本發明涉及一種混合動力車輛系統。
背景技術:
已知有一種具有發動機和驅動馬達作為車輛的驅動源的混合動力車輛。以往的多數車輛配備有如下的機械式油泵,即該機械式油泵通過發動機的輸出扭矩而被驅動并產生供應到自動變速裝置內的離合器和/或變速機構等的油壓。這樣的機械式油泵中,在發動機處于停止狀態時,如果不將工作油供應到自動變速裝置,則油壓不會上升。因此,在混合動力車輛中存在如下的系統:為了在發動機停止的狀態下,可以僅利用從驅動馬達輸出的扭矩而啟動車輛,配備有用于確保自動變速裝置內的工作油的油壓的電動式油泵。
例如,在專利文獻1和2中,公開了如下的混合動力車輛:除了配備利用發動機的輸出扭矩而產生油壓的第一液壓泵以外,還配備有被控制裝置控制且連接到油泵用電動馬達的第二液壓泵。這樣的混合動力車輛中,雖然在發動機停止時第一液壓泵停止,但是由于第二液壓泵被驅動,因此可以確保預定的油壓。
此外,在專利文獻3中公開了如下的混合動力車輛:除了配備連接到變速機構的輸入軸而被驅動的機械式第一液壓泵之外,還配備有通過能夠利用輔助用車載電池驅動的馬達而被驅動的電動式的第二液壓泵。這樣的混合動力車輛中,在車輛停止時和/或車輛低速行駛時等,在借助機械式第一液壓泵產生的油壓不足夠的情況下,驅動第二液壓泵而確保預定的油壓。
現有技術文獻
專利文獻1:特開平10-324177號公報
專利文獻2:特開2014-180965號公報
專利文獻3:特開2003-294124號公報
技術實現要素:
然而,在專利文獻1~3中記載的混合動力車輛所配備的電動式第二液壓泵都是僅在發動機停止時、車輛停止時或者車輛以低速行駛時油壓不足夠的情況下被驅動的泵。即,電動式的第二液壓泵在車輛使用時的多數期間內完全不起作用,未得到有效的利用。為了持續地產生油壓,用于驅動液壓泵的馬達被要求預定程度的連續額定輸出(例如4~5kw),但是盡管使用期間被限制,但將這種馬達搭載于車輛是低效的。
本發明鑒于上述問題而提出,本發明的目的在于,提供一種無需僅為了驅動油泵而配備的馬達,并且在發動機和/或車輛停止時也能夠確保自動變速裝置內的油壓的新型的改良后的混合動力車輛系統。
為了解決問題,根據本發明的觀點,提供混合動力車輛系統,其包括:發動機,其能夠輸出向驅動輪傳遞的扭矩;第一馬達發馬達,其連設于發動機且能夠輸出向驅動輪傳遞的扭矩;變速機構,其對從發動機和第一馬達發電機中的至少一方輸出的扭矩以預定的變速比進行變換;傳動離合器,其能夠切換在第一馬達發電機與變速機構之間的動力傳遞與否;第二馬達發電機,其能夠輸出在開放了傳動離合器的狀態下向驅動輪傳遞的扭矩;以及油泵,其連接到第一馬達發電機的馬達軸而通過馬達軸的旋轉被驅動。
也可以具備能夠切換在發動機與第一馬達發電機之間的動力傳遞與否的發動機離合器。
發動機離合器可以設置在第一馬達發電機的內部。
第二馬達發電機可以連接到變速機構的輸入側。
第二馬達發電機可以連接到變速機構的輸出側。
在變速機構與第二馬達發電機之間,可以具備能夠切換動力傳遞與否的輸出側傳動離合器。
傳動離合器、發動機離合器或輸出側傳動離合器可以是在供應的油壓上升時被締結的離合器。
在將油泵設為第一油泵時,可以具備連接到發動機的曲軸,并通過發動機的輸出扭矩被驅動的第二油泵。
混合動力車輛系統可以具備控制混合動力車輛系統的控制裝置,且控制裝置能夠執行如下模式:混合動力行駛模式,通過發動機的輸出扭矩和第一馬達發電機及第二馬達發電機中的至少一方的輸出扭矩驅動驅動輪;馬達行駛模式,通過第一馬達發電機和第二馬達發電機中的至少一方的輸出扭矩驅動驅動輪。
控制裝置在執行僅通過從第二馬達發電機輸出的扭矩驅動驅動輪的單馬達ev行駛模式期間,可以使傳動離合器開放,并利用第一馬達發電機的輸出扭矩驅動油泵。
在啟動發動機時,控制裝置可以在使傳動離合器開放了的狀態下,利用第一馬達發電機的輸出扭矩使發動機開動,而啟動發動機。
控制裝置可以在執行通過從第一馬達發電機和第二馬達發電機輸出的扭矩驅動驅動輪的雙馬達ev行駛模式的期間,使能夠切換在發動機與第一馬達發電機之間的動力傳遞與否的發動機離合器開放。
根據上文中說明的本發明,無需僅為了驅動油泵而配備的馬達,并且在發動機和/或車輛停止時也能夠確保油壓。
附圖說明
圖1是示出本發明的實施方式涉及的混合動力車輛系統的構成例的示意圖。
圖2是示出該實施方式涉及的混合動力車輛系統的行駛模式的示例的說明圖。
圖3是示出行駛模式切換用繪圖的一個示例的說明圖。
圖4是示出在發動機行駛模式下,處于加速時的混合動力車輛系統的狀態的說明圖。
圖5是示出在借助第一馬達發電機的單馬達ev行駛模式中,處于加速時的混合動力車輛系統的狀態的說明圖。
圖6是示出在借助第二馬達發電機的單馬達ev行駛模式中,處于加速時的混合動力車輛系統的狀態的說明圖。
圖7是示出在雙馬達ev行駛模式中,處于加速時的混合動力車輛系統的狀態的說明圖。
圖8是示出在混合動力行駛模式中,處于加速時的混合動力車輛系統的狀態的說明圖。
圖9是示出啟動發動機而從馬達行駛模式切換到混合動力行駛模式時的混合動力車輛系統的狀態的說明圖。
圖10是示出參考例涉及的混合動力車輛系統的說明圖。
圖11是示出參考例涉及的混合動力車輛系統的工作狀態的時序圖。
圖12是示出該實施方式涉及的混合動力車輛系統的工作狀態的時序圖。
圖13是示出變形例涉及的混合動力車輛系統的構成例的示意圖。
符號說明
1:混合動力車輛系統
5:自動變速裝置
10:發動機
15:油泵(機械式)
20:第一馬達發電機
