輔助直接起動控制的方法和系統的製作方法

2023-04-30 11:45:06

專利名稱：輔助直接起動控制的方法和系統的製作方法
技術領域：
本申請涉及用於控制發動機熄火和隨後發動機重起動的方法和系統。
背景技術：
車輛已經被研究發展為當滿足怠速停止狀況時實施怠速停止並且當滿足重起動 狀況時自動重起動發動機。這種怠速停止系統能夠節省燃料、降低排氣排放、降低噪聲以及 類似的作用。響應落在期望運行範圍外側的發動機運行參數，發動機在沒有接收到駕駛員輸入 的情況下從怠速停止狀況可被自動重起動。可替代地，發動機可響應自駕駛員發出的車輛 重起動和/或開動請求從怠速-停止狀況被重起動。在一些示例中，當發動機被熄火(例 如，仍舊旋轉但降速)時，駕駛員可改變想法並且希望立即重起動發動機。為了重起動車 輛，駕駛員不得不在發動機起動機可以再次接合之前等待發動機旋轉降速(例如，完全停 止)。因此，這基本上會增加重起動的時間並因此降低重起動操作的質量。此外，如果起動 機在發動機速度較低時被再次接合，則這種接合可在發動機反向旋轉期間發生，從而導致 熄火振動和可聽到的噪聲。在US 7，275，509中由Kassner說明了一種降低發動機重起動時間的示例方法。在 此，當發動機處於預先限定的速度範圍和預先設定的旋轉方向時在熄火期間接合發動機起 動機。通過調整接合信號的正時，發動機反向旋轉期間的起動機接合被減少。然而，本發明人已經認識到這種系統的潛在問題。作為一個示例，發動機起動機接 合被推遲直到發動機速度在預先設定的範圍內並且發動機旋轉方向處於曲軸的正向。因 此，雖然Kassner的方法減少了發動機反向旋轉期間起動機的接合，但是並沒有解決發動 機在旋轉降速期間的反向旋轉問題，也沒有降低發動機旋轉降速的時間。此外，Kassner的 方法需要發動機跟蹤以確定發動機旋轉方向。

發明內容
因此，在一個示例中，以上一些問題可通過控制這樣的車輛系統的方法而被解決， 該車輛系統包括在發動機怠速-停止狀況期間選擇性未激活/去激活的發動機。在一個實 施例中，該方法包括在第一狀況期間，發動機速度降低至閾值速度以下之後，在不應用起動 機電流的情況下使得發動機起動機接合未激活的旋轉發動機；並且在第二狀況期間，接合 起動機並且調整起動機馬達開關以將起動機制動扭矩施加到旋轉發動機。在一個示例中，發動機可由這樣的起動機系統操作，該起動機系統包括起動機、電 池或電容操作的起動機馬達、包括小齒輪的一個或一個以上起動機齒輪和單向超速離合 器。響應怠速-停止狀況，發動機可被停用(也就是切斷燃料和火花)並且可開始旋轉至停 止。在第一狀況期間，在發動機已經降低至閾值速度以下(例如，低於200rpm)之後，可在 不應用起動機電流的情況下將發動機起動機接合到未激活的旋轉發動機。具體地，不管是 否已經請求重起，均可使得起動機小齒輪接合旋轉發動機。此外，在旋轉降速期間發動機反向旋轉可基本由起動機的單向離合器停止。因此，當起動機馬達經由單向離合器被接合時， 發動機反向旋轉將需要起動機馬達加速並旋轉同時通過起動機齒輪組反向驅動。因此發動 機反向旋轉被阻礙。通過使用產生的扭矩(prevailing torques)，齒輪組的反驅動效率可 以非常低，由此提供真正的牽引力。此外，通過短路電機，反-EMF(electromotive force) 電壓可提供「電子」制動扭矩。在一個示例中，閾值速度可基於起動機模型和小齒輪幾何尺寸被分配，從而起動 機與發動機的接合可在沒有令人不愉快的噪聲行為的情況下在高於零的發動機速度處被 執行。在第二狀況期間，此時起動機已經被接合，起動機馬達開關可被調整以向未激活的旋 轉發動機施加額外的起動機制動扭矩從而進一步加快發動機旋轉降速。起動機制動扭矩可 基於發動機的工況被選擇，並且通過使用起動機馬達控制器被調整。例如，可通過將起動機 馬達開關接地(例如，使得繼電器的兩個馬達終端彼此短路)或者通過斷開起動機馬達電 路來施加起動機制動扭矩。結果，如果在發動機仍舊旋轉降速時請求重起動(例如，響應駕 駛員突然的想法變化)，則起動機已經處於接合狀態，並且可通過施加起動電壓(例如，來 自電池或電容器)至起動機馬達開關來轉動/轉動起動(crank)發動機並起動氣缸內的燃 燒，從而執行迅速重起動。在一個實施例中，該方法進一步包括經由起動機中的單向離合器降低發動機的反 向旋轉，其中制動扭矩的量基於發動機工況被調整，所述發動機工況包括發動機速度、氣缸 空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力，並且施加制動扭矩的正時也基於發動機的工況 被調整。