专利名称：用于机动车的控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的控制系统和方法。更具体地，本发明涉及一种用于包括一个内燃机和一个连接到内燃机输出轴的电动机的机动车的控制系统和方法。
背景技术：
对于这种控制系统，作为例子，在日本延迟专利公报No.2000-297668中公开了一种在发动机起动期间，在禁止内燃机的怠速控制(ISC)的同时，用一个电动发电机来控制发动机转速的控制系统，从而防止怠速控制和利用电动发电机的发动机转速控制之间的相互干扰。
利用这种控制系统，尽管在对内燃机输出轴转速进行控制的时候没有发生怠速控制和发动机转速控制之间的干扰，但在发动机的起动期间可能会在输出轴上发生扭矩(转矩)突变(即扭矩冲击)的情况。即，当被电动发电机驱动时，内燃机是作为加在输出轴上的载荷。然而，在发动机起动之后，发动机开始作为一个动力源向输出轴输出扭矩。因此，在发动机起动期间，在输出轴上很可能会发生扭矩冲击。
发明内容
鉴于以上情况，本发明的一个目的在于提供一种用于机动车的控制系统和方法，其可以减少或者希望是消除发动机起动期间可能会发生的扭矩冲击。为达到此目的，根据本发明的控制系统和方法采用了下面的结构和过程。
本发明的第一个方面涉及一种用于的控制系统，该机动车包括一个内燃机和一个连接到内燃机输出轴上的电动机，此控制系统可进行操作以执行用于内燃机起动的起动控制。当内燃机被电动机起动，且其转速达到了一个预定的转速时，控制系统停止电动机的起动，并对一个表示在电动机的起动停止之后作用在与输出轴相关的一个转动部件上的惯性的惯性值进行推算(推定)。然后，根据所推算的惯性值对内燃机进行控制，以使之以怠速运转。
利用这种结构，与不考虑惯性时对内燃机进行控制以使其起动和在怠速下运行的情况相比，扭矩的冲击减小了。
在上面提到的控制系统中，惯性值优选采用一个表示作用在转动部件上的惯性扭矩的惯性扭矩值，来作为一个对应于一个怠速控制量的值，该怠速控制量用于控制内燃机在怠速下运转。在此情况下，在电动机停止起动之后，可以利用一个控制量来对内燃机进行控制，该控制量是通过从一个目标怠速控制量减去该惯性扭矩值而获得的。这样，一个更适当的控制量可以被用于控制内燃机的起动和怠速运行。
另外，优选地基于内燃机温度来推算该惯性值。这样，根据内燃机的温度获得的惯性值更为准确，这进一步减小了发动机起动期间的扭矩冲击。在此情况下，“内燃机温度”可以是反应或间接表示内燃机温度的温度，例如用于冷却内燃机的冷却液的温度，以及直接表示它的温度。还有，惯性值被优选地推算成随着内燃机温度升高而惯性值变小。
另外，机动车优选地装备有一种可以至少在一个空挡位置和一个前进档位置之间换档的自动变速器，此自动变速器把动力从输出轴传递到车桥侧，同时自动地改变转速，并根据自动变速器的档位推算出惯性值。利用这种构造，在发动机的起动期间扭矩冲击可被减小，而与档位无关。
在上述情况下，惯性值可基于都与档位相对应的惯性值的初始值和衰减率来进行推算。这里，优选地，档位处于空档时的初始值比档位处于前进档时的要小，并且在档位处于空档时的衰减率比档位处于前进档时的要大。
另外，在上述的控制系统中，优选地，当推算出的惯性值等于或大于一个第一基准值时，禁止对有关内燃机怠速运行的控制量的学习。这样，当利用惯性值来控制内燃机的怠速运行时，避免了对控制量的学习。
另外，优选地，当推算的惯性值等于或大于第二基准值时，要停止一个给定的辅机的驱动。通过这种操作，可以减少可能会影响到发动机转速控制的外部扰乱，从而改善控制的可靠性。
此外，优选地执行一种反馈控制，以使内燃机在怠速下运行。这样，可使控制内燃机以使内燃机在内其刚刚起动之后就在怠速下运行实现得更快和更稳定。
此外，该预定的转速优选地等于怠速转速。这样，在减少发动机起动期间可能会发生的扭矩冲击的同时，可以更为平稳地控制内燃机的起动和怠速运行。
此外，优选地，在一个预定的停止条件已经得到满足且内燃机已经自动停止之后，当满足了一个预定的起动条件时，执行起动控制。
其次，本发明的第二方面涉及一种用于机动车的控制系统，该机动车包括一个内燃机和一个连接到内燃机输出轴上的电动机，该控制系统可以操作以执行内燃机的自动起动/停止控制。此控制系统，在内燃机的自动起动期间，利用一种不同于在由操作者的操作来引发内燃机起动时所采用的控制量来控制内燃机，以使其以怠速运行。
通过这种结构，利用不同于当由操作者的操作来引发内燃机起动时所用的控制量，可以使得控制量更适合于与内燃机的输出轴相关的转动部件的动态，结果使得在更迅速减小扭矩冲击的同时，使内燃机起动并以怠速运行。