25:油泵(電動式)
30:cvt
40:第一傳動離合器(前進后退切換離合器)
50:第二馬達發電機
61:發動機離合器
63:第二傳動離合器
70、75:驅動輪
90:逆變器(inverter)
95:高壓電池
100:混合動力控制單元(混合動力ecu)
200:發動機控制單元(發動機ecu)
300:變速器控制單元(變速器ecu)
400:馬達控制單元(馬達ecu)
500:電池控制單元(電池ecu)
具體實施方式
以下,參照附圖對本發明的優選實施方式進行詳細的說明。需要說明的是,在本說明書及附圖中,針對具有實質上相同的功能構成的構成要素,使用相同的符號而省略重復的說明。
<1.混合動力車輛系統的基本構成>
首先,參照圖1對本發明的實施方式涉及的混合動力車輛系統1的基本構成進行說明。
圖1示出混合動力車輛系統1的構成例。這樣的混合動力車輛系統1是如下混合動力車輛系統:包括發動機10、第一馬達發電機20、第二馬達發電機50,能夠將發動機10、第一馬達發電機20及第二馬達發電機50并用作為驅動源。在這樣的混合動力車輛系統1中,行駛模式可以被切換成發動機行駛模式、單馬達ev行駛模式、雙馬達ev行駛模式及混合動力行駛模式,并控制車輛的驅動力。
在本實施方式的混合動力車輛系統1中,發動機行駛模式是通過從發動機10輸出的扭矩驅動車輛的模式。單馬達ev行駛模式是通過從第一馬達發電機20或第二馬達發電機50輸出的扭矩而驅動車輛的模式。雙馬達ev行駛模式是通過從第一馬達發電機20及第二馬達發電機50輸出的扭矩驅動車輛的模式。混合動力行駛模式是通過從第一馬達發電機20及第二馬達發電機50中的至少一方輸出的扭矩及從發動機10輸出的扭矩驅動車輛的模式。
發動機10是將汽油等作為燃料而生成扭矩的內燃機,具有作為輸出軸的曲軸11。曲軸11延伸設置于自動變速裝置5內。另外,曲軸11通過齒輪組13連接到油泵15。機械式油泵15通過發動機10的曲軸11的旋轉而被驅動,向自動變速裝置5供應工作油。被供應到自動變速裝置5的工作油通過閥單元80而被供應到作為自動變速機構的無級變速機構(cvt:continuouslyvariabletransmission)30及各離合器。
另外,這樣的油泵15也可以通過未圖示的齒輪機構而連接到前輪側輸出軸53、后輪側輸出軸73、cvt30的主軸33或副軸37。在油泵15連接到前輪側輸出軸53或后輪側輸出軸73的情況下,油泵15也可以通過驅動輪70、75的旋轉而被驅動。在油泵15連接到主軸33或副軸37的情況下,在第二傳動離合器63締結的期間內,油泵15也可以通過驅動輪70、75的旋轉而被驅動。在本實施方式的混合動力車輛系統1中,油泵15連接到曲軸11及前輪側輸出軸53,并通過曲軸11或前輪側輸出軸53中的轉速高的一方的旋轉而被驅動。
自動變速裝置5包括:第一馬達發電機20、第二馬達發電機50、cvt30、發動機離合器61、作為第一傳動離合器的前進后退切換離合器40、第二傳動離合器(輸出側傳動離合器)63、轉換離合器65。閥單元80具有電磁閥等多個控制閥,并被變速器控制裝置(變速器ecu)300控制。變速器ecu300根據cvt30或各離合器的工作要求而控制上述多個控制閥,從而可以調節被供應到各工作部的工作油的流量,并調節油壓。
發動機10和第一馬達發電機20隔著發動機離合器61而排列。在發動機10的曲軸11及第一馬達發電機20的馬達軸21之間,設置有用于將曲軸11與馬達軸21之間締結或開放的發動機離合器61。在發動機離合器61處于締結狀態時,可以在曲軸11和馬達軸21之間傳遞動力。例如,發動機離合器61可以在油壓小的情況下被開放,并在油壓上升時締結。由此,在馬達行駛模式中,可以減少用于使油壓上升的電力。
本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,在第一馬達發電機20的內部設置有發動機離合器61,第一馬達發電機20和發動機離合器61一體化。由此,可以減小沿著曲軸11或馬達軸21的軸方向的自動變速裝置5的寬度,可以節省空間。例如,通過在作為第一馬達發電機20的中央部的轉子及定子的內側設置空間,并在該空間內設置發動機離合器61,可以實現這樣的結構。
第一馬達發電機20例如是三相交流式馬達,并通過逆變器90連接到高壓電池95。第一馬達發電機20具有如下功能:利用高壓電池95的電力被驅動(供電驅動)而生成車輛的驅動力的作為驅動馬達的功能;利用發動機10的輸出扭矩被驅動并發電的作為發電機的功能;在車輛減速時被再生驅動而利用驅動輪70、75的動能發電的作為發電機的功能。進而,第一馬達發電機20兼具如下功能:使發動機10啟動或停止的作為啟動馬達的功能;使連接到馬達軸21的油泵25旋轉驅動的作為驅動馬達的功能。
在使第一馬達發電機20作為啟動馬達、驅動馬達或油泵25的驅動馬達起作用的情況下,逆變器90將從高壓電池95供應的直流電力轉換成交流電力,并驅動第一馬達發電機20。另外,在使第一馬達發電機20作為發電機起作用的情況下,逆變器90將由第一馬達發電機20產生的交流電力轉換成直流電力而對高壓電池95充電。
如上所述,在本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,不通過變矩器,而是通過發動機離合器61在曲軸11與馬達軸21之間傳遞動力。因此,在不從發動機10輸出扭矩的期間,通過使第一馬達發電機20和發動機10完全分離,而防止發動機10消耗第一馬達發電機20的輸出扭矩。因此,在從第一馬達發電機20輸出扭矩的情況下,或者在使第一馬達發電機20再生驅動的情況下,可以抑制第一馬達發電機20的工作效率的降低。
