混合動力車輛的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種混合動力車輛，其通過驅動力傳動機構將從發動機和電動發電機產生的驅動力輸出到驅動軸。發動機預熱狀態判斷部用于判斷發動機的預熱狀態。要求驅動力設定部用于根據駕駛員的要求對要求驅動力進行設定。目標發動機工作點設定部用于計算目標發動機功率和目標充電/放電功率，用于輸出要求驅動力；根據目標發動機功率計算目標發動機工作點；并且根據計算出的目標發動機工作點設定發動機的目標轉速和目標發動機轉矩。變更部用于在發動機啟動時計算電動發電機的目標轉矩，使得發動機的轉速達到發動機的目標轉速；并且根據發動機的預熱狀態更改用于計算目標轉矩的反饋增益。
【專利說明】混合動力車輛
【技術領域】
[0001]本發明涉及混合動力車輛，尤其涉及具有能夠在啟動時控制驅動力的多個驅動源的混合動力車輛。
【背景技術】
[0002]混合動力車輛將從作為多個驅動源的一個發動機和多個電動發電機(電動機-發電機組)產生的驅動力經由驅動力傳動機構輸出到驅動軸。下面的專利文獻中公開了這種混合動力車輛。
[0003]專利文獻1:日本特許3931854號公報
[0004]專利文獻2:日本特許3890459號公報
[0005]專利文獻I中公開的動力輸出裝置及其控制方法以及機動車，通過使用第一增益的反饋來控制電動發電機，以在發動機啟動之后直至經過預定時間之前在目標驅動點驅動發動機，并且在經過該預定時間之后，通過使用不同于第一增益的第二增益的反饋來控制電動發電機。因此，在發動機剛啟動之后發動機的行為不穩定時，可靠地輸出駕駛員要求的轉矩，而不會從電動發電機向發動機輸出高補償轉矩。
[0006]專利文獻2中公開的自動發動機停止/重啟類型的車輛在發動機達到穩定燃燒狀態之前的第一時期期間設定第一反饋增益，并且在發動機改變到穩定燃燒狀態之后的第二時期期間內將反饋增益改變到比第一反饋增益小的第二反饋增益。
[0007]然而，在專利文獻I中沒有提及設定“預定時間”以切換第一增益和第二增益的方法。如果該預定時間被設定得相對長，則能夠可靠防止驅動軸的轉矩波動。另一方面，由于第一增益被設定為小于第二增益，所以難以使發動機在目標驅動點工作。
[0008]由于發動機的工作點被設定為包括發動機和電動發電機的系統的總效率最佳時的點，所以不在目標驅動點驅動發動機這一事實導致燃料效率惡化。
[0009]為了通過使發動機在目標驅動點工作以防止驅動軸的轉矩波動并且也防止燃料效率惡化，必須以最佳方式設定上述“預定時間”，并因此需要改進。
【發明內容】
[0010]因此，本發明的目的是提供一種能夠防止驅動軸的轉矩波動并且還能夠防止燃料消耗增加超過必需量的混合動力車輛。
[0011]為了實現本發明的目的，根據本發明的實施例的一方面，提供一種混合動力車輛，其通過驅動力傳動機構將從發動機和電動發電機產生的驅動力輸出到驅動軸，該混合動力車輛包括控制器，該控制器包括:發動機預熱狀態判斷部，其用于判斷發動機的預熱狀態；要求驅動力設定部，其用于根據駕駛員的要求對要求驅動力進行設定；目標發動機工作點設定部，其用于:計算目標發動機功率和目標充電/放電功率，用于輸出在上述要求驅動力設定部設定的要求驅動力；根據該目標發動機功率計算目標發動機工作點；并且根據計算出的目標發動機工作點設定發動機的目標轉速和目標發動機轉矩；以及變更部，其用于在所述發動機啟動時:計算所述電動發電機的目標轉矩，使得發動機的轉速達到在上述目標發動機工作點設定部設定的發動機的目標轉速；并且根據由上述發動機預熱狀態判斷部判斷出的發動機的預熱狀態更改用于計算電動發電機的目標轉矩的反饋增益。
