CN105711583B - 用于混合动力车辆中离合器平稳接合的发动机控制 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于混合动力车辆中离合器平稳接合的发动机控制。车辆包括发动机、牵引马达、被配置成机械连接发动机和牵引马达的离合器以及控制器。控制器可被配置成：在牵引马达正在产生驱动车辆的扭矩时，响应于发动机启动和实现目标转速，基于实现目标转速所需的加速度的大小，推迟发动机点火以减小发动机扭矩，并且响应于发动机扭矩降至阈值以下，锁止离合器。

Description

用于混合动力车辆中离合器平稳接合的发动机控制
技术领域
本公开涉及一种混合动力电动车辆的发动机启动。
背景技术
混合动力电动车辆使用发动机和电机两者给车轮提供扭矩。在电机推动车辆时，分离离合器可以将发动机从车辆动力传动系统断开连接，以允许发动机进入关闭状态。
发明内容
提供一种车辆控制的方法。该方法可包括，在电机正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于发动机启动和实现目标转速，推迟发动机点火以减小发动机扭矩。该方法还包括响应于发动机扭矩降至阈值以下，锁止被配置成机械连接发动机和电机的离合器。
提供一种车辆。该车辆包括发动机、牵引马达、被配置成机械连接发动机和牵引马达的离合器以及控制器。控制器可被配置为：在牵引马达正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于发动机启动和达到目标转速，基于发动机加速至目标转速所需的加速度的大小推迟发动机点火以减小发动机扭矩，以及响应于发动机扭矩降至阈值以下锁止离合器。
提供一种用于车辆的控制器。该控制器可包括被配置为接收发动机状态指示的输入信道和被配置为提供发动机操作命令和离合器接合命令的输出信道。所述控制器还可以包括控制逻辑，该控制逻辑被配置为：在电机正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于指示发动机启动和实现目标转速的发动机状态指示，产生推迟发动机点火以降低发动机扭矩的发动机操作命令，以及响应于指示发动机扭矩降到阈值以下的发动机状态指示，产生机械地连接发动机和电机的离合器接合命令。
根据本公开，公开了一种车辆，所述车辆包括：发动机；牵引马达；被配置为机械连接发动机和牵引马达的离合器；控制器，该控制器被配置为，在牵引马达正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于发动机启动和实现目标转速，基于发动机加速至目标转速所需的加速度的大小，推迟发动机点火，以减小发动机扭矩，以及响应于发动机扭矩降至阈值以下，锁止离合器。
根据本公开的一个实施例，实现目标转速所需的发动机加速度的大小是基于预定义时间段的。
根据本公开的一个实施例，始于发动机扭矩减小的开始并结束于发动机扭矩降至所述阈值以下的时间段比所述预定义时间段短。
根据本公开的一个实施例，预定义时间段大约等于300毫秒，而所述时间段大约等于80毫秒。
根据本公开的一个实施例，还包括在所述电机正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于发动机启动和实现目标转速，削减发动机进气量以减小发动机扭矩。
根据本公开，提供一种用于车辆的控制器，包括：被配置为接收发动机状态指示的输入信道；被配置为提供发动机操作命令和离合器接合命令的输出信道；控制逻辑单元，被配置为，在电机正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于指示发动机启动和实现目标转速的发动机状态指示，产生推迟发动机点火以降低发动机扭矩的发动机操作命令，并且响应于指示发动机扭矩降到阈值以下的发动机状态指示，产生机械连接发动机和电机的离合器接合命令。
根据本公开的一个实施例，推迟发动机点火的量是基于实现目标转速所需的发动机扭矩的。
根据本公开的一个实施例，实现目标转速所需的发动机扭矩是基于预定义时间段的。