在第一馬達發電機20的馬達軸21組裝有齒輪式的油泵25。馬達軸21隨著發動機10的旋轉或第一馬達發電機20的旋轉而旋轉,由此油泵25被驅動,向閥單元80供應工作油。這樣的油泵25構成為通過第一馬達發電機20驅動的電動式油泵。因此,即使在發動機10停止了的狀態下,也可以通過第一馬達發電機20的輸出扭矩驅動油泵25,向閥單元80供應油壓。
第一馬達發電機20的馬達軸21通過前進后退切換離合器40而連設到cvt30的主軸33。前進后退切換離合器40包括行星齒輪(planetarygear)41、前進離合器43及后退制動器45。通過控制前進離合器43和后退制動器45,可以轉換主軸33的旋轉方向。通過使后退制動器45開放,并使前進離合器43締結,使第一馬達發電機20的馬達軸21直接連接到主軸33。由此,發動機10或第一馬達發電機20的輸出扭矩通過前進離合器43傳遞到主軸33,主軸33向正轉方向旋轉,車輛可以前進行駛。
另外,通過使前進離合器43開放,并使后退制動器45締結,使馬達軸21通過行星齒輪41連接到主軸33。由此,發動機10或第一馬達發電機20的輸出扭矩通過行星齒輪41傳遞到主軸33,主軸33向逆轉方向旋轉,車輛可以后退行駛。進而,通過使前進離合器43和后退制動器45都開放,前進后退切換離合器40成為不向主軸33傳遞發動機10或第一馬達發電機20的動力的中性狀態。在本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,這樣的前進后退切換離合器40相當于轉換馬達軸21和主軸33之間的動力傳遞與否的第一傳動離合器。前進離合器43及后退制動器45也可以在油壓較小的情況下開放,并隨著油壓上升而締結。由此,可以在馬達行駛模式中減少用于油壓的上升的電力。
cvt30具有主軸33以及與所述主軸33平行地設置的副軸37。主輪31固定于主軸33,并且次輪35固定于副軸37。在主輪31和次輪35纏繞有包括帶(belt)或鏈條(chain)的卷掛式動力傳遞部件36。cvt30,通過改變主輪31和次輪35上的動力傳遞部件36的卷掛半徑而改變滑輪比,從而在主軸33和副軸37之間傳遞以與車輛的行駛狀態相應的變速比變換的扭矩。
副軸37通過齒輪組39和第二傳動離合器63而連接到前輪側輸出軸53。第二傳動離合器63相當于輸出側傳動離合器。第二傳動離合器63相當于輸出側傳動離合器。前輪側輸出軸53通過未圖示的減速齒輪及驅動軸而連設到前輪(驅動輪),使通過前輪側輸出軸53輸出的驅動力能夠傳遞到驅動輪70、75。
第二馬達發電機50通過齒輪組51連接到前輪側輸出軸53。第二馬達發電機50通過發動機離合器61、前進后退切換離合器40和第二傳動離合器63而連設到發動機10。第二馬達發電機50與第一馬達發電機20同樣是三相交流式的馬達,通過逆變器90連接到高壓電池95。第二馬達發電機50具有如下功能:利用高壓電池95的電力被驅動(供電驅動)而生成車輛的驅動力的作為驅動馬達的功能;以及在車輛減速時被再生驅動而利用驅動輪70、75的動能發電的作為發電機的功能。
在使第二馬達發電機50作為驅動馬達起作用的情況下,逆變器90將從高壓電池95供應的直流電力轉換成交流電力,并驅動第二馬達發電機50。另外,在使第二馬達發電機50作為發電機起作用的情況下,逆變器90將由第二馬達發電機50產生的交流電力轉換成直流電力而對高壓電池95充電。第二馬達發電機50的額定輸出和第一馬達發電機20的額定輸出可以相同,也可以不同。
第二傳動離合器63將副軸37與前輪側輸出軸53之間締結或開放。在第二傳動離合器63處于締結狀態時,可以在副軸37和前輪側輸出軸53之間傳遞動力。另一方面,在第二傳動離合器63處于開放狀態時,cvt30與前輪側輸出軸53分離。即,在第二傳動離合器63處于開放狀態時,不僅發動機10及第一馬達發電機20從前輪側輸出軸53分離,而且cvt30也從前輪側輸出軸53分離。因此,在借助第二馬達發電機50的驅動控制中,可以減少自動變速裝置5內的必要油壓,燃料成本變得有利。例如,第二傳動離合器63也可以在油壓小的情況下被開放,并在油壓上升時締結。由此,可以在馬達行駛模式中減少用于使油壓上升的電力。
另外,后輪側輸出軸73通過齒輪組71和轉換離合器65連接到前輪側輸出軸53。后輪側輸出軸73通過未圖示的傳動軸、減速齒輪及驅動軸連設到驅動輪75,使得通過后輪側輸出軸73輸出的扭矩可以傳遞到驅動輪75。轉換離合器65轉換向后輪側輸出軸73的扭矩傳遞的與否。在轉換離合器65處于締結的狀態時,驅動力也被傳遞到后輪側輸出軸73,混合動力車輛處于4輪驅動模式。另外,在轉換離合器65處于開放的狀態時,驅動力只被傳遞到前輪側輸出軸53,混合動力車輛成為前輪驅動模式。
<2.電子控制系統的構成例>
以下,對圖1中示出的混合動力車輛系統1的電子控制系統的構成例進行說明。
在混合動力車輛系統1中,發動機10被發動機控制單元(發動機ecu)200控制。自動變速裝置5被變速器控制單元(變速器ecu)300控制。第一馬達發電機20及第二馬達發電機50被馬達控制單元(馬達ecu)400控制。這些發動機ecu200、變速器ecu300及馬達ecu400連接到對整個系統進行綜合控制的混合動力控制單元(混合動力ecu)100。混合動力ecu向發動機ecu200、變速器ecu300及馬達ecu400輸出控制指令,進行車輛的行駛控制或者高壓電池95的充電控制。