[0012]本發明可以防止驅動軸的轉矩波動，并且還可以防止燃料消耗增加到超過必需量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]在附圖中:
[0014]圖1是示出根據一實施例的混合動力車輛的控制裝置的系統配置圖；
[0015]圖2是示出根據該實施例的混合動力車輛的控制的框圖；
[0016]圖3是根據該實施例的計算目標電動機轉矩的流程圖；
[0017]圖4是示出根據該實施例的目標驅動轉矩檢索映射的圖表；
[0018]圖5是不出根據該實施例的目標充電/放電功率檢索表的圖表；
[0019]圖6是示出根據該實施例的目標工作點的圖表；
[0020]圖7是示出根據該實施例的啟動時的目標發動機轉矩檢索映射的圖表；
[0021]圖8是根據本發明的實施例的共線圖；
[0022]圖9是示出根據該實施例的常用反饋增益隨時間的變化的圖表；以及
[0023]圖10是示出根據該實施例的反饋增益轉換比檢索表的圖表。
【具體實施方式】
[0024]本發明通過根據發動機的預熱狀態改變用于計算電動發電機的目標轉矩的反饋增益來實現防止驅動軸的轉矩波動并且還防止發動機的燃料消耗增加到超過必需量的目的。
[0025]圖1至圖10示出本發明的一實施例。如圖1中所示，混合動力車輛(下文中稱為車輛)配備有驅動源的控制裝置I。
[0026]控制裝置I包括作為用于輸出轉矩的驅動源的發動機(附圖中用“ENG”表示)的輸出軸3、作為電動發電機(電動機-發電機組)的第一電動發電機4 (附圖中用“MG1”表不)和第二電動發電機5 (附圖中用“MG2”表示)、作為經由輸出傳動單元7連接到驅動輪6的輸出構件的驅動軸8 (附圖中用“OUT”表示)以及連接到發動機2的輸出軸3、第一電動發電機4、第二電動發電機5和驅動軸8的驅動力傳動機構9 (差動齒輪機構)。
[0027]第一電動發電機4包括第一轉子10和第一定子11。第二電動發電機5包括第二轉子12和第二定子13。
[0028]如圖1和圖2中所示，控制裝置I設置有用于控制第一電動發電機4的工作的第一逆變器14、用于控制第二電動發電機5的工作的第二逆變器15和連接到第一逆變器14與第二逆變器15的控制部(ECT) 16。
[0029]第一逆變器14連接到第一電動發電機4的第一定子11。第二逆變器15連接到第二電動發電機5的第二定子13。第一逆變器14和第二逆變器15的每個電源端子連接到電池17 (驅動用的高電壓電池)。電池17可以與第一電動發電機4和第二電動發電機5交換功率。
[0030]控制裝置I使用發動機2、第一電動發電機4和第二電動發電機5的輸出來控制混合動力車輛的驅動。
[0031]驅動力傳動機構9是所謂的四軸式驅動力輸入/輸出裝置。在驅動力傳動機構9中，設置有驅動軸8和發動機2的輸出軸3,設置有在發動機2的一側的第一電動發電機4和在驅動軸8的一側的第二電動發電機5,發動機2的驅動力、第一電動發電機4的驅動力和第二電動發電機5的驅動力結合并輸出到驅動軸8,并且在發動機2、第一電動發電機4、第二電動發電機5和驅動軸8之間交換驅動力。
[0032]也就是說，在驅動力傳動機構9中，包括發動機2、第一電動發電機4、第二電動發電機5和用作輸出構件的驅動軸8的四個元件在圖8中所示的共線圖上以第一電動發電機4 (MG1)、發動機2 (ENG)、作為輸出構件的驅動軸8 (OUT)和第二電動發電機5 (MG2)的順序相連，以構成齒輪機構。
