CN110425070A - 具有小齿轮预啮合控制的无刷起动*** - Google Patents

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Abstract

电起动***与发动机一起使用。起动***可包括联接到小齿轮的螺线管装置、在请求的发动机起动事件期间可通过小齿轮连接到发动机的无刷起动马达、以及控制器。响应于起动事件，当发动机速度小于阈值速度时，控制器以足以使小齿轮平移成与飞轮接触的峰值电流水平向螺线管装置输出控制电流。在小齿轮与飞轮啮合之后，控制电流减小到小于峰值电流水平的保持电流水平。命令来自起动马达的马达扭矩通过小齿轮并且到达飞轮，同时维持保持电流水平，并且保持足以起动发动机的持续时间。

Description

具有小齿轮预啮合控制的无刷起动***
引言
内燃机响应于加速请求而产生发动机扭矩。当发动机用作动力系的一部分时，所产生的发动机扭矩经由变速器(例如行星齿轮装置或变速箱)传递到联接负载。在一些动力系配置中，电机的转子例如通过环形齿轮选择性地联接到发动机的飞轮。来自电机的马达扭矩用于将发动机加速到阈值速度。来自电机的扭矩辅助可用于在发动机自动起动事件期间支持发动机的起转和起动功能，其中电机在这种应用中通常被称为起动马达。
发明内容
本文公开了一种用于与内燃机一起使用的电起动***。电起动***包括小齿轮、螺线管装置和无刷起动马达。响应于请求的发动机起动事件，起动马达通过小齿轮可选择性地连接到发动机的飞轮，即与发动机的飞轮啮合，其中通过螺线管装置的受控操作来将小齿轮平移成与发动机的飞轮以及无刷起动马达的行星齿轮***啮合。
控制器用作上述电起动***的一部分。控制器配置成使用螺线管装置结合无刷起动马达加速发动机起动事件，其中控制器可以如本文所述的通过单独控制线或传输导体调节螺线管装置和起动马达的操作。控制器被编程为体现如下控制方法的逻辑：当发动机处于自动停止模式并且发动机速度低于阈值速度时控制器自动执行该控制方法。作为控制方法的一部分，小齿轮处于预啮合状态，在预啮合状态中小齿轮在实现起动马达之前与飞轮啮合。然后，小齿轮与发动机的飞轮以及起动马达的环形齿轮保持啮合状态，直到发动机起动。
本文描述的螺线管装置可以通过脉冲宽度调制(PWM)信号供电，例如，直接通过专用控制线供电，或者在控制器是发动机控制模块(ECM)的代表性车辆实施例中通过控制器区域网络(CAN)总线启用。以如下方式控制螺线管装置：首先使小齿轮和发动机的飞轮之间接触，然后以低功耗将小齿轮维持在与发动机和起动马达啮合的位置，直到重新起动发动机完成。
根据示例性实施例，电起动***包括联接到小齿轮、无刷起动马达和控制器的螺线管装置。在请求的发动机起动事件期间，起动马达可通过小齿轮选择性地连接到发动机。与螺线管装置和起动马达通信的控制器被配置为响应于请求的发动机起动事件而执行控制方法。也就是说，当发动机速度小于阈值速度时，控制器以足以使小齿轮移动到与飞轮接触的峰值电流水平向螺线管装置输入/传递控制电流。在小齿轮与飞轮啮合之后，控制器还使马达旋转以使小齿轮与马达的行星齿轮***啮合，然后输送在小于峰值电流水平的保持电流水平下的控制电流。此后，控制器命令将马达扭矩从起动马达、通过小齿轮并且输送到达发动机的飞轮，同时将控制电流维持在较低的保持电流水平，这样做持续足以起动发动机的持续时间。
在将控制电流以峰值电流水平输送给螺线管装置之后，控制器可以执行/等待足够的延迟校准持续时间，以确保小齿轮移动为与飞轮接触。
控制器可以被配置为使用PWM控制信号在保持电流水平下输送控制电流，在一些实施例中该PWM控制信号用于将峰值电流水平降低例如至少50％。例如，螺线管装置和无刷起动马达可以可选地通过标称电压电平为15V或更低的辅助电压总线供电，其中在该实施例中峰值电流可能为约20A并且保持电流为约3A至4A。
控制器可以通过独立的低压控制线连接到螺线管装置和无刷起动马达，每个低压控制线具有15V或更低的电压电平。
本文还公开了一种动力系，其包括具有发动机速度的内燃发动机、连接到发动机的变速器、连接到变速器的负载、以及用于与发动机一起使用的上述电起动***。
另外，一种用于控制电起动***的方法包括：
