用于起动混合动力车辆中的燃式发动机的方法
【专利摘要】一种用于起动混合动力车辆的推进系统(1)中的燃式发动机(2)的方法，所述推进系统包括：行星齿轮，其具有呈太阳轮(10)、齿圈(11)和行星齿轮架(12)形式的三个部件；燃式发动机的输出轴(2a)，其被连接到行星齿轮的所述三个部件中的第一部件；变速箱(3)的输入轴(3a)，其被连接到行星齿轮的所述三个部件中的第二部件；以及电机(9)的转子(9b)，其被连接到变速箱的所述三个部件中的第三部件。根据所述方法，车辆被设定在初始位置，其中合适的档位在变速箱中接入并且制动作用在变速箱的输入轴上，在此之后电机被控制以使得齿圈被带动以反向转速(n3)旋转，并且燃式发动机的输出轴(2a)由此经由行星齿轮的太阳轮被带动以正向转速(n1)旋转，以使得燃式发动机可以起动。
【专利说明】用于起动混合动力车辆中的燃式发动机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据所附权利要求1的前序部分的用于起动车辆的推进系统中的燃式发动机的方法。
[0002]本发明特别地但非唯一地旨在执行这种方法以用于机动车辆，所述机动车辆的形式为轮式多用途车辆，特别是重型的轮式多用途车辆(诸如，卡车和公共汽车)。
[0003]本创新性方法涉及所谓的混合动力车辆的推进系统中的燃式发动机的起动，所述混合动力车辆一般是可以通过主要发动机(在此为燃式发动机)和次要发动机(在此为电机)驱动的车辆。电机适当地设有用于存储电能的至少一个混合能量存储装置(例如，电池或电容器)、以及用于调节能量存储装置与电机之间的电能流动的调节设备。由此，电机可以依据车辆运行的状态交替地作为电动机和发电机运转。当向车辆施加制动时，电机产生可以被存储和/或直接利用的电能。被存储的电能可以在以后例如用于驱动车辆。
【背景技术】
[0004]传统离合器机构在车辆起动时将变速箱的输入轴与燃式发动机连接，并且在变速箱中的换档过程期间使变速箱的输入轴与燃式发动机脱离连接，利用传统离合器机构存在不利之处，诸如加热离合器机构的离合器片，这导致燃料消耗增加和离合器片磨损。这尤其与各轴的连接有关。而且，传统离合器机构相对沉重并且昂贵。传统离合器机构还占据车辆中的相对较大空间。当使用通常用于自动变速箱中的液力变矩器/转矩变换器时还产生摩擦损耗。
[0005]可以通过提供这样的车辆来避免传统离合器机构和液力变矩器以及与之相关的所述缺点，所述车辆具有推进系统，在所述推进系统中，燃式发动机的输出轴、电机的转子以及变速箱的输入轴通过行星齿轮互连。通过文献EP 1319546可知具有这种类型的推进系统的车辆。当然，正在尝试改进与能量效率有关的驱动具有这种推进系统的车辆的方式、以及电机和燃式发动机相互作用的方式。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于考虑到以上提及的尝试而提供一种初始定义类型的方法。根据本发明，这个目的通过提供根据所附权利要求1所述的方法实现。
[0007]根据本创新性方法，为了起动燃式发动机，具有以上提及类型的推进系统的车辆被设定在初始位置，其中制动被施加并且合适的档位在变速箱中被接入。电机通过行星齿轮起动燃式发动机，在此之后车辆可以依据给定信号直接起步而无需附加的变速。因此，车辆可以在起动燃式发动机之后通过释放被接合的制动器并且利用加速器要求推进转矩而被带入快速起动。这种方法针对当燃式发动机在停车期间保持热度时的短暂停车(例如，在城市交通中或用于在公共汽车站的公共汽车)是尤其有利的。由此，燃式发动机在车辆仍然停驻时起动，起步在此之后进行。所述方法还适于在车辆移动并且仅由电机推进时(例如，在上坡之前的下坡末尾处)起动燃式发动机。
