CN101652282A - 混合动力车辆的控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
按各电动发电机(MG1、MG2)独立地设置有MG1-ECU(610)和MG2-ECU(620)。MG2-ECU(620),以将MG1电力与MG2电力的和限制在直流电源(510)的输入输出可能电力范围(Win~Wout)内的方式,根据需要来修正MG2转矩指令值,由此进行电力收支控制。该电力收支控制,使用以基于MG1-ECU(610)取得的关于MG1电力的数据而校正MG1-ECU(610)与MG2-ECU(620)间的通信延迟时间的方式推定出的推定值来执行。由此,能够在搭载有多个电动发电机(电动机)的混合动力车辆中适当地执行将电动机整体的输入输出电力的和限制在预定范围内的电力收支控制。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的控制装置,更特定地涉及构成为按各电动机独立地设置有控制单元(ECU)的混合动力车辆的控制装置。
背景技术
作为一种适用于混合动力车辆的电机驱动控制装置,使用驱动控制多个电动机的装置。例如,在国际公开公报WO2003/015254中,在其图9中公开了用于包括电动机M1及M2的双电机系统的混合动力车辆的电机驱动控制装置的构成。
在国际公开公报WO2003/015254的图9中,作为用于电动机M1、M2的驱动控制的控制装置,概念性地记载了共同的控制装置。然而,在实际的电机驱动控制装置中,当构成为由单一的控制装置(例如电子控制单元:ECU)对电机M1及M2的双方执行控制运算时,ECU的处理负荷变得过大,可能需要高性能的ECU。
因此,按各电动机独立地对控制装置(ECU)进行分割配置,由各控制装置(ECU)执行所负责的电动机的驱动控制运算的构成是实际的。如果是这样的构成,则不会使得对各控制装置的处理负荷以及处理速度的要求过大,也就是说能够不使得各控制装置(ECU)高成本化而实现电机驱动控制装置。
但是,在按各电动机独立地对控制装置(ECU)进行分割配置的情况下,在执行电机M1及M2间的协调控制时会产生问题。作为协调控制的一例,列举有用于将多个电动机整体的输入输出电力的总和限制在一定范围内的电力收支控制。
为了高速地进行该电力收支控制,从适应性方面优选设为如下控制构成:由分割配置后的多个控制装置中的一个来管理电力收支,并且根据需要限制该控制装置负责的电动机的电力。但是,在这样的控制构成中,由于在负责电力收支控制的控制装置与其他的控制装置之间产生的通信时间的影响,用于电力收支控制的数据、信息可能在多个电动机间不同步。也就是说,由于数据、信息的识别错开通信时间的量,尤其在电动机输出(转速、转矩)正在变化的期间,不可否认存在不能执行适当的电力收支控制的可能性。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而做成的,本发明的目的在于,在被构成为按各电动机对控制单元(ECU)进行了分割配置的混合动力车辆的控制装置中,排除控制单元间的通信时间的影响,适当地执行将各电动机电力的总和限制在预定范围内的电力收支控制。
在本发明的混合动力车辆的控制装置中,在混合动力车辆上搭载有第一及第二电动机以及被构成为能够在与第一和第二电动机之间授受电力的蓄电装置。控制装置具备:用于分别驱动控制第一和第二电动机的第一和第二控制单元;用于在第一与第二控制单元之间进行数据通信的通信路径;推定部;以及电力收支控制部。推定部,基于由第一控制单元取得的关于第一电动机的数据,校正从第一控制单元向第二控制单元传送数据时在通信路径中的通信延迟时间,推定在与第二电动机同步的定时的、第一电动机的输入输出电力。电力收支控制部,通过第二控制单元,使用由推定部推定的第一电动机的输入输出电力推定值,将第一与第二电动机的输入输出电力的和限制在预定范围内。
在本发明的混合动力车辆的控制方法中,在混合动力车辆上搭载有上述第一及第二电动机、上述蓄电装置、上述第一和第二控制单元以及上述通信路径。并且,控制方法包括:基于由第一控制单元取得的关于第一电动机的数据,校正从第一控制单元向第二控制单元传送数据时在通信路径中的通信延迟时间,推定在与第二电动机同步的定时的、第一电动机的输入输出电力的推定步骤;和通过第二控制单元,使用由上述推定步骤推定的第一电动机的输入输出电力推定值,将第一与第二电动机的输入输出电力的和限制在预定范围内的限制步骤。
优选的是,电力收支控制部包括转矩限制部。转矩限制部,以使由第二控制单元算出的第二电动机的输入输出电力与由推定部推定的输入输出电力推定值的和不超出预定范围的方式,限制第二电动机的输出转矩。或者,上述限制步骤包括如下步骤:以使由第二控制单元算出的第二电动机的输入输出电力与由推定部推定的输入输出电力推定值的和不超出预定范围的方式,限制第二电动机的输出转矩。
在上述混合动力车辆的控制装置中,能够由分别对应于第一和第二电动机而设置的第一和第二控制单元的一方,高速地执行管理电动机电力的总和的电力收支控制,并且能够不受到控制单元间的通信时间延迟的影响而高精度地执行电力收支控制。其结果防止了蓄电装置的充放电和过放电,同时能够确保车辆性能。
此外,优选的是,第一控制单元,按照在时间方向上对第一电动机的转矩指令值进行平滑化而得到的平滑转矩指令值,驱动控制第一电动机。并且,推定部,使用推定转矩指令值求得输入输出电力推定值,该推定转矩指令值是以比用于得到平滑转矩指令值的平滑化处理小的时间常数在时间方向上对第一电动机的转矩指令值进行平滑化处理而得到的。或者,上述推定步骤,使用推定转矩指令值求得输入输出电力推定值,该推定转矩指令值是以比用于得到平滑转矩指令值的平滑化处理小的时间常数在时间方向上对第一电动机的转矩指令值进行平滑化处理而得到的。
如此一来,关于对执行电力收支控制的第二控制单元发送数据的第一控制单元所控制的第一电动机,能够基于转矩指令值来求得校正了通信时间延迟量的推定转矩指令值。因此,在第二控制单元中,能够基于该推定转矩指令值在校正了通信时间延迟之后来推定第一电动机的输入输出电力,所以能够高精度地执行电力收支控制。
或者,优选的是,推定部基于第一电动机的转速的变化率来推定经过了通信延迟时间的时刻的第一电动机的转速,并且使用推定出的第一电动机的转速来求得输入输出电力推定值。或者,上述推定步骤,基于第一电动机的转速的变化率来推定经过了通信延迟时间的时刻的第一电动机的转速,并且使用推定出的第一电动机的转速来求得输入输出电力推定值。
