CN107061027B - 用于发动机启/停车辆的主动前轮转向电流控制 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于发动机启停车辆的主动前轮转向电流控制。一种车辆包括被配置为自动停止和自动启动的发动机。车辆还包括用于主动前轮转向系统的电致动器。在发动机自动停止之前，开始使电致动器的需求电流减小的控制。在发动机自动启动之后，开始使电致动器的需求电流增大的控制。

Description

用于发动机启/停车辆的主动前轮转向电流控制
技术领域
本申请总体上涉及控制包括发动机启/停功能的车辆中的主动前轮转向系统。
背景技术
微混合动力车辆或启/停车辆可选择性地在部分行驶周期期间关闭其发动机以节省燃料。作为示例，启/停车辆可在车辆停止时关闭其发动机而不是允许发动机怠速。发动机随后可(例如)在驾驶员踩下加速踏板时重启。启/停车辆还可包括主动前轮转向系统，主动前轮转向系统响应于方向盘的转动而改变车轮转向时的传动比。
发明内容
在一些配置中，一种车辆包括发动机。车辆还包括主动前轮转向系统，主动前轮转向系统包括电致动器。车辆还包括控制器，控制器还被配置为：响应于在电致动器的需求电流超过预定电流的同时接收到将发动机转换至自动停止状态的请求，在将发动机转换至自动停止状态之前使需求电流以预定速率减小至预定电流，以防止发动机转速上升(flairof the engine)。
一些配置可包括以下特征中的一个或更多个。在车辆中，控制器还被配置为：响应于车辆减速至小于预定速度的速度，使需求电流以预定速率减小。在车辆中，预定电流是防止转换至自动启动状态的电流水平。在车辆中，预定速率是使得在预定量的时间内完成需求电流的减小。在车辆中，预定量的时间随着当前操作电流与预定电流之间的差的减小而减小。在车辆中，控制器还被配置为：响应于需求电流达到预定电流，将发动机转换至自动停止状态。在车辆中，预定电流是允许将发动机转换至自动停止状态的电流水平。
在一些配置中，一种车辆包括发动机。车辆还包括主动前轮转向系统，主动前轮转向系统包括电致动器。车辆还包括控制器，控制器被配置为：响应于在发动机自动启动期间电致动器的需求电流请求大于预定阈值，在完成自动启动之后在预定时间段内使电致动器的需求电流增大至需求电流请求的水平，以防止发动机转速下降(sag of the engine)。
一些配置可包括以下特征中的一个或更多个。在车辆中，控制器还被配置为：响应于与发动机连接的发电机处于提供电能的操作模式，使需求电流增大。在车辆中，控制器还被配置为：使需求电流以预定速率增大。在车辆中，控制器还被配置为：使需求电流以第一预定速率增大至小于需求电流请求的水平的中间电流，然后以第二预定速率增大至需求电流请求的水平。在车辆中，第一预定速率大于第二预定速率。在车辆中，控制器还被配置为：响应于在完成自动启动之后，需求电流请求变为大于预定阈值，在预定时间段内使需求电流增大至需求电流请求的水平，以防止发动机转速下降。
在一些配置中，一种用于控制车辆中的主动前轮转向系统的电致动器的需求电流的方法，包括：响应于发动机自动停止请求，通过控制器使电致动器的需求电流以基于最大的发动机扭矩减小速率的预定速率减小，以防止发动机转速上升。
一些配置可包括以下特征中的一个或更多个。方法可包括：响应于完成发动机自动启动，通过控制器使电致动器的需求电流以基于最大的发动机扭矩增大速率的另一预定速率增大，以防止发动机转速下降。方法可包括：通过控制器使需求电流以所述另一预定速率增大持续第一预定时间，并且在所述第一预定时间之后，使需求电流以又一预定速率增大持续第二预定时间。方法可包括：在所述第一预定时间之后且在使需求电流以所述又一预定速率增大之前，通过控制器使需求电流保持在预定电流值持续预定保持时间。在方法中，所述另一预定速率大于所述又一预定速率。方法可包括：响应于发动机自动停止请求，通过控制器使需求电流减小至预定电流水平。
附图说明
图1是示出典型组件的示例性启/停车辆的示图。
图2是包括主动前轮转向的示例性转向系统的示图。
图3是示出自动停止事件期间发动机状态的图。
图4是描绘具有单个增大速率的电流关于发动机启/停状态的可行的正时图。
图5是描绘具有两个增大阶段的电流关于发动机启/停状态的可行的正时图。