[0033]驅動力傳動機構9包括并聯設置的第一行星齒輪機構18和第二行星齒輪機構19。第一行星齒輪機構18和第二行星齒輪機構19的兩個轉動元件相互連接。
[0034]第一行星齒輪機構18設置有第一太陽輪20、與第一太陽輪20 B齒合的第一小齒輪21、與第一小齒輪21嚙合的第一環形齒輪22、連接到第一小齒輪21的第一支架23和與第一環形齒輪22相連的輸出齒輪24。
[0035]第二行星齒輪機構19設置有第二太陽輪25、與第二太陽輪25嚙合的第二小齒輪26、與第二小齒輪26嚙合的第二環形齒輪27和連接到第二小齒輪26的第二支架28。
[0036]在驅動力傳動機構9中，第一行星齒輪機構18的第一支架23連接到發動機2的輸出軸3。此外，第二行星齒輪機構19的第二支架28連接到第一行星齒輪機構18的第一環形齒輪22和輸出齒輪24。
[0037]第一電動發電機4的第一轉子10經由第一電動機輸出軸29連接到第一太陽輪20。發動機2的輸出軸3連接到第一支架23和第二太陽輪25。驅動軸8經由輸出齒輪24和輸出傳動單元7連接到第一環形齒輪22和第二支架28。第二電動發電機5的第二轉子12經由第二電動機輸出軸30連接到第二環形齒輪27。
[0038]第二電動發電機5可經由第二電動機輸出軸30、第二環形齒輪27、第二支架28、第一環形齒輪22、輸出齒輪24、輸出傳動單元7和驅動軸8連接到驅動輪6，從而僅通過其單獨輸出使車輛行駛。
[0039]也就是說，在驅動力傳動機構9中，第一行星齒輪機構18的第一支架23和第二行星齒輪機構19的第二太陽輪25相互耦合以連接到發動機2的輸出軸3，第一行星齒輪機構18的第一環形齒輪22和第二行星齒輪機構19的第二支架28相互耦合以連接到驅動軸8，第一電動發電機4連接到第一行星齒輪機構18的第一太陽輪20,第二電動發電機5連接到第二行星齒輪機構19的第二環形齒輪27，從而在發動機2、第一電動發電機4、第二電動發電機5和驅動軸8之間交換驅動力。
[0040]如圖2中所示，配置為檢測加速踏板的下壓量作為加速踏板開度的加速踏板開度檢測部31、配置為檢測發動機2的轉速的發動機轉速檢測部32、配置為檢測發動機2的冷卻液溫度作為發動機水溫的水溫檢測部33、配置為檢測車輛的速度作為車速的車速檢測部34和配置為檢測電池17的充電狀態(SOC)的充電狀態檢測部35連接到控制部16。
[0041]如圖2中所示，控制部16設置有發動機預熱狀態判斷部16A、要求驅動力設定部16B和目標發動機工作點設定部16C。
[0042]發動機預熱狀態判斷部16A配置為接收來自水溫檢測部33的輸出信號，以判斷發動機2的預熱狀態。
[0043]要求驅動力設定部16B配置為根據駕駛員的要求設定要求驅動力。
[0044]目標發動機工作點設定部16C配置為計算用于輸出由要求驅動力設定部16B設定的要求驅動力的目標發動機功率和目標充電/放電功率，根據目標發動機功率計算目標發動機工作點，并且根據計算出的目標發動機工作點設定發動機的目標轉速和目標發動機轉矩。
[0045]另外，如圖2中所示，控制部16設置有變更部16D。
[0046]在發動機2啟動時，變更部16D計算使得發動機的轉速成為由目標發動機工作點設定部16C設定的發動機的目標轉速的電動發電機4和5的目標轉矩，并且根據由發動機預熱狀態判斷部16A判斷出的發動機2的預熱狀態改變用于計算電動發電機4和5的目標轉矩的反饋增益。
[0047]通過配置為檢測發動機2的冷卻液的溫度作為發動機2的水溫的水溫檢測部33的輸出信號判斷發動機2的預熱狀態。
[0048]接下來，參照圖3中的流程圖描述本實施例的控制。
