專利名稱：用于確定內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般涉及混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制，尤其是用于確定混合動(dòng)力 系統(tǒng)中內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包含混合動(dòng)力系統(tǒng)的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已被熟知用于管理各種扭矩生 成設(shè)備的輸入和輸出扭矩，最常見的扭矩生成設(shè)備有內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)。 混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含雙模式、復(fù)合-分配的機(jī)-電變速器。所述機(jī)-電 變速器使用輸入部件接收來自扭矩生成源(例如內(nèi)燃機(jī))的扭矩，使 用輸出部件將驅(qū)動(dòng)扭矩從變速器傳遞至車輛傳動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)、第一 電機(jī)、第二電機(jī)以及機(jī)-電變速器選擇性地操作，從而在它們之間傳遞 扭矩。第一電機(jī)和第二電機(jī)通過輸入軸與內(nèi)燃機(jī)建立機(jī)械連接。
在混合動(dòng)力系統(tǒng)工作期間，內(nèi)燃機(jī)可能選擇性地停用，包括發(fā)動(dòng) 機(jī)沒有燃料并且發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸無法轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在后續(xù)過程中 重新起動(dòng)時(shí)，曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是精確預(yù)測(cè)扭矩變化量的重要因素之一 ， 所述扭矩變化由發(fā)動(dòng)才幾點(diǎn)火之前起動(dòng)發(fā)動(dòng)才幾時(shí)的氣缸壓縮而產(chǎn)生。由 于第一次旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩和氣缸壓縮的變化量是最大 的，所以精確預(yù)測(cè)扭矩變化量很重要。
電機(jī)控制系統(tǒng)通常包含一反饋部件用于提供測(cè)量位置和轉(zhuǎn)速的數(shù) 據(jù)，例如位置傳感器(如解析器)。對(duì)于三相多極同步電機(jī)來說，高精 度、準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子每個(gè)極的位置對(duì)于提高電能傳輸效率很 重要。轉(zhuǎn)子的位置通常使用解析器來測(cè)量。由于各種因素，解析器相 對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置存在誤差，這些因素包括制造差異和公差。解析
器相對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子的誤差可以校正。 一篇美國申請(qǐng)編號(hào)為11/743901、 標(biāo)題為"用于確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的方法和設(shè)備"的專利詳細(xì)公開了用 于校正上述位置誤差的方法。上述專利申請(qǐng)通過參考包含于此。
采用永磁同步電機(jī)時(shí)，需要知道一個(gè)極對(duì)夾角內(nèi)的絕對(duì)位置。所 述絕對(duì)位置的測(cè)量精度也很關(guān)鍵，因?yàn)樗鼤?huì)影響電機(jī)控制的性能，最 顯著的影響是輸出扭矩和線性度。采用解析器可以獲得精確測(cè)量，但是測(cè)量的精度直接受解析器安裝時(shí)的初始校準(zhǔn)影響。解析器的安裝和 機(jī)械校準(zhǔn)在生產(chǎn)時(shí)很難控制，針對(duì)該問題通常采用的是電機(jī)控制里的 自校準(zhǔn)起動(dòng)算法。此外，解析器相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)曲軸的位置受各種零部 件的初始安裝位置和操作過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形影響。
為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)的效率以及其它一些原因，有必要提供 一種改進(jìn)的方法和設(shè)備，用于高精度、準(zhǔn)確測(cè)量混合動(dòng)力控制系統(tǒng)中 的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)角度。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)力 系統(tǒng)中電機(jī)提供的輸入信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度位置。所述混合動(dòng)力 系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器，所述機(jī)-電變速器選擇性地操作， 從而在這些部件之間傳遞扭矩。電4幾通過傳動(dòng)輸入軸和齒輪組旋轉(zhuǎn)固 定連接至內(nèi)燃機(jī)。控制模塊用于執(zhí)行確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度位置的控制 策略。所述控制策略包括根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置來確定輸入軸角度的代碼。 輸入軸的角度偏移、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的扭轉(zhuǎn)變形可用本發(fā)明的方 法確定。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移可根據(jù)輸入軸的角度偏移和扭轉(zhuǎn)變形來 確定。