图6是描绘用于在发动机自动启动和自动停止事件期间管理主动前轮转向电流需求的可行操作顺序的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种可替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可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。示出的特征的组合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被期望用于特定的应用或实施方式。
图1描绘了车辆的示例性框图。车辆110可包括用于驱动车辆110的发动机112。发动机112可机械地连接到电机114。电机114可用作交流发电机和起动机。当作为起动机运行时，电机114可通过电力网118从电池116接收电力。电机114可将电力转换为机械旋转以使发动机112旋转，进而启动发动机112。
当作为交流发电机或发电机运行时，电机114可将由发动机112的旋转产生的机械能转换为电力网118上的电能。电能可被储存在电池116内或者由连接到电力网118的电部件利用。
车辆110可包括转向系统128，转向系统128包括连接到车辆110的前车轮的转向机构124。转向系统128可包括主动前轮转向(Active Front Steering,AFS)模块120。AFS模块120可辅助驱动转向机构124响应于方向盘的旋转而改变车轮转向时的传动比。例如，在较低的车速时，可实施高的传动比使得针对给定的转向角，方向盘转动较小。这允许利用较小的方向盘输入完成急转弯。在较高的车速时，可减小传动比使得针对给定的转向角，方向盘转动较大。这在较高的速度时降低了转向系统128对方向盘变化的灵敏度。净效应是：在较高的速度时，响应于给定的方向盘的转动量，车轮转动较小。
转向系统128可包括电动助力转向(EPAS)模块122，电动助力转向模块122可与转向机构124协同工作。EPAS模块122可辅助驱动转向机构124，以减小操作者使车辆110转向所需要的作用力的量。EPAS模块122可包括辅助驱动转向机构124的电动马达。除了由操作者提供的扭矩以外，EPAS模块122还可增加扭矩来改变前车轮的方向。
AFS模块120和EPAS模块122可电连接到电力网118。可通过储存在电池116内的能量将电力提供到电力网118。在作为发电机运行时，电机114也可向电力网118提供电力。可操作电机114以保持电力网118上的预定电压。可利用电压反馈控制来调整电机114的扭矩，以保持该预定电压。例如，响应于电力网118的电压超过预定电压，可使电机114的扭矩大小减小。AFS模块120和EPAS模块122可与车辆内的一个或更多个控制器126进行通信。
车辆110可包括一个或更多个控制器126，以协调和管理各个组件的操作。一个或更多个控制器126可经由硬连线信号或串行通信总线(例如，控制器局域网(CAN))与各种装置接口连接。控制器126可包括微处理器和用于在控制器126断电时存储数据的非易失性存储器。
控制器126可被配置为自动停止和自动启动发动机112。在车辆操作期间，可在点火循环期间停止和启动发动机112。可监测条件以确定何时自动停止发动机112以提高燃料经济性。还可监测条件以确定何时自动启动发动机112。
参照图3，发动机启/停序列可包括几个阶段：“自动停止开始”，这标志发动机自动停止的开始；“准备发动机自动停止”，这是车辆系统以及发动机为即将发生的发动机停止进行准备的时间段(如果在此阶段检测到自动停止禁止条件，则为即将发生的发动机停止进行的准备被中断，车辆系统和发动机返回至它们的正常运行模式)；“燃料切断”，这标志着在该点处到发动机的燃料流动停止；“发动机正在停止”，这是发动机转速降低至零的时间段；“低燃料重启”，这标志着在此点之后，如果在“发动机正在停止”阶段期间请求重启以禁止自动停止，则可能需要接合起动机以转动(cranking)发动机(如果在“低燃料重启”之前和在“发动机正在停止”阶段期间请求重启，则可通过再次开启燃料流动来重启发动机而禁止自动停止)；“发动机转速＝0”，这标志着在该点处的发动机转速接近或等于0；“发动机已自动停止”，这是发动机关闭的时间段；“起动机接合”，这标志着在该点处起动机开始转动发动机以致力于启动发动机(响应于检测到发动机自动启动条件)；“起动机转动发动机”，这是发动机不能在其自身动力作用下转动的时间段；“起动机分离”，这标志着在该点处发动机能够在其自身动力作用下转动；“发动机转速增大”，这是发动机的转速增大至其运行转速的时间段；“自动启动结束”，这标志着在该点处发动机转速达到其运行转速(等于或高于目标怠速转速)。发动机自动停止事件可包括从“自动停止开始”至“自动启动结束”的所有阶段。
