专利名称：辅助车辆在斜坡上启动的方法
技术领域：
本发明总体上涉及启动车辆的方法，更为具体地，本发明涉及控制道路斜坡上 发动机的停止和再起动。
背景技术：
HEV为将包括多级自动变速器和内燃发动机的常规驱动系统与包括电动马达和 蓄电池的可充电能量存储系统组合在一起以相对于传统车辆改进燃料经济性的车辆。机动车辆可设计为采用混合动力电动车辆技术的某些方面而不使用混合动力电 动力系。这种具有传统动力系但没有电机用于驱动车轮的车辆(称作微混合动力电动车 辆(micro-HEV))在发动机以怠速运转期间使发动机停机以减少燃料消耗并在车辆停止时 降低排放。在车辆正常运转期间，会发生很多车辆必须停止的情况交通信号灯处、人行 横道、停车标记等。在微HEV中，如果不需要动力(例如在交通信号灯处等待时)则发 动机停止。一旦需要动力，则发动机自动再起动。通过避免不必要的发动机怠速事件， 改善了车辆燃料经济性。出于该目的，需要在满足某些发动机停止状况时尽可能多地停 止发动机功能。停止在坡度或斜率较大的路面上且动力系包括自动变速器的车辆在发动机怠速 时可能经历车辆倒溜事件。传统自动变速器由发动机通过变矩器驱动。当车辆处于平 坦路面上且发动机怠速时，传递至变速器的扭矩总体上足够使得车辆能够略微向前移动 (即车辆缓慢移动)。当车辆处于斜率为正(3% -7% )的小坡度上时，传递至变速器的 扭矩总体上足够保持车辆静止防止倒溜。然而，在较大的坡度(7%及更大)上，可能发 生车辆倒溜，导致扭矩通过变速器反向传输。在发动机停机且车辆静止在上坡道的微HEV中，车辆倒溜和反向扭矩传输效应 可能更糟，因为在发动机起动之前没有来自发动机的扭矩输出，而且在发动机再起动期 间牵引扭矩不足。在发动机档位起动过程期间，坡度负载扭矩T皿从车轮通过传动系传输至变速 器。= mg sin 0 *Rw，其中m为车辆质量，且e为道路坡度角，Rw为有效轮胎半 径。在发动机再起动期间T皿作为额外负载传递至发动机。当坡道坡度为3%及更高 时，微混合动力车辆在坡道上启动期间会发现下列三个问题。首先，发动机再起动导致 的扭矩喘振会带来不希望的车辆向前运动，其对于车辆是不必要的且对驾驶员也是不舒 适的。这种扭矩突变现象在下坡道上会变得更多。其次，发动机再起动期间T皿导致的 额外发动机负扭矩负载会使发动机失速，因为初始的发动机再启动扭矩和起动器可能不 足以驱动额外负载。第三，在发动机再起动之后，在驾驶员应用加速踏板之前发动机怠 速时的缓慢移动扭矩可能不足以抵消车辆上的道路坡度扭矩负载。结果，在驾驶员主动 踩下加速踏板以驱动车辆之前，车辆将在斜坡上倒溜。
发明内容
本发明公开了一种停在坡道上的车辆的发动机的再起动方法，包含下列步骤 使用制动压力以接合车轮制动器并产生使车辆在当前道路坡度保持静止的反作用摩擦车 轮扭矩，开始发动机再起动，运转发动机以产生等于或大于道路坡度车轮扭矩的车轮扭 矩，并释放制动压力。该方法防止微HEV在发动机自动再起动且无驾驶操纵期间以与驾驶员要求的方 向相反的方向移动。该方法还有助于避免在坡道再起动期间发动机失速以及避免发动机 再起动时不期望的车辆加速急跳。通过在车辆静止时使用行车制动器(servicebrake)在驱 动桥车轮以及被动车轮中的至少一个上增加并维持制动摩擦扭矩能力来实现这些优点。 可通过驾驶员踩下制动踏板或通过制动控制系统的运转自动施加并维持制动压力。在驾驶员释放行车制动器后，在发动机再起动期间，坡道起动制动辅助 (HSBA)控制系统在制动系统中保持施加的压力至维持车辆静止在坡道上并抑制动力系 扭矩扰动所需的大小。在车辆加速期间，HSBA控制减小制动压力与增加的驱动扭矩相 平衡。本发明还公开了一种再起动停止在斜坡上的车辆发动机的系统，包含用于驱 动车辆的车轮；用于交替固定并释放车轮旋转的车轮制动器；用于加压车轮制动器的制 动系统；发动机；可连接至发动机的起动马达；接合在档位的变速器，发动机通过变速 器可驱动地连接至车轮；以及控制器，配置用于使用制动压力接合车轮制动器并产生使 车辆在斜坡上保持静止的反作用道路坡度车轮扭矩、使用起动马达转动起动发动机开始 发动机再起动、运转发动机以产生等于或高于道路坡道车轮扭矩的车轮扭矩、并使用制 动系统释放车轮制动器中的压力。本发明还公开了一种辅助伴随有自动发动机再起动的车辆在斜坡上启动的方 法，包含(a)接合变速器的前进档位，发动机和车辆车轮通过变速器档位接合可驱动 地互相连接；(b)在所述发动机再启动时施加制动压力以产生足够使车辆在斜坡上保持 静止并减少燃烧扭矩的车轮制动扭矩；(c)开始发动机再起动；(d)维持制动压力直至在 预定时间段发生发动机转速峰值并且发动机产生等于或高于道路坡度车轮扭矩的车轮扭 矩；以及释放所述制动压力。根据具体实施方式