下一个，本发明的第三方面涉及一种用于机动车的控制系统，该机动车包括一个内燃机和一个连接到内燃机输出轴上的电动机，该控制系统可以操作以执行内燃机的自动起动/停止控制。此控制系统利用一个第一控制量对内燃机进行控制，直到在内燃机已起动后经过一段预定的时间，而在经过了该段预定的时间之后再利用一个不同于第一控制量的第二控制量对内燃机进行控制，以便使内燃机以怠速运行。
通过这种结构，采用与内燃机的状态和与输出轴有关的转动部件的动态相适应的控制量直至经过了一段预定的时间，从而使内燃机在更为迅速地减小扭矩冲击的同时进行起动和以怠速运行。
在根据本发明的第三方面的控制系统中，优选地，第一控制量小于第二控制量。这样，采用一个更为适当的控制量直至经过了预定的时间。此外，可以通过从第二控制量减去相当于(等价于)作用在与输出轴有关的转动部件上的惯性的一个数值，来获得第一控制量。
再一个，根据本发明的第四方面的一种控制系统被用于包括一个内燃机和一个连接到内燃机输出轴上的电动机的机动车上，此控制系统可以操作以执行一种过渡控制，用以控制从一种从电动机向输出轴输出动力的状态到一种电动机不向输出轴输出动力的内燃机怠速状态的过渡。当内燃机的转速达到了一个预定的转速时，控制系统使电动机停止，并推算一个表示在电动机停止后作用在与输出轴有关的转动部件上的惯性的惯性值。然后，根据该推算的惯性值对内燃机进行控制，以使其以怠速运行。
通过这种结构，与不利用惯性值来执行过渡控制时相比，可以减小在过渡控制期间可能会发生的扭矩冲击。
在根据本发明的第四方面的控制系统中，过渡控制优选在内燃机起动的时候来进行。
另外，优选地，电动机能够产生电力，当电动机利用来自输出轴的动力来产生电力的时候，过渡控制在停止电动机的时候来进行。这样，可以减小可能会在电动机发电期间所发生的扭矩冲击。
在根据本发明的第一至第四方面的控制系统中，机动车可以是一种能够利用从电动机向输出轴的驱动力输出来运行的混合动力车辆。
本发明的第五方面涉及一种用于控制机动车内燃机起动的方法，其中该机动车包括一个连接到内燃机输出轴的电动机。在此种方法中，当内燃机由电动机起动，且内燃机的转速达到了一个预定的转速时，电动机停止起动，并对一个表示在电动机停止起动之后作用在与输出轴有关的转动部件上的惯性的惯性值进行推算。然后根据该推算的惯性值对内燃机进行控制，以使内燃机以怠速运行。
本发明的第六方面涉及一种用于控制机动车内燃机的自动起动的方法，所述机动车包括一个连接到内燃机的输出轴上的电动机。在此方法中，在自动起动期间，利用一个与当由操作者的操作来引起内燃机起动时所采用的控制量不同的控制量，对内燃机进行控制，以使之以怠速运行。
本发明的第七方面涉及一种用于控制机动车内燃机的自动起动的方法，所述机动车包括一个连接到内燃机的输出轴上的电动机。在此方法中，利用一个第一控制量对内燃机进行控制直至在内燃机已起动后经过一段预定的时间，而在经过了该段预定的时间之后，利用一个不同于第一控制量的第二控制量对内燃机进行控制，以使内燃机在怠速下运行。
本发明的第八方面涉及一种用于控制机动车内燃机的起动运行状态的过渡的方法，该机动车中包括一个连接到内燃机的输出轴上的电动机，该过渡是由一种从电动机向输出轴输出动力的状态过渡到一种电动机不向输出轴输出动力的内燃机怠速状态。在此方法中，当内燃机的转速达到了一个预定转速时，停止电动机，并对一个表示在停止电动机之后作用在与输出轴有关的转动部件上的惯性的惯性值进行推算。然后，根据推算的惯性值对内燃机进行控制，以使其以怠速运行。
通过下面参照附图对优选实施例描述，将会更加明了本发明前述的和其它的目的、特征和优点，其中相同的标号被用于代表相同的部件。其中图1是一个示意方框图，其示意性地示出了一种采用了根据本发明的第一种实施例的控制系统的混合动力车辆的构造；图2是一视图，其示意性地示出了安装在图1中的混合动力车辆上的一种发动机的结构；
图3是一个流程图，其示了出在怠速停止控制期间，当满足了预定的起动条件时，由电子控制单元所执行的一种发动机起动程序的一个例子；图4是一个曲线图，其表示了一个用于设定一个惯性扭矩换算流量(当量流量)Qmg的初始值的一个曲线的实例；图5是一个曲线图，其表示了用于设定衰减率的曲线的一个例子；图6是一个时序图，其示例性地表示了发动机转速、惯性扭矩换算流量Qmg、怠速维持流量Qisc、空调器运行状态以及对有关发动机怠速运行的控制量学习的状态随着时间的变化，这些都是在当档位被置于前进档范围中的情况下起动发动机时所看到的。