各ecu包括微電腦及各種接口或周邊設備等而構成。各ecu例如可以通過can(controllerareanetwork)等通信線以雙向通信的方式連接,并互相交換控制信息和/或關于控制對象的各種信息。以下,對各ecu的功能進行簡要的說明。
發動機ecu200從混合動力ecu100接受控制指令,并基于通過發動機10所配備的各種傳感器檢測的信息而計算節氣門開度、點火時期以及燃料噴射量等控制量。發動機ecu200基于算出的控制量而驅動節氣門閥、火花塞及燃料噴射閥等,并控制發動機10以使得發動機10的輸出成為控制指令值。
馬達ecu400從混合動力ecu100接受控制指令,并通過逆變器90分別控制第一馬達發電機20或第二馬達發電機50。馬達ecu400基于第一馬達發電機20或第二馬達發電機50的轉速和/或電壓、電流等信息而向逆變器90輸出電流指令和/或電壓指令,并分別控制第一馬達發電機20或第二馬達發電機50以使得第一馬達發電機20或第二馬達發電機50的輸出成為控制指令值。
變速器ecu300接受來自混合動力ecu100的控制指令而決定cvt30的變速比,并將輸入的扭矩控制成與運轉狀態相應的合適的變速比。變速器ecu300例如控制設置于主輪31和次輪35的未圖示的液壓室內的壓力,并通過調整動滑輪的位置而調節滑輪寬度,由此控制cvt300的變速比。另外,變速器ecu300從混合動力ecu100接受控制指令,進行發動機離合器61、前進后退切換離合器40及第二傳動離合器63的斷接控制,由此進行行駛模式的切換。變速器ecu300例如通過控制供應至各離合器的油壓而控制各離合器的斷接。
在本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,變速器ecu300通過控制配備于閥單元80的控制閥而調節被供應至cvt30或各離合器的油壓。需要說明的是,用于調節向cvt30和各離合器供應的油壓的控制閥可以不用集中配備于閥單元80,例如,可以在從油室(galleryroom)向各工作部分配的工作油的油路的途中分別設置控制閥。
<3.行駛模式>
接下來,對本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中可執行的行駛模式進行說明。圖2示出本實施方式涉及的混合動力車輛系統1的行駛模式的一示例。圖3示出用于選擇行駛模式的繪圖的一示例。需要說明的是,在以下說明中,將前進后退切換離合器40稱為第一傳動離合器。另外,以下的說明是以轉換離合器65被締結的4輪驅動模式控制車輛的情形的例子,在前輪驅動模式的情況下,不進行向后輪75的驅動力或者再生制動力的傳遞。
如圖3所例示,在本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,在車輛的行駛所需的馬力(車速v×要求驅動力tr_tgt)較小的情況下,選擇單馬達ev行駛模式。另外,隨著需要的馬力變大,依次向雙馬達ev行駛模式、混合動力行駛模式轉換。但是,圖3中示出的繪圖僅僅是一示例,可選擇各行駛模式的區域可以適宜設定。
需要說明的是,在混合動力車輛系統1中,為了抑制用于發動機10的驅動的燃料的消耗量,發動機行駛模式僅在無法對第一馬達發電機20及第二馬達發電機50供電控制的情況下可被選擇。
(3-1.發動機行駛模式)
如圖2所示,在發動機行駛模式中,發動機ecu200使發動機10驅動。變速器ecu300使發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63全部締結,并使來自發動機10的輸出扭矩傳遞到cvt30。通過使發動機10驅動,油泵15被驅動,可以確保自動變速裝置5內的油壓。另外,變速器ecu300將在cvt30中從發動機10輸出的扭矩轉換成預定的變速比,并使其傳遞到前輪側輸出軸53。
圖4示出在發動機行駛模式中進行加速時的混合動力車輛系統1的工作狀態。在發動機行駛模式中,在車輛加速時,發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63都被締結,從發動機10輸出的扭矩通過cvt30被轉換成預定的變速比,傳遞到驅動輪70、75。在發動機行駛模式中,油泵15及油泵25被驅動,確保自動變速裝置5內的油壓。
在發動機行駛模式中,馬達ecu400將第一馬達發電機20設為0扭矩狀態,或者,馬達ecu400使用從發動機10輸出的扭矩的一部分進行第一馬達發電機20的發電控制。另外,馬達ecu400將第二馬達發電機50設為0扭矩狀態。進而,馬達ecu400在車輛減速期間使第一馬達發電機20及第二馬達發電機50中的至少一方再生驅動,利用車輛的動能使第一馬達發電機20及第二馬達發電機50發電。
另外,在車輛于發動機行駛模式在行駛中減速時,例如,變速器ecu300開放第二傳動離合器63,且馬達ecu400使第二馬達發電機50再生驅動,由此生成再生制動力。或者,第二傳動離合器63保持著被締結的狀態,馬達ecu400也可以使第一馬達發電機20再生驅動。在第一馬達發電機20被再生驅動的情況下,變速器ecu300也可以開放發動機離合器61。在這種狀態下,在高壓電池95的剩余容量soc較低的情況下,馬達ecu400也可以利用從發動機10輸出的剩余的扭矩進行第一馬達發電機20的發電控制。