[0008]根据本发明的实施方式，所述方法被执行以用于推进系统，在所述推进系统中，所述第一部件是太阳轮，所述第二部件是行星齿轮架，并且所述第三部件是齿圈。在还未公开的文献SE 1051384-4中描述了这种推进系统。通过将电机连接到齿圈并且将燃式发动机的输出轴连接到太阳轮而实现紧凑构型，所述紧凑构型易于装入具有离合器机构而非行星齿轮的推进系统的现有空间中。由此，混合动力型变速箱可以制成与标准变速箱相当的尺寸和重量，并且标准化接口可以被维持。这意味着通常与混合动力化相关的重量增加可以显著减小。另一优点是，与电机被连接到太阳轮相比，电机被连接到齿圈给出与电机相关的更高的可能制动力矩。
[0009]根据本发明的实施方式，电机在步骤b)中被控制以使得燃式发动机达到怠速转速。这导致较低的噪音级别，并且燃式发动机与其通过自身产生转矩以加速达到怠速转速相比更快地达到其怠速转速。
[0010]根据本发明的实施方式，在步骤(a)中借助于车辆的行车制动器将制动施加到变速箱的输入轴。根据本发明的另一实施方式，在步骤(a)中借助于车辆的驻车制动器将制动施加到变速箱的输入轴。还可以使用某些其他制动机构，诸如机械锁定装置或中间轴制动器。
[0011]根据本发明的实施方式，所述方法被执行以用于推进系统，其中燃式发动机的输出轴以固定传动比被连接到行星齿轮的所述第一部件，和/或变速箱的输入轴以固定传动比被连接到行星齿轮的所述第二部件。
[0012]根据本发明的实施方式，所述方法被执行以用于推进系统，其中，燃式发动机的输出轴连接到行星齿轮的所述第一部件以使得它们作为一单元以同一转速旋转，和/或变速箱的输入轴连接到行星齿轮的所述第二部件以使得它们作为一单元以同一转速旋转。
[0013]本发明还涉及具有权利要求10中列出的特征的计算机程序、具有权利要求11中列出的特征的计算机程序制品、具有权利要求12中列出的特征的电子控制单元、以及具有权利要求13中列出的特征的车辆。
[0014]本发明的其他有利特征和优点将通过以下说明呈现。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]本发明以下将借助于参考附图的实施例被进一步描述，其中，
[0016]图1是车辆的推进系统的示意图，可以执行根据本发明的方法以用于所述推进系统，
[0017]图2是推进系统的一部分的简化图，
[0018]图3示出当执行所述方法时推进系统中的不同部件的转矩能够如何随着时间变化，
[0019]图4示出当执行所述方法时图3中的部件的转速可以如何随着时间变化，
[0020]图5是用于实施根据本发明的方法的控制单元的示意图，以及
[0021]图6是阐述根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]图1示出用于重型车辆的推进系统I。推进系统包括燃式发动机2、变速箱3、多个驱动轴4和驱动轮5。推进系统I在燃式发动机2与变速箱3之间包括中间部分6。
[0023]图2更详细地示出中间部分6中的部件。在中间部分6中，燃式发动机2设有输出轴2a并且变速箱3设有输入轴3a。燃式发动机的输出轴2a相对于变速箱的输入轴3a同轴地设置。燃式发动机的输出轴2a和变速箱的输入轴3a设置成围绕共同旋转轴线7旋转。中间部分6包括包封电机9和行星齿轮的壳体8。电机9照例包括定子9a和转子9b。定子9a包括以适当方式紧固在壳体8内侧上的定子芯。定子芯包括定子绕组。电机9配置成在某些运转状态下利用存储的电能向变速箱的输入轴3a供应推进力，并且在其他运转状态下利用变速箱的输入轴3a的动能获取且存储电能。
[0024]行星齿轮在电机的定子9a和转子9b的内部基本径向地设置。行星齿轮照例包括太阳轮10、齿圈11以及行星齿轮架12。行星齿轮架12携载多个齿轮13，所述多个齿轮在太阳轮10的齿部与齿圈11的齿部之间的径向空间中可旋转地设置。太阳轮10紧固到燃式发动机的输出轴2a的圆周面。太阳轮10和燃式发动机的输出轴2a在此设置成作为一单元以第一转速Ill旋转。行星齿轮架12包括固定部分12a，所述固定部分借助于花键连接件14固定到变速箱的输入轴3a的圆周面。借助于所述花键连接件，行星齿轮架和变速箱的输入轴3a可以作为一单元以第二转速n2旋转。齿圈11包括外圆周面，转子9b紧固到所述外圆周面上。转子％和齿圈11形成设置成以第三转速n3旋转的可旋转单元。
