CN1792692A - 基于减速率的发动机旋转控制以及发动机停转功能 - Google Patents

基于减速率的发动机旋转控制以及发动机停转功能 Download PDF

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Abstract

一种混合动力车辆，其包括发动机和可选择地驱动发动机的电机。控制模块监控车辆的减速率并且基于该减速率调节发动机的燃料供给。所述控制模块基于所述减速率调节发动机曲轴的转动。

Description

基于减速率的发动机旋转控制以及发动机停转功能
技术领域
本发明涉及混合动力车辆，更具体地说是涉及一种基于减速率的混合动力车辆的发动机旋转控制(ESC)系统。
背景技术
混合动力车辆由多个动力装置驱动，这些动力装置可包括但不限于内燃机和电机。电机可以起电动机/发电机的作用。在发电机模式中，电机由发动机驱动以产生电能，该电能被用于给电力负载提供能量或者对电池充电。在电动机模式中，电机作为发动机的补充提供驱动转矩以驱动车辆驱动系统。
通常说来，在减速过程中，可以对混合动力车辆进行控制以切断供给到发动机上的燃料，同时反向驱动发动机。在这种方式中，燃料经济性得到改善。但是，由于在车辆减速情况下发动机的供给燃料被切断，传统控制模式不能预见和充分考虑其它车辆性能，这些考虑包括但不限于电池充电和驾驶员所要求的性能。
发明内容
因此，本发明提供一种混合动力车辆，该车辆包括发动机和可选择地驱动发动机的电机。控制模块监控车辆的减速率并且基于该减速率调节发动机的燃料供给。控制模块基于减速率调节发动机曲轴的转动。
在其它特征中，在混合动力车辆减速的情况下，控制模块切断对发动机的燃料供给，并且当车速等于失速速度时抑制发动机的转动。在车辆减速过程中，电机驱动发动机以阻止曲轴的转动。
在其它特征中，在混合动力车辆减速情况下控制模块切断对发动机的燃料供给，并且当车速下降到临界车速时向发动机供给燃料。当达到发动机停止工况时，控制模块切断对发动机的燃料供给并且抑制发动机的转动。发动机停止工况包括车速等于零、曲轴的转速小于临界转速以及发动机的歧管绝对压力(MAP)小于临界压力。
在另一个特征中，在混合动力车辆减速情况下控制模块切断对发动机的燃料供给，并且当车速下降到失速速度时向发动机供给燃料。
从下文提供的详细描述中将会更清楚地了解到本发明更多的适用范围。需要理解的是，尽管这些详细的描述和具体的例子表示本发明优选的实施例，但它们仅仅是为了示意的目的，而不是要限制本发明的范围。
附图简述
将通过详细的描述以及附图可以更充分地理解本发明，其中：
图1表示基于根据本发明的发动机旋转控制系统运行的示例性混合动力车辆的示意图；
图2表示在正常、急剧和缓慢减速模式下车速的曲线图；
图3表示在正常、急剧和缓慢减速模式下发动机转速的曲线图；
图4表示在正常减速模式下电机转矩的曲线图；以及
图5表示根据本发明的发动机旋转控制系统执行的步骤的流程图。
具体实施方式
下面的优选实施例的描述实际上仅仅起示例作用，而决不是要限制本发明、其应用或者用途。为了表示清楚，在附图中同样的附图标记表示相同的元件。在此所采用的术语模块涉及应用特定的集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件和固件程序的处理器(共用的，专用的或者成组的)和存储器、组合逻辑电路或者可提供所述功能的其它合适的部件。
现在参照图1，示例性的混合动力车辆10包括可驱动传动装置16的发动机12和电机14。更具体地说，电机14作为发动机12的补充提供驱动转矩来驱动传动装置。在这种方式中，燃料效率提高并且排放减少。发动机12和电机14通过皮带-交流发电机-起动器(BAS)系统18相连。更具体地说，电机14可作为起动器(即电动机)和交流发电机(即发电机)并且通过皮带和皮带轮系统连接到发动机12上。发动机12和电机14分别包括皮带轮20，22，为了转动这些皮带轮通过皮带24相连。为了转动皮带轮20与发动机12的曲轴26相连。
在一种模式中，发动机12驱动电机14以产生电能，该电能可用于再次对能量存储装置(ESD)28进行充电。在另一种模式中，电机14利用来自ESD28的能量驱动发动机12。该ESD28可包括但不限于电池或者超高电容器。可选择地是，BAS系统18能够被飞轮-交流发电机-起动器(FAS)系统(未示出)所替换，该系统包括可操作地设置在发动机和传动装置或链条或齿轮系统之间的电机，该传动装置或链条或齿轮系统被布置在电机14和曲轴26之间。