响应于请求的发动机起动，通过控制器确定何时发动机速度小于阈值速度。该方法还包括：响应于这种确定，将控制电流输送到联接到小齿轮的螺线管装置，该控制电流处于足以使小齿轮平移成接触飞轮并随后与飞轮啮合的峰值电流水平，并且然后在小齿轮与飞轮啮合后，输送在小于峰值电流水平的保持电流水平下的控制电流。该方法还包括命令将马达扭矩从无刷起动马达、通过小齿轮并且输送到达飞轮，同时输送在保持电流水平下的控制电流，并且此后维持马达扭矩的输送持续足够用于起动发动机的延迟持续时间。
以上概述并不旨在表示本公开的每个实施例或方面。更确切地，前述概述举例说明了如本文所述的某些新颖方面和特征。从以下结合附图和所附权利要求用于实施本公开的代表性实施例和模式的详细描述中，本公开的上述和其他特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是用于发动机的示例性电起动***的示意图，其中电起动***包括在发动机起动事件期间通过本文所述的方法共同控制的多相/交流(AC)无刷起动马达、小齿轮和螺线管装置。
图2是在图1所示的电起动***的整体控制中可用的各种位标志和标称控制值的时间图。
图3是描述用于在代表性发动机起动事件期间控制图1中的小齿轮和发动机的预啮合的方法的示例性实施例的流程图。
本公开易于进行修改和替代形式，其中代表性实施例在附图中以示例的方式示出并在下面详细描述。本公开的发明方面不限于所公开的特定形式。更确切地，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的范围内的修改、等同物、组合和替代。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。各种实施例是本公开的示例，并且鉴于本公开，本领域普通技术人员可以想到其他替换形式的实施例。这些附图不一定按比例。一些特征可能会被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。如本领域普通技术人员还将理解的，参考给定的一个附图示出和描述的特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合，以便产生未明确示出或描述的实施例。因此，所示特征的组合用作典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。
参照附图，其中相同的附图标记表示若干附图中的相同或相似的部件，示例性动力系10在图1中示意性地示出，图1具有发动机(E)20，发动机(E)20通过曲轴31联接到飞轮32，例如联接到环形齿轮或与其连接的其他驱动机构。动力系10还包括电起动***12，其可操作用于在发动机自动起动事件期间例如在发动机20已经在怠速时关闭之后自动起转和起动发动机20。
本文公开的电起动***12包括多相/交流(AC)无刷电机，以下称为起动马达(MBL)18。如此，起动马达18采用使用固态开关的电子换向器来提供起转扭矩，以支持发动机20的起停功能。起动马达18包括联接到行星齿轮***11的转子19，例如环形齿轮和/或一个或多个齿轮元件。电起动***12还包括通过轴190联接到小齿轮33的螺线管装置(S)21，其中小齿轮33能够通过螺线管装置21的操作选择性地与飞轮32啮合。
如下面参考图2和图3进一步详细说明的，控制器50(例如示例性车辆实施例中的发动机控制模块)被配置为在起动马达18的扭矩操作的总体控制中执行方法100。这在发动机20的自动起动事件期间和之后都发生。不是使用具有设置在曲轴31和飞轮32之间的单向离合器的永久啮合的起动马达，使得一个构件与发动机20连续地旋转，或者使用“双串联”构造方法，其中单独的螺线管是用于控制小齿轮并激励刷式起动马达，替代地，本方法是使用螺线管装置21作为电起动***12内的单个螺线管。如此，本方法能够在发动机20的自动停止/起动事件期间减小动力操作并且使小齿轮33与飞轮32的啮合时间延长。
特别地，当发动机20处于自动停止模式并且发动机速度(N20)低于校准阈值速度时，控制器50执行体现方法100的逻辑作为小齿轮预啮合方案的一部分。控制器50保持小齿轮33与飞轮32啮合，从而保持与发动机20啮合，直到完成使用无刷起动马达18的发动机20的命令重启操作。在预定的持续时间之后，控制器50降低提供给螺线管装置21的电压或电流的水平，例如通过脉冲宽度调制(PWM)或其他合适的电子开关控制技术。以这种方式，控制器50保持小齿轮33与飞轮32啮合，例如通过与其连接的花键或齿轮构件，而不会使螺线管装置21过热。来自起动马达18的马达扭矩(箭头TM)用于以如下方式控制小齿轮33的旋转：确保小齿轮33在行星齿轮***11上的完全就位。以这种方式，本文描述的方法旨在帮助消除由于在自动起动事件期间的次优齿轮啮合引起的噪声、振动和粗糙度。
