CN111692033A - 用于起动混合动力车辆的方法和系统 - Google Patents

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CN111692033A CN202010142999.9A CN202010142999A CN111692033A CN 111692033 A CN111692033 A CN 111692033A CN 202010142999 A CN202010142999 A CN 202010142999A CN 111692033 A CN111692033 A CN 111692033A
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CN
China
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rotation
electric machine
power
motor
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拉尔斯·尼克拉斯·皮特森
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开提供了“用于起动混合动力车辆的方法和系统”。描述了用于操作包括发动机和集成式起动机/发电机的车辆的系统和方法。在一个示例中，电机的扭矩输出经由旋转比改变装置而增大，以减少发动机起动期间的发动机噪声和振动。在所述发动机起动之后，调整所述旋转比改变装置，使得所述发动机和所述电机以相同转速旋转。

Description

用于起动混合动力车辆的方法和系统
技术领域
本说明书涉及用于混合动力车辆的方法和系统，所述混合动力车辆包括用于推进车辆并起动发动机的集成式起动机/发电机。
背景技术
混合动力车辆可以包括低压发动机起动机和集成式起动机发电机。低压发动机起动机具有在发动机起动期间转动起动和旋转发动机的唯一功能。集成式起动机/发电机可以向车辆传动系提供推进力，并且它还可以将车辆的动能再生为可以存储在车辆上的电能。集成式起动机/发电机还可以用于起动发动机，但是经由集成式起动机/发电机转动起动发动机可能会增加传动系噪声和振动。同时包括低压起动机和集成式起动机/发电机会增加系统成本和重量。因此，可能希望从车辆中移除低压起动机；然而，为了从系统中移除低压起动机，可能希望找到一种方式来减少当应用集成式起动机/发电机起动发动机时的传动系噪声和振动。
发明内容
本文的发明人已经认识到上述问题并且已经开发出一种动力传动系统操作方法，所述动力传动系统操作方法包括：经由直接联接到旋转比改变装置的电机旋转发动机，所述旋转比改变装置在传动系中位于所述发动机与所述电机之间；以及在起动所述发动机之后所述发动机运行时经由所述旋转比改变装置调整电机旋转与发动机旋转的比率。
通过调整在传动系中位于所述发动机与所述电机之间的旋转比改变装置的比率，可以提供减少经由所述电机转动起动发动机期间的传动系噪声和振动的技术结果。具体地，可以调整所述旋转比改变装置的所述比率以相对于电机旋转减少发动机旋转次数，使得可以经由所述电机向所述发动机施加较高扭矩。较高扭矩可能有助于减少发动机转动起动振动和噪声。此外，可以用较小的电机来起动发动机，从而可以降低系统成本。
本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可以经由集成式起动机/发电机改善发动机起动。此外，所述方法可以通过经由集成式起动机/发电机而无需经由起动机马达起动发动机来降低系统成本。此外，所述方法可以减少当经由集成式起动机/发电机转动起动发动机时的传动系噪声和振动。
通过单独或结合附图来看以下具体实施方式部分，将容易明白本说明书的上述优点和其他优点以及特征。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式部分中进一步描述的一系列概念。这不意味着表示所要求保护的主题的关键或基本特征，所述主题的范围由在具体实施方式之后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过单独或参考附图阅读本文中称为具体实施方式的实施例的示例，将更全面地理解本文所述的优点，在附图中：
图1是发动机的示意图；
图2是第一车辆传动系的示意图；
图3是第二车辆传动系的示意图；
图4示出了根据图5的方法的示例性发动机起动序列；
图5示出了用于操作传动系和起动发动机的方法；并且
图6A和图6B示出了经由ISG的发动机转动起动扭矩。
具体实施方式
本说明书涉及操作混合动力车辆，所述混合动力车辆包括发动机，所述发动机可以自动停止(例如，发动机可以经由控制器响应于车辆工况而停止，而无需人类或自主驾驶员经由专用输入具体请求发动机停止，所述专用输入具有用于停止和起动发动机的一个或多个唯一功能，诸如按钮或按键开关)和自动起动(例如，发动机可以经由控制器响应于车辆工况而起动，而无需人类或自主驾驶员经由专用输入具体请求发动机起动，所述专用输入具有用于停止和起动发动机的一个或多个唯一功能，诸如按钮或按键开关)。所述方法包括改变旋转比改变装置的比率以改善发动机转动起动和起动。发动机可以为图1中所示的类型。如图2和图3中所示，发动机可以包括在传动系中。车辆可以根据图4的序列进行操作。车辆可以根据图5的方法进行操作以降低发动机起动的发动机转动起动期间的传动系噪声和振动的可能性。发动机可以经由提供扭矩的ISG来转动起动，如图6A和图6B中所示。
参考图1，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，所述内燃发动机包括多个气缸，其中一个气缸在图1中示出。控制器12从图1至图3中所示的各种传感器接收信号。控制器采用图1至图3中所示的致动器以基于所接收的信号和存储在控制器12的存储器中的指令来调整发动机和传动系或动力传动系统操作。