、权利要求和附图，本发明优选实施例的应用范围将变得显 而易见。应理解，尽管描述和具体示例指示了本发明的优选实施例，其仅作为说明而给 出。对所描述的实施例和示例的多种改变和修改对本领域技术人员将变得显而易见。
图1为微HEV动力系的示意图。图2为显示了 HSBA控制器一部分的示意图。图3包括了在坡道上HSBA控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线，该坡道 的坡度处于中等范围的道路坡度。图4包括了在坡道上HSBA控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线，该坡道 的坡度处于较高范围的道路坡度。图5包括了图4的替代HSBA控制下发动机再起动期间的动力系变量的曲线。
图6包括了下坡道上HSBA控制下发动机再起动期间的动力系变量的曲线。图7说明了用于控制发动机再起动的算法的步骤的逻辑流程图。
具体实施例方式结合附图参考下文的具体实施方式
，本发明将更易理解。现在参考附图，图1的微HEV动力系10包括动力源12(例如内燃发动机)；增 强发动机起动马达14 ；自动变速器16 ；输入轴18 ；通过轴18可驱动地连接至发动机的 叶轮20;被叶轮流体动力驱动的涡轮22;变速器输出24;连接至输出的主减速器机构 26;电动辅助液压泵(EAUX)28，其输出对变速器的液压系统加压；蓄电池30，其向泵 28和起动机14供应电能；以及通过输出24和主减速器机构26可驱动地连接至驱动轮 34、35的车桥轴32、33;制动器78、79;以及制动管路76、77。车辆驾驶员在自动变速模式槽42内的P、R、N、D的位置范围内以及手动变速 模式槽44内的升档(+)和降档(_)位置之间手动移动换档杆40。车辆驾驶员手动控制的加速踏板和制动踏板50、52分别向控制器46提供输入要 求以改变发动机车轮扭矩及改变车轮制动器78、79处的制动力。摩擦控制元件(即离合器和制动器)位于变速器16内部，其配合的接合与分离 的状态产生了前进档位和后退档位。当控制元件54、56中的至少一个(但优选为两个) 同时结合时产生第一前进档(低档)。变速器摩擦控制元件被称为启动元件54、56，其 接合将产生启动车辆的所需档位。当发动机12停机时电动辅助泵28产生的液压管路压 力用于供液并压紧启动元件54、56，从而使变速器16准备好一旦发动机完成重启便传输 响应动元件54、56，从而使变速器16准备好一旦发动机完成重启便传输响应的扭矩。压 紧启动控制元件54、56消除了控制元件中伺服活塞和摩擦盘组之间的间隙以及摩擦盘之 间的间隙。当驱动启动元件的伺服缸中存在压紧压力时，启动元件54、56基本上没有扭 矩传输能力。变速器16还包含液压泵53 (例如内齿轮泵或叶轮泵)，其输出用于在变速器液压 管路中产生压力，通过其将控制元件54、56加压至完全接合状态以配合发动机再起动方法。基于微处理器的控制器46可访问坡道起动制动辅助(HSBA)发动机再起动控制 算法70，通过在通信总线上传递的电子信号与发动机12、起动机14、变速器16、电池 30、辅助泵28、换档杆40、以及加速踏板和制动踏板50、52通信。图2示意说明了控制器46。制动系统控制60 (其包括HSBA制动驱动器62)从 制动驱动器及传感器64接收输入信号并向其传递指令。发动机控制模块(ECM) 50包括 发动机起动-停止调度程序66，其向底盘及动力系协调器(CPTC)68(其包括HSBA发动 机再起动控制算法70)传递发动机起动/停止要求67。制动系统控制60和CPTC68通过 高速控制器局域网(HS-CAN)通信。