图7是一个时序图，其示例性地展示了发动机转速、惯性扭矩换算流量Qmg、怠速维持流量Qisc、空调器运行状态以及对有关发动机怠速运行的控制量学习的状态随着时间的变化，这些都是在当档位被置于空档范围中的情况下起动发动机时所看到的。
图8是一个流程图，其示出了起动发动机程序的一个例子。
图9是一个时序图，其示例性地展示了发动机转速Ne、进气负荷率、空调器运行以及对有关发动机怠速运行的控制量的学习随着时间的变化，这些都是在当按照图8所示程序起动发动机时所看到的。
具体实施例方式
以下将参照附图，对本发明的示例性实施例进行描述。图1是一个方框示意图，其示意性地展示了一种采用了根据本发明第一种实施例的控制系统的混合动力车辆20的构造。如图中所示，混合动力车辆20包括一个用汽油来运行的发动机22，一个用于控制发动机22的发动机电子控制单元(此后成为“发动机ECU”)24，一个用于改变从发动机22到曲轴26输出的转速，并经一个差速器32以变化的转速把动力从发动机22传递到驱动轮34a和34b的自动变速器28，一个用于控制自动变速器28换档的自动变速器电子控制单元(此后成为“AT ECU”)30，一个既向发动机22的曲轴26提供动力，也从发动机22的曲轴26接受动力的电动发电机36，一个经换向器(逆变器)38既向电动发电机36提供电力，也从电动发电机36接受电力的电池40，和一个控制发动机22的起动和停止的混合电子单元(混合ECU)50，以及电动发电机36的驱动装置等。
发动机22是一种直接把汽油喷入燃烧室的直喷型的内燃机(即直喷发动机)。如图2所示，经空气滤清器122和节气门124引入的空气，与从排气系统经一个EGR管道126所提供的排气相混合，并被输送到燃烧室128。然后，混合气体与经一个燃油喷射阀130喷入到燃烧室128中的汽油进一步混合，这样就形成了一种空气燃料混合气。然后，空气燃料混合气被火花塞132的火花所点燃，因而产生燃烧。活塞134利用燃烧所产生的动力作往复运动，从而使曲轴26转动。一个节气门电动机136操作以打开和关闭节气门124，一个EGR阀操作以调节从EGR管所提供的排气的流量。另外，配有用于净化排气的一个第一净化装置140和一个第二净化装置142。第一净化装置140适合于消除或减少当发动机22在理论配比的空燃比下运行时所产生的一氧化碳、碳氢化合物、和氮氧化物(NOX)。当发动机22在稀空燃比下运行时，第二净化装置适合于存储因排气中氧的存在而难以在第一净化装置140中消除的NOX，而当发动机22在理论配比的空燃比下运行时，第二净化装置适合于利用一氧化碳和碳氢化合物将NOX还原成氮。经过这样的净化后，排气就被释放到外界。发动机22包括一个空气流量控制气门(气阀)144和用于驱动空气流量控制气门144的驱动器146。在工作中，当冷却液的温度低时，空气流量控制气门144就关闭设在每个汽缸上的两个进气口中的一个，以便提高经过另一个进气口的吸入空气的流速，从而促进燃烧室128中横向方向上的湍流以稳定燃烧。
发动机ECU 24控制着发动机22的运行。发动机ECU 24，从一个进气温度传感器148接受指示吸入空气温度的信号，从一个节气门位置传感器150接受指示节气门124开度(即位置)的信号，从一个真空传感器152接受指示发动机22上载荷(负载)的信号，从一个凸轮位置传感器154接受指示凸轮轴转动位置的信号—其中凸轮轴可以打开和关闭进气门和排气门以便让空气进入到燃烧室128中或从燃烧室128中放出排气，从一个燃烧压力传感器156接受指示燃烧室128中燃烧压力的信号，从一个冷却液温度传感器158接受指示发动机22中的冷却液温度Tw的信号，从一个爆燃传感器160接受指示发动机22爆燃的信号，从一个曲轴位置传感器162接受指示曲轴26的转动位置的信号，从一个氧传感器164接受指示排气中的氧含量的信号，等等，所有这些传感器都连接到发动机ECU 24上。发动机ECU 24转而向连续可变配气正时(相位)机构166输出控制信号，用以连续地改变对燃油喷射阀130和进气门及排气门的开/关正时的驱动信号，以及向集成有点火器的点火线圈168等等输出控制信号。另外，为了根据操作者的操作从发动机22输出动力，发动机ECU 24从一个换档位置传感器172接受指示变速杆(换档杆)170的档位(换档位置)SP的信号，从一个加速器踏板位置传感器176接受一个指示加速器踏板174的加速器踏板位置AP的信号。
