混合动力车辆和用于起动发动机的方法
【专利摘要】本公开提供一种混合动力车辆和用于起动发动机的方法，所述方法包括：响应于发动机起动请求，在第一扭矩极限内起动发动机；接收发动机旋转位置信号；响应于指示发动机转数少于阈值的发动机旋转位置信号在第二扭矩极限内起动发动机。
【专利说明】混合动力车辆和用于起动发动机的方法
[0001]本申请要求于2013年3月15日提交的序列号为61/799，103的美国临时专利申请以及2013年8月27日提交的序列号为14/010,618的美国专利申请的权益，这两个申请的公开内容在此通过引用全部包含于此。
【技术领域】
[0002]本公开涉及用于起动混合动力电动车辆发动机的系统和方法。
【背景技术】
[0003]混合动力电动车辆(HEV)使用内燃发动机和电机的组合来提供推进车辆所需的动力。该布置提供比具备内燃发动机的传统车辆提高的燃料经济性。HEV可通过在发动机运转效率低或者发动机不另外需要推进车辆期间关闭发动机来提高燃料经济性。例如，这种情形在车辆由于交通信号、停止标记而停止时或者当电机能够在不使用发动机的情况下提供足够的动力来推进车辆时可能会发生。在这些情况下，内燃发动机被关闭并且电池和电机提供动力来推进车辆。
[0004]如果车辆请求或需要另外的动力，那么使用各种方法重新起动内燃发动机。这些方法包括当发动机旋转速度超出阈值时，传统的起动电动机或电机使发动机旋转并且对发动机点火。例如，在发动机或变速器不能自由旋转的情况下(例如，当发动机顶缸(hydrolocked)时),这些传统的发动机起动/重新起动方法可导致对发动机或变速器造成损坏。因此，期望改变发动机重新起动策略或避免重新起动发动机。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中,提供一种用于起动具有电机的混合动力车辆的发动机的方法和系统。在第一预定时间段内，受第一发动机起动扭矩极限限制的发动机起动扭矩施加到发动机。如果在第一预定时间段内的发动机转数至少为阈值，那么受第二发动机起动扭矩极限限制的另一发动机起动扭矩施加到发动机。
[0006]在另一实施例中，提供一种用于控制发动机起动/重新起动的方法。响应于温度信号和发动机起动请求中的至少一个，将第一发动机起动扭矩极限信号发送至控制器。然后控制器接收指示发动机转数的信号并响应于指示发动机转数少于阈值的信号，将第二发动机起动扭矩极限信号发送至控制器。
[0007]在又一实施例中，一种混合动力电动车辆设置有连接到内燃发动机和控制模块的控制器。所述控制器被配置为响应于温度信号和发动机起动请求中的至少一个，将第一发动机扭起动矩极限信号输出至控制模块。然后控制器接收指示发动机转数的信号并响应于指示发动机转数少于阈值的信号而输出第二发动机起动扭矩极限信号。
[0008]所述控制器还可被配置为响应于指示发动机转数等于或多于所述阈值的发动机旋转位置信号而传送信号，以使用速度控制来起动发动机。
[0009]所述控制器还可被配置为响应于指示发动机转数少于所述阈值的发动机旋转位置信号而存储诊断代码。
[0010]所述控制器还可被配置为响应于指示发动机转数少于所述阈值的发动机旋转位置信号而传送信号，以禁止起动发动机。
[0011]所述发动机旋转位置信号可由曲轴位置传感器产生。
[0012]所述发动机旋转位置信号可由牵引电动机位置传感器产生。
[0013]所述温度信号可由发动机油温传感器产生。
[0014]所述控制器可被配置为:如果在预定时间段之后发动机转数少于所述阈值，那么使发动机起动扭矩以预定比率增加至第二扭矩极限。
[0015]所述混合动力车辆还可包括结合到发动机并且可选择性地作为牵引电动机运转或作为发电机运转的电机，其中，所述第二扭矩极限对应于最大电机扭矩。
[0016]所述控制器还可被配置为:如果在预定时间段内测量的发动机转数少于所述阈值，那么停用发动机并进入使用牵引电池限制的运转策略。
[0017]所述混合动力车辆还可包括结合到发动机并且可选择性地作为牵引电动机运转或作为发电机运转的电机，其中，所述控制器被配置为使用牵引电动机起动发动机。
[0018]根据本公开的实施例提供多种优势。例如，不同实施例通过试图以比当通过速度控制起动发动机时施加的扭矩低的扭矩使发动机旋转能够防止在重新起动发动机时损坏发动机。使用较低的扭矩来使发动机旋转可以使所述系统在试图以最大扭矩起动发动机之前检验发动机和/或动力传动系的旋转。诊断代码可被存储和/或可设置指示器，以提醒驾驶员运转状况。
[0019]通过接下来结合附图对优选实施例进行的详细描述，上述优点和其它优点和特点将更显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是根据本公开的实施例的车辆系统的示意性表达；
[0021]图2是示出根据本公开的方法的代表性实施例的操作的框图；