在另一實施例中，該方法進一步包括經由起動機中的單向離合器降低發動機的反 向旋轉，其中制動就拒的量基於發動機工況被調整，所述發動機工況包括發動機速度、氣缸 空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力，並且施加制動扭矩的正時也基於發動機的工況 被調整，其中所述調整包括，當起動機接合時的發動機速度較高時朝向起動機接合提前制 動扭矩應用的正時，並且當起動機接合時的發動機速度較低時推遲該正時使其離開起動機 接合。在另一實施例中，該方法進一步包括經由起動機中的單向離合器降低發動機的反 向旋轉，其中制動扭矩的量基於發動機工況被調整，所述發動機工況包括發動機速度、氣缸 空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力，並且施加制動扭矩的正時也基於發動機的工況 被調整，並且該正時進一步基於隨後重起動請求被調整。在另一實施例中，該方法進一步包括經由起動機中的單向離合器降低發動機的反 向旋轉，其中制動扭矩的量基於發動機工況被調整，所述發動機工況包括發動機速度、氣缸 空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力，並且施加制動扭矩的正時也基於發動機的工況 被調整，並且該正時基於隨後的重起動請求被進一步調整，所述進一步調整包括當起動機 接合之前請求重起動時朝起動機接合提前制動扭矩應用的正時，當起動機接合之後請求重 起動時推遲該正時使其離開起動機接合。根據另一方面，提供了控制車輛系統的一種方法，所述車輛系統包括在發動機怠 速-停止狀況期間選擇性未激活的發動機。該方法包括在發動機速度降低至閾值速度以下 之後，在不應用起動機電流的情況下使得發動機起動機齒輪接合到未激活的旋轉發動機; 並且在接合起動機齒輪的情況下，調整起動機馬達開關以向旋轉發動機施加起動機制動扭矩。在一個實施例中，該調整包括使起動機馬達開關接地。在另一實施例中，該方法進一步包括，經由起動機中的單向離合器停止發動機的 反向旋轉。在另一實施例中，該方法進一步包括，經由起動機中的單向離合器停止發動機的 反向旋轉，其中制動扭矩的量和/或正時基於發動機工況被調整，所述工況包括發動機速 度、氣缸空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力和/或基於重起動請求正時。在另一實施例中，該方法進一步包括，經由起動機中的單向離合器停止發動機的 反向旋轉，其中制動扭矩的量和/或正時基於發動機工況被調整，所述工況包括發動機速 度、氣缸空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力和/或基於重起動請求正時，其中所述 調整包括，當起動機接合處的發動機速度較高時增加制動扭矩的量和/或提前制動扭矩的 正時；並且當在起動機接合處的發動機速度較低時降低制動扭矩的量和/或推遲制動扭矩 的正時。在另一實施例中，該方法進一步包括，經由起動機中單向離合器停止發動機的反 向旋轉；在發動機仍旋轉時發動機從怠速-停止的重起動期間，施加電池電壓至起動機馬 達開關從而向發動機提供轉動扭矩。根據另一方面，車輛系統包括具有起動機的發動機和控制系統，該起動機包括起 動機馬達、起動機齒輪、起動機馬達開關和單向離合器；該控制系統被配置為在發動機怠 速-停止狀況期間不激活發動機；在發動機下降至低於閾值速度之後在不應用起動機電流 的情況下使得起動機齒輪接合未激活的旋轉發動機；並且在起動機齒輪接合之後，使得起 動機馬達開關接地，從而施加制動扭矩至仍舊旋轉的發動機。在一個實施例中，控制系統被進一步配置為響應駕駛員重起動發動機請求來選擇 性重起動發動機，該重起動請求在發動機尚未停止時的在先怠速-停止運行期間被接收， 其中選擇性重起動發動機包括，施加電池電壓至起動機馬達開關以轉動發動機。以此方式，在發動機降速旋轉期間通過接合起動機並且選擇性施加起動機制動扭 矩至旋轉的發動機而不管重起動是否被預測，可加快發動機降速旋轉可在不首先使得發動 機完全停止的情況下能使得發動機快速重起動。然而，將理解如果期望現有發動機完全停 止(例如，如由駕駛員確定或由發動機控制器確定)，則重起動僅在完全停止發動機之後被 可替代地實施，但是還是在保持起動機接合併且可選擇地使用起動機制動扭矩以迅速減慢 發動機至停止。因此，可降低重啟動發動機需要的時間並且能夠支持響應駕駛員的想法改 變的快速重起動。此外，通過接合起動機齒輪並且經由單向離合器，可基本降低(或有效避 免)發動機的反向旋轉，由此改進在重起動時的發動機位置確定。此外，還可降低與起動機 接合相關的熄火/停止旋轉(shut down)振動以及令人討厭的接合研磨噪聲。因此，改進 了發動機重起動的整體品質。此外，通過加速發動機熄火，可降低熄火時通過催化器泵送的空氣量(或過量氧) (過量氧可被存儲在催化器中)，由此降低在隨後發動機重起動期間調節催化器和與儲存 的氧氣反應所需的燃料量。因此，這可提供額外的燃料經濟性的收益。應該理解提供上述概要以便以簡化的形式介紹在具體實施方式
