混合电动车中控制发动机停机位置的方法

专利名称：混合电动车中控制发动机停机位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种在混合电动车中控制发动机停机位置的方法。更 具体的，本发明涉及一种在混合电动车中当发动机要停机时控制曲轴 位置的方法，以在发动机起动时减小进气、压縮和膨胀冲程过程中产 生的扭矩波动和振动。
背景技术：
通常，混合电动车(HEV)采用发动机和由电池电源驱动的电动 机。常规的HEV为并联型或者串联型，且包括发动机控制单元(ECU); 电动机控制单元(MCU);变速器控制单元(TCU);电池管理系统 (BMS);控制室温的全自动温度控制器(FATC)等等。
这些控制器通过高速CAN通讯线(例如500kbps)相互连接，其 由混合控制单元(HCU)控制。在作为高级控制器的HCU和其他次级 控制器之间进行协同控制。
HCU通过CAN通讯与次级控制器交换信息，并且控制次级控制器。 也就是，HCU接收关于发动机扭矩、发动机转速、起动钥匙、油门、 冷却温度，以及类似的来自于ECU的信息。此外，HCU传递燃料喷射 指令信号，发动机停机指令信号，燃料喷射切断指令信号，以及电动 机起动、怠速止档等信息到ECU。
此外，HCU通过MCU充分控制电动机的运行。在这种情况下，根 据来自于HCU的控制信号，MCU控制电动机的驱动扭矩和转速，由此 保持驱动性能。
集成起动发动机(ISG)作为起动电机和发电机用于电池充电。 ISG通过皮带连接于发动机，以便与发动机同步旋转。因此，ISG 的转速根据来自发动机转速的皮带轮速率确定。此外，ISG在发动机起 动过程中，执行起动发动机的功能，其采用在驱动过程中发动机的旋
转力产生高能量给电池充电，并且在提供给发动机的燃料切断时停止 发动机，此时发动机将被关闭。
活塞和曲轴停止位置(发动机停机位置)在发动机每次停机时变 化。因此，如果ISG对发动机提供预定的起动扭矩，以重新起动发动机， 则扭矩波动和振动根据发动机停机位置的变化由发动机产生。
因此，为了防止发动机振动，需要控制发动机停机位置，也就是 发动机定期停机时活塞和曲轴的位置。
在本发明背景技术部分所公开的信息仅用于更好地理解本发明背 景，并且不应理解或认为暗示该信息作为本领域技术人员已知的现有 技术。

发明内容
总的来说，本发明的一个方面是，涉及一种在混合电动车中控制 发动机停机位置的方法，该混合电动车具有能够控制发动机转速的电 机。该方法包括a)在所述发动机将要停机时，向所述发动机提供的
燃料切断的情况下，使用所述电机根据第一发动机转速减小率来减小
所述发动机转速；b)在所述发动机转速减小至第一参考转速后，使用 所述电机根据第二发动机转速减小率来调节实际发动机转速减小率， 并通过处理曲柄传感器和凸轮传感器的信号来监控当前曲柄位置，以 计算所述当前曲柄位置与给定目标发动机停机位置相符的次数；及c) 如果所述次数大于预定数，并且如果实际发动机转速等于或低于第二 参考转速，那么在所述当前曲柄位置与所述目标发动机停机位置相符 时，使用所述电机停止所述发动机。
在步骤b)中， 一旦在根据所述曲柄传感器和所述凸轮传感器的信 号至少探测到所述曲柄传感器的缺少齿，从探测到的缺少齿对所述曲 柄传感器的脉冲下降沿进行计算，如果计算出的脉冲下降沿数量等于 与所述目标发动机停机位置相应的下降沿参考数，则确定所述当前曲 柄位置与所述目标发动机停机位置相符。
在探测所述缺少齿的过程中，在计算从输入凸轮传感器信号下降 沿的时刻起的曲柄传感器信号脉冲下降沿数量之后，如果所计算出的 下降沿数量等于预定的参考数，则探测到所述缺少齿。
