CN101177141A - 车辆的驱动源控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车辆的驱动源控制装置，该驱动源控制装置用于控制作为驱动源的发动机(11)和电动机(12)。所述驱动源控制装置包括：第一电动机辅助模式，其在换高档时应用，用于控制电动机(12)输出第一额外扭矩，以补偿换档造成的发动机扭矩波动；第二电动机辅助模式，其在换低档时应用，用于控制电动机(12)输出与加速踏板开度(θn)对应的第二额外扭矩。

Description

车辆的驱动源控制装置
技术领域
本发明涉及车辆的驱动源控制装置。更具体地，本发明涉及利用电动机和发动机作为驱动源的车辆的驱动源控制装置。
背景技术
图8示出了发动机和电动发电机(以后称为电动机或MG)的扭矩性能。发动机在一定的转速区域具有峰值并产生高扭矩。但是，发动机产生较大的汽车排气量并且每加仑汽油所行驶的里程通常很短。另一方面，电动机在低速转速范围内产生高的扭矩。但是，在高速转速范围内的扭矩下降。
已知这样一种技术，在所谓的并联混合动力(Parallel HybridVehicles)车辆中，该技术利用上述驱动源特性的差别，在车辆起步或者加速时通过电动机执行扭矩辅助。这种扭矩辅助使得车辆行驶时的发动机声音降低，并改善了燃油经济性。
例如，在JP2005-325804A中，提出从车辆起步开始的一段时间内执行扭矩辅助。提供扭矩辅助以防止在如下情况下燃油经济性变差，即：在经济、环保的行驶过程中，在车辆从怠速状态起步时，驾驶员过度踩下加速踏板。
而且，在JP2006-9588A中，还公开了一种技术，在利用扭矩辅助加速过程中，该技术防止在电池电力用尽时发动机的声音和振动快速变化。更具体地，该技术预先估计电池供应的电力和电力供应时间，并基于该估计结果控制电池和发动机的输出。
图9示出了在驾驶员执行快速加速操作的状态，加速踏板开度、档位(要求档位/实际档位)、离合器操作、车速、和作用在车辆纵向上的加速度(称为G)的变化。如图所示，在加速踏板被踩下以满足换低档的条件之后，离合器脱开。然后，改变实际档位，并且离合器接合以提高加速度G。
如上所述，在例如超车或者爬坡的情况下，当驾驶员踩下加速踏板以要求加速时，需要一些时间来改变档位(换低档)和提高发动机转速以响应档位变化。因此，不能平滑地进行加速。另外，在JP2006-9588A中提出，在车辆起步或者加速时通过电动机进行扭矩辅助，但是，进行扭矩辅助是用于减少噪声和改善燃油经济性的，而不是意在利用电动机的扭矩性能。
因此，需要这样一种车辆的驱动源控制装置，该装置能够平滑地应对驾驶员的需要换低档的加速要求。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于控制作为驱动源的发动机和电动机的车辆的驱动源控制装置包括：第一电动机辅助模式，其在换高档时应用，用于控制电动机输出第一额外扭矩，以补偿由于换档造成的发动机扭矩波动；第二电动机辅助模式，其在换低档时应用，用于控制电动机输出与加速踏板开度对应的第二额外扭矩。
根据本发明的一个实施例，驱动源控制装置通过如下方式终止第二电动机辅助模式，即：不管加速踏板开度如何，都使辅助终止处理执行一段预定的时间，以使第二额外扭矩逐渐减小。
根据本发明的一个实施例，响应驾驶员的加速要求快速地执行平滑的加速，即，改善了加速踏板的可操作性。
附图说明
从下面参照附图的详细描述中可以更清楚地看出本发明的上述以及其它特征和特点，在附图中：
图1是示出应用本发明的混合动力车辆的布置的简图；
图2是示出根据本发明的实施例的车辆的驱动机构(四档)的整体结构的概略图；
图3是示出在根据本发明的实施例的驱动源控制装置(HV-ECU)中，在每个预定的时间段执行的处理流程的流程图；
图4是示出在根据本发明的实施例的驱动源控制装置(HV-ECU)中，在换低档时的加速辅助处理的流程图；
