CN103863302A - 起动电机故障时控制混合动力车发动机起动的方法和*** - Google Patents

起动电机故障时控制混合动力车发动机起动的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种当混合动力车的起动电机有故障时用于控制发动机起动的方法和***。控制混合动力车的发动机起动的方法包括：当请求发动机起动时，判定起动电机是否有故障；当起动电机有故障时，滑移控制变速器离合器，使得电机和发动机的转矩与变速器的传递转矩变得彼此独立，并通过电机来起动发动机；当启动变速器离合器的滑移控制时，控制电机以产生起动发动机所需的驱动力；以及在控制发动机离合器的压力以使电机的驱动力可以传递至发动机的同时起动发动机。

Description

起动电机故障时控制混合动力车发动机起动的方法和***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年12月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0142065号优先权及其权益，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
当前的公开涉及一种在混合动力车的起动电机有故障时用于控制发动机起动的方法和***。
背景技术
混合动力车通过使用来自内燃发动机的动力和来自电池的动力来进行操作。具体而言，混合动力车设计成有效地组合并使用内燃发动机与电机的动力。
例如，如图1所示，混合动力车包含发动机10、电机20、发动机离合器30、变速器40、差动齿轮单元50、电池60、集成起动发电机（ISG）70以及车轮80。发动机离合器30控制发动机10与电机20之间的动力传递，而集成起动发电机（ISG）70则起动发动机10或通过发动机10的输出转矩来产生电力。
虽然集成起动发电机70操作为起动电机或发电机，因为集成起动发电机70与当前公开中的发动机起动相关，集成起动发电机70将被视为本说明书中的起动电机。
如进一步所示，混合动力车包含：混合动力控制单元（HCU）200，其控制混合动力车的总体操作；发动机控制单元（ECU）110，其控制发动机10的操作；电机控制单元（MCU）120，其控制电机20的操作；变速器控制单元（TCU）140，其控制变速器40的操作；以及电池控制单元（BCU）160，其管理并控制电池60。电池控制单元160也可以称为电池管理***（BMS）。集成起动发电机70也可以称为起动/发电电机或混合动力起动发电机。
混合动力车可以以驱动模式运行，例如仅使用电机20的动力的电动车（EV）模式、使用发动机10的转矩作为主动力并且使用电机20的转矩作为辅助动力的混合动力车（HEV）模式、以及在制动期间或当车辆由惯性而运行时的再生制动（RB）模式。在RB模式中，制动和惯性能量通过电机20的动力生成进行回收，并且用回收的能量为电池60充电。
当起动电机有故障时，混合动力车可以使用提供驱动能的电机20来起动发动机10。例如，在相关领域已知的传统方法中，当起动电机有故障时，在发动机离合器锁止之后，发动机可以通过电机的驱动能来起动。然而，没有考虑到由于发动机离合器的锁止而引起的冲击或在紧接发动机起动之后的初始燃料喷射过程中由发动机与电机之间的转矩差而引起的冲击，会使驾驶性能变差。
冲击经由变速器传递至传动轴。在传动轴转矩（T_传动）、发动机离合器转矩（T_离合器）、电机转矩（T_电机）以及冲击转矩（T_扰动）之间的关系可以设定为以下等式：
T_传动=T_离合器+T_电机+T_扰动
以上在背景部分公开的信息仅用于加强对本公开背景的理解，因此，可能包含不构成本领域普通技术人员已知的相关技术的信息。
发明内容
公开的实施方式已经致力于提供一种在混合动力车的起动电机有故障时用于控制发动机起动的方法和***。所公开的实施方式的优点是，当起动电机有故障时，滑移控制安装在变速器中并连接电机与变速器输入轴的变速器离合器，并通过使用电机来起动发动机，从而防止将起动发动机时产生的冲击传递到传动轴。
公开的实施方式也已经致力于提供一种当混合动力车的起动电机有故障时用于控制发动机起动的方法和***，具有的优点是，当起动电机有故障时，通过滑移控制安装在变速器中的变速器离合器并通过发动机离合器的锁止来起动发动机，从而独立地控制传动轴的输出转矩和起动发动机时产生的转矩。