如此一来,即使在第一电动机的转速正在变化的状况下,也能够校正通信时间延迟量而推定第一电动机的转速。因此,在第二控制单元中,能够基于该推定转速在校正了通信时间延迟之后来推定第一电动机的输入输出电力,所以能够高精度地执行电力收支控制。
优选的是,第一控制单元根据第一电动机的转矩和转速来逐次算出输入输出电力。并且,推定部基于逐次算出的输入输出电力及其变化率,求得在经过了通信延迟时间的时刻的输入输出电力推定值。或者,上述推定步骤,基于逐次算出的输入输出电力及其变化率,求得在经过了通信延迟时间的时刻的输入输出电力推定值。
如此一来,即使在第一电动机的输入输出电力正在变化的状况下,也能够校正通信时间延迟量而推定第一电动机的输入输出电力。因此,在第二控制单元中,能够在校正了通信时间延迟之后来推定第一电动机的输入输出电力,所以能够高精度地执行电力收支控制。
优选的是,第一电动机被构成为能够伴随发动机运行而发电,第二电动机被构成为在动力驱动时消耗电力而产生车辆驱动力,而在再生制动时进行发电。
如此一来,能够执行如下的电力收支控制:将主要作为发电机而工作的第一电动机与主要作为车辆驱动力产生用电动机而工作的第二电动机的输入输出电力的总和维持在根据蓄电装置的状态而设定的预定范围内。因此,防止了蓄电装置的充放电和过放电,同时能够确保车辆性能。
此外,优选的是,电力收支控制部,在判断为第一电动机的运行状态正在沿第一电动机的发电电力增加的方向变化的情况下,代替由推定部推定的输入输出电力推定值,使用包含通信延迟时间而被识别的第一电动机的输入输出电力,将第一电动机与第二电动机的输入输出电力的和限制在预定范围内。或者,控制方法还包括:判定第一电动机的运行状态是否正在沿第一电动机的发电电力增加的方向变化的判定步骤;和在判定为第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化的情况下,代替由推定步骤推定的输入输出电力推定值,将包含通信延迟时间而被识别的第一电动机的输入输出电力向第二控制单元发送的发送步骤。并且,限制步骤,使用向第二控制单元发送的第一电动机的输入输出电力,将第一与第二电动机的输入输出电力的和限制在预定范围内。
具体而言,电力收支控制部或者上述判定步骤,在第一电动机发电时转矩指令值的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判断为第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。或者,电力收支控制部或者上述判定步骤,在第一电动机发电时转速的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判断为第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。此外,第一控制单元逐次算出第一电动机的输入输出电力,电力收支控制部或者上述判定步骤,在第一电动机发电时输入输出电力的算出值的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判断为第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
如此一来,在第一电动机发电时第一电动机的运行状态正在沿发电电力减少的方向变化的情况下,中止用于校正通信时间延迟量的推定,从而能够执行对于蓄电装置的过放电的保护比较安全的电力收支控制。
因此,本发明的主要优点如下:在构成为按各电动机对控制单元(ECU)进行分割配置的混合动力车辆的控制装置中,能够排除控制单元间的通信时间延迟的影响,适当地执行将各电动机电力的总和限制在预定范围内的电力收支控制。
附图说明
图1是表示由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置控制的混合动力车辆的整体结构的概略框图。
图2是更详细地说明图1所示的电动发电机的控制结构的框图。
图3是对ECU间产生的通信延迟时间对电力收支控制产生的影响进行说明的概念图。
图4是对由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置进行的电力收支控制进行说明的概略框图。
图5是说明电力推定部的功能的波形图。
图6是对关于本发明实施方式的电力收支控制的MG1-ECU中的控制处理进行说明的流程图。
图7是对关于本发明实施方式的电力收支控制的MG2-ECU中的控制处理进行说明的流程图。
图8是对校正了通信延迟时间的转矩推定值的取得方法进行说明的概念图。
图9是对校正了通信延迟时间的转速推定值的取得方法进行说明的概念图。
图10是对校正了通信延迟时间的电力推定值的取得方法进行说明的概念图。
图11是对由本发明实施方式的变形例进行的电力收支控制进行说明的波形图。
图12是对关于由本发明实施方式的变形例进行的电力收支控制的MG1-ECU中的控制处理进行说明的流程图。
图13是表示由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置进行的电力收支控制的效果的实验结果的波形图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。对以下图中的相同或相当部分标记相同符号,原则上不重复其详细的说明。
图1是表示由本发明的实施方式的混合动力车辆的控制装置控制的混合动力车辆的整体结构的概略框图。
参照图1,混合动力车辆500具备:直流电源510、进行用于电机驱动的电力变换的电力控制单元(PCU)520、主要作为电动机而工作的电动发电机530、发动机540、动力分配机构550、主要作为发电机而工作的电动发电机560、减速器570、驱动轮580a、580b、以及控制混合动力车辆500的整体工作的ECU590。
电动发电机530、560相当于本发明的“电动机”。也就是说,在本实施方式中,将既作为电动机又作为发电机而工作的电动发电机作为“电动机”的一例而适用。在图1中,示出了仅前轮是驱动轮的混合动力汽车,但也能够进一步设置后轮驱动用的电动机,构成4WD混合动力汽车。
