CN104769262B - 启动内燃机的方法及系统 - Google Patents

Abstract

发动机启动系统和技术包括基于车辆的操作者输入和操作参数，从多个发动机速度曲线中选择目标发动机速度曲线。使用反馈控制策略以在启动过程中使得发动机速度基本符合于目标速度曲线，直到达到开始提供燃料以启动发动机的目标速度。

Description

启动内燃机的方法及系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年10月29日提交的第13/662,869号美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

具有用于内燃发动机的启停系统的车辆允许启动的内燃机被关闭以例如节省燃料，以及被重启以例如达到驱动扭矩需求。由于车辆的启动和重启条件可以随着车辆的最近和当前使用广泛地变化，传统的启动系统和方法会导致不期望的效应，例如过度的启动持续时间、噪声、或当发动机启动或重启时的振动。虽然已经提出了多种方来解决这些问题，但是本领域中仍然需要进一步的技术进步。

发明内容

本文公开的一个实施方式包括用于在各种车辆条件下启动内燃机的特有系统和方法，同时最小化在驾驶舒适性、车辆操作和车辆的操作部件方面的瞬时效应。在一种应用中，该系统和方法在混合车辆中采用，然而在非混合车辆中的应用也是可以被预期的。

在一个实施方式中，公开了用于启动车辆的发动机启动系统和技术。基于车辆的操作者输入和操作参数，从存储在车辆的控制器的存储器中的多个启动曲线中选择启动曲线。启动器马达被命令以调节内燃机的速度，以在发动机的启动过程中基本符合于目标速度曲线。瞬时发动机速度在启动过程中被确定，并且与目标速度曲线相比较，以利用启动器马达提供发动机速度的反馈控制，从而在启动持续时间中实际发动机速度基本符合于目标速度曲线的速度。当达到了目标速度曲线的目标速度时，向发动机提供燃料以完成启动。

通过下文的描述和附图，进一步的实施方式、形式、目标、特征、优点、方面和益处将变得明显。

附图说明

图1是具有内燃机的车辆的一个实施方式的示意图。

图2是针对在传统发动机启动过程中的发动机速度和启动扭矩的曲线图。

图3是示出了用于启动图1的内燃机的目标速度曲线的特征的图形。

图4是示出了用于启动图1的具有不同特征的内燃机的多个目标速度曲线的图形。

图5是用于启动图1的车辆的内燃机的控制系统架构的示意图。

图6是功能性地执行用于启动图1的车辆的内燃机的特定操作的控制器的示意性视图。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，下面将参照附图中示出的实施方式并使用具体的语言描述这些实施方式。然而应理解，并不打算对本发明的范围进行任何限制。对于本发明相关领域的技术人员来说，所描述的实施方式的任何改变和进一步的修改，以及本文中描述的本发明原理的其他应用都被认为是通常能够想到的。

参照图1，示例性系统100包括具有动力系统的车辆102，该动力系统具有带进气口和排气口(未示出)的内燃机108。动力系统还包括诸如被耦接至输出轴106的电动发电机(M/G)110的机电装置。在示出的实施方式中，动力系统包括并联混合布局，从而发动机108和M/G 110中之一或二者可以提供扭矩以使得输出轴106旋转。此外，M/G 110 可以在特定重启条件中作为启动器马达以启动发动机108，例如从电驱动模式转换至发动机驱动模式或混合驱动模式。其它实施方式预期了其它的混合布局，以及非混合的和/或缺少用于提供扭矩以使得轴106 旋转的M/G 110的布局。发动机108可以是本领域中已知的任何类型的内燃机。在一些应用中，内燃机108可以是柴油发动机，虽然汽油发动机和使用任何类型燃料操作的发动机也是被预期的。在图1的示例中，发动机108和M/G 110通过输出轴106耦接至驱动轴和传动装置104，该传动装置104被设置为响应于驱动扭矩需求，将驱动扭矩传递至一个或多个驱动轮(未示出)。

系统100还包括被耦接至具有变速箱122的输出轴106的启动器 120。启动器120包括启动器马达，该启动器马达可操作以向输出轴106 提供启动扭矩以使输出轴106旋转，并且，因此使发动机108旋转至足够的速度从而发动机108的燃料可以发起发动机108的燃烧和启动。发动机108被耦接至交流发电机124，该交流发电机124电连接至低电压储能装置126。低电压储能装置126电连接至包括启动器120的低压电负载 128。低电压储能装置126向启动器120提供电力，从而在至少一些启动条件中发起发动机108的启动。在其它实施方式中，启动器120和交流发电机124被组合为单个装置。虽然未示出，DC-DC转换器、电力电子以及其它电气部件可以被提供，以在低电压储能装置126、交流发电机 124、启动器120和其它低电压负载之间建立电气连接。