此外，关于图1中所示的动力系10和电起动***12，发动机20可以实施为汽油或柴油发动机，并最终将发动机扭矩输出到输出轴24。输出轴24可以例如经由液力变矩器或离合器(未示出)联接到变速器(T)22。变速器22最终以特定的传动比或速度比将输出扭矩输送到变速器输出构件25。输出构件25进而通过一个或多个驱动轴28驱动联接的负荷，其中负荷如图1所示为示例性汽车应用中的一组驱动轮26。可以设想用于动力系10的其他有益应用，包括发电厂、机器人、移动平台和非机动交通工具应用，例如船只、船舶、轨道车辆和飞机，并且因此图1的机动车辆实施例旨在说明所公开的概念而没有限制。
当发动机20没有运转时，例如在发动机20处于怠速时节省燃料的自动停止事件之后或在发动机20关闭的情况下进行巡航时，电起动***12可以响应于来自控制器50的螺线管控制信号(箭头CCS)而电动和自动地通电，以便选择性地将起动马达扭矩(箭头TM)输送给飞轮32。用于实现这种目的的一种可能的配置是使用位于如图1所示的螺线管装置21。螺线管装置21可以包括轴190，可能具有位于轴190和螺线管装置21之间的杠杆(未示出)。
当螺线管装置21响应于来自控制器50的螺线管控制信号(箭头CCS)而被通电时，螺线管装置21将小齿轮33线性平移到33A处所示的位置，从而与在飞轮32和行星齿轮***11两者上的配合齿或花键直接接触并啮合。一旦发动机20起动，就停止螺线管控制信号(箭头CCS)。结果，螺线管装置21断电。然后，小齿轮33通过螺线管装置21的返回动作被推动脱离与飞轮32的啮合。可以存在用于选择性地将小齿轮33与飞轮32和行星齿轮***11啮合的其他构造，因此所示实施例旨在说明本文公开的一般概念，而不将电起动***12限制于这样的实施例。
电起动***12可以包括或可以连接到直流(DC)电池组14，例如具有正(+)和负(-)端子的多单元锂离子、镍金属氢化物或铅酸电池组。电池组14可以是辅助电池组，例如具有处于辅助电平的标称电压，例如约12-15VDC。因此，在动力系10的车辆实施例中，螺线管装置21可以由控制器50产生的PWM电压供电。在可能的实施例中，控制器50可以通过单独控制线电连接到螺线管装置21和无刷起动马达18，其中每个控制线可能具有高达电池14的电压水平的电压水平。
电起动***12可以包括功率逆变器模块(PIM)16，其进而通过DC电压总线15电连接在电池组14的正(+)和负(-)端子两端，以及电连接到多相/交流(AC)电压总线17。尽管为了说明清楚而与起动马达18分开示出，但是PIM 16和起动马达18可以是集成组件。尽管为了说明简单从图1中省略，但是PIM 16包括半导体开关对(通常是MOSFET，其经由DC电压总线15连接到正(+)和负(-)端子)、以及信号滤波电路部件，其将来自电池组14的DC电力最终转换为AC电压总线17上的多相电力。
反过来，AC电压总线17电连接到无刷起动马达18内部的各个相绕组。起动马达18可以配置成使得校准反电动势(BEMF)产生给定的性能范围，例如，在6000RPM下3-5V、或确保足够的马达扭矩(箭头TM)可用于起动发动机20的其他值。起动马达18可以不同地配置为表面永磁电机、内部永磁电机、拖杯感应电机、开关磁阻电机或另一类型的无刷电机，但不局限于此。如本文所认识到的，诸如起动马达18的无刷电动机可以具有延长的工作寿命，并且相对于某些电刷型马达具有改进的速度控制精度水平，以及其他可能的益处。
图1的控制器50被配置为接收测量的电压、电流、位置、温度和/或其他合适的电气值作为一组输入信号(箭头CCI)的一部分。作为方法100的一部分，控制器50可以不同地实现为一个或多个控制装置，其共同管理来自起动马达18的马达扭矩(箭头TM)。控制器50被配置为通过螺线管控制信号(箭头CCS)控制螺线管装置21，并且同时通过马达控制信号(箭头CCM)启用和激励起动马达18，其中螺线管控制信号(箭头CCS)和马达控制信号(箭头CCM)可以通过单独控制线或传输连接器传输。也就是说，起动***12的特征在于单个螺线管，即螺线管装置21。结果，可以向螺线管装置21提供PWM电压信号，以实现软/低噪声啮合和保持电流，这有助于在自动停止状态期间将小齿轮33保持在啮合的预啮合状态。