此外，在步骤b)中，在减小所述发动机转速的过程中，控制单元 根据由预先输入的映射数据得到的当前发动机冷却温度，采用速度增 益进行比例积分微分(PID)控制，以根据所述第二发动机转速减小率 得到所述目标发动机转速。
本发明的上述特征和优点将从下面接合相应附图的具体描述中显 而易见，其作为本说明书的一部分包括在内，并且下面本发明的具体 描述，同样以实例方式用于解释本发明的原理。


本发明上述以及其他特征现在将参考一些实施方式更详细的描 述，其将仅通过示例方式示出下面给出的附图，并且其不用作限制本 发明，其中
图1为混合电动车驱动单元的示意图2为对应于发动机停机位置的起动扭矩的变化图表；
图3为根据本发明具体实施方式
控制发动机停机位置的方法流程
图4为根据本发明具体实施方式
由控制程序所控制的发动机转速 减小图表；
图5为在可变气门正时(VVT)发动机中，曲柄传感器和凸轮传 感器的信号图；禾口
图6为根据本发明具体实施方式
控制发动机停机位置方法的试验 结果图。
需要理解的是，附图不是必须按比例的，仅是本发明基本原理的 不同优选特征的简化表示。本发明在此公开的具体设计特征，包括， 例如，具体尺寸、方向、位置、以及形状将部分由特定意图的应用和 使用环境确定。
具体实施例方式
下面，将具体参考本发明在附图中所示及下文中说明的不同实施 方式。本发明将结合实例描述，应该明白，本说明不用于将本发明限 定为具体实施方式
。相反的，本发明不仅包括实施方式，同样包括不
同变形、修改、等同替换以及其他实施方式，其在此包括在如权利要 求所限定的本发明的精神和范围内。
本发明提供一种在混合电动车(HEV)中控制发动机停机位置的 方法。更具体的，本发明提供一种在混合电动车中当发动机要停机时 控制曲轴位置使得发动机停在相同位置的方法，以在发动机起动时减 小进气、压縮和膨胀冲程过程中产生的扭矩波动和振动。
在常规HEV中，在每次发动机停机时活塞和曲轴停止位置(发动 机停机位置)是不同的。因此，如果集成起动发动机(ISG)向发动机 提供预定的起动扭矩以重新起动发动机，由于发动机停机位置的变化， 由发动机产生扭矩波动和振动。
由此，为防止在发动机机内产生扭矩波动和振动，需要控制曲轴 停止位置，也就是发动机停机位置，以使无论何时发动机停机，都停 止在同一位置。在本发明的实施方式中，在监控发动机将要停机时的 曲轴位置后，如果满足一定条件，当曲轴位置与给定目标发动机停机 位置相符时，通过起动电机(ISG)即刻停止发动机而有规律地控制曲 轴停止位置。
图3为示出了控制发动机停机位置的示例方法的流程图，其中控 制单元的发动机位置控制模块(下文中的控制模块)执行控制过程。 这里，控制单元可以是混合控制单元(HCU)，并且可包括处理器、 存储器，以及相关硬件、软件和/或固件，可由本领域技术人员基于此 处的说明进行选择和编程。
首先，当发动机将要停机时，如果HCU切断向发动机提供的燃料 (输出燃料喷射切断指令信号)，并且驱动控制模块至发动机关闭状态， 控制模块通过电机控制单元(MCU)控制起动电机(ISG)，以根据 步骤31的预定第一发动机转速减小率减小发动机转速。
然后，在步骤32中，如果当前发动机实际转速(或由起动电机的 转速计算估计出的发动机转速)等于或小于第一参考速度，则控制模 块通过处理曲柄传感器和凸轮传感器的信号监控曲轴位置。
在步骤33中，随后将发动机转速减小率调整到相对较低的第二发 动机转速减小速率。控制模块根据小于第一发动机转速减小率的第二 发动机转速减小速率，通过起动电机减小发动机转速。在步骤34中，
在转速减小控制过程中，控制模块监控曲柄位置，以计算出曲柄位置 与给定目标发动机停机位置相符的次数。
下面，在步骤35中，如果计算出的曲柄位置与目标发动机停止位 置相符的次数大于预定次数，并且如果当前实际的或估计的发动机转 速低于第二参考转速，那么在步骤36中，在当前曲柄位置与目标发动
