滑动转矩变化率相匹配；

启动需求确定单元，被配置为确定是否存在所述发动机的启动需求；

速度误差计算单元，被配置为计算所述集成启动发生器的控制目标速度和实际速度之间的差值；以及

反馈控制单元，被配置为控制所述集成启动发生器，使得当所述发动机被启动时所述集成启动发生器的所述转矩变化率能被限制在所述滑动转矩变化率内。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器还包括：

比例积分微分控制单元，被配置为控制所述集成启动发生器的反馈；以及

转矩变化率限制单元，被配置为将所述集成启动发生器的所述转矩变化率限制在所述滑动转矩变化率内。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器还包括：反缠绕增益单元，被配置为将由于所述比例积分微分控制单元的输出与所述转矩变化率限制单元的输出之间的差值而产生的项从所述比例积分微分控制单元的集成控制单元中去除。