系统100还包括选择性耦接至驱动轴106并且进一步耦接至高压电能存储装置114的发电机。图1中的发电机包括M/G 110作为电动马达/ 发电机。如本文中所使用的，M/G指的是一个或多个机电装置，该一个或多个机电设备各自包括马达以向车轮提供扭矩或向输出轴106提供其它扭矩，例如以重启发动机108。M/G 110可以包括与其结合的发电机，或者发电机可以被提供为独立于马达的独立装置。高压电能存储装置114电连接至M/G 110以存储由M/G 110生成的电，或者在其它实施方式中，电连接至作为独立装置的发电机。高压电能存储装置114 可以是诸如锂离子电池、铅酸电池、镍金属氢电池以及能够存储电能的任何其它装置的电化学装置。在某些实施方式中，能量可以被非电地，例如在高性能飞轮中、在压缩空气罐中和/或通过高容量弹簧的偏转存储。当能量被电气存储时，任何高压电能存储装置114在此被预期，包括高-电容和/或超-电容。虽然未示出，DC-DC转换器、电力电子和其它电气部件可以被提供以在高压电能存储装置114、M/G 110、低压储能装置126和其它高压负载之间建立电连接。

发动机108和M/G 110利用第一离合器118连接，该第一离合器118 可选择地接合，以将由发动机108生成的驱动扭矩传输至M/G 110和/ 或驱动轴106，以及将扭矩从M/G 110传输至发动机108。在某些实施方式中，系统100包括驱动轴106，通过传动装置104将动力系统机械地耦接至车辆驱动轮。在一个实施方式中，传动装置104包括变速箱以及驱动地结合从M/G 110延伸的轴106的第二离合器(未示出)。例如，第二离合器可以提供有自动手动传动装置(AMT)。在其它实施方式中，传动装置104包括手动离合器，或者为不包括离合器的自动传动装置。其它实施方式预期输出轴106和传动装置104之间的任何适合的耦接布局，从而发动机108和/或M/G110能够向车轮提供驱动扭矩。

系统100包括电连接至控制器130的发动机速度输入的发动机速度传感器134。发动机速度传感器134可被操作以感测发动机108的瞬时旋转速度，并且产生指示发动机旋转速度的发动机速度信号。在一个实施方式中，传感器134是霍尔效应传感器，其可被操作以通过感测形成在齿轮或音轮上多个等角度间隔开的齿的通道确定发动机速度。可替代地，发动机速度传感器134可以是可如上所述进行操作的任何其它已知的传感器，包括但不仅限于可变磁阻传感器等。在某些实施方式中，系统100包括检测机轴的当前位置的发动机位置传感器(未示出)。

系统100还包括控制器130，控制器130具有被构造为功能性执行用于管理发动机起-停操作和动力系统操作的模块。控制器130被链接至 M/G 110和启动器120。控制器130还通过发动机控制模块(ECM)132 链接至发动机108。在某些实施方式中，控制器130和/或ECM 132形成处理子系统的一部分，该处理子系统包括具有存储器、处理器和通信硬件的一个或多个计算装置。控制器130和/或ECM 132可以为单个装置或分布式装置，并且控制器130和ECM 132的功能可以由组合的控制器或独立的控制器中的硬件或软件执行。在某些实施方式中，控制器 130可以是混合控制模块。

本文中包括模块的描述强调了控制器130诸方面的结构独立性，并且示出了控制器130的一组操作和职责。执行类似的总体操作的其它组被理解为在本申请的范围内。模块可以在计算机可读介质上的硬件和/ 或软件中实施，并且模块可分布在各种硬件或软件部件上。控制器操作的某些实施方式的更具体的描述包括在参照图6的部分中。

本文中描述的特定操作包括解译一个或多个参数。如本文中所使用的，解译包括通过本领域已知的任何方法接收值，至少包括：接收来自数据链路或网络通信的值，接收指示该值的电子信号(例如，电压、频率、电流或PWM信号)，接收指示该值的软件参数，读取来自位于计算机可读介质上的存储器的值，通过本领域已知的任何方法接收作为运行时间参数的值，和/或通过接收可计算解译的参数的值，和 /或通过参考被解译为参数值的默认值。