通過本說明書的詳細(xì)描述，上述內(nèi)容和其它方面將顯現(xiàn)。
本發(fā)明通過特定部件和部件組合形成實(shí)施實(shí)例，以下是實(shí)施實(shí)例
的詳細(xì)描述和
，其中
附圖1為本發(fā)明所涉及的示例性動(dòng)力系統(tǒng)框附圖2和附圖3為本發(fā)明涉及的示例性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，附圖中示出的內(nèi)容僅為說明本發(fā)明，并不用于限 制本發(fā)明。附圖1、 2和3示出混合動(dòng)力系統(tǒng)框圖，所述混合動(dòng)力系統(tǒng) 包括發(fā)動(dòng)機(jī)14、機(jī)-電變速器10、控制系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例構(gòu) 建的動(dòng)力系統(tǒng)。示例性變速器10的機(jī)械部分在美國申請(qǐng)編號(hào)為6953409、標(biāo)題為"雙模式、復(fù)合-分配、固定四速的混合機(jī)-電變速器" 的專利中進(jìn)行了詳細(xì)描述。上述專利申請(qǐng)通過參考包含于此。用于表 示本發(fā)明概念的示例性雙模式、復(fù)合-分配、機(jī)-電變速器在附圖1中示 出，使用數(shù)字標(biāo)號(hào)10進(jìn)行標(biāo)識(shí)。變速器10包括輸入軸12,輸入軸12 優(yōu)選由內(nèi)燃沖幾14驅(qū)動(dòng)，所述輸入軸的特征量包括輸入轉(zhuǎn)速1S^和轉(zhuǎn)角 6i。發(fā)動(dòng)機(jī)14包括一曲軸，曲軸連接至可鎖止的扭矩緩沖設(shè)備20, 所述扭矩緩沖設(shè)備用于將扭矩傳遞至輸入軸12。扭矩緩沖設(shè)備20優(yōu)選 包括一選擇性操作的離合器C5，用于鎖止扭矩緩沖設(shè)備20,從而在發(fā) 動(dòng)機(jī)和變速器輸入軸12之間直接傳遞扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的特征量 包括速度、轉(zhuǎn)角0E和輸出扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通常采用曲軸位置 傳感器11來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器11由可變磁阻傳感器或類似的設(shè)備組 成。當(dāng)扭矩緩沖設(shè)備20鎖止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和輸出扭矩就大致等于 變速器的輸入轉(zhuǎn)速和輸入扭矩，其差值由零部件扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生。
發(fā)動(dòng)機(jī)14可以是多種內(nèi)燃機(jī)中的任何一種，例如點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)或 者壓燃式內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)可在一定的工作速度范圍內(nèi)適應(yīng)性地為變速 器10提供輸出扭矩。所述工作速度范圍包括從怠速區(qū)的600 RPM左右 到6000 RPM以上。不管發(fā)動(dòng)機(jī)14以何種方式連接至變速器10的輸入 部件12，輸入部件12均通過變速器的軸和機(jī)械齒輪連接至電機(jī)MA56 和MB 72。
變速器10采用三個(gè)行星齒輪組24、 26、 28和四個(gè)扭矩傳遞設(shè)備 即離合器C170、 C2 62、 C3 73和C4 75,輸入軸12通過外齒圏80連 接至第一齒輪組24。離合器通過電-液控制系統(tǒng)來進(jìn)行結(jié)合與分離，電 -液控制系統(tǒng)優(yōu)選由變速器控制模塊("TCM")來進(jìn)行控制。離合器C2 和C4優(yōu)選采用液力旋轉(zhuǎn)摩擦離合器。離合器Cl和C3優(yōu)選采用液力 靜止設(shè)備，所述液力靜止設(shè)備固定于變速器殼體68。第一和第二電機(jī) 56、 72(MA、 MB)包括電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)設(shè)備，所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備 通過行星齒輪連接至變速器。變速器輸出軸64連接至車輛驅(qū)動(dòng)軸90, 為車輪輸出驅(qū)動(dòng)扭矩。
變速器IO接收來自扭矩生成設(shè)備的輸入扭矩，所述扭矩生成設(shè)備 包括發(fā)動(dòng)機(jī)14和MA56、 MB 72,扭矩生成設(shè)備將燃料或存卩諸于電能 存儲(chǔ)設(shè)備(ESD) 74中的電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為扭矩。ESD74通過DC傳輸導(dǎo) 體27以高電壓方式連接至變速器功率逆變器模塊("TPIM" ) 19。 TPIM19是后面附圖2將要介紹的控制系統(tǒng)的部件之一。