中進一步描述的 選擇性概念。它不是意味著指出要求保護的主題的關鍵特徵或重要特徵，要求保護的主題的範圍僅由權利要求限定。此外，要求保護的主題不限於解決以上提到的或者在本公開的 任何部分中指出的任何缺點的實施方式。


圖1顯示包括車輛傳動系統的細節的示例車輛系統布置。圖2顯示圖1的起動系統的示例實施例。圖3顯示根據本公開的通過起動機接合執行怠速-停止操作的高水平流程圖。圖4顯示根據本公開執行重起動操作的高水平流程圖。圖5-圖7顯示說明示例使用起動機接合和/或起動機制動扭矩的發動機怠速-停 止和重啟動程序的多個繪圖。
具體實施例方式以下說明涉及在發動機怠速-停止期間加快發動機旋轉降速並且降低反向旋轉 的系統和方法。如在圖1-圖2中顯示的，發動機起動系統可被配置為帶有起動機馬達和起 動機齒輪傳動組。在怠速-停止操作期間，起動機齒輪可被接合以旋轉發動機，從而降低發 動機反向旋轉並且加快發動機旋轉降速。此外，發動機反向旋轉可經由在起動機中的單向 離合器被基本停止。基於發動機的工況，起動機馬達開關例如起動機馬達繼電器可被調整 為施加額外的起動機制動扭矩從而進一步輔助發動機旋轉降速並且降低在隨後發動機重 起動期間的加速延遲。起動機齒輪接合和起動機制動扭矩可能夠使發動機速度迅速降低至 至少預定的起動機閾值速度(或至停止)，自此發動機重起動可迅速發生。控制器可以被配 置為實施如在圖3-圖4所示的控制程序，從而在發動機速度已經降低至閾值以下之後使得 起動機齒輪接合旋轉發動機。然後，基於期望的起動機制動扭矩的量和正時，控制器可調整 起動機馬達繼電器在接地位置(或開路位置)和馬達(例如，電池)位置之間的位置和/或 調整施加在繼電器兩端的制動電壓的量。響應旋轉降速期間請求的重起動，由於起動機已 經被接合，起動機電壓可被施加在繼電器兩端以提供轉動扭矩/轉動起動扭矩(cranking torque)。以此方式，如在圖5_圖7中進一步詳細描述的，可解決發動機反向旋轉，可加快 發動機旋轉降速，並且可明顯減少在重起動時的加速延遲。圖1顯示車輛系統100，其包括經由曲軸40聯接至扭矩轉換器11的內燃發動機 10。發動機10可以是汽油發動機。在可替代實施例中，可使用例如柴油發動機的其他發動 機配置。發動機10可通過發動機起動系統M被起動，該發動機起動系統M包括起動機和 一個或一個以上起動機齒輪。在一個示例中，起動機可以是馬達驅動的(例如，電池驅動或 電容器驅動)。在另一示例中，起動機可以是傳動驅動馬達，例如以聯接裝置的方式被連接 至發動機的混合動力裝置。該聯接裝置可包括變速器、一個或一個以上齒輪和/或任何其 他適當的聯接裝置。起動機可被配置為在非零的較低發動機速度處支持發動機重起動，例 如，在50rpm或者低於50rpm的速度處。可替代地，發動機可在較低速度範圍內被重起動， 例如在50rpm到IOOrpm之間。可替代地，發動機可在較高速度範圍內被重起動，例如高於 200rpmo如在此詳細說明的，起動系統M可被用於在怠速-停止操作期間加快發動機的旋 轉降速。具體地，起動機齒輪接合控制器可用於在單向離合器降低發動機反向旋轉的同時 使得起動機的小齒輪接合旋轉的未激活發動機。此外，起動機馬達控制器可被用於調整起動機制動扭矩的量，該制動扭矩被施加到旋轉發動機從而使其逐漸停止。通過即便在重起 動被請求之前仍接合起動機，發動機可在隨後的重起動期間被轉動並更迅速地重起動。扭矩轉換器11還經由渦輪機軸17被聯接至變速器15。扭矩轉換器11具有可被 接合、斷開接合或者部分接合的旁通離合器(未示出)。當離合器或者斷開接合或者正在斷 開接合時，扭矩轉換器被認為是處於未鎖定狀態。渦輪機軸17還被認為是變速器輸入軸。 在一個實施例中，變速器15包括帶有多個可選離散傳動比的電子控制的變速器。變速器15 還包括多種其它變速，例如主減速比(未示出)。可替代地，變速器15可以是無級變速器 (CVT)。變速器15可進一步經由軸杆21被聯接至輪胎19。輪胎19使得車輛(未示出) 與道路23接觸。注意到在一個示例實施例中，這種動力系被聯接在行駛在道路上的客車 中。雖然可使用多種車輛配置，在一個實施例中發動機是唯一移動動力源，並且因此該車輛 不是混合動力、插電混合動力等等。在其他實施例中，該方法可以接合到混合動力車輛中。現轉向圖2，說明了圖1的起動系統的具體示例實施例200。起動系統可包括起動 機馬達206，該起動機馬達206經由軸210被聯接至起動機傳動系208。