(3-2.單馬達ev行駛模式)
(3-2-1.第一單馬達ev行駛模式)
如圖2所示,在借助第一馬達發電機20的單馬達ev行駛模式(以下,稱為“第一單馬達ev行駛模式”)中,變速器ecu300使發動機離合器61開放,并使第一傳動離合器40及第二傳動離合器63締結。另外,馬達ecu400使第一馬達發電機20被供電驅動,將從第一馬達發電機20輸出的扭矩通過cvt30傳遞到驅動輪70、75。
圖5示出在第一單馬達ev行駛模式中進行加速時的混合動力車輛系統1的狀態。在第一單馬達ev行駛模式中,在車輛加速時,發動機離合器61被開放,且第一傳動離合器40及第二傳動離合器63被締結。另外,從第一馬達發電機20輸出的扭矩通過cvt30被轉換成預定的變速比,并被傳遞到驅動輪70、75。在第一單馬達ev行駛模式中,由于第一馬達發電機20被驅動,且油泵25被驅動,所以即使發動機10停止,且車輛處于停止狀態,也可以確保自動變速裝置5內的油壓。因此,能夠使發動機10保持著停止而在第一單馬達ev行駛模式中啟動車輛。
第一單馬達ev行駛模式中,在車輛減速時,馬達ecu400使第一馬達發電機20再生驅動,利用車輛的動能使第一馬達發電機20發電。此外,馬達ecu400使第二馬達發電機50處于0扭矩狀態。或者,馬達ecu400也可以在車輛減速時,使第二馬達發電機50再生驅動。在第一馬達發電機20和前輪側輸出軸53之間,夾設有第二傳動離合器63、cvt30及第一傳動離合器40,所以可通過使第二馬達發電機50的再生驅動優先,提高再生發電效率。
需要說明的是,在第一單馬達ev行駛模式中,在高壓電池95的剩余容量soc較低的情況下,為了利用從發動機10輸出的扭矩使第一馬達發電機20發電,而轉換到其他行駛模式。
(3-2-2.第二單馬達ev行駛模式)
如圖2所示,在借助第二馬達發電機50的單馬達ev行駛模式(以下稱為“第二單馬達ev行駛模式”)中,變速器ecu300將發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63都開放。此外,馬達ecu400使第二馬達發電機50供電驅動,并使從第二馬達發電機50輸出的扭矩傳遞到驅動輪70、75。此外,車輛在第二單馬達ev行駛模式中減速時,第二馬達發電機50被再生驅動,生成再生制動力。
圖6示出在借助第二馬達發電機50的單馬達ev行駛模式中加速時的混合動力車輛系統1的工作狀態。第二單馬達ev行駛模式中,在車輛加速時,發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63都被開放,并且發動機10及第一馬達發電機20從驅動輪70、75分離。因此,通過控制從第二馬達發電機50輸出的扭矩,調節傳遞到驅動輪70、75的驅動力。
第二單馬達ev行駛模式中,馬達ecu400使第一馬達發電機20驅動。由此,即使油泵25被驅動,且發動機10停止,也可以確保自動變速裝置5內的油壓。第二單馬達ev行駛模式中,由于使第一傳動離合器40及第二傳動離合器63開放,所以通過根據需要使第一馬達發電機20或發動機10驅動而使油泵25或油泵15驅動,可以確保自動變速裝置5內的油壓。尤其是,第二單馬達ev行駛模式中,也能夠使發動機10保持著停止而通過使第一馬達發電機20驅動來啟動車輛。
需要說明的是,在混合動力車輛系統1中,在具有連接到驅動輪70、75的機械式油泵的情況下,在車輛行駛的期間,上述油泵被驅動,可以確保自動變速裝置5內的油壓。因此,在具有這樣的油泵的情況下,車輛在第二單馬達ev行駛模式中行駛的期間,馬達ecu400也可以使第一馬達發電機20處于0扭矩狀態。
此外,第二單馬達ev行駛模式中,在高壓電池95的剩余容量soc較低的情況下,也可以變速器ecu300使發動機離合器61締結,并且發動機ecu200驅動發動機10,并且馬達ecu400利用從發動機10輸出的扭矩進行第一馬達發電機20的發電控制。此外,在高壓電池95的剩余容量soc較低的情況下,馬達ecu400也可以利用發動機10的輸出扭矩進行第一馬達發電機20的發電控制。發動機ecu200基本使發動機10停止,但是在第一馬達發電機20進行發電控制時,使發動機10驅動。在使第一馬達發電機20發電的情況下,變速器ecu300使發動機離合器61締結。
本實施方式涉及的混合動力車輛系統1在第二單馬達ev行駛模式中,使發動機10、第一馬達發電機20及cvt30從驅動輪70、75分離,可以僅用第二馬達發電機50驅動驅動輪70、75。在此情況下,在將從第二馬達發電機50輸出的扭矩傳遞到驅動輪70、75時,不經過cvt30,可以減小用于確保自動變速裝置5內的油壓的扭矩,燃料成本變得有利。
(3-3.雙馬達ev行駛模式)
如圖2所示,雙馬達ev行駛模式中,變速器ecu300使發動機離合器61開放,并使第一傳動離合器40及第二傳動離合器63締結。此外,馬達ecu400停止第一馬達發電機20及第二馬達發電機50的輸出,并且使第一馬達發電機20及第二馬達發電機50分別供電驅動。并且,變速器ecu300使從第一馬達發電機20輸出的扭矩由cvt30轉換成預定的變速比而傳遞到前輪側輸出軸53,并與第二馬達發電機50的輸出扭矩一起傳遞到驅動輪70、75。