[0025]推进系统I在这个实施方式中还包括用于互锁行星齿轮的其中两个部件的锁定装置。锁定装置在此借助于设置在燃式发动机的输出轴2a上的可位移联接构件15设置在燃式发动机的输出轴2a和行星齿轮架12上，所述联接构件15能够经由联接部分15a被连接到行星齿轮架12的联接部分12b。联接构件15借助于花键连接件16固定到燃式发动机的输出轴2a。联接构件15在这种情况下相对于燃式发动机的输出轴2a不可旋转地固定，并且沿在燃式发动机的输出轴2a上的轴向方向可位移。示意性示出的位移部件17配置成使联接构件15在第一位置与第二位置之间移位，联接部分15a、12b在第一位置没有相互接合，对应于锁定装置的释放位置，联接部分15a、12b在第二位置相互接合，对应于锁定装置的锁定位置。当联接部分15a、12b相互接合时，燃式发动机的输出轴2a和变速箱的输入轴3a将互锁。由此，这两个轴2a、3a和电机的转子9b将以同一转速旋转。
[0026]在所示实施方式中，电子控制单元18配置成控制位移部件17。控制单元18还配置成确定在哪些状况下电机9应该作为电动机运转以及在哪些状况下电机应该作为发电机运转。为了作此决定，控制单元18可以接收与合适操作参数有关的当前信息。控制单元18可以是具有用于这个任务的合适软件的计算机。控制单元18还控制示意性示出的调节设备19，所述调节设备调节储能装置20 (诸如混合型电池)与电机的定子9a之间的电能流动。在电机作为电动机运转的状况下，存储电能从储能装置20供应到定子9a和/或其他耗能部件。在电机作为发电机运转的状况下，电能从定子9a供应到储能装置20。储能装置20传递且存储具有电压大约200-800伏的电能。由于车辆中的在燃式发动机2与变速箱3之间的中间部分6受到限制，因此需要电机9和行星齿轮构成紧凑单元。行星齿轮的部件10-12在此在电机的定子9a的内部基本径向地设置。电机的转子％、行星齿轮的齿圈11、燃式发动机的输出轴2a以及变速箱的输入轴3a在此设置成围绕共同旋转轴线5旋转。通过这种设计，电机9和行星齿轮占据相对较小的空间。车辆设有电动机控制功能21，燃式发动机的转速Ii1可以通过电动机控制功能来调节。由此，控制单元18可以当档位在变速箱3中接入和断开时启动电动机控制功能21，以在变速箱3中形成零转矩状态。当然，推进系统可以不由一个单一控制单元18控制，而是由数个不同的控制单元控制。
[0027]图3和4示出当执行根据本发明的方法的实施方式时，分别用于燃式发动机的输出轴2a (虚线)、变速箱的输入轴3a (点划线)和电机的转子9b (实线)的转矩10TjP T 3以及转速Ii1、n2和n3可以如何随着时间t变化。按照定义，仅单向旋转的燃式发动机2以正向转速旋转。由此，沿与燃式发动机相同方向旋转的部件按照定义以正向转速旋转，而沿相反方向旋转的部件按照定义以反向转速旋转。在本创新性方法的这个实施方式中，使用这样一种推进系统1，在所述推进系统中，电机的转子％设置成与齿圈11作为一单元旋转，燃式发动机的输出轴2a设置成与太阳轮10作为一单元旋转，而变速箱的输入轴3a设置成与行星齿轮架12作为一单元旋转。图6示出阐述所述方法的流程图。
[0028]根据本发明，当起动燃式发动机2时，车辆首先被置放到合适的初始位置610，所述初始位置可以是属于图3和4中所示出过程的情况的停驻位置、或制动被施加到车辆的位置。在初始位置，制动被施加到变速箱的输入轴3a并且减慢变速箱的输入轴3a的旋转，而与此同时合适的档位在变速箱3中被接入。锁定装置处于释放位置。哪个档位适于接入取决于许多因素，诸如，车辆的重量、底面的斜率、车辆的速度、变速箱的类型、驱动方向、等等。在停驻的初始位置，适于起动的档位应该被接入。如果燃式发动机将在向前驱动时被起动，则合适的初始位置通过作用在变速箱的输入轴3a上的制动机构(未示出)的制动而获得。在这个实施方式中，将制动施加到变速箱的输入轴3a直接导致被连接到轴3a的行星齿轮架12受到制动。