起動機傳動系208 可被配置成具有多個齒輪，以能夠通過一個或一個以上傳動比使扭矩倍增。起動系統可進 一步包括沿花鍵軸216的小齒輪212。起動機齒輪接合控制器204可被用於將小齒輪212 接合到發動機曲軸的環形齒輪214。起動機齒輪接合控制器204可包括拉伸螺線管218和 拉伸彈簧220。響應接合信號，拉伸螺線管218可被激活。拉伸螺線管的激活可朝向螺線 管拖拽拉伸彈簧220，同時朝向環形齒輪214拖拽小齒輪212，從而使得齒輪能夠接合。因 此，通過接合小齒輪212至環形齒輪214，起動機馬達扭矩可被傳遞至曲軸，從而旋轉發動 機並且開始燃燒循環。如參考圖3詳細說明的，發動機控制器可被配置為不管隨後的重起 動是否被請求，一旦發動機速度已經降低到閾值速度以下(例如，低於200rpm)，則在每個 怠速-停止操作期間提供接合信號以加速發動機的旋轉降速。小齒輪212可進一步包括單 向超速離合器(未示出)。可替代地，單向離合器可被容納在傳動系208中。單向離合器可 導致發動機超速(over-rim)於起動器。當小齒輪212被接合時，一旦發動機開始反向旋轉 可應用單向離合器，由此降低發動機在旋轉降速時的反向旋轉。以此方式，可在不應用起動 機馬達電流的情況下在發動機怠速-停止時接合起動機。起動機馬達206可使用起動機馬達控制器202被操作，起動機馬達控制器202包 括起動機馬達開關222。開關222可從多種開關中被選擇，從而控制起動機馬達206的操作。 在一個示例中，如在此說明的，起動機馬達開關222可以是起動機馬達繼電器。然而，將理 解在可替代實施例中，起動機馬達開關222可以是電晶體開關、機械開關、固態開關(solid state switch)等等。在一個示例中，常用開關可用來操作起動機馬達206和拉伸螺線管 218。在另一示例中，起動機馬達和拉伸螺線管均可被專用開關操作。因此，起動機馬達開 關222可至少在通過應用接地電壓(OV)的接地位置224(即，短路)和應用馬達電壓(例 如，12V)的轉動位置(cranking position，旋轉位置起動)(或，馬達)位置2 之間被轉 換。馬達電壓可以通過電池和/或電容器被提供。在可替代實施例中，起動機馬達開關222 可選地包括第三斷開位置2 (虛線)。當開關處於第三斷開位置228時，與被短接至接地 位置時相比(即，使用電制動)，起動機馬達可具有更小的阻擋角運動的阻力。因此，通過接 合起動機小齒輪，當起動機馬達開關222處於接地位置2M時，可在旋轉發動機上施加較大制動扭矩，並且可實現發動機反向旋轉的較大降低。相比之下，當起動機馬達開關222處於 斷開位置228，可在旋轉發動機上施加較小制動扭矩並且可實現發動機反向旋轉的較小降 低。相比之下，當起動機小齒輪被斷開接合，可實現較大的旋轉降速角度同時發動機的反向 旋轉基本不降低。當起動機馬達開關222處於轉動位置226時，可以不應用制動扭矩並且 可繼續進行發動機的加速。以此方式，通過在開關中包括多個位置，可用至少兩個級別的減速扭矩以加快發 動機的旋轉降速。此外，通過在這些位置之間調整，可調整降速扭矩的量。例如，所應用的制 動扭矩的量可通過在接地位置2M和斷開位置2 之間改變開關位置而被調整。在另一實 施例中，可包括額外的開關位置，例如帶有各種接地電阻器的位置。通過包括接地電阻器， 可實現中間級別的制動扭矩。此外，在發動機怠速停止期間，可通過調整開關在接地位置、 電阻接地位置、斷開位置和/或轉動位置之間的位置實現制動扭矩的調整。相似地，在發動 機重起動期間，可通過調整開關在接地位置、電阻接地位置、斷開位置和/或轉動位置之間 的位置實現轉動扭矩的調整。在一個示例中，起動機馬達開關222 (或開關)可根據例如在發動機重起動時接收 的轉動信號而被改變至轉動位置226。在另一示例中，一旦發動機轉動已經完成並且在發 動機氣缸內已經開始燃燒，則在重起動時起動機馬達開關222 (或開關)被改變至接地位置 224。在另一示例中，如參考圖3-圖4詳細說明的，在起動機小齒輪接合的發動機怠速停止 期間，起動機馬達控制器被用於調整施加在旋轉發動機上的起動機制動扭矩以進一步加快 發動機旋轉降速。具體地，基於期望的制動扭矩量和正時，起動機馬達開關可被接地。現轉向圖3，描述了示例程序300，其通過起動機接合執行怠速-停止操作並且進 一步可選地應用起動機制動扭矩以加快發動機旋轉降速。在302，可確定怠速-停止條件是否已經被滿足。這可包括確認發動機正在運行 (例如，正在進行燃燒)、電池的充電狀態高於閾值(例如，高於30% )、車輛運行速度在期 望的範圍內(例如，不超過30英裡/小時(miles per hour))、空調壓縮機已經具有足夠的 空氣壓力、發動機溫度(例如，如通過發動機冷卻劑溫度推導的)高於閾值、節氣門開放程 度小於閾值、駕駛員請求扭矩小於預定閾值、制動踏板已經被踩下等等。