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技术领域

本申请大致涉及车辆中发动机启-停和主动前轮转向系统的集成。

背景技术

微混合动力或启/停车辆可以选择性地在部分行驶周期期间将发动机关 闭以节约燃料。作为示例，在车辆停止时，启/停车辆可关闭其发动机而不是 允许发动机怠速。例如，当驾驶员踩下加速踏板时，发动机可以重新启动。 启/停车辆还可以包括主动前轮转向系统，该系统响应于方向盘的转动而改变 车轮转动时的传动比。

发明内容

主动前轮转向系统包括连接到转向机构的电致动器和至少一个控制器。 所述至少一个控制器被配置为：在存在指示发动机自动停止事件的输入的情 况下，响应于使转向比(steeringratio)改变了导致电致动器的请求电流大于预 定电流的量的请求而使电致动器以预定电流操作。所述至少一个控制器可被 进一步配置为：在存在指示发动机运转的输入的情况下，响应于使转向比改 变了导致电致动器的请求电流大于预定电流的量的请求而使电致动器以请求 电流操作。主动前轮转向系统还可包括与电致动器相配合的锁定机构，并且 所述至少一个控制器可进一步被配置为：响应于指示发动机自动停止事件的 输入，使锁定机构以锁定模式操作以防止电致动器影响转向机构的操作。预 定电流可响应于指示准备发动机自动停止的输入而朝着极限电流减小。预定 电流可响应于指示发动机转速增加的输入而朝着请求电流增加。所述至少一 个控制器可被进一步配置为：响应于使转向比改变了导致电致动器的请求电 流大于预定电流的量的请求和指示不产生支持电致动器的电力的输入而使电 致动器以预定电流操作。电致动器可以是电动马达。

一种车辆，包括：发动机，被配置为自动停止和自动启动；主动前轮转 向系统，包括电致动器；至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为： 在发动机自动停止事件期间，响应于使转向比改变了导致电致动器的请求电 流大于预定电流的量的请求而使电致动器以预定电流操作。在关闭供给到发 动机的燃料之前，预定电流可以减小到预定极限电流。所述至少一个控制器 可被进一步配置为：在发动机运转时，响应于使转向比改变了导致电致动器 的请求电流大于预定电流的量的请求而使电致动器以请求电流操作。预定电 流可响应于燃料被提供给发动机而增大。车辆可进一步包括连接到发动机的 电机，并且所述至少一个控制器可被进一步配置为：响应于电机作为发电机 运转并产生至少等于请求电流的电流，使电致动器以请求电流操作。主动前 轮转向系统还可包括与电致动器相配合的锁定机构，并且所述至少一个控制 器可被进一步配置为：在发动机自动停止期间，致动锁定机构以使主动前轮 转向系统以锁定模式操作。在转换到发动机自动停止事件之后，预定电流可 斜坡降低到预定极限电流。在从发动机自动停止事件转换后，预定电流可斜 坡上升到请求电流。

一种方法，包括通过控制器接收指示发动机启-停系统的状态的输入。该 方法还包括通过控制器请求需求电流用于致动电致动器以实现基于转向请求 的转向比。该方法还包括响应于指示自动-停止事件的状态而通过控制器使电 致动器以小于需求电流的极限电流操作。该方法可进一步包括响应于指示发 动机转速增加的状态而通过控制器在预定的时间间隔将极限电流增加到需求 电流。该方法还可以包括响应于指示发动机运行状态的状态而通过控制器使 电致动器以需求电流操作。该方法可进一步包括响应于指示准备发动机自动- 停止的状态而通过控制器在预定的时间间隔将极限电流降低至最小极限电 流。该方法可进一步包括当电致动器以极限电流操作时通过控制器输出状态 指示。

附图说明

图1是示出典型组件的示例性启/停车辆的图。

图2是包括主动前轮转向的示例性转向系统的图。

图3是示出自动-停止事件期间发动机状态的图。

图4是带有发动机启-停能力的车辆的主动前轮转向系统的示例性状态 和转换的状态转换图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅 是示例，其他实施例可采取各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可 放大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结 构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种形式 采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图 示出并描述的各种特征可与在一个或更多个其他附图示出的特征进行组合以 产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性 实施例。但是，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特 定应用或实施方式。