发动机10由气缸盖35和缸体33组成，所述缸体包括燃烧室30和气缸壁32。活塞36位于其中并且经由与曲轴40的连接来进行往复运动。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。任选的起动机96(例如，低压(以小于30伏进行操作的)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以经由螺线管93选择性地推进小齿轮95以接合环形齿轮99。任选的起动机96可以直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动机96可以经由皮带或链条选择性地向曲轴40供应功率。在一个示例中，当起动机96未接合到发动机曲轴40和飞轮环形齿轮99时，起动机96处于基本状态。
燃烧室30被示为经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。进气门52可以由气门激活装置59选择性地激活和停用。排气门54可以由气门激活装置58选择性地激活和停用。气门激活装置58和59可以是机电装置。
直接燃料喷射器66被示为定位成将燃料直接喷射到气缸30中，这是所属领域技术人员已知的直接喷射。进气道燃料喷射器67被示为定位成将燃料喷射到气缸30的进气道中，这是所属领域技术人员已知的进气道喷射。燃料喷射器66和67与由控制器12提供的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未示出)的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66和67。
另外，进气歧管44被示为与涡轮增压器压缩机162和发动机进气装置42连通。在其他示例中，压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161将涡轮增压器涡轮164机械地联接到涡轮增压器压缩机162。任选的电子节气门62调整节流板64的位置以控制从压缩机162到进气歧管44的气流。因为节气门62的入口在增压室45内，所以增压室45中的压力可以被称为节气门入口压力。节气门出口在进气歧管44中。在一些示例中，节气门62和节流板64可以被定位在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。压缩机再循环阀47可以选择性地调整到完全打开与完全关闭之间的多个位置。废气门163可以经由控制器12进行调整以允许排气选择性地绕过涡轮164以控制压缩机162的转速。空气滤清器43清洁进入发动机进气装置42的空气。
无分电器点火系统88响应于控制器12而经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用排气氧(UEGO)传感器126被示为在三元催化器70上游联接到排气歧管48。可选地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。
在一个示例中，催化器70可以包括多个砖和三元催化剂涂层。在另一个示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置都具有多个砖。
控制器12在图1中被示为常规微计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106(例如，非暂时性存储器)、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。控制器12被示为除了接收先前所讨论的那些信号之外还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到加速踏板130(例如，人/机接口)以用于感测由人类驾驶员132施加的力的位置传感器134；联接到制动踏板150(例如，人/机接口)以用于感测由人类驾驶员132施加的力的位置传感器154；来自联接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量结果；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量结果；以及来自传感器68的节气门位置的测量结果。还可以感测大气压力(传感器未示出)以供控制器12处理。在本说明书的优选方面，曲轴每旋转一转，发动机位置传感器118就产生预定数量的等距脉冲，据此可以确定发动机转速(RPM)。
控制器12还可以从人/机接口11接收输入。起动或停止发动机或车辆的请求可以经由人类生成并输入到人/机接口11。人/机接口11可以是触摸屏显示器、按钮、按键开关或其他已知的装置。
在操作期间，发动机10内的每个气缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般来讲，排气门54关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30中，并且活塞36移动到气缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近气缸底部并且处于其冲程终点(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)的位置通常被所属领域技术人员称为下止点(BDC)。