直流电源510由能够充电的二次电池(例如镍氢或锂离子等二次电池)或者双电层电容器等蓄电装置构成。电力控制单元520包括用于驱动控制电动发电机530的变换器(inverter,逆变器)(未图示)。该变换器将从直流电源510供给的直流电压变换为电动发电机530驱动用的交流电压。而且,该变换器以能够进行双向的电力变换的方式来构成,兼有将由电动发电机530再生制动工作产生的发电电力(交流电压)变换为直流电源510充电用的直流电压的功能。
而且,电力控制单元520还可以包括进行直流电压的电平变换的升降压转换器(未图示)。通过配置这样的升降压转换器,能够由比直流电源510的供给电压更高电压作为振幅的交流电压来驱动电动发电机530,所以能够提高电机驱动效率。
发动机540通过燃料燃烧来输出驱动力。动力分配机构550与发动机540以及电动发电机530、电动发电机560相结合,在它们之间分配动力。也就是说,能够将由发动机540产生的驱动力分配到经由减速器570向驱动轮580a、580b传递的路径、和向电动发电机560传递的路径。
例如,作为动力分配机构550,能够使用具有太阳轮、行星齿轮架以及齿圈的三个旋转轴的行星齿轮机构。这三个旋转轴分别连接于发动机540以及电动发电机530、电动发电机560的各旋转轴。例如,将电动发电机560的转子设为中空并将发动机540的曲轴穿过其中心,从而能够将发动机540和电动发电机530、电动发电机560机械地连接于动力分配机构550。具体而言,将电动发电机560的转子与太阳轮连接,将发动机540的曲轴与行星齿轮架连接,并且将输出轴555与齿圈连接。输出轴555的旋转经由减速器570向驱动轮580a、580b传递。
如此,电动发电机560,通过经由动力分配机构550传递来的来自发动机540的驱动力进行旋转而发电。电力控制单元520还包括用于驱动控制电动发电机560的变换器(未图示)。该变换器将由电动发电机560产生的发电电力(交流电压)变换为作为直流电源510的充电电力或电动发电机530的驱动电力而使用的直流电压。而且,可以以能够进行双向的电力变换的方式来构成该变换器,以由来自直流电源510的直流电压使电动发电机560相对于发动机540作为电动机工作,能够进行发动机540的启动的方式来构成。
电动发电机530由从电力控制单元520供给的交流电压来旋转驱动,该驱动力经由输出轴555和减速器570向驱动轮580a、580b传递,作为车辆驱动力。此外,在电动发电机530伴随驱动轮580a、580b的减速而旋转的再生制动动作时,电动发电机530作为发电机而发挥作用。
在混合动力车辆500中,在发动时以及低速行驶时或下缓坡时这样的轻负荷时,为了回避发动机效率不良的区域,不使用发动机540的驱动力,而以由电动发电机530产生的驱动力来行驶。因此,在该情况下,除了需要预热运行、由电动发电机560的驱动进行的直流电源510的充电运行的情况之外,使发动机540的运行停止。在需要预热运行、充电运行的情况下,使发动机540怠速运行。
另一方面,在通常行驶时启动发动机540,从发动机540输出的驱动力,由动力分配机构550分配为驱动轮580a、580b的驱动力和电动发电机560中的发电用驱动力。由电动发电机560产生的发电电力被用于电动发电机530的驱动。因此,在通常行驶时,以电动发电机530的驱动力来辅助发动机540的驱动力,对驱动轮580a、580b进行驱动。而且,在全开加速时,还将从直流电源510供给的电力用于电动发电机530的驱动,进一步增加驱动轮580a、580b的驱动力。
在减速和制动时,电动发电机530由驱动轮580a、580b进行旋转驱动来发电。由电动发电机530的再生发电回收的电力,由电力控制单元520变换为直流电压来用于直流电源510的充电。而且,在车辆停止时,发动机540自动停止。
如此,混合动力车辆500,通过组合由发动机540产生的驱动力与将电能量作为能够源而由电动发电机530产生的驱动力、即根据车辆状况来控制发动机540和电动发电机530的动作,从而进行提高燃料经济性的车辆运行。混合动力ECU590,基于运行指令(加速踏板开度、制动操作等),根据车辆状况来控制电动发电机530和发动机540产生的驱动力的分担。
图2是更详细地说明图1所示的电动发电机530(MG2)和电动发电机560(MG1)的控制结构的框图。
参照图2,能够充电的直流电源510将直流电压VB输出到电源线502。电力控制单元520包括转换器522、平滑电容器523和变换器(inverter,逆变器)524、526。电力控制单元520中的转换器522以及变换器524、526的动作分别由按各电动发电机分割配置的MG2-ECU620和MG1-ECU610来控制。
转换器522是被构成为包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)、电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体)晶体管或电力用双极型晶体管等电力用半导体开关元件(未图示)的、能够进行双向电压变换的升降压转换器。转换器522,能够通过对开关控制信号SG0进行了响应的开关控制,对电源线502的直流电压VB进行升压,将直流电压VH输出到电力线504。或者,转换器522,能够通过对开关控制信号SG0进行了响应的开关控制,对电源线502的直流电压VH进行降压,将直流电压VB输出到电力线502。转换器522中的电压变换比(升压比或降压比)由开关控制信号SG0进行可变控制。
电动发电机530(MG2)和电动发电机560(MG1),分别代表性地由包括设置有三相的线圈绕组的定子(未图示)和未图示的转子的、作为兼有电动机和发电机的功能的电动发电机的三相同步电动机构成。
变换器524、526分别是由电力用半导体开关元件构成的一般的三相变换器,故而省略构成的详细说明。
变换器524,能够通过对来自MG2-ECU620的开关控制信号SG2进行响应的电力用半导体开关元件(未图示)的导通/截止控制(开关控制),将从电源线504接受的直流电压VH变换为三相交流电压,将该变换后的三相交流电压向电动发电机530(MG2)输出。由此,电动发电机530以产生按照转矩指令值的输出转矩的方式被驱动控制。
