CN108799359A - 用于车辆的车辆推进系统和方法 - Google Patents

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Abstract

车辆推进系统包括：包括曲轴并且适于产生转矩的发动机、输出指示曲轴的旋转位置的信号的曲轴传感器、具有连接到发动机的离合器以接收来自发动机的转矩的变速器、连接到变速器以接收来自变速器的转矩的驱动构件，以及基于来自曲轴传感器的信号来命令离合器的操作，用于当发动机速度从升高的转速变化到低或零转速以及从低或零转速变化到升高的转速时控制发动机压缩脉冲干扰的控制器。

Description

用于车辆的车辆推进系统和方法
技术领域
本公开涉及用于车辆的车辆推进系统和方法。
引言
本引言通常呈现本公开的背景。当前署名的发明人的工作就其在该引言所描述的以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言既不明确地也不隐含地被认可为是本公开的现有技术。
为了使怠速燃料消耗最小化，当车辆怠速时，一些车辆推进系统选择性地切断向内燃机供应燃料和火花。随着在发动机停止过程中发动机转速降低，在四冲程发动机中，每个汽缸在压缩冲程期间倾向于捕获和压缩一定体积的空气。在活塞在达到汽缸上止点后进行反向的压缩冲程之后，高压空气的截留体积膨胀并在燃烧冲程中对活塞施加力。当发动机从怠速减缓到完全停止时，这种压缩和膨胀导致发动机转速曲线中的加速度、变化、颠簸或“急动”。换句话说，发动机转速曲线不完全平滑。结果，这种急动可能导致不希望的振动。此外，在谐振或谐波频率附近的频率范围内的振动可以放大振动，使得它们可能被车辆乘员感觉到。类似的问题出现在多种类型的发动机中，包括例如柴油或其他类型的发动机，而不受限制。
发明内容
在一个示例性方面，车辆推进系统包括：包括曲轴并且适于产生转矩的发动机、输出指示曲轴的旋转位置的信号的曲轴传感器、具有连接到发动机的离合器以接收来自发动机的转矩的变速器、连接到变速器以接收来自变速器的转矩的驱动构件，以及基于来自曲轴传感器的信号在发动机的操作状况与发动机停止状况之间的转换期间命令离合器的操作的控制器。
在另一个示例性方面，控制器响应于来自曲轴传感器的信号命令离合器的操作，所述信号指示发动机内的汽缸内的活塞的预定位置。
在另一个示例性方面，控制器控制离合器操作以启动离合器以减小发动机转速曲线中的脉冲。
在另一个示例性方面，发动机还包括连接到曲轴的汽缸中的活塞，并且其中控制器命令离合器的操作在活塞的压缩冲程和燃烧冲程中的一个期间接合。
在另一个示例性方面，曲轴传感器信号包括在活塞的燃烧冲程和压缩冲程中的一个中的相对于汽缸内的活塞的上止点的绝对发动机位置。
在另一个示例性方面，控制器通过在上止点之前命令致动离合器预定量的时间来补偿液压离合器控制系统中的固有延迟。
在另一个示例性方面，控制器命令离合器的操作，使得离合器仅部分接合。
在另一个示例性方面，控制器命令离合器以超过预定发动机转速的速度操作。
在另一个示例性方面，预定发动机转速对应于发动机转速的预定范围内的较低的发动机转速。
在另一个示例性方面，发动机转速的预定范围对应于其中多个脉冲的频率接近推进系统的谐振或谐波频率的范围。
以这种方式，可以可靠地使用由曲轴传感器产生的信号来协调变速器离合器的应用，以在发动机在运行速度和完全停止之间转换时消除和/或减少发动机转速曲线中的脉冲，无论它是在发动机停止过程或发动机启动过程期间，不受限制。
此外，即使在可以具有一个或多个电动马达的混合动力型车辆推进系统中，其可以用于在发动机停止或起动过程期间调整发动机转速曲线，变速器离合器的使用可以进一步补充电动马达控制发动机转速曲线的能力。这对于轻度混合型车辆推进系统可能特别有帮助，所述车辆推进系统可以包括与具有更大功率的马达的强混合动力相比具有减小的容量的电动马达。离合器协助去除或消除发动机转速曲线中的脉冲可以使得能够使用较小的电动马达和电池。
此外，即使在不存在诸如非混合动力型车辆推进系统的电动马达的情况下，发动机停止或起动过程期间的发动机转速曲线中的脉冲减少也可以得到改善。与非混合动力推进系统相比，混合动力推进系统的需求增加。例如，混合动力推进系统不仅需要电动马达，而且这些系统还需要更高电压的电气系统和能量存储系统来支持使用这些电动马达。本发明提供了在非混合动力推进系统的发动机停止或起动过程期间减少发动机转速曲线中的脉冲的能力，从而避免了混合动力推进系统的额外复杂性和成本。
另外，通过减少发动机转速曲线中的脉冲来通过将来自发动机的能量转换成变速器内的离合器中的热量，从而可以更快速地增加变速器中的温度以使其达到最佳操作温度。然后这为变速器提供额外的热源，这可以进一步改善车辆的总体燃料经济性。