如图1所示，电动发电机36由例如一个既作为电动机也作为发电机的同步电动发电机构成。在安装于电动发电机36转动轴上的一个电动机侧皮带轮46和经一个离合器42连接到发动机22的曲轴26上的发动机侧皮带轮44之间，配置了一根皮带(传动带)48。通过这种结构，电动发电机36利用从发动机22到曲轴26的输出动力来产生用于给电池40充电的电力，而电动发电机机36又利用从电池40供给的电力来工作，从而向曲轴36输出动力。
混合电子控制单元50包括一个微处理器，微处理器以一个CPU作为其主要的元件。除CPU之外，混合电子控制单元50还配有用于存储处理程序和数据等的ROM，用于临时存储数据的RAM，输入/输出端口，和一个通讯端口，所有这些都在图中画出了。各种信号都经过输入端口输入给混合电子控制单元50。这些信号包括来自一个转速传感器的指示电动机转速的信号以及来自一个温度传感器的指示电动机温度的信号，两个传感器都没有画出，都安装在电动发电机36上；来自一个电流传感器的指示电动发电机36的相电流的信号，该电流传感器没有画出，它安装在变换器38的里面；来自一个温度传感器的指示电池温度的信号，该温度传感器没有画出，它安装在电池40上；分别来自一个电压传感器的指示端子之间的电压和来自一个电流传感器的指示充电电流的信号，这两个传感器都没有画出，都安装在邻近电池40的一个输出端子的地方。混合电子控制单元50还经输出端口输出各种信号，例如，向起动发动机22的曲轴26的起动电动机23输出的驱动信号，向变换器38输出的用于控制电动发电机36的切换控制信号，和向离合器42输出的驱动信号。另外，混合电子控制单元50经通讯端口连接发动机ECU 24和AT ECU 30，当需要时，可以从发动机ECU 24接收有关发动机22的状态的数据等，和从AT ECU 30接收有关自动变速器28的状态的数据等，并向发动机ECU 24和AT ECU 30发送控制信号。
对于结构如以上所描述的混合动力车辆20，执行一种怠速停止控制。其中当满足了预定的停止条件时，例如当加速器处于OFF(关闭)状态—即加速器踏板54没有被踏下，而制动器处于ON(开启)状态—即制动器踏板正被踏下时，以及当混合动力车辆20处于停止状态而发动机22怠速时，发动机转速Ne等于或小于一预定的转速时，就使发动机22自动停止。当满足了一预定的起动条件时，例如当加速器处于ON而制动器处于OFF状态时，电动发电机36就自动地起动发动机22。下面，将描述在怠速停止控制中发动机22自动停止的操作。
图3是一个流程图，其表示了在怠速停止控制期间，当满足了预定的起动条件时，由电子控制单元50来执行的发动机起动程序的一个例子。当执行此程序时，电子控制单元50首先停止客厢(乘客舱)中的空调器(没有画出)，并禁止对有关发动机22怠速运行的控制量(即，用于维持怠速的怠速维持流量、空燃比)的学习，然后起动电动发电机36(步骤S100)。在怠速停止控制期间，离合器42处于ON(接合)的位置，以便发动机22被电动发电机36所驱动和起动。当档位SP处于D范围(即前进档范围)中时，电动发电机36向曲轴26输出扭矩。由电动发电机36这样驱动的曲轴26的转速然后经自动变速器28变速，被传递给轮子34a和34b。即，混合动力车辆20能够利用电动发电机36所产生的运行扭矩来运行。当档位SP处于N范围(即空挡范围)时，设在自动变速器28中的离合器(没有画出)处于OFF(断开)状态，因此，由电动发电机36所产生的扭矩就不输出到驱动轮34a和34b上。
当电动发电机36起动时，电子控制单元50读出发动机转速Ne、冷却液温度Tw、和档位SP—所有这些都是从发动机ECU 24传送的，并等待发动机转速Ne达到怠速(步骤S110，S120)。发动机转速Ne可以根据由曲轴位置传感器162所检测到的曲轴位置来确定，或者利用一个发动机转速传感器(未示出)来直接检测。
当发动机转速Ne达到怠速时，电子控制单元50就根据档位SP是处于N还是处于D范围(段)，来设定一个惯性扭矩换算流量Qmg的初始值和一个衰减率t(步骤S130至S150)。惯性扭矩换算流量Qmg是一个在由电动发电机36对发动机22的起动刚刚停止后，与作用在与曲轴26有关的转动部件上的惯性扭矩的幅度(大小)等价的(相当的)空气流量，该转动部件包括诸如电动发电机36和发动机22。惯性扭矩换算流量Qmg是根据例如冷却液温度Tw和档位SP来设定的。在本实施例中，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值是按照如下方式来设定的。即，冷却液温度Tw和惯性扭矩换算流量Qmg的初始值之间的关系，对于每个档位，是根据试验结果或类似的结果预先获得的，此相互关系是以曲线图的形式预先存储在ROM中的。