专利名称：：用于控制车辆中发动机起动的方法
技术领域：
：本发明涉及一种车辆及一种用于控制车辆中发动机起动的方法。
背景技术：
：混合动力车辆(HEV)使用内燃机和电机的结合来提供驱动车辆所需的动力。这种布置为仅具有内燃机的车辆提供改善的燃料经济性。改善HEV中燃料经济性的一种方法就是在发动机低效运转并且不另外需要驱动车辆的时间段内关闭发动机。在这些情况下，电机用于提供驱动车辆所需的全部动力。当驾驶员动力需求增加，使得电机不能再提供足够的动力以满足该需求，或如果电池荷电状态(SOC)下降至一定水平之下时，驾驶员基本上明白必须快速且平滑地起动发动机。控制HEV中发动机起动的一种方法在Colvin等人于2008年5月13日公布的第7，370，715号美国专利中描述，该方法通过引用被包含于此。在HEV中，可通过还可输出扭矩以驱动车辆的电机最初起动发动机。当通过电机驱动车辆并且要求发动机起动时，期望控制传动系统，即，发动机、电机、变速箱等，从而将扭矩从电机传递到发动机，而基本上不会使从电机到车轮的扭矩流中断。这可能是当发动机第一次起动时的具体问题，因为此时是发动机扭矩要求最高且会发生扭矩扰动的时刻。因此，需要一种车辆及一种用于控制车辆中发动机起动的方法，从而减少或消除当发动机起动时动力传动系统的扭矩扰动。
发明内容本发明的实施例包括一种车辆，该车辆具有发动机；电机，可将扭矩输出到发动机和车轮；起动电机，可操作地连接到发动机。电机和起动电机二者都可用于提供扭矩以起动发动机，并且二者可以以使动力传动系统扭矩扰动减少或消除这样的方式被控制。在一些实施例中，当车辆按照相对稳定的速度运行时可使用本发明的方法。在这种情况下，可使用通过电机操作的电磁阀(例如，可变力电磁阀)使设置在电机和发动机之间的分离离合器最初接合。分离离合器的最初接合可以是以最初的高压增加为特征的“快速填充”，这使分离离合器压力升至第一水平。然后分离离合器的压力可被减少至通常被称为“冲程压力”。冲程压力是使离合器活塞或离合器板运动到恰好接触的点所必需的压力的量。在冲程压力下，离合器滑动，但是离合器准备好快速地接合。尽管上述离合器的操作使用术语“压力”，从而暗示是液压离合器，但是还可使用诸如机电式离合器的其他类型的离合器。在液压离合器的情况下，离合器板上的压力与扭矩容量相关。在相同的方式下，在非液压离合器中作用在板上的力也与扭矩容量相关。因此，为了术语的一致性，除非另外特别地限定，否则在此所述的离合器的操作将呈“压力”的形式，应该理解，离合器的操作包括在非液压离合器中将非液压力施加到离合器板上的情况。为了在发动机起动过程中减少从电机传递到发动机的要求的扭矩，起动电机的操作与分离离合器的最初填充的开始基本上同时进行。这允许发动机在发动机的起动扭矩要求最高时基本上或完全通过起动电机起动。然后，分离离合器的压力水平可上升，以便于从电机到发动机的扭矩传递，当发动机速度处于起动电机的速度之上的预定速度时，起动电机可关闭。为了将车轮与可发生在从电机到发动机的扭矩传递过程中的扰动隔开，可使设置在电机和车轮之间的一个或多个离合器滑动。在上述情况下，当要求发动机起动时车辆基本上按照稳定的速度操作，起动离合器可被控制，以提供电机和车轮之间一定量的滑动。然而，本发明的实施例的确还考虑在已要求变速箱齿轮降档时起动发动机。在这种情况下，将会有正从接合状态释放的一个或多个变速箱离合器、正处于接合过程中的一个或多个变速箱离合器。通常根据编程到具有诸如变速箱控制模块(TCM)的控制器的控制系统中的作业过程换挡方案(productionshiftschedule)控制这些即临离合器(oncomingclutch)和即离离合器(offgoingclutch)。