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CN103842222B - 发动机起动系统 - Google Patents

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CN103842222B CN201180073254.0A CN201180073254A CN103842222B CN 103842222 B CN103842222 B CN 103842222B CN 201180073254 A CN201180073254 A CN 201180073254A CN 103842222 B CN103842222 B CN 103842222B
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Abstract

本发明的发动机起动系统在电气行驶模式中使发动机起动的过程中，为了发动发动机而进行使离合器在滑移的同时进行接合的半接合操作(S2)，然后，在发动机发动开始后进行释放离合器的释放操作(S4、S5)。离合器的释放操作的开始时刻根据要求驱动力而变更。

Description

发动机起动系统
技术领域
本发明涉及在混合动力车辆的行驶中利用电动机的扭矩来使发动机起动的发动机起动系统。
背景技术
混合动力车辆能够进行在发动机停止状态下行驶的EV行驶模式。作为发动机起动系统，已知有如下的系统：当在EV行驶模式中有发动机的起动要求时经由离合器将电动机的扭矩传递至发动机来使发动机起动，在该起动过程中暂时释放离合器或者降低结合力，在发动机的起动完成后从离合器的输入输出转速差消失开始接合离合器来切换行驶模式(专利文献1)。另外，作为与本发明相关的在先技术文献有专利文献2～4。
专利文献1:日本特开2005－162142号公报
专利文献2:日本特开2005－162081号公报
专利文献3:日本特开2011－16390号公报
专利文献4:日本特开2007－261395号公报
专利文献1中的离合器的释放操作以发动后的发动机的转速到达规定的可起动速度为条件而开始。由于在发动机的转速达到可起动速度时离合器被释放，所以从发动机的转速达到可起动速度起到发动机起动完成为止所需的期间没有变化。即，若离合器的释放操作的开始条件一定，则从要求发动机起动到行驶模式被切换为止的时间无法变更。因此，由于在要求驱动力大的状况下行驶模式的切换相对变慢，所以存在驱动力的响应性变差的可能。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于，提供一种能够得到与要求驱动力对应的驱动力的响应性的发动机起动系统。
本发明的发动机起动系统适用于发动机经由离合器与输出行驶用驱动力的动力传递路径连结，并且所述动力传递路径连结有电动机的混合动力车辆，其中，在该发动机起动系统中具备：起动控制单元，其在所述发动机停止的行驶模式中有所述发动机的起动要求时利用所述电动机的扭矩使所述发动机起动；和行驶模式切换单元，其使所述离合器接合，以便所述发动机起动后的扭矩被传递至所述动力传递路径，所述起动控制单元具有：离合器控制单元，其执行为了发动所述发动机而使所述离合器在滑移的同时进行接合的半接合操作和在所述发动机开始发动后释放所述离合器的释放操作；以及离合器释放时期设定单元，其根据要求驱动力来变更所述离合器控制单元执行的所述释放操作的开始时刻。
根据该发动机起动系统，由于离合器的释放操作的开始时刻根据要求驱动力而变更，所以到行驶模式的切换为止所需的时间对应于要求驱动力。由此，能够得到与要求驱动力对应的驱动力的响应性。
在本发明的发动机起动系统的一个方式中，所述离合器释放时期设定单元在所述要求驱动力小于规定基准的情况下，将所述释放操作的开始时刻设定成当通过所述半接合操作能够起动所述发动机的可起动条件成立时开始所述释放操作。根据该方式，由于通过半接合操作在可起动条件成立时进行离合器的释放操作，所以能够可靠地防止因离合器的发动机侧转速超过动力传递路径侧转速而产生振动的情况。