尽管所述传动装置被示为无级变速传动装置(CVT)，但该传动装置16可包括但不限于CVT、手动操纵传动装置、自动传动装置以及机械式自动传动装置(AMT)。驱动转矩从发动机曲轴26通过连接装置30传递到传动装置16上。该连接装置30可包括但不限于摩擦离合器或液力变矩器，这取决于所布置的传动装置的类型。在传动装置为CVT的情况下，连接装置30是包括变矩器离合器(TCC)31的液力变矩器。传动装置16通过多个传动比之一将驱动转矩放大以对驱动轴32进行驱动。
控制模块34基于本发明的发动机旋转控制系统控制车辆10的运行。控制模块34控制燃料喷射和点火以可选择地使发动机12的气缸动作和不动作。更具体地说，当车辆处于停止状态时，发动机12的气缸都没有进行点火(即不动作)并且发动机是停止的。在车辆发动(即，从停止开始加速)过程中，电机14驱动曲轴以使发动机12旋转达到怠速RPM，并且使车辆开始加速。在需要较低的驱动转矩来驱动车辆的过程中，发动机气缸不点火并且阀门可以不动作。由电机14提供驱动转矩。当不动作时，发动机气缸的燃料喷射和点火被切断。进而，进气阀和排气阀的开闭循环能够被阻止，以阻止气缸内的空气流动过程。
设置加速踏板36。踏板位置传感器38可感测到加速踏板36的位置并且基于此产生踏板位置信号。设置制动踏板40，制动踏板位置传感器42可感测到制动踏板40的位置并且基于此产生踏板位置信号。控制模块34基于制动踏板位置信号操纵制动系统43以调节在制动系统内的压力，从而调节制动时(未示出)的制动力。速度传感器44可对电机14的转速(RPMEM)产生响应。速度传感器44产生速度信号。控制模块34基于踏板位置传感器38，42所产生的踏板位置信号和速度传感器44所产生的速度信号对车辆10进行操纵，在下面将进一步详细描述。基于速度信号可以确定发动机转速(RPMENG)。更具体地说，可以通过已知的皮带轮传动比乘以RPMEM来得到RPMENG。
发动机旋转控制系统基于车辆减速的形式来确定减速模式。减速模式基于驾驶员的输入来平衡燃料经济性和性能。减速模式包括(但不限于)正常减速模式、急剧减速模式和缓慢减速模式。减速模式定义了发动机不作用的点和发动机停止旋转的点。尽管在此描述了三个减速模式，应该预见到可以补充可选择的减速模式以应对其它情况。正常减速模式代表大多数的驱动工况并且其运行可以使燃料经济性达到最佳。急剧减速模式代表急剧驾车过程，此时可能是驾驶员要在减速后迅速的加速。缓慢减速模式代表驾驶员在控制制动踏板40时期望徐变转矩的过程，例如在停车场操纵车辆时的情况。
示例性的车速曲线在图2中表示。示例性的车速曲线包括正常减速曲线、急剧减速曲线和缓慢减速曲线。车速(VVEH)增加直到时间tDECEL，在这时间点上车辆开始减速。可以通过驾驶员释放在加速踏板36上的压力并且在制动踏板40上施加正常制动压力来开始车辆减速(即正常减速)。可选择地是，可以通过驾驶员释放在加速踏板36上的压力并且在制动踏板40上施加急剧制动压力来开始车辆的减速(即急剧减速)。还可选择地是，可以通过驾驶员释放在加速踏板36上的压力并且逐渐地在制动踏板40上施加制动压力来开始车辆的减速(即缓慢减速)。急剧减速曲线与正常减速曲线的V1处偏离，并且缓慢减速曲线也与正常减速曲线的V2处偏离。
当在正常减速模式下减速时，随着燃料的切断(即没有燃料供给到气缸)发动机12被反向驱动并车速下降到较低速度(V失速)(例如大约6mph)，这发生在时间tA处。在车速达到V失速时，发动机停止，同时车辆继续滚动并在时间tB处停止(即VVEH＝0mph)。电机14用来在正常减速过程中维持单调减速感。在一种情况下，电机14用来将来自减速燃料切断(DFCO)的反向驱动转矩而产生的负转矩和发动机停转的零转矩(zero stopped-engine)(即由停转的发动机产生的零转矩)情况结合在一起。更具体地说，当发动机12被反向驱动而使速度降低时，发动机反向驱动的制动转矩变得更加显著。如果在发动机制动过程中使发动机停转，则对于给定的制动踏板压力的驾驶员会感到车辆制动骤然阶跃的下降。为了消除在制动转矩方面的阶跃下降，由电机14产生的转矩被传递到发动机上，以提供最终的零曲轴输出转矩，该产生的转矩与发动机12被停转时的曲轴转矩相称。