多个控制器可以通过串行总线例如CAN总线35、其他差分电压网络、或通过分立导体进行通信。螺线管装置21可以响应于螺线管驱动器电路21D，其在不同实施例中可驻留在控制器50或PIM 16中。以这种方式，控制器50可以直接控制螺线管装置21，或者可以仅通过例如PIM 16和/或起动马达18的马达控制处理器18C来启用控制螺线管装置21。
控制器50可以包括一个或多个数字计算机，每个数字计算机具有处理器(P)例如微处理器或中央处理单元、以及只读存储器、随机存取存储器、电可编程只读存储器等形式的存储器(M)、高速时钟、模拟到数字和数字到模拟电路、输入/输出电路和设备、以及适当的信号调节和缓冲电路。控制器50还可以在存储器(M)中存储算法和/或计算机可执行指令，包括体现下面描述的方法100的基础算法或代码，并且将命令发送到电起动***12以使得能够执行根据本公开的某些控制动作。虽然PWM功能被描述为由控制器50进行，但是也可以将螺线管装置21的PWM控制集成到起动马达18的马达控制处理器18C中，以通过控制器50例如动力系控制单元与马达控制处理器18C之间的通信用于小齿轮33的预啮合。
控制器50与发动机20通信并且接收指示发动机20的速度和温度的信号(作为输入信号(箭头CCI)的一部分)以及其他可能的发动机操作条件或参数。这些参数包括发动机20的起动请求，无论是操作员起动的或是自主生成的。控制器50还与起动马达18通信，并因此接收指示当前速度、电流消耗、扭矩、温度和/或其他操作参数的信号。控制器50还可以与电池组14通信并且接收指示电池充电状态、温度和电流消耗的信号、以及各个DC和AC电压总线15和17两端的电压。除了通过螺线管控制信号(箭头CCS)向起动马达18发送扭矩请求之外，控制器50还可以将输出信号(箭头CCO)发送到发动机20和变速器22，作为控制器50的整个操作功能的一部分。
参考图2的迹线60，作为方法100的一部分，控制器50被配置为设置发动机起动标志，例如二进制1或0位标志，以使起动马达18和螺线管装置21能够在自动停止状态之后在随后的发动机起动事件中被控制。作为方法100的一部分评估的控制参数可以包括位标志61和62。图2的位标志61对应于主动自动停止状态，其中图1的发动机20处于关闭状态，即未运行，并且发动机速度(N20)小于阈值速度。该条件从图2中的大约t1延伸到t3。然后，当控制器50命令重新起动发动机20时(其在t4处开始并持续到t5)，位标志62被设定为高例如如图所示的二进制1。
在t1处，控制器50设置另一位标志63，其指示在控制器50的逻辑中启用小齿轮33的预啮合。该小齿轮启用状态持续至到t5处的重启事件完成。在启用螺线管装置21之后不久达到的t2处，控制器50还使得起动马达18能够通电，如位标记64所示。因此，位标志61、62、63和64对应于TRUE(真)/FALSE(假)逻辑状态，其中高值(例如，1)为TRUE，并且低值(0)为FALSE。
还在图2中示出，图1中所示的DC电压总线15的标称12V辅助实施例中的PWM电压65A和65在0V和12V之间变化。因此，在启用起动马达18之前在螺线管装置21的初始预啮合时在t1和t2之间，如初始PWM电压65A所示，将全部总线电压输送到螺线管装置21。PWM电压65A足以使小齿轮33克服摩擦并开始移动。在t2和t5之间，图1的控制器50控制螺线管装置21处于较低的电压电平，并且因此具有降低的功率，如PWM电压65的每个脉冲相对于初始PWM电压65A的显著更短的持续时间或占空比所示。
响应于PWM电压65A和65是实际线圈电流66，其描述了以安培为单位的被输送到螺线管装置21的电流。线圈电流66最初在t2处上升到峰值电流(IP)，然后在t2之后不久稳定到较低的保持电流(IH)。从t2到t5维持保持电流(IH)最终降低了功耗，其后PWM电压65用于保持图1的小齿轮33处于啮合状态而不会使螺线管装置21过热。
如上面参考图1所述，螺线管装置21可以由控制器50或马达控制处理器18C以PWM电压供给，该PWM电压的电平使得在发动机20的自动停止状态下小齿轮33能够与飞轮32软啮合。可以响应于位标记64A的设定来控制起动马达18在自动停止阶段期间的启动持续时间和移动，以完成图1的行星齿轮***11上的小齿轮33的完全就位。在发动机20重新起动期间，由于小齿轮33已经相对于行星齿轮***11处于完全就位位置，因此控制起动马达18以最小延迟输送最大动力以重新起动。一旦发动机20完全重新起动，控制器50在图2的约t5处终止发动机起动信号，如通过位标记62所示，并且同时螺线管装置21断电。当马达速度达到预定值时或者当发动机起动信号终止时(无论哪个先到)，控制器50还终止马达控制信号(箭头CCM)。然后关闭起动马达18。此后，螺线管线圈电流(迹线66)衰减到零。