此外,变换器524,在混合动力车辆500再生制动时,能够通过按照开关控制信号SG2的开关控制将电动发电机530接受来自车轮580a、580b的旋转力而发电产生的三相交流电压变换为直流电压,将该变换后的直流电压向电源线504输出。如此,变换器524相对于MG2(电动发电机530)而进行双向的电力变换。
这里所说的再生制动包括:由驾驶混合动力汽车的驾驶者进行了脚制动操作的情况下的伴随再生发电的制动、不进行脚制动操作而通过在行驶中使加速踏板关闭从而进行再生发电同时使车辆减速(或者中止加速)。
变换器526,能够通过对来自MG1-ECU610的开关控制信号SG1进行响应的开关控制,由电动发电机560产生按照转矩指令值的输出转矩。而且,变换器526,在由发动机540驱动电动发电机560而进行发电的情况下,能够通过对开关控制信号SG1进行响应的开关控制,将电动发电机560发电产生的三相交流电压变换为直流电压,将该变换后的直流电压向电源线504输出。如此,变换器526相对于MG1(电动发电机560)而进行双向的电力变换。
在图1中总括地示出的ECU590,如图2所示,被设为作为上位ECU的HV-ECU600、和按MG1和MG2而独立设置的MG1-ECU610和MG2-ECU620的阶层结构。
HV-ECU600基于运行指令(加速指令、制动指令等),根据车辆状况,生成MG1和MG2的转矩指令值Tqr1、Tqr2。
此外,HV-ECU600,根据经由通信路径625传送来的MG1和MG2的动作状态,以能够最适地驱动MG1和MG2的方式来生成直流电压VH的指令值。这些动作指令值经由通信路径625向MG2-ECU620传送。而且,在MG2-ECU620与MG1-ECU610之间设置有通信路径615。通信路径615、625,代表性地由无线以及/或者有线LAN(Local Area Network,局域网)构成。由此,构成为能够在HV-ECU600、MG1-ECU610、MG2-ECU620之间相互授受数据、信息等。在图2的构成例中,也可以在HV-ECU600与MG1-ECU610之间进一步设置通信路径。
转换器522,以输出按照由HV-ECU600、或MG1-ECU610、或MG2-ECU620设定的直流电压VH的电压指令值的输出电压的方式,对开关控制信号SG0进行响应而工作。此外,MG1-ECU610和MG2-ECU620,以执行按照来自HV-ECU600的动作指令值的MG1和MG2的动作控制(电动机控制)的方式,生成开关控制信号SG1、SG2。也就是说,以MG1、MG2产生按照转矩指令值的输出转矩的方式,控制由变换器524、526进行的直流-交流电压变换动作。
而且,在混合动力车辆500中,构成如下的电力收支:以基本上作为发电机工作的MG1的输入输出电力(以下,也称为MG1电力)与基本上作为车辆驱动力产生用的电动机工作的MG2的输入输出电力(以下,也称为MG2电力)的和所表示的、电动发电机MG1、MG2整体的电力的超出量不足量,由直流电源510的输入输出电力来均衡。在以下的说明中,MG1电力和MG2电力,分别设为在电力消耗时以正值(>0)来表示,在发电时以负值(<0)来表示。
在混合动力车辆500中,当由于发生滑移等而使MG2中的消耗电力急增时,可能发生来不及增加MG1中的发电电力而是从直流电源510急剧输出电力的现象,对直流电源510的寿命产生不良影响。
因此,在混合动力车辆中,根据直流电源510的状态(例如,充电率:SOC、电池温度等),逐次设定表示从直流电源510输出的输出电力的容许值的输出可能电力Wout(>0)和表示向直流电源510输入的输入电力(充电电力)的容许值的输入可能电力Win(<0),并且基于已设定的输入输出可能电力Win、Wout,执行按照下式(1)的电力收支控制。
Win≤(Pm1+Pm2)≤Wout…(1)
在式(1)中,Pm1是MG1电力,Pm2是MG2电力。实际上,优选,考虑由变换器524、526以及电动发电机MG1、MG2产生的损失Ploss,以将(Pm1+Pm2+Ploss)纳入在Win~Wout的范围内的方式来进行电力收支控制,但在以下中,为了便于说明,设为按照式(1)进行电力收支控制。
在上述电力收支控制中,逐次监视Pm1+Pm2,在超出Win~Wout的范围时,修正Pm1和Pm2的至少一方,以不会使电动发电机整体中的消耗电力或发电电力变得过大的方式来进行限制。因此,为了快速地使电力收支控制发挥作用,优选由直接控制电动发电机的ECU、即不是HV-ECU600而由MG1-ECU610或MG2-ECU620来执行电力收支控制。
在本实施方式中,需要进行主要作为车辆驱动用电动机工作并消耗电力的电动发电机MG2的电力限制,所以例示由MG2-ECU620进行电力收支控制的控制结构。
MG2-ECU620向MG1-ECU610发送来自HV-ECU600的转矩指令值Tq1。MG1-ECU610以使MG1产生按照传送来的转矩指令值Tqr1的输出转矩的方式,生成用于进行变换器526的开关控制的开关控制信号SG1。
从MG1-ECU610向MG2-ECU620逐次发送用于识别MG1电力Pm1的数据DAT。MG2-ECU620具有如下功能:以使基于MG2的工作状态(代表性的是转矩指令值和转速)而得到的MG2电力Pm2与、基于来自MG1-ECU610的接收数据而识别出的MG1电力Pm1的和满足式(1)的方式,根据需要来修正转矩指令值Tqr2。
具体而言,MG2-ECU620按照下式(2)、(3)来设定MG2的转矩指令值的上限值T2max(Wout侧)和下限值T2min(Win侧),将实际的转矩指令值限制在T2min~T2max的范围内,由此执行电力收支控制。式(2)、(3)中的Nm2表示MG2的转速(rpm)。
T2max=(Wout-Pm1)/(2π·Nm2/60)…(2)
T2min=(Win-Pm1)/(2π·Nm2/60)…(3)
接下来,使用图3对在ECU间产生的通信延迟时间对由MG2-ECU620进行的电力收支控制产生的影响进行说明。
参照图3,在MG1电力Pm1正在变化的过程中,时刻ta时的MG1电力Pm1,在经过了通信延迟时间Tcm的时刻tb被MG2-ECU620识别,用于该时间点的电力收支控制。