利用此曲线图，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值可以根据档位SP和冷却液温度Tw来设定。图4示出了此曲线图的一个例子。在此曲线图中，曲线A代表当档位处于N范围中时在冷却液温度Tw和惯性扭矩换算流量Qmg之间所确立的相互关系，而曲线B代表当档位SP处于D范围中时所确立的同一关系。如曲线图中所明示的那样，对于每个档位(D或N范围)，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值的设定是不同的。这种差异对应于位于自动变速器28之后的载荷的影响是否存在，即设在自动变速器28之中的离合器(未示出)是处于ON还是OFF状态。同时，衰减率t被用于设定在电动发电机36停止之后，惯性扭矩换算流量Qmg随时间的变化。衰减率t以及惯性扭矩换算流量Qmg的初始值是根据冷却液温度Tw和档位SP来设定的。在本实施例中，衰减率t是按如下方式设定的。即，冷却液温度Tw和衰减率t之间的相互关系对于每个档位而言是通过试验或类似的方法预先获得的，并且如此确定的这种相互关系以一种曲线图的方式被预先存储在ROM之中。利用此曲线图，根据档位SP和冷却液温度Tw就可以设定衰减率t。图5表示了此曲线图的一个例子。在此曲线图中，曲线C代表当档位SP处于N范围中时，在冷却液温度Tw和衰减率t之间所确立的相互关系，而曲线D代表当档位SP处于D范围时，所建立的同一相互关系。从曲线图中可以看出，当档位SP处于N范围时所设定的衰减率与当档位处于D范围时所设定的衰减率之间具有很大的差异。这种差异对应于位于自动变速器之后的载荷的影响是否存在，即设在自动变速器28之中的离合器(没有画出)是处于ON还是处于OFF状态。在实际操作中，衰减率t是根据重复步骤S180至S260的频率来设定的。
在以上述的方式设定了惯性扭矩换算流量Qmg的初始值和衰减率t之后，电子控制单元50就使以怠速驱动着发动机22的电动发电机36停止(步骤S160)，并起动怠速反馈控制(步骤S170)。在这种反馈控制中，例如，根据发动机转速Ne和目标怠速之间的偏差对进气量进行调节。尽管在发动机22由电动发电机36怠速驱动的开始时反馈控制不起作用，但当怠速维持流量Qisc开始被用于控制发动机22时，反馈控制就起作用了，这将在后面进行描述。
当起动怠速的反馈控制时，电子控制单元50首先把怠速维持流量Qisc设定在一个值，此值是通过从一个预定的目标怠速维持流量Qisc*减去惯性扭矩换算流量Qmg而得到的(步骤S180)。电子控制单元50然后根据怠速维持流量Qisc来设定节气门124的开度(此后，将称为“节气门开度”)Sq，并利用节气门开度Sq来控制发动机22(步骤S200)。随后，电子控制单元50通过把惯性扭矩换算流量Qmg与衰减率t相乘来计算一个新的惯性扭矩换算流量Qmg(步骤S210)，并把新的惯性扭矩换算流量Qmg与阈值Q1、Q2和Q3相比较(步骤S220至S240)。这样，步骤S180至S260重复进行直至惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q1。阈值Q1是一个用于判断是否结束发动机22的发动机起动控制的基准值，阈值Q2是一个用于判断是否要取消(解除)对控制量学习的禁止的基准值，而阈值Q3是一个用于判断是否重新起动空调器的基准值。在本实施例中，这些阈值具有这样的关系Q1＜Q2＜Q3。更具体地说，在重复步骤S180至S260的同时，当惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q3时，电子控制单元50重新起动空调器的工作(步骤S260)。当惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q2时，电子控制单元50就取消对控制量学习的禁止(步骤S250)。当惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q1，电子控制单元50就以目标怠速维持流量Qisc*，而不是用惯性扭矩换算流量Qmg来起动怠速控制(步骤S270)，然后程序结束。