图2是示出了使用传统的启动器马达和启动曲线，在起始于时间0 的内燃机的启动过程中，启动或转动扭矩和发动机速度相对于时间的曲线的图形。典型的启动器马达以开启/关闭方式被控制。相对于输出轴具有减少的齿轮的启动器马达旋转或转动发动机的输出轴，直到其速度达到预定的阈值，例如约100-200RPM。在该速度下，燃料喷射导致燃烧以启动发动机。

如图2所示，启动器马达将发动机的速度驱动至高于第一阈值N1，并且在第一时间周期t1开始发动机燃料供给。由附加燃料产生的扭矩输出将发动机的速度提高至怠速阈值N2。当由操作者起动时，该传统启动系统足以在很多条件下通过点火启动发动机。在一个特定实施方式中，第一阈值N1约为100RPM，并且时间t1约为1秒，以及第二阈值约为750RPM。然而，其它条件可以存在于传统发动机启动产生较不满意的结果的系统100的操作过程中。例如，系统100包括诸如发动机108 和M/G 100的多个原动机，该多个原动机可以在驱动周期中反复地停止和启动以保存燃料并增加效率。在系统100中，发动机108可能需要能够以比通过图2的传统启动曲线得到的持续时间更短的时间以及更高的速度启动，以适应从电驱动模式至混合驱动模式的改变。在一个特定示例中，发动机108可能需要以接近或高于阈值N2的启动速度并且在基本小于t1的时间周期中进行启动，以避免在启动过程中的过度噪声、振动和其它不利条件。在一个特定实施方式中，基本小于t1指的是至少比t1小25％。

本文中描述的系统和方法优化并控制发动机108的启动，以在保持在操作限制内的同时达到各种性能指标，从而最小化与发动机启动相关联的不利条件。该系统和方法包括基于当前操作参数和操作者输入优化发动机速度曲线以满足限定的性能指标，以及使用反馈方法控制发动机速度以在发动机的启动过程中遵循被优化的速度曲线。

参照图3，发动机108的启动过程中的发动机速度曲线的特征可以由一组启动参数表示。通过示意但非限制的方式，图3示出了具有启动参数200的发动机速度曲线，启动参数200包括启动持续时间202、目标启动速度204、中路速度206、进入加速度208以及退出加速度210。除了其它之外，通过改变这些参数，可以生成各种速度曲线300，例如在图4中所示的，包括速度曲线302、304、306、308、310以及312。整体地和分别地被称作为速度曲线300的速度曲线可以针对各种启动条件进行优化。例如，对于冷发动机启动条件，可通过使用高启动扭矩和长启动持续时间优化第一速度曲线，对于储能装置114、126的低电量条件，可通过利用低启动扭矩和较长的启动持续时间优化第二和第三速度曲线，对于提供降低的噪声和振动的快速启动条件可优化第四速度曲线，以及可优化第五速度曲线以最小化启动故障机率。其它速度曲线也是可以被预期的。

图5是用于在启动持续过程中调节发动机速度以遵循所期望的速度曲线300的反馈控制架构400的示意图。反馈控制架构400包括操作者输入402和操作参数输入404。对于曲线选择406，对输入402、404进行评估，曲线选择406为发动机108的启动提供目标发动机速度曲线300，发动机108具有选自M/G 110和启动器120中的一个的启动器马达410。目标速度曲线选择406由存储在车辆的控制器中的多个目标速度曲线 300生成。所选择的目标速度曲线300基于输入402、404优化性能指标的任意一个或组合。除了其它之外，性能指标包括例如启动故障机率、启动持续时间、启动发动机所需的峰值扭矩，和/或在启动过程中的噪声和振动。目标速度曲线300还可以从选择受各种约束限制，例如除了其它之外，包括启动器马达峰值扭矩、启动器马达峰值功率、储能装置放电电流、储能装置的充电可用状态和/或发动机温度。在某些实施方式中，目标速度曲线300的选择还可以受限于所需的发动机曲柄旋转数，这将在图6的描述中进一步详细讨论。