另一方面,实际的MG1电力,在时刻tb从时刻ta时改变了ΔP。因此,时刻tb时的电力收支控制以MG1电力Pm1包含ΔP的误差的方式被执行。尤其在近年,混合动力车辆的高输出化在发展,此外还开始采用在车辆驱动用的MG2与输出轴之间设置减速器的结构。在这些混合动力车辆中,单位时间的车辆输出变化变得急剧,所以,与此相伴,单位时间的MG1电力Pm1和MG2电力Pm2的变化量也变大。
其结果,在ECU间的通信延迟时间Tcm之间的Pm1、Pm2的变化量也变大,由于图3的ΔP变大而发生由式(1)进行的电力收支控制的精度降低的问题点。
在本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置中,为了应对这样的问题点,执行如以下所说明的那样的电力收支控制。
图4是对由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置进行的电力收支控制进行说明的概略框图。
参照图4,电力推定部650,基于MG1的转矩和转速来生成MG1电力Pm1的推定值Pm1e。电力收支控制部660,基于MG2的转矩和转速以及直流电源510的输入输出可能电力Win、Wout,执行式(1)~(3)所示的电力收支控制。也就是说,电力收支控制部660包括转矩限制部665,所述转矩限制部665基于电力收支控制,根据需要以将MG2的转矩指令值限制在式(2)、(3)的T2min~T2max的范围内的方式,生成最终的MG2的转矩指令值Tqr2#。
在图5中,为了说明电力推定部650的功能,示出MG1转速是一定时的MG1转矩和MG1电力的推移。
参照图5,MG1的实际转矩指令值Tqr1#,是通过对来自HV-ECU600的转矩指令值Tqr1在时间方向上进行平滑化处理而得到的。也就是说,转矩指令值Tqr1#对应于“平滑转矩指令值”。
在MG1转速是一定的图5的例子中,伴随转矩指令值Tqr1从0开始阶段状地降低,按照转矩指令值Tqr1#,MG1的负转矩变大。由此,MG1的发电电力增加并且MG1电力Pm1的绝对值徐徐增加。
然而,当基于实际的转矩指令值Tqr1#或MG1电力Pm1来执行由MG2-ECU630进行的电力收支控制时,由于通信延迟时间Tcm的影响,使得由MG2-ECU620识别的MG1电力变为图中以虚线表示的Pm1T。其结果,在由MG1产生的发电电力增加的过程中,成为MG1的发电量被过小地识别的电力收支控制,由此相对于输出可能电力Wout,MG1和MG2的合计电力可能不足。其结果,过度地限制MG2的输出电力、即车轮驱动力的产生,可能不能充分发挥车辆性能。
另一方面,在由MG1产生的发电电力降低的过程中,伴随转矩指令值Tqr1阶段状地向0上升,实际的转矩指令值Tqr1#也平滑化而向0变化。在该情况下,也由于通信延迟时间Tcm的影响,由MG2-ECU620识别的MG1电力变为图中由虚线所示的Pm1T,所以在该过程中,MG1中的发电量被过大地识别。因此,可能由于MG1和MG2的合计电力超过输出可能电力Wout,从而发生直流电源510的过放电。特别地,在MG1电力Pm1缓慢地上升的情况下,由于电力误差ΔP(图3)持续产生,从而来自直流电源510的输出电力持续变得过大,可能会对其寿命产生不良影响。
因此,在本发明的实施方式中,由电力推定部650生成校正了通信时间延迟Tcm的电力推定值Pm1e,将Pm1e作为式(1)中的Pm1来使用,由此执行适当的电力收支控制。
例如,如图5所示,生成对转矩指令值Tqr1#校正了通信延迟Tcm量的转矩推定值Tqr1e,根据该转矩推定值Tqr1e和MG1转速Nm1(rpm),能够按照下式(4)求得校正了通信延迟Tcm的推定MG1电力Pm1e。
Pm1e=Tqr1e·Nm1·(2π/60)…(4)
从图5可以理解,通过使推定MG1电力Pm1e在经过通信延迟时间Tcm后用于电力收支控制,从而由MG2-ECU620识别的MG1电力变得与实际的MG1电力Pm1一致。
图6是对关于本发明实施方式的电力收支控制的MG1-ECU中的控制处理进行说明的流程图。
参照图6,MG1-ECU610,在步骤S100中,从上位ECU接收转矩指令值Tqr1。在图2的构成例中,转矩指令值Tqr由HV-ECU600来生成,由通信路径615、625经由MG2-ECU620来传送。
并且,MG1-ECU610,由步骤S110对在步骤S100中接收到的转矩指令值Tqr1在时间方向上进行平滑化处理,由此生成实际的转矩指令值Tqr1#。而且,MG1-ECU610,在步骤S120中,控制变换器526,使得MG1输出按照平滑化处理后的转矩指令值Tqr1#的转矩。
另一方面,在步骤S130中,MG1-ECU610基于MG1的转矩指令值和转速实际值,生成预见(校正)了通信延迟时间Tcm的推定MG1电力Pm1e。进而,在步骤S140中,MG1-ECU610将推定MG1电力Pm1e作为电力收支控制用数据而向MG2-ECU620发送。
图7是对本发明实施方式的电力收支控制中的MG2-ECU的控制处理的流程图。
参照图7,MG2-ECU620,在步骤S200中,从上位ECU、即HV-ECU600接收转矩指令值Tqr2,在步骤S210中,对转矩指令值Tqr2在时间方向上进行平滑化处理。进而,MG2-ECU620,由步骤S220,基于由S210进行了平滑化处理的转矩指令值Tqr2和MG2转速实际值Nm2来算出MG2电力Pm2。
并且,MG2-ECU620,在步骤S230中,取得来自MG1-ECU610的推定MG1电力Pm1e。进而,MG2-ECU620,由步骤S240进行如下判定:在S230中取得的推定MG1电力与在S220中算出的MG2电力的和、即合计电力Pm1e+Pm2是否被纳入在Win~Wout的范围内。
并且,MG2-ECU620,在Win≤Pm1e+Pm2≤Wout成立时(S240判定为“是”),由步骤S250,将时间方向平滑处理后的转矩指令值Tqr2直接设定为实际的转矩指令值Tqr2#。
另一方面,MG2-ECU620,在合计电力Pm1e+Pm2处于Win~Wout的范围之外时(S240判定为“否”),由步骤S260,将转矩指令值修正为在上述式(2)、(3)中使用推定MG1电力Pm1e代替Pm1而求出的转矩上限值T2max和转矩下限值T2min。也就是说,在平滑化处理后的转矩指令值大于T2max时,设定为实际的转矩指令值Tqr2#=T2max,以不产生超过了转矩上限值的(正方向)转矩指令值的方式进行限制。同样地,在平滑化处理后的转矩指令值小于T2min时,设定为实际的转矩指令值Tqr2#=T2min,以不产生低于转矩下限值的(负方向)转矩指令值的方式进行限制。如此,S260的处理相当于如下状态:通过按照(1)的电力收支控制,对MG2转矩指令值进行限制而修正了MG2电力Pm2。