优选地当微HEV静止、制动踏板52被踩下、确定了道路坡度大小、发动机12 停止、加速踏板50被释放、驻车制动器被释放、以及档位选择器40处于“前进档”位 置范围内时进入HSBA控制。图3-6中显示了四种使用情况以表明HSBA发动机再起动控制的功能。图3显示了在坡道上HSBA控制下的发动机再起动期间的动力系变量的曲线，该坡道的坡度具 有低道路坡度范围(例如3%和7%之间)内的正斜率。在A阶段期间，在80处通过再 起动要求开始发动机再起动之前，车辆停车并变为静止。在B阶段期间，开始发动机再 起动且变为持续燃烧。在C阶段期间，随着在上坡道上车速增加，车辆向前发动。曲线82代表了车辆停止时制动踏板52的应用及后续逐渐释放。曲线83指示了档位选择器40持续处于“前进”或“低速”位置。当车辆停 止时，识别道路坡度的大小，驾驶员应用制动踏板52以保持车辆静止，且HSBA控制启 动。曲线84表示了发动机再起动之后加速踏板50的应用。从车轮34、35通过传动系传递至变速器16的道路坡度扭矩负载TRl为TRl = mg sine*RW，其中m为车辆质量，e为道路坡度角(对上坡道为正而对下坡道为负)，且 Rw为有效轮胎半径。当驾驶员释放制动踏板52并准备加速车辆时，如果主缸压力P_MC下降至或低 于预定压力程度？_1^6八90，则管路76、77中的制动压力86通过HSBA控制保持在压 力90程度不变。制动压力90使得行车制动器78、79能够抵消道路坡度扭矩负载T皿并 抑制动力系10中的扭矩突变94。总体上，P_HSBA压力90为用于坡度负载的坡道固定 车轮扭矩或扭矩突变抑制车轮扭矩的最大值。曲线88代表了足够高的制动压力程度。曲线94显示了在确定道路坡度扭矩负载的大小之后启动HSBA控制。曲线 96代表了释放制动踏板52之后的主动HSBA控制。曲线98代表了当在106处产生足够 的车轮扭矩或HSBA计时器100期满时主动HSBA控制变为停止。在80处当释放制动踏板50同时档位选择器40处于前进驱动位置(即“前进档” 或“低速档”位置)时，通过使用起动机14转动起动发动机12来开始发动机再起动。当在80处开始发动机再起动时，控制器46设定发动机起动标记，在108处设定 发动机转速峰值标记，并当发生发动机持续燃烧时在110处设定发动机运行标记。当开始发动机再起动时，HSBA计时器100设定为第一校准级别102并在阶段1 控制期间开始倒计时。如果在HSBA计时器倒计时到零之前探测到发动机再起动转速的 峰值104，则维持制动压力90并将计时器重设为第二校准级别105。如果在发动机转速 峰值104发生之前第一校准级别102的HSBA计时器100期满，则立刻通过释放制动踏板 50减小制动压力90。如果在110处设定发动机运行标记之前第一级别102的计时器100未期满，则在 HSBA阶段II控制期间将HSBA计时器100延长至第二校准级别105并倒计时。在HSBA 阶段II控制期间，HSBA控制器46保持提高的制动管路压力90直至HSBA计时器100期 满或动力系车轮扭矩足够抵消道路坡度扭矩负载(即Tcrank—wh0-TrJ。如果车辆缓慢移 动扭矩高于T&，HSBA控制器46在紧接着阶段I控制之后通过释放制动踏板50减小制 动压力90。基于发动机转速、加速踏板52的位移和传动系齿轮信息估算车轮处的传动系 扭矩TCRANKWHl。建议的制动压力控制并未排除使用独立制动管路压力或叶轮腔室压力而 非制动主缸压力用于确定控制动作的情况。曲线112代表了在110处发生发动机持续燃烧之后车速从零增加。曲线114代表了 80处发生的发动机再起动要求的状态。
曲线116代表了发动机转速，其显示了在起动机14转动起动发动机12而发动机 再起动80开始时发动机转速开始增加。发动机转速在第一发动机燃烧118之后继续增 加、在发动机持续燃烧的阶段在怠速120维持相对稳定、并在发动机扭矩增加时进一步 增加122。曲线124代表了车轮扭矩Twm，其为当前档位下发动机在车轮34、35处的曲 轴扭矩TeRANK—wm、制动扭矩^1、以及车轮处的道路负载T RL 之禾口，Twhl — Tcrank— wm+TBRK+TRp 曲线126代表了当前档位下车轮34、35处的曲轴扭矩TeRANK—wm。曲线 128代表了制动扭矩Tbrk。曲线130代表了道路坡度扭矩负载TRl，其为道路坡度产生的 较小负扭矩。