机停机位置相同时，控制模块向MCU发出发动机停止请求信号。
由此，MCU控制起动电机以即刻停止发动机，并且从而将发动机 停止在目标停机位置(发动机转速=0)。
第二参考转速是，起动电机(ISG)可以克服扭矩波动且控制发动 机在恒定转速时的发动机转速，以及曲柄信号可通过HCU进行处理时 的最小发动机转速。
因此，当发动机将要停止时，曲柄位置与目标发动机停机位置相 符合。上述控制过程可在每次发动机将要停止时进行，由此连续控制 曲柄位置(发动机停机位置)，以便总是与目标发动机停机位置相符。
图4为图表，示出了根据本发明控制的发动机速率减小，其中 Eng—rpm指实际发动机转速，Est— Eng—rpm指由起动电机速度计算的估 计发动机转速，Cntl—St—rpm指第一参考速度以及Eng—stp一rpm一min指第 二参考速度。
通过在发动机转速减小控制期间监控曲柄位置，计算出当前曲柄 位置等于目标发动机停机位置的次数，这将在下面参照附图5、 6详细 描述。
HCU采用发动机内曲柄传感器和凸轮传感器的信号监控曲柄位 置，即曲轴位置，并且如果满足上述特定条件，当曲柄位置与目标发 动机停机位置相符合时，采用起动电机停止发动机。
图5示出可变气门正时(VVT)发动机内曲柄传感器和凸轮传感 器的信号。通常，曲柄位置传感器(ckp传感器)的传感器轮具有其中 除去或"缺少"2个齿的58个齿。由于传感器轮在发动机循环中进行 两次旋转(720°)，所以总共由曲柄传感器输出116个脉冲信号(不 具有四个缺少的齿)，如图5所示。
在采用半月形凸轮的发动机中，如图5所示，在每个循环中，凸 轮传感器信号包括下降沿和上升沿。
通常，根据曲柄传感器的信号探测缺少的齿，并且采用凸轮传感 器的信号变化使1号气缸同步，如果这些在ECU中执行则是复杂的。 如果该常规过程用于本发明中，那么将花费很多时间。
因此，本发明方法可根据来自曲柄传感器和凸轮传感器的信号采 用更简单的过程。
观察凸轮在可变气门正时(VVT)发动机中的工作，当发动机停 止时将凸轮设置在最大延迟位置，然而，在发动机起动后凸轮随着发 动机载荷的增加而向前移动。
如果当发动机在特殊载荷情况下产生扭矩时，发动机驱动模式改
变为电机驱动模式(EV模式)，则将通过HCU提供给发动机的燃料切
断，接着通过起动电机将发动机停止。
当发动机将要停止时在燃料喷射切断的状态下，总是将凸轮在
VVT发动机中的位置设置在最大延迟位置，如图5所示(凸轮传感器 信号的下降沿被设置成在曲柄传感器信号的预定脉冲数之前，该预定 脉冲数即脉冲下降沿数量)。
由此，当发动机将要停止、燃料切断，并且发动机内不产生扭矩 时，如果采用凸轮的最大延迟位置，HCU很容易探测到缺少的齿，并 且将其作为用于发动机停机位置控制的同步信号。
HCU，也就是停机位置控制模块，通过计算在凸轮传感器信号下 降沿输入之后曲柄传感器的脉冲下降沿数量，而根据来自曲柄传感器 和凸轮传感器的信号探测缺少的齿。如果所计算的脉冲下降沿的数量 等于第一参考数，则HCU确定该位置为缺少齿的位置。
如上所述，当将提供给发动机的燃料切断，并且在发动机内不产 生扭矩时，总是将凸轮设置在最大延迟位置。因此，总是将凸轮传感 器信号的下降沿设置在来自缺少齿位置的曲柄传感器信号脉冲下降沿 数量之前，并且探测到的凸轮传感器信号的下降沿用于发动机停止位 置控制程序。如果自凸轮传感器信号下降沿输入时间起，曲柄传感器 信号的脉冲下降沿数量等于第一参考数，则HCU探测曲柄位置传感器 的传感器轮的缺少齿的位置，以产生同步信号并再次开始计算曲柄传 感器信号的脉冲下降沿数量。