图1示出了车辆的示例性框图。车辆10可包括为车辆10提供动力的发 动机12。发动机12可机械地连接至电机14。电机14可作为交流发电机和起 动机运转。当作为起动机操作时，电机14可通过电力网18接收来自电池16 的电力。电机14可将电力转换成机械转动以使发动机12旋转进而启动发动 机12。

当作为交流发电机或发电机操作时，电机14可将来自发动机12的旋转 的机械能转换成电力网18中的电能。电能可存储在电池16中或被连接到电 力网18的电部件利用。

车辆10可以包括转向系统28，转向系统28包括连接到车辆10的前轮 的转向机构24。转向系统28可包括主动前轮转向(AFS)模块20。AFS模 块20可以有助于驱动转向机构24响应于方向盘的转动而改变车轮转动时的 传动比。例如，在较低的车速时，可实施高的传动比使得方向盘转动小于给 定的转向角。这允许利用较小的方向盘输入完成急转弯。在较高的车速时， 传动比可以减小，使得方向盘转动大于给定的转向角。这减少了转向系统28 在较高的速度时对方向盘变化的灵敏度。净效应是在较高的速度时车轮响应 于方向盘的转动而转动较小。

转向系统28可包括电动助力转向(EPAS)模块22，其可连同转向机构 24工作。EPAS模块22可协助驱动转向机构24而减少操作者使车辆10转向 所需要的量。EPAS模块22可包括协助驱动转向机构24的电动马达。除了由 操作者所提供的扭矩，EPAS模块22可增加扭矩来改变前轮的方向。

AFS模块20和EPAS模块22可以电连接到电力网18。可通过存储在电 池16中的能量提供电力。当作为发电机操作时，电机14也可提供电力。AFS 模块20和EPAS模块22可与车辆中一个或更多个控制器26进行通信。

车辆可包括一个或更多个控制器26以协调和管理各个组件的操作。一个 或更多个控制器26可经由硬连线(hardwired)信号或串行通信总线(例如， 控制器局域网(CAN))与各种设备交互。控制器26可包括用于当控制器26 断电时存储数据的微处理器和非易失性存储器。

发动机12可被构造为自动停止和自动启动。在车辆运行期间，发动机可 在点火循环期间停止并启动。可监控条件以确定何时自动停止发动机12而提 高燃料经济性。也监控条件以确定何时自动启动发动机12。

参照图3，发动机启/停序列可包括几个阶段：“自动-停止开始”，这标志 着发动机自动-停止的开始；“准备发动机自动-停止”，这是车辆系统以及发动 机为即将发生的发动机停止进行准备的时间段(如果在此阶段检测到禁止自 动停止的条件，则为即将发生的发动机停止进行的准备被中断，车辆系统和 发动机返回到其正常的运行模式)；“燃料关闭”，这标志着到发动机的燃料流 动停止的点；“发动机停止中”，这是发动机转速减小至零的时间段；“低燃料 重启”，这标志着在此点之后，如果在“发动机停止中”阶段期间请求重启以 禁止自动停止，则可能需要接合起动机以转动(cranking)发动机(如果在“低 燃料重启”之前和在“发动机停止中”阶段期间请求重启，则可通过再次开 启燃料流来重启发动机而禁止自动停止)；“发动机转速＝0”，这标志着在该点 处的发动机转速接近或等于0；“发动机自动-停止”，这是发动机关闭的时间 段；“起动机接合”，这标志着在该点处起动机开始转动发动机曲柄以启动发 动机(响应于检测到发动机自动-启动条件)；“起动机转动发动机曲柄”，这 是发动机在其自己的动力下无法转动曲柄的时间段；“起动机脱离”，这标志 着在该点处发动机在其自己的动力下能够转动曲柄；“发动机转速增加”，这 是发动机的转速增加到其运行转速的时间段；“自动-启动结束”，这标志着在 该点处发动机的转速达到它的运行转速(处于或高于目标怠速转速的转速)。 发动机自动-停止事件可包括从“自动-停止开始”到“自动-启动结束”的所 有阶段。

图2示出了示例性的转向系统28的图。转向系统28可被构造为沿操作 者期望的方向使车辆10转向。转向系统28可包括由操作者操作的方向盘50。 转向系统28可将方向盘50的运动转换成前轮52的位移，使车辆10的方向 改变。转向机构24可以是齿条60和齿轮62的结构，其中，前轮52连接到 齿条60，方向盘50连接到齿轮62。