根据下面提供的详细描述，本公开的其他应用领域将变得显而易见。应该理解的是，详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从包括权利要求的详细描述以及结合附图时的示例性实施例中显而易见。
附图说明
根据详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：
图1是根据本发明的示例性车辆推进系统的示意性杠杆图；
图2是示出发动机停止过程期间的示例性发动机转速曲线的图示；
图3是示出根据本发明的示例性变速器离合器控制的图示；以及
图4是根据本发明的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的示例性车辆推进系统100的示意性杠杆图；系统100包括发动机102和变速器104。控制器106执行示例性方法108以在发动机停止或起动过程期间减轻发动机转速曲线中的脉冲。控制器106通过控制变速器104中的一个或多个离合器的致动来减缓脉冲。虽然图1示出了作为示例性实施例的六速自动变速器，但是推进系统100可以包括任何类型的变速器，例如双离合器变速器或具有任何数量的可用传动比的任何其他类型的自动变速器，其包括在无限制地接合时能够减慢发动机转速的可控制的离合器。
变速器104包括第一行星齿轮组110、第二行星齿轮组112和第三行星齿轮组114。变速器104还包括第一离合器116、第二离合器118、第三离合器120、第四离合器122和第五离合器124。发动机102包括曲轴126和曲轴传感器(未示出)。发动机102经由曲轴126将输入转矩传递至变速器104。发动机102可以选择性地关闭以减少怠速燃料消耗并且在适当时重新启动。变速器104包括连接到驱动构件(未示出)的输出轴128。输出轴128向驱动构件提供输出转矩用于推进车辆。该变速器还包括多个接地点130，其可以代表与诸如变速器壳体等静止部分的连接而不受限制。
控制变速器104中的离合器的操作的控制器106可以被配置为基于微处理器的设备，并且可以是单个处理器或可以跨控制器的分布式网络共享处理和控制。包括在网络上分布的那些控制器的控制器的任何组合或配置(单数或复数)可以体现控制器106而不受限制。例如，在一个示例性实施例中，控制器106可以形成通过控制器区域网络(CAN)与发送控制模块(TCM)通信的发动机控制模块(ECM)的组合。
在一个示例性模式中，控制器106可以控制第二离合器118和第四离合器122的致动，使得来自这些离合器的摩擦与发动机曲轴126的旋转相反，由此可控地降低发动机102的速度。以类似的方式，在替代示例性模式中，控制器106可以控制第三离合器120和第一离合器116的致动，使得来自这些离合器的摩擦起作用以提供与发动机曲轴126的旋转相反的转矩，由此可控地降低发动机102的速度。通过控制器106在变速器中的离合器的接合的任何组合起作用以减慢发动机102的旋转，而不受限制地形成本发明的示例性实施例。
在示例性模式中，控制器106可以控制离合器的致动，使得它们“成羽状排列”，这对应于精确控制的滑动率和滑动率变化。通常，离合器“接地”，使得它们相对于固定元件(例如变速箱)控制滑动。
此外，虽然详细描述描述了在发动机停止过程期间使用的本发明，但应理解的是，本发明在发动机启动过程期间也是适用的。无论发动机转速曲线是下降还是上升，控制器都控制离合器以减少速度曲线中的发动机干扰。
在一个示例性实施例中，本发明可基于从曲轴传感器接收的脉冲的频率(由此指示发动机转速)来同步离合器施加/释放，并且控制一个离合器或多个离合器以提供周期性抗干扰脉冲串来使用开环控制系统抵消或取消发动机转速干扰。在又一个示例性实施例中，控制器可以基于在曲轴传感器信号中接收到的每个脉冲来控制反馈控制器中的离合器的施加和释放。此外，控制器可以利用依赖于曲轴传感器信号频率的前馈方案来调整施加幅度和同步。
图2是示出发动机停止过程期间的示例性发动机转速曲线的图示200。水平轴线202表示时间的流逝，并且垂直轴线204表示发动机转速。在发动机停止过程期间的发动机转速可以在时间208以怠速206开始。在时间212，第一发动机转速曲线210使发动机的速度从怠速206快速下降到完全停止。在具有强大的混合推进系统的车辆中，发动机转速的这种快速下降可能是可能的，该混合动力推进系统依赖于功率相对强大的电动马达。然而，这样的推进系统需要相当高的电压系统，这在许多车辆推进系统中可能是不可用的。发动机转速急剧下降的另一个限制是推进系统损坏的可能性。快速降低发动机转速可能会让减震器上的弹簧从底部穿出，从而导致损坏。