根据本公开的一个实施例，始于推迟发动机点火的开始并结束于发动机扭矩降到阈值以下的时间段比所述预定义时间段短。
根据本公开的一个实施例，所述预定义时间段大约等于300毫秒，而所述时间段大约等于80毫秒。
根据本公开的一个实施例，在所述电机正在产生驱动车辆的扭矩的同时，响应于发动机启动和实现目标转速，削减发动机进气量以减小发动机扭矩。
附图说明
图1是混合动力电动车辆的示意图；
图2A和图2B是描绘混合动力电动车辆运行时转速和扭矩之间关系的一系列曲线图；以及
图3是描述用于混合动力车辆的车辆控制器的控制逻辑的流程图。
具体实施方式
下文描述本公开的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例并且其它实施例可以采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征会被夸大或最小化，以显示特定部件的细节。所以，下文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限定，而仅作为教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。本领域技术人员应理解，参考任一附图示出和描述的各种特征可以与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的组合特征提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可能期望用于特定应用或实施。
参考图1，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(HEV)10的示意图。部件在车内的物理布置和方向可能发生变化。尽管将是对图1中的动力传动系统做具体描述，但是根据本公开实施例的策略可应用于其他动力传动系统配置。所述HEV 10包括动力传动系统12，动力传动系统12具有可操作地连接至变速器16的发动机14。变速器16可包括分离离合器18、诸如电动马达-发电机20之类的电机、相关联的牵引电池22、输入轴24、启动离合器(或变矩器26)和变速箱28。
发动机14可经分离离合器18选择性地连接到马达-发电机20。通过将扭矩提供到变速箱28，发动机14和马达-发电机20两者都可作为HEV10的驱动源。马达-发电机20可由多种类型电机中的任何一种实施。例如，马达-发电机20可以是永磁同步电机。
控制器30可与发动机14、动力传动系统12和加速踏板32通信。控制器30可被配置为使HEV 10或动力传动系统12以电量消耗模式运行，在电量消耗模式中，发动机14经分离离合器18可与动力传动系统12的其余部分隔开，这样，马达-发电机20可使用牵引电池作为其电源而作为HEV 10的单一驱动源。所述控制器30也可被配置为使HEV 10或动力传动系统12以电量保持模式运行，在电量保持模式中，发动机14可操作地连接至动力传动系统12的其余部分上，从而发动机14和马达-发电机20两者都可作为所述HEV 10的驱动源。
虽然被示出为一个控制器，但是控制器30可以是较大控制系统的一部分并可由遍布HEV 10的各种其它控制器来控制，例如车辆系统控制器(VSC)。因此应该理解所述控制器30以及一个或更多个其它控制器可统称为“控制器”，“控制器”响应于来自各种传感器的信号控制各种致动器以控制诸如启/停发动机14、操作马达-发电机20以提供轮胎扭矩或给牵引电池22充电、选择或调度变速器换挡等的多个功能。
所述控制器30可包括与各种类型计算机可读存储装置和介质通信的微处理器或中央处理器(CPU)。计算机可读存储装置或介质可包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和磨损修正系数存储器(keep-alive memory,KAM)形式的易失性和非易失性存储装置。KAM是当CPU断电时可用于存储各种操作变量的永久或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可使用任何数量的已知存储装置来实现，例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪存或能够存储数据的任何其它电存储装置、磁存储装置、光学存储装置、或其组合的存储装置，这些数据中的一些表达由控制器在控制发动机或车辆时所使用的可执行指令。