进而,MG2-ECU620,在步骤S270中,控制变换器524,使得MG2产生按照由步骤S250或S260设定的转矩指令值Tqr2#的输出转矩。
通过这样的构成,由能够对基于电力收支控制执行电力限制的MG2进行最高速地控制的MG2-ECU620来执行电力收支控制,并且能够不受到ECU间的通信时间延迟的影响而高精度地执行电力收支控制。其结果,能够防止直流电源510的充放电和过放电、即能够控制不对直流电源(蓄电装置)的寿命产生不良影响而确保车辆性能的混合动力车辆。
接下来,对推定MG1电力Pm1e的取得方法的实施例进一步进行详细说明。
如式(4)所示,MG1电力能够按照MG1的转矩指令值与转速实际值的积来算出。
因此,如图8所示,在对由HV-ECU600设定的原来的转矩指令值Tqr1(阶段状)在时间方向上进行平滑化处理从而求得实际的转矩指令值Tqr1#时,通过另外准备其平滑化时间常数比用于求得Tqr1#的平滑化滤波器短通信延迟时间Tcm的滤波器,由此能够使用该滤波器的输出Tqr1,得到对平滑化后的实际的转矩指令值Tqr1#校正了通信延迟时间Tcm的转矩推定值Tqr1e。因此,使用该转矩推定值Tqr1#,具体而言,基于转矩推定值Tqr1#与MG1的转速实际值Nm1的积,能够求得推定MG1电力Pm1。
或者,为了应对MG1转速正在变化的情况,如图9所示,可以求得校正了通信延迟时间的转速的推定值。
参照图9,在MG1转速正在变化的情况下,当直接将实际值Nm1从MG1-ECU610传送到MG2-ECU620时,电力收支控制所反映的MG1转速实际值变为Nm1T(图中虚线)那样,包含了通信延迟时间。
因此,对于MG1转速,求得实际值Nm1,并求得该时间点的转速的时间变化率Km1(rpm/s),由此能够按照下述式(5)来求得推定MG1转速Nm1e。
Nm1e=Nm1+Km1·Tcm…(5)
并且,使用推定MG1转速Nm1e,具体而言,基于推定MG1转速Nm1e与转矩指令值的积,求得推定MG1电力Pm1e,由此即使在MG1转速正在变化的情况下也能够实现排除了通信延迟时间影响的电力收支控制。
或者,如图10所示,可以基于转矩指令值Tqr1#与转速实际值Nm1的积来逐次算出MG1电力Pm1,基于算出的MG1电力Pm1来执行电力收支控制。
在该情况下,当将由MG1-ECU610算出的MG1电力Pm1直接向MG2-ECU620传送时,电力收支控制所反映的MG1电力变为Pm1T(图中虚线)那样,包含了通信延迟时间。
因此,与图9中的转速实际值Nm1的推定同样,对MG1电力Pm1进行运算,并求得其时间变化率KP1(W/s),由此能够按照下述式(6)来求得推定MG1电力Pm1e。
Pm1e=Pm1+KP1·Tcm…(6)
按照如此求出的推定MG1电力Pm1e来执行电力收支控制,由此即使在MG1电力正在变化的情况下也能够实现排除了通信延迟时间影响的电力收支控制。
(变形例)
如上所述,在MG1的发电量正在沿减少方向而变化的情况下,由通信延迟时间引起的电力收支控制的误差,作用在来自直流电源510的输出电力变得过大的方向上。另一方面,在MG1的发电量正在沿增加方向变化的情况下,由通信延迟引起的电力收支控制的误差,相对于直流电源510的过放电作用在安全方向上。因此,在以下说明的本实施方式的变形例中,构成为基于考虑了上述的通信延迟时间的电力推定的电力收支控制,在MG1的发电电力增加时中止,仅在发电电力减少时执行。
在图11中,概略地示出按照本发明实施方式的变形例的电力收支控制。
参照图11,MG1从时刻tx开始发电,然后从时刻tz发电量徐徐降低而结束发电这样的动作模式中,在MG1电力Pm1降低、即发电电力正在增加的区间(时刻tx~ty)中,不校正通信延迟时间Tcm,而将实际的MG1电力Pm1直接作为推定MG1电力Pm1e来执行电力收支控制。
其结果,基于受到了通信延迟时间的影响的MG1电力Pm1T来执行电力收支控制,在发电电力增加过程中,MG1的发电量被过小地识别。因此,能够对于MG1与MG2的合计电力超过输出可能电力Wout而使直流电源510变为过放电,进行安全侧的电力收支控制。
另一方面,在MG1电力Pm1上升、即发电电力减少的区间(时刻tz以后),与上述的实施方式同样,使用对实际的MG1电力Pm1校正了通信时间延迟Tcm的推定电力Pm1e来执行电力收支控制。由此,在MG1的发电量减少时,适当地预测MG1的发电量的减少,能够以防止直流电源510的过放电的方式来执行正确的电力收支控制。
图12是对关于由本发明实施方式的变形例进行的电力收支控制的MG1-ECU中的控制处理进行说明的流程图。
将图12与图6进行比较,在实施方式的变形例进行的电力收支控制中,MG1-ECU610,除了图6所示的步骤组,还执行步骤S125和步骤S150。
MG1-ECU610,在步骤S125中,判定MG1的发电量是否处于增加中。在步骤S125中,例如能够根据在MG1发电期间转矩指令值Tqr1#的绝对值正在增加的情况,判定为MG1的发电量增加中。或者,能够根据在MG1发电期间MG1转速的绝对值正在增加的情况,判定为MG1的发电量增加中。此外,也能够基于转矩指令值Tqr1#与MG1转速Nm1的积来逐次算出MG1电力Pm1,基于算出的MG1电力Pm1的正/负以及变化方向,执行由步骤S125进行的判定。
MG1-ECU610,在MG1发电量不是增加中时(S125判定为“否”),执行与图6同样的步骤S130和S140,将推定MG1电力Pm1e作为电力收支控制用而向MG2-ECU620发送。
另一方面,MG1-ECU610,在MG1发电量是增加中时(S125判定为“是”),由步骤S150,将没有考虑通信延迟时间的MG1电力Pm1作为电力收支控制用而向MG2-ECU620发送。
由此,在图11的时刻tx~ty间这样的MG1发电量为增加中的期间,通过特意执行受到了通信延迟时间的影响的电力收支控制,从而能够对直流电源510的过放电,执行安全侧的电力收支控制。
在图13中,示出由本发明实施方式的混合动力车辆的控制装置进行的电力收支控制的效果的实验结果的图。