图6是一个时序图，其示例性地示出了发动机转速Ne、惯性扭矩换算流量Qmg、目标怠速维持流量Qisc、空调器的工作状态、和对有关发动机22怠速运行的控制量学习的状态随着时间的变化，这些都是在档位处于D范围中，发动机22根据前述程序来起动时所看到的。类似的，图7是一个时序图，其示出了同一示例性变化，这些都是在档位处于N范围中，发动机22根据前述程序来起动时所看到的。如图6和7中所示，无论档位SP是处于N范围还是D范围，当在时刻T1(或T5)满足了预定的起动条件时，电子控制单元50就使空调器停止，并开始由电动发电机36来驱动发动机22。当发动机转速Ne在时刻T2(或T6)达到了怠速时，电子控制单元50就使电动发电机36停止，开始利用怠速维持流量Qisc来控制发动机22，并利用根据档位SP和冷却液温度Tw所设定的惯性扭矩换算流量Qmg的初始值来计算怠速维持流量Qisc，如前面所述。当档位SP处于D范围时，与档位SP处于N范围时相比，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值被设定得要大一些。此外，衰减率t，当档位SP处于D范围时要设定得较小，而当档位SP处于N范围时要设定得较大。这样，惯性扭矩换算流量Qmg，当档位SP处于D范围时会迅速减小，而当档位SP处于N范围时会缓慢减小。当惯性扭矩换算流量Qmg在时刻T3(或T7)达到了阈值Q3时，空调器恢复工作。然后，当惯性扭矩换算流量Qmg在时刻T4(或T8)达到了阈值Q2时，就起动对有关发动机22的怠速运行的控制量的学习。最后，当惯性扭矩换算流量Qmg达到了阈值Q1时，程序结束。
根据以上描述的本实施例，在起动发动机22时，发动机22是由电动发电机36来驱动的，直至其转速达到怠速。当电动发电机36停止时，利用考虑了惯性扭矩换算流量Qmg而计算出的怠速维持流量Qisc，发动机22的转速被控制在怠速，该惯性扭矩换算流量Qmg等价于在电动发电机36停止起动后作用在与曲轴有关的转动部件上的惯性扭矩的幅度。因此，与当没有考虑惯性扭矩换算流量Qmg时计算目标怠速维持流量Qisc*的情况相比，可以有效地避免或防止发动机22的高速空转，以及可能由前述惯性扭矩引起的曲轴26上的扭矩冲击等等。即，发动机22可以在把发动机转速维持在怠速的同时被起动，而不会受到扭矩冲击。另外，由于怠速维持流量Qisc是利用惯性扭矩换算流量Qmg的初始值和衰减率t来计算的，而此两者都是根据档位SP和冷却液温度Tw来设定的，因而可以在把发动机的转速维持在怠速的同时，稳定地减小扭矩冲击和起动发动机，而不论档位SP和冷却液温度Tw如何。另外，在发动机起动期间，空调器停止工作直至惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q3。因此，发动机转速控制可以在不受外界干扰的情况下进行。类似的，在发动机起动期间，对有关怠速控制的控制量的学习被禁止，直至惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q2，这样可以防止出现误学习，否则这种误学习可能会发生。
根据以上描述的本实施例，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值和衰减率t是根据档位SP和冷却液温度Tw来设定的，而发动机22是利用怠速维持流量Qisc来控制的，直至惯性扭矩换算流量Qmg接近于零，该怠速维持流量Qisc是考虑了惯性扭矩换算流量Qmg而设定的。换句话说，在用电动发电机36的起动停止之后，直至经过一段根据档位SP和温度Tw设定的预定的时间，发动机22是利用考虑了惯性扭矩换算流量Qmg而设定的怠速维持流量Qisc来控制的。经过了这一段预定的时间之后，就利用没有考虑惯性扭矩换算流量Qmg而设定的怠速维持流量Qisc，即目标怠速维持流量Qisc*来控制发动机22。即，在由电动发电机36对发动机22的起动停止之后直至经过了一段预定的时间，发动机22是利用怠速维持流量Qisc来控制的，此怠速维持流量Qisc是一个与发动机起动后用于以怠速来驱动发动机22的控制量不同的控制量。在经过了该段预定的时间之后，利用目标怠速维持流量Qisc*，即一个与用于发动机起动后以怠速来驱动发动机22的控制量相等的控制量，对发动机22进行控制。
虽然在以上描述的实施例中，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值根据档位SP是处于D范围还是处于N范围而变化，但初始值也可以设定为与档位SP无关的同一值，尽管这样做会发生轻微的冲击且发动机起动的稳定性也会有所降低。此外，虽然惯性扭矩换算流量Qmg的初始值根据冷却液的温度Tw而变化，但此初始值的设定也可以与冷却液的温度Tw无关。
另外，虽然惯性扭矩换算流量Qmg的衰减率t根据档位SP是在D范围中还是在N范围中而变化，但衰减率t也可以被设定为一个与档位SP无关的同一值，尽管这样做会引发轻微的扭矩冲击，或者起动的稳定性会有所降低。此外，虽然衰减率t根据冷却液的温度Tw而变化，但衰减率t也可以被设定为与冷却液的温度Tw无关。