圖7示出雙馬達ev行駛模式中的加速時的混合動力車輛系統1的工作狀態。雙馬達ev行駛模式中,在車輛加速時,發動機離合器61被開放,并且第一傳動離合器40及第二傳動離合器63被締結。因此,通過控制從第一馬達發電機20及第二馬達發電機50輸出的扭矩,而調節被傳遞到驅動輪70、75的驅動力。
雙馬達ev行駛模式中,在車輛減速時,馬達ecu400使第一馬達發電機20及第二馬達發電機50中的至少一方再生驅動,利用車輛的動能使其發電。在雙馬達ev行駛模式的情況下,發動機離合器61始終被開放,且發動機10被停止。在雙馬達ev行駛模式中,第一馬達發電機20被驅動,且油泵25被驅動,因此即使發動機10停止,也可以確保自動變速裝置5內的油壓。
需要說明的是,在雙馬達ev行駛模式中,在高壓電池95的剩余容量soc較低的情況下,為了利用從發動機10輸出的扭矩而使第一馬達發電機20發電,而轉換到其他行駛模式。
(3-4.混合動力行駛模式)
如圖2所示,混合動力行駛模式中,變速器ecu300使發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63都締結。發動機ecu200使發動機10驅動,并使驅動力傳遞到驅動輪70、75。此外,馬達ecu400例如使第一馬達發電機20及第二馬達發電機50中的至少一方供電驅動,輔助驅動輪70、75的驅動。此時,變速器ecu300將被傳遞到cvt30的扭矩轉換成預定的變速比而傳遞到前輪側輸出軸53,并與第二馬達發電機50的輸出扭矩一起傳遞到驅動輪70、75。
圖8示出混合動力行駛模式中的加速時的混合動力車輛系統1的工作狀態。混合動力行駛模式中,在車輛加速時,發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63都被締結。因此,以從發動機10輸出的扭矩進一步補充從第一馬達發電機20及第二馬達發電機50中的至少一方輸出的扭矩,調節被傳遞到驅動輪70、75的驅動力。
混合動力行駛模式中,在車輛減速時,馬達ecu400使第一馬達發電機20及第二馬達發電機50中的至少一方再生驅動,利用車輛的動能而發電。此外,混合動力行駛模式中,在高壓電池95的剩余容量soc較低的情況下,馬達ecu400也可以利用從發動機10輸出的剩余的輸出而進行第一馬達發電機20的發電控制。在混合動力行駛模式中,由于至少發動機10被驅動,油泵15及油泵25被驅動,所以可以確保自動變速裝置5內的油壓。
(3-5.發動機啟動時)
本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,不具備在發動機10的啟動時及停止時對曲軸11提供扭矩的啟動馬達,而使用第一馬達發電機20進行發動機10的啟動時及停止時的控制。
圖9示出啟動發動機10時的混合動力車輛系統1的工作狀態。圖9示出從單馬達ev行駛模式或雙馬達ev行駛模式轉換到混合動力行駛模式時的發動機10的啟動時的狀態。在啟動發動機10時,第一傳動離合器40及第二傳動離合器63被開放,且發動機離合器61被締結。在此狀態下,可以通過驅動第一馬達發電機20而使發動機10被開動,從而啟動發動機10。
在從馬達行駛模式轉換到混合動力行駛模式時,由于自動變速裝置5內的油壓被確保,所以能夠轉換發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63的斷開接通。
需要說明的是,在從混合動力行駛模式轉換到單馬達ev行駛模式或雙馬達ev行駛模式時,即使在停止發動機10的情況下,混合動力車輛系統1也會變成與圖9相同的狀態。并且,通過將第一馬達發電機20控制在預定的輸出,能夠邊控制發動機10的轉速邊停止發動機10。由此,可以減小發動機10停止時的振動和/或噪音。
<4.時序圖>
接下來,對搭載有本實施方式涉及的混合動力車輛系統1的車輛在行駛時的發動機10、第一馬達發電機20、第二馬達發電機50、發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63的使用狀態的變化進行說明。以下,在說明表示與本實施方式涉及的混合動力車輛系統1不同的參考例的系統的使用狀態的時序圖之后,對表示本實施方式涉及的混合動力車輛系統1的使用狀態的時序圖進行說明。
圖10是表示參考例涉及的混合動力車輛系統801的示意圖。參考例的混合動力車輛系統801,沒有配備與第一馬達發電機20相當的馬達發電機以及與可通過第一馬達發電機20驅動的油泵25相當的油泵。作為代替,發動機810中具有啟動發電機817,并且設置有用于在發動機810停止時確保自動變速裝置805內的油壓的電動式油泵825。此外,在參考例的混合動力車輛系統801中,代替發動機離合器61而配備有變矩器820,在發動機810運轉時,始終向第一傳動離合器840的輸入側傳遞動力。
圖11是示出搭載有參考例涉及的混合動力車輛系統的車輛在行駛時的加速器開度acc、電動式油泵的輸出(eop)825、啟動發電機的輸出(isg)817、馬達發電機的輸出(mg)850、車速(v)、發動機810的輸出及傳動離合器(第一傳動離合器840及第二傳動離合器863)的狀態變化的時序圖。此外,參考例涉及的混合動力車輛系統801中,油泵815通過發動機810的旋轉及驅動輪870、875的旋轉而被驅動,在自動變速裝置805內產生油壓。
首先,在制動器開啟的狀態且加速器開度acc為0、并且車速v為0的狀態(~時刻t0)下,傳動離合器840被開放,并且電動式油泵825、啟動發電機817、馬達發電機850及發動機810都處于停止狀態。在這種狀態下,在自動變速裝置805內不產生油壓。
