CN105683013B - 使用发动机的旋转速度估计防止所述发动机熄火的方法 - Google Patents

使用发动机的旋转速度估计防止所述发动机熄火的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的主题是用于防止混合动力车辆（1）的发动机熄火的方法，其配有附加马达（4），通常是电动马达，且配有相关设备：车轮（R1‑R4）、活塞（2a‑2d）、罐（3）、桥（5）、传动轴（6）、变速箱（7）、连接（8a、8b）及计算机（9）。本方法使用主发动机（2）在下一个上止点的预测瞬时速度的估计值，使得在熄火情形中通过附加马达（4）辅助主发动机（2），其中附加马达（4）能够准时地向主发动机（2）供给充足能量以防止主发动机（2）熄火。本方法限定了两个瞬时速度水平。如果预测瞬时速度处在两个水平之间的干预区域中，则附加马达（4）辅助主发动机（2）旋转，使得主发动机（2）能够在相同方向上旋转而不发生熄火。

Description

使用发动机的旋转速度估计防止所述发动机熄火的方法
技术领域
本发明涉及一种防止发动机熄火的方法。更确切地，这种防止熄火的目的在于通过使用附加马达来帮助可能熄火的内燃发动机，该附加马达能够准时地供应充分的能量给内燃发动机以防止熄火。
背景技术
本发明属于车辆设备的技术管理的总领域，这种技术管理用于保证司机及其乘客的舒适和安全。
例如，已知一种监测内燃发动机旋转的方法是通过使用例如“停止和启动（Stopand Start）”系统，该系统适合于在车辆暂时停止的时间期间节省燃料，例如在等红绿灯时。具体地，由于知晓发动机停止时的准确位置，所以在系统的“启动”阶段能更快速地启动发动机。
车辆设备的技术管理的另外的措施是在发动机出于下列各种原因存在熄火风险时向此发动机提供辅助：例如在动力不足时在第一档或第二档启动、坡道启动、车辆碰到人行道等等。
在通过附加马达的辅助防止熄火的此领域中，例如从专利文件EP 1 110 800中已知，能够通过分析两个参数来监测发动机的旋转，即离合器状态（基于车速与发动机转速之间的关系），以及发动机的节气门的打开程度。防止熄火功能由此通过电动马达的辅助所提供。
另外的专利文件EP 0 326 188描述了使用电子系统来监测发动机的旋转，该电子系统控制发动机的许多参数。通过暂时停止空调系统、内部照明或甚至电池充电，由此通过减轻发动机负荷来实现防止熄火。
然而，在这些监测和辅助系统中，通过监测平均速度（车辆转速表上显示的速度）用于确定在此平均速度降低时预测到的熄火。对平均速度的降低的认识通常发生得太晚，从而导致无法阻止发动机熄火。在这些情况下，当前的监测系统在一定期限内检测到发动机速度的严重下降，但在此期限内通常不足以让电动马达所提供的辅助生效。
发明内容
本发明旨在通过如下方式解决这些问题：限定附加备用马达干预的预期条件，并且更加精确地监测待辅助的主发动机的速度，同时考虑到附加辅助马达的干预期限。
更确切地，本发明提出一种防止车辆的主发动机熄火的方法。所述主发动机是内燃发动机发动机，并且包括活塞，这些活塞各自在汽缸中进行循环，以便使驱动主传动轴的曲轴旋转。所述车辆还包括附加电动马达，用于借助于如下元件来帮助主发动机：两个滑轮和一个传动带、变速箱、用于测量主发动机的旋转速度的装置、以及附加马达的管理装置，其包括计算和信息存储工具。
根据本发明，防止熄火方法包括下列步骤：
·利用针对预先限定的随后角度位置对主发动机的旋转速度的估计，主发动机的旋转速度是在曲轴的瞬时旋转速度的预测的基础上所估计的，其在下文中称为预测瞬时速度；
·在所述预先限定的随后角度位置处的曲轴的两个最小速度之间限定干预区域，这两个最小速度即较高的最小速度，在此速度以上认为发动机不处在熄火情形中，以及较低的最小速度，在此速度以下认为主发动机的熄火是不可避免的；
·如果对于预先限定的随后位置的预测瞬时速度在干预区域内，其中存在发动机熄火风险，或者在此干预区域以下，则只要所述预测瞬时速度低于预先限定阈值，则启动所述附加马达，以辅助主发动机旋转，从而使得主发动机能继续在相同的方向上旋转。