在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向气缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程终点并且最靠近气缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的点通常被所属领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文被称为点火的过程中，由诸如火花塞92的已知点火装置点燃所喷射燃料，从而导致燃烧。
在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转功率。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到TDC。应当注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。
图2是包括动力传动系统或传动系200的车辆225的框图。图2的动力传动系统包括图1中所示的发动机10。动力传动系统200被示为包括车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254、能量存储装置控制器253和制动器控制器250。这些控制器可以通过控制器局域网(CAN)299进行通信。这些控制器中的每一者可以向其他控制器提供信息，诸如功率输出极限(例如，不应超过的被控制的装置或部件的功率输出)、功率输入极限(例如，不应超过的被控制的装置或部件的功率输入)、被控制的装置的功率输出、传感器和致动器数据、诊断信息(例如，关于劣化的变速器的信息、关于劣化的发动机的信息、关于劣化的电机的信息、关于劣化的制动器的信息)。此外，车辆系统控制器255可以向发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250提供命令，以实现驾驶员输入请求和基于车辆工况的其他请求。
例如，响应于驾驶员释放加速踏板和车辆速度，车辆系统控制器255可以请求所需的车轮功率或车轮功率水平以提供所需的车辆减速率。所请求的所需车轮功率可以通过车辆系统控制器255向电机控制器252请求第一制动功率和向发动机控制器12请求第二制动功率来提供，第一功率和第二功率提供车轮216处的所需传动系制动功率。车辆系统控制器255还可以经由制动器控制器250请求摩擦制动功率。因为制动功率使传动系和车轮旋转减慢，所以它们可以被称为负功率。正功率可以维持或加速传动系和车轮旋转。
在其他示例中，控制动力传动系统装置的划分可以与图2中所示不同的方式进行划分。例如，单个控制器可以取代车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250。可选地，车辆系统控制器255和发动机控制器12可以是单个单元，而电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250是独立的控制器。
在该示例中，动力传动系统200可以由发动机10和/或电机240供电。发动机10可以经由图1中所示的任选的发动机起动系统或经由也被称为集成式起动机/发电机的传动系集成式起动机/发电机(ISG)240起动。传动系ISG 240(例如，高压(以大于30伏操作的)电机)也可以被称为电机、马达和/或发电机。此外，发动机10的功率可以经由诸如燃料喷射器、节气门等的功率致动器204来调整。
双向DC/DC转换器281可以将电能从高压总线274传递到低压总线273，反之亦然。低压电池280电联接到低压总线273。电能存储装置275电联接到高压总线274。低压电池280选择性地向起动机马达96供应电能。
发动机输出功率可以通过双质量飞轮215传输到动力传动系分离离合器235的输入侧或第一侧。分离离合器236可以是电致动或液压致动的。分离离合器236的下游侧或第二侧234被示为经由轴237机械地联接到变矩器泵轮285。当发动机10向车轮216供应功率时，分离离合器236可以完全闭合。当发动机10停止(例如，不燃烧燃料)时，分离离合器236可以完全打开。
变矩器206包括涡轮286以将功率输出到轴241。输入轴241将变矩器206机械地联接到ISG 240。变矩器206还包括变矩器旁路锁止离合器212(TCC)。当TCC被锁定时，功率从泵轮285直接传递到涡轮286。TCC由控制器12电操作。可选地，TCC可以是液压锁定的。在一个示例中，变矩器可以被称为变速器的部件。扭矩可以经由流体从泵轮285传递到涡轮286。
当变矩器锁止离合器212完全脱离接合时，变矩器206经由变矩器涡轮286与变矩器泵轮285之间的流体传递将发动机功率传输到自动变速器208，反之亦然，由此实现扭矩倍增。相比之下，当变矩器锁止离合器212完全接合时，发动机输出功率可以经由变矩器离合器直接传递到ISG 240的输入轴241。可选地，变矩器锁止离合器212可以部分地接合，由此使得能够调整直接传递到ISG的发动机扭矩的量。变速器控制器254可以被配置为通过响应于各种发动机工况或者根据基于驾驶员的发动机操作请求调整变矩器锁止离合器来调整由变矩器212传输的扭矩的量。
变矩器206还包括泵283，所述泵对流体加压以操作分离离合器236、前进离合器210和挡位离合器211。泵283经由泵轮285驱动，所述泵轮以与ISG 240相同的转速旋转。