如果制動器在時刻t0被關閉,則在時刻t1,電動式油泵825及馬達發電機850的驅動開始。通過使電動式油泵825被驅動,即使發動機810處于停止的狀態,也會在自動變速裝置805內產生油壓。為了確保自動變速裝置805內的油壓,電動式油泵825例如被要求5kw的連續額定輸出。此外,即使致動器被設為了關閉,由于加速器開度保持0%直到時刻t2,因此馬達發電機850的輸出較小,車輛成為緩行狀態。
接下來,若加速器開度acc在時刻t2開始上升,則馬達發電機850的輸出從時刻t3開始上升,使車速v開始上升。此外,由于車輛出發而通過驅動輪870、875的旋轉使油泵815被驅動而產生油壓,因此,在時刻t3,電動式油泵825被停止。
接下來,加速器開度acc在時刻t4進一步上升,例如如果加速器開度acc超過10%,則在時刻t5,馬達發電機850的輸出進一步上升,并且啟動發電機817工作,而使發動機810開始開動(cranking)。此時的啟動發電機817的輸出需要較大的輸出,成為10kw。
并且,在完成了發動機810的啟動的時刻t6,借助啟動發電機817的開動結束,且傳動離合器840被締結,從而開始將從發動機810輸出的扭矩傳遞到驅動輪870、875。由此,發動機810的輸出由馬達發電機850的輸出補充,且驅動輪870、875被驅動。在發動機810的啟動完成了之后,啟動發電機817轉換到發電模式。發電模式中的啟動發電機817的輸出為0.1kw左右,只使用啟動發電機817的額定輸出中的微小部分。
接下來,如果加速器開度acc在時刻t7回到0%,則在時刻t8,傳動離合器840被開放,并使發動機810成為怠速狀態,馬達發電機850的輸出逐漸減少。由此,車輛成為滑行狀態并逐漸減速。并且,在時刻t9,為了補充由于車速v的減小而導致的自動變速裝置805內的油壓的降低,而再次驅動電動式油泵825。
接下來,如果制動器在時刻t10被開啟,則在時刻t11,馬達發電機850被再生驅動,生成車輛的再生制動力。此外,啟動發電機817向曲軸811提供制動力,控制發動機810的轉速,并且停止發動機810。并且,在發動機810停止后的時刻t12,啟動發電機817的驅動也被停止。并且,如果車輛在時刻t13停止,則電動式油泵825及馬達發電機850的驅動也被停止。
如圖11所示,在車輛行駛時,電動式油泵825僅在有限的時間內被使用。盡管如此,由于電動式油泵825被要求4~5kw左右的連續額定輸出,因此會成為成本的增加和/或由于質量的增加引起的燃料費的惡化的原因。此外,啟動發電機817也在發動機810啟動時或停止時被要求較大的輸出(如10kw),但是在除此之外的期間其幾乎不工作。因此,啟動發電機817也會成為成本的增加和/或由于質量的增加引起的燃料費的惡化的原因
相對于此,圖12是表示搭載有本實施方式涉及的混合動力車輛系統1的車輛在行駛時的加速器開度acc、第一馬達發電機20的輸出(mg1)、第二馬達發電機50的輸出(mg2)、車速(v)、發動機10的輸出、發動機離合器的狀態、傳動離合器(第一傳動離合器40及第二傳動離合器63)的狀態變化的時序圖。在圖12中示出的示例中,利用發動機10的輸出扭矩而被驅動的油泵15也通過驅動輪70、75的旋轉而被驅動,在自動變速裝置5內產生油壓。
首先,在制動器開啟的狀態且加速器開度acc為0、并且車速v為0的狀態(~時刻t20)下,發動機離合器61、第一傳動離合器40及第二傳動離合器63都被開放,并且第一馬達發電機20、第二馬達發電機50及發動機10都處于停止的狀態。在這種狀態下,在自動變速裝置5內不產生油壓。
如果制動器在時刻t20被關閉,則在時刻t21,第一馬達發電機20及第二馬達發電機50的驅動開始。通過第一馬達發電機20被驅動,油泵25被驅動,從而即使發動機10處于停止了的狀態,也會在自動變速裝置5內產生油壓。由于發動機離合器61及第一傳動離合器40被開放,所以第一馬達發電機20僅用于油泵25的驅動。第一馬達發電機20例如以5kw的輸出被驅動。此外,即使制動器被設成了關閉,由于加速器開度直到時刻t22都處于0%的狀態,所以第二馬達發電機50的輸出較小,車輛處于緩行狀態。
如果加速器開度acc在時刻t22開始上升,則第二馬達發電機50的輸出從時刻t23開始上升,且車速v開始上升。此外,隨著車輛出發而驅動輪(前輪)70旋轉,使連接到前輪側輸出軸53的油泵15被驅動而產生油壓,所以第一馬達發電機20在時刻t23被停止。
接下來,加速器開度acc在時刻t24進一步上升,例如如果加速器開度acc超過10%,則在時刻t25,第二馬達發電機50的輸出進一步上升。此外,在時刻t25以后,使發動機離合器61締結,并且第一馬達發電機20工作,從而使發動機10開始開動。此時的第一馬達發電機20的輸出成為10kw。
并且,在發動機10的啟動結束后的時刻t26,借助第一馬達發電機20的開動結束,并使第一傳動離合器40及第二傳動離合器63締結,從而使從發動機10輸出的扭矩開始傳遞到驅動輪70、75。由此,發動機10的輸出由第二馬達發電機50的輸出補充,且驅動輪70、75被驅動。在時刻t26以后,第一馬達發電機20邊被轉換到供電驅動(輔助)、再生驅動或充電控制邊被進行控制,例如,以-10kw~+10kw之間的輸出被進行控制。