优化一个或多个上述性能指标并且满足性能约束的目标速度曲线 300的曲线选择406会抵消其它的性能指标。例如，减少启动持续时间可增加所需的来自启动器马达410的扭矩，潜在地增加了噪声和/或振动。例如，根据所选的速度曲线300、操作者输入402和/或操作参数404，从M/G 110和启动器120中的一个选择出启动器马达410。因此，曲线选择406被配置为达到启动过程的基本需求，例如启动持续时间或目标启动速度，并且维持其它性能指标与约束之间的平衡。所选择的目标速度曲线300可以针对不同操作者输入402和/或操作参数404变化。影响曲线选择406的操作输入和参数的示例包括：根据来自加速器的驱动器需求重启发动机；发动机108的低温；发动机108的第一启动；M/G 110和启动器120之一或二者的状态；或者由储能装置114、126的低电量状态导致的发动机重启。因此，由控制器130选择的目标速度曲线300 可以在启动过程中和随后的重启过程中从存储在控制器130的预-优化的速度曲线300集合中进行实时切换，以适应不同的和/或变化的操作者输入402和操作参数404。

一旦完成了曲线选择406，例如使用控制器130作为速度调节器408 的反馈控制方法被采用。控制器130向启动器马达410提供控制命令以驱动输出轴106，以遵循目标速度曲线300。速度传感器134连续地或周期地感测发动机108在启动持续时间中的瞬时旋转速度，并且将该信息提供至控制器130。控制器130将由速度传感器134提供的实际发动机速度与该时刻被选择的速度曲线300所需的发动机速度相比较，并向启动器马达410提供控制命令以提高、降低或维持输出轴106的旋转，从而在启动持续时间中基本符合目标速度曲线300。

图6是用于启动发动机108的诸如控制器130的控制器设备的一部分的示意性视图。示例性控制器130包括曲线选择模块500和启动器马达命令模块502。曲线选择模块500被构造为选择存储在控制器130的存储器中的多个发动机速度曲线300中的一个，或者根据操作者输入506 和操作参数508而维持。例如，操作者输入506可以包括：加速器位置、点火开关位置、发动机启动的请求、来自动力系统的扭矩需求等。操作者输入506还可以包括操作车辆的一个或多个诸如压缩机、泵、空调系统、加热系统、压缩空气系统、滑轮系统以及液压系统的配件所需的输出扭矩。操作参数508可以包括发动机温度、一个或多个储能装置的电量状态、发动机开/关状态、发动机速度、M/G速度、M/G开/关状态及其它的任意一个或组合。操作参数508还可以包括操作性目标，包括下述中的任意一个或组合：实现期望的燃料效率、维持储能装置的电量状态、实现期望的排放水平、以最高的效率操作部件、重获能量以及保持部件的操作完整性。曲线选择模块500基于操作者输入506和操作参数508选择目标发动机速度曲线510，并且向启动器马达命令模块502提供该目标发动机速度曲线510。

在某些实施方式中，曲线选择模块500基于哪个发动机速度曲线 300将会导致所需数量的发动机曲柄转数来选择目标发动机速度曲线 510。例如，启动器马达410可需要两(2)个发动机曲柄转数或1个凸轮转数以使输出轴106旋转到足以使得发动机108与燃料命令同步的速度。其它曲柄转数量也是被预期的。因此，如果速度曲线300未达到所需数量的发动机曲柄转数，即使可满足操作者输入506和操作参数508 也不会被选择，这是由于启动器马达410可能无法使输出轴106旋转至在燃料命令被提供时足以使发动机108启动的速度。例如，使得发动机速度遵循发动机速度曲线306所需的启动扭矩和功率可小于启动功率和启动扭矩以遵循速度曲线304。由于发动机速度曲线306未达到所需数量的发动机曲柄转数而不会被选择，相反如果发动机速度曲线304 达到了所需数量的发动机曲柄转数则会被选择。因此，在提供所需的启动扭矩和功率的同时满足最小数量的所需全曲柄转数的发动机速度曲线被选择，以保证发动机108在燃料供给时开始启动。

在某些实施方式中，曲线选择模块500利用下述公式确定速度曲线 300中的哪一个将达到实现两(2)个发动机曲柄转数：

公式1

其中θ_总为使用下述公式确定的发动机曲柄角度：

公式2

其中t_f是总的发动机发动过程时间，t_i是发动机发动的起始时间，以及f(t)将发动机速度曲线表示为弧度每秒的时间函数；并且其中将发动机速度曲线确定为时间的函数的一个实施方式可通过使用下述多项式公式来完成：

公式3

其中a、b、c、d和e中的每个是拟合已有的速度曲线或者在时间t 处的新的速度曲线的系数，并且公式是n阶公式，其中n大于或等于1。可以预期的是，在公式1、公式2和公式3中使用的变量可以被测量、计算和/或被建模。在其它实施方式中，其它诸如对数、指数或其它函数的公式可以被用于表达f(t)。