在这些条件下，当对于预先限定的随后位置的预测瞬时速度在干预区域内时，则使附加马达在一个时刻开始旋转，此时刻足够早使得此动作能避免主发动机熄火。当预测瞬时速度在干预区域以下时，则一旦预测瞬时速度计算完成，则能够启动附加马达，以便优化避免熄火的可能性。
优选地，只要主发动机的所述旋转速度小于用作预先限定阈值的减速速度，则附加马达辅助主发动机的旋转。
根据优选实施例：
·预先限定的随后角度位置是在每个活塞的下一个上止点（下文中称为PMH）的曲轴的预先限定的角度位置；
·在给定时刻，当主发动机的下一个PMH的预测瞬时速度大于较高的最小速度时，则认为主发动机不处在熄火情形中；
·当下一个PMH（下文中称为第一PMH）的预测瞬时速度包括在较高的最小速度与较低的最小速度之间的干预区域中时，则认为如果不启动附加马达，则主发动机肯定会在称为第二PMH（紧跟着第一PMH）的PMH与称为第三PMH（紧跟着第二PMH）的PMH之间发生熄火；
·当所述下一个PMH的预测瞬时速度在干预区域以下时，则认为如果不启动附加马达，则主发动机肯定会在紧跟所述下一个PMH的上止点之前发生熄火。
专利申请FR 12 58868中详尽地描述了计算预测瞬时速度估计值的一种有利的方式，该专利申请通过引用并入本文中。此估计包括下列步骤，基于与曲轴相关联的用于实时地测量发动机的当前角度位置的角度旋转传感器的操作：
·对于传感器的两个测量点，确定曲轴的当前角度位置和主发动机的旋转速度；
·确定主发动机的旋转速度的至少一个梯度，其不同于前一步骤的两个测量点之间的速度梯度；
·通过二次多项式函数，近似估计主发动机的旋转速度相对于曲轴的当前角度位置的实际曲线；
·例如，通过结合先前确定的梯度应用所述多项式函数，估计下一个PMH处的预先限定的随后角度位置的预测瞬时速度。
附图说明
通过参照附图阅读下列非限制性说明，将容易明白本发明的其它数据、特征和优点，其中附图分别示出了：
- 图1是能够使用根据本发明的方法的混合动力车辆的示意图；以及
- 图2是示出所测量的发动机的瞬时速度根据时间变化的曲线图。
具体实施方式
这些附图涉及通过同一个附加电动马达所辅助的同一个主内燃发动机。
图1的示意图示出了混合动力车辆1，在其中能够使用根据本发明的方法。此车辆1设有主内燃发动机2，其配有四个活塞2a-2d、燃料罐3以及电动附加马达4，其能够协助主发动机2。为此目的，主发动机2设有附加计算机9和用于存储电能的电池10。
车辆1经典地设有四个车轮，包括两个驱动轮R3和R4以及两个非驱动轮R1和R2，驱动轮R3和R4经由主传动轴6、变速箱7和二级传动轴6'通过桥5a和5b连接至主发动机2。
为了在主发动机的控制和管理机构（未示出）或附加计算机9发出信号通知需要辅助的情况下辅助主发动机2，附加马达4通过机械联接系统进行作用，该机械联接系统包括两个滑轮8a和8b以及传动带8c。附加马达4使滑轮8a旋转，滑轮8a经由传动带8c将它的旋转运动传送到滑轮8b，其中滑轮8b的旋转运动与主传动轴6的旋转运动一致。
在本发明的背景下，对于下一个上止点的预测瞬时速度的计算允许附加马达4具有足够的时间来干预且防止主发动机2熄火。例如根据专利申请FR 12 58868的教导，图2中示出了预测瞬时速度的计算结果的使用。
图2的曲线图示出了主发动机2的瞬时速度的曲线C1，这是根据时间“t”以每分钟转数（表示为“T/min”）所测量的。此曲线是锯齿形的，因为连接至布置在主发动机2的曲轴上的目标的齿式传感器（capteur à dent）执行的测量存在不连续特性。
此曲线图还示出了发动机的两个速度水平：较高的最小速度的上部水平Nmin 1，以及较低的最小速度的下部水平Nmin 2。在这两个水平Nmin 1和Nmin 2之间，限定了干预区域Z，在此干预区域Z中，启动附加马达4以辅助预测瞬时速度过低的主发动机2。
参照图2，特别地，曲线C1示出了对于四汽缸发动机的持续时间大约为50 ms的发动机循环，每个循环发生在两个连续的PMH（上止点）之间，即在P5和P6之间或P6和P7之间。
发动机速度V1、V2和V3在相应的PMH P5、P6和P7时是最小的，而发动机速度在点S1和S2表示的循环中间处是最大的。此曲线C1穿过在两个速度水平Nmin 1和Nmin 2之间的干预区域Z，连续PMH P5、P6、P7的值降低：第一PMH P5在水平Nmin 1以上，第二PMH P6在水平Nmin 1和Nmin 2之间，第三PMH P7在水平Nmin 2以下。此降低代表主发动机速度的减速。
