汽车发动机停机位置控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽车发动机停机位置控制方法，包括以下步骤：判断当前发动机转速ω是否低于发动机的最小点火转速ωMax；如果当前发动机转速低于最小点火转速，即ω＜ωMax，则继续判断发动机转速是否为0；如果发动机转速为0，则进入发动机停机位置控制流程；与现有技术相比，本发明的优点在于：由于ISG电机与发动机同轴，且ISG电机有较高的位置精度，在发动机停机时，由ISG电机驱动控制发动机停到阻力矩最小的位置，并可保证较高的ISG系统起动发动机成功率。
【专利说明】汽车发动机停机位置控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力汽车发动机停机位置控制领域，具体地指一种汽车发动机停机位置控制方法。
【背景技术】
[0002]全球能源与环境的严峻形势、特别是国际金融危机对汽车产业的巨大冲击，推动世界各国加快交通能源战略转型，以混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的新能源汽车成为未来汽车发展的重要方向。
[0003]由于电动汽车在当前却面临着续驶里程短、电池价格贵、基础设施不完善等困难，需要相当一段时间的努力才可能逐步解决；而混合动力汽车在现阶段具备更好的产业化条件，混合动力汽车对我国汽车产业发展具有十分重要意义。这就意味着在相当长的一段时期内，新能源汽车动力总成由较低功率的发动机和电机驱动装置构成。
[0004]由于成本与重量、尺寸、工作条件的限制，使得ISG系统动力电池容量的限制，导致其输出特性较软，致使ISG系统的低速扭矩受限，使得ISG系统起动发动机的成功率有限；加上动力电池在低温和高温时，其输出功率比常温时的输出功率低，导致ISG系统在低温时起动发动机的成功率较低。
[0005]发动机一个工作循环内，发动机的阻力矩随着发动机曲轴位置不同而不同，某一四缸在一个工作循环内，发动机随曲轴位置变化的发动机阻力曲线如图1所示(0°对应发动机气缸上支点)。发动机通常会停在阻力矩最大的位置附近，即发动机气缸上支点附近，在这些点，电驱动系统需要输出较大的扭矩才能克服发动机阻力矩，拖动发动机起动，由于电驱动系统的驱动能力一定，使得在发动机气缸上支点附近起动成功率有限，低温时，起动发动机的成功率更低。
[0006]试验证明:在发动机曲轴不同位置，由于发动机的阻力矩不同，使得在相同的电驱动系统下，起动成功率不同，处在发动机阻力矩越小的位置，发动机起动成功率也越高，即曲轴处在发动机气缸下支点附近时(图1中90°倍数位置附近，不超过5度)，起动成功率最高，常温时，接近100%。
[0007]检索现有专利，混合电动车中控制发动机停机位置的方法(CN101180897A)，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发动机转速山)在发动机转速减小至第一发动机转速后，使用所述电机根据第二发动机转速减小率，并通过处理曲轴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。
[0008]该发明，由整车控制器(HCU)通过CAN采集发动机转速及曲柄位置来计算ISG电驱动系统的制动扭矩，通过CAN将制动扭矩发给电机控制器，由电机控制器按给定制动扭矩将发动机停到指定位置。由于CAN通讯速率的限制，因此文献中的方法有较大的控制延时，而发动机停机位置属于角度位置控制，要求较高控制实时性，文献中的方法在实际控制中效果不佳。
【发明内容】
[0009]本发明的目的就是要提供一种汽车发动机停机位置控制方法。
[0010]为实现上述目的，本发明所提供的汽车发动机停机位置控制方法，包括以下步骤:
[0011]步骤I)由电机控制器来判断当前发动机转速ω是否低于发动机的最小点火转速
^ Max ;
[0012]步骤2)如果当前发动机转速低于最小点火转速，即ω〈ωΜΜ，则继续判断发动机转速是否为O ;
[0013]步骤3)如果发动机转速为0，则进入发动机停机位置控制流程；