電機(jī)MA 56和MB 72優(yōu)選由熟知的三相AC永磁同步電動(dòng)機(jī)/發(fā)電 機(jī)組成，每個(gè)均由多極定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。上述電機(jī)是動(dòng)力系統(tǒng)和車輛 應(yīng)用的優(yōu)選電機(jī)，因?yàn)檫@種電機(jī)具有高扭矩-慣量比、高效率和高功率 密度的特點(diǎn)。每個(gè)電機(jī)均包含一轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)，定子安裝 于變速器的殼體上。每個(gè)電機(jī)的定子通過變速器外殼體接地，并且包 含一定子核心，定子繞組從定子核心延伸出來。MA 56的轉(zhuǎn)子連接至 輸出軸60并在該處旋轉(zhuǎn)。MB 72的轉(zhuǎn)子連接至軸套轂66。
電機(jī)56、 72各包含一位置傳感設(shè)備，優(yōu)選位置傳感設(shè)備包括一解 析器總成82、 84，用于提供電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的高精度、準(zhǔn)確相對(duì) 位置相關(guān)信息。每個(gè)解析器總成82、 84均在電機(jī)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓?裝配。解析器總成由熟知的可變磁阻設(shè)備組成，包括連接到電機(jī)定子 上的解析器定子和連接到電機(jī)轉(zhuǎn)子上的解析器轉(zhuǎn)子。解析器定子包括 一系列感應(yīng)線圈或感應(yīng)極用于接收來自電機(jī)控制器(MCPA或MCPB) 的電激勵(lì)信號(hào)，并包括一對(duì)傳感線圏或檢波線圈用于產(chǎn)生電輸出信號(hào)。 解析器轉(zhuǎn)子包括安裝于外緣的凸角或偏心設(shè)備。在工作時(shí)，解析器轉(zhuǎn)
子隨電機(jī)轉(zhuǎn)子 一起旋轉(zhuǎn)。檢波線圏由電激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)并以電激勵(lì) 信號(hào)相同的頻率向電機(jī)控制器反饋電壓信號(hào)，電壓信號(hào)的幅值取決于 解析器轉(zhuǎn)子凸角與解析器定子之間的距離。解析器82、 84通過感知解
析器轉(zhuǎn)子在解析器定子內(nèi)的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工作。如前所述，控 制系統(tǒng)通過解析解析器定子的反饋信號(hào)來確定轉(zhuǎn)子的位置?？勺兇抛?設(shè)備是用于確定位置的幾種熟知4支術(shù)之一。電機(jī)MA和MB的示例性 解析器總成82、 84用于測(cè)量定子每個(gè)電極的電角度6A、 6B,測(cè)量范 圍從0到360。。在上述系統(tǒng)中，10極的解析器系統(tǒng)可測(cè)量機(jī)械軸旋 轉(zhuǎn)方向每72。的360。電角度，測(cè)量結(jié)果分別轉(zhuǎn)換為五個(gè)電角度。每 個(gè)解析器產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)頻率并從解析器電信號(hào)產(chǎn)生測(cè)量反饋，使得每 個(gè)解析器從開始轉(zhuǎn)動(dòng)便立即得到測(cè)量位置，不需要進(jìn)行同步。
在典型的^f吏用58X曲軸輪和可變i茲阻傳感器的發(fā)動(dòng)^/L系統(tǒng)中，每 個(gè)可辨別的傳感器信號(hào)輸出均有6度的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在本實(shí)施例 中，每個(gè)解析器均比曲軸傳感系統(tǒng)的測(cè)量分辨率高30倍。為了將傳感 器輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)名義第一氣缸的上止點(diǎn)位置同步，發(fā)動(dòng)機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)一 個(gè)完整循環(huán)。因此，使用解析器設(shè)備達(dá)到的轉(zhuǎn)角分辨率可大幅度提高曲軸轉(zhuǎn)角測(cè)量分辨率，可有效地用于發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)過程。
現(xiàn)在參照附圖2和附圖3,示出了控制系統(tǒng)的示例性框圖，該框圖
包含的控制結(jié)構(gòu)分布于多個(gè)控制模塊中。后面將要描述的部件構(gòu)成了 整個(gè)車輛控制結(jié)構(gòu)中的一個(gè)子集，用于提供動(dòng)力系統(tǒng)的控制。控制系
統(tǒng)綜合各種相關(guān)信息和輸入信號(hào)，執(zhí)行算法以控制各種執(zhí)行器，從而 達(dá)到控制目標(biāo)。所述控制目標(biāo)包括燃料經(jīng)濟(jì)性、排放、功能性能和動(dòng) 力性，并保護(hù)硬件?？刂葡到y(tǒng)的示例性控制結(jié)構(gòu)包括協(xié)調(diào)安排各種設(shè) 備和模塊，關(guān)注控制設(shè)備與動(dòng)力系統(tǒng)和整個(gè)車輛系統(tǒng)的各個(gè)零部件之 間的通訊連接。動(dòng)力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)優(yōu)選包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制沖莫塊 ("ECM，， ) 23、變速器控制模塊("TCM，， ) 17。 MA和MB具有電機(jī)控制模 塊33、 32 ( "MCPA" ， "MCPB").混合控制才莫塊("HCP" ) 5用于提供上 述控制模塊的上層控制與協(xié)調(diào)。TPIM優(yōu)選由單個(gè)控制設(shè)備構(gòu)成，包括 HCP 5、 MCPA 33、 MCPB 22。車輛通訊總線106提供ECM 23、 HCP 5、 MCPA 33、 MCPB 22、 TCM 17以及車輛1之間的第一通訊連接?；旌贤?訊總線107提供ECM 23、 HCP 5、 MCPA 33和MCPB 22之間的第二通訊 連接。在本實(shí)施例中車輛通訊總線106由第一控制器局域網(wǎng)(CAN1) 構(gòu)成，混合通訊總線107由第二控制器局域網(wǎng)(CAN2)構(gòu)成。