AFS模块20可包括连接到差速器或行星齿轮组58的电致动器或者电机 56。电机56可以使齿轮62旋转，这会使齿条60移动并使前轮52改变方向。 方向盘50也可通过AFS齿轮组58连接。当转动方向盘50时，方向盘50与 车轮52之间的可变传动比可通过操作AFS模块20驱动齿轮62实现。传动 比可以是方向盘角度和车轮转动角度(例如，车轮转向角)之间的比值。控 制器54可接收指示方向盘50的位置的方向盘角度信号输入64，并且可以产 生一个或更多个输出信号66以操作电机56。控制器54可以利用其他输入和 输出。控制器54可与诸如发动机控制器或车辆系统控制器的其它控制器进行 通信。

控制器54可被配置为监测来自方向盘50的方向盘角度输入信号64。转 向比可基于方向盘角度和车辆速度来确定。基于转向比，控制器54可确定电 机56的需求电流。控制器54可经由输出信号66控制通过电机56的电流。

AFS模块20可包括锁定机构68。锁定机构68可以是电磁致动装置，当 被致动时，防止电机56旋转齿轮62。当锁定机构68被接合时，AFS模块20 不能协助使车辆转向，并且使用方向盘50的输出来实现转向。锁定机构68 可通过来自控制器54的输出信号70进行控制。

EPAS22和AFS20模块被连接到电力网18，然后从电机14或电池16 获得电力。在操作期间，EPAS22和AFS20模块可从电力网18中汲取大量的 电流。在发动机12运行且电机14将电力供给到电力网18的条件下，存储在 电池16中的能量不会被耗尽。然而，当发动机12不运行时，通过电池16提 供电力。结果可能是电力网18中电压下降，这会对EPAS22或AFS20模块 有负面影响。例如，电压可能会下降得足够低使得EPAS22或AFS20模块不 能充分发挥作用。

另一个问题是，当EPAS22和AFS20汲取电流时，可作出决定利用电 机14重新启动发动机12。使用电机14启动发动机使得从电池16汲取的电 流增加，这可能导致进一步的电压下降。其结果是，电机14可能无法接收足 够的电力来启动发动机12。当需要推进时，操作者可能不具有推进能力，这 是不希望出现的情况。

为了解决这些问题，在发动机启-停事件期间，管理EPAS模块22和AFS 模块20的电力需求可能是有益的。在启-停事件期间，AFS模块20汲取的最 大电流可被限制为预定阈值。例如，在发动机自动-停止事件期间，AFS模块 20汲取的最大电流可限制为5安培。该电流保持受限，直到发动机重启并且 电力网电压恢复到正常操作水平。

在发动机自动-停止事件期间，可监测电池16的压降。在发动机自动-停 止事件期间，当电机14不再提供电力到电力网18时，电池16的电压会降低。 电池16的电压会下降到最小的可校准阈值。

在发动机自动-停止事件期间，EPAS模块22可在受限模式下操作。EPAS 模块可被配置为在发动机自动-停止事件期间不提供协助。或者，在发动机自 动-停止事件期间，可操作EPAS以降低的能力提供协助。在发动机自动-停止 事件期间，可操作EPAS模块22使得EPAS模块22汲取的最大电流小于预定 阈值。所造成的车辆影响是，在发动机自动-停止事件期间，使车辆转向所需 的操作者的扭矩增加。

AFS系统20的操作可以基于发动机启-停系统的操作状态或状况。发动 机启-停系统的操作状态可通过通信链路广播到控制器。发动机启-停系统可以 在影响AFS系统20的操作的一个或更多个不同的状态或阶段下进行操作。 图4示出了示例性状态图200，示出了与发动机启-停系统的状态转换和操作 模式相关的主动前轮转向系统的可能状态。

控制器54可以基于改变转向比的请求来操作电致动器56。响应于改变 转向比的请求，控制器54可确定电致动器56的需求电流。诸如车辆速度的 其它输入也可以用于确定需求电流。然后，控制器54可以使具有需求电流大 小的电流流过电致动器56。AFS系统的操作模式可以基于发动机启/停系统的 状态。控制器54可接收指示发动机自动停止事件的输入。