启动器马达命令模块502确定或者计算对启动器马达410的控制命令512以控制发动机108的速度，从而使发动机108的速度基本符合于目标发动机速度曲线510。控制命令512可以是速度、扭矩、功率或启动器马达410的其它命令。发动机速度传感器134连续地或周期地向启动器马达控制命令模块502提供瞬时的实际发动机速度读取514以用于反馈控制。瞬时发动机速度读取与目标发动机速度曲线510的发动机速度进行比较，并且新的控制器命令512被确定为使得实际发动机速度基本符合于目标发动机速度曲线510。当从0速度启动发动机108时，控制命令512操作启动器马达410以使输出轴106旋转至足以使得在提供燃料命令时使发动机108启动的速度。通过本文的说明以及所附权利要求可以理解的是，控制器130的特定实施方式可以省略某些模块或者具有附加的模块。

本文描述的示例性程序提供了基于操作者输入和操作参数，启动发动机108以基本符合从多个速度曲线中选择出的目标速度曲线。本文的操作性说明提供了执行用于启动发动机108的程序的说明性实施方式。被描述的操作应该被理解为仅是示例性的，并且操作可以被组合或拆分，以及被增加或移除，以及整体地或部分地被重新排序，除非本文中有明确的相反陈述。描述的某些操作可以通过在计算机可读的、非易失性介质上执行计算机程序产品的计算机来实施，其中计算机程序产品包括使得计算机执行一个或多个操作或向其它设备发出命令以执行一个或多个操作的指令。

应该理解的是，在瞬态事件或在特定操作条件下，发动机108、 M/G 110、启动器120、离合器118和/或变速箱122以及其它电能和机械能装置以及机械系统可能无法实现以精确间隔和/或以特定速度、扭矩和时机改变操作条件以使得发动机精确地遵循目标速度曲线所需的瞬时响应。在某些实施方式中，控制器130的操作使扭矩响应平滑或者将发动机108、启动器马达410以及离合器118与变速箱122的接合的扭矩输出限制在物理上可实现的限制内，从而在操作的短暂时期内，根据目标发动机速度限定实际发动机速度的条件可能被超出或未能达到。然而，这些操作应该被理解为将实际发动机速度调节为基本符合于目标发动机速度曲线的操作。

根据附图和上述文本显而易见的是，用于车辆的发动机启动技术的各种方面是可以被预期的。在一个方面中，一种方法包括：维持用于启动车辆的内燃机的多个发动机速度曲线；基于来自车辆的操作者的操作者输入和车辆的操作参数，从多个发动机速度曲线中选择目标发动机速度曲线；响应于选择目标发动机曲线，利用启动器马达驱动内燃机；在启动持续时间中确定瞬时发动机速度；在启动持续时间中响应于瞬时发动机速度调节内燃机的速度，以使得内燃机的速度基本符合于目标速度曲线；以及响应于瞬时发动机速度，在启动周期中调节内燃机的速度，以使得内燃机的速度基本符合于目标速度曲线；以及当内燃机的速度达到目标速度曲线的目标速度或者在目标速度曲线的附近区域范围内时启动内燃机。

在该方法的一个实施方式中，启动器马达是马达发电机和启动器中的至少一个。在该方法的另一个实施方式中，操作者输入包括加速器踏板位置，并且操作参数包括发动机温度、储能装置的电量状态、扭矩需求以及至少一个启动器马达的状态中的至少一个。在该方法的又一实施方式中，多个发动机速度曲线中的每个包括多个操作特征，操作特征包括启动持续时间、进入加速度、中道速度、退出加速度以及目标速度中的至少两个或更多。对于每个发动机速度曲线，至少有一个操作特征不同。在一个实施方式中，目标速度是或者大于第一阈值N1，并且在另一实施方式中，目标速度是或者大于比N1大的第二阈值N2。

在该方法的又一实施方式中，选择目标速度曲线包括确定启动故障机率、启动持续时间、启动发动机所需的峰值扭矩以及发动机在启动过程中的噪声和振动中的至少一个。在该方法的又一实施方式中，选择目标发动机速度曲线还包括确定用于目标速度曲线的发动机曲柄转数计数。在该实施方式的一个改进中，发动机曲柄转数计数响应于发动机曲柄角度、总发动机起动过程时间以及发动机起动起始时间而确定。在该方法的又一实施方式中，选择目标速度曲线包括确定启动器马达的峰值扭矩、启动器马达的峰值功率、连接至启动器马达的储能装置的最大放电电流以及储能装置的可用充电状态中的至少一个。