示例'性系統(tǒng)還包括動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)部件與特定控制設(shè)備之間的直接 電信號(hào)連接，該連接用于提供在車輛總線106和混合總線107形成的 正常通訊之外的信號(hào)通訊，并優(yōu)選采用更快的更新速率，以改善系統(tǒng) 控制。ECM23通過若干離散線與發(fā)動(dòng)機(jī)14連接，這些離散線統(tǒng)一用線 束35表示。其中一條離散線從線束35分離并單獨(dú)表示，該離散線為 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器11引出的信號(hào)線45。信號(hào)線45從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 位置傳感器11直接并行連接至TPIM中的一個(gè)控制模塊，用于提供曲 軸位置傳感器11的直接信號(hào)信息，以改善系統(tǒng)控制。ECM23優(yōu)選通過 另外一條線束201直接與車輛1進(jìn)行連接，用于接收車輛相關(guān)的輸入 信號(hào)，包括冷卻水溫、冷卻水存量和發(fā)動(dòng)機(jī)倉開關(guān)，以有效控制一個(gè) 或多個(gè)冷卻水泵。HCP優(yōu)選通過線束205直接連接到變速器10,用于 提供冗余檔位(PRNDL)傳感器信號(hào)。
控制設(shè)備TPIM 19優(yōu)選由單個(gè)集成電路構(gòu)成，所述集成電路包括 用于HCP、 MCPA和MCPB的處理器設(shè)備。在HCP和MCPA之間有第一串 行外圍接口總線("SPI") 110,在MCPA和MCPB之間有第二 SPI總線110。每個(gè)SPI總線均為全雙工同步串行數(shù)據(jù)連接，用于提供設(shè)備之間 的直接通訊。MCPA通過第一和第二 SPI總線與HCP和MCPB單獨(dú)直接通 訊，以獲得與這些設(shè)備之間的高速通訊，避免了釆用車輛總線106或 混合總線107而產(chǎn)生的通訊延遲。在本實(shí)施例中，通過車輛總線106 和混合總線107從HCP發(fā)送至MCPA和MCPB的消息周期為6. 25毫秒。 此外，在HCP和MCPA、 MCPB之間消息還通過SPI總線進(jìn)行發(fā)送。在本 實(shí)施例中，在MCPA和MCPB之間還有一串行控制接口 (SCI)(未示出)， 該接口用于MCPA和MCPB之間的通訊。
典型的SPI總線由四線串行通訊接口構(gòu)成，用于提供支持SPI的 控制模塊之間的同步串行數(shù)據(jù)連接，該數(shù)據(jù)連接支持低/中帶寬(例如， 1M波特率)網(wǎng)絡(luò)連接?？刂颇K的微控制器通過同步時(shí)鐘以8位的數(shù) 據(jù)塊將數(shù)據(jù)串行移入和移出。SPI為主/從模式接口，由主模塊驅(qū)動(dòng)串 行時(shí)鐘，在全雙工通訊協(xié)議下可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。在本實(shí)施 例中，由HCP 5做主;^莫塊。有關(guān)SPI通訊的更詳細(xì)信息已為相關(guān)使用 者熟知，不在此j故詳細(xì)討論。
ECM 23通過用線束35統(tǒng)一表示的若干離散線連接至發(fā)動(dòng)機(jī)14, 從發(fā)動(dòng)機(jī)14的各種傳感器采集數(shù)據(jù)并控制發(fā)動(dòng)機(jī)14的各種執(zhí)行器。 ECM 23監(jiān)測(cè)各種輸入信號(hào)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸速度、歧管 壓力、環(huán)境氣溫和環(huán)境壓力。ECM 23控制各種執(zhí)行器，包括燃料噴射 器、點(diǎn)火模塊和節(jié)氣門控制模塊。TCM 17連接至變速器10，從各種傳 感器采集數(shù)據(jù)并將控制信號(hào)發(fā)送至變速器。TCM 17優(yōu)選通過用線束41 統(tǒng)一顯示的若干離散線連接至變速器。
上述每個(gè)控制模塊優(yōu)選為通用數(shù)字計(jì)算器，由微處理器或中央處 理單元、存儲(chǔ)介質(zhì)、高速時(shí)鐘、模/數(shù)(A/D)及數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電 路、輸入/輸出電路及設(shè)備(I/O)和適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理及緩沖電路組成。 其中存儲(chǔ)介質(zhì)包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM)、電可 編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)即非易失存儲(chǔ)器。每個(gè)控制模塊均具有一套 控制策略，包括保存于ROM中的程序指令和標(biāo)定參數(shù)，控制模塊執(zhí)行 控制策略以實(shí)現(xiàn)每個(gè)計(jì)算器的功能。控制模塊中用于控制和狀態(tài)判斷 的算法通常以預(yù)先設(shè)定的周期執(zhí)行，因此每個(gè)周期循環(huán)中每個(gè)算法至 少執(zhí)行一次。存儲(chǔ)于非易失存儲(chǔ)器中的算法由其中 一個(gè)中央處理單元 執(zhí)行，算法可監(jiān)測(cè)來自傳感設(shè)備的輸入信號(hào)，并執(zhí)行控制和診斷例程，根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)定參數(shù)控制各個(gè)設(shè)備?？刂蒲h(huán)通常以固定的時(shí)間間隔