控制器30可经输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆的传感器和致动器通信，该输入/输出(I/O)接口可作为提供各种原始数据或信号调节、处理、和/或转换、短路保护等的单一集成接口。或者，在具体信号被提供给CPU之前，可以使用一个或更多个专用硬件或固件芯片调节或处理该信号。通常如图1的代表性实施例中所示出的，控制器30可将信号传输至发动机14、动力传动系统12和加速踏板32，和/或从发动机14、动力传动系统12和加速踏板32接收信号。尽管未明确示出，在上述确定的每个子系统中，本领域技术人员知道可由各种控制器30控制的各种功能或组件。
使用由控制器执行的控制逻辑可直接或间接地激活参数、系统和/或组件的代表性例子包括燃油喷射正时、速率和持续时间，节气门位置，火花塞点火正时(对于火花点燃式发动机来说)，吸气/排气门的正时和持续时间，诸如交流发电机的前端附件驱动系统(FEAD)组件，空调压缩机，电池充电，再生制动，电机操作，离合器压力和变速器等。经由I/O接口的传感器通信输入可用于指示涡轮增压器的增压，曲柄轴位置(RIP)，发动机转速(RPM)，车轮转速(WS1，WS2)，车辆速度(VSS)，冷却液温度(ECT)，进气歧管压力(MAP)，加速踏板位置(PPS)，点火开关位置(IGN)，节气门位置(TP)，空气温度(TMP)，排气含氧量(EGO)或其它排气组分浓度或存在与否，进气气流(MAF)，变速器挡位、传动比或模式，变速器油温(TOT)，变速器涡轮转速(TS)，以及减速或换挡模式(MDE)。
当马达-发电机20正在给变速箱28提供驱动扭矩时，HEV 10的操作员可以踩下加速踏板32。踩加速踏板32与给油事件(tip-in event)一致。给油事件增加了从马达-发电机20到变速箱28驱动扭矩需求。增加的驱动扭矩需求会需要启动发动机14。启动发动机14产生了互相矛盾的(competing)要求。例如，发动机14一旦重启，就需要取得一定的燃烧率以达到与车辆目标转速相一致的转速，同时要让发动机14通过变速箱28与马达-发电机20同步。允许用于同步的目标转速被称为同步转速。发动机14需要在相对短的时间段内达到这个同步转速。发动机可以在300毫秒之内达到该同步转速。
在第一时间段内快速地达到所述同步转速同时还使离合器平稳接合需要控制发动机14内的燃烧。增加发动机14内的进气量和点火定时使发动机14所产生的扭矩增加。为了增加进气量，发动机节气门(未示出)打开，调节进气凸轮和排气凸轮(未示出)以允许更多的空气和燃料进入发动机14内。允许更多的空气和燃料进入发动机内有助于在发动机14内快速增加燃烧压力，并由此有助于增加发动机14所产生的扭矩大小。但是，为了锁止分离离合器18以将发动机14连接到马达-发电机20，发动机扭矩需要低于阈值。为了得到所述阈值以下的实际发动机扭矩，发动机扭矩减小的命令需要在发动机达到所述目标转速发生之前出现。例如，由于发动机/动力传动系统的响应时间，所述发动机实际扭矩需要在发动机转速达到目标转速之前下降大约80毫秒。为了保持分离离合器18平稳且同步地接合而允许发动机14将扭矩提供给车轮，发动机扭矩必须减小，比如，减小到50N·m以下。
为了将发动机扭矩减小到平稳接合所需的扭矩之下，需要在第二时间段内削减发动机扭矩。这个时间段，在一个例子中，可大约为80毫秒。所述时间段是以发动机扭矩降低的开始为开始并以所述扭矩降至阈值以下为结束的时间。在分离离合器接合之后，发动机14需产生足够的扭矩以满足源自操作员给油和推进车辆的需求。因此，用于改善转速以及发动机启动和接合的平稳性的方法是有益的。
在至少一个实施例中，控制车辆的方法不仅可以在第一时间段内使发动机14加速至目标转速而且还可以在第二时间段内降低发动机扭矩以提供发动机14和马达-发电机20之间的平稳接合。如将在下面更详细地描述的，可以控制燃烧以更快地让发动机14达到期望的转速，还可以减小扭矩以锁止分离离合器18。