此外，虽然空调器的工作被暂停直至惯性扭矩换算流量Qmg变得等于或小于阈值Q3，以便消除或减小对发动机转速控制的外部干扰，但空调器的暂停不是必须的，尽管这样做会使发动机转速控制的稳定性有所降低。
虽然前述处理和控制是在怠速停止控制的自动发动机起动操作中来进行的，但考虑了惯性扭矩换算流量Qmg而设定的怠速维持流量Qisc，也可以被有效地用在电动发电机36停止利用发动机22的驱动力来发电的时候。也就是说，在经离合器42连到曲轴26的电动发电机36刚刚停止后且工作在动力运行控制或动力再生控制下时，怠速维持流量Qisc可以被有效地用于控制发动机22。这样，在其它情况下电动发电机36刚刚停止工作后可能会发生在曲轴26上的扭矩冲击会被减小。顺便说一下，为了便于这种控制，惯性扭矩换算流量Qmg的初始值和衰减率t可以根据试验结果或类似的方法，利用档位SP和冷却液温度Tw作为变量进行优化。
虽然在本实施例中，与曲轴有关的转动部件的惯性被转换为对应于怠速维持流量Qisc的“惯性扭矩换算流量”，但它也可以被推算为其它的各种控制值，例如点火正时，进气门和排气门的开/关正时。
在本实施例中，在发动机22已经被电动发电机36起动且其转速已经提高到了怠速转速之后，发动机22的起动操作是利用考虑了惯性扭矩换算流量Qmg而计算出的怠速维持流量Qisc来控制的，该惯性扭矩换算流量Qmg即为与在电动发电机36驱动期间出现在发动机22中的惯性扭矩等价的(相当的)空气流量。可选择地，也可根据档位SP和冷却液温度Tw设定一个进气负荷率初始值，以此来控制发动机22的起动操作。这可以通过例如执行图8所示的程序来实现。在此程序中，首先，空调器停止工作，对有关发动机22的怠速运行的控制量的学习被禁止，并开始由电动发电机36来驱动发动机22(步骤S300)。当发动机的转速Ne达到怠速时(步骤S320是)，根据档位SP和冷却液温度Tw来计算进气负荷率的初始值(步骤S330)。此时，与点火开关打开(接通)后发动机22由起动电动机23驱动而起动时的情况相比，进气负荷率的初始值被设定得较小。这是因为当发动机22由起动电动机23来起动时，进气负荷率的初始值被设定得比需要的要大，由此赋予最高的优先权，以确保起动发动机22的充足的可靠性。然而，在这种控制中，进气负荷率的初始值被设定得使之具有与惯性扭矩换算流量Qmg的初始值相同的特性，即使其在档位处于D范围时比其在档位处于N范围时要大，且使其随着冷却液温度Tw的提高而减小，而不管档位是处于D范围还是处于N范围中。然后，电动发电机36停止(步骤S340)，而起动燃料喷射控制、点火控制和怠速反馈控制(步骤S350)。当空气流量计的检测值变得稳定时，空调器重新开始工作，并起动对有关发动机22的怠速运行的控制量的学习(步骤S360，S370)，然后程序结束。
图9是一个时序图，其示例性地表示了发动机转速、进气负荷率、空调器的运行以及对有关发动机22怠速运行的控制量的学习相对于时间的变化，这些都是在当发动机22按照以上描述的程序起动时所看到的。当在时刻T11满足了预定的起动条件时，电子控制单元50使空调器停止，并由电动发电机36来开始起动发动机22。当在时刻T12发动机的转速Ne达到了怠速时，电子控制单元50就使电动发电机36停止，并利用进气负荷率的初始值来起动对发动机22的控制，该进气负荷率的初始值是根据档位SP和冷却液温度Tw来设定的。此时，空气流量计也开始输出检测值。然而，在开始的时候，空气流量计的输出显示出一些滞后，在时刻T13就变得稳定了。图9中的时序图显示了一种当初始值被设定为一个非必要的大值的情况下的进气负荷率的状态，一种当初始值被设定为零的情况下进气负荷率的状态，以及在本实施例中发动机起动期间实际的进气流量的状态。如图9所示，与在发动机起动期间初始值被设定为非必要的大值或零值的情况相比，进气量可以获得更好的收敛，而与空气流量计输出的滞后无关。因此，可以减小由于空燃比的偏差而可能引起的扭矩的波动。
如上所述，利用本实施例的控制系统，根据考虑了惯性扭矩换算流量而计算得到的怠速维持流量Qisc，对发动机22进行控制使之起动并在怠速下运行，其中的惯性扭矩换算流量等价于在电动发电机36停止起动后，作用在与曲轴26有关的转动部件上的惯性扭矩。此外，起动发动机22的控制采用了进气负荷率的初始值，该初始值是根据档位SP和冷却液温度Tw来设定的，它也是一个与当点火开关处于打开(ON)状态时由起动电动机来起动发动机22的情况中所用到的控制量不同的控制量。因此，可以减少在发动机起动期间的扭矩冲击，并改善起动发动机22时的可靠性。