執(zhí)行，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的當(dāng)前工作中每間隔3. 125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒執(zhí)行。此外，算法還可因響應(yīng)事件觸發(fā)而執(zhí)行。
本發(fā)明包括用于確定當(dāng)前操作中發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的控制策略，所 述控制策略的實(shí)施例用于控制根據(jù)上述描述構(gòu)建起來的動(dòng)力系統(tǒng)。示 例性的動(dòng)力系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器，其中機(jī)-電變速器可 選擇性地進(jìn)行操作，用于在三者之間傳遞扭矩。電機(jī)通過輸入軸旋轉(zhuǎn) 固定地連接至內(nèi)燃機(jī)?？刂颇K用于執(zhí)行控制策略，在車輛和發(fā)動(dòng)機(jī) 工作中根據(jù)電機(jī)的輸入信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(eE)。所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)角度與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置和活塞位置相關(guān)聯(lián)，通常是名義第一氣缸的 TDC位置。所述控制策略優(yōu)選包括機(jī)器可執(zhí)行的算法代碼和控制模塊 間通訊。所述算法代碼在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、開始工作和車輛工作時(shí)均可執(zhí) 行。所述車輛工作時(shí)通常包括車輛處于點(diǎn)火鑰匙在ON的任何時(shí)候。 在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和車輛不工作期間，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于其中一個(gè) 控制模塊的非易失存儲(chǔ)器中。
工作時(shí)，第 一 和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置根據(jù)從解析器得到的輸入信 號(hào)進(jìn)行確定，解析器信號(hào)通常以轉(zhuǎn)動(dòng)的電角度信號(hào)表示。輸入軸12的 旋轉(zhuǎn)位置或角度根據(jù)第一和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置6a和6B來確定。輸 入軸轉(zhuǎn)角的偏移量(△ 0E)根據(jù)輸入軸12的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來確定，所述轉(zhuǎn) 動(dòng)角度包括6 a和6B的組合。所述角度偏移量的表格存儲(chǔ)于EPROM 或其它非易失存儲(chǔ)器中，在車輛操作中使用，包括在車輛運(yùn)行操作中 和在車輛停機(jī)事件中。算法還確定發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器電機(jī)之間產(chǎn)生的角
度扭轉(zhuǎn)6 t,所述角度扭轉(zhuǎn)包括輸入軸12的扭轉(zhuǎn)和扭矩緩沖設(shè)備20的 扭轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度0E通過上述角度扭轉(zhuǎn)、輸入軸角度和輸入軸角 度偏移來確定。通過上述方法，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度0E可在發(fā)動(dòng)機(jī)重新起 動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、控制系統(tǒng)第一次執(zhí)行控制策略時(shí)確定，通常在發(fā)動(dòng) 機(jī)起動(dòng)的300毫秒內(nèi)。下面將更加詳細(xì)地進(jìn)行說明。
當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度6 e,curr 由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度0E加上角度偏移
量A6E來確定，如y〉式1所述
6 e,curr = 6 e + △ 6 e [1]其中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度0E為根據(jù)附圖3中直接連接至mcpa 33 的曲軸傳感器信號(hào)確定的最新發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度6 E可在操 作過程中的任何時(shí)候確定，包括發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)和車輛停機(jī)時(shí)。