[0014]与现有技术相比，本发明的优点在于:由于ISG电机与发动机同轴，且ISG电机有较高的位置精度，在发动机停机时，由ISG电机驱动控制发动机停到阻力矩最小的位置(图1中90°奇数倍位置)，并可保证较高的ISG系统起动发动机成功率。
[0015]与发明专利《混合电动车中控制发动机停机位置的方法》(后称:检索发明)有如下不同:
[0016]1、针对的目的不同:
[0017](I)检索发明:控制停机位置，是为了在发动机起动时，减小进气、压缩和膨胀冲程过程中产生的扭矩波动和振动。
[0018](2)本发明:是通过ISG电驱动系统将发动机停在发动机阻力矩最小的位置，在下次起动发动机时，以最小的电能量，最短的起动时间，将发动机快速拖动到点火转速；从而提高发动机的各种工况的(包括低温)起动成功率，缩短起动时间。
[0019]2、控制的目标不同:
[0020](I)检索发明:每次停机控制都将发动机停到相同点。
[0021](2)本发明:对于多缸发动机，发动机一圈内的，发动机阻力矩最小位置有多点，每次停机就近停在发动机阻力矩最小的点；
[0022]3、控制思路不同:
[0023](I)检索发明:当发动机转速〈第一转速时,发动机转速以固定斜率减小,停机时间较长；通过曲柄位置与目标停机位置相符次数及发动机转速作为停到目标位置的判断条件，由于发动机惯性，停机位置与目标位置存在偏差。
[0024](2)本发明:当发动机转速〈第一转速时，实时以目标停机位置与发动机当前位置差，作为ISG电系统制动扭矩控制输入量，闭环控制发动机转速减小率，可以以最短的时间将发动机停到目标位置，理论上实际停机位置与目标停机位置可完全重合，做到无静差。
[0025]4、控制方式不同
[0026](I)检索发明:由整车控制器(HCU)通过CAN采集发动机转速及曲柄位置来计算ISG电驱动系统的制动扭矩，通过CAN将制动扭矩发给电机控制器，由电机控制器按给定制动扭矩将发动机停到指定位置。由于CAN通讯速率的限制，因此文献中的方法有较大的控制延时，而发动机停机位置属于角度位置控制，要求较高控制实时性，文献中的方法在实际控制中效果不佳。
[0027](2)本发明:根据ISG电机与发动机同轴、且ISG电机驱动系统具有较高位置精度与扭矩精度的特点，由电机控制器直接根据当前电机转速、角度及预存的发动机扭矩表，按角度位置闭环控制算法，将发动机停到目标位置。具有较高的实时性及控制精度。控制算法清晰明了，有较高的可行性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为发动机阻力曲线。
[0029]图2为基于ISG系统的发动机停机位置角度控制原理框图。
[0030]图3为基于ISG系统的发动机停机位置角度控制系统框图
[0031]图4为基于ISG系统的发动机停机位置控制判定流程图。
[0032]图5为基于ISG系统的发动机停机位置控制流程图。
[0033]图6为发动机停机位置角度控制流程图。 【具体实施方式】
[0034]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0035]本发明在电机控制器主控CPU中，预存发动机随角度与阻力矩的映射表和一个机械周期内发动机阻力矩最小的点(对应的角度)。
[0036]当发动机自然停机(即转速为零)后，按发动机旋向查询离发动机阻力矩最小位置最近的控制点，定为目标停机位置，随后通过控制ISG电机，将发动机停到指定位置。基于ISG系统的混合动力汽车发动机停机位置控制装置的控制原理框图和控制系统框图分别如图2和图3所示。
[0037]该方法控制方法简单，易于在ISG控制系统内实现；可在一个发动机循环内将发动机停到目标停机位置，角度控制精度高。
[0038]以下结合控制流程图对本发明作进一步的详细说明。
[0039]要实现发动机停机位置控制，首先要判定发动机是否停机，只有当发动机停机后，基于ISG系统的发动机停机位置控制才能开始执行，具体的发动机停机位置控制判定流程如图4所示。
[0040]步骤I)由电机控制器来判断当前发动机转速ω是否低于发动机的最小点火转速
^ Max ;
[0041]步骤2)如果当前发动机转速低于最小点火转速，即ω〈ωΜΜ，则继续判断发动机转速是否为O ;