如图13所示,可以理解为:在存在本发明的实施方式进行的电力收支控制的期间中,与无控制期间、即没有校正通信延迟时间的通常的电力收支控制相比,将MG1与MG2的合计电力限制在输出可能电力Wout以下的效果更好。
在以上的实施方式及其变形例中,例示了将用于电力收支控制的推定MG1电力Pm1e由MG1-ECU610进行运算而向MG2-ECU620传送的控制构成,但也能够由MG2-ECU620来执行推定MG1电力Pm1e的计算,可以确切地记载该情况下也能得到同样的效果。在该情况下,从MG1-ECU610将MG1的实际值向MG2-ECU620逐次发送,图4所示出的电力推定部650的功能由MG2-ECU620来执行。也就是说,关于图4所示的电力推定部650的功能,还能够由MG1-ECU610和MG2-ECU620的任一方来执行。
此外,在以上进行了说明的实施方式及其变形例中,说明了搭载有两个电动发电机MG1、MG2的混合动力车辆的电力收支控制,但在搭载有更多个电动发电机(电动机)的情况下,也能够实现通过同样的方法排除控制该发电机的ECU和执行电力收支控制的ECU间的通信延迟时间的影响的电力收支控制。
应该认为,本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示,包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。
本发明能够适用于搭载连接于共同电源的多个电动机的混合动力车辆的控制。
Claims (20)
1.一种混合动力车辆的控制装置,所述混合动力车辆搭载有第一电动机和第二电动机(560、530)以及被构成为能够在与所述第一电动机和所述第二电动机之间授受电力的蓄电装置(510),该控制装置具备:
第一控制单元和第二控制单元(610、620),其用于分别驱动控制所述第一电动机和所述第二电动机;
通信路径(615),其用于在所述第一控制单元与所述第二控制单元之间进行数据通信;
推定部(650),其基于由所述第一控制单元(610)取得的关于所述第一电动机(560)的数据,校正从所述第一控制单元向所述第二控制单元传送数据时在所述通信路径中的通信延迟时间(Tcm),推定在与所述第二电动机同步的定时的、所述第一电动机的输入输出电力(Pm1);以及
电力收支控制部(660),其用于通过所述第二控制单元(620),使用由所述推定部推定的所述第一电动机的输入输出电力推定值(Pm1e),将所述第一电动机与所述第二电动机的输入输出电力的和(Pm1+Pm2)限制在预定范围(Win~Wout)内。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述第一控制单元(610),按照在时间方向上对所述第一电动机(560)的转矩指令值(Tqr1)进行平滑化而得到的平滑转矩指令值(Tqr1#),驱动控制所述第一电动机,
所述推定部(650),使用推定转矩指令值(Tqr1e),求得所述输入输出电力推定值(Pm1e),该推定转矩指令值(Tqr1e)是以比用于得到所述平滑转矩指令值的平滑化处理小的时间常数在时间方向上对所述第一电动机的转矩指令值进行平滑化处理而得到的。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述推定部(650),基于所述第一电动机(560)的转速(Nm1)的变化率来推定经过了所述通信延迟时间的时刻的所述第一电动机的转速,并且使用推定出的所述第一电动机的转速(Nm1e)来求得所述输入输出电力推定值(Pm1e)。
4.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述第一控制单元(610)根据所述第一电动机(560)的转矩和转速来逐次算出输入输出电力(Pm1),
所述推定部(650),基于逐次算出的所述输入输出电力及其变化率,求得在经过了所述通信延迟时间的时刻的所述输入输出电力推定值(Pm1e)。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述电力收支控制部(660)包括转矩限制部(665),所述转矩限制部(665),以使由所述第二控制单元(620)算出的所述第二电动机(530)的输入输出电力(Pm2)与由所述推定部(650)推定的所述输入输出电力推定值(Pm1e)的和不超出所述预定范围(Win~Wout)的方式,限制所述第二电动机的输出转矩。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述第一电动机(560)被构成为能够伴随发动机运行而发电,
所述第二电动机(530)被构成为在动力驱动时消耗电力而产生车辆驱动力,而在再生制动时进行发电。
7.根据权利要求6所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述电力收支控制部(660),在判断为所述第一电动机(560)的运行状态正在沿所述第一电动机的发电电力增加的方向变化的情况下,代替由所述推定部(650)推定的所述输入输出电力推定值(Pm1e),使用包含所述通信延迟时间(Tcm)而被识别的所述第一电动机的输入输出电力(Pm1),将所述第一电动机与所述第二电动机的输入输出电力的和限制在所述预定范围(Win~Wout)内。
8.根据权利要求7所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述电力收支控制部(660),在所述第一电动机(560)发电时所述转矩指令值(Tqr1)的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判断为所述第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
9.根据权利要求7所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述电力收支控制部(660),在所述第一电动机(560)发电时所述转速(Nm1)的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判断为所述第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
