基于发电机功率的冷起动方法技术

本发明专利技术提供一种基于发电机功率的冷起动方法，公开了一种在混合动力电动车辆的发动机起动期间控制发动机速度的方法，该混合动力电动车辆包括蓄电池、发动机和用作电动机的发电机，其中，在整个发动机起动事件，特别是冷发动机起动事件期间，在不超过蓄电池功率极限的情况下，发电机扭矩帮助发动机来产生稳定的运转速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种在具有针对车辆牵引轮的并行动カ传送路径的混合动カ电动车辆(hybrid electric vehicle)动カ传动系(powertrain)中起动发动机的控制方法。
技术介绍
在例如第7，013, 213号美国专利以及第U. S. 2006/0016412 Al号美国专利申请公布中所公开的类型的混合动カ电动车辆动カ传动系中，使用内燃发动机和电カ牵引电动机来在分流的动カ传送路径中产生车辆牵引轮扭矩。动カ传送路径部分地由扭矩分流器行星齿轮系限定，在该行星齿轮系中，行星齿轮架可驱动地连接到发动机曲轴，环形齿轮通过齿 轮系可驱动地连接到车辆牵引轮的差动和桥总成。电动机也通过该齿轮系与差动和桥总成结合。在发电机-电动机-蓄电池分总成中，电动机和发电机连同蓄电池一起电结合。发电机直接连接到恒星齿轮，当发动机动カ通过行星齿轮单元被传送给该齿轮系时，恒星齿轮用作反作用元件。通过控制发电机扭矩，发动机动カ输出被分流为两个并行的路径。从发动机到行星齿轮单元，最终到动カ输出轴建立机械动カ流动路径。另ー个动カ流动路径是电动力流动路径，其从发动机，到发电机，再到电动机，然后到动カ输出轴来传输动カ。因此，发电机、电动机和行星齿轮单元可用作具有连续变速比特性的电-机械变速器。车辆系统控制器协调分流的动カ传输。在正常的运行条件下，车辆系统控制器解释驾驶者对动カ的要求，如加速或減速功能要求。然后确定为了满足驾驶者的动カ要求并且在考虑发动机燃料经济性、排放质量等的同时实现特定的车辆性能，每ー动力源需要何时提供扭矩并且提供多少扭矩。车辆系统控制器将确定发动机扭矩和速度关系的工作点。当发电机用作电动机时，发电机可向行星齿轮系传送动力。该动カ可用于在发动机起动期间将发动机起动。当发电机用作发电机时，其由行星齿轮系驱动，以实现向蓄电池充电。当发电机被没有通过驱动桥(transaxle)齿轮系机械传送的那部分发动机动カ所驱动时，发电机可起发电机的作用。按照正的动カ分流配置，通过行星齿轮系传送到发电机的发动机动カ的结余对蓄电池进行充电，蓄电池驱动牵引电动机。以这样的方式，两个动力源，即发动机和发电机-电动机-蓄电池子系统被整合，从而它们可以无缝地一起工作，以满足驾驶者对动カ的要求。该系统将实现两个动力源之间的最佳动カ分流。发电机用作内燃发动机的起动电动机。在正常的运行循环中，发动机必然被频繁地起动和停止。毎次发动机被起动时，发动机必须在不超过蓄电池功率极限的情况下，经大的温度范围被快速、无噪音、平稳地起动。发动机起动模式不能发生在所谓的谐振区域(resonance zone)中的扩展时间段内，在谐振区域期间，发动机扭矩传送不稳定并且具有扭矩尖峰的特点。对于当前一般的汽车发动机，该谐振区域的典型发动机速度范围大约是300-500rpmo当发动机温度非常低时，满足各种发动机的起动要求是很难实现的。由于冷的发动机润滑剂的摩擦増大，所以冷的发动机需要更多的能量来起动。此外，由于蓄电池的化学特性的限制，冷的蓄电池无法提供同样多的能量。如果发动机设计有可变气门正时(valvetiming)，则冷的发动机的起动变得更加困难。这是因为，为了减小发动机的噪声、振动和舒适性(NVH)而添加可变进气门正时特征减小了发动机气缸内的压强。这又使得在发动机能够起动之前需要更高的起动速度。在第US 2006/0016412 Al号美国专利申请公布中讨论了ー种冷起动方法。该冷起动方法需要指定的在起动事件期间保持恒定的目标发动机速度。使用第US 2006/0016412Al公布中的方法起动发动机所需的扭矩的变化引起用于起动发动机的功率发生波动。因此，在冷的环境中的变速器和发动机摩擦会引起高压蓄电池的过放电。此外，在至少ー个发动机气缸中的单个强烈的瞬时点火事件会瞬间增大发动机速度。然后，发电机被增大的发动机速度信号所激励，通过减小发电机扭矩命令来对瞬时点火事件做出响应。