当在降档过程中要求发动机起动时，可根据作业过程换挡方案或其他换挡方案来控制即临离合器和即离离合器，从而在电机和车辆驱动轮之间发生滑动，因此当发动机起动时将驱动轮与扭矩扰动隔开。本发明的实施例还包括一种用于起动车辆中的发动机的方法，该车辆具有起动电机，用于使发动机旋转以便于发动机起动；电机；分离离合器，设置在发动机和电机之间，用于将发动机选择性地连接到电机；至少一个其他离合器，设置在电机和车辆驱动轮之间。所述至少一个其他离合器可以是(例如)诸如上述的起动离合器，或根据换挡方案控制的一个或多个变速箱离合器。在至少一些实施例中，当分离离合器至少基本上不接合时将要求发动机起动。尽管考虑的是，分离离合器可完全不接合，但是应理解的是，术语“至少基本上接合”考虑可能会有分离离合器的少的接合的那些情况，在这些情况下，只有可忽略的量的扭矩在电机和发动机之间传递。在要求发动机起动之后，操作电机，分离离合器从至少基本上不接合状态使用最初填充接合，以将分离离合器的压力升至第一水平。如上所述，最初填充可以是具有最初的高压的快速填充，或可使用快速地接合离合器而不会有与传统的“快速填充”相关的高压的电磁阀/离合器系统。起动电机的操作开始与分离离合器的最初填充的开始基本上同时进行。这提供从起动电机到发动机的扭矩传递并减少需要从电机传递到发动机的扭矩的量。起动电机关闭，发动机加油，分离离合器完全接合。现在发动机起动完成。本发明的实施例还包括一种车辆，该车辆具有发动机；起动电机，用于使发动机旋转以便于发动机起动；电机，可操作以驱动车辆并使发动机旋转；第一离合器，设置在发动机和电机之间，用于将发动机选择性地连接到电机。第一离合器可以是(例如)上述分离离合器。车辆还包括具有至少一个控制器(例如，上述TCM)的控制系统。控制系统还可包括附加控制器，例如，发动机控制单元(ECU)、车辆系统控制器(VSC)以及传动系统控制模块(PCM)，每个附加控制器可通过诸如控制器局域网络(CAN)的网络连接到TCM。控制系统可被配置成执行诸如上述发动机起动，其中，起动电机在最高发动机扭矩需求的时间段内(例如，高达大约100转/分(rpm))被控制以起动发动机。当发动机正在起动时控制系统还可控制在电机和车轮之间的滑动的量。然后，可将一些扭矩从电机传递到发动机，起动电机关闭。图1是根据本发明的车辆的示意图；图2是示出图1中所示的车辆的各参数在发动机按照稳定的车速起动的过程中如何随时间变化的曲线图；图3是示出图1中所示的车辆的各参数在一个方案下当要求发动机在降档过程中起动时如何随时间变化的曲线图；图4是示出图1中所示的车辆的各参数在第二方案下当要求发动机在降档过程中起动时如何随时间变化的曲线图；图5是示出图1中所示的车辆的各参数在要求发动机起动并且车辆停止时如何随时间变化的曲线图。具体实施例方式图1示出了根据本发明的车辆10的示意图。车辆10是HEV，并包括发动机12、电机(电动机/发电机(M/G)14)。M/G14是离合器/电机壳体16的一部分，离合器/电机壳体16还包括第一离合器18(分离离合器)、设置在分离离合器18和发动机12之间的阻尼器20。例如，阻尼器20可以是被配置成当分离离合器18接合时帮助缓冲发动机12和M/G14之间传递的扭矩变化的一系列板和弹簧。离合器/电机壳体16还包括可被控制以将M/G14与车辆驱动轮M隔开的起动离合器22，稍后将更详细地描述起动离合器22。在某些实施例中，本起动离合器设置在所述电机和车辆驱动轮之间。离合器/电机壳体16为还包括齿轮箱观的变速箱沈的一部分。就像图1的其余部分，齿轮箱观以简单的示意图示出，以减少附图中不必要的复杂性。齿轮箱观包括两个变速箱离合器30和32以及两个行星齿轮组34和36。应理解的是，其他齿轮箱构造可用于诸如车辆10的车辆中以及本发明所构思的方法中。