三个点V1、V2和V3对应于对于三个PMH点P5、P6和P7的主发动机的预测瞬时速度的计算。在每个速度降低阶段期间，计算预测瞬时速度V1到V3，对于V2的计算是在S1与P6之间，对于V3的计算是在S2与P7之间。在此示例中，预测瞬时速度V1、V2和V3是在相应时刻t1、t2和t3处所计算的。
预测速度V1在干预区域Z以上，所以不会产生任何干预。然而，处在干预区域Z中的预测速度V2由此限定一种情形，在此情形下，附加计算机9启动附加马达4以辅助主发动机2进行旋转。
提供附加电动马达4以在一些配置中协助主发动机，这些配置与PMH处的预测瞬时速度相对于水平Nmin 1和Nmin 2相关。
因此，PMH P5时的第一预测瞬时速度V1位于水平Nmin 1以上，在这些条件下，所述附加马达4不干预。
下一个PMH（称为P6）时的第二预测瞬时速度V2大约处于每分钟400转的量级。此预测瞬时速度是在点S1与P6之间（例如在时间t2）的每个速度降低阶段期间所计算的，此阶段对应于PMH P6之前的持续时间Tp。在时间t2，于是计算预测瞬时速度V2，其在处于水平Nmin1与Nmin 2之间的干预区域Z中。在这种情况下，主发动机2经由它的控制和管理机构（未示出）传输辅助请求到附加计算机9，该附加计算机9启动附加电动马达4。
认为如果没有附加马达4向主发动机2提供辅助，否则如果下一个上止点的主发动机2的预测瞬时速度在此干预区域Z内，则主发动机2肯定会在下一个上止点P6之后并且在其紧跟着的P7之前熄火。由于瞬时速度的预测，对于附加马达4辅助主发动机2的可能的反应时间是Tr，直到时刻tc，这基本上对应于熄火（如下文所解释），并且此持续时间是持续时间Tp与点P6和P7之间的曲线C1的几乎整个循环的总和。
通过从时刻t2开始的主发动机2的辅助，此主发动机的瞬时速度增加。如果没有辅助，则下一个PMH（在这种情况下是点P7）的瞬时速度会降低到甚至更低的水平，大约每分钟100转的量级。然后，曲线与零速度线相交，再穿过负的速度值（对应于发动机在与正常运转方向相反的方向上旋转），然后停止。此配置通常对应于熄火配置。
预测瞬时速度V3的计算得出在速度Nmin 2以下的速度。在这种情况下，认为主发动机2在下一个上止点P7之前肯定会熄火，使得附加马达4具有很少的时间来辅助主发动机2。在这种情况下，附加马达4仅着手增加主发动机2的速度，从而使得下一个上止点返回到速度Nmin 2以上。
为了示出使用根据本发明的预测瞬时速度的益处，下面的表I示出了在不同的熄火情形（“情形”列）中的下面各项之间的比较：预测瞬时速度（“V估计”列）、主发动机的所测量的实际瞬时速度（“V实际”列）、主发动机的平均速度（“N”列）（这些速度均以每分钟转数表示，并且在表I的同一行上对应于同一个PMH），根据本发明的防止熄火功能未激活。
表I涉及的熄火场景如下：在变速箱的第一档时面对人行道（人行道1G（第一档））时启动；仍然在第一档时以20%在坡道上（坡道1G（第一档））启动，以及在变速箱的第二档时熄火（熄火2G（第二档））。
对于每种情形，第一行（步骤1）给出了熄火前的PMH点P6的速度N、V实际和V估计的值，第二行（步骤2）给出了熄火情形的下一个PMH点P7的这些速度N、V实际和V估计的值。
此表提供了下列信息：
·这样的平均速度N，或者相同情形下步骤1和步骤2之间的平均速度N的推算趋势，是一个相关度较低的指标，因为它显示了发动机已经发生熄火但是能够由附加马达所弥补的减速状况；
·对应于熄火（步骤2）的速度V实际和V估计是负的，而平均速度N仍然是正的，这显示了此平均速度在用于预测熄火时的局限性；
·预测瞬时速度V估计接近所测量的瞬时速度V实际，且由此提供有效的估计；
·在每种情形的步骤1中，速度V估计和V实际（均在从每分钟170转到每分钟295转的范围内）对应于处于附加电动马达的干预区域Z中的旋转速度（见图2）。
因此，当计算出预测瞬时速度V估计的值时，则开始此附加马达的干预，这发生在图2中的时刻t2处，并且其使得能避免发动机熄火。