[0049]參照圖3中的流程圖，描述計算使發動機的轉速與目標轉速一致的目標電動機轉矩的方法。
[0050]如圖3中所示，當控制部16的程序開始時(步驟A01)，接收加速踏板的開度、車速、電池17的充電狀態(S0C)、發動機的水溫和發動機的轉速作為控制用的各種信號(步驟A02)。
[0051]根據圖4中所示的目標驅動轉矩檢索映射計算對應于車速和加速踏板開度的目標驅動轉矩(步驟A03)。在加速踏板的開度為零的高車速區域中，驅動轉矩被設定為負值，使得驅動轉矩成為對應于發動機制動的減速方向的驅動轉矩。在低車速區域中，驅動轉矩被設定為正值，使得驅動轉矩可以通過爬行轉矩來傳送。
[0052]之后，通過將步驟A03中計算出的目標驅動轉矩乘以車速來計算驅動車輛所需的目標驅動功率(步驟A04)。
[0053]為了將電池17的充電狀態(SOC)控制在正常使用范圍內，根據圖5中所示的目標充電/放電功率檢索表計算目標充電/放電量(步驟A05)。如圖5中所示，在電池17的充電狀態(SOC)低的情況下，增加目標充電功率以防止電池17過放電。在電池17的充電狀態(SOC)高的情況下，增加目標放電功率以防止電池17過充電。為了方便，在圖5中，放電側被歸類為正(+ )值，并且充電側被歸類為負(_)值。
[0054]根據目標驅動功率和目標充電/放電功率計算要從發動機2輸出的目標發動機功率(步驟A06)。要從發動機2輸出的目標發動機功率成為通過將用于充電/放電電池17的目標充電/放電功率與驅動車輛所需的目標驅動功率相加而獲得的值。由于充電側被歸類為負(_)值，所以從目標驅動功率減去目標充電/放電功率來計算目標發動機功率。
[0055]接著判斷發動機2的啟動是否完成(步驟A07)。在本實施例中，例如當發動機轉矩為預定值以上或者發動機轉速為預定值以上時，判斷為發動機2已啟動。
[0056]如果步驟A07為“是”，也就是說，在發動機2的啟動完成的情況下，計算目標發動機工作點(步驟A08)。
[0057]在步驟A08中，根據步驟A06中計算出的目標發動機功率檢索圖6中的目標工作點映射，并且計算目標發動機工作點(發動機的目標轉速和目標發動機轉矩)。
[0058]如圖6中所示，目標工作點映射確定由選擇并連接等功率線上的、包括驅動力傳動機構9、第一電動發電機4和第二電動發電機5的驅動力傳動系統的效率加上發動機的效率得到的總效率最佳的每個功率的點形成的線。因此，目標發動機功率與目標工作線的交叉點成為目標發動機工作點(發動機的目標轉速和目標發動機轉矩)。
[0059]而如果步驟A07為“否”，也就是說，在發動機2的啟動未完成的情況下，計算用于啟動的目標發動機工作點(步驟A09 )。
[0060]在步驟A09中，計算用于發動機啟動的啟動時的目標發動機工作點(發動機的目標轉速和目標發動機轉矩)。
[0061]根據圖7中所示的啟動目標發動機轉矩檢索映射計算啟動時的目標發動機轉矩。如果將啟動時的目標發動機轉矩相對于發動機2的燃料切斷時的摩擦轉矩較大地設定到負側，則在稍后描述的步驟AlO中計算出的目標電動機轉矩基本分量克服發動機2的摩擦，從而增加發動機的轉速。此外，啟動時的發動機的目標轉速被設定為100rpm等。
[0062]在步驟A08的處理之后或者步驟A09的處理之后，根據計算出的目標驅動功率、計算出的目標發動機功率和計算出的目標發動機工作點計算目標電動機轉矩基本分量(步驟A10)。