第一参考数是预定的适当值，该值根据发动机类型变化。缺少齿 的位置在，自凸轮传感器信号下降沿输入的时间点起曲柄传感器信号 的脉冲下降沿数量等于第一参考数的位置。
在图5所示实例中，如果在凸轮传感器信号的下降沿之后输入曲 柄传感器信号的4个脉冲下降沿，则缺少齿被探测到，并且这时，第 一参考数为4。也就是说，在输入凸轮传感器信号的下降沿之后输入曲
柄传感器信号的4个脉冲下降沿，该位置确定为缺少齿的位置。
下面，如果如上所述探测到缺少齿，那么HCU从探测到的缺少齿 再次开始计算曲柄传感器信号的脉冲下降沿数，并且，如果曲柄传感 器信号的脉冲下降沿数等于第二参考数，则确定该当前曲柄位置为目 标发动机停机位置。
第二参考数为其确定目标发动机停机位置的参考值。例如，如果 第二参考数为IO，则在探测到缺少齿之后，输入曲柄传感器信号的IO 个脉冲下降沿的位置相应于目标发动机停机位置，并且发动机将要停 止在输入曲柄传感器信号的IO个脉冲下降沿的曲柄位置。
此外，如果实际计算出来自曲柄传感器信号的IO个脉冲下降沿， 则表示当前曲柄位置到达了目标发动机停机位置。因此，在探测到缺 少齿之后，HCU计算出曲柄传感器信号的脉冲下降沿数量，如果该数 量为10，则可确定当前曲柄位置与目标发动机停机位置相符。具体地， 本发明的控制过程计算出当前曲柄位置与目标发动机停机位置相符的 次数。
接着，当发动机转速低于第一参考转速时，如果计算的数大于预 定的数，并且如果发动机转速(实际发动机转速或根据起动电机转速 计算的估计发动机转速)低于第二参考转速，那么HCU通过MCU控制 起动电机，以在当前曲柄位置等于目标发动机停止位置(在探测到缺 少齿后，曲柄传感器信号的脉冲下降沿数等于第二参考数时)时，停 止发动机。
在优选实施方式中，当本发明的HCU通过起动电机减小发动机转 速，自第一参考转速减小到根据第二发动机转速减小速率的第二参考 转速时，HCU进行比例积分微分(RID)控审ij，以便根据在第一参考速 率和第二参考速率之间的第二发动机转速减小速率得到目标发动机转
速，即根据图4所示的从第一参考速度(Cntl—St—rpm)到第二参考速 度(Eng一stp一rpm—min)的速度图，得到发动机转速。这种情况下，可采 用根据冷却温度通过绘制速度增加值得到的映射数据。即，HCU根据 探测到的当前发动机冷却温度得到速度增加值，发动机冷却温度通过 冷却传感器从预先的输入映射数据探测，然后根据第二发动机转速减 小速率采用这一增加值进行PID控制以减小发动机转速。
发动机摩擦力取决于发动机转速，即冷却温度。因此，如果HCU 根据基于冷却温度的速度增加值来控制发动机转速，当根据发动机转 速第二减小速率，进行PID控制将发动机转速从第一参考速度减小到第 二参考速度时，在速率减小控制过程中可以改进车辆的乘坐舒适性， 并且可以进一步改进最终发动机停机位置的精确度。
如上所述，根据本发明控制发动机停止位置的方法，可每次在发 动机停机时在给定位置停止发动机，由此防止通过在发动机起动过程 中，由起动电机对发动机提供预定的起动扭矩造成的扭矩波动和振动 的产生。
虽然已给出起动电机用于停止发动机情况的描述，需要理解的是， 电机在更广泛的理解中是可控制发动机转速的电机，并且可以是具有 电池充电功能的发电机，且可用作起动发动机的起动电机。
图6为示出了应用本发明方法的实例结果的示意图，其中，线61 表示曲柄传感器齿数(Y轴)，以及齿数0表示缺少齿。从图中可以看 出，在一个循环两周旋转期间从缺少齿开始计算出的齿数是116，然后 与缺少齿相对应的是0。
在图中，线62表示目标发动机停机位置。
在图6所示实例中，齿数是116，并且第二参考数字是IO (在探 测到缺少齿后输入10个脉冲下降沿的曲柄位置是目标发动机停机位 置)。