根据另一方面，一种方法包括操作具有动力系统的车辆以满足驱动器扭矩需求。在操作车辆时该方法包括从存储在车辆的控制器中的多个发动机速度曲线中选择目标发动机速度曲线。选择目标速度曲线包括利用控制器解译车辆的操作者输入和操作参数以确定目标速度曲线。该方法还包括向启动器马达提供控制命令，以在启动持续时间中根据目标速度曲线旋转内燃机；在启动持续时间中确定瞬时发动机速度；在启动持续时间中修改控制命令，以基于瞬时发动机速度将内燃机的速度调节至基本符合于目标速度曲线；以及当内燃机的实际速度在目标速度曲线的目标速度附近的区域内时，向内燃机提供燃料。如本文所使用的，该区域包括低于或高于目标速度的实际速度范围，该范围解释哪个压缩冲程最接近于目标速度发生以及在何处发生从而相对于其优化燃料供给。在该方法的一个实施方式中，选择目标发动机速度曲线还包括在提供燃料之前确定用于目标速度曲线的发动机曲柄条件满足发动机曲柄转数的最小数量。在该实施方式的一个改进中，发动机曲柄条件响应于发动机曲柄角度、总发动机起动时间以及发动机起动起始时间通过曲柄转数函数确定；以及其中发动机曲柄角度是通过相对于时间的净的总曲柄转数确定的。

在该方法的又一实施方式中，启动器马达是动力系统的机电装置；机电装置能够利用摩擦离合器与内燃机可选择地接合；以及机电装置可操作以满足电驱动模式中的驱动器扭矩需求。在该方法的又一实施方式中，启动器马达是利用变速箱连接至动力系统的启动器。在该方法的又一实施方式中，从利用变速箱连接至动力系统的启动器和利用摩擦离合器可选择地被耦接至内燃机的机电装置中选择启动器马达。

根据另一方面，一种系统包括动力系统以及至少一个启动器马达，该动力系统包括具有输出轴的内燃机，至少一个启动器马达可操作以在内燃机的启动过程中旋转内燃机的输出轴中的至少一个启动器马达。该系统还包括与内燃机以及启动器马达通信的控制器，其中启动器马达配置成发起内燃机的启动。控制器包括发动机速度曲线选择模块，被配置为确定用于内燃机的启动的目标速度曲线。发动机速度曲线选择模块还被配置成解译内燃机的操作者输入和操作参数，以从存储在控制器中的多个发动机速度曲线中选择目标速度曲线。控制器还包括启动器马达命令模块，被配置成响应于目标速度曲线的选择，为启动器马达确定控制命令，以旋转内燃机的输出轴。启动器马达命令模块还被配置成响应于瞬时发动机速度确定在启动持续时间中调节控制命令，以使得在启动持续时间中内燃机的速度基本符合于目标速度曲线。

在该系统的一个实施方式中，至少一个启动器马达包括利用摩擦离合器可选择地耦接至内燃机的输出轴的机电装置，其中内燃机和机电装置均可操作以满足操作者扭矩需求。在该实施方式的改进中，至少一个启动器马达还包括利用变速箱连接至内燃机的输出轴的启动器。在该实施方式的又一改进中，机电装置是马达发电器。

在该系统的又一实施方式中，至少一个启动器马达包括利用变速箱连接至内燃机的输出轴的启动器。在该系统的另一实施方式中，多个发动机速度曲线中的每个包括多个操作特征，这些操作特征包括启动持续时间、进入加速度、中道速度、退出加速度以及目标速度中的至少两个或更多。对于发动机速度曲线中的每个，操作特征中的至少一个不同。在系统的又一实施方式中，控制器被配置成通过解译启动故障机率、启动持续时间、启动发动机所需的峰值扭矩、在启动过程中发动机的噪声和振动、启动器马达的峰值扭矩、启动器马达的峰值功率、连接至启动器马达的储能装置的最大放电电流以及储能装置的可用充电状态中的至少一个来选择目标速度曲线。