类似于图3的第一种使用情况，图4中显示的第二种HSBA使用情况说明了发动 机自动停止且车辆静止在中等至较高坡度的坡道(斜率为7% -30%的范围中的正斜率) 上时的HSBA控制功能。在这种情况下，对应于增加的道路坡度扭矩负载，P_HSBA制 动压力140设为高于制动压力90的压力。比第一种使用情况中更晚地在142处停止HSBA控制，即在驾驶员踩下加速踏板 52之后当车轮34、35处存在抵消更大的负道路坡度扭矩负载144所需的足够动力系驱动 扭矩时。即使发动机12没有自动停止也开始并阶段II的工况终止。图5说明了当用于动力系扭矩扰动抑制144的制动管路压力P_HSBA远大于抵 消道路坡度扭矩负载146的压力P_ARL时可用于第一种和第二种使用情况的可选控制。 此处唯一的差别在于在控制阶段I之后主要压力从P_HSBA至P_ARL的下降在148处完 成。通过这样，在制动压力释放期间制动管路压力程度保持得尽可能的低以使对车辆自 由运动的阻力最小化。图6说明了应用至下坡道(即具有负斜率)上的车辆的HSBA控制。在这种情 况下，制动管路压力90保持在P_HSBA，即保持在足以抑制增加的动力系扰动扭矩和坡 度负载扭矩的大小。在阶段I在150处完成后立刻停止HSBA控制，因为希望发动机再 起动之后缓慢移动扭矩或道路坡度扭矩负载立刻驱动车辆。图7说明了用于控制发动机再起动的算法70的步骤的逻辑流程图。在步骤160 处，进行测试以确定制动系统是否运转。如果测试160的结果为逻辑否，则在步骤162 处禁用(即关闭)HSBA控制。如果测试160的结果为逻辑真，则在步骤164处使用步骤170处产生的信息进行 测试以确定车辆是否停止在斜坡或坡道上。如果测试164的结果为逻辑否，则控制返回 步骤164。如果测试164的结果为真，则在步骤166处启动HSBA控制。在步骤168处进行测试以确定发动机12是否自动停止。在步骤170处，确定道路坡度0和道路坡度扭矩负载Tn并用作步骤172、174 和202中的输入数据。如果测试168的结果为真，则在步骤172处参考来自步骤170的道路坡度扭矩负 载确定发动机再起动控制所需的制动压力。如果步骤172的结果为否，则控制前进至步 骤 174。在步骤176处进行测试以确定制动系统压力是否等于或大于制动系统主缸中的 压力。如果测试176的结果为否则控制返回步骤176。
如果测试176的结果为真，则在步骤178处启动HSBA控制并使制动压力保持在 P_HSBA以保持车辆静止。在步骤180处进行测试以确定是否已从控制器46发出发动机再起动指令。如果测试180的结果为否，则在步骤182处进行测试以确定是否已重新应用制动 踏板50。如果测试182的结果为否，则控制返回步骤178。如果步骤182的结果为真，则在步骤184处停止HSBA控制、释放制动压力P_ HSBA,且控制返回步骤176。在步骤186处，开始发动机再起动。在步骤188处，HSBA计时器100设定为级别1，且在步骤190处计时器倒计时。在步骤192处进行测试以确定HSBA计时器100是否尚未期满。如果测试192 的结果为否(即计时器已期满)，则控制前进至步骤214。如果测试192的结果为真(即计时器尚未期满)，则在步骤194处进行测试以确 定是否已经重新应用制动踏板50。如果测试194的结果为否，则在步骤196处进行测试 以确定是否出现发动机转速峰值。如果步骤196的结果为否，则在步骤197处进行测试以确定发动机12是否已经 失速而需要另一发动机再起动。如果测试197的结果为否，则控制返回步骤190。如果 测试197的结果为真，控制返回步骤188。如果测试196的结果为真，则在步骤198处HSBA计时器100设定为级别2，且 在步骤200处计时器开始倒计时。在步骤202处进行测试以确定(1)计时器100是否期满、且(2)发动机12产生