[0042]步骤3)如果发动机转速为0，则进入发动机停机位置控制流程；
[0043]发动机停机位置控制流程如图5所示，它包括以下步骤:
[0044]步骤I)按照当前发动机的旋向来确定发动机的目标停机位置Θ * ；
[0045]步骤2)根据所确定的目标停机位置来计算停机位置控制过程中的最高转速 ，具体的计算过程如公式(7)所示；
[0046]步骤3)将发动机加速标志置位，即F = I ;[0047]步骤4) ISG系统输出最大助力转矩TeMax ；
[0048]步骤5)判断发动机转速是否达到停机位置控制的最高转速，即ω > ω_ ;如果未达到停机位置控制的最高转速，即ω < ω_，则继续步骤4，输出最大助力转矩TeMax;如果ω≥进入步骤6 ；
[0049]步骤6)发动机加速标志清零，即F = O ;
[0050]步骤7)进入发动机停机位置角度控制；
[0051]发动机停机位置角度控制流程如图6所示，它包括以下步骤:
[0052]步骤I)判断发动机转速是否不为O ;如果发动机转速为0，则控制流程结束，返回；如果发动机转速不为0，进入步骤2 ；
[0053]步骤2)根据当前电机所处的位置Θ以及目标停机位置θ%计算角度差Λ Θ ；
[0054]步骤3)判断发动机是否停在目标停机位置，即Λ Θ是否为O ;如果Λ Θ = 0，则控制流程结束，返回；如果Λ θ Φ 0，则进入步骤4 ;
[0055]步骤4)根据发动机当前转速ω和角度差Λ Θ，计算制动扭矩Te，并输出制动扭矩。
[0056]上述发动机停机位置控制流程的步骤2中所提到的停机位置控制过程中的最高转速ω_的计算方法为:
[0057]在电机控制器主控CPU中，预存发动机随角度与阻力矩的映射表和一个机械周期内发动机阻力矩最小的点(对应的角度)。
[0058]ISG系统输出最大转矩时，动力系统的最小角加速度如公式(5)所示。
【权利要求】
1.一种汽车发动机停机位置控制方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤I)由电机控制器来判断当前发动机转速ω是否低于发动机的最小点火转速^ Max ; 步骤2)如果当前发动机转速低于最小点火转速，即ω〈ωΜ?，则继续判断发动机转速是否为O ; 步骤3)如果发动机转速为O，则进入发动机停机位置控制流程。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机停机位置控制方法，其特征在于，所述步骤3中的发动机停机位置控制流程包括以下步骤: 步骤I)按照当前发动机的旋向来确定发动机的目标停机位置Θ * ； 步骤2)根据所确定的目标停机位置来计算停机位置控制过程中的最高转速ω_，具体的计算过程如公式(7)所示； 步骤3)将发动机加速标志置位，即F = I ; 步骤4) ISG系统输出最大助力转矩TeMax ； 步骤5)判断发动机转速是否达到停机位置控制的最高转速，即ω ^ ?_;如果未达到停机位置控制的最高转速，即ω < ω_，则继续步骤4，输出最大助力转矩TeMax;如果ω≥进入步骤6 ； 步骤6)发动机加速标志清零,即F = O ; 步骤7)进入发动机停机位置角度控制。
3.根据权利要求2所述的汽车发动机停机位置控制方法，其特征在于，所述步骤7中的发发动机停机位置角度控制流程包括以下步骤: 步骤I)判断发动机转速是否不为O ;如果发动机转速为O，则控制流程结束，返回；如果发动机转速不为O，进入步骤2 ； 步骤2)根据当前电机所处的位置Θ以及目标停机位置θ%计算角度差Λ Θ ； 步骤3)判断发动机是否停在目标停机位置，即Λ Θ是否为O;如果Λ Θ =0，则控制流程结束，返回；如果Λ Θ古0，则进入步骤4; 步骤4)根据发动机当前转速ω和角度差△ Θ，计算制动扭矩Te，并输出制动扭矩。
【文档编号】B60W20/00GK104029671SQ201410211013
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】尹国慧, 王洪涛, 罗建武, 程诚, 孙志华, 徐刚 申请人:东风汽车公司