在系统的另一实施方式中，发动机速度曲线选择模块还被配置成利用下述等式确定用于速度曲线的总发动机曲柄转数的数量：

其中θ_总是使用下述等式确定的发动机曲柄角度：

其中t_f是用于速度曲线的总发动机发动过程时间，t_i是发动机发动起始时间，以及f(t)将发动机速度曲线表示为弧度每秒的时间函数；并且其中，将发动机速度曲线确定为时间的函数的一个实施方式可使用下述等式完成：

其中a、b、c、d和e中的每个是拟合已有的速度曲线或者在时间t 处生成新的速度曲线的系数，并且等式为n阶等式，其中n大于或等于1。

在另一实施方式中，选择目标发动机速度曲线还包括确定发动机曲柄转数计数。在该实施方式的一个改进中，发动机曲柄转数计数作为发动机曲柄角度、总的发动机起动时间以及发动机起动起始时间的函数而被确定。

虽然已经在附图和以上描述中详细地示出和描述了本发明，但附图和以上描述应该被认为本质上是例示性的而不是限制性的。应该理解，本申请仅示出并描述了某些示例性实施方式，但是落入在本发明的精神内的所有改变和修改均落入本申请的保护范围。在阅读权利要求时，在使用诸如“一”、“至少一个”或“至少一部分”等词语时，并不是用来在权利要求中限定单个的特征，除非在权利要求中有明确相反的描述。当使用语言“至少一部分”和/或“部分”时，该特征可包括部分和/或全部特征，除非有明确相反的描述。

Claims (24)

1.一种用于启动内燃机的方法，包括：

维持用于启动车辆的所述内燃机的多个发动机速度曲线；

基于来自所述车辆的操作者的操作者输入和所述车辆的操作参数，从所述多个发动机速度曲线中选择目标发动机速度曲线，其中选择所述目标发动机速度曲线包括在启动发动机之前确定由所述目标发动机速度曲线提供的发动机曲柄转数计数满足最小曲柄转数计数；

响应于选择所述目标发动机速度曲线，利用启动器马达驱动所述内燃机；

在启动持续时间中确定瞬时发动机速度；

响应于所述瞬时发动机速度，在所述启动持续时间中调节所述内燃机的速度，以使所述内燃机的速度基本符合于所述目标发动机速度曲线；以及

当所述内燃机的速度达到所述目标发动机速度曲线的目标速度时启动所述内燃机。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述启动器马达为马达发电机和启动器中的至少一个。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述操作者输入包括加速器踏板位置。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述操作参数包括发动机温度、储能装置的电量状态、扭矩需求以及至少一个启动器马达的状态中的至少一个。

5.如权利要求1所述的方法，其中：

所述多个发动机速度曲线中的每个包括多个操作特征，所述操作特征包括启动持续时间、进入加速度、中道速度、退出加速度以及所述目标速度中的至少两个或更多；以及

对于所述多个发动机速度曲线中的每个，所述操作特征中的至少一个有所不同。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述目标速度包括第一阈值。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述目标速度包括大于所述第一阈值的第二阈值。

8.如权利要求1所述的方法，其中选择所述目标发动机速度曲线包括确定启动故障机率、启动持续时间、启动所述发动机所需的峰值扭矩以及所述发动机在启动过程中的噪声和振动中的至少一个。

9.如权利要求1所述的方法，其中响应于发动机曲柄角度、总发动机起动过程时间以及发动机起动起始时间来确定所述发动机曲柄转数计数。

10.如权利要求1所述的方法，其中选择所述目标发动机速度曲线包括确定所述启动器马达的峰值扭矩、所述启动器马达的峰值功率、连接至所述启动器马达的储能装置的最大放电电流以及所述储能装置的可用充电状态中的至少一个。

11.一种用于启动内燃机的方法，包括：

操作具有动力系统的车辆，以满足驱动器扭矩需求，并且在操作所述车辆的同时：

从存储在所述车辆的控制器中的多个发动机速度曲线中选择目标发动机速度曲线，其中选择所述目标发动机速度曲线包括利用所述控制器解译所述车辆的操作者输入和操作参数以确定所述目标发动机速度曲线，其中选择所述目标发动机速度曲线还包括在对所述内燃机提供燃料之前确定所述目标发动机速度曲线的发动机曲柄条件满足发动机曲柄转数的最小数量；