ISG 240可以被操作以向动力传动系统200提供功率，或者在再生模式中将动力传动系统功率转换成电能以便存储在电能存储装置275中。ISG 240与能量存储装置275电通信。ISG 240具有比图1中所示的起动机96更高的输出功率容量。此外，ISG 240直接驱动动力传动系统200或由动力传动系统200直接驱动。不存在将ISG 240联接到动力传动系统200的皮带、齿轮或链条。更确切地，ISG 240以与动力传动系统200相同的速率旋转。电能存储装置275(例如，高压电池或电源)可以是电池、电容器或电感器。ISG 240的下游侧机械地联接到自动变速器208的输入轴270。ISG 240的上游侧机械地联接到变矩器206的涡轮286。ISG 240可以经由如电机控制器252所指示充当马达或发电机来向动力传动系统200提供正功率或负功率。
ISG 240可以使涡轮286旋转，所述涡轮继而可以使泵轮285旋转以在发动机起动期间起动发动机10。当传动系分离离合器236完全闭合时，变矩器206可以使ISG 240的转矩倍增以使发动机10旋转。因此，ISG 240的扭矩可以在发动机起动期间经由变矩器206增加以使发动机10旋转。当ISG 240正在转动起动发动机10时，TCC 212可以完全打开，使得ISG240的扭矩可以倍增。可选地，当ISG 240正在转动起动发动机10以管理到发动机10的扭矩传递时，TCC 212可以部分地打开。在发动机转动起动期间，ISG 240可以比发动机10更大的转速旋转。
自动变速器208包括挡位离合器(例如，挡位1至10)211和前进离合器210。自动变速器208是固定齿轮比变速器。可选地，变速器208可以是具有模拟固定齿轮比变速器和固定齿轮比的能力的无级变速器。挡位离合器211和前进离合器210可以选择性地接合，以改变输入轴270的实际总转数与车轮216的实际总转数的比率。挡位离合器211可以通过经由换挡控制电磁阀209调整供应到离合器的流体来接合或脱离接合。来自自动变速器208的功率输出也可以经由输出轴260传递到车轮216以推进车辆。具体地，自动变速器208可以在将输出驱动功率传输到车轮216之前，响应于车辆行进状况而在输入轴270处传递输入驱动功率。变速器控制器254选择性地激活或接合TCC 212、挡位离合器211和前进离合器210。变速器控制器还选择性地停用或脱离接合TCC 212、挡位离合器211和前进离合器210。
此外，可以通过接合摩擦车轮制动器218将摩擦力施加到车轮216。在一个示例中，摩擦车轮制动器218可以响应于人类驾驶员将他们的脚压在制动踏板(未示出)上和/或响应于制动器控制器250内的指令而接合。另外，制动器控制器250可以响应于由车辆系统控制器255做出的信息和/或请求而施加制动器218。通过相同方式，可以通过响应于人类驾驶员将他们的脚从制动踏板释放、制动器控制器指令和/或车辆系统控制器指令和/或信息而脱离接合车轮制动器218来减小对车轮216的摩擦力。例如，作为自动发动机停止程序的一部分，车辆制动器可以经由控制器250向车轮216施加摩擦力。
响应于使车辆225加速的请求，车辆系统控制器可以从加速踏板或其他装置获得驾驶员需求功率或功率请求。车辆系统控制器255然后将请求驾驶员需求功率的一部分分配给发动机，并将剩余部分分配给ISG。车辆系统控制器255向发动机控制器12请求发动机功率并向电机控制器252请求ISG功率。如果流过变矩器206的发动机功率和ISG功率小于变速器输入功率极限(例如，不超过阈值)，则功率被输送到变速器输入轴270。变速器控制器254响应于可以基于输入轴功率和车辆速度的换挡规律和TCC锁止规律而选择性地锁定变矩器离合器212并经由挡位离合器211接合挡位。在一些条件下，当可能期望对电能存储装置275充电时，可在存在非零驾驶员需求功率的同时请求充电力(例如，负ISG功率)。车辆系统控制器255可以请求增加发动机功率来克服充电力以满足驾驶员需求功率。
响应于使车辆225减速并提供再生制动的请求，车辆系统控制器可以基于车辆速度和制动踏板位置来提供负期望车轮功率(例如，期望或请求动力传动系统车轮功率)。车辆系统控制器255然后将负期望车轮功率的一部分分配给ISG 240和发动机10。车辆系统控制器还可以将请求制动功率的一部分分配给摩擦制动器218(例如，所需的摩擦制动车轮功率)。另外，车辆系统控制器可以向变速器控制器254通知车辆处于再生制动模式，使得变速器控制器254基于唯一换挡规律来变换挡位211，以提高再生效率。发动机10和ISG 240可以向变速器输入轴270供应负功率，但是由ISG 240和发动机10提供的负功率可以由变速器控制器254限制，所述变速器控制器输出变速器输入轴负功率极限(例如，不应超过的阈值)。另外，ISG 240的负功率可以由车辆系统控制器255或电机控制器252基于电能存储装置275的工况来限制(例如，约束到小于阈值负阈值功率)。由于变速器或ISG极限而不能由ISG240提供的期望负车轮功率的任何部分可以分配给发动机10和/或摩擦制动器218，使得通过经由摩擦制动器218、发动机10和ISG 240的负功率(例如，吸收的功率)的组合来提供期望车轮功率。
因此，各种动力传动系统部件的功率控制可以由车辆系统控制器255通过经由发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250对发动机10、变速器208、电机240和制动器218提供的局部功率控制来监控。
作为一个示例，可以通过借助于控制涡轮增压发动机或机械增压发动机的节气门开度和/或气门正时、气门升程和增压调整点火正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合来控制发动机功率输出。在柴油发动机的情况下，控制器12可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合来控制发动机功率输出。可以通过在发动机产生的功率不足以旋转发动机的情况下旋转发动机来提供发动机制动功率或负发动机功率。因此，发动机可以经由在燃烧燃料的同时且在一个或多个气缸停用的情况下(例如，不燃烧燃料)、或者在所有气缸停用的情况下且在旋转发动机的同时以低功率操作来产生制动功率。发动机制动功率的量可以经由调整发动机气门正时来调整。可以调整发动机气门正时以增加或减少发动机压缩功。此外，可以调整发动机气门正时以增加或减少发动机膨胀功。在所有情况下，可以在逐缸的基础上执行发动机控制以控制发动机功率输出。