[0063]在本實施例中，將根據包括表示輸入到驅動力傳動機構9的轉矩平衡的以下等式(等式I)和表示第一電動發電機4和第二電動發電機5產生或消耗的功率等于電池17的充電/放電功率的以下等式(等式2)的聯立等式的計算結果計算出的目標MGl (第一電動發電機)轉矩基本分量和目標MG2 (第二電動發電機)轉矩基本分量設定為目標電動機轉矩基本分量。由于用相對于發動機2的燃料切斷時的摩擦轉矩較大地設定到負側的啟動時的目標發動機轉矩計算目標電動機轉矩基本分量，所以從第一電動發電機4和第二電動發電機5輸出的轉矩克服發動機2的摩擦，從而增加發動機的轉速。
[0064][等式I]
[0065](目標發動機轉矩)+(1+kl) X (目標MGl轉矩基本分量)=k2 X (目標MG2轉矩基本分量)
[0066]kl =MGl-ENG的杠桿比，其中在圖8中ENG-0UT被設定為1，
[0067]k2:0UT-MG2的杠桿比，其中在圖8中ENG-0UT被設定為I。
[0068][等式2]
[0069](目標驅動功率)-(目標發動機功率)=(MGl角速度)X(目標MGl轉矩基本分量)+ (MG2角速度)X (目標MG2轉矩基本分量)
[0070]接著，類似于步驟A07，判斷發動機2是否啟動(步驟Al I)。在本實施例中，在發動機轉矩為預定值以上并且發動機轉速為預定值以上的情況下，判斷發動機2啟動。
[0071]如果步驟All為“是”，也就是說，在發動機2的啟動完成的情況下，計算常用反饋增益(步驟A12)。
[0072]在步驟A12中，設定使發動機的轉速與目標轉速一致的反饋增益。如圖9中所示，該反饋增益被設定為使其從發動機啟動用的反饋增益逐漸轉換為不同于發動機啟動用的反饋增益的常用反饋增益。此外，反饋增益的轉換比采用根據作為表示發動機2是否處于冷機狀態的指數的發動機水溫從反饋增益轉換比檢索表(見圖10)計算出的比。因此，在發動機2的行為相對穩定的充分預熱狀態下，反饋增益被迅速轉換，從而發動機的轉速追隨目標轉速的能力優先。而在發動機2的行為較不穩定的冷機狀態下，反饋增益的轉換被延遲，以抑制發動機2剛剛啟動后第一電動發電機4和第二電動發電機5的高補償，并由此可靠地防止驅動軸8的轉矩波動。另外，由于該反饋增益從發動機啟動用的反饋增益逐漸轉換到常用反饋增益，所以可以防止驅動軸8的轉矩急劇改變，目標電動機轉矩反饋分量不會以階梯狀急劇改變。
[0073]而如果步驟All是“否”，也就是說，在發動機2的啟動未完成的情況下，計算啟動用的反饋增益(步驟A13)。
[0074]在步驟A13中，如圖9中所示，由于發動機啟動用的反饋增益被設定為小于常用反饋增益的值，所以在發動機2剛啟動之后發動機2的行為還不穩定時，第一電動發電機4和第二電動發電機5不立即進行高補償，因此可以防止驅動軸8的轉矩波動。
[0075]在步驟A12的處理之后，或者在步驟A13的處理之后，計算使發動機的轉速與發動機的目標轉速一致的目標電動機轉矩反饋分量(目標MGl轉矩反饋分量和目標MG2轉矩反饋分量)(步驟A14)。
[0076]通過下面的等式3根據發動機的轉速和發動機的目標轉速獲得目標MGl轉矩反饋分量，并且通過下面的等式4考慮到轉矩平衡獲得目標MG2轉矩反饋分量。
[0077][等式3]
[0078](目標MGl轉矩反饋分量)=((發動機的目標轉速)-(發動機的轉速))X(反饋增益)
[0079][等式4]
[0080]klX (目標MGl轉矩反饋分量)=(l+k2) X (目標MG2轉矩反饋分量)
[0081]kl =MGl-ENG的杠桿比，其中在圖8中ENG-0UT被設定為1，
[0082]k2:0UT-MG2的杠桿比，其中在圖8中ENG-0UT被設定為I。
[0083]使用目標電動機轉矩基本分量與目標電動機轉矩反饋分量之和作為目標電動機轉矩控制第一電動發電機4和第二電動發電機5(步驟A15)。然后，該程序返回(步驟A16)。