如下面更详细地描述，可通过诸如作业过程换挡方案的换挡方案来控制离合器30和32，离合器30和32连接和分离行星齿轮组34和36的特定的元件，以控制变速箱输出38和变速箱输入40之间的比率。车辆10还包括(例如)通过带传动或齿轮传动运转地连接到发动机12的起动电机42。差速器44设置在变速箱输出38和车辆驱动轮M之间。另外，车辆10包括图1中所示的实施例中示出为TCM46的控制系统。如上所述，用于诸如车辆10的车辆的控制系统可包括任何数量的控制器，这些控制器中的一些或全部可通过CAN或其他通信系统连接。如下面详细地描述，TCM46可被配置成控制与起动电机42和发动机12的操作相关联的变速箱26的各组件的操作，使得发动机12可在多个不同情况中的任一情况下以使扭矩扰动和对驾驶员的冲击最小的方式起动。现在，参照图1所示的车辆10使用图2-5详细地描述四种不同的发动机起动模式。图2示出了根据本发明的实施例的当车辆10基本上按照稳定的速度操作时用于发动机起动的方法的示图。当然，车速可稍微变化，但是考虑的是，在用于图2所示的情况的发动机起动程序过程中将不会发生变速箱降档。如图2所示，要求发动机以模式1的起动方式起动。点48处所示的是当要求发动机起动时分离离合器18的压力。在点48处，分离离合器18中的压力基本上为零，即，分离离合器18完全不接合或基本上不接合。在模式1中，分离离合器压力通过快速填充至点50处所指示的水平而升至第一水平。如上所述，可通过TCM46实现对分离离合器18的控制，尽管最初填充是“快速填充”，但是不必如此。此外，在模式1的开始，基本上在分离离合器18的快速填充的同时起动电机42起动，以开始起动发动机12，见图2上的点52。此外，在模式1的过程中，起动离合器22被控制，以在点M处开始滑动，以达到目标滑动速度56。在模式1的过程中，M/G14(在图2-5中被称为“电机”)被控制，使得其输出扭矩基本上稳定，以持续驱动车辆，通过TCM46使用扭矩控制来控制M/G14。扭矩控制是控制扭矩产生装置的方法，从而允许装置的输出速度变化，同时将输出扭矩控制在期望的水平。在模式1的结尾，分离离合器18的压力减少至冲程压力58的第二水平，在冲程压力58的情况下，小的扭矩在M/G14和发动机12之间传递或没有扭矩在M/G14和发动机12之间传递。值得注意的是，即使当模式1中发生快速填充时，尽管分离离合器18中指定的压力相对高，实际的压力也小，在模式1的过程中很小的扭矩在M/G14和发动机12之间传递或没有扭矩在M/G14和发动机12之间传递。在模式2中，分离离合器18将保持冲程压力58直到检测到可校正(calibratable)的起动离合器滑动速度，这在图2上的点60处示出。当将扭矩从M/G14传递到发动机12时，在点60处滑动的量被确定为足以减少动力传动系统扰动。因此，当达到点60时，分离离合器18中的压力升至图2中的点62处所示的第三水平。增加至第三压力水平的量为冲程压力58之上可校正的量。尽管在本实施例中，当检测到离合器滑动的一定的量时，压力升至第三水平，但是压力也可基于其他参数(例如，分离离合器压力已呈冲程压力的时间的量)上升。起动离合器22被控制直到其达到目标滑动速度56，此时根据诸如PID控制器的闭环控制器控制起动离合器22，使得起动离合器22仍然位于目标滑动速度56或接近目标滑动速度56。使用扭矩控制持续控制M/G14，直到检测到起动离合器22的滑动速度变化。在点64处，起动离合器滑动速度骤降，指示分离离合器18具有容量。这里，发动机扭矩出现稍微大的负扭矩，因此使M/G14的扭矩稍微增加可校正的量，以提供发动机12使用的附加扭矩，见电机扭矩曲线上的点66。此外，在模式2的过程中，使用起动电机42持续起动发动机12。此时，发动机速度开始增加超过起动电机42的速度，这是M/G14提供增加的扭矩的结果。