[发明专利]基于发电机功率的冷起动方法

说明书

本申请是申请日为2008年12月3日、申请号为200810183014.6、发明名称为“基于发电机功率的冷起动方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在具有针对车辆牵引轮的并行动力传送路径的混合动力电动车辆（hybrid electric vehicle）动力传动系（powertrain）中起动发动机的控制方法。

背景技术

在例如第7,013,213号美国专利以及第U.S.2006/0016412 A1号美国专利申请公布中所公开的类型的混合动力电动车辆动力传动系中，使用内燃发动机和电力牵引电动机来在分流的动力传送路径中产生车辆牵引轮扭矩。动力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，当发动机动力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，发动机动力输出被分流为两个并行的路径。从发动机到行星齿轮单元，最终到动力输出轴建立机械动力流动路径。另一个动力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，然后到动力输出轴来传输动力。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力传输。在正常的运行条件下，车辆系统控制器解释驾驶者对动力的要求，如加速或减速功能要求。然后确定为了满足驾驶者的动力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，每一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。该动力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力所驱动时，发电机可起发电机的作用。按照正的动力分流配置，通过行星齿轮系传送到发电机的发动机动力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，以满足驾驶者对动力的要求。该系统将实现两个动力源之间的最佳动力分流。

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。每次发动机被起动时，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300-500rpm。

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增大，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（valve timing），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 A1号美国专利申请公布中讨论了一种冷起动方法。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 2006/0016412 A1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，在至少一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。