图5是示出在根据本发明的实施例的驱动源控制装置(HV-ECU)中，加速踏板开度和负荷比之间的关系的曲线图；
图6是示出在根据本发明的实施例的驱动源控制装置(HV-ECU)中，换低档时的加速辅助终止处理的流程图。
图7是示出安装有根据本发明的驱动源控制装置的车辆的操作的曲线图；
图8是示出发动机和电动发电机的扭矩性能的曲线图；以及
图9是示出已知车辆在换低档时执行的操作的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图描述实施本发明的最佳方式。图1是示出应用本发明的混合动力车辆的布置的简图。参照图1，两种动力源，即发动机11和电动发电机12并联布置以驱动车轮，其中，发动机11(后面也称为EG)典型地为内燃机，电动发电机12(后面也称为MG 12)由电池19中蓄积的电力驱动。
从发动机11输出的扭矩传递到变速器13。然后，扭矩通过用作输出部分的差速装置(差速器)14传递到驱动轴15和15′，并随后传递到驱动轮16和16′以驱动车辆。类似地，从MG 12输出的扭矩也通过差速装置14传递到驱动轴15和15′，并随后传递到驱动轮16和16′以驱动车辆。
此外，图1中所示的混合动力车辆包括混合动力车辆电控单元21(后面称为HV-ECU 21)、电动发电机电控单元(后面称为MG-ECU)、逆变器22、发动机电控单元23(后面称为EG-ECU 23)、内置于变速器13中的离合器致动器17、自动手动变速器电控单元24(后面称为AMT-ECU 24)和电池电控单元25(后面称为电池ECU25)。HV-ECU控制整个车辆，MG-ECU控制MG 12再生发电或者驱动。EG-ECU 23使发动机11停止或者控制发动机11的燃烧状态，AMT-ECU 24控制换档致动器18以执行最佳换档。电池ECU 25控制电池19的充电状态。
HV-ECU 21起到车辆的驱动源控制装置的作用。HV-ECU 21根据驾驶员的意图来控制和管理MG-ECU、逆变器22、EG-ECU 23和电池ECU 25。另外，HV-ECU 21具有换档标记和换低档标记，并根据车辆的驱动状态转换每个标记的值(ON/OFF)。如下面所述，HV-ECU 21根据每个标记的值的组合来改变从MG 12输出扭矩的计算方法。
EG-ECU 23与AMT-ECU 24协作以产生最佳的燃烧模式，并且在利用起动机20起动发动机时执行燃油控制。在驾驶席提供指示器26以显示车速。
图2为示意性地示出混合动力车辆采用的驱动机构(四档)的结构的概略图。参照变速器13的构造，飞轮32固定在发动机11的输出轴31的端部，离合器部件33安装在飞轮32上以便能够由离合器致动器17接合和脱开。离合器的从动件通过花键等安装在变速器13的输入轴34上，以便与输入轴34一体旋转。从离合器侧开始，第一驱动齿轮35、倒档驱动齿轮36(后面把“倒档”缩写为“Rev.”，例如Rev.驱动齿轮36)、第二驱动齿轮37连接在输入轴34上以形成单个单元。此外，第三驱动齿轮38、第四驱动齿轮39、第五驱动齿轮40和第六驱动齿轮41可旋转地连接在输入轴34上。另外，变速器13的输出轴42布置为与输入轴34平行。第一从动齿轮43和第二从动齿轮44可旋转地连接在输出轴42上，使得第一从动齿轮43和第二从动齿轮44与对应的驱动齿轮啮合。另外，第三从动齿轮45、第四从动齿轮46、第五从动齿轮47和第六从动齿轮48连接在输出轴42上，位于允许每个从动齿轮与相应的驱动齿轮啮合的连接位置。第三从动齿轮45、第四从动齿轮46、第五从动齿轮47和第六从动齿轮48与输出轴42一体旋转。驱动齿轮49连接在输出轴42的靠近离合器的端部，以便与输出轴42一体旋转。驱动齿轮49与设置在差速装置(差速器)14的箱体上的齿圈70啮合。另外，轴50布置在变速器13的一侧，与离合器13的输入轴34平行。倒档空转齿轮51可旋转地连接在轴50上。倒档空转齿轮51可沿轴50的轴向移动。当倒档空转齿轮51移动到靠近离合器的位置(在图2中用粗实线表示)时，倒档空转齿轮51不与倒档驱动齿轮36啮合，但当倒档空转齿轮51移动到靠近第六驱动齿轮41的位置(在图2中用细实线表示)时，倒档空转齿轮51可与倒档驱动齿轮36啮合。