图2描绘了示例性转向系统128的示图。转向系统128可被配置为使车辆110沿着操作者期望的方向转向。转向系统128可包括由操作者操作的方向盘150。转向系统128可将方向盘150的运动转换成前车轮152的位移以使车辆110的方向改变。转向机构124可以是齿条(rack)160和齿轮(pinion)162的构造，在该构造中，前车轮152连接到齿条160，方向盘150连接到齿轮162。
AFS模块120可包括连接到差速器或行星齿轮组158的电致动器或电机156。电机156可使齿轮162旋转，这可使齿条160移动并使前车轮152改变方向。方向盘150也可通过AFS齿轮组158连接。在转动方向盘150时，方向盘150和车轮152之间的可变传动比可通过操作AFS模块120驱动齿轮162来实现。传动比可以是方向盘角度与车轮转动角度(例如，车轮转向角)之间的比值。AFS控制器154可接收指示方向盘150的位置的方向盘角度输入信号164，并且可产生用于操作电机156的一个或更多个输出信号166。AFS控制器154可使用其他的输入和输出。AFS控制器154可与其它控制器(诸如，发动机控制器或车辆系统控制器)进行通信。
AFS控制器154可被配置为监测来自方向盘150的方向盘角度输入信号164。可基于方向盘角度和车速来确定转向比。基于转向比，AFS控制器154可确定用于电机156的请求的需求电流。AFS控制器154可经由输出信号166控制通过电机156的电流。
AFS模块120可包括锁定机构168。锁定机构168可以是电磁致动装置，电磁致动装置在被致动时防止电机156旋转齿轮162。当锁定机构168被接合时，AFS模块不能辅助车辆转向，使用方向盘150的输出来实现转向。锁定机构168可通过来自AFS控制器154的输出信号170进行控制。
EPAS模块122和AFS模块120连接到电力网118，并从电机114或电池116获得电力。在操作期间，EPAS模块122和AFS模块120可从电力网118汲取大量的电流。在发动机112正在运行且电机114正在向电力网118供应电力的条件下，可不消耗储存在电池116内的能量。然而，当发动机112不运行时，由电池116来提供电力。结果可能是电力网118的电压下降，这会对EPAS模块122或AFS模块120产生负面影响。例如，电压可能下降得足够低，使得EPAS模块122或AFS模块120不能充分地发挥作用。
在发动机自动停止事件期间，可监测电池116的电压降。在发动机自动停止事件期间，当电机114不再向电力网118提供电力时，电池116的电压会下降。电池116的电压会下降到最小的可校准阈值。由于AFS系统120会汲取相对大的电流，所以在发动机自动停止和自动启动期间管理电流汲取是有帮助的。
在发动机自动停止事件期间，EPAS模块122可在受限模式下操作。EPAS模块122可被配置为在发动机自动停止事件期间不提供辅助。可选地，在发动机自动停止事件期间，可操作EPAS使其以减弱的能力提供辅助。在发动机自动停止事件期间，可操作EPAS模块122使得EPAS模块122汲取的最大电流小于预定阈值。所造成的车辆影响是，在发动机自动停止事件期间，使车辆转向所需的操作者扭矩增大。
AFS系统120的操作可以是基于发动机启停系统的操作状态或状况的。发动机启停系统的操作状态可通过通信链路被广播至控制器。发动机启停系统可以在可影响AFS系统120的操作的一个或更多个不同的状态或阶段下进行操作。
AFS控制器154可基于改变转向比的请求来操作电致动器156。响应于改变转向比的请求，AFS控制器154可确定电致动器156的需求电流。其它输入(诸如，车速)也可被用于确定需求电流。AFS控制器154随后可使具有需求电流大小的电流流过电致动器156。AFS系统120的操作模式可以是基于发动机启/停系统的状态的。AFS控制器154可接收指示发动机自动停止事件的输入。
为了准备转换到发动机自动停止模式，可减小AFS电流。在操作期间，AFS 120可从电力网118或电池116汲取大量的电流。当发动机112处于运行状态时，可操作电机114以向AFS 120提供电流。当发动机112处于自动停止状态时，电池116必须为AFS 120提供电流。当发动机112已自动停止时，可期望防止从电池116汲取大的电流。在允许发动机112自动停止之前，可期望将AFS 120的电致动器156的需求电流减小至减小的电流水平。然而，AFS电流的突然减小可能会导致电机114输出的电压突然增大。响应于电压的增大，电压控制策略可使传送到电机114的扭矩大小命令减小以将电压保持在预定水平。电机114扭矩改变可以比发动机扭矩改变更快地发生。在这种情况下，发动机112上的扭矩负载会比发动机扭矩减小更快地减小，从而导致发动机转速增大。扭矩响应的差异会导致发动机转速增大或上升(flair)，这使驾驶员意识到车速可能会增大。