[0022]图3是示出根据本公开的系统或方法的代表性实施例的操作的流程图；
[0023]图4是示出根据本公开的系统或方法的代表性实施例的操作的曲线图；
[0024]图5是示出根据本公开的系统或方法的代表性实施例的操作的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]根据需要，在此描述了详细的实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅仅是示例性的，并且可以以各种和可选的形式体现。附图并不一定按照比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释成限制，而仅仅应当作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本公开的实施例的代表性基础。
[0026]有时被称为起动/停止车辆的混合动力电动车辆可通过在发动机运转效率低或发动机不另外需要推进车辆期间关闭发动机来提高燃料经济性。在这些情况下，内燃发动机被关闭，并且电机通过使用电池提供动力来推进车辆。当车辆请求或需要动力时，重新起动发动机。在某些情况下(例如，发动机顶缸或发动机卡住(seized engine)或者发动机或变速驱动桥中存在损坏的部件)，发动机和变速驱动桥会不能自由地旋转。在这些条件下试图起动发动机可导致发动机损坏或变速器损坏，或者使现有的损害更加恶化。例如，试图使用来自电机的可用扭矩起动发动机可导致连杆或活塞变形，从而损坏发动机或变速器配合花键或其它动力传动系部件。根据本公开，可通过控制由电动机施加到发动机的发动机起动扭矩，一直到能够确认曲柄轴正在旋转或者未顶缸、卡住或出现损坏状况为止来避免发动机或变速器的损害。
[0027]参照图1，示出了根据本公开的实施例的车辆10的示意图。本领域的普通技术人员将认识到，本公开的实施例可在除了如图1中示出的构造之外的动力传动系中使用，在图1中示出的构造中，如果发动机不能自由旋转，那么电机具有足够的可用扭矩损坏发动机。图1中示出的车辆包括结合到变速驱动桥32的发动机12，所述变速驱动桥32设置有牵引电池34、牵引电动机(电机)36和齿轮组38。系统控制器14与发动机12和变速驱动桥32的部件通信。系统控制器14有时被称为(例如)发动机控制模块(ECM)、动力传动系控制模块(PCM)或车辆系统控制器(VSC)并且通常包括与计算机可读存储介质通信的微处理器(由RAM126和KAM128表示)。计算机可读存储介质可使用微处理器使用的任何数量公知的存储设备(例如，PROM (可编程只读存储器)、EPROM (电可编程只读存储器)、EEPROM (电可擦只读存储器)、闪存或任何其它能够存储数据(这些数据中的某些表现为可执行的指令)的电、磁、光学或其组合存储装置)来实施，以直接或间接地控制变速驱动桥32和/或发动机
12。替代地，电机36和齿轮组38的组合以及发动机12可具有单独设置的控制器(例如，彼此通信的发动机控制模块(ECM)和变速驱动桥控制模块(TCM))。
[0028]控制器14基于各种因素(包括驾驶员输入、系统动力需求和来自车辆中其它部件的请求)确定发动机起动需求。控制器14还可接收或产生发动机起动请求。一旦所述确认需要起动发动机12，那么控制器14可在反馈控制器中发送命令至电动机36，以供应足够的扭矩直到最大可用电动机扭矩，来满足发动机转速目标或发动机扭矩目标。这种起动方法通常被称为转速控制。通过电机36施加到发动机12的扭矩通常被称为发动机起动扭矩(engine cranking torque)。替代地,传统起动器可用于施加发动机起动扭矩至发动机12。
[0029]控制器14与可提供发动机的代表性温度(representative temperature)的温度传感器16通信。温度传感器可以是发动机油温传感器18、发动机冷却液温度传感器20、汽缸盖温度传感器22或者这些传感器的组合或其它温度传感器。由于在较冷的温度下使得发动机油的粘度增加，所以发动机起动扭矩请求倾向于随着温度的降低而增加。控制器14接收温度信号并能够基于温度信号调节施加到发动机12的发动机起动扭矩，或者设置相应的发动机起动扭矩极限。控制器与发动机旋转位置传感器24通信。旋转位置传感器可通过牵引电动机位置传感器(分解器(resolver)) 26、发动机曲柄位置传感器(霍尔效应传感器或可变磁阻传感器)28、凸轮位置传感器30或这些传感器的组合或者其它能够确定发动机旋转位置或转速的传感器来实施。控制器14被配置为通过使用发动机旋转位置传感器24来计算发动机转数。