轴毂件52设置在输出轴42的第一从动齿轮43和第二从动齿轮44之间，轴毂件53设置在输入轴34的第三驱动齿轮38和第四驱动齿轮39之间，轴毂件54设置在输入轴34的第五驱动齿轮40和第六驱动齿轮41之间。轴毂件52和输出轴42一体旋转，轴毂件53和54与输入轴34一体旋转。在每个轴毂件52、53和54的外圆周上设置例如花键等啮合件。另外，在轴毂件52、53和54的外圆周上分别设置套筒件55、56和57，这些套筒件分别位于每个啮合件的外侧，使得轴毂件52、53和54与套筒件55、56和57啮合。换档致动器18使套筒件55、56和57沿输入轴34和输出轴42的轴向(在图2中为水平方向)移动，并从而建立扭矩可传递状态或空档状态，其中，在扭矩传递状态，套筒件与形成在左侧齿轮上的花键或者形成在右侧齿轮上的花键啮合；在空档状态，套筒件不与任何齿轮啮合。图2示出了通过将套筒件56移动到图2的左侧而建立第四档的状态。此外，布置在输出轴42的第一从动齿轮43和第二从动齿轮44之间的套筒件55在更靠近外侧的位置设置有齿轮58。当倒档空转齿轮51与倒档驱动齿轮36啮合时，齿轮58与倒档空转齿轮51啮合以建立空档状态或倒档驱动状态。
如上所述，离合器致动器17使离合器接合，以根据由换档致动器18选择的传动比将发动机11的驱动力传递到位于输出轴42端部的驱动齿轮49。
另一方面，MG 12输出的驱动力传递到一体地设置在MG输出轴60的端部的驱动齿轮61。中间减速轴62与MG输出轴60平行地设置。从动齿轮63设置在中间减速轴62上，以便与驱动齿轮61啮合。另外，驱动齿轮64设置在中间减速轴62上，以便与设置在差速装置(差速器)14的箱体上的齿圈(主驱动齿轮)70啮合。MG 12输出的驱动力根据预定的传动比传递到驱动齿轮64。
根据上述构造，来自发动机11和MG 12的输出通过HV-ECU 21传递到齿圈(主驱动齿轮)70。然后，必要时，在差速装置(差速器)14内吸收MG 12的扭矩输出和发动机11的扭矩输出之间的转速差，并且传递输出以对驱动轴15和15′和驱动轮16和16′进行驱动。
此外，MG 12建立驱动状态和再生发电状态。当建立驱动状态时，MG 12将电池19供给的电力转换成扭矩。另外，当建立再生发电状态时，MG 12将扭矩转换成电力。在MG 12中，向定子件66施加三相电力以使大电流在定子件66的所需位置流动。结果，产生了旋转磁场，并且电流通过转子件67的铁芯部分以驱动转子旋转。因此，执行对MG 12的控制(包括产生驱动力和旋转方向)，以使得有效地进行转换。
解角器(resolver)65作为旋转检测装置安装在MG 12的输出轴60的另一端。解角器65检测在MG 12的卷绕定子件66和与MG输出轴60一体旋转的转子件67之间形成的相对角度，并将检测到的相对角度用作解角器信号。例如，通过利用与MG 12有关的极数的数值和MG 12的传动比来转换解角器信号，可将解角器信号用作车辆的车速指示信息。
下面参照附图描述对具有上述构造的混合动力车辆的驱动源的控制。图3是示出在HV-ECU 21中，在每个预定的时间段执行的处理流程的流程图。
参照图3，HV-ECU 21确认是否满足扭矩辅助的预定准许条件(步骤S001)。例如，HV-ECU 21确认电池19的SOC(充电状态)是否等于或大于预定值，MG 12的温度是否等于或低于预定温度，并且车速是否等于或小于预定值。
随后，HV-ECU 21确认驾驶员是否要求换档(步骤S002)。例如，将通过加速踏板开度传感器获得的加速踏板开度θ和当前车速应用于预定的档位线信息(换档图)，以确认是否要求换档。如果认为需要换档，则将换档标记设为ON。在车辆离开需要换档的状态之后，清除换档标记的设定(步骤S003至S004)。