电机控制器252可以通过调整流入和流出ISG的磁场和/或电枢绕组的电流来控制来自ISG 240的功率输出和电能产生，如所属领域中已知的。
变速器控制器254经由位置传感器271接收变速器输入轴位置。变速器控制器254可以经由对来自位置传感器271的信号进行微分或对预定时间间隔内的已知角距离脉冲的数量进行计数来将变速器输入轴位置转换成输入轴速度。变速器控制器254可以从扭矩传感器272接收变速器输出轴扭矩。可选地，传感器272可以是位置传感器或扭矩和位置传感器。如果传感器272是位置传感器，则控制器254可以对预定时间间隔内的轴位置脉冲进行计数，以确定变速器输出轴转速。变速器控制器254还可以对变速器输出轴转速进行微分以确定变速器输出轴加速度。变速器控制器254、发动机控制器12和车辆系统控制器255还可以从传感器277接收另外的变速器信息，所述传感器可以包括但不限于泵输出管线压力传感器、变速器液压传感器(例如，挡位离合器流体压力传感器)、ISG温度传感器、换挡杆传感器以及环境温度传感器。变速器控制器254还可以从换挡选择器290(例如，人/机接口装置)接收所请求的挡位输入。换挡杆可以包括用于挡位1至N(其中N是高挡位号)、D(驱动)和P(驻车)的位置。
制动器控制器250经由车轮速度传感器221接收车轮速度信息并且从车辆系统控制器255接收制动请求。制动器控制器250还可以直接地或通过CAN 299从图1中所示的制动踏板传感器154接收制动踏板位置信息。制动器控制器250可以响应于来自车辆系统控制器255的车轮功率命令来提供制动。制动器控制器250还可以提供防抱死和车辆稳定性制动，以改善车辆制动和稳定性。因此，制动器控制器250可以向车辆系统控制器255提供车轮功率极限(例如，不应超过的阈值负车轮功率)，使得负ISG功率不会导致超过车轮功率极限。例如，如果控制器250发出50N-m的负车轮功率极限，则调整ISG功率以在车轮处提供小于50N-m(例如，49N-m)的负功率，包括考虑到变速器齿轮传动。
现在参考图3，示出了可选传动系的框图。图3中所示的传动系包括图2的传动系中所示的许多部件。因此，在两个传动系之间共享的传动系部件共享相同的数字标识符并且如图2中所述进行操作。因此，为了简洁起见，省略了对等效传动系部件的描述。例如，图2和图3中所示的发动机10和自动变速器208是等效的并且以类似方式操作。在图3的描述中描述了图3特有的传动系统部件。
现在参考图4，示出了根据图5的方法和图1至图3的系统的预示性车辆操作序列的曲线图。曲线图在时间上对准并且同时发生。t0至t3处的竖直线示出了感兴趣的特定时间。
从图4的顶部起的第一曲线图是传动系操作模式相对于时间的曲线图。竖直轴线表示传动系操作模式。传动系操作模式可以是：纯电机(EO)，其中仅ISG 240为车辆提供推进力；或电机和发动机(EE)模式，其中如沿着竖直轴线指示的，仅发动机10、或发动机10和ISG240同时为车辆提供推进力。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线402表示传动系操作模式。
从图4的顶部起的第二曲线图是电机旋转与发动机旋转比率相对于时间的曲线图。竖直轴线表示电机旋转与发动机旋转的比率。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线404表示电机旋转与发动机旋转的比率。
从图4的顶部起的第三曲线图是传动系分离离合器操作状态相对于时间的曲线图。竖直轴线表示传动系分离离合器操作状态，并且当迹线406处于竖直轴线箭头附近的较高水平时，传动系分离离合器完全打开。当迹线406在水平轴线附近处于较低水平时，传动系分离离合器完全闭合。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线406表示传动系分离离合器操作状态。
从图4的顶部的第四曲线图是电机(ISG 240)转速相对于时间的曲线图。竖直轴线表示电机转速，并且电机转速沿竖直轴线箭头方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线408表示电机转速。
从图4的顶部起的第五曲线图是发动机转速相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机转速并且发动机转速沿竖直轴线箭头方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线410表示发动机转速。
从图4的顶部起的第六曲线图是加速踏板位置相对于时间的曲线图。竖直轴线表示加速踏板位置，并且加速踏板位置指示加速踏板沿竖直轴线箭头方向被进一步施加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线412表示加速踏板位置。
在t0时刻，车辆以纯电机模式操作并且发动机停止(例如，曲轴不旋转并且发动机不燃烧燃料)。因为电机推动车辆并且发动机停止，所以电机旋转与发动机旋转的比率高。动力传动系分离离合器完全打开，并且电机转速较低。加速踏板位置是较低位置。
在t1时刻，驾驶员(未示出)踩下加速踏板，由此增加驾驶员请求的动力传动系统功率量(未示出)。驾驶员请求的动力传动系统功率的增加导致传动系模式从纯电机模式改变为电机和发动机模式，使得可以满足驾驶员请求的动力传动系统功率。传动系模式改变会产生发动机起动请求(未示出)。传动系分离离合器响应于传动系模式改变而完全闭合，并且电机功率输出增加，以满足增加的驾驶员请求的动力传动系统功率(未示出)。发动机转速响应于传动系分离离合器闭合和驾驶员请求的动力传动系统功率的增加而增加。随着发动机开始旋转，电机旋转与发动机旋转的比率减小。