状态图200可包括发动机启-停系统的运行状态(208-218)和AFS系统 20的对应的操作模式(202-206)。AFS系统20的操作模式(202-206)可以 基于发动机启-停系统的当前运行状态(208-218)。当发动机启-停系统的运行 状态是发动机运行208或准备发动机自动-停止210时，AFS系统20的操作 可以处于支持模式202。在支持模式202下，AFS系统20可以完全操作并允 许从电力网18汲取全部的需求电流。在支持模式202下，电致动器56可以 以需求电流进行操作。

当发动机启-停系统的运行状态是发动机停止中212、发动机自动-停止 214或起动机转动发动机216时，AFS系统20的操作可处于无支持或不支持 模式204。在无支持模式204下，AFS系统20的电流受限且AFS致动器56 被锁定或保持。当AFS系统在无支持模式204下运行时，电致动器56的最 大允许电流可被控制器54限制为不大于预定电流。在这种模式下，当转向请 求使得需求电流大于预定电流时，电流可被限制为预定电流。如果需求电流 小于预定电流，则电致动器56可以在需求电流下运行。在这种模式下，控制 器54可激活锁定机构68以限制电致动器56的影响。在发动机自动-停止事 件期间，AFS系统20可以传递降低的性能并且不阻止发动机重启。

当发动机启-停系统的运行状态是发动机转速增加218时，AFS系统20 的操作可以处于临近支持模式206。在临近支持模式206下，可以允许AFS 系统20受限的操作。控制器54可以将电致动器56的电流限制为不大于预定 电流。在这种模式下，预定电流可以朝着需求电流增加。

当发动机12在运行条件下操作时，发动机启-停状态可处于发动机运行 状态208。在发动机运行状态208下，可监控各种自动-停止开始条件220用 于转换到发动机自动-停止。当满足自动-停止开始条件220时，发动机启-停 系统可转换到准备发动机自动-停止状态210。自动-停止开始条件220可以基 于加速踏板位置、车辆速度和制动踏板位置。其他输入也会影响自动-停止开 始条件220。例如，当加速踏板位置小于阈值时或者当制动踏板位置高于阈 值时，可满足自动-停止开始条件220。

在准备发动机自动-停止状态210下，控制器26可以执行操作以使系统 为发动机停机作准备。在准备发动机自动-停止状态210期间，可允许操作 AFS系统20。控制器54可以将电致动器56的电流限制为不大于预定电流。 电致动器56的预定电流可从需求电流斜坡降低到预定极限值(例如，5安培)。 当满足某些燃料关闭条件222时，准备发动机自动-停止状态210可以转换到 发动机停止中状态212。例如，燃料关闭条件222可包括发动机转速小于预 定转速。

在发动机停止中状态212下，控制器26可以执行操作以使发动机完全停 机。可执行的操作可以是操作电机14以降低发动机转速。可监控发动机转速 以检测发动机12何时关闭。在发动机停止中状态212期间，AFS系统20可 以处于不支持模式204。当满足某些发动机关闭条件224时，发动机停止中 状态212可以转换到发动机自动-停止状态214。发动机关闭条件224可以包 括发动机转速近似为零。

在发动机自动-停止状态214下，控制器26可以执行操作以监测发动机 重启。例如，可监控诸如加速踏板位置和制动踏板位置的输入以确定发动机 12何时应被重启。在发动机自动-停止状态214期间，AFS系统20可以处于 不支持模式204。当检测到自动-启动开始条件226时，发动机启-停系统可以 转换到起动机转动发动机状态216。

在起动机转动发动机状态216中，控制器26可以执行操作以重新转动发 动机。电机14可从电池16汲取电力以使发动机12旋转。在此状态期间，发 动机12的转速可增加。在起动机转动发动机状态216期间，AFS系统20可 以处于不支持模式204。当满足某些起动机分离条件228时，起动机转动发 动机状态216可以转换到发动机转速增加状态218。起动机分离条件228可 以包括当发动机转速增加到大于预定转速时。