参照图2A和2B，一系列曲线描绘了经过一系列时间间隔的发动机转速和发动机扭矩。具体地，曲线2A描绘了沿y-轴的发动机转速和沿x-轴的时间。同样，曲线2B描绘了沿y-轴的发动机扭矩和沿x-轴的时间。通过四个发动机操作对时间(沿着x-轴)进行分段。时间段T1，与发动机启动时第一次转动曲柄相一致。时间段T2，与转动曲柄后发动机的第一次燃烧事件相一致。时间段T3，与速度上升或发动机加速度的速率(rate of speed)相一致。时间段T4，与分离离合器18的接合以及发动机14与马达-发电机20的同步相一致。
图2A描绘了匹配车辆10的目标速度所必需的发动机的转速上升。在T1时，车辆10的操作员可给发动机14供给启动所需的油量。当发动机14在T1启动时，发动机14转动曲柄提供初始的转速增加，由线34表示。在T2时，发动机14燃烧。如上文所述，在发动机14内的燃烧引起转速速率的增加或发动机14的加速。发动机转速速率可逐渐增加，如通过斜线36所示的。
在T3时，发动机14的加速度急剧增加。由线38表示的增加率取决于所述目标转速。发动机14可以基于惯性扭矩计算而在第一时间段的时间变化内实现转数上的改变。例如，可命令发动机14提供足够的燃烧以在0.2秒之内达到100rpm以内的目标转速。如将在下文中更详细描述的，为实现达到目标转速所必需的加速度，发动机14增加点火和进气量。在发动机14内增加点火和进气量增大了由发动机14所提供的扭矩。
在T4时，分离离合器18可以接合，将发动机14和马达-发电机20连接起来。可以基于发动机转速速率预测在发动机转速和目标转速之间同步的点40。这允许对指示发动机转速和目标转速在40处同步的第二时间段的计算。
图2B描绘了允许发动机加速以不仅匹配目标转速而且还在发动机14和马达-发电机20之间提供平稳同步所必需的发动机扭矩。如上文所述，T1与操作员的给油和启动发动机14相一致。为了提供发动机扭矩，转动发动机14曲柄。最初，转动发动机14曲柄可在燃烧发生之前产生负扭矩42。因此，发动机14可在时间T1期间保持负扭矩42。但是在时间T2，发动机燃烧发生。
通过打开节气门并调节可变气门正时，发动机14在燃烧期间产生正扭矩44。正扭矩44可取决于点火量和允许进入发动机14内燃烧的进气量。在T2时，作为最初燃烧的结果，发动机14产生在44处的初始扭矩。随着发动机14进入T3时，可需要更多的点火和进气量以在发动机14内提供足够的燃烧以实现46处的扭矩增加，从而在期望时间段内实现发动机转速和目标转速的同步。该扭矩可称为惯性扭矩。在46处的惯性扭矩输出可能会大到不允许分离离合器18锁止。
在T4时，在同步转速时，发动机扭矩需要接近于0。在同步转速时，发动机扭矩必须低于例如，50N·m，以使分离离合器18锁止。如上文所述，同步时间可基于发动机转速速率。所述同步时间也可基于发动机14内的扭矩响应。对第二时间段的计算可用于确定何时削减发动机扭矩。在第二时间段内削减发动机扭矩至48处可基于发动机14内的点火量。因此，可以在第二时间段内推迟发动机14内的点火。将在下文中更详细描述的是，削减进气量也可用于在48中减小发动机扭矩。
图2B示出了48处作为阶梯函数的发动机扭矩。这表达了由推迟发动机点火和/或削减进气量所带来的负扭矩。但是，对发动机的负扭矩命令的施加的实际响应可导致49处的实际发动机扭矩是更缓和地逐渐减小的。发动机14的实际扭矩响应因此比所命令的发动机扭矩更趋平缓。在低速时，所述发动机扭矩反应可为100毫秒。为了在发动机14和马达-发电机30之间实现平稳同步，如果例如100rpm的发动机转速低于目标转速，可应用推迟发动机点火。利用发动机14的实际扭矩响应和发动机14的加速度，通过推迟发动机点火考虑到了发动机扭矩在第二时间段内的必要的减小。