在该方式中，所述离合器释放时期设定单元将在所述半接合操作中所述发动机所具有的能量达到了可独立起动能量之时作为所述可起动条件成立时来设定所述释放操作的开始时刻，所述可独立起动能量是即使进行了所述释放操作，所述发动机的转速也能够被维持到初爆时期而不小于规定的可起动限度的能量。该情况下，通过在发动机所具有的能量达到可独立起动能量的时间点进行释放操作，能够到发动机的初爆时期为止将发动机的转速维持为不小于可起动限度。因此，能够在实现可靠的发动机起动的同时尽可能提早释放操作的开始时刻。从而，可削减因半接合操作损失的能量。
在本发明的发动机起动系统的一个方式中，所述离合器释放时期设定单元在所述要求驱动力大于规定基准的情况下，基于所述离合器的发动机侧转速和动力传递路径侧转速来设定所述释放操作的开始时刻。根据该方式，可以考虑发动机侧转速与动力传递路径侧转速的速度差来设定释放操作的开始时刻。
在该方式中，所述离合器释放时期设定单元以所述发动机侧转速不超过所述动力传递路径侧转速为条件来设定所述释放操作的开始时刻，以使所述释放操作的开始时刻延迟。该情况下，能够使开始时刻延迟到可抑制因离合器的发动机侧转速超过动力传递路径侧转速而产生的振动的发生的界限。由此，由于能够一边到将要发生振动之前使发动机的转速上升一边起动发动机，所以可较早完成行驶模式的切换。因此，在要求驱动力较大、被要求驱动力的响应性的状况下能够提高驱动力的响应性。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一个方式涉及的起动系统的车辆的概要的图。
图2是表示起动控制的控制流程的一例的流程图。
图3是表示在图2的流程中定义的第1释放操作的控制流程的一例的流程图。
图4是表示在图2的流程中定义的第2释放控制的控制流程的一例的流程图。
图5A是表示要求驱动力比基准大时的控制结果的一例的时间图。
图5B是表示要求驱动力为基准以下时的控制结果的一例的时间图。
图6是表示可应用本发明的起动系统的车辆的其他例的图。
具体实施方式
如图1所示，车辆1被构成为设置有作为内燃机2以及电动机的电动发电机3作为行驶用动力源的所谓混合动力车辆。内燃机(以下称为发动机)2构成为火花点火型的内燃机。发动机2的输出轴2a经由电磁离合器7与自动变速器(AMT)8连接。电磁离合器7与AMT8的变速操作对应地进行接合操作以及释放操作。另外，电磁离合器7能够通过改变供给电流的强度来几乎无级地调整动力的传递率。因此，通过控制向电磁离合器7供给的供给电流的强度，能够实现在使电磁离合器7滑动的同时进行接合的半接合操作。
AMT8能够从前进4档的多个变速挡中选择一个变速挡。利用AMT8进行的变速挡的选择根据车辆1的车速、加速器开度而自动进行。另外，通过将AMT8切换为手动模式，由驾驶员操作未图示的换档手柄来选择变速挡。
AMT8具备输入轴10、与输入轴10平行延伸的输出轴11、和设置于上述输入轴10与输出轴11之间的第1～第4齿轮对G1～G4。第1～第4齿轮对G1～G4对应于第1速～第4速。其中，车辆1的后退行驶通过在第1速被选择的状态下使电动发电机8反转来实施。第1齿轮对G1包括相互啮合的第1驱动齿轮13和第1从动齿轮14。第2齿轮对G2包括相互啮合的第2驱动齿轮15和第2从动齿轮16。第3齿轮对G3包括相互啮合的第3驱动齿轮17和第3从动齿轮18。第4齿轮对G4包括相互啮合的第4驱动齿轮19和第4从动齿轮20。各齿轮对G1～G4的传动比被设定为按第1齿轮对G1、第2齿轮对G2、第3齿轮对G3、第4齿轮对G4的顺序变小。
第1驱动齿轮13和第2驱动齿轮15以分别与输入轴10一体旋转的方式被设置于输入轴10。另一方面，第3驱动齿轮17和第4驱动齿轮19以分别相对于输入轴10能够相对旋转的方式被设置于输入轴10。第1从动齿轮14和第2从动齿轮16以分别相对于输出轴11能够相对旋转的方式被设置于输出轴11。另一方面，第3从动齿轮18和第4从动齿轮20以分别与输出轴11一体旋转的方式被设置于输出轴11。