在可选择的一种情况下，电机14将发动机起动时所产生的正向转矩和发动机停转的零转矩情况结合到一起。例如，在传递电机转矩时的车速(例如大约7mph)持续超过临界值时间(例如3秒)的情况下，再次供给燃料以保持ESD28。这种情况发生在制动车辆从山上下来没有减速到V失速而施加制动时。在给发动机12供给燃料之前的瞬间，电机14设定到速度控制模式，并且发动机12以怠速供油(fueled-idle)的转速运行。当发动机12被再次供给燃料时，发动机提供正徐变转矩。如果发动机在该提供徐变转矩期间失速，则对于给定的制动踏板施加力驾驶员会感到车辆制动骤然阶跃的上升。为了防止在发动机即将停转时制动转矩阶跃的上升，燃料被切断，并且电机14被用于给发动机12提供足够的转矩以产生最终的零曲轴输出转矩。可选择地是，如果在电动转矩调制过程中发动机12需要被再次供给燃料，则向发动机12供给燃料直到车辆停止，这与急剧和缓慢减速模式相类似，将在下面进一步详细描述。
当在急剧减速模式减速时，在传动装置包括变矩器离合器TCC的情况下，TCC在V2(大约15mph)(t＝tC)处被释放，并且直到车辆实现完全停止(t＝tD)之后发动机12仍然保持转动。为了使发动机12能够停止，必须满足一定的停止条件，这些条件包括但不限于发动机RPM小于RPM临界值、歧管绝对压力(MAP)小于MAP临界值以及传动装置处于所需的传动状态。当在缓慢减速模式减速时，在传动装置包括TCC的情况下，TCC在VSLOW(大约10mph)(t＝tG)处被释放，并且发动机12被再次供给燃料以维持徐变转矩。发动机12保持转动直到车辆实现完全停止之后(t＝tF)。
不管控制系统运行在哪种减速模式，如果制动踏板40被释放(即没有压力施加在制动踏板上)，发动机被再次供给燃料而不是停止。电机14用来匹配被供给燃料的发动机的转速。如果空气调节装置起作用，则控制模块44估计压缩机的转矩分配并且在电机转矩中补偿这部分额外的负荷。
参照图3，表示出了示例性的发动机转速曲线。示例性的发动机转速曲线包括正常减速曲线、急剧减速曲线和缓慢减速曲线。示例性的发动机转速曲线表示了对于正常减速、急剧减速和缓慢减速模式每一种情况发动机停止转动的时间。
参照图4，表示出了正常减速模式下的示例性的电机转矩曲线。电机转矩包括在正常减速过程中平缓的转矩反向。在tA处，电机转矩降到零以在失速之前提供零曲轴转矩。照这样，发动机12不转动，同时车辆持续减速直到在tB处停止。
现在参照图5，将对本发明的发动机旋转控制系统所执行的一般步骤进行详细的描述。在步骤100时，控制系统确定车辆是否处于减速状态。如果车辆没有减速，则控制环返回。如果车辆处于减速状态，则控制系统继续进行到步骤102。在步骤102处，控制系统确定车辆的减速是否正常。如果减速是正常的，则控制系统继续进行到步骤104。如果减速不是正常的，则控制系统继续进行到步骤106。在步骤104处，控制系统以正常减速模式运行，并且在减速过程中切断对发动机12的燃料供给。在步骤108处，控制系统确定VVEH是否等于V失速。如果VVEH不等于V失速，控制环返回到步骤104。如果VVEH等于V失速，控制系统在步骤110处使发动机停止并且控制结束。
在步骤106处，控制系统确定减速是否是急剧的。如果减速是急剧的，控制系统继续进行到步骤112。如果减速不是急剧的，控制系统继续进行到步骤114。在步骤112处，控制系统以急剧减速模式运行，并且在减速过程中切断对发动机12的燃料供给。在步骤116处，控制系统确定VVEH是否等于V2。如果VVEH不等于V2，控制环返回到步骤112。如果VVEH等于V2，则控制系统在步骤118处的减速过程中再次向发动机12供给燃料。在步骤120处，控制系统确定VVEH是否等于0。如果VVEH不等于零，控制环返回到步骤118。如果VVEH等于0，则控制系统在步骤110处使发动机停止并且控制结束。
在步骤114处，控制系统确定减速是否是缓慢的。如果减速不是缓慢的，控制环返回到步骤100。如果减速是缓慢的，控制系统继续进行到步骤122。在步骤122处，控制系统以缓慢减速模式运行，并且在减速过程中切断对发动机12的燃料供给。在步骤124处，控制系统确定VVEH是否等于VSLOW。如果VVEH不等于VSLOW，控制环返回到步骤122。如果VVEH等于VSLOW，则控制系统在减速过程中再次向发动机12供给燃料并且在步骤126处使电机的转矩反向。在步骤128处，控制系统确定VVEH是否等于0。如果VVEH不等于零，控制环返回到步骤126。如果VVEH等于0，则控制系统在步骤110处使发动机停止并且控制结束。
本领域技术人员可以从上面的描述中认识到能够以多种形式对本发明概括性的教导进行补充。因此，尽管是通过结合具体实施例对本发明进行描述，但本发明实际的范围不应该这样被限制，因为在附图，说明书和以下权利要求的教导下，其它的修改对本领域的熟练技术人员来说是显而易见的。