参考图3，提供了描绘使发动机14快速加速并在发动机14和马达-发电机20之间提供平稳同步的控制逻辑的控制逻辑流程图。如上文所述，控制器30可与发动机14和发动机组件通信以实现下述控制逻辑。在步骤50中，控制器30可接收启动发动机14的请求。请求启动发动机可与上述给油事件相一致。在步骤52中，控制器可命令发动机14曲轴起动直到在发动机14内的第一燃烧情形(first instance of combustion)。曲轴起动发动机14和随后的第一燃烧情形可与标准发动机启动操作一致。
在步骤54中，控制器30可以确定目标转速并计算发动机14达到与目标转速相同步的转速的第一时间段。在步骤56中，控制器30使用步骤54中计算的第一时间段以及需要的发动机转速变化计算发动机初始扭矩。发动机初始扭矩是需要在第一时间段内将发动机加速到所述同步转速所需的扭矩。为在步骤56中得出初始扭矩值，发动机14的转动惯量和在步骤52中第一燃烧情形之后的速度变化可除以第一时间段。在步骤58中，控制器30可计算用于加大发动机14内的燃烧必需的进气量以及点火量，以传递初始扭矩值。
所述初始扭矩值可高于扭矩阈值。当初始扭矩值高于阈值时，分离离合器18不可锁止。处于高于阈值的高扭矩值的分离离合器18的同步可导致沿着动力传动系统12的操作员感受得到扰动(disturbance felt)。这些扰动可包括能感知到的对动力传动系统的破坏，而且也可包括对动力传动系统组件的潜在损害。因此为了在步骤56中计算出初始扭矩值以实现匹配目标转速所必需的发动机转速上升之后提供平稳的同步，控制器30可以在步骤60中确定怎样为了减小初始扭矩值而实现所述负扭矩值。在至少一个实施例中，控制器30可在步骤60中计算是否充分推迟发动机点火将会将初始扭矩值减小到阈值之内。
如果在步骤60中，控制器30确定充分推迟发动机点火将不能将初始扭矩值减小到阈值以内，则控制器30还可在步骤62中削减燃烧期间允许进入发动机14的进气量。在启动之后削减进气量可以允许控制器30命令产自发动机14的扭矩减小足够多，以在达到同步转速时将初始扭矩值减小到阈值以内。
在步骤60中，如果控制器30确定充分的发动机点火推迟将将会将初始扭矩值减小到阈值以内，则控制器30可以在步骤64中确定最终扭矩值。最终扭矩值是由初始扭矩值减去由推迟发动机点火产生的预期负扭矩的值所得到的。控制器30计算最终扭矩值以确保在第二时间段内发动机扭矩将在阈值以内。计算最终扭矩值允许控制器30精确确定在第二时间段时发动机扭矩，以确保分离离合器的接合。
最终扭矩值也可以是初始扭矩减去通过在步骤62中削减进气量所产生的负扭矩的值而得到。例如，控制器30可在步骤60中确定是否削减进气量可以传递足够的负扭矩而将初始扭矩值减小到阈值以内。同样地，控制器30可在步骤62中确定是否推迟发动机点火对于进一步减小初始扭矩值以实现阈值以内最终扭矩值是必须的。
在步骤66中，发动机加速可以使发动机转速在第一时间段内达到目标转速。如上文所述，第一时间段可低于300毫秒。如果在步骤66中，控制器30确定发动机加速将不能使发动机转速与目标转速在阈值时间内匹配；控制器30可在步骤64中重新计算最终扭矩值。如果在66中，控制器30确定发动机加速度能够使发动机转速与目标转速在阈值时间内匹配，则在步骤67中发动机扭矩可被保持在一个恒定值。
在步骤69中，控制器30判断是否发动机14的加速度将使得发动机转速在动力传动系统的响应时间内达到目标转速，比如80毫秒。动力传动系统的响应时间可与第二时间段相一致。在步骤66中对第一时间段的计算和在步骤69中对第二时间段的计算可以同时进行。如果在步骤69中从发动机加速度计算出的发动机转速在动力传动系统的响应时间内达不到目标转速，控制器30可以在步骤64中重新计算最终扭矩。
如果在步骤69中控制器30计算出发动机的转速将在动力传动系统响应时间内达到目标转速，控制器30可命令发动机14在步骤68中与在步骤60计算出的发动机点火推迟一致地减小最初扭矩值。与步骤60中计算出的发动机点火推迟一致地降低初始扭矩通过在步骤68中减少发动机点火来命令发动机14实现在步骤64处计算的最终扭矩值。同样地，如上文所述，最终扭矩值也可通过在步骤62中削减进气量来减小。因此，实现步骤64中所计算出的最终扭矩值也可允许控制器30命令发动机14通过削减进气量来减小扭矩。