在t1时刻至t2时刻之间，随着将旋转比改变装置的比率调整为用于发动机转动起动(例如，在电机的功率下旋转发动机)和起动的预定比率，发动机以比电机慢的转速旋转。在一个示例中，旋转比改变装置是CVT，并且经由调整CVT的带轮比来调整CVT的比率以增加由ISG 240提供给发动机10的扭矩。在另一个示例中，旋转比改变装置是变矩器，并且变矩器离合器完全打开以增加由ISG 240提供给发动机10的转矩。传动系处于电机和发动机模式，并且电机旋转与发动机旋转的比率大于1:1。传动系分离离合器完全打开，并且电机以高于t0时刻的转速操作。发动机转速是转动起动速度，并且加速踏板位置保持在中间的较高水平。
在t2时刻，当传动系在电机和发动机模式下操作时，发动机起动。发动机转速开始增加，并且电机旋转与发动机旋转的比率进一步减小。动力传动系分离离合器完全闭合，并且电机转速不变。加速踏板位置不变。
在t2时刻至t3时刻之间，随着旋转比改变装置的比率从大于1:1减小到1:1，发动机转速加速到电机的转速。传动系分离离合器保持完全闭合，并且电机转速保持恒定。加速踏板位置保持不变。
在t3时刻，旋转比改变装置的比率减小到1:1并且发动机转速与电机转速匹配。传动系分离离合器保持完全闭合，并且传动系保持在电机和发动机模式中。加速踏板位置保持不变。
通过这种方式，可以增加电机的扭矩以在发动机起动期间转动起动发动机，使得可以减少传动系噪声和振动。此外，通过在发动机转动起动期间增加电机转矩，可以将传动系配置有较低容量的ISG，使得可以降低系统成本。旋转比改变装置可以在发动机转动起动期间以及在发动机转动起动之后改变发动机与电机之间的旋转比，以满足发动机转动起动目标。
现在参考图5，示出了用于以降低经由ISG转动起动发动机期间的传动系噪声和振动的可能性的方式来操作车辆的方法的流程图。图5的方法可以并入图1至图3的系统中并且可以与所述系统配合。此外，图5的方法的至少部分可以被并入作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令，而所述方法的其他部分可以经由控制器变换物理世界中的装置和致动器的操作状态来执行。
在502处，方法500确定车辆工况。车辆工况可以包括但不限于动力传动系统转速(例如，ISG 240的转速或变矩器的输入转速，或者可选地，变速器输入轴的转速)、发动机转速、发动机温度、电能存储装置荷电状态(SOC)、加速踏板位置和驾驶员请求的动力传动系统功率量。方法500前进到504。
在504处，方法500判断发动机是否正在运行(例如，曲轴正旋转并且发动机正燃烧燃料)。如果燃料正被输送到发动机并且发动机正在以高于发动机转动起动转速的转速旋转，则方法可以判断发动机正在运行。如果方法500判断发动机正在运行，则答案为是并且方法500前进到550。否则，答案为否并且方法500前进到506。
在550处，方法500将传动系中的电机(例如，ISG 240)与发动机之间的旋转比调整为1:1。在一个示例中，可以经由调整CVT的带轮比来调整旋转比，使得对于每次电机旋转，发动机旋转一次。在另一个示例中，变矩器的变矩器离合器可以被完全锁定，使得对于每次电机旋转，发动机旋转一次。方法500前进到552。
在552处，方法500判断是否请求发动机停止。驾驶员可以经由按钮或按键开关请求发动机停止来请求发动机停止。可选地，控制器可以响应于车辆工况(例如，驾驶员需求动力传动系统功率和车辆速度)而自动地请求发动机停止。如果方法500判断请求发动机停止，则答案为是并且方法500前进到554。否则，答案为否并且方法500前进到558。
在558处，方法500经由发动机或发动机和电机供应驾驶员请求的动力传动系统功率量。在一个示例中，方法500将驾驶员请求的动力传动系统功率量划分为发动机功率和电机功率。命令发动机经由调整节气门开度量、燃料喷射正时、火花正时和凸轮正时来提供驾驶员请求的功率的第一部分。命令电机(例如，ISG 240)经由调整流到ISG的电流量来提供驾驶员请求的功率的第二部分。发动机功率加上ISG功率等于驾驶员请求的动力传动系统功率。方法500前进到退出。
在554处，方法500停止向发动机喷射燃料。方法500还可以停止向发动机输送火花。发动机停止燃烧燃料并停止旋转。在电机继续推进车辆的状况期间，传动系分离离合器可能会打开。方法500前进到556。
在556处，方法500调整电机与发动机之间的旋转比。可以经由调整旋转比改变装置的操作状态来调整旋转比。在一个示例中，经由解锁变矩器的变矩器离合器来增加电机旋转与发动机旋转的比率。在另一个示例中，经由改变电机与发动机之间的带轮比来增加电机旋转与发动机旋转的比率。例如，电机旋转与发动机旋转的比率可以从1:1增加至1.5:1。在另一个示例中，电机旋转与发动机旋转的比率可以从1:1增加至2:1。电机旋转相对于发动机旋转的增加可以使发动机准备经由电机转动起动，使得可以增加在转动起动期间从电机输送到发动机的扭矩量。方法500前进到退出。
在506处，方法500判断是否请求发动机起动。当驾驶员需求动力传动系统功率超过阈值功率时或当电池荷电状态(SOC)小于阈值荷电状态时，可以请求发动机起动。如果方法500请求发动机起动，则答案为是并且方法500前进到508。否则，答案为否并且方法500前进到560。
在560处，方法500仅经由电机供应驾驶员请求的动力传动系统功率量。命令电机(例如，ISG 240)经由调整流到ISG的电流量来提供驾驶员请求的功率。方法500前进到退出。