如果任何或者所有 怠速-停止條件均被滿足，則在304，控制器可開始執行怠速-停止操作並且繼續進行以不 激活發動機。因此，不激活發動機/未激活發動機可包括切斷供給至發動機的燃料和/或 火花，並且停止發動機氣缸內的燃燒。然而，如果怠速-停止條件不被滿足，則程序可結束。在306，可估計和/或測量發動機在怠速-停止期間的工況。這些可包括估計發動 機速度、氣門正時、凸輪正時、大氣壓力、海拔高度、氣缸內捕集的空氣充量等等。在308，可 確定發動機速度(Ne)是否低於預定閾值，例如，低於200rpm。在310，發動機速度已經降低 至閾值速度以下之後，在不應用起動機電流的情況下，發動機起動機齒輪可被接合到未激 活的旋轉發動機。具體地，起動機小齒輪可通過例如激活起動機齒輪接合控制器的拉伸螺 線管而被接合至旋轉發動機的環形齒輪。在另一示例中，這可包括激活控制拉伸螺線管的 開關。通過在每次發動機降速旋轉時接合起動機的齒輪(即便是當隨後重起動未被預測或 者還未被請求)，可在加快發動機的旋轉減速的同時降低發動機的反向旋轉。此外，在發動 機反向旋轉的情況下，可接合起動機齒輪的單向離合器並且可降低反向旋轉。在一個示例中，閾值速度(起動機齒輪低於該閾值速度時被接合)可基於可聽到的聲學標準被指定。也就是說，閾值可被選擇成使得起動機齒輪在較低(非零)發動機速 度時的接合不會產生令人討厭的噪聲表現。在一個示例中，起動機齒輪可在大於零的發動 機速度(例如在IOOrpm)處被接合併且帶有正常聲音。此外，如果允許額外的聲音，則起 動機可在發動機速度較高時例如在100rpm-200rpm之間被接合。在更高的速度(例如在 200rpm-500rpm，或者高於500rpm)處的接合可導致鄰接噪聲或者令人討厭的研磨噪聲。因 此，起動機的噪聲表現可基於起動機的模型和對應的起動機小齒輪相對曲軸環形齒輪的幾 何形狀。因此，在一個示例中，可引入額外的環形齒輪倒角以降低經受的鄰接和/或研磨噪 聲。以此方式，基於起動機模型，起動機齒輪可在較低、非零的發動機速度處被接合至發動 機並且不產生令人討厭的噪聲。在312，可基於估計的工況來確定起動機制動扭矩。也就是說，基於估計的發動機 工況來調整額外的起動機制動扭矩，其中這些工況包括發動機速度、氣缸空氣充量、氣門正 時、凸輪正時和大氣壓力。在一個示例中，可以不需要起動機制動扭矩並且發動機可通過僅 接合起動機小齒輪而旋轉降速。在另一示例中，可能需要起動機制動扭矩並且發動機可通 過接合起動機小齒輪並通過起動機馬達控制器而旋轉降速。如果需要起動機制動扭矩，則 還可基於估計的發動機工況來調整制動扭矩的量和正時。這可包括，例如基於發動機速度、 起動機齒輪接合的時間、隨後重起動的請求時間等等來確定製動扭矩曲線。起動機制動扭 矩應用的量和正時也可與起動機齒輪的接合相協調。在一個示例中，可在起動機接合後預 定持續時間之後開始起動機制動扭矩。在另一示例中，一旦發動機速度已經下降至起動機 齒輪接合之後的確定水平，則開始起動機制動扭矩。在另一示例中，起動機制動扭矩可在起 動機齒輪被接合之前被確定，並且確定的制動扭矩可在起動機齒輪接合的時刻處被應用。在一個示例中，由於駕駛員想法改變(COM)，可在發動機旋轉降速期間接收發動機 重起動扭矩請求，並且同時發動機仍在旋轉。例如，在降速旋轉期間，在起動機齒輪已經被 接合併且發動機速度足夠低至發動機可被立即重起動，或者在重起動請求後的閾值時間量 內，則可請求第一想法改變的重起動。結果，可以不需要額外的起動機制動扭矩。可替代 地，可需要較小的制動扭矩。在另一示例中，在降速旋轉期間，當起動機齒輪已經被接合但 是發動機速度足夠高至發動機不能立即重起動，並且需要超過重起動請求後的閾值時間量 時，可請求第二想法改變的重起動。結果，可需要額外的起動機制動扭矩。可替代地，可需 要(比第一示例)更大的制動扭矩。還可基於估計的發動機工況來調整應用的制動扭矩的量和正時。因此，在一個示 例中，基於發動機的工況來調整起動機制動扭矩的量可包括，當起動機接合時的發動機速 度較高時增加制動扭矩的量並且當起動機接合時的發動機速度較低時降低制動扭矩的量。 相似地，調整應用起動機制動扭矩的正時可包括，當起動機接合時的發動機速度較高時朝 向起動機接合提前制動扭矩正時(也就是說，制動扭矩應用的起始時間)，並且當起動機接 合時的發動機速度較低時離開起動機接合推遲制動扭矩正時。此外，或可選地，調整應用制 動扭矩的正時可以包括調整制動扭矩應用的持續時間。例如，所述調整可包括當起動機接 合時的發動機速度較高時增加制動扭矩應用的持續時間，並且當起動機接合時的發動機速 度較低時減小制動扭矩應用的持續時間。