接下來,如果加速器開度acc在時刻t27回到0%,則在時刻t28,第一傳動離合器40及第二傳動離合器63被開放,并且使發動機10成為怠速狀態,且第二馬達發電機50的輸出逐漸減少。由此,車輛變成滑行狀態,并逐漸減速。此外,因為第一傳動離合器40在時刻t28被開放,所以由第一馬達發電機20進行使用了發動機10的輸出扭矩的發電控制。并且,隨著車速v的減小,通過驅動輪70、75的旋轉而被驅動的油泵15的轉速降低,因此第一馬達發電機20的驅動在時刻t29重新開始,并使油泵25驅動。由此,生成自動變速裝置5內的油壓的油泵從機械式的油泵15轉換成通過第一馬達發電機20驅動的油泵25。
接下來,如果制動器在時刻t30被開啟,則在時刻t31,第二馬達發電機50被再生驅動,生成車輛的再生制動力。此外,第一馬達發電機20將制動力提供到曲軸11,控制發動機10的轉速,并停止發動機10。并且,在發動機10停止了的時刻t32,發動機離合器61被開放,使第一馬達發電機20作為油泵25的驅動馬達而被驅動。并且,如果車輛在時刻t33停止,則第一馬達發電機20及第二馬達發電機50的驅動也被停止。
本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,第一馬達發電機20可以被用作發動機10的啟動發電機以及電動式油泵25的驅動馬達。因此,車輛在行駛的期間內,第一馬達發電機20被有效地用于各種情形,可以從混合動力車輛系統1省略啟動發電機及專用的電動式油泵。由此,可以降低混合動力車輛系統1的成本。
如以上所說明,在本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,第一馬達發電機20具有作為發動機10的啟動發電機的功能。因此,可以省略以往只在發動機10的啟動或停止時被使用的啟動馬達。此外,第一馬達發電機20與油泵25成為一體而具有作為電動式油泵的功能。因此,即使在發動機10或驅動輪70、75停止的狀態下,也可以確保自動變速裝置5內的油壓,并且可以省略以往僅在無法通過機械式油泵15產生工作油壓的情況下被使用的電動式油泵。
此外,本實施方式涉及的混合動力車輛系統1中,第一馬達發電機20通過第一傳動離合器40連設到cvt30的主輪31,并且在行駛中,可以使第一馬達發電機20作為驅動馬達或者再生發電機起作用。因此,可以提高車輛的動力性能。進而,在通過發動機10產生車輛的驅動力的期間,在發動機10的輸出存在剩余扭矩的情況下,可以使第一馬達發電機20用作發電機。因此,可以提高車輛的燃油效率。這樣,混合動力車輛系統1使第一馬達發電機20具有啟動發電機、電動式油泵、驅動馬達及發電機的功能,可以降低系統的成本。
此外,對本實施方式涉及的混合動力車輛系統1而言,在所有的行駛模式中,在車輛減速時,可以通過使第二馬達發電機50再生驅動而生成再生電力,并產生再生制動力。此外,在發動機行駛模式、雙馬達ev行駛模式及混合動力行駛模式中,在車輛減速時,通過使第一馬達發電機20再生驅動,可以生成再生電力,并產生再生制動力。此外,在單馬達ev行駛模式或混合動力行駛模式中,可以利用從發動機10輸出的扭矩的一部分或全部使第一馬達發電機20發電。進而,在發動機行駛模式中,可以利用從發動機10輸出的扭矩的一部分使第一馬達發電機20發電。因此,在任何行駛模式下,都可以適當地選擇第一馬達發電機20或第二馬達發電機50而進行再生發電,可以提高燃油效率。
以上,參照附圖對本發明的優選實施方式進行了詳細的說明,但是本發明不限于上述示例。在本發明的所屬技術領域中具有基本知識的人員可以在權利要求書中記載的技術思想的范圍內,想到各種變形例或修改例,這一點是明顯的,并且這些變形例或修改例應屬于本發明的技術范圍內。
此外,雖然在上述實施方式中,第二馬達發電機50配備于cvt30的輸出側,但是能夠應用本發明的混合動力車輛系統的構成不限于上述示例。圖13示出第二馬達發電機50被配置于cvt30的輸入側的混合動力車輛系統2的構成例。這樣的混合動力車輛系統2相對于發動機10及第一馬達發電機20的動力傳遞路徑并列地配置有第二電動發電機50。在圖13中示出的混合動力車輛系統2中,省略了與上述實施方式中的第二傳動離合器(輸出側傳動離合器)63相當的傳動離合器。
在這樣的混合動力車輛系統2中,也以對應于上述實施方式中的第一傳動離合器40的斷接的方式,使第一傳動離合器40開放或締結,由此可以得到與上述實施方式涉及的混合動力車輛系統1相同的效果。需要說明的是,圖13中示出的混合動力車輛系統2將從第二馬達發電機50輸出的扭矩通過cvt30傳遞到驅動輪70、75。因此,由于可以將從第二馬達發電機50輸出的扭矩通過cvt30轉換成所要的變速比而傳遞,所以可實現更重視扭矩性能的系統。
此外,在上述實施方式中,在發動機10和第一馬達發電機20之間設置有發動機離合器61,但是也可以具備變矩器而代替發動機離合器61,或者,也可以使發動機10與第一馬達發電機20直接連接。在此情況下,在第一馬達發電機20驅動時、或者使第一馬達發電機20再生驅動時,雖然發動機10也一起轉,但是也可以與上述實施方式涉及的混合動力車輛系統1相同地,將第一馬達發電機20用作啟動發電機、電動式油泵、驅動馬達及發電機。從而,可以減少系統成本。
從外,上述實施方式中構成為不具備啟動馬達的混合動力車輛系統1,但是本發明不限于上述示例,混合動力車輛系統1也可以配備有啟動馬達。在此情況下,啟動馬達例如可以用于在第一馬達發電機20故障時等驅動發動機10的情況。