虽然在上面所描述的实施例中，发动机22直接向燃烧室中喷射燃料，但它也可以是一种向进气歧管中喷射燃料的类型。也就是说，根据本发明的控制系统也可以被用于除汽油机之外的各种类型的发动机中，例如柴油机。
还是根据本实施例，在发动机自动起动期间，发动机22由电动发电机36来起动直至发动机转速达到怠速为止。此时，可选择地，发动机转速22可以被驱动(起动)到一个高于或略低于该怠速的转速。
虽然在本实施例中电动发电机36是通过皮带48连接到发动机22的曲轴26上的，但也可以采用任何其它构造或结构，只要发动机22可以被自动地停止和起动就行。例如，混合动力车辆20可以被构造为一种所谓的并联混合动力车辆，其中由发动机所产生的动力部分地被传递给车辆的车桥，而其余的动力被转换为电力，用以对一个二次电池(蓄电池)进行充电，这样储存在电池中的电力被供给到安装在车辆车桥侧的一个电动机。混合动力车辆20还可以被构造成一种所谓的串联混合动力车辆，其中由发动机22所产生的动力被全部转换为用于对一个二次电池进行充电的电力，而如此存储在电池中的电力被用于驱动车辆。另外，混合动力车辆20可以具有一种混合动力车辆以外的构造和结构。自动变速器28也可以是任何类型的，或者可以在适当的情况下被省去。
尽管在以上描述的实施例中，根据本发明的控制系统被用于能够利用电动发电机36来运行的混合动力车辆20，但这对于根据本发明的控制系统的应用没有构成任何的限制。即，可以把根据本发明的控制系统应用于任何其它类型的机动车，只要其具有发动机就行。
虽然参照示例性的实施例对本发明做了详细的描述，但显而易见，本发明并不局限于上述的具体实施例，在本发明的范围之内，本发明可以以各种其它的实施例来实现。
权利要求
1.一种用于机动车的控制系统，该机动车包括一个内燃机(22)和一个连接到内燃机(22)的输出轴(26)上的电动机(36)，该控制系统执行内燃机(22)的自动起动/停止控制，该控制系统的特征在于在内燃机(22)的自动起动期间，利用一种不同于在由操作者的操作来引发内燃机起动时所采用的控制量来控制内燃机(22)，以使其以怠速运行。
2.一种用于机动车的控制系统，该机动车包括一个内燃机(22)和一个连接到内燃机(22)的输出轴(26)上的电动机(36)，该控制系统执行内燃机(22)的自动起动/停止控制，该控制系统的特征在于利用一个第一控制量来控制内燃机(22)，以使其以怠速运行，直至在内燃机(22)已起动后经过了一段预定的时间；和在经过了该段预定的时间之后，利用一个不同于第一控制量的第二控制量来控制内燃机(22)，以使其以怠速运行。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于所述第一控制量小于所述第二控制量。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于所述第一控制量是一个通过从所述第二控制量减去一个等价于作用在与输出轴(26)有关的转动部件上的惯性的值而获得的值。
5.一种用于控制机动车的内燃机(22)的自动起动的方法，该机动车包括一个连接到内燃机(22)的输出轴的电动机(36)，其特征在于在内燃机(22)的自动起动期间，利用一种不同于在由操作者的操作来引发内燃机(22)起动时所采用的控制量来控制内燃机(22)，以使其以怠速运行。
6.一种用于控制机动车的内燃机(22)的自动起动的方法，该机动车包括一个连接到内燃机(22)的输出轴的电动机(36)，其特征在于利用一个第一控制量对内燃机(22)进行控制，以使其以怠速运行，直至在内燃机(22)已被起动后经过一段预定的时间；和在经过了该段预定的时间之后，利用一个不同于第一控制量的第二控制量对内燃机(22)进行控制，以使其以怠速运行。
全文摘要
在发动机(22)由电动机(36)起动，且发动机转速达到了一种怠速之后，电子控制单元(50)根据档位SP和冷却液温度Tw，把惯性扭矩换算流量Qmg的初始值设定为一个与作用在与曲轴(26)有关的转动部件上的一个惯性扭矩相等价的(相当的)空气流量，并设定一个衰减率。电子控制单元(50)利用一个怠速维持流量Qisc来控制发动机转速，该怠速维持流量Qisc是通过从一个目标怠速维持流量Qisc
文档编号F02N11/04GK1827439SQ20061005738
公开日2006年9月6日 申请日期2003年7月15日 优先权日2002年7月19日
发明者光谷典丈, 内山智之 申请人:丰田自动车株式会社