在AMT8中，为了使上述多个变速挡的任意一个有效，设置有结合装置C1～C4。各结合装置C1～C4构成为公知的啮合式离合器，由未图示的操作机构操作。第1结合装置C1能够在使第1从动齿轮14与输出轴11结合从而使第1从动齿轮14和输出轴11一体旋转的接合状态与释放该结合的释放状态之间动作。同样，第2结合装置C2能够在使第2从动齿轮16与输出轴11结合从而使第2从动齿轮16和输出轴11一体旋转的接合状态与释放该结合的释放状态之间动作。另外，第3结合装置C3能够在使第3驱动齿轮17与输入轴10结合从而使第3驱动齿轮17和输入轴10一体旋转的接合状态与释放该结合的释放状态之间动作。同样，第4结合装置C4能够在使第4驱动齿轮19与输入轴11结合从而使第4驱动齿轮19和输入轴11一体旋转的接合状态与释放该结合的释放状态之间动作。AMT8通过使上述结合装置C1～C4的任意一个成为接合状态，能够使上述多个变速挡的任意一个有效。
第1输出齿轮21以一体旋转的方式被设置于输出轴11。第1输出齿轮21与设置于和未图示的驱动轮连结的差动机构25的壳体的内啮合齿轮(ring gear)26啮合。从AMT8输出的扭矩经由内啮合齿轮26以及差动机构25传递至左右的驱动轮。由于从AMT8到达驱动轮的动力传递路径用于输出行驶用驱动力，所以相当于本发明涉及的动力传递路径。电动发电机3的扭矩经由齿轮组28传递至输出轴11。齿轮组28包括与输出轴11一体旋转的第2输出齿轮29和在与第2输出齿轮29啮合的状态下与电机轴3a一体旋转的电机驱动齿轮30。
针对发动机2、电动发电机3、电磁离合器7以及AMT8各自的控制由构成为计算机单元的电子控制单元(ECU)40进行。ECU40保持有用于得到车辆1的合适的行驶状态的各种控制程序。ECU40通过执行上述程序来进行针对上述的发动机2等控制对象的控制。ECU40上连接有输出与车辆1的行驶状态相关的信息的各种传感器。例如，输出与输入轴10的转速对应的信号的输入侧分解器41、输出与输出轴11的转速对应的信号的输出侧分解器42、输出与发动机2的曲轴角对应的信号的曲轴角传感器43、以及输出与加速器开度对应的信号的加速器开度传感器44与ECU40电连接。
作为ECU40进行的控制，有对将发动机2以及电动发电机3作为行驶用动力源的混合动力行驶模式、在发动机2停止的状态下仅将电动发电机3作为行驶用动力源的电气行驶模式等各种行驶模式进行切换的行驶模式切换控制。伴随着该行驶模式切换控制，进行发动机2的停止控制或起动控制。并且，还进行在车辆1的减速时利用从驱动轮输入的动力而由电动发电机3发电的再生控制。以下，对ECU40执行的控制中与本发明相关的控制进行说明，对其他控制省略或简化说明。
有时ECU40在电气行驶模式中与要求驱动力的增大对应地起动发动机来从电气行驶模式向混合动力行驶模式切换行驶模式。为了在切换该行驶模式的过程中实现发动机2的起动，ECU40进行图2的起动控制。图2的流程的程序存储于ECU40，被适时读出并以数msec左右的规定间隔反复执行。
在步骤S1中，ECU40判定有无发动机2的起动要求。在有起动要求时进入步骤S2，否则跳过以后的处理并结束这次的流程。起动要求在以电气行驶模式行驶过程中要求驱动力超过阈值而增大等起动条件成立时产生。
在步骤S2中，ECU40开始一边使电磁离合器7滑动一边使其接合的半接合操作。通过该半接合操作，电动发电机3的扭矩经由AMT8传递至发动机2，发动机2被发动。ECU40在开始半接合操作的同时控制电动发电机3以使伴随着半接合操作的损失被补偿。由此，能够防止车辆1伴随着半接合操作而减速的情况。其中，ECU40与半接合操作并行地进行发动机2的点火。
在步骤S3中，ECU40判定要求驱动力是否比规定基准大。在要求驱动力比规定基准大时进入步骤S4，在要求驱动力为规定基准以下时进入步骤S5。要求驱动力基于加速器开度以及车速被算出。加速器开度基于加速器开度传感器44的信号被算出，车速基于输出侧分解器42的信号被算出。规定基准通过考虑驱动力的响应性的要求度来设定。因此，在要求驱动力和规定基准之间，要求驱动力超过规定基准时响应性的要求度高，要求驱动力为规定基准以下时响应性的要求度不高这一关系成立。