因此，可以看出，如果在探测到数值为0的缺少齿后输入10个脉 冲下降沿的曲柄位置与目标发动机停机位置相符，即，例如如果当前 曲柄位置61与目标发动机停机位置62相符的次数为8，则发动机停止 在下一目标发动机停机位置，即输入IO个脉冲下降沿的位置。
如上所述，根据本发明控制发动机停机位置的方法，HCU通过处 理在提供给发动机的燃料切断情况下曲柄传感器和凸轮传感器的信号 来监控曲轴位置，如果满足一定条件，HCU即刻采用起动电机停止发 动机，此时曲轴位置与给定目标停机位置相符，由此控制曲轴停止位 置，也就是不论发动机将要何时停止时的发动机停机位置。因此，本 发明控制发动机停机位置的方法可防止在发动机起动过程中由发动机 停机位置的变化造成的扭矩波动和振动。
本发明已参考具体实施方式
进行了描述。然而，本领域技术人员 需要理解的是，在不背离本发明原理和精神的情况下，可对这些具体 实施方式中进行改变，其范围由权利要求及其等效内容所限定。
权利要求
1.在混合电动车中控制发动机停机位置的方法，该混合电动车具有可控制发动机转速的电机，所述方法包括a)在所述发动机将要停机时，向所述发动机提供的燃料切断的状态下，使用所述电机根据第一发动机转速减小率来减小所述发动机转速；b)在所述发动机转速减小至第一参考转速后，使用所述电机根据第二发动机转速减小率来调节实际发动机转速减小率，并通过处理曲柄传感器和凸轮传感器的信号来监控当前曲柄位置，以计算所述当前曲柄位置与给定目标发动机停机位置相符的次数；及c)如果所述次数大于预定数，并且如果实际发动机转速等于或低于第二参考转速，则在所述当前曲柄位置与所述目标发动机停机位置相符时，使用所述电机停止所述发动机。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，在步骤b)中，在根据所述 曲柄传感器和所述凸轮传感器的信号至少探测到所述曲柄传感器的缺 少齿之后，从探测到的缺少齿对所述曲柄传感器的脉冲下降沿进行计 算，如果计算出的脉冲下降沿数量等于与所述目标发动机停机位置相 应的下降沿参考数，则确定所述当前曲柄位置与所述目标发动机停机 位置相符。
3. 如权利要求2所述的方法，其中在探测所述缺少齿的过程中， 在从输入所述凸轮传感器信号的下降沿的时刻起计算所述曲柄传感器 信号的脉冲下降沿数量之后，如果所计算出的下降沿数量等于预定的 参考数，则探测到所述缺少齿。
4. 如权利要求l所述方法，其中，在减小所述发动机转速的过程 中，控制单元根据由预先输入的映射数据得到的当前发动机冷却温度， 采用速度增益值进行比例积分微分控制，以根据所述第二发动机转速 减小率得到目标发动机转速。
全文摘要
本发明提供一种在混合电动车中控制发动机停机位置的方法，该混合电动车具有能够控制发动机转速的电机。该方法包括a)在所述发动机将要停机时，向所述发动机提供的燃料切断的情况下，使用所述电机根据第一发动机转速减小率来减小所述发动机转速；b)在所述发动机转速减小至第一参考转速后，使用所述电机根据第二发动机转速减小率来调节实际发动机转速减小率，并通过处理曲柄传感器和凸轮传感器的信号来监控当前曲柄位置，以计算所述当前曲柄位置与给定目标发动机停机位置相符的次数；及c)如果所述次数大于预定数，并且如果实际发动机转速等于或低于第二参考转速，那么在所述当前曲柄位置与所述目标发动机停机位置相符时，使用所述电机停止所述发动机。
文档编号B60W10/06GK101181897SQ200710194490
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月12日 优先权日2006年11月13日
发明者朴镛国 申请人:现代自动车株式会社