[0029]在步骤611中，当燃式发动机2将在时间t = h处被起动时，电机9接收来自控制单元18的信号。在步骤612中，电机9施加作用在齿圈11上的反向转矩T3，以使得齿圈经由转子9b被带动以反向转速n3旋转。由于齿圈11的旋转与经由变速箱的输入轴3a作用到行星齿轮架12的制动相结合给出作用在太阳轮10上的反作用转矩T1,因此电机9现在用作可以起动燃式发动机2的电动机。在步骤613中，这个反作用转矩经由太阳轮10传递到燃式发动机2。由此，燃式发动机的输出轴2a开始以加速的正向转速Ii1旋转。电机9将燃式发动机2适当地加速，直到后来在步骤614中燃式发动机于时间t = h处已经达到其怠速转速。齿圈11继续以转速n3旋转，但转矩T 3现在为零。燃式发动机2通过怠速控制系统来保持运作，直到在步骤615中驾驶员于时间t =〖2处按压加速器。接下来，在步骤616中，作用在变速箱的输入轴3a上的制动器被释放。
[0030]电机9现在被控制朝向由加速器的位置确定的正向转矩T3。同时，燃式发动机2的转速被控制以使得转速保持基本恒定。电机9现在用作发电机，并且来自定子9a的电能被转移到储能装置20。由于电机9的正向转矩T3起作用以减小燃式发动机的转速n i，其结果是为了保持燃式发动机的转速，电动机控制功能21控制燃式发动机，以使得燃式发动机施加作用在太阳轮10上的正向转矩1\。结果是合成正向转矩!^作用在变速箱的输入轴3a上。由于制动不再作用在行星齿轮架12上，因此在电机的转速n3朝向零降低的同时，变速箱的输入轴3a加速且车辆起动。由此，本创新性方法结束，并且此后燃式发动机和电机依据理想驱动模式被控制。
[0031]电机的转矩优选被控制以使得在起动过程期间电机将燃式发动机起动到燃式发动机的怠速转速，但还可以在某种程度上提前中断控制，并且让燃式发动机通过其自身加速达到怠速转速。
[0032]在起动过程期间被施加到变速箱的输入轴的制动器优选是车辆的行车制动器，但还可以是驻车制动器或直接或间接作用在变速箱的输入轴上或被连接到这个轴的行星齿轮架上的另一制动机构。在这种情况下，间接作用在变速箱的输入轴上的制动机构意味着制动机构直接作用在被连接到变速箱的输入轴的部件(例如，车辆的驱动轮)上。驻车制动器和行车制动器都间接作用在变速箱的输入轴上。
[0033]用于实施根据本发明的方法的计算机程序代码被适当地包括在计算机程序中，所述计算机程序可被读取到计算机的存储器(诸如，机动车辆的电子控制单元的存储器)中。这种计算机程序通过计算机程序制品适当地提供，所述计算机程序制品包括可由电子控制单元读取的数据存储介质，所述数据存储介质具有存储在其上的计算机程序。所述数据存储介质例如是呈CD-ROM盘、DVD盘等形式的光学数据存储介质，呈硬盘、磁盘、磁带等形式的磁性数据存储介质，或闪存或ROM、PROM, EPROM或EEPROM类型的存储器。
[0034]图5非常示意性地示出电子控制单元40，其包括用于执行计算机程序的执行装置41，诸如中央处理器单元(CPU)。执行装置41通过数据总线43与例如RAM类型的存储器42通讯。控制单元40还包括数据存储介质44，所述数据存储介质例如呈闪存或R0M、PR0M、EPROM或EEPROM类型的存储器形式。执行装置41通过数据总线43与数据存储介质44通讯。包括用于实施根据本发明的方法的计算机程序代码在内的计算机程序被存储在数据存储介质44上。
[0035]本发明当然并非以任何方式受限于上述实施方式，而是在不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，多种可能的修改方案对针对本领域技术人员是显然的。
【权利要求】