在发动机速度增加超过起动电机速度之后，起动电机42停止给发动机12提供扭矩。在发动机速度已达到起动电机速度之上可校正的水平之后(见点68)，起动电机关闭，模式2结束。在模式3的开始处，分离离合器18中的压力减少至点70所指示的水平，然后使用(例如)具有PID控制器的闭环控制来控制分离离合器18中的压力，以尽量保持相对不变的压力。使用闭环压力控制持续控制起动离合器22的滑动，以保持近似不变的滑动。现在使M/G14处于速度控制下，然后使车辆10的加速度保持当前水平。在速度控制过程中，允许M/G14输出的扭矩的量变化，同时控制速度基本上不变，或如果驾驶员需求变化，则控制速度使其处于需求水平。当发动机12的速度处于M/G14的速度之下可校正的水平(见点74)内时，模式4开始。在模式4的过程中，基于驾驶员扭矩需求使发动机12处于扭矩控制下。M/G14保持在速度控制下，发动机12加油以开始燃烧。当M/G14的扭矩一直下降至零或之下时，模式4结束，并且执行最后的发动机起动程序。通过“一直下降至零或之下”，其意思是M/G14的扭矩没有由于噪声信号而反常地降至零或未被确定为零。在模式5中，分离离合器18的压力升至最大，起动离合器22的压力平滑地上升直到被锁定。基于驾驶员扭矩需求使用扭矩控制持续控制发动机12，可基于电池需要或车辆10的其他电能要求使M/G14用作发电机。当起动离合器22不再滑动时，模式5退出，发动机起动程序完成。图3示出了在发动机起动过程中的各车辆参数，其中，在发动机起动程序过程中发生变速箱降档。在图3所示的发动机起动过程中，考虑的是，发动机将在降档完成之前接合；因此，图3还被标示为“方案1”，以区分开图3和为方案2的图4，在图4中，考虑的是，在要求发动机起动之前已开始降档，因此，降档在发动机接合之前完成或几乎完成。返回图3，图3示出了分离离合器的压力曲线与图2中使用的曲线近似。分离离合器18在模式1的开始被最初填充，并且起动电机42的运行基本上与分离离合器18的最初填充同时进行。发动机在稳态下起动和发动机在降档条件下起动之间一个明显的不同处在于不是控制起动离合器22滑动以将扭矩扰动与动力传动系统隔离；而是控制变速箱离合器30和32以提供M/G14和车辆驱动轮M之间的滑动，变速箱离合器30和32中的一个为即临离合器，另一个为即离离合器。用于即临离合器和即离离合器的压力曲线被示出并且与用于分离离合器的压力曲线相邻，即临离合器的滑动在图3的底部示出。在整个模式1中，通过扭矩控制来控制M/G14，在分离离合器18的最初填充的结尾，模式1结束。在模式2的开始，分离离合器的压力减少至为上述冲程压力的第二水平。分离离合器按照冲程压力操作直到检测到即临离合器的滑动的可校正的水平，这在图3中的点74处示出。在该点处，分离离合器的压力增加可校正的量以到达点76处所指示的第三水平。在图3所示的实施例中，根据作业过程换挡方案控制即临离合器30的压力和即离离合器32的压力。该作业过程换挡方案是被编程到TCM46中并用于在各种升档和降档过程中控制离合器30和32的操作的换挡方案。如果期望，当发生降档时在发动机起动程序过程中可使用不同的换挡方案。如前所述，当发动机12的速度处于起动电机42的速度之上可校正的量时，模式2结束，起动电机42关闭。在其他实施例中，可基于其他车辆条件(例如，发动机速度的绝对值(而不是与起动电机42相比的发动机12的相对速度)、发动机扭矩的一定的水平或一些其他参数)关闭起动电机42。值得注意的是，在模式2的过程中，当检测到即临离合器的滑动速度中的尖角时，电机扭矩增加，见图3中的点78和点80。在模式3中，分离离合器的压力减少并且根据尽量保持近似不变的离合器压力的闭环压力控制来控制分离离合器的压力。在模式3中，M/G14处于速度控制下，然后M/G14被控制以保持车辆加速度的当前水平。