向启动器马达提供控制命令，以在启动持续时间期间根据所述目标发动机速度曲线驱动所述内燃机；

在所述启动持续时间中确定瞬时发动机速度；

在所述启动持续时间中修改所述控制命令，以基于所述瞬时发动机速度的确定将所述内燃机的速度调节至基本符合于所述目标发动机速度曲线；以及

当所述内燃机的实际速度在所述目标发动机速度曲线的第一阈值目标速度附近的区域内时，对所述内燃机提供燃料。

12.如权利要求11所述的方法，其中：

所述发动机曲柄条件响应于发动机曲柄角度、总发动机起动过程时间以及发动机起动起始时间通过曲柄转数函数确定；以及

其中所述发动机曲柄角度通过净总曲柄转数确定，所述净总曲柄转数作为时间的函数被确定。

13.如权利要求11所述的方法，其中：

所述启动器马达是所述动力系统的机电装置；

所述机电装置能够利用摩擦离合器与所述内燃机选择性地接合；以及

所述机电装置能够操作以满足电驱动模式中的驱动器扭矩需求。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述启动器马达是利用变速箱连接至所述动力系统的启动器。

15.如权利要求11所述的方法，其中从利用变速箱连接至所述动力系统的启动器和利用摩擦离合器选择性地耦接至所述内燃机的机电装置中选择所述启动器马达。

16.一种用于启动内燃机的系统，包括：

动力系统，包括具有输出轴的所述内燃机；

至少一个启动器马达，能够操作以在所述内燃机的启动过程中使所述内燃机的所述输出轴旋转；

控制器，与所述内燃机和所述启动器马达通信，所述启动器马达被配置成发起所述内燃机的启动，所述控制器包括：

发动机速度曲线选择模块，配置成确定用于启动所述内燃机的目标速度曲线，其中所述发动机速度曲线选择模块还被配置成解译所述内燃机的操作者输入和操作参数，以从存储在所述控制器的存储器中的多个发动机速度曲线中选择所述目标速度曲线，其中所述发动机速度曲线选择模块还被配置成，响应于发动机曲柄角度、总发动机起动过程时间以及发动机起动起始时间来确定发动机曲柄转数计数，以及确定所述目标速度曲线的发动机曲柄转数计数满足启动发动机的最小曲柄转数计数；以及

启动器马达命令模块，配置成响应于所选择的目标速度曲线，确定用于所述启动器马达的控制命令，以使所述内燃机的所述输出轴旋转，其中所述启动器马达命令模块被配置成响应于瞬时发动机速度的确定，在启动持续时间期间调节所述控制命令，以使得在所述启动持续时间中使所述内燃机的速度基本符合于所述目标速度曲线。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述至少一个启动器马达包括利用摩擦离合器选择性地耦接至所述内燃机的输出轴的机电装置，其中所述内燃机和所述机电装置均能够操作以满足操作者扭矩需求。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述至少一个启动器马达包括利用变速箱连接至所述内燃机的输出轴的启动器。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述机电装置是马达发电器。

20.如权利要求16所述的系统，其中所述至少一个启动器马达包括利用变速箱连接至所述内燃机的输出轴的启动器。

21.如权利要求16所述的系统，其中：

所述多个发动机速度曲线的每个包括多个操作特征，所述操作特征包括启动持续时间、进入加速度、中道速度、退出加速度和目标速度中的至少两个或更多；以及

对于所述多个发动机速度曲线中的每个，所述操作特征中的至少一个有所不同。

22.如权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置成通过解译启动故障机率、启动持续时间、启动所述发动机所需的峰值扭矩、所述发动机在启动过程中的噪声和振动、所述启动器马达的峰值扭矩、所述启动器马达的峰值功率、连接至所述启动器马达的储能装置的最大放电电流以及所述储能装置的可用充电状态中的至少一个来选择所述目标速度曲线。

23.如权利要求16所述的系统，其中所述发动机速度曲线选择模块还被配置成利用下述等式确定总发动机曲柄转数的数量：

其中：θ_总是通过下述等式确定的发动机曲柄角度：

其中t_f是总发动机发动过程时间，t_i是发动机发动起始时间，以及f(t)是将发动机速度曲线表示为弧度每秒的时间函数。

24.如权利要求23所述的系统，其中利用下述等式来确定所述发动机速度曲线：

<mrow> <mover> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <mi>a</mi> <mo>*</mo> <msup> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <mi>b</mi> <mo>*</mo> <msup> <mi>t</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <mi>c</mi> <mo>*</mo> <msup> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mi>d</mi> <mo>*</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>e</mi> </mrow>

其中a、b、c、d和e是在时间t处拟合发动机速度曲线的系数，并且等式是n阶等式，其中n大于或等于1。