参照图3，根据示例性实施例的方法100在步骤S102处开始，其中图1的发动机20处于开启/运行状态。方法100在发动机20运转的情况下进入步骤S104。
步骤S104包括确定是否已启用发动机20的自动停止(ASTP)。例如，控制器50可以通过其内部逻辑确定操作条件是否要求停止发动机20，例如，当具有图1的动力系10的车辆处于停车灯处或以其他方式处于怠速时。重复步骤S104，直到控制器50确定启用了自动停止为止，此时控制器50进入步骤S106。
步骤S106包括将发动机速度(N20)与校准阈值速度(N1)进行比较。当发动机速度小于校准阈值速度，即N20＜N1时，方法100进入到步骤S108。否则，控制器50重复步骤S104。
在步骤S108，在步骤S106处发动机速度低于校准阈值速度时，控制器50启用螺线管装置21，如通过图2的位标记63所示。然后，方法100进入步骤S110。
在步骤S110，控制器50命令螺线管装置21的螺线管电流IC为峰值电流水平IP，即IC＝IP，如经由图2的迹线66所示。响应于图1的螺线管控制信号(箭头CCS)，可以获得这样的电流。然后，方法100进入步骤S112。
步骤S112包括起动控制器50的计数器(T)并等待持续校准延迟持续时间(T1)，其中T1是适于允许小齿轮33克服摩擦并开始移动的预定持续时间，并且最终目标是实现小齿轮33和飞轮32之间的接触，即实现预啮合状态。当T＞T1时，方法100从步骤S112进入步骤S114。
步骤S114可能需要启用图1的无刷起动马达18旋转预定角度，该预定角度适于使行星齿轮***11、小齿轮33和飞轮32完全且平滑地啮合。因此，步骤S108-S114导致小齿轮33平移到图1的33A处所示的位置。然后，方法100进入步骤S116。
在步骤S116，控制器50接下来将螺线管装置21的控制电流IC设定为较低的保持电流水平IH，即IC＝IH，如图2中的迹线66的t2处所示。在某些应用中，保持电流(IH)可以基本上小于峰值电流(IP)。例如，在示例性辅助电压实施例中，峰值电流(IP)可以高达约15-20A，而在这样的实施例中，所需的保持电流(IH)低至约3-4A、或约峰值电流(IP)20％，其中在描述该特定实施例中使用的术语“约”含义为±10％以内。每当小齿轮33与飞轮32完全啮合时，这种电流减小确保了螺线管装置21的内部线圈中的低功率耗散。然后，方法100进入步骤S118。
步骤S118包括确定是否已启用发动机20的自动起动(“ENBL ASTRT”)。当启用自动起动时，方法100进入到步骤S120，重复步骤S118直到已经确定启用。
步骤S120包括通过图1的马达控制信号(箭头CCM)命令起动马达18，将发动机20起转到阈值起动速度，其中发动机可以被加注燃料并点火以维持运行。步骤S120可以包括命令图1的马达扭矩(箭头TM)处于足以使曲轴31旋转的水平。然后，方法100进入到步骤S122。
在步骤S122，控制器50确定自动起动事件(ASTRT)是否完成，当发动机速度(N20)超过阈值速度(例如，600RPM的怠速)达到表示自动起动完成持续预定持续时间(例如，200毫秒)时，状态完成。当发动机20已成功起动时，方法100进入到步骤S124。
步骤S124包括通过控制器50启用起动马达18的停止，即STP(18)。步骤S124还包括通过图1的起动控制信号(箭头CCS)禁用小齿轮33的啮合。螺线管装置21响应于来自控制器50的相应控制信号，使小齿轮33平移脱离与行星齿轮***11和飞轮32啮合。然后，方法100进入到步骤S126。
步骤S126需要将螺线管装置21的控制电流IC设定为零安培(0A)，如图2的迹线66中的t5之后不久所示。方法100完成，重新开始步骤S102，用于后续的自动停止事件。
因此，方法100可以有利地在图1的示例性动力系10的背景下使用，以使用本文所述的示例性无刷起动马达18来改善发动机起动/停止***的NVH性能，特别是在通过低压电力网络上的PWM信号供电的单小齿轮驱动螺线管***中和/或在其中操作员在发动机20完全停止之前终止发动机20的自动停止序列的改变主意起动期间。可以通过控制器50经由单独控制线命令螺线管装置21和起动马达18的啮合，从而不需要两个螺线管装置21。鉴于本公开，这些益处和其他可能的益处对于本领域普通技术人员将是明显的。