当前公开的示例性实施方式提供一种混合动力车用的控制发动机起动的方法，其中该混合动力车包含控制发动机与电机之间的动力传递的发动机离合器、以及连接电机与变速器输入轴的变速器离合器，方法包括：当请求发动机起动时，判定起动电机是否有故障；在起动电机有故障时，滑移控制变速器离合器，以使电机和发动机的转矩与变速器的传递转矩（transmission torque）变为彼此独立，并通过电机来起动发动机；当启动变速器离合器的滑移控制时，控制电机以产生起动发动机所需的驱动力；以及在控制发动机离合器的压力以使电机的驱动力可以传递至发动机的同时，起动发动机。
变速器离合器的滑移控制可以包括，控制变速器，使变速器离合器的滑移转矩（T_变速器离合器）与传动轴的转矩（T_传动）相等。电机的控制可以包括，使电机的速度增加到起动发动机所需的目标速度。
该方法还可以包括，当发动机已经起动时，控制电机的速度，使变速器离合器两端的速度差变为零（0）。电机的控制可以包括前馈地提供电机的需求转矩。发动机离合器的压力可以控制为以逐步的方式增加。
当前公开的另一个示例性实施方式提供一种用于控制经由发动机动力和电机动力的组合而运行的混合动力车的发动机起动的***，该***包含：起动电机，配置成起动发动机；发动机离合器，配置成控制发动机与电机之间的动力传递；变速器离合器，配置成连接电机与变速器的输入轴，其中变速器离合器安装在变速器中；以及控制单元，配置成在起动电机有故障时控制变速器离合器并通过电机来起动发动机，控制单元由预设程序操控，并且预设程序包含一系列用于执行方法的指令，该方法包括：当请求发动机起动时，判定起动电机是否有故障；当起动电机有故障时，滑移控制变速器离合器，使电机和发动机的转矩与变速器的传递转矩变得彼此独立并通过电机来起动发动机；当变速器离合器的滑移控制已启动时，控制电机以产生起动发动机所需的驱动力；以及在控制发动机离合器的压力以使电机的驱动力可以传递至发动机的同时，起动发动机。控制单元可以包含配置成对电机进行反馈控制的比例积分（PI）控制单元。
如上所述，根据当前公开的示例性实施方式，当起动电机有故障时，通过滑移控制安装在变速器中并且连接电机与变速器输入轴的变速器离合器，并通过使用电机来起动发动机，可以防止在起动发动机时产生的冲击传递至传动轴。因此，根据当前公开的示例性实施方式，当起动电机有故障时，可以在使用电机来起动发动机的同时，增强驾驶性能。
附图说明
图1是示出典型混合动力车的配置的示例性示意图。
图2是根据当前公开的示例性实施方式的用于控制混合动力车的发动机起动的***的示例性配置图。
图3是根据当前公开的示例性实施方式的控制混合动力车的发动机起动的方法的示例性流程图。
图4是用于解释根据当前公开的示例性实施方式的对变速器离合器的控制的示例性图表。
图5是用于解释根据当前公开的示例性实施方式的对发动机离合器的控制的示例性图表。
图6是用于解释根据当前公开的示例性实施方式的对发动机转矩和电机转矩进行控制的示例性图表。
图7是用于解释根据当前公开的示例性实施方式的对电机的速度控制的示例性控制配置图。
<附图标记的描述>
10：发动机
20：电机
30：发动机离合器
40：变速器
42：变速器离合器
70：起动电机（集成起动发电机）
300：控制单元
具体实施方式
在下文中，将参考附图来详细描述当前公开的示例性实施方式。如本领域技术人员所意识到的，所记载的实施方式可以以多种不同的方式进行修改而不背离当前公开的精神和范围。此外，在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元素。
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，当用在说明书中时，术语“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、***式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
此外，应该理解，以下方法通过至少一个控制单元来执行。术语“控制单元”是指包含存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储程序指令，而处理器具体配置为执行该程序指令，以执行在以下进一步描述的一个或多个进程。