控制器30可以在步骤70核实发动机转速误差以及判断发动机扭矩是否低于阈值。如果在步骤70中发动机转速误差和发动机扭矩高于阈值，则控制器30可以通过在步骤68中进一步推迟发动机点火或削减进气量进一步减小步骤64中的最终扭矩。但是如果在步骤70中发动机转速误差和发动机扭矩低于阈值，则控制器30可在步骤72中命令锁止分离离合器18。通过在68中推迟发动机点火而快速减小步骤64中计算的最终扭矩值并且导致扭矩降低至接近0的量(比如-50N·m到+50nm)，可允许离合器在步骤72中平稳和及时地接合。发动机转速误差的阈值可为50rpm。如果发动机转速误差低于阈值，则发动机转速和目标转速是同步的。如果发动机转速和目标转速同步，则控制器30可在步骤70中锁止接合发动机14和马达-发电机20的分离离合器18。
锁止分离离合器18以接合发动机14和马达-发电机20可以允许发动机通过车辆10动力控制系统12输出扭矩。发动机扭矩输出可以用于推进车辆。在步骤74中，控制器30可设置满足操作员需求发动机扭矩输出值。发动机扭矩输出可与上文所述的源自给油事件的需求扭矩一致。当控制器30将发动机扭矩输出设定在驾驶员的需求扭矩时，发动机14将通过车辆10的动力传动系统12提供扭矩。如上文所述，发动机14可提供车辆10的唯一动力。同样地，发动机14可与马达-发电机20一起提供动力来推进车辆10。
进一步地，使用本公开的控制方法使发动机14的过冲(overshoot)最小化。使用步骤56中的初始扭矩来加速发动机14和在步骤68中推迟发动机点火以实现最终扭矩值而为发动机启动提供更精确的控制方法。这减少了控制器30弥补发动机过冲的需求并提供更有效的发动机14运行。加速发动机14以使发动机转速与目标转速相匹配以及通过分离离合器18保持发动机14和马达-发电机20之间的平稳的接合可改善车辆10的总效率。在最小化动力传动系统扰动的同时改善车辆10的总效率将提高整车质量。最小化动力控制系统扰动提供了车辆10的平稳运行和改善的驾驶性能。同样地，实现从发动机转动曲轴到离合器接合的更短的时间改善了加速踏板的响应时间，从而改善了动力传动系统的响应时间。
虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本公开的精神和范围可以作出各种改变。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明的没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经将多个实施例描述成就一个或更多个期望特性来说提供了优点或相较于其它实施例或现有技术的实施更为优选，但是本领域技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或多个特点或特性进行折衷。因此，被描述为在一个或多个特性上相对于其它实施例或现有技术应用不令人满意的实施例也未超出本公开的范围，并且这些实施例对于特定应用能够令人满意的。

Claims (7)

1.一种车辆控制方法，包括：
在电机正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于发动机启动和实现目标转速，推迟发动机点火以减小发动机扭矩；
响应于发动机扭矩降至阈值以下，锁止被配置为机械连接发动机和电机的离合器。
2.如权利要求1所述的方法，其中，推迟的量是基于实现目标转速所需的发动机扭矩的。
3.如权利要求2所述的方法，其中，实现目标转速所需的发动机扭矩是基于预定义时间段的。
4.如权利要求3所述的方法，其中，始于推迟发动机点火的开始并结束于发动机扭矩降至阈值以下的时间段比所述预定义时间段短。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述预定义时间段为300毫秒，而所述时间段为80毫秒。
6.如权利要求1所述的方法，还包括在电机正在产生扭矩驱动车辆的同时，响应于发动机启动和实现目标转速，削减发动机进气量以减小发动机扭矩。
7.如权利要求1所述的方法，所述阈值为50N·m。
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