本发明不限于本文中所描述和示出的示例性实施例。因此，在离合器控制或自动控制的情况下，根据本发明的预测能够激活离合器的开启以防止主发动机熄火。
此外，还能够以其它方式计算预测瞬时速度的估计值，例如通过使用专利文件FR2 890 690中描述的计算：能够根据估计的发动机位置在二次多项式函数的基础上推导预测瞬时速度的估计值，旋转传感器的目标的锯齿部用作目标的旋转速度的测量标准。

Claims (7)

1.一种用于车辆（1）的主发动机（2）的防止熄火方法，所述主发动机（2）是内燃发动机且包括活塞（2a-2d），这些活塞各自在汽缸中执行循环以使驱动主传动轴（6）的曲轴旋转，所述车辆（1）还包括附加电动马达（4），所述附加电动马达（4）能够辅助所述主发动机（2），其是借助于两个滑轮（8a、8b）和传动带（8c）、变速箱（7）、所述主发动机（2）的旋转速度测量装置以及所述附加马达（4）的管理装置（9），所述管理装置（9）包括计算和信息存储工具，所述方法的特征在于：
·使用对于所述曲轴的预先限定的随后角度位置的所述主发动机（2）的旋转速度的估计值，所述主发动机（2）的所述旋转速度是在所述曲轴的瞬时旋转速度（V1、V2、V3）称为预测瞬时速度的基础上所估计的；
·在所述预先限定的随后角度位置处的所述曲轴的两个最小速度（Nmin 1、Nmin 2）之间限定了干预区域（Z），即较高的最小速度（Nmin 1），在此速度以上认为发动机不处于熄火情形中；以及较低的最小速度（Nmin 2），在此速度以下认为主发动机的熄火是不可避免的；
·当对于所述预先限定的随后角度位置的所述预测瞬时速度在其中存在发动机熄火风险的所述干预区域（Z）内时或者在此干预区域以下，则只要所述预测瞬时速度低于预先限定阈值，则启动所述附加马达（4）以辅助所述主发动机（2）进行旋转，从而使得主发动机继续在相同的方向上转动。
2.根据权利要求1所述的防止熄火方法，其中，只要所述主发动机（2）的所述旋转速度小于用作预先限定阈值的减速速度，则所述附加马达（4）辅助所述主发动机的旋转。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的防止熄火方法，其中，所述预先限定的随后角度位置是在每个活塞的下一个PMH（P5、P6、P7）的所述曲轴的角度位置。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的防止熄火方法，其中，在给定时刻，当所述主发动机（2）在下一个PMH的预测瞬时速度大于较高的最小速度（Nmin 1）时，则认为所述主发动机（2）不处于熄火情形中。
5.根据权利要求3所述的防止熄火方法，其中，当下一个PMH、下文中称为第一PMH（P6）的预测瞬时速度包括在所述较高的最小速度（Nmin 1）与所述较低的最小速度（Nmin 2）之间的所述干预区域（Z）内时，认为如果不启动所述附加马达（4），则所述主发动机（2）肯定会在紧跟着第一PMH（P6）的第二PMH（P7）与紧跟着所述第二PMH（P7）的第三PMH之间发生熄火。
6.根据权利要求3所述的防止熄火方法，其中，当所述下一个PMH（P7）处的所述预测瞬时速度在所述干预区域（Z）以下，认为如果不启动所述附加马达（4），则所述主发动机（2）肯定会在紧跟着所述下一个PMH（P7）的PMH之前发生熄火。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的防止熄火方法，其中，所述预测瞬时速度的估计值是在由与所述曲轴相关联的角度旋转传感器所进行的测量的基础上所计算的，所述传感器能够实时地测量所述主发动机的当前角度位置，并且包括下列步骤：
·对于所述传感器的两个测量点，确定所述曲轴的当前角度位置和所述主发动机（2）的旋转速度；
·确定所述主发动机（2）的旋转速度的至少一个梯度，其不同于前一步骤的两个测量点之间的速度梯度；
·通过二次多项式函数，近似估计所述主发动机（2）的旋转速度相对于所述曲轴的当前角度位置的实际曲线；
·通过结合先前确定的梯度应用所述多项式函数，估计所述预先限定的随后角度位置处的所述预测瞬时速度。
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