此外，当前公开的控制单元可以具体表现为，在含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储设备。计算机可读记录介质也可以在连接网络的计算机***中分布，从而计算机可读介质可以通过例如远程信息处理服务器或控制器局域网络（CAN）以分布方式存储并执行。
图1是示出可以应用根据当前公开示例性实施方式的用于控制发动机起动的***的典型混合动力车的配置示意图。如图1所示，典型的混合动力车可以包含发动机10、电机20、配置成控制发动机10与电机20之间的动力传递的发动机离合器30、变速器40、差动齿轮单元50、电池60、以及配置成起动发动机10或通过发动机10的输出来生成电力的集成起动发电机（ISG）70。虽然集成起动发电机70操作为起动电机或发电机，因为集成起动发电机70与当前公开的示例性实施方式中的发动机起动相关，集成起动发电机70将被视为并解释为以下描述中的起动电机。
如进一步所示，可以应用根据本发明示例性实施方式的用于控制发动机起动的***的典型混合动力车可以包含：混合动力控制单元（HCU）200，其控制混合动力车的总体操作（包括起动电机70和发动机离合器30的操作）；发动机控制单元（ECU）110，其控制发动机10的操作；电机控制单元（MCU）120，其控制电机20的操作；变速器控制单元（TCU）140，其控制变速器40的操作；以及电池控制单元（BCU）160，其管理并控制电池60。
图2是根据当前公开的示例性实施方式的用于控制混合动力车的发动机起动的***的配置图。当起动电机有故障时，***通过使用电机来控制发动机起动。
如图2所示，根据当前公开的示例性实施方式的用于控制混合动力车的发动机起动的***包含：起动电机70，其配置成起动发动机10；发动机离合器30，其配置成控制发动机10与电机20之间的动力传递；变速器离合器42，其配置成连接电机20与变速器40的输入轴，其中变速器离合器42安装在变速器40中；以及控制单元300，其配置成在起动电机70有故障时控制变速器离合器42并通过电机20来起动发动机10。由于发动机10、电机20、发动机离合器30、变速器40、变速器离合器42以及起动电机70通常安装在典型的混合动力车中，它们的详细描述将在本说明书中省略。
控制单元300可以包含一个或多个处理器或微处理器和/或硬件，由包含一系列指令的程序来操作，一系列指令用于执行将在以下描述的根据当前公开示例性实施方式的控制混合动力车的发动机起动的方法。
如图7所示，控制单元300可以包含：速率限制单元，其配置成对控制电机20中的目标ΔRPM做出限制；以及比例积分（PI）控制单元，其配置成基于RPM经由速率限制单元来反馈控制电机20。在当前公开的示例性实施方式中，控制单元300可以包含：发动机控制单元（ECU），其用于控制混合动力车的发动机10的操作；电机控制单元（MCU），其用于控制电机20的操作；变速器控制单元（TCU），其用于控制变速器40的操作；以及混合动力控制单元（HCU），其用于控制混合动力车的一般操作（包括发动机离合器30和起动电机70的操作），如图1所示。
在根据将在以下描述的当前公开的示例性实施方式的控制发动机起动的示例性方法中，一些过程可以由ECU执行，其他过程可以由MCU执行，并且另外的过程可以由TCU或HCU执行。然而，应该理解的是，当前公开的范围不限于在以下描述的示例性实施方式。控制单元可以采用不同于在当前公开的示例性实施方式中描述的那些的组合来实现。因此，ECU、MCU、TCU和HCU可以执行不同于在当前公开的示例性实施方式中描述的那些的过程组合。
在下文中，将参考附图来详细描述根据当前公开的示例性实施方式的控制混合动力车的发动机起动的方法。
图3是根据当前公开的示例性实施方式的控制混合动力车的发动机起动的方法流程图。如图3所示，在步骤S110，控制单元300判定是否请求发动机起动。在当前公开的示例性实施方式中，对于发动机起动的请求例如可以包括初始起动发动机10以及将发动机10从EV模式变到HEV模式。为判定是否请求发动机起动，控制单元300可以参考图1所示的HCU200的信号。
接着，在步骤S120，控制单元300判定起动电机70是否有故障。控制单元300可以根据相关技术中判定起动电机的故障的典型方法来判定起动电机70是否有故障。例如，控制单元300可以通过参考与起动电机70相关的HCU200的信号来判定起动电机70是否有故障。