在步骤S4中，ECU40在适合于要求驱动力大的情况的开始时刻进行使电磁离合器7的释放操作开始的图3的第1释放操作。在图3的步骤S41中，ECU40算出释放操作时的发动机侧转速的推定值Nep。其中，本方式由于电磁离合器7和发动机2直接连结，所以发动机侧转速和发动机2的转速一致。发动机侧转速是指与发动机2侧连接的电磁离合器7的旋转构件的转速，发动机2的转速是指输出轴2a的转速。若进行了电磁离合器7的释放操作，则发动机侧转速通过点火而上升。越早进行该释放操作则越容易发生冲击。成为冲击的发生界限的操作速度按每个发动机侧转速而存在。鉴于此，ECU40以在当前的发动机侧转速下不发生冲击的最早的时间点进行了电磁离合器7的释放操作为条件来推定推定值Nep。
在步骤S42中，ECU40判定推定值Nep是否超过了从输入轴10的转速Nin减去安全余量α而得到的值。输入轴10的转速Nin基于输入侧分解器41的信号而算出。转速Nin相当于本发明涉及的动力传递路径侧转速。安全余量α通过考虑发动机侧转速的推定精度来设定。在步骤S42的判定结果为肯定时进入步骤S43，在为否定时返回到步骤S41。
在步骤S43中，ECU40开始电磁离合器7的释放操作。通过将步骤S42的安全余量α适当设定为不是0的值，能够以发动机侧转速不超过输入轴10的转速为条件来开始释放操作。由于将安全余量α设定得越小则释放操作的开始时刻越接近发动机侧转速即将超过输入轴10的转速之前，所以相应地释放操作的开始时刻推迟。释放操作的开始时刻越推迟则能够使发动机2的转速越快地上升。
返回到图2，在步骤S5中，ECU40在适合于要求驱动力为规定基准以下的情况的开始时刻进行使电磁离合器7的释放操作开始的图4的第2释放操作。在图4的步骤S51中，ECU40算出半接合操作中的发动机2所具有的能量E。该能量E是将动能Ek、势能Ep、供给能量Ea以及损失能量Es合计而得到的。上述能量的具体计算能够通过周知的方法进行。上述的计算的概要如下所述。动能Ek根据发动机2的转速并利用公知的数式来计算。势能Ep基于发动机2的曲轴角、由压缩压力生成的扭矩以及转速来算出。供给能量Ea基于离合器扭矩以及转速来算出。损失能量Es基于发动机2的转速以及摩擦扭矩来算出。
在步骤S52中，ECU40判定能量E是否大于可独立起动能量β。可独立起动能量β是即使进行了电磁离合器7的释放操作，发动机2的转速也能够被维持到初爆时期而不小于规定的可起动限度的能量。可起动限度是发动机2固有的值，通过实验来决定。可独立起动能量β是发动机2的转速以及曲轴角的函数。ECU40存储有预先通过实验创建的、将发动机2的转速和曲轴角作为变量的未图示的映射。ECU40参照该映射，计算出与当前的发动机2的转速和曲轴角对应的可独立起动能量β，并将该可独立起动能量β与能量E的大小进行比较。在步骤S52的判定结果为肯定时进入步骤S53，在为否定时返回到步骤S51。
在步骤S53中，ECU40开始电磁离合器7的释放操作。由于在步骤S52的判定为肯定时进行释放操作，所以该释放操作的开始时刻是发动机2所具有的能量E达到了可独立起动能量β的时期。因此，通过在该时间点进行释放操作，能够到发动机2的初爆时期为止将发动机2的转速维持为不小于可起动限度。因此，能够在实现可靠的发动机起动的同时尽可能提早释放操作的开始时刻。
返回到图2，在步骤S6中，ECU40判定发动机2的转速Ne是否大于输入轴10的转速Nin。在转速Ne大于转速Nin时进入步骤S7。在转速Ne为转速Nin以下时保留处理的进行。
在步骤S7中，ECU40进行接合操作。该接合操作是一边逐渐提高电磁离合器7的扭矩的传递率一边使其完全成为接合状态的公知操作。通过进行该接合操作，起动后的发动机2的扭矩传递至输入轴10，行驶模式的切换结束。
通过进行以上所说明的图2～图4的控制，在图5A的要求驱动力较大时和图5B的要求驱动力较小时之间控制结果不同。根据这些图可知，从电磁离合器7的半接合操作开始的起动要求发生时t0起到离合器扭矩Tq开始下降的释放操作的开始时刻t2为止的期间T1在图5A的要求驱动力较大时变长，在图5B的要求驱动力较小时变短。因此，如图5A所示，要求驱动力较大时与要求驱动力较小时相比发动机2的转速的上升变快。结果，要求驱动力较大时与要求驱动力较小时相比，从释放操作的开始时t2起到行驶模式的切换结束时t3为止的期间T2变短。由此，能够在要求驱动力较大而被要求驱动力的响应性的状况下提高驱动力的响应性。另一方面，在要求驱动力较小时，从起动要求发生时t0起到释放操作的开始时刻t2为止的期间T1变短，结果，从释放操作的开始时t2起到行驶模式的切换结束时t3为止的期间T2变长。但是，由于能够以抑制电磁离合器7的振动的产生为条件来尽可能缩短半接合操作的实施期间，所以可削减因半接合操作损失的能量。