虽然已经详细描述了一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行修改。此外，本概念明确地包括所描述的元素和特征的组合和子组合。详细描述和附图是对本教导的支持和描述，并且本教导的范围仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于与具有发动机速度和飞轮的内燃机一起使用的电起动***，所述电起动***包括：
小齿轮；
联接到所述小齿轮的螺线管装置；
无刷起动马达，其能够在请求的发动机起动事件期间通过所述小齿轮选择性地连接到所述发动机的所述飞轮；以及
控制器，其与所述螺线管装置和所述起动马达通信，所述控制器被配置为响应于所述请求的发动机起动事件：
响应于所述发动机速度小于阈值速度，命令控制电流到达所述螺线管装置，所述控制电流处于足以使所述小齿轮平移成与所述飞轮接触的峰值电流水平；
命令所述起动马达旋转预定角度，从而使所述小齿轮与所述飞轮完全啮合；
在所述小齿轮与所述飞轮完全啮合后，命令所述控制电流处于保持电流水平，所述保持电流水平小于所述峰值电流水平；以及
命令将马达扭矩从所述无刷起动马达、通过所述小齿轮并且输送到达所述飞轮，同时将所述控制电流维持在所述保持电流水平，持续足以起动所述发动机的持续时间。
2.根据权利要求1所述的电起动***，其中，所述控制器被配置为在将所述控制电流以所述峰值电流水平输送到所述螺线管装置之后执行足以确保所述小齿轮与所述飞轮完全啮合的校准延迟持续时间。
3.根据权利要求1所述的电起动***，其中，所述控制器被配置为通过传输脉冲宽度调制控制信号来输送处于所述保持电流水平的所述控制电流，所述脉冲宽度调制控制信号被配置为将所述峰值电流水平降低至少50％。
4.根据权利要求1所述的电起动***，其中，所述螺线管装置和所述无刷起动马达通过具有15V或更低的标称电压电平的辅助电压总线供电。
5.根据权利要求4所述的电起动***，其中，所述峰值电流为约15-20安培(A)，并且所述保持电流为约3-4A。
6.根据权利要求1所述的电起动***，其中，所述控制器通过单独控制线电连接到所述螺线管装置和所述无刷起动马达，每个所述控制线具有15V或更低的电压电平。
7.一种用于控制电起动***的方法，所述电起动***用于具有发动机速度和飞轮的内燃机，所述方法包括：
响应于所述请求的发动机起动，通过控制器确定何时所述发动机速度小于阈值速度；
响应于所述发动机速度小于所述阈值速度，命令通过所述控制器以足以使连接到所述螺线管装置的小齿轮平移成与所述飞轮接触的峰值电流水平向螺线管装置输送控制电流；
命令所述起动马达旋转预定角度，从而使所述小齿轮与所述飞轮完全啮合；
在所述小齿轮与所述飞轮完全啮合之后，命令所述控制电流以小于所述峰值电流水平的保持电流水平输送；
命令将马达扭矩从无刷起动马达、通过所述小齿轮并且输送到达所述飞轮，同时将所述控制电流维持在所述保持电流水平；以及
通过所述控制器维持所述马达扭矩，持续足以起动所述发动机的持续时间。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在将所述控制电流以所述峰值电流水平输送到所述螺线管装置之后，执行足以确保所述小齿轮与所述飞轮完全啮合的延迟校准持续时间。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，以所述保持电流水平输送所述控制电流包括使用脉冲宽度调制控制信号使所述峰值电流水平降低至少50％。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括通过具有15V或更低的标称电压电平的辅助电压总线为所述螺线管装置和所述无刷起动马达供电。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114439664A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 预接合小齿轮起动器的控制

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6724875B2 (ja) * 2017-07-31 2020-07-15 株式会社デンソー エンジン始動制御装置