当起动电机70在步骤S120没有故障时，在步骤S125，控制单元300根据现有方法通过起动电机70来起动发动机10。然而，当起动电机70在步骤S120有故障时，如图4所示，在步骤S130，控制单元300滑移控制变速器离合器42。
通过滑移控制变速器离合器42，当控制单元300通过电机20起动发动机10时，变速器离合器42的滑移转矩（T_变速器离合器）可以变得与混合动力车的驱动转矩相等，也就是说，与传动轴的转矩（T_传动）相等（T_传动=T_变速器离合器）。因为控制单元300滑移控制变速器离合器42，与通过电机20的发动机起动相关的转矩和T_传动可以彼此独立。因此，可以解决在以下等式中表述的相关技术的问题。在以下等式中，T_离合器是发动机离合器的转矩，T_电机是电机的转矩，而T_扰动是与发动机中燃料喷射相关的冲击转矩：
[根据相关技术的传动轴的转矩]=T_离合器+T_电机+T_扰动
因此，根据当前公开的示例性实施方式，相关技术中传递到传动轴的负向冲击转矩（T_扰动）可以消除，从而增强驾驶性能。对于变速器离合器42的滑移控制可以通过控制提供至变速器离合器42的压力来实施。
如图5和图6所示，当变速器离合器42开始滑移时，控制单元300在步骤S140和S150控制用于起动发动机10的电机20的速度和发动机离合器30的压力。参考图5和图6，当变速器离合器42开始滑移时，控制单元300向发动机离合器30提供用于锁止发动机离合器30的压力。当向发动机离合器30提供压力时，控制单元300以逐步的方式增加压力，以防止发动机离合器的转矩（T_离合器）过度变化。控制单元300设定发动机离合器30的压力，使T_离合器大于发动机10的摩擦转矩，从而发动机起动可以平稳执行。
如图5和图6进一步所示，发动机离合器30的最大压力处于发动机离合器30的两端速度同步时的时间点。在发动机离合器30的压力已经变为最大压力后，控制单元300保持发动机离合器30锁止。当发动机离合器30根据供应的油压开始滑移时，控制单元300使电机20的速度增加到目标速度。在发动机10起动之前，也就是，在由曲轴转动引起燃料喷射之前，发动机10负载运行。在燃料喷射后，发动机10变为目标转矩控制对象。当发动机10起动时，控制单元300可以前馈地控制电机20，以输出与发动机离合器负载（T_ac）和变速器离合器负载（T_变速器离合器）相应的输出转矩。
当发动机10已经在步骤S160由电机20起动时，在步骤S170，控制单元300控制电机20的速度，使得变速器离合器42两端的速度差变为零（0），如图6所示。如图7所示，控制单元300可以通过比例积分（PI）控制单元来控制电机20的速度，以使变速器离合器42两端的速度差即目标ΔRPM变为零（0）。
因此，根据当前公开的示例性实施方式，可以通过滑移控制变速器离合器并采用电机来起动发动机，从而防止在起动发动机时产生的冲击被传递至传动轴。
尽管已经结合当前被认为是示例性实施方式的内容描述了当前公开的内容，应当理解，当前的公开不限于所公开的实施方式，相反，当前的公开意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同安排。

Claims (19)

1.一种用于控制混合动力车的发动机起动的方法，所述混合动力车包含控制发动机与电机之间的动力传递的发动机离合器、以及连接所述电机与变速器的输入轴的变速器离合器，所述方法包括：
在请求所述发动机起动时，通过控制单元来判定起动电机是否有故障；
当所述起动电机有故障时，通过所述控制单元来滑移控制所述变速器离合器，使所述电机和所述发动机的转矩与所述变速器的传递转矩变得彼此独立，并通过所述电机来起动所述发动机；
当启动所述变速器离合器的滑移控制时，通过所述控制单元来控制所述电机，以产生起动所述发动机所需的驱动力；以及
通过所述控制单元，在控制所述发动机离合器的压力以使所述电机的驱动力能够传递至所述发动机的同时，起动所述发动机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述变速器离合器的滑移控制包括，控制所述变速器，使所述变速器离合器的滑移转矩（T_变速器离合器）与传动轴的转矩（T_传动）相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
对所述电机的控制包括，使所述电机的速度增加到起动所述发动机所需的目标速度。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当所述发动机已经起动时，通过所述控制单元来控制所述电机的速度，使所述变速器离合器两端的速度差变为零（0）。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