角度偏移量a 0E根據(jù)輸入軸12的角度扭轉(zhuǎn)0T和輸入軸12的轉(zhuǎn)
角變化量a e一角定。所述輸入軸12的轉(zhuǎn)角變化量a ed艮據(jù)電機(jī)的角
度位置確定。如7>式2所述
a6e二6t+a6！ [2] 其中△ 6i由公式3確定
△ e廣△ eA*Ki + △ eB*K2 [3]
系數(shù)k1和k2由變速器行星齒輪系的機(jī)械齒輪速比和解析器的凸 角數(shù)目確定。在執(zhí)行上述計(jì)算時(shí)，電角度0A和a 0B根據(jù)解析器的設(shè) 計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械角度。
輸入軸角度0 1由公式4確定
e j = (e a*ki) + ci + (e b*k2) + c2 [4]
根據(jù)公式4的結(jié)果可得到一個(gè)值C3，如公式5所述
c3 =c1 + c2 [5]
C 3表示由解析器測(cè)量的輸入軸角度與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度之間的偏移 量，可用公式6表示為
C3 = 6E —6T —^ [6]
上述C3的數(shù)值在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中持續(xù)確定并保存到非易失存儲(chǔ) 器中，供后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)/開始和重新起動(dòng)時(shí)使用。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度0E 由曲軸傳感器持續(xù)測(cè)量，并可存入非易失存儲(chǔ)器，供發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)并且曲軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)后續(xù)使用。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛操作的任何時(shí)候，當(dāng)
前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度0E可由公式7確定
eE = C3 + eT+ e！ [7]
即由發(fā)動(dòng)機(jī)扭轉(zhuǎn)和電機(jī)MA、 MB的轉(zhuǎn)動(dòng)角度確定。上述計(jì)算過程 包括在車輛操作過程中發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)以及車輛操作停止后。
控制系統(tǒng)，尤其是TPIM 19的設(shè)計(jì)和規(guī)劃使得系統(tǒng)得以運(yùn)行。SPI 總線110在HCP和電機(jī)控制模塊MCPA以及MCPB之間提供了時(shí)間同 步通訊。SCI接口提供了電機(jī)控制模塊MCPA和MCPB之間的通訊， 包括使用來自HCP的SPI通訊進(jìn)行時(shí)間和時(shí)間戳同步?？刂?莫塊MPCB 22通過測(cè)量解析器B 84的輸入信號(hào)確定6B,并將0B連同精確同步時(shí) 間戳發(fā)送至MCPA33。MPCA33根據(jù)解析器A 82的輸入信號(hào)確定6 A, 同時(shí)監(jiān)測(cè)58X輸入信號(hào)。58X輸入信號(hào)從曲軸傳感器45通過直接連接 得到，從該信號(hào)可得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角6E。 MCPA根據(jù)通訊延遲對(duì)6 b信 號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和時(shí)間戳修正，包括調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)速度和HCP 5的通訊延遲， 以適應(yīng)測(cè)量和通訊延遲造成的遲滯。6A、 0B和曲軸傳感器45的直才妾 連接信號(hào)經(jīng)過時(shí)間修正后的測(cè)量值發(fā)送至HCP 5。 HCP 5執(zhí)行控制策 略，根據(jù)電機(jī)輸入信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(6E)。 0A和6B的測(cè)量 值從電角度轉(zhuǎn)換為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械角度。各種使用SPI總線的設(shè)備之 間的高速通訊可最大限度減小在控制模塊之間僅使用LAN通訊系統(tǒng)而 造成的測(cè)量誤差。
輸入軸的角度扭轉(zhuǎn)e T可根據(jù)輸入軸、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的機(jī)械參數(shù)
以及扭矩緩沖設(shè)備20的彈簧剛度估計(jì)得出。角度扭轉(zhuǎn)0T的幅值優(yōu)選 為與發(fā)動(dòng)機(jī)操作因素相關(guān)的特定應(yīng)用預(yù)標(biāo)定量，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作因素