当发动机12的速度处于M/G14的速度之下一定的可校正的水平时，模式3退出，这在图3中的点82处示出。在模式4中，检测即临离合器的滑动，如果即临离合器的滑动比目标滑动84大，则然后根据使用的换挡方案持续控制即临离合器的滑动。如果在模式4中即临离合器的滑动达到目标滑动，则使用闭环控制使即临离合器的滑动保持目标滑动水平。在模式4的过程中，给发动机12提供燃油，使发动机12处于扭矩控制下并基于驾驶员扭矩需求操作发动机12。当M/G14的扭矩一直下降至零或之下时，从而指示发动机扭矩能保持车速，模式4结束。在模式5的过程中，分离离合器压力升至最大并且基于驾驶员需求的扭矩使发动机的控制保持在扭矩控制下。与模式4相同，检测即临离合器的滑动，如果即临离合器的滑动处于目标滑动84之上，则根据换挡方案保持即临离合器的控制和即离离合器的控制。此外，在模式5的过程中，可根据电池充电或车辆10的其他电要求或性能需要使M/G14处于发电机控制下。当即临离合器和即离离合器根据换挡方案已完成各自的转换时，模式5和发动机起动程序完成。如上所述，图4示出了第二方案，其中，在降档过程中要求发动机起动。在图4中，降档已先于发动机起动的要求开始，因此，降档在发动机12接合之前刚好几乎完成。将用于图3的对模式1-3的描述等同地应用到图4所示的发动机起动程序。然而，在模式4中，图4与图3所示的发动机起动程序明显不同。如图4所示，即临离合器的滑动在模式4的初期就达到目标滑动84，这在点86处示出。在整个模式4的其余部分，不是根据换挡方案控制即临离合器的滑动，而是，即临离合器的滑动保持目标滑动水平84。在模式5的过程中，分离离合器18升至最大压力，即临离合器30的操作和即离离合器32的操作完成，这使图4所示的模式5和发动机起动程序结束。图5示出了与上述其他三个发动机起动程序中的任何一个都不同的发动机起动。在图5中，考虑的是，车辆在发动机起动要求过程中不运动。因此，车辆10处于驻车档或空档，发动机起动要求可不来自于驾驶员增加动力需求，而是来自于驾驶员通过“钥匙起动”来起动车辆。就像上述其他发动机起动程序，模式1随分离离合器18经历最初填充开始，在此时间过程中，起动电机42的接合基本上与分离离合器18的最初填充同时进行。与上述其他发动机起动程序不同，M/G14最初处于速度控制下，其中，M/G14保持在期望的发动机怠速之下可校正的速度水平。钥匙起动和其他发动机起动程序之间的又一不同处在于辅助电泵可用于提供分离离合器18的最初填充要求。如果当要求发动机起动时操作M/G14，例如，如图2-4所示，则M/G14可操作主要的液压泵。然而，针对钥匙起动，M/G14不运行，并且可使用辅助电泵。在分离离合器18的最初填充的结尾，模式1结束，模式2开始。分离离合器18的压力减少至为冲程压力88的水平的第二水平。在点90处，分离离合器18的压力增加可校正的水平，从而可将扭矩从M/G14传递到发动机12。这种增加到第三压力水平可基于(例如)分离离合器18已呈冲程压力的时间的量。在点92处，发动机12的速度处于起动电机42的速度之上可校正的量，模式2结束，起动电机42关闭。如上所述，其他参数可用于确定何时关闭起动电机42并进入模式3。在模式3中的点94处，分离离合器18的压力减少可校正的量，然后根据闭环压力控制(例如，具有PID控制器)来控制压力，以尽量保持近似不变水平的压力。根据速度控制持续控制M/G14，当发动机12的速度位于M/G14的速度之下可校正的量时，模式3在点96处结束。在模式4中，分离离合器18的压力朝着其最大压力增加，给发动机12供应燃油，然后基于驾驶员扭矩需求使发动机12处于扭矩控制下。当M/G14的扭矩一直下降到发动机12输出的扭矩之下时，指示发动机扭矩能保持车速，模式4退出。