雖然以上示例說明了基於發動機速度來調整起動機制動扭矩，但是將理解在可替 代實施例中，可基於氣缸內空氣充量的量、閥門和/或凸輪正時、在發動機重起動時刻處的期望的發動機位置等等來選擇或調整起動機制動扭矩應用的量和/或正時。在一個示例 中，基於隨後重起動請求來調整制動扭矩應用的正時可包括，當接近起動機接合和/或在 起動機接合之前請求重起動時朝向起動機接合提前起動機制動扭矩應用的正時，並且當離 開起動機接合和/或在起動機接合之後請求重起動時離開起動機接合推遲所述正時。在一個示例中，如在圖5-圖7中說明的，制動扭矩曲線可包括在旋轉降速時應用 全部制動扭矩(例如，在此示例中0V)，並且在重起動時應用全部轉動扭矩(例如，在此示例 中12V)。在可替代示例中，在旋轉降速期間應用的制動扭矩的量和/或在旋轉升速期間應 用的轉動扭矩的量可被調製(例如，響應時間和/或發動機速度被調製)。因此，在一個示 例中，基於起動機制動扭矩曲線，還可確定對應的起動機馬達開關位置曲線。這可包括確定 何時以及多久將開關定位在接地位置(Ov)、轉動位置/轉動起動位置(12V)、電阻接地位置 (例如，0V-12V範圍)和/或斷開位置。可替代地，起動機馬達開關可被聯接至脈衝寬度調 制器(PWM)並且PWM的佔空比可通過發動機控制器基於請求的制動扭矩的量被調整。在314，起動機馬達開關可被調整用來應用期望的起動機制動扭矩。在一個示例 中，調整起動機馬達以應用期望的制動扭矩可包括使起動機馬達開關接地(也就是說，應 用0V)。因此，因為起動機被連接上，所以制動馬達扭矩可顯著倍增。在另一示例中，調整起 動機馬達開關可包括斷開起動機馬達電路。因此，制動扭矩可由起動機馬達摩擦扭矩和慣 性扭矩提供，其由傳動比倍增。以此方式，起動機可在發動機旋轉降速期間被接合併且起動機制動扭矩可被應用 以減少發動機反向旋轉並且加快怠速-停止期間發動機的旋轉降速。現轉向圖4，描述了用於在怠速-停止之後在起動機接合的情況下執行重起動操 作的示例程序400。在402，可確認發動機重起動和/或車輛再出發是否已經被請求。在一 個示例中，可在先前的怠速-停止操作期間接收駕駛員發動機重起動請求而發動機仍在旋 轉並且尚未停止。在另一示例中，發動機重起動可在沒有駕駛員輸入的情況響應落在預定 範圍之外的發動機狀況被自動請求。如果重起動沒被請求和/或預測，則在發動機已經達到完全停止之後，在403，起 動機可被斷開接合。這可包括，例如，停用起動機齒輪接合控制器的拉伸螺線管從而斷開起 動機小齒輪與發動機的接合。在另一示例中，這可包括停用控制拉伸螺線管的開關。當重 起動沒被請求或者被預測時，通過停用拉伸螺線管並且使得起動機斷開接合，電能可被保 存並且可實現燃料的節省。因此，當重起動隨後被請求時，起動機電流的應用可被稍微延遲 直到起動機齒輪被接合。如果重起動被請求，則在404，在先前的怠速-停止操作期間被接合的起動機小齒 輪可被保持在接合狀態。在406，其中起動機已經被接合併且發動機仍舊旋轉降速，起動機 馬達開關可被調整應用轉動扭矩在發動機上。因此，轉動扭矩可以是協助發動機加速的非 制動扭矩，隨後燃燒可在發動機氣缸內重新開始。在一個示例中，轉動扭矩可在非零的發動 機速度處被首先應用。也就是說，僅在發動機已經降低至最小速度以下之後可轉動發動機。 在可替代實施例中，僅在發動機已經達到完全停止之後應用轉動扭矩。調整起動機馬達開 關來應用轉動扭矩可包括命令電池電壓(例如，12V)至起動機馬達開關。可替代地，如果 起動機馬達是電容供電的，則電容器電壓可被命令。此外，如果需要調製的轉動扭矩量(例 如，響應發動機速度和/或時間被調製)，則起動機馬達開關位置可在接地位置(OV)、轉動位置(12V)、電阻接地位置(例如，0V-12V範圍)和/或斷開位置之間調整。此外，或可選 地，轉動扭矩可基於期望的轉動扭矩量通過調整PWM(被連接至起動機馬達開關)的佔空比 被調整。在408，發動機可被起動以開始旋轉發動機，直到發動機能夠被再次激活(也就是， 火花和燃料噴射可被重新恢復)並且燃燒可在氣缸中重新開始。圖5-圖7描繪了圖500-700，其中多個繪圖描繪了用於進一步說明本公開的各種 發動機熄火和重起動操作的示例發動機熄火和重起動狀況。圖5描繪了在沒有起動機接合或起動機制動扭矩的情況下在發動機怠速-停止之 後的重起動操作。在圖5中，圖500在圖形502中指示發動機怠速-停止狀態。圖形504 描繪響應怠速-停止和重起動操作的發動機速度曲線。圖形506表示起動機齒輪的接合狀 態而圖形508描繪起動機馬達開關電壓。在t1;並且如由圖形502顯示，可確認怠速-停止請求(例如，通過確認怠速-停 止狀況)並且可以開始怠速-停止操作。相應地，發動機速度(如由圖504描繪的)可隨著 發動機旋轉降速而開始下降。