对所述电机的控制包括前馈地提供所述电机的需求转矩。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
将所述发动机离合器的压力控制为以逐步的方式增加。
7.一种用于控制混合动力车的发动机起动的***，所述混合动力车通过发动机动力和电机动力的组合来运行，所述***包括：
起动电机，配置成起动所述发动机；
发动机离合器，配置成控制所述发动机与所述电机之间的动力传递；
变速器离合器，配置成连接所述电机与变速器的输入轴，其中所述变速器离合器安装在所述变速器中；以及
控制单元，配置成在所述起动电机有故障时控制所述变速器离合器并通过所述电机来起动所述发动机，
其中所述控制单元通过预设程序操作，所述预设程序包含用于执行控制混合动力车的发动机起动的方法的一系列指令，所述预设程序包含：
当请求所述发动机起动时，判定所述起动电机是否有故障；
当所述起动电机有故障时，滑移控制所述变速器离合器，使所述电机和所述发动机的转矩与所述变速器的传递转矩变得彼此独立，并通过所述电机来起动所述发动机；
当启动所述变速器离合器的滑移控制时，控制所述电机，以产生起动所述发动机所需的驱动力；以及
在控制所述发动机离合器的压力以使所述电机的驱动力能够传递至所述发动机的同时，起动所述发动机。
8.根据权利要求7所述的***，其中，
对所述变速器离合器的滑移控制包括，控制所述变速器，使所述变速器离合器的滑移转矩（T_变速器离合器）与传动轴的转矩（T_传动）相等。
9.根据权利要求7所述的***，其中，
对所述电机的控制包括，使所述电机的速度增加到起动所述发动机所需的目标速度。
10.根据权利要求7所述的***，还包括：
当所述发动机已经起动时，控制所述电机的速度，使所述变速器离合器两端的速度差变为零（0）。
11.根据权利要求7所述的***，其中，
对所述电机的控制包括，前馈地提供所述电机的需求转矩。
12.根据权利要求7所述的***，其中，
将所述发动机离合器的压力控制为以逐步的方式增加。
13.根据权利要求7所述的***，其中，
所述控制单元包含，配置成向所述电机提供反馈控制的比例积分（PI）控制单元。
14.一种包含用于控制混合动力车的发动机起动的程序指令的非瞬时性计算机可读介质，所述混合动力车包含控制发动机与电机之间的动力传递的发动机离合器以及连接所述电机与变速器的输入轴的变速器离合器，所述计算机可读介质包含：
当请求所述发动机起动时判定起动电机是否有故障的程序指令；
当所述起动电机有故障时，滑移控制所述变速器离合器，使所述电机和所述发动机的转矩与所述变速器的传递转矩变得彼此独立，并通过所述电机来起动所述发动机的程序指令；
当启动所述变速器离合器的滑移控制时，控制所述电机以产生起动所述发动机所需的驱动力的程序指令；以及
在控制所述发动机离合器的压力以使所述电机的驱动力能够传递至所述发动机的同时，起动所述发动机的程序指令。
15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中，
所述滑移控制所述变速器离合器的程序指令包含，控制所述变速器以使所述变速器离合器的滑移转矩（T_变速器离合器）与传动轴的转矩（T_传动）相等的程序指令。
16.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中，
所述控制所述电机的程序指令包含，使所述电机的速度增加到起动所述发动机所需的目标速度的程序指令。
17.根据权利要求14所述的计算机可读介质，还包含：
当所述发动机已经起动时，控制所述电机的速度以使所述变速器离合器两端的速度差变为零（0）的程序指令。
18.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中，
所述控制所述电机的程序指令包含，前馈地提供所述电机的需求转矩的程序指令。
19.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中，
将所述发动机离合器的压力控制为以逐步的方式增加。
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