第二发动机转速曲线214包括比第一发动机转速曲线210更缓慢的发动机转速下降。然而，第二发动机转速曲线214包括发动机的加速度变化的脉冲216，并且在这种情况下，发动机转速在脉冲216期间暂时增加。如前所述，发动机停止过程期间发动机转速加速的这种变化的原因通常归因于发动机曲轴旋转时发动机汽缸内的一定体积的空气的压缩和随后的膨胀。一定体积的空气的这种压缩倾向于阻止活塞在汽缸内的运动，这可能与发动机的旋转相反。在压缩之后并且在活塞到达汽缸上止点之后，压缩空气膨胀并对活塞施加力，这可能导致发动机转速的加速。该脉冲216可能导致推进系统中的可能由车辆乘客感觉到的振动，这可能是不期望的。
第三发动机转速曲线218包括比第一发动机转速曲线210或第二发动机转速曲线214更缓慢的发动机转速下降。如明确所示，第三发动机转速曲线218包括多个脉冲220。如上所述，脉冲220通常归因于发动机旋转时发动机汽缸内的气体的压缩和膨胀，并且特别是当每个汽缸在压缩冲程和膨胀(或燃烧)冲程之间转换时。单独地，任何单个脉冲220可能不足以引起可能被车辆乘员注意到的推进系统中的振动。然而，发动机转速曲线218中的一系列脉冲220可能导致可能接近推进系统的谐振频率或谐波频率的加速频率。在这种情况下，多个脉冲220可能具有导致不希望的加速度放大的频率，这会增加振动直到其可能被车辆乘员检测到为止。例如，在具有大约600转每分钟(RPM)的怠速的示例性推进系统中，可能导致不希望的振动幅度的频率范围可能在大约350RPM和250RPM的发动机转速之间。在发动机转速范围内发生的发动机转速曲线218中的多个脉冲220可能导致推进系统振动的不期望的激励。相反，第二发动机转速曲线214中的单脉冲216可能不会在该谐振频率区域内引起激励。期望消除或减少脉冲216和220以最小化和/或防止振动产生并传递到车辆的乘客。
图3是示出根据本发明的示例性变速器离合器控制的图示；控制系统和方法提供了包括多个阶段的离合器控制方案302。图示300还示出了离合器压力306，该离合器压力306对应于由相应的离合器产生的阻力和/或摩擦的量。方案302的第一阶段304控制离合器处于释放配置，使得离合器压力306最小或基本为零。控制器接收来自发动机曲轴传感器的信号并且基于该信号能够确定发动机中汽缸的接近燃烧冲程(即，活塞将要通过上止点)。作为响应，控制器命令离合器控制方案302转换到分阶段308。在分阶段308中，离合器压力增加到其中离合器非常接近接合位置的配置。换句话说，分阶段308进入将离合器置于准备好快速接合但尚未接合的配置中。可以基于多个因素，例如液压油的温度来校准分级的级别。或者，控制器可以响应于发动机正准备启动发动机停止过程的消息或信号而命令进入分阶段308。
当曲轴传感器向控制器提供指示进入发动机汽缸的燃烧冲程(例如，上止点)的信号时，控制器命令离合器控制方案302转变为应用阶段310。在应用阶段310期间，离合器压力306增加，从而施加阻力或摩擦，该阻力或摩擦与从发动机接收的转矩相反，使得发动机转速曲线中的脉冲减小和/或被阻止。在一个优选实施例中，没有完全应用离合器，相反，离合器“成羽状排列”或仅轻微应用，使得摩擦仅足以减小脉冲并且不足以完全接合、锁定或“结合“离合器。
如图3所示，在进入离合器控制方案302中的应用阶段310和离合器压力306充分上升以实际应用离合器之间存在固有的延迟。这种延迟是由于液压离合器系统的固有特性。在一个优选实施例中，控制器通过在相应的活塞转换经过上止点之前足够长的时间进入应用阶段310来预测和补偿该延迟，这能够实现离合器的实际应用与燃烧冲程一致。
图3包括第三发动机转速曲线218的对应部分。在没有应用离合器的情况下，发动机转速曲线218将包括脉冲220。然而，离合器的应用导致经修正的发动机转速曲线312，其使轮廓312的脉冲220最小化和/或消除脉冲220。当由曲轴传感器指示的发动机位置移动经过燃烧冲程时，控制器然后可以命令离合器控制方案302将离合器压力306释放回到分级配置，该分级配置将离合器保持在就绪状态以供下一次应用时燃烧进入或放入完全释放的配置。
此外，响应于发动机转速下降到预定阈值以下，控制器可以完成释放离合器。例如，一旦发动机转速下降到邻近或接近一个或多个激励频率的速度范围以下，可能不必减缓脉冲。
如前所述，发动机转速曲线中的脉冲(一个或多个)220的起因通常归因于发动机汽缸内的空气的压缩和膨胀。众所周知，气体的压缩和膨胀与由曲轴传感器指示的发动机的位置直接相关。以这种方式，由曲轴传感器产生的信号可以可靠地用于协调变速器离合器的应用，以在发动机停止过程期间消除和/或减少发动机转速曲线中的脉冲。在优选实施例中，曲轴传感器提供指示位于发动机内的其相应汽缸中的上止点处的活塞的信号。