随后，EV-ECU 21确认驾驶员是否要求换低档(步骤S005)。例如，当加速踏板开度θ和当前车速v应用于预定的档位线信息，并且认为需要从当前档位向更低的档位换档时，将换低档标记设为ON(步骤S006)。
然后，HV-ECU 21根据上述步骤S002至S006的判断结果，确认换档标记是否设为ON(步骤S007)和换低档标记是否设为ON(步骤S008，S009)。
这里，如果换档标记和换低档标记都设为ON，即在驾驶员要求快速换档的情况下，则HV-ECU 21执行换低档时的加速辅助处理(第二电动机辅助模式)，此时电动机输出与加速踏板开度对应的第二额外扭矩(步骤S010)。后面将详细地描述换低档时的加速辅助处理(第二电动机辅助模式)。
当只有换档标记设为ON时，HV-ECU 21执行换高档时的加速辅助处理(第一电动机辅助模式)，此时电动机输出第一额外扭矩以补偿换档造成的发动机扭矩波动(步骤S011)。参看图9(注意，图9示出了换低档的情况)，在换高档时的加速辅助处理(第一电动机辅助模式)中，例如，MG 12操作以输出预定量的扭矩，以便减小由于离合器脱开而造成的车辆纵向上的加速度的变化。
如果换档标记设为OFF并且换低档标记设为ON，即，当在执行了换低档时的加速辅助处理之后，根据加速踏板开度和当前车速确定的要求档位和实际档位之间的不匹配已被消除时，HV-ECU 21执行换低档时的加速辅助终止处理(辅助终止处理)  (步骤S012)。后面将详细地描述换低档时的加速辅助终止处理(辅助终止处理)。
如果换档标记和换低档标记都设为OFF，例如，在车辆以预定档位行驶的情况下，HV-ECU 21将要求的MG扭矩值设为0(步骤S013)。
然后，HV-ECU 21执行限制处理，以便根据例如SOC值、MG温度和MG最大输出等项目限制在上述步骤S010至S012中计算出的MG辅助扭矩(步骤S014)。
最后，HV-ECU 21将如上计算和限制的MG辅助扭矩设定为要求的MG扭矩值并向MG-ECU发出指令(步骤S015)。
下面详细地描述步骤S010的换低档时的加速辅助处理(第二电动机辅助模式)和在步骤S012的换低档时的加速辅助终止处理(辅助终止处理)。
图4是示出在换低档时的加速辅助处理(第二电动机辅助模式)中，由HV-ECU 21执行的处理流程概要的流程图。在换低档时的加速辅助处理(第二电动机辅助模式)中，HV-ECU 21根据加速踏板开度计算负荷比(步骤S111)，该负荷比代表用于提供MG辅助扭矩的MG 12的负荷。
HV-ECU 21通过将MG的最大扭矩乘以负荷比来计算辅助扭矩(第二辅助扭矩)  (步骤S112)。图5是表示加速踏板开度和负荷比之间的关系的曲线图。例如，当加速踏板开度小并且提供第二辅助扭矩时，车辆的快速移动可能导致冲击。因此，MG辅助扭矩设成基本为0。当加速踏板开度达到或超过θ1时，负荷比以一定比率与加速踏板开度的增加成比例地增加。当加速踏板开度达到或超过θ2时，负荷比以另一比率与加速踏板开度的增加成比例地增加，该另一比率大于在θ1和θ2之间的比率。当加速踏板开度等于或大于θ3时，负荷比为1.0。此时，MG辅助扭矩等于MG最大扭矩。在加速踏板开度小于θ3的范围内，例如，当加速踏板开度为θn时，负荷比和MG辅助扭矩设为与加速踏板开度θn对应的值。
图6是示出在换低档时的加速辅助终止处理中，HV-ECU 21执行的处理流程概要的流程图。在换低档时的加速辅助终止处理(辅助终止处理)中，HV-ECU 21确认第二辅助扭矩是否超过0(步骤S131)。
这里，如果第二辅助扭矩超过0，则与图4的步骤S112类似，HV-ECU 21通过将MG的最大扭矩乘以负荷比来计算辅助扭矩(步骤S132)。另外，HV-ECU 21执行MG辅助扭矩减少处理以按照预定比率减少如上所述计算的MG辅助扭矩(步骤S133)。
当重复MG辅助扭矩减小处理，并且MG辅助扭矩变为0或较小时，HV-ECU 21将MG辅助扭矩设为0(步骤S134)，并随后将换低档标记设为OFF以终止换低档时的加速辅助终止处理(辅助终止处理)(步骤S135)。