DE102021131835A1 (de) * 2021-03-03 2022-09-08 GM Global Technology Operations LLC Verbesserte motorzündstrategie
US11199169B1 (en) 2021-04-21 2021-12-14 GM Global Technology Operations LLC Apparatus and method for engine stop position control

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101709682A (zh) * 2008-09-08 2010-05-19 株式会社电装 用于在机动车辆的怠速停机***中使用的发动机起动***
CN103016233A (zh) * 2011-09-27 2013-04-03 三菱电机株式会社 发动机自动停止再起动装置及发动机自动停止再起动方法
CN103061944A (zh) * 2012-12-29 2013-04-24 广州汽车集团零部件有限公司 抑制起停电机峰值起动电流的方法、继电器及起停电机
CN105275705A (zh) * 2014-07-17 2016-01-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 评估用于内燃发动机的起动机的方法和装置
WO2017130995A1 (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 株式会社デンソー エンジン始動装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1261543B (it) 1993-04-06 1996-05-23 Fiat Auto Spa Motore termico con motorino d'avviamento e generatore di corrente
JP2000104650A (ja) 1998-09-28 2000-04-11 Kokusan Denki Co Ltd 内燃機関始動装置
DE19914904A1 (de) 1999-04-01 2000-10-05 Bosch Gmbh Robert Startvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine
DE10034779A1 (de) * 2000-07-18 2002-01-31 Bosch Gmbh Robert Ansteuervorrichtung für Starter von Verbrennungsmotoren
JP4321796B2 (ja) * 2000-08-10 2009-08-26 株式会社デンソー スタータ制御方法
JP2002138931A (ja) * 2000-11-06 2002-05-17 Denso Corp エンジン始動装置
CN2711983Y (zh) 2004-07-26 2005-07-20 四川省资阳育才机械制造厂 低成本直流无刷电机启动装置
US7218010B2 (en) * 2005-02-15 2007-05-15 General Motors Corporation Engine restart apparatus and method
JP2008163818A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Hitachi Ltd スタータ
EP2241748B1 (en) * 2008-08-07 2014-12-31 Denso Corporation A starting device for engines
JP5235757B2 (ja) * 2009-04-03 2013-07-10 三菱電機株式会社 アイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置
JP5251693B2 (ja) * 2009-04-10 2013-07-31 株式会社デンソー スタータ
DE102010003485A1 (de) 2010-03-30 2011-10-06 Robert Bosch Gmbh Schaltvorrichtung, Startvorrichtung und Verfahren einer elektromagnetischen Schaltvorrichtung