可在發動機正在降速旋轉的情況下在怠速-停止操作期間在 t2處接收駕駛員重起動請求，例如想法改變(COM)重起動請求。在此，發動機重起動直到發 動機速度處於或低於最小發動機速度505才可能。在一個示例中，最小發動機速度可以是 50rpm。在另一示例中，發動機重起動直到發動機已經達到完全停止才可能。結果，中間發 動機重起動是不可實現的。也就是說，一旦發動機速度已經至少下降至低於最小發動機速 度505，則重起動操作僅在、處開始。因此，在t3，起動機齒輪可被接合(如由圖形506描 繪的)並且電池電壓(12V)可被應用至起動機馬達開關(如由圖形508描繪的)從而在發 動機上應用非制動、轉動扭矩。電池電壓可被應用一段持續時間509，直到發動機重起動在 t4處被完成並且燃燒已經重新開始。因此，當與起動機接合情況下在怠速-停止之後的重 起動操作(如在圖6-圖7中進一步詳細說明的)相比較時，這可增加重起動時間(例如， 增加多於150ms)。現轉向圖6，描繪了起動機接合且隨後發動機重起動的發動機怠速-停止操作。在 此，在、，並且由圖形602顯示的，可確認怠速-停止請求並且可以開始怠速-停止操作。相 應地，發動機速度(如由圖形604描繪的)可隨著發動機旋轉降速而開始下降。在、，當發 動機速度已經下降至低於預定閾值速度605時，即便在沒有接收到發動機重起動請求的情 況下，起動機齒輪仍可被接合，如由圖形606描繪的。通過使得起動機齒輪接合到仍然旋轉 的發動機，可減少將發動機引導至預定最小發動機速度505(或至完全停止)所需的時間。 結果，響應在發動機旋轉降速期間請求的重起動(在t3)，發動機可在之後不久的t4處被重 起動。具體地，因為起動機已經被接合，所以隨後的重起動操作可通過在t4簡單地命令電 池電壓(12V)至起動機馬達開關並且轉動發動機而被開始。因此，因為起動機已經被接合， 所以起動電壓可被應用更短的持續時間609，結果，發動機重起動可在t5處完成。現轉向圖7，描繪了在起動機接合和施加起動機制動扭矩的情況下發動機怠 速-停止操作之後的發動機重起動。在此，在、，並且由圖形702顯示的，可確認怠速-停 止並且可開始怠速-停止操作。相應地，發動機速度(如由圖形704描繪的)可隨著發動 機旋轉降速開始降低。在t2，當發動機速度已經降低至低於閾值速度605時，即便是沒有接 收到發動機重起動請求，起動機齒輪仍可被接合，如由圖形706描繪的。此外，起動機制動 扭矩可通過短路起動機馬達開關(如由圖形708描繪的)(在、處)被應用。也就是說，接地電壓OV可被命令至開關。應用起動機制動扭矩的正時，也就是起動機開關短路(如在 710描繪的)，可基於發動機工況與起動機齒輪接合相協調。因此，在一個示例中，可與起動 機齒輪接合(也就是說，靠近同時地開始起動機馬達制動扭矩。在另一示例中，可在起 動機齒輪接合之後(也就是說，相對靠近、)開始起動機馬達制動扭矩。制動扭矩應用中 的延遲可包括，例如在起動機齒輪接合後的預定時間段之後應用起動機制動扭矩。可替代 地，該延遲可包括在起動機齒輪接合已經將發動機速度降低至預定閾值以下之後應用起動 機制動扭矩。起動機開關可被短路直到發動機速度已經至少降低至最小速度505以下，例 如如所描繪的，直到t3，從此它可被迅速重起動。通過使得起動機齒輪接合旋轉發動機並應用起動機馬達制動扭矩，可降低將發動 機引導至最小發動機速度505(或者至完全停止)所需的時間。結果，當發動機尚未停止時， 響應在t3處請求的重起動，發動機可被立即重起動。具體地，因為起動機已經被接合，所以 隨後重起動操作可通過在t3處切換開關至電池電壓並且轉動發動機而被開始。因此，因為 起動機已經被接合，所以起動電壓可被首先應用較短的一段持續時間709，並且結果，發動 機重起動可在t4處被完成。雖然圖5-圖7的示例說明了在旋轉降速時應用完全制動扭矩(也就是說，0V)，並 且在重起動時應用完全轉動扭矩(也就是說，12V)，但是將理解在可替代實施例中，可在旋 轉降速期間應用可變制動扭矩和/或在旋轉升速期間應用可變轉動扭矩。通過改變應用的 制動扭矩的量，可調整發動機旋轉降速至最小速度(或至停止)的速度和正時。在一個示 例中，速度和正時可以被調整成使得發動機在所需發動機位置處被重起。可變制動扭矩和 /或轉動扭矩可通過改變起動機電壓(例如，在OV和12V之間)而被應用。這可包括，例 如，改變起動機馬達開關在接地位置(0V)、轉動位置(12V)、電阻接地位置(例如，0V-12V範 圍)和/或斷開位置之間的位置以獲得期望的可變起動機電壓。可替代地，起動機馬達開 關可被聯接至脈衝寬度調製器(PWM)並且PWM的佔空比可通過發動機控制器被調整，從而 提供響應制動扭矩和/或轉動扭矩的請求量的起動機電壓。