10.根据权利要求7所述的混合动力车辆的控制装置,其中,
所述第一控制单元(610)逐次算出所述第一电动机(560)的输入输出电力(Pm1),
所述电力收支控制部(660),在所述第一电动机(560)发电时所述输入输出电力(Pm1)的算出值的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判断为所述第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
11.一种混合动力车辆的控制方法,所述混合动力车辆搭载有:第一电动机和第二电动机(560、530);被构成为能够在与所述第一电动机和所述第二电动机之间授受电力的蓄电装置(510);用于分别驱动控制所述第一电动机和所述第二电动机的第一控制单元和第二控制单元(610、620);以及用于在所述第一控制单元与所述第二控制单元之间进行数据通信的通信路径(615),该控制方法包括:
推定步骤(S130),基于由所述第一控制单元(610)取得的关于所述第一电动机(560)的数据,校正从所述第一控制单元向所述第二控制单元传送数据时在所述通信路径中的通信延迟时间(Tcm),推定在与所述第二电动机同步的定时的、所述第一电动机的输入输出电力(Pm1);和
限制步骤(S240~S270),通过所述第二控制单元,使用由所述推定步骤推定的所述第一电动机的输入输出电力推定值(Pm1e),将所述第一电动机与所述第二电动机的输入输出电力的和(Pm1+Pm2)限制在预定范围(Win~Wout)内。
12.根据权利要求11所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述第一控制单元(610),按照在时间方向上对所述第一电动机(560)的转矩指令值(Tqr1)进行平滑化而得到的平滑转矩指令值(Tqr1#),驱动控制所述第一电动机,
所述推定步骤(S130),使用推定转矩指令值(Tqr1e),求得所述输入输出电力推定值(Pm1e),该推定转矩指令值(Tqr1e)是以比用于得到所述平滑转矩指令值的平滑化处理小的时间常数在时间方向上对所述第一电动机的转矩指令值进行平滑化处理而得到的。
13.根据权利要求11所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述推定步骤(S130),基于所述第一电动机(560)的转速(Nm1)的变化率来推定经过了所述通信延迟时间的时刻的所述第一电动机的转速,并且使用推定出的所述第一电动机的转速(Nm1e)来求得所述输入输出电力推定值(Pm1e)。
14.根据权利要求11所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述第一控制单元(610)根据所述第一电动机(560)的转矩和转速来逐次算出输入输出电力(Pm1),
所述推定步骤(S130),基于逐次算出的所述输入输出电力及其变化率,求得在经过了所述通信延迟时间的时刻的所述输入输出电力推定值(Pm1e)。
15.根据权利要求11所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述限制步骤(S240~S270)包括步骤(S260),所述步骤(S260),以使由所述第二控制单元(620)算出的所述第二电动机(530)的输入输出电力(Pm2)与由所述推定部(650)推定的所述输入输出电力推定值(Pm1e)的和不超出所述预定范围(Win~Wout)的方式,限制所述第二电动机的输出转矩。
16.根据权利要求11~15的任一项所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述第一电动机(560)被构成为能够伴随发动机运行而发电,
所述第二电动机(530)被构成为在动力驱动时消耗电力而产生车辆驱动力,而在再生制动时进行发电。
17.根据权利要求16所述的混合动力车辆的控制方法,其中,还包括:
判定步骤(S125),判定所述第一电动机(560)的运行状态是否正在沿所述第一电动机的发电电力增加的方向变化;和
发送步骤(S150),在判定为所述第一电动机的运行状态正在沿所述发电电力增加的方向变化的情况下,代替由所述推定步骤(S130)推定的所述输入输出电力推定值(Pm1e),将包含所述通信延迟时间(Tcm)而被识别的所述第一电动机的输入输出电力(Pm1)向所述第二控制单元发送,
所述限制步骤(S240~S270),使用向所述第二控制单元发送的所述第一电动机的输入输出电力(Pm1),将所述第一电动机与所述第二电动机的输入输出电力的和限制在所述预定范围(Win~Wout)内。
18.根据权利要求17所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述判定步骤(S125),在所述第一电动机(560)发电时所述转矩指令值(Tqr1)的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判定为所述第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
19.根据权利要求17所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述判定步骤(S125),在所述第一电动机(560)发电时所述转速(Nm1)的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判定为所述第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
20.根据权利要求17所述的混合动力车辆的控制方法,其中,
所述第一控制单元(610)逐次算出所述第一电动机(560)的输入输出电力(Pm1),
所述判定步骤(S125),在所述第一电动机(560)发电时所述输入输出电力(Pm1)的算出值的绝对值正在沿增加的方向变化的情况下,判定为所述第一电动机的运行状态正在沿发电电力增加的方向变化。
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