[0030]参照图2，示出了根据本公开的示例性实施例的用于起动混合动力电动车辆发动机的方法和系统。可根据特定处理策略(例如，事件驱动、中断驱动等)按照图2中示出的顺序或次序以外的顺序或次序来执行各种功能。类似地，虽然未明确示出，一个或更多个步骤或功能可重复地执行、并行地执行和/或在特定运转状况下或在特定应用中被省略。在一个实施例中，示出的功能首先通过存储在计算机可读存储装置中的软件、指令或代码实施并通过一个或更多个基于微处理器的计算机或控制器执行，以控制车辆的运转。
[0031]更具体地讲，在图2中，如框200所示，控制器开始使发动机起动。控制器接收发动机起动请求(框202)并接收发动机温度信号(框204)。控制器可基于接收的发动机温度信号调节施加的发动机起动扭矩值和/或发动机起动扭矩极限(框206)。控制器命令应用受第一发动机起动扭矩极限的限制的发动机起动扭矩(框208)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数为至少两转(框210)，那么控制器使用速度控制命令发动机起动(框212)，并移除发动机起动扭矩极限。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数少于两转(框210)，那么控制器命令应用受第二发动机起动扭矩极限的限制(框214)的发动机起动扭矩。受第二发动机起动扭矩极限限制的发动机起动扭矩可以是比受第一发动机起动扭矩极限限制的发动机起动扭矩更高的发动机起动扭矩。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数为至少两转(框216)，那么控制器使用速度控制命令发动机起动(框212)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的发动机转数少于两转，那么控制器命令发动机起动扭矩以预定比率增加直至第二发动机起动扭矩极限(框218)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数为至少两转(框220)，那么控制器使用速度控制命令发动机起动(框212)。如果控制器计算发动机转数在预定时间段内少于两转(框220)，那么控制器存储诊断代码(框222)，停用发动机并进入限制的运转策略(框224)。
[0032]存储在框222中的诊断代码通常指示发动机旋转(如果有的话)请求比预期更多的扭矩，例如，如果发动机卡住或顶缸，则会发生这种情况。也可通过相应的光、声音或消息来警告/通知车辆的驾驶员。在框224中开始的限制的运转策略允许车辆在不使用发动机的情况下持续地运转并且驾驶员被告知车辆正运转处于极限运转策略中。
[0033]参照图3，示出了根据本公开的示例性实施例的用于起动混合动力电动车辆发动机的方法和系统。可根据特定处理策略(例如，事件驱动、中断驱动等)按照图3中示出的顺序或次序以外的顺序或次序来执行各种功能。类似地，虽然未明确示出，一个或更多个步骤或功能可重复地执行、并行地执行和/或在具体运转状况下或在特殊应用中被省略。在一个实施例中，示出的功能首先通过存储在计算机可读存储设备中的软件、指令或代码实施并通过一个或更多个基于微处理器的计算机或控制器执行，以控制车辆的运转。
[0034]更具体地讲，在图3中，如框300所示，控制器开始使发动机起动。控制器接收发动机起动请求(框302)并接收发动机温度信号(框304)。控制器可基于接收的发动机温度信号调节施加的发动机起动扭矩值和发动机起动扭矩极限。控制器命令发动机的起动受第一发动机起动扭矩极限的限制(框306)。控制器接收发动机旋转位置信号(框308)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数为至少两转(框310)，那么控制器使用速度控制命令发动机起动(框312)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数少于两转(框310)，那么控制器命令发动机的起动受第二发动机起动扭矩极限的限制(框314)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数为至少两转(框316)，那么控制器使用速度控制命令发动机起动(框312)。如果控制器计算发动机在预定时间段内的转数少于两转(框316)，那么控制器存储诊断代码(框318)并停用发动机(框320)。然后控制器结束所述过程(框322)。存储在框318中的诊断代码指示可能的故障或发动机卡住或发动机顶缸并且可提醒/告知车辆的驾驶员。
[0035]现在参照图4，示出了根据起动发动机的方法发动机起动扭矩相对于时间的曲线图(plot)400。图4中描绘的变量是起动发动机的方法的特性曲线。控制器施加发动机起动扭矩极限402并且电机施加发动机起动扭矩404至发动机。在预定时间段406内，受第一发动机起动扭矩极限412限制的发动机起动扭矩410施加到发动机。在图4中，发动机能够在第一时间段406内完成至少两转。在时间段408内，发动机起动扭矩极限被移除(414)，并且发动机被起动。曲线图400演示了根据本公开发动机不存在故障或者顶缸并且能够完成两转。