1.一种用于起动车辆的推进系统(I)中的燃式发动机(2)的方法，推进系统包括具有输出轴(2a)的燃式发动机(2)、包括定子(9a)和转子(9b)的电机(9)、具有输入轴(3a)的变速箱(3)、以及包括呈太阳轮(10)、齿圈(11)和行星齿轮架(12)形式的三个部件的行星齿轮，燃式发动机的输出轴(2a)连接到行星齿轮的所述三个部件中的第一部件(10)以使得燃式发动机的输出轴(2a)的旋转导致所述第一部件(10)的旋转，变速箱的输入轴(3a)连接到行星齿轮的所述三个部件中的第二部件(12)以使得变速箱的输入轴(3a)的旋转导致所述第二部件(12)的旋转，以及电机的转子(9b)连接到行星齿轮的所述三个部件中的第三部件(11)以使得转子(9b)的旋转导致所述第三部件(11)的旋转，其特征在于，所述方法包括下述步骤: a)将车辆设定在初始位置，其中合适的档位在变速箱(3)中接入，并且制动间接作用在变速箱的输入轴(3a)上， b)控制电机(9a)，以使得所述第三部件(11)被带动以反向转速(n3)旋转，并且由此燃式发动机的输出轴(2a)经由行星齿轮的所述第一部件(10)被带动以正向转速(Ii1)旋转，以使得燃式发动机(2)可以被起动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法被执行以用于推进系统(I)，其中，燃式发动机的输出轴(2a)被连接到太阳轮(10)，变速箱的输入轴(3a)被连接到行星齿轮架(12)，并且电机的转子(9b)被连接到齿圈(11) ο
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，电机(9)在步骤b)中被控制以使得燃式发动机(2)达到其怠速转速。
4.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，借助于车辆的行车制动器将制动间接施加到变速箱的输入轴(3a)。
5.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于，借助于车辆的驻车制动器将制动间接施加到变速箱的输入轴(3a)。
6.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述方法被执行以用于推进系统，其中，燃式发动机的输出轴(2a)以固定传动比被连接到行星齿轮的所述第一部件(10)。
7.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，所述方法被执行以用于推进系统，其中，燃式发动机的输出轴(2a)连接到行星齿轮的所述第一部件(10)以使得输出轴和第一部件作为一单元以同一转速旋转。
8.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述方法被执行以用于推进系统，其中，变速箱的输入轴(3a)以固定传动比被连接到行星齿轮的所述第二部件(12)。
9.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于，所述方法被执行以用于推进系统，其中，变速箱的输入轴(3a)连接到行星齿轮的所述第二部件(12)以使得输入轴和第二部件作为一单元以同一转速旋转。
10.—种包括计算机程序代码的计算机程序，所述计算机程序代码用于在计算机中执行时使得计算机实施根据权利要求1-9中任一所述的方法。
11.一种计算机程序制品，其包括计算机可读的数据存储介质，其中，根据权利要求10所述的计算机程序的计算机程序代码被存储在数据存储介质上。
12.一种电子控制单元(40)，其包括执行装置(41)、被连接到执行装置的存储器(42)、以及被连接到执行装置的数据存储介质(44)，其中，根据权利要求10所述的计算机程序的计算机程序代码被存储在所述数据存储介质(44)上。
13.一种车辆，其包括根据权利要求12所述的电子控制单元。
【文档编号】F02N11/08GK104507773SQ201380039882
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】N·彼得松, M·贝里奎斯特, J·林德斯特伦, A·谢尔, M·比约克曼 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司