在508处，方法500经由电机(例如，ISG 240)以电机与发动机的发动机之间的转速X:1(也可以被称为旋转或旋转比)来旋转发动机，其中X大于1。例如，对于每次发动机旋转，电机可以旋转1.5次，使得从电机输送到ISG的扭矩量大于ISG的输出扭矩。通过增加在发动机起动期间输送到发动机的扭矩量，可以减少传动系噪声和振动。电机与发动机的转速比可以经由旋转比改变装置来调整。在一个示例中，变矩器离合器被解锁以调整旋转比改变装置的比率。在另一个示例中，调整带轮比以改变旋转比改变装置的比率。电机可能在旋转发动机的同时推进车辆。方法500前进到510。
在510处，方法500向发动机供应火花和燃料。在发动机开始燃烧之后，方法500前进到512。
在512处，方法500在发动机开始燃烧燃料并开始运行之后将电机与发动机之间的旋转比调整为1:1。在一个示例中，方法500经由锁定变矩器离合器来将旋转比改变装置的比率调整为1:1。在另一个示例中，方法500经由旋转比改变装置的带轮比将旋转比改变装置的比率调整为1:1。方法500还如在558处所述经由电机和发动机供应驾驶员请求的动力传动系统功率量。因此，发动机和电机可以发动机怠速或高于发动机怠速旋转。方法500前进到退出。
通过这种方式，在发动机起动期间，电机可以向发动机提供较大的扭矩量。较大的扭矩量可能有助于减少传动系噪声和振动。此外，电机的规格可以保持较小以降低系统成本。
图5的方法提供了一种动力传动系统操作方法，所述动力传动系统操作方法包括：经由直接联接到旋转比改变装置的电机旋转发动机，所述旋转比改变装置在传动系中位于所述发动机与所述电机之间；以及在起动所述发动机之后所述发动机运行时经由所述传动比改变装置调整电机旋转与发动机旋转的比率。所述方法包括其中所述电机直接联接到有级式传动比变速器。所述方法包括其中所述旋转比改变装置直接联接到传动系分离离合器。所述方法包括其中所述旋转比改变装置是无级变速器。所述方法包括其中所述旋转比改变装置是变矩器。所述方法还包括响应于起动所述发动机的请求而经由所述电机旋转所述发动机。所述方法还包括经由所述电机产生电力并将所述电力存储在电能存储装置中。所述方法包括其中在起动所述发动机之后所述发动机运行时将电机旋转与发动机旋转的所述比率调整为1:1的比率。
图5的方法还提供了一种动力传动系统操作方法，所述动力传动系统操作方法包括：在发动机转动起动期间经由电机旋转发动机，在发动机转动起动期间，所述发动机以第一转速旋转并且所述电机以第二转速旋转；以及在起动所述发动机之后，使所述发动机以第三转速旋转并且使所述电机以所述第三转速旋转。所述方法包括其中所述第一转速小于所述第二转速，所述第三转速为发动机怠速或大于所述发动机怠速。所述方法包括其中所述第三转速大于所述第二转速。所述方法还包括响应于起动所述发动机的请求而使所述发动机以所述第一转速旋转并使所述电机以所述第二转速旋转。所述方法还包括在经由所述电机旋转所述发动机的同时经由所述电机推进车辆。所述方法包括其中经由所述电机通过旋转比改变装置旋转所述发动机。
在另一种表示中，图5的方法提供了一种动力传动系统操作方法，所述动力传动系统操作方法包括：在发动机转动起动期间经由电机和包括锁止离合器的流体联接装置旋转发动机，在发动机转动起动期间，所述发动机以第一转速旋转并且所述电机以第二转速旋转；以及在经由闭合所述锁止离合器起动所述发动机之后，使所述发动机以第三转速旋转并且使所述电机以所述第三转速旋转。所述方法包括其中所述第一转速小于所述第二转速。所述方法包括其中所述第三转速大于所述第二转速。所述方法还包括响应于起动所述发动机的请求而使所述发动机以所述第一转速旋转并使所述电机以所述第二转速旋转。
现在参考图6A，第一曲线图示出了当经由ISG以电机旋转比与发动机旋转比为1:1旋转发动机时发动机曲轴处的扭矩。图6A中的曲线图的比例与图6B中的曲线图的比例相同。此外，施加以产生图6A中的曲线602的ISG与施加以产生图6A中的曲线604的ISG相同。可以观察到，在图6A中的发动机曲轴处的扭矩对于较低发动机转速为中间水平，而对于较高发动机转速为较低扭矩。图6A中的最大发动机转速是较高的发动机转速。当电机直接联接到发动机时，可以提供的电机旋转比与发动机旋转比为1:1。
现在参考图6B，第一曲线图示出了当经由ISG以电机旋转比与发动机旋转比为X:1旋转发动机时发动机曲轴处的扭矩，其中X是大于一的值。可以观察到，与图6A相比，在图6B中的发动机曲轴处的扭矩对于较低发动机转速为较高水平，而对于中间发动机转速为较高扭矩。图6B中的最大发动机转速是较低的发动机转速，因为旋转比为X:1而不是1:1。当旋转比改变装置在传动系中位于发动机与电机电机之间时，可以提供的电机旋转比与发动机旋转比为X:1。因此，旋转比改变装置可以增加在发动机转动起动期间由电机提供给发动机曲轴的转矩量。然而，发动机曲轴可能无法以当旋转比改变装置提供的旋转比为X:1时的转速一样高的转速旋转。以更大的扭矩旋转发动机可以减少发动机转动起动期间的传动系噪声和振动。
注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可按所示的序列执行、并行地执行或者在一些情况下可以省略。同样，处理次序不一定是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者。另外，所描述的动作、操作和/或功能中的至少一部分可以图形地表示要编程到控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。当通过在包括与一个或多个控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实施所述的动作时，控制动作还可以改变物理世界中的一个或多个传感器或致动器的操作状态。