本發(fā)明通過優(yōu)選實(shí)施例及其變動(dòng)的特定參考進(jìn)行了說明。通過閱 讀和理解本說明書可進(jìn)行其它修改和變動(dòng)，這些+l"改和變動(dòng)均在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述混合動(dòng)力系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器，所述機(jī)-電變速器可選擇性地操作以在所述內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器間傳遞扭矩，所述電機(jī)通過變速器輸入軸旋轉(zhuǎn)固定連接至所述內(nèi)燃機(jī)，所述控制系統(tǒng)包括適于執(zhí)行控制策略以確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置的多個(gè)控制模塊，所述控制策略包括根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置確定輸入軸角度的代碼；確定輸入軸偏移角度的代碼；確定發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間角度扭轉(zhuǎn)的代碼；以及根據(jù)所述偏移角度和輸入軸角度扭轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移量的代碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中適于執(zhí)行控制策略的控 制模塊進(jìn)一步包括電機(jī)控制模塊和混合控制模塊，所述電機(jī)控制模 塊和混合控制模塊適于監(jiān)測(cè)來自電機(jī)位置傳感設(shè)備的輸入信號(hào)，為 所述輸入信號(hào)標(biāo)記時(shí)間戳，傳送所述標(biāo)記時(shí)間戳的輸入信號(hào)以確定電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)進(jìn)一步包 括電機(jī)控制模塊和混合控制模塊，所述電機(jī)控制模塊和混合控制模塊 通過串行外圍接口設(shè)備進(jìn)行信號(hào)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)進(jìn)一步包 括發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器，所述位置傳感器通過電纜與電機(jī)控制模塊 和混合控制模塊之一進(jìn)行直接信號(hào)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)進(jìn)一步包 括用于根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移量來確定發(fā)動(dòng) 機(jī)曲軸角度的代碼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中適于為輸入信號(hào)標(biāo)記時(shí) 間戳并傳送標(biāo)記時(shí)間戳的輸入信號(hào)以確定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的所述電機(jī)控 制模塊包括控制策略，所述控制策略可操作以補(bǔ)償來自電機(jī)解析器 的輸入信號(hào)的時(shí)間延遲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述電機(jī)位置傳感設(shè)備 包括解析器，每個(gè)解析器包括定子和帶凸角解析器轉(zhuǎn)子，所述定子包 括多個(gè)感應(yīng)線圏，所述感應(yīng)線圈固定連接至所述電才幾的定子，所述解析器轉(zhuǎn)子固定連接至電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置確定輸入軸角度的代碼進(jìn)一步包括根據(jù)解析器輸入確定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 位置的代碼；測(cè)量電解析器角度并將該電解析器角度轉(zhuǎn)換為機(jī)械軸角 度的代碼。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述用于確定角度扭轉(zhuǎn) 的代碼包括基于輸入速度和扭矩的預(yù)設(shè)關(guān)系。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)一 步包括扭矩緩沖設(shè)備，所述扭矩緩沖設(shè)備可操作以在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器 輸入軸之間傳遞扭矩；并且所述用于確定角度扭轉(zhuǎn)的代碼包括扭矩緩 沖設(shè)備的預(yù)定標(biāo)定參數(shù)，所述預(yù)定標(biāo)定參數(shù)基于輸入速度和扭矩。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制模塊適于將 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移量存入非易失存儲(chǔ)設(shè)備中。