[0084]也就是說，在本實施例中，該混合動力車輛包括發動機2和電動發電機4和5作為驅動源，并且用于通過電動發電機4和5控制發動機的轉速以使發動機的轉速與目標轉速一致的反饋以預先設定的比，將用于計算目標轉矩的反饋增益逐漸轉換為常用反饋增益。此外,該混合動力車輛包括發動機2和電動發電機4和5作為驅動源，并且通過電動發電機4和5對發動機的轉速進行反饋控制，以使發動機的轉速與目標轉速一致，該混合動力車輛根據發動機的水溫更改轉換常用反饋增益的比。
[0085]利用上述配置，在發動機2的行為相對穩定的充分預熱狀態下，可以根據發動機2的預熱狀態改變反饋增益的轉換定時，可以提高發動機啟動后發動機的轉速立即追隨發動機的目標轉速的能力。而在發動機2的行為較不穩定的冷機狀態下，可以在發動機2啟動之后立即抑制第一電動發電機4和第二電動發電機5的高補償，并因此可以可靠地防止驅動軸8的轉矩波動。另外，由于反饋增益從發動機啟動用的反饋增益逐漸轉換到常用反饋增益，所以可以防止驅動軸8的轉矩急劇改變，不會以階梯狀急劇改變電動機轉矩。
[0086]上文已經描述了本發明的實施例，下面說明每項權利要求中給出的上述實施例的配置。
[0087]首先，在根據權利要求1的發明中，控制部16包括變更部16D，其配置為在發動機2啟動時:計算使得發動機的轉速成為由目標發動機工作點設定部16C設定的發動機的目標轉速的電動發電機4和5的目標轉矩；并且根據由發動機預熱狀態判斷部16A判斷出的發動機2的預熱狀態改變用于計算電動發電機4和5的目標轉矩的反饋增益。
[0088]利用上述配置，由于根據發動機2的預熱狀態改變用于計算電動發電機4和5目標轉矩的反饋增益，所以可以防止驅動軸8的轉矩波動，并且還可以防止發動機2的燃料消耗增加超過必需量。
[0089]另外，在根據權利要求2的發明中，根據來自用于檢測發動機2的冷卻液溫度作為發動機水溫的水溫檢測部33的輸出信號判斷發動機2的預熱狀態。
[0090]因此，不使用專用計算方法或專用檢測部，可以簡化配置。
[0091 ] 根據本發明的控制裝置可以應用于各種車輛。
【權利要求】
1.一種混合動力車輛，其通過驅動力傳動機構將從發動機和電動發電機產生的驅動力輸出到驅動軸，所述混合動力車輛包括控制器，該控制器包括: 發動機預熱狀態判斷部，其用于判斷所述發動機的預熱狀態； 要求驅動力設定部，其用于根據駕駛員的要求對要求驅動力進行設定； 目標發動機工作點設定部，其用于: 計算目標發動機功率和目標充電/放電功率，用于輸出在所述要求驅動力設定部設定的所述要求驅動力； 根據所述目標發動機功率計算目標發動機工作點；并且 根據計算出的目標發動機工作點設定發動機的目標轉速和目標發動機轉矩；以及 變更部，其用于在所述發動機啟動時: 計算所述電動發電機的目標轉矩，使得所述發動機的轉速達到在所述目標發動機工作點設定部設定的所述發動機的目標轉速；并且 根據由所述發動機預熱狀態判斷部判斷出的所述發動機的預熱狀態更改用于計算所述電動發電機的目標轉矩的反饋增益。
2.根據權利要求1所述的混合動力車輛，其中通過水溫檢測部的輸出信號判斷所述發動機的預熱狀態，該水溫檢測部檢測所述發動機的冷卻液溫度作為所述發動機的水溫。
【文檔編號】B60W10/06GK104044576SQ201410085680
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2013年3月12日
【發明者】田川雅章, 曾布川靖 申請人:鈴木株式會社