在模式5中，分离离合器18的压力升至最大，基于可以为由ECU(未在图1中示出)保持的预编程作业过程怠速控制的怠速控制参数控制发动机使其处于怠速。如前所述，然后可基于电池需要或其他电系统需要使M/G14处于发电机扭矩控制下。当得到M/G14的期望的的扭矩以及期望的分离离合器压力时，模式5结束，发动机起动程序完成。虽然已经示出并描述了本发明的实施例，但是这些实施例并不旨在说明和描述本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。权利要求1.一种用于起动车辆中的发动机的方法，包括要求发动机起动；操作电机；为了使设置在发动机和所述电机之间的第一离合器接合，将所述第一离合器的压力升至准备所述第一离合器的随后的快速接合的第一水平；与所述第一离合器的接合基本上同时开始起动电机的操作，从而将扭矩从所述起动电机传递到发动机并减少从所述电机传递到发动机的要求的扭矩；将所述第一离合器的压力减少至第二水平，同时操作所述起动电机；当一个起动离合器中的滑动已达到预定的水平时，将所述第一离合器的压力升至第三水平，从而将扭矩从所述电机传递到发动机，同时仍然操作所述起动电机；当发动机的速度处于所述起动电机的速度之上预定的速度时关闭所述起动电机；使所述第一离合器完全接合。2.根据权利要求1所述的方法，车辆还具有设置在所述起动离合器和车辆驱动轮之间的至少一个其他离合器，所述至少一个其他离合器选择性地接合，以便于所述电机和车辆驱动轮之间的扭矩传递，所述方法还包括当所述电机供应扭矩以使车辆运动并且在发动机起动过程中不发生降档时在所述第一离合器的接合过程中便于所述至少一个其他离合器中的至少一个离合器的滑动。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个其他离合器包括即临变速箱离合器和即离变速箱离合器，所述方法还包括当所述电机供应扭矩以使车辆运动并且在发动机起动过程中发生至少一部分降档时保持所述起动离合器的接合，从而在降档过程中允许即临变速箱离合器的控制和即离变速箱离合器的控制，以实现所述电机和车辆驱动轮之间的滑动。4.根据权利要求1所述的方法，其中，操作所述电机的步骤包括当要求发动机起动时，当所述电机供应扭矩以使车辆运动时，使用扭矩控制操作所述电机。5.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述起动电机关闭之后使用速度控制操作所述电机。6.根据权利要求1所述的方法，其中，操作所述电机的步骤包括当要求发动机起动时，当所述电机不供应使车辆运动的扭矩时使用速度控制操作所述电机。全文摘要本发明提供一种用于控制车辆中发动机起动的方法，车辆包括电动机/发电机；起动电机；分离离合器，设置在发动机和电动机/发电机之间；至少一个离合器，设置在电动机/发电机和车辆驱动轮之间。当要求发动机起动时，控制各参数以确保平滑的发动机起动，其中，使动力传动系统扭矩扰动最小化。起动电机用于当要求发动机扭矩最高时以最低的发动机速度起动发动机。这减少了需要从电动机/发电机供应的扭矩的量，还帮助减少了动力传动系统中的扭矩扰动。如果要求发动机起动时电动机/发电机产生扭矩以驱动车辆，则可控制起动离合器或一个或多个变速箱离合器，以提供电动机/发电机和车辆驱动轮之间的滑动，从而进一步减少动力传动系统中的扭矩扰动。文档编号B60W10/02GK102060012SQ20101054251公开日2011年5月18日申请日期2010年11月10日优先权日2009年11月13日发明者丹尼尔·斯科特·科尔文,安德鲁·约翰·史文利,布兰登·R·马斯特森,弗朗西斯·T·肯努利,沃尔特·约瑟夫·欧特曼,马文·保罗·克拉斯卡申请人:福特全球技术公司