JP4937374B2 (ja) * 2010-04-06 2012-05-23 三菱電機株式会社 始動制御装置
US9500172B2 (en) * 2011-11-11 2016-11-22 Remy Technologies, Llc Starter system
DE112012004753T5 (de) * 2011-11-15 2014-11-13 Remy Technologies, Llc Startersystem
US9200608B2 (en) * 2011-11-15 2015-12-01 Remy Technologies, Llc Starter system
US8733190B2 (en) * 2012-04-25 2014-05-27 Remy Technologies, Llc Starter machine system and method
US10240572B2 (en) * 2014-11-05 2019-03-26 Mitsubishi Electric Corporation Engine starting apparatus
US10954909B2 (en) * 2016-10-05 2021-03-23 Mitsubishi Electric Corporation Electromagnetic switch device for starter
US10605217B2 (en) * 2017-03-07 2020-03-31 GM Global Technology Operations LLC Vehicle engine starter control systems and methods
US10190561B1 (en) * 2017-09-28 2019-01-29 GM Global Technology Operations LLC System and method for rapid engine start
US10436167B1 (en) * 2018-04-24 2019-10-08 GM Global Technology Operations LLC Starter system and method of control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101709682A (zh) * 2008-09-08 2010-05-19 株式会社电装 用于在机动车辆的怠速停机***中使用的发动机起动***
CN103016233A (zh) * 2011-09-27 2013-04-03 三菱电机株式会社 发动机自动停止再起动装置及发动机自动停止再起动方法
CN103061944A (zh) * 2012-12-29 2013-04-24 广州汽车集团零部件有限公司 抑制起停电机峰值起动电流的方法、继电器及起停电机
CN105275705A (zh) * 2014-07-17 2016-01-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 评估用于内燃发动机的起动机的方法和装置
WO2017130995A1 (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 株式会社デンソー エンジン始動装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114439664A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 预接合小齿轮起动器的控制
CN114439664B (zh) * 2020-10-30 2024-05-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 预接合小齿轮起动器的控制

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US10724491B2 (en) 2020-07-28

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