的车轮扭矩是否高于道路坡度扭矩负载(TeRANK—> Trl)。如果测试202的结果为真，则在步骤204处释放制动压力，允许车辆加速。在步骤206处停止并关闭HSBA控制，且控制返回步骤160，在此之后重新执行 算法70。如果测试202的结果为否，则在步骤216处进行测试以确定是否已重新应用制动 踏板50。如果测试216的结果为否，则控制返回步骤200。如果测试208的结果为真，则控制前进至步骤214 (在该处释放制动压力)并前 进至步骤206。如果测试192的结果为假或测试194的结果为真，则控制前进至步骤214 (在该 处释放制动压力)并前进至步骤206。如果测试168的结果为否，则在步骤174处确定当前道路坡度所需的HSBA制动 压力的大小。在步骤208处进行测试以确定车辆是否静止及主缸压力P_MC是否等于或小于 P_HSBA制动压力。如果测试208的结果为假，则控制返回步骤166。如果测试208的结果为真，则在步骤210处应用HSBA制动压力并保持不变，且 计时器100设定为级别2。随后控制前进至步骤200，在该处计时器倒计时。如果测试196的结果为真，则可选逻辑路径(其从步骤212开始)解决了动力系 扭矩扰动抑制的制动管路压力P_HSBA远大于抵消道路坡度扭矩负载所需压力P_ARL的 状况。在步骤212处，将制动管路压力P_HSBA降低至道路坡度扭矩负载压力P_ARL，且控制前进至步骤198。 根据专利法规的规定，已经描述了本发明的优选实施例。然而应注意，可采用 与具体说明并描述的实施例有所不同的替代实施例。
权利要求
1.一种辅助伴随有自动发动机再起动的车辆在斜坡上启动的方法，包含(a)接合变速器的档位，所述发动机和所述车辆的车轮通过所述变速器档位接合可驱 动地互相连接；(b)当所述发动机再起动时施加制动压力以产生足够使所述车辆保持在所述斜坡上静 止并减少燃烧扭矩的车轮制动扭矩；(c)开始发动机再起动；(d)维持制动压力直至在预定时间段内发生发动机转速峰值并且所述发动机产生等于 或高于道路坡度车轮扭矩的车轮扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含释放所述制动压力。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，释放所述制动压力进一步包含释放制动 踏板。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)进一步包含接合前进档位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)进一步包含使用关系Tu= mg sin θ *RW确定道路坡度车轮扭矩，其中Tu为所述坡度车轮扭矩，m为车辆质量，θ为 所述道路相对于水平面的坡度，且Rw为有效轮胎半径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)进一步包含在所述发动机再起 动期间使用起动马达转动起动所述发动机。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)进一步包含如果在第一时间段发生发动机转速峰值，则在所述第一时间段之后的第二时间段已 经期满情况下或者所述发动机产生等于或高于所述道路坡度车轮扭矩的车轮扭矩的情况 下执行步骤(d)和(e)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)进一步包含如果在上述时间段内没有发生发动机转速峰值并且发动机没有运转，则在容许的驱 动时间段内维持制动压力直到发生另一个发动机再起动。
全文摘要
本发明公开了一种启动停止在斜坡上的车辆的方法，包含下列步骤接合变速器档位(发动机和车轮通过该变速器档位接合可驱动地互相连接)，使用制动压力以接合车轮制动器并产生使车辆在斜坡上保持静止的道路坡度车轮扭矩，开始发动机再起动，运转发动机产生等于或高于道路坡度车轮扭矩的车轮扭矩，并释放制动压力。本发明能够防止微HEV在发动机自动再起动且无驾驶操纵期间以与驾驶员要求的方向相反的方向移动，还有助于避免在坡道再起动期间发动机失速以及避免发动机再起动时不期望的车辆加速急跳。
文档编号B60W40/08GK102019924SQ201010245710
公开日2011年4月20日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年9月17日
发明者于海, 伊哈布·S·苏里曼, 瑞安·A·麦基, 马修·A·布伊希 申请人:福特全球技术公司