12. —種用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述混合動(dòng)力系統(tǒng)包括內(nèi) 燃機(jī)、第一電機(jī)、第二電機(jī)和機(jī)-電變速器，所述機(jī)-電變速器可選擇性 地操作以在所述內(nèi)燃機(jī)、第一電機(jī)、第二電機(jī)和機(jī)-電變速器之間傳遞 扭矩，所述第一電機(jī)和第二電機(jī)通過變速器輸入軸旋轉(zhuǎn)固定連接至所 述內(nèi)燃機(jī)，所述控制系統(tǒng)包括適于執(zhí)行控制策略以確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相 對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸位置的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的多個(gè)控制模塊，所述控制策略包括根據(jù)第 一 電機(jī)和第二電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置確定輸入軸角度的代碼； 確定輸入軸偏移角度的代碼；確定發(fā)動(dòng)機(jī)和第 一 電機(jī)以及第二電機(jī)之間角度扭轉(zhuǎn)的代碼； 根據(jù)所述偏移角度和角度扭轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移量的代 碼；以及根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移量確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲 軸角度的代碼。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中所述混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn) 一步包括扭矩緩沖設(shè)備，所述扭矩緩沖設(shè)備可操作以在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速 器輸入軸之間傳遞扭矩；并且所述用于確定角度扭轉(zhuǎn)的代碼包括基于 輸入速度和扭矩的預(yù)定標(biāo)定參數(shù)。
14. 一種用于計(jì)算內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的方法，所述內(nèi)燃機(jī)可操作地連 接至混合動(dòng)力系統(tǒng)，所述混合動(dòng)力系統(tǒng)包括電機(jī)和機(jī)-電變速器，所述機(jī)-電變速器可選擇性地操作以在所述內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器之間 傳遞扭矩，所述電機(jī)通過輸入軸旋轉(zhuǎn)固定連接至所述內(nèi)燃機(jī)，所述方法包括確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置；根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置確定輸入軸角度；確定輸入軸角度的偏移量；確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間的角度扭轉(zhuǎn)；以及根據(jù)輸入軸偏移角度和角度扭轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度偏移量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)來自電機(jī)位 置傳感設(shè)備的輸入信號(hào)，傳送所述信號(hào)輸入以確定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括補(bǔ)償來自電機(jī)解析 器的信號(hào)輸入的時(shí)間延遲。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)來自解析器的 信號(hào)輸入確定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置，所述解析器可操作地連接至所述電機(jī)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將電解析器角度轉(zhuǎn) 換為機(jī)械軸角度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括將發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度 偏移量保存至非易失存儲(chǔ)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)來自所述動(dòng)力系統(tǒng)中電機(jī)的信號(hào)輸入確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的角度位置。所述混合動(dòng)力系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器，所述機(jī)-電變速器選擇性地操作，在所述內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和機(jī)-電變速器間傳遞扭矩，所述電機(jī)通過變速器輸入軸旋轉(zhuǎn)固定連接至所述內(nèi)燃機(jī)?？刂颇K適于執(zhí)行控制策略以確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角度位置，所述控制策略包括根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置確定輸入軸角度的代碼。確定輸入軸偏移角度以及發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的角度扭轉(zhuǎn)。根據(jù)輸入軸的偏移角度和角度扭轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的角度偏移。
文檔編號(hào)B60W20/00GK101298247SQ20081009282
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月3日
發(fā)明者B·R·斯奈德 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司