这会使得发 电机停止在起动模式期间帮助发动机，从而由于发动机控制器中的固有控制信号响应时间延迟，并且由于由曲轴以及与曲轴机械连接的部件的旋转质量的瞬时动能改变引起的物理滞后时间，会导致发动机失速或者“无法起动(no-start) ”情况。如果利用第US 2006/0016412 Al号专利申请公布中所描述的这种方法，发动机成功且一致地产生发动机驱动扭矩，则在发动机速度増加到期望的发动机空转速度之前，发动机速度被拖拉通过大约300-500rpm的谐振区域。这会导致利用比蓄电池能够安全提供的功率更多的蓄电池功率。当蓄电池的充电状态被耗尽时，这会导致低的蓄电池电压情況。这会缩短蓄电池的寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免先前所描述的已知控制系统的局限，并且提高发动机冷起动性能。这通过在冷的发动机的发动机起动期间控制发电机功率(而非发动机速度)由本专利技术的方法来实现。如果由于冷的发动机温度导致发动机摩擦较大，则起动期间的发动机速度将低于发动机温度较高时的发动机速度。此外，在起动循环期间，即使发动机间歇地提供扭矩，发电机也将继续提供扭矩以帮助发动机起动。本专利技术的方法包括选择低于高压蓄电池功率极限的目标发电机功率。这样，该控制方法将防止超过总功率极限。本专利技术的方法包括以下步骤使用闭环控制技术来计算期望发动机起动速度，以便在创建稳定的发动机扭矩时在考虑蓄电池功率极限的同时确定发动机起动期间将使用的特定发电机功率。用于保持发动机速度的发电机功率将导致起动速度的増加，以便帮助发动机通过不稳定点火阶段。因此，在发动机起动循环期间，所述方法将使发电机不需要提供额外的扭矩以帮助发动机通过发动机气缸中紧随初始点火之后的所谓“谐振区域”。因此，发动机和变速器在目标发电机功率下一起工作。对于具有相同温度/摩擦特性的发动机系列，所给出的发电机功率控制方法均能够提升发动机速度。这将使发动机的标定简化，从而实现具有最佳废气排放质量的发动机起始燃料添加事件。附图说明图I是能够使用本专利技术的方法的动カ传动系的示意图；图2是示出发动机起动速度阶段的示图；图3是本专利技术的控制方法的流程图；图4是示出用于在发动机冷起动事件期间确定发电机功率目标的闭环控制的控制框图；图4a是由图4的框图的PI控制器执行的控制步骤的框图；图5是传统发动机冷起动事件期间的发动机速度改变的时间曲线图； 图6是使用本专利技术的方法的发动机冷起动期间的发动机速度改变的时间曲线图；图7是在使用本专利技术的方法的发动机冷起动事件期间的蓄电池功率的时间曲线图。具体实施例方式在图I中所示意性示出的混合动カ传动系配置中，内燃发动机10的扭矩输出曲轴通过曲轴减震器(damper) 10’被可驱动地连接到行星齿轮单元14的齿轮架12。齿轮单元14的恒星齿轮16用作反作用元件，并被可驱动地连接到发电机18。齿轮架12可旋转地支撑与恒星齿轮16和环形齿轮22啮合的行星小齿轮20，环形齿轮22被可驱动地连接到变速器扭矩输入齿轮24。当由发动机向变速器传送驱动动カ时，发电机18提供反扭矩。作为电动机-发电机-蓄电池电カ子系统的一部分，发电机产生电动カ来补充机械发动机动カ。可使用反作用制动器26来为恒星齿轮16建立反作用点并且使发电机18不起作用。当发电机用作电动机，而发动机不起作用时，通过超越本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在混合动力电动车辆动力传动系中控制发动机的起动事件的方法，该动力传动系包括：内燃发动机，形成第一动力源；发电机、蓄电池及电动机，形成第二动力源；齿轮系，限定从第一动力源和第二动力源到车辆牵引轮的动力流动路径，发电机和发动机机械地连接到齿轮系的单独的元件，由此在发动机起动事件期间，当检测到发动机扭矩时，用作电动机的发电机将发动机起动功率传递到发动机，所述方法包括以下步骤：在整个发动机起动事件期间，使用实际发电机功率作为反馈变量以闭环方式控制目标发电机功率，由此当发动机点火不稳定时，在发动机速度低于稳定的发动机空转速度时，发电机提供扭矩以辅助发动机起动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·斯蒂芬·布赖恩，克里斯多佛·亚当·奥乔奇恩斯基，肯尼思·弗雷德里克，大窪俊介，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：