为了减小发动机转速上升(engine flair)，可控制AFS电流减小以允许发动机控制策略调整发动机扭矩，从而防止发动机转速的变化。例如，可以使AFS需求电流以预定减小变化率减小。在一些配置中，可使电致动器156的需求电流在预定量的时间内斜坡下降到预定电流。预定电流可以是使AFS 120以最低性能水平操作的电流量。预定量的时间可基于发动机扭矩减小的响应时间来确定。例如，电流减小速率可以是基于最大的发动机扭矩减小速率的。预定减小变化率可与发动机控制系统能够实现的最大的发动机扭矩减小速率相对应。
在自动启动发动机112之后，可将AFS电流恢复至正常的操作电流。然而，AFS电流的快速增大会导致电力网电压减小。此外，电机114对扭矩变化做出的响应可比发动机12对扭矩变化做出的响应更快。响应于电力网电压的减小，可增大电机扭矩，这使发动机转速下降导致驾驶员意识到车速可能会减小。在这种情况下，发动机112上的扭矩负载会比发动机扭矩增大更快地增大，从而导致发动机转速减小。
当将AFS 120恢复至正常的操作电流时，可控制AFS电流以防止不期望的发动机转速变化。可以使AFS电流以预定增大变化率增大。在一些配置中，可以使AFS需求电流在预定量的时间内斜坡上升到正常的操作电流。预定量的时间可基于发动机扭矩增大的响应时间来确定。例如，增大速率可以是基于最大的发动机扭矩增大速率的。预定增大变化率可与发动机控制系统能够实现的最大的发动机扭矩增大速率相对应。
图4描绘了AFS需求电流相对于发动机启停状态的曲线图。例如，当发动机112处于运行状态时，AFS 120能够以高达正常操作水平404的电流水平进行操作。当允许正常操作水平404时，AFS功能可以被完全支持。正常操作水平404可取决于方向盘操作以及何时需要AFS操作。当发动机112处于准备发动机自动停止的状态时，可开始AFS电流减小阶段400。在AFS电流减小阶段400之后，AFS电流可被限制在受限操作水平406。在发动机处于自动停止状态时可使受限操作水平406延续。
在发动机自动启动之后，可开始电流增大阶段402。电流增大阶段402可以是电流以预定增大速率到正常操作水平404的线性斜坡上升。
图5描绘了可选的AFS需求电流相对于发动机启停状态的曲线图。当发动机处于运行状态时，AFS 120能够以高达正常操作水平508的电流水平进行操作。当允许正常操作水平508时，AFS功能可以被完全支持。正常操作水平508可取决于方向盘操作以及何时需要AFS操作。当发动机112处于准备发动机自动停止的状态时，可开始AFS电流减小阶段500。在AFS电流减小阶段500之后，AFS电流可被限制在受限操作水平510。可在发动机处于自动停止状态时使受限操作水平510延续。在发动机112自动启动之后，可开始第一电流增大阶段502，随后是中间电流水平504。第一电流增大阶段502可以是AFS电流以第一预定增大速率上升至中间电流水平504的线性斜坡上升。在中间电流水平504之后可以是第二电流增大阶段506。第二电流增大阶段506可以是电流以第二预定增大速率上升至正常操作水平508的线性斜坡上升。第一预定增大速率可以与第二预定增大速率不同。在一些配置中，第一预定增大速率可大于第二预定增大速率。这可允许AFS电流被快速增大到允许一些AFS功能的受限AFS支持水平。
图6描绘了可在AFS控制器154中实现的可行操作顺序的流程图。在操作600处，车辆处于发动机自动停止状态。在操作602处，可检查发动机112是否正在运行以及电机114是否正在产生电能(例如，发动机和发电机正在运行)。如果发动机和发电机正在运行，则可执行操作604。如果发动机或发电机不运行，则可重复操作602。
在操作604处，可以使AFS电流以预定增大速率上升至请求的需求电流。电流的增大可以是线性的增大或斜坡上升。在一些配置中，电流的增大可在不同的电流增大阶段具有不同的增大速率。预定增大速率可以是基于最大的发动机扭矩增大速率的。在操作606处，可进行检查以确定电流增大是否完成。该检查可以基于预定量的时间的到期或者AFS电流大于或等于阈值K1。该阈值可以是AFS系统的取决于转向系统操作的请求的需求电流。如果电流增大完成，则可执行操作608。如果电流增大未完成，则执行可返回到操作604。