Claims (32)

1.一种混合动力车辆，包括：
发动机；
可选择地驱动所述发动机的电机；以及
监控所述车辆的减速率的控制模块，所述控制模块基于所述减速率调节所述发动机的燃料供给并且基于所述减速率调节所述发动机曲轴的转动。
2.如权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速等于失速速度时抑制所述发动机的转动。
3.如权利要求2所述的混合动力车辆，其特征在于，所述电机在所述减速过程中驱动所述发动机以抑制所述曲轴的转动。
4.如权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降至临界车速时向所述发动机供给燃料。
5.如权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于，当达到发动机停止工况时，所述控制模块切断对所述发动机的燃料供给并且抑制所述发动机的转动。
6.如权利要求5所述的混合动力车辆，其特征在于，所述发动机的停止工况包括所述车速等于零、所述曲轴的转速小于临界转速并且所述发动机的歧管绝对压力(MAP)小于临界压力。
7.如权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降低到失速时向所述发动机供给燃料。
8.一种在减速过程中对混合动力车辆进行调节的方法，包括：
监控所述车辆的减速率；
基于所述减速率调节所述发动机的燃料供给；以及
基于所述减速率调节所述发动机的曲轴的转动。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速等于停失速时抑制所述发动机的转动。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述采用电机的减速过程中驱动所述发动机以抑制所述曲轴的转动。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降至临界车速时向所述发动机供给燃料。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当达到发动机停止工况时，切断所述发动机的燃料供给并且抑制所述发动机的转动。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发动机的停止工况包括所述车辆速度等于零、所述曲轴的转速小于临界转速并且所述发动机的歧管绝对压力(MAP)小于临界压力。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当车速降低到失速时向所述发动机供给燃料。
15.一种混合动力车辆，包括：
发动机；
可选择地使所述发动机能够直接驱动传动装置的离合器；
可选择地驱动所述发动机的电机；以及
监控所述车辆的减速率的控制模块，所述控制模块基于所述减速率调节所述发动机的燃料供给、基于所述减速率调节所述离合器的接合并且基于所述减速率调节所述发动机曲轴的转动。
16.如权利要求15所述的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速等于失速时抑制所述发动机的转动。
17.如权利要求16所述的混合动力车辆，其特征在于，所述电机在所述减速过程驱动所述发动机以抑制所述曲轴的转动。
18.如权利要求15所述的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降至临界车速时向所述发动机供给燃料。
19.如权利要求18所述的混合动力车辆，其特征在于，当所述车速达到所述临界车速时，所述控制模块使所述离合器分离。
20.如权利要求18所述的混合动力车辆，其特征在于，当达到发动机停止工况时，所述控制模块切断对所述发动机的燃料供给并且抑制所述发动机的转动。
21.如权利要求20所述的混合动力车辆，其特征在于，所述发动机的停止工况包括所述车速等于零、所述曲轴的转速小于临界转速并且所述发动机的歧管绝对压力(MAP)小于临界压力。
22.如权利要求15所述的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降低到失速时向所述发动机供给燃料。
23.如权利要求22所述的混合动力车辆，其特征在于，当所述车速达到所述失速时，所述控制模块使所述离合器分离。
24.一种调节混合动力车辆减速的方法，包括：
监控所述车辆的减速率；
基于所述减速率向所述发动机供给燃料；
调节离合器的接合，所述离合器基于所述减速率可选择地使发动机直接驱动传动装置；以及
基于所述减速率调节所述发动机曲轴的转动。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速等于失速时采用电机抑制所述发动机的转动。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述电机在所述减速过程中驱动所述发动机以抑制所述曲轴的转动。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降至临界车速时向所述发动机供给燃料。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述车速达到所述临界车速时使所述离合器分离。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当达到发动机停止工况时切断对所述发动机的燃料供给并且抑制所述发动机的转动。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述发动机的停止工况包括所述车速等于零、所述曲轴的转速小于临界转速并且所述发动机的歧管绝对压力(MAP)小于临界压力。
31.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述混合动力车辆减速时切断对所述发动机的燃料供给，并且当车速降到失速时向所述发动机供给燃料。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述车速达到所述失速时使所述离合器分离。
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