以此方式，可加快發動機旋轉降速並且可減少隨後重起動期間的加速延遲。此外， 如果需要，可在不需要發動機達到零發動機速度的情況下迅速執行基於想法改變的發動機 重起動。通過在每次旋轉降速期間接合起動機並通過應用起動機馬達制動扭矩來加快發 動機的減速，當請求重起動時，接合的起動機可被立即致動，由此允許迅速重起動和車輛出 發。注意到在此包括的示例控制和估計程序可在各種發動機和/或車輛系統配置中 使用。在此描述的特別的程序可代表一個或者多個任何數目的處理策略，例如事件驅動、中 斷驅動、多任務、多線程等等。就此而言，所示的各種動作、操作或功能可以以所示的順序實 施、並行實施或者在一些情況下被省略。類似地，該處理的順序並不是實現在此所述的示例 性實施例的特徵和優點所必需的，只不過被提供以便於展示以及說明。根據所使用的特別 策略可以重複實施一個或多於一個所示的動作或者功能。此外，所述動作可以圖表性地代 表有待編程到發動機控制系統中的計算機可讀存儲媒介內的代碼。應該理解的是，在此公開的這些配置以及程序本質上是示例性的，並且這些具體 的實施方案不應從限定的角度進行解釋，因為可能存在多種變體。例如，上述技術可以應用 於V-6、I-4、I-6、V-12、對置4以及其他發動機類型。本公開的主題包括多種系統和配置以及在此公開的其他特徵、功能和/或特性的所有新穎的且非顯而易見的組合以及子組合。
權利要求特別指出了被認為是新穎的和非顯而易見的某些組合以及子組合。這些 權利要求可能提到「一個」元件或「第一」元件或者其等價物。這種權利要求應該被理解為 包括一個或多於一個這種元件的結合，既不必需也不排除兩個或多於兩個這種元件。所公 開的這些特徵、功能、元件和/或特性的其他組合以及子組合可能通過當前權利要求的修 改或者通過在本申請或相關申請中提出新權利要求而要求保護。不管是否比原始權利要求 的範圍更寬、更窄、等同或者不同，這種權利要求均被視為包括在本公開的主題內。
權利要求
1.控制車輛系統的一種方法，該車輛系統包括在發動機怠速-停止狀況期間選擇性未 激活的發動機，該方法包括在第一狀況期間，在發動機速度降低到低於閾值速度以下之後，在不應用起動機電流 的情況下使得發動機起動機接合未激活的旋轉發動機；並且在第二狀況期間，接合所述起動機並且調整起動機馬達開關以應用起動機制動扭矩至 所述未激活的旋轉發動機。
2.如權利要求1所述的方法，其中調整所述起動機馬達開關以應用制動扭矩包括將所 述起動機馬達開關接地。
3.如權利要求1所述的方法，其中調整所述起動機馬達開關以應用制動扭矩包括斷開 起動機馬達電路。
4.如權利要求1所述的方法，其中調整所述起動機馬達開關以應用制動扭矩包括至少 在接地位置、轉動位置和斷開位置中的每一個之間改變所述起動機馬達開關的位置。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括經由所述起動機內的單向離合器來降低發動 機的反向旋轉。
6.如權利要求5所述的方法，進一步包括，在發動機重起動期間，在所述發動機仍舊旋 轉的情況下，調整所述起動機馬達開關以應用轉動扭矩。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述轉動扭矩在非零發動機速度處被首先應用。
8.如權利要求5所述的方法，其中調整所述起動機馬達開關以應用轉動扭矩包括至少 在接地位置、轉動位置和斷開位置中的每一個之間改變所述起動機馬達開關的位置。
9.如權利要求5所述的方法，其中基於發動機工況來調整制動扭矩的量，所述發動機 工況包括發動機速度、氣缸空氣充量、氣門正時、凸輪正時和大氣壓力。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述調整包括，當起動機接合時所述發動機速度較 高時增加制動扭矩的量，並且當起動機接合時所述發動機速度較低時，降低制動扭矩的量。
全文摘要
本發明提供了控制車輛系統的方法和系統，該車輛系統包括在發動機怠速-停止狀況期間選擇性未激活的發動機。一種示例方法包括，在第一狀況期間，在發動機速度降低到低於閾值速度以下之後，在不應用起動機電流的情況下使得發動機起動機接合未激活的旋轉發動機。該方法還包括在第二狀況期間，接合所述起動機並且調整起動機馬達開關以應用起動機制動扭矩至所述未激活的旋轉發動機。
文檔編號F02N15/02GK102140989SQ20111000640
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月5日 優先權日2010年2月3日
發明者A·O·C·吉布森, H·W·帕特森, J·N·阿勒瑞, R·D·普斯夫, 劉翔鷹 申請人:福特環球技術公司