在发动机转速增加状态218下，控制器26可以执行操作以操作发动机 12和相关系统。在该状态期间，发动机的转速可以增加或者可以被控制到预 定怠速转速。控制器26可使得燃料喷射并在发动机12中进行点火以开始燃 烧。发动机12可以开始操作并且发动机速度可以改变以达到怠速转速。在发 动机转速增加状态218期间，AFS电流极限可斜坡上升到正常操作极限值或 需求电流。在发动机转速增加状态218期间，AFS系统20可处于临近支持模 式206。当满足某些自动-启动结束条件230时，发动机转速增加状态218可 以转换到发动机运行状态208。自动-启动结束条件230可以包括交流发电机 14已准备就绪。可以从电机14的状态确定自动-启动结束条件230。当电机 14作为发电机运转并且将能量供给到电力网18时，可以满足自动-启动结束 条件230。注意，在发动机转速增加状态218下，电机14可从作为马达(起 动机功能)运转转换为作为发电机(交流发电机功能)运转。

通过状态的其他路径是可能的。例如，在状态流可被改变的发动机启- 停事件期间存在一些情况。这些情况可以被描述为“转变”的情况。例如， 在发动机启-停事件期间，可以确定在发动机完全关闭之前发动机应重启。发 动机自动停止事件可以包括从停止发动机直到后续的发动机重启的操作。

当系统处于准备发动机自动-停止中状态210时，可能发生第一个转变 情况。可能存在自动-停止中止条件232，使得转换回到发动机运行状态208。 这些条件可包括松开制动踏板或应用加速踏板。在这些情况下，当燃料仍然 被提供给发动机12时系统可以转换回发动机运行状态208。

在发动机停止中状态212期间，在满足发动机关闭条件224之前发动机 转速斜坡下降的同时，第二个转变情况可在发动机启-停事件被中止时发生。 当满足某些不转动曲柄而重启条件234时，系统可从发动机停止中状态212 转换到发动机转速增加状态218。不转动曲柄而重启条件234可包括松开制 动踏板或增加加速位置以指示推进的期望。

由于发动机熄火(stall)而可能发生第三个转变情况。这种情况可能会 基于熄火条件236而导致从发动机运行状态208转换到发动机自动-停止状态 214。熄火条件236可以包括发动机转速低于预定阈值，指示发动机12已经 熄火。在具有手动变速器的车辆中，发动机12可能由于操作者的不当的离合 器控制或档位选择而熄火。在具有自动变速器的车辆中，发动机12熄火可能 是由于导致不当的发动机12操作或变速器操作的系统错误而引起的。

车辆还可包括操作者接口，用于将状态信息传送给操作者。操作者接口 可包括照明灯、仪表、显示器或指示车辆功能的状态的其他指示。例如，灯 或显示器消息可被配置成指示EPAS或AFS系统何时运行在受限模式下。在 发动机自动-停止事件期间(其中EPAS或AFS系统在降低的性能模式(例如， 受限的电流操作)下运行)，当请求EPAS或AFS系统操作时，可以激活灯或 显示器消息。操作者接口可以包括开关或按钮以超越降低的性能模式。例如， 当开关或按钮被按下时，EPAS或AFS系统可以返回到正常操作(例如，电 流不再受限)。其它配置可以包括显示器接口，其允许操作者启用和禁用EPAS 和AFS系统的降低的性能模式。

在此公开的过程、方法或算法可交付到处理装置、控制器或计算机或通 过处理装置、控制器或计算机实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包 括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元。类似地，过程、 方法或算法可通过许多形式被存储为数据和被控制器或计算机执行的指令， 所述许多形式包括但不限于永久存储在诸如ROM设备的不可写存储介质中 的信息和改变地存储在诸如软盘、磁带、光盘、RAM装置和其它磁性和光学 介质的可写的存储介质中的信息。过程、方法或算法也可以通过软件可执行 对象来实施。或者，过程、方法或算法可以完全或部分地使用合适的硬件组 件实施，所述合适的硬件组件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵 列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或设备，或硬件、软件和固件 组件的组合。

虽然如上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了由权利 要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而不是 限制性词语，并且应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以 作出各种改变。如前所述，可以将各个实施例的特征进行组合以形成可能未 明确描述或示出的本发明的进一步实施例。虽然各个实施例可能已被描述为 提供优点或在一个或更多个预期特性方面优于其它实施例或现有技术，但是， 本领域的普通技术人员应认识到，根据特定的应用和实施方式，可将一个或 更多个特性或特征进行折衷以实现预期的整体系统属性。这些属性可包括但 不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、 可维修性、重量、制造性、易于组装性等。因此，被描述为在一个或更多个 特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的 范围之外，并且可期望用于特定应用。