以下是对本说明书进行的总结。在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，所属领域技术人员在阅读了本说明书之后将想到许多改变和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置操作的直列3缸、直列4缸、直列5缸、V型6缸、V型8缸、V型10缸和V型12缸发动机可以使用本说明书来获益。
根据本发明，提供了一种动力传动系统操作方法，所述动力传动系统操作方法具有：经由直接联接到旋转比改变装置的电机旋转发动机，所述旋转比改变装置在传动系中位于所述发动机与所述电机之间；以及在起动所述发动机之后所述发动机运行时经由所述传动比改变装置调整电机旋转与发动机旋转的比率。
根据一个实施例，所述电机直接联接到有级式传动比变速器。
根据一个实施例，所述旋转比改变装置直接联接到传动系分离离合器。
根据一个实施例，所述旋转比改变装置是无级变速器。
根据一个实施例，所述旋转比改变装置是变矩器。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于起动所述发动机的请求而经由所述电机旋转所述发动机。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，经由所述电机产生电力并将所述电力存储在电能存储装置中。
根据一个实施例，在起动所述发动机之后所述发动机运行时将电机旋转与发动机旋转的所述比率调整为1:1的比率。
根据本发明，提供了一种动力传动系统操作方法，所述动力传动系统操作方法具有：在发动机转动起动期间经由电机旋转发动机，在发动机转动起动期间，所述发动机以第一转速旋转并且所述电机以第二转速旋转；以及在起动所述发动机之后，使所述发动机以第三转速旋转并且使所述电机以所述第三转速旋转，所述第三转速为发动机怠速或大于所述发动机怠速。
根据一个实施例，所述第一转速小于所述第二转速。
根据一个实施例，所述第三转速大于所述第二转速。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于起动所述发动机的请求而使所述发动机以所述第一转速旋转并使所述电机以所述第二转速旋转。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，在经由所述电机旋转所述发动机的同时经由所述电机推进车辆。
根据一个实施例，经由所述电机通过旋转比改变装置旋转所述发动机。
根据本发明，提供了一种系统，所述系统具有：发动机，其在混合动力车辆传动系中；电机，其在所述混合动力传动系中；旋转比改变装置，其在传动系中位于所述发动机与所述电机之间；以及控制器，其包括可执行指令，所述可执行指令存储在非暂时性存储器中以改变所述旋转比改变装置的旋转比。
根据一个实施例，本发明的特征还在于用于响应于起动所述发动机的请求而经由所述电机旋转所述发动机的附加指令。
根据一个实施例，所述发动机以低于所述电机的转速旋转。
根据一个实施例，本发明的特征还在于以第一转速旋转所述发动机和所述电机的附加指令。
根据一个实施例，所述旋转比改变装置是无级变速器。
根据一个实施例，所述旋转比改变装置是变矩器。

Claims (14)

1.一种动力传动系统操作方法，其包括：
经由直接联接到旋转比改变装置的电机旋转发动机，所述旋转比改变装置在传动系中位于所述发动机与所述电机之间；以及
在起动所述发动机之后所述发动机运行时经由所述传动比改变装置调整电机旋转与发动机旋转的比率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述电机直接联接到有级式传动比变速器。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述旋转比改变装置直接联接到传动系分离离合器。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述旋转比改变装置是无级变速器。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述旋转比改变装置是变矩器。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于起动所述发动机的请求而经由所述电机旋转所述发动机。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括经由所述电机产生电力并将所述电力存储在电能存储装置中。
8.如权利要求1所述的方法，其中在起动所述发动机之后所述发动机运行时将电机旋转与发动机旋转的所述比率调整为1:1的比率。
9.一种系统，其包括：
发动机，其在混合动力车辆传动系中；
电机，其在所述混合动力传动系中；
旋转比改变装置，其在传动系中位于所述发动机与所述电机之间；和
控制器，其包括可执行指令，所述可执行指令存储在非暂时性存储器中用于改变所述旋转比改变装置的旋转比。
10.如权利要求9所述的系统，其还包括用于响应于起动所述发动机的请求而经由所述电机旋转所述发动机的附加指令。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述发动机以低于所述电机的转速旋转。
12.如权利要求11所述的系统，其还包括以第一转速旋转所述发动机和所述电机的附加指令。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述旋转比改变装置是无级变速器。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述旋转比改变装置是变矩器。
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