[0036]现在参照图5，示出了根据起动发动机的方法，发动机起动扭矩相对于时间的曲线图500。控制器施加发动机起动扭矩极限502并且发动机起动扭矩504施加至发动机。在第一时间段506内，受第一发动机起动扭矩极限限制的发动机起动扭矩508施加到发动机。在图5中，发动机在第一时间段506内完成少于两个发动机转数。受第二发动机起动扭矩极限516限制的发动机起动扭矩514施加到发动机，第二发动机起动扭矩极限516可高于第一发动机起动扭矩极限。在第二时间段512内，施加到发动机的发动机起动扭矩极限514以预定比率增加直至第二发动机起动扭矩极限516。发动机在第二时间段512内完成少于两个发动机转数。然后控制器通过移除发动机起动扭矩518使发动机停止起动。
[0037]虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变。此外，可组合多个实施的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。虽然多个实施例已被描述为提供优点可在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例，但是本领域的普通技术人员应该认识到，一个或更多个特点可被折衷，以实现期望的系统属性，所述期望的系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。在此讨论的被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例的任何实施例或现有技术实施并不在本公开的范围之外并且可期望用于特殊应用。
【权利要求】
1.一种用于起动发动机的方法，所述方法包括: 在第一预定时间段内，施加受第一发动机起动扭矩极限限制的发动机起动扭矩； 如果在所述第一预定时间段内的发动机转数少于阈值，那么施加受第二发动机起动扭矩极限限制的发动机起动扭矩，所述第二发动机起动扭矩极限高于所述第一发动机起动扭矩极限。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括: 如果在所述第一预定时间段内测量的发动机转数少于所述阈值，那么在第二预定时间段内，以预定比率使发动机起动扭矩增加至第二发动机起动扭矩极限。
3.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括: 如果在所述第二预定时间段内测量的发动机转数少于阈值，那么存储诊断代码。
4.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括: 如果在所述第二预定时间段内测量的发动机转数少于所述阈值，那么停用发动机并进入限制的运转策略。
5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括: 响应于温度信号，调节所述第一发动机起动扭矩极限和所述第二发动机起动扭矩极限中的至少一个。
6.一种用于控制发动机的方法，所述方法还包括: 响应于发动机起动请求基于温度信号在第一扭矩极限内起动发动机； 接收发动机旋转位置信号； 响应于指示发动机转数少于阈值的发动机旋转位置信号，在第二扭矩极限内起动发动机。
7.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括: 响应于指示发动机转数超出所述阈值的发动机旋转位置信号，使用发动机速度控制起动发动机。
8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括: 响应于指示发动机转数少于阈值的发动机旋转位置信号，存储诊断代码。
9.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括: 响应于指示发动机转数少于所述阈值的发动机旋转位置信号，禁止发动机起动。
10.一种混合动力车辆，包括: 控制器，连接到发动机并被配置为: 响应于发动机起动请求，基于温度信号在第一扭矩极限内起动发动机； 接收发动机旋转位置信号； 响应于指示发动机转数少于阈值的发动机旋转位置信号，在第二扭矩极限内起动发动机。
【文档编号】B60W20/00GK104044578SQ201410099327
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】大窪俊介, 乔纳森·安德鲁·布彻 申请人:福特全球技术公司