图7是示出在根据本发明的实例中，当驾驶员执行快速加速操作时，加速踏板开度、档位(要求档位，实际档位)、离合器操作、车速、MG辅助扭矩和作用在车辆纵向上的加速度的变化的曲线图。
首先，加速踏板开度增加(参照指示加速踏板开度的曲线)，从而换档标记和换低档标记都被设为ON。因此，确定了要求的档位并且脱开离合器。同时，开始对MG辅助扭矩的控制(第二电动机辅助模式)。即使在实际档位与要求档位相匹配并且换档标记被设为OFF之后，也通过与加速踏板开度对应的负荷比对MG辅助扭矩进行一段时间的控制。然后，开始MG辅助扭矩减小处理。
当通过重复MG辅助扭矩减小处理而使MG辅助扭矩变成0时，将换低档标记设为OFF。然后，继续发动机加速。
如上所述，当MG温度、电池中的剩余充电量等处于允许MG正常工作的范围内时，MG 12输出加速扭矩以满足驾驶员的加速要求。因此，能够响应驾驶员的要求实现快速和平滑的加速性能。此外，实现平滑的加速性能允许驾驶员减少加速踏板的踩下量，从而改善了燃油经济性。另外，通过比较图7和图9可以明显看出，作用在车辆纵向上的加速度的变化减小了。
虽然上面描述了本发明的实施例，但是，本发明的范围不限于上述实施例。可以根据应用本发明的车辆的技术要求等对本发明的实施例进行各种改进。
例如，在上述实施例中，利用MG输出的驱动力传递到差速装置14的混合动力车辆来描述本发明的实施例。但是，本发明还可应用于其它类型的车辆。例如，本发明可应用于发动机和电动机并联驱动车辆的车辆中。
例如，在上述实施例中，通过加速踏板开度确定负荷比(用于确定要求的电动机扭矩值的参数)，并且通过负荷比确定要求的电动机扭矩值以简化对本发明的技术理解。但是，可通过加速踏板开度直接确定要求的电动机扭矩值。而且，图5的曲线图用于简化对本发明的实施例的理解。因此，很明显，可以用例如其他的图、表、数学公式等代替图5的曲线图。

Claims (5)

1.一种车辆的驱动源控制装置，其用于控制作为驱动源的发动机(11)和电动机(12)，包括：
第一电动机辅助模式，其在换高档时应用，用于控制电动机(12)输出第一额外扭矩，以补偿由于换档造成的发动机扭矩波动；以及
第二电动机辅助模式，其在换低档时应用，用于控制电动机(12)输出与加速踏板开度(θn)对应的第二额外扭矩。
2.根据权利要求1中所述的车辆的驱动源控制装置，还包括：
曲线图，其用于限定加速踏板开度(θn)与电动机(12)产生的第二额外扭矩之间的关系，用于在第二电动机辅助模式中计算第二额外扭矩的量。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的驱动源控制装置，其中，
通过下述方式终止第二电动机辅助模式，即：无论加速踏板开度(θn)如何，都使辅助终止处理执行一段预定的时间，以使第二额外扭矩逐渐减小。
4.根据权利要求1或2所述的车辆的驱动源控制装置，其中，
通过如下方式控制第一电动机辅助模式，即：根据驾驶员的操作是否满足执行换档的预定条件，来使换档标记在ON和OFF之间切换；
通过如下方式执行第二电动机辅助模式，即：当驾驶员的操作满足预定的换低档条件时，将换低档标记设为ON；
无论加速踏板开度(θn)如何，都使第二电动机辅助模式的辅助终止处理执行一段预定的时间，以使第二额外扭矩减小；以及
当辅助终止处理结束时，将换低档标记设为OFF。
5.根据权利要求3所述的车辆的驱动源控制装置，其中，
通过如下方式控制第一电动机辅助模式，即：根据驾驶员的操作是否满足执行换档的预定条件，来使换档标记在ON和OFF之间切换；
通过如下方式执行第二电动机辅助模式，即：当驾驶员的操作满足预定的换低档条件时，将换低档标记设为ON；
无论加速踏板开度(θn)如何，都使第二电动机辅助模式的辅助终止处理执行一段预定的时间，以使第二额外扭矩减小；以及
当辅助终止处理结束时，将换低档标记设为OFF。
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