图4是根据本发明的示例性方法的流程图400。该方法从步骤402开始并继续到步骤404。在步骤404中，该方法确定是否正在启动发动机停止过程。如果在步骤404中该方法确定正在启动发动机停止过程，则该方法继续到步骤406。但是，如果在步骤404中该方法确定发动机停止过程未正被启动，则该方法继续到该方法停止的步骤424中。在步骤406中，该方法将变速器中的离合器分级以使其准备快速接合，然后该方法继续至步骤408。可选地，并且未示出，该方法还可以包括在继续之前确认分级的步骤。在步骤408中，该方法从曲轴传感器接收信号并且继续到步骤410。在步骤410中，该方法基于曲轴传感器信号确定发动机转速是否低于预定阈值。如果在步骤410中该方法确定发动机转速不低于阈值，则该方法继续至步骤412。然而，如果在步骤410中，该方法确定发动机转速低于阈值，则该方法继续到该方法停止的步骤424中。
在步骤414中，该方法确定曲轴传感器信号是否指示对应于发动机内的汽缸内的活塞的上止点位置的发动机位置。如果在步骤414中该方法确定曲轴位置信号指示对应于上止点的发动机位置，则方法继续至步骤416。在步骤416中，该方法应用离合器并继续至步骤420。然而，如果在步骤414中，该方法确定曲轴位置信号指示不对应于发动机内的汽缸的燃烧冲程的发动机位置，则该方法返回到步骤408。
在步骤420中，该方法确定曲轴传感器信号是否继续指示发动机位置对应于发动机内的汽缸的燃烧冲程。如果在步骤420中该方法确定曲轴位置信号继续指示对应于发动机内的汽缸的燃烧冲程的发动机位置，则该方法返回到步骤416。然而，如果在步骤420中该方法确定曲轴位置信号不指示对应于发动机内的汽缸的燃烧冲程的发动机位置，则该方法返回到步骤408。
该描述本质上仅仅是说明性的，绝非意图限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以通过各种形式来实现。虽然本发明包括了特定示例，但是本发明的真实范围不应该局限于此，因为在研读了附图、说明书和所附权利要求书之后可以发现其他修改。

Claims (10)

1.一种车辆推进系统，所述系统包括：
包括曲轴并适于产生转矩的发动机；
输出指示所述曲轴的旋转位置的信号的曲轴传感器；
具有连接到所述发动机的离合器以接收来自所述发动机的转矩的变速器；
连接到所述变速器以接收来自所述变速器的转矩的驱动构件；以及
在所述发动机运转状态和发动机停止状态之间的转换期间基于来自所述曲轴传感器的所述信号来命令所述离合器的操作的控制器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器响应于来自所述曲轴传感器的所述信号命令所述离合器的操作，所述信号指示所述发动机内的汽缸内的活塞的预定位置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器控制所述离合器操作以启动所述离合器以减小发动机转速曲线中的脉冲。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述发动机还包括连接到所述曲轴的汽缸中的活塞，并且其中所述控制器命令所述离合器的操作在所述活塞的压缩冲程和燃烧冲程中的一个期间接合。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述曲轴传感器信号包括在所述活塞的燃烧冲程和压缩冲程中的一个中的相对于汽缸内的活塞的上止点的绝对发动机位置。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器通过在上止点之前命令致动所述离合器预定量的时间来补偿液压离合器控制系统中的固有延迟。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器命令所述离合器的操作，使得所述离合器仅部分接合。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器命令所述离合器以超过预定发动机转速的速度操作。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述预定发动机转速对应于发动机转速的预定范围内的较低的发动机转速。
10.根据权利要求9所述的系统，其中发动机转速的所述预定范围对应于其中多个脉冲的频率接近所述推进系统的谐振频率的范围。
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