在操作608处，可实现AFS完全支持。可以使AFS 120以高达最大的AFS操作电流的电流操作，并且可实现完全的AFS功能。在操作610处，可检查即将发生发动机自动停止的条件。即将发生发动机自动停止的条件可包括车辆减速至小于预定速度阈值的速度、制动系统的应用和/或来自动力传动系统控制器的状态指示。如果未满足即将发生发动机自动停止的条件，则执行可返回到操作608。如果满足即将发生发动机自动停止的条件，则可执行操作612。
在操作612处，可以使AFS电流以预定减小速率减小到最小电流值。预定减小速率可以是基于最大的发动机扭矩减小速率的。在操作614处，可执行检查以确定电流减小是否完成。该检查可以基于预定量的时间的到期或AFS电流变为小于或等于预定电流限制K2。如果AFS电流减小未完成，则执行可返回到操作612。如果AFS电流减小完成，则可执行操作616。在操作616处，可完成发动机自动停止。随后，操作可返回到操作600。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、光盘、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述处理、方法或算法可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或任何其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合被整体或部分地实现。
尽管上面描述了示例性实施例，但并不意在这些实施例描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (11)

1.一种车辆，包括：
发动机；
主动前轮转向系统，包括电致动器；
控制器，被配置为：响应于在电致动器的需求电流超过预定电流时接收到将发动机转换至自动停止状态的请求，在将发动机转换至自动停止状态之前使所述需求电流以对应于最大的发动机扭矩减小速率的预定速率减小至所述预定电流。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，控制器还被配置为：响应于车辆减速至小于预定速度的速度，使所述需求电流以所述预定速率减小。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述预定电流是防止转换至自动启动状态的电流水平。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述预定速率使得在预定时间段内完成所述需求电流的减小。
5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述预定时间段随着当前操作电流与所述预定电流之间的差的减小而减小。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，控制器还被配置为：响应于所述需求电流达到所述预定电流，将发动机转换至自动停止状态。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述预定电流是允许将发动机转换至自动停止状态的电流水平。
8.一种车辆，包括：
发动机；
主动前轮转向系统，包括电致动器；
控制器，被配置为：响应于在发动机自动启动期间电致动器的需求电流被限制在预定水平，在完成自动启动之后，在预定时间段内使电致动器的需求电流以对应于最大的发动机扭矩增大速率的预定增大速率增大至需求电流请求的水平。
9.如权利要求8所述的车辆，其中，控制器还被配置为：响应于与发动机连接的发电机处于提供电能的操作模式，使所述需求电流增大。
10.如权利要求8所述的车辆，其中，控制器被配置为：在预定时间段内以所述预定增大速率使电致动器的电流增大至所述需求电流请求的水平。
11.一种用于控制车辆中的主动前轮转向系统的电致动器的需求电流的方法，包括：
响应于发动机自动停止请求，通过控制器使电致动器的需求电流以预定速率减小，以防止发动机转速上升，其中，所述预定速率是基于最大的发动机扭矩减小速率的；以及通过发动机控制器以所述最大的发动机扭矩减小速率使发动机的扭矩减小。
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