由此，根据本方式的起动系统，由于电磁离合器7的释放操作的开始时刻根据要求驱动力而变更，所以到行驶模式的切换为止所需的时间与要求驱动力相对应。由此，能够得到与要求驱动力对应的驱动力的响应性。
在上述方式中，ECU40通过执行图2的控制流程而作为本发明的起动控制单元发挥功能，通过执行图2的步骤S7而作为本发明的行驶模式切换单元发挥功能。ECU40通过执行图2的步骤S2、图3的步骤S43以及图4的步骤S53来作为本发明的离合器控制单元发挥功能，通过执行图2的步骤S3～步骤S5来作为本发明的离合器释放时期设定单元发挥功能。
但是，本发明并不限于上述方式，在本发明主旨的范围内能够实施各种方式。在上述方式中，当要求驱动力小于规定基准时，能够将发动机的转速超过规定的可起动限度作为可起动条件。
作为能够应用本发明的发动机起动系统的车辆并不限于图1的方式。例如，也可以如图6所示，是搭载了内置有作为电动机的电动发电机61的变速器60的车辆1′。电动机的搭载位置没有限制。因此，电动机只要被设置成比离合器靠输出侧即可。例如，电动机可以设置于连结驱动轮的差动机构或驱动轮与差动机构之间。并且，电动机也可以作为轮内装式电动机被设置在驱动轮的内部。作为搭载于车辆的变速器，也可以是双模式离合器变速器(DCT)、无级变速器(CVT)、机械式变速器(AT)。

Claims (6)

1.一种发动机起动系统，适用于发动机经由离合器与输出行驶用驱动力的动力传递路径连结，并且所述动力传递路径连结有电动机的混合动力车辆，其中，在该发动机起动系统中，
具备：起动控制单元，其在所述发动机停止的行驶模式中有所述发动机的起动要求时利用所述电动机的扭矩使所述发动机起动；和行驶模式切换单元，其使所述离合器接合，以便所述发动机起动后的扭矩被传递至所述动力传递路径，
所述起动控制单元具有：离合器控制单元，其执行为了发动所述发动机而使所述离合器在滑移的同时进行接合的半接合操作和在所述发动机开始发动后释放所述离合器的释放操作；以及离合器释放时期设定单元，其根据要求驱动力来变更所述离合器控制单元执行的所述释放操作的开始时刻。
2.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中，
所述离合器释放时期设定单元在所述要求驱动力小于规定基准的情况下，将所述释放操作的开始时刻设定成当通过所述半接合操作能够起动所述发动机的可起动条件成立时开始所述释放操作。
3.根据权利要求2所述的发动机起动系统，其中，
所述离合器释放时期设定单元将在所述半接合操作中所述发动机所具有的能量达到了可独立起动能量之时作为所述可起动条件成立时来设定所述释放操作的开始时刻，所述可独立起动能量是即使进行了所述释放操作，所述发动机的转速也能够被维持到初爆时期而不小于规定的可起动限度的能量。
4.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中，
所述离合器释放时期设定单元在所述要求驱动力大于规定基准的情况下，基于所述离合器的发动机侧转速和动力传递路径侧转速来设定所述释放操作的开始时刻。
5.根据权利要求4所述的发动机起动系统，其中，
所述离合器释放时期设定单元以所述发动机侧转速不超过所述动力传递路径侧转速为条件来设定所述释放操作的开始时刻，以使所述释放操作的开始时刻延迟。
6.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中，
所述要求驱动力大的情况与所述要求驱动力小的情况相比，所述释放操作的所述开始时刻相对晚。
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