CN101959731A - 用于控制混合动力车辆的控制设备和方法 - Google Patents

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Abstract

这里教导一种用于混合动力车辆，其中，离合器设置在发动机与马达/发电机之间，在使发动机减速的同时离合器的脱开控制在滑行驱动中。驱动控制器接合所述离合器，使得在滑行减速时使发动机减速的同时车辆滑行。在滑行的同时，当混合动力车辆的分级变速器降档时，在降档期间所述离合器脱开。

Description

用于控制混合动力车辆的控制设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年3月3日提交的日本专利申请序列号No.2008-052428的优先权，其完整内容通过应用的方式结合于此。
技术领域
本发明涉及控制一种混合动力车辆。
背景技术
已知的混合动力车辆具有发动机、用于驱动、起动发动机和发电的马达/发电机(MG)，以及设置在发动机与马达/发电机之间的离合器。当这种混合动力车辆滑行时，停止将燃料供给至发动机并且使得离合器脱开，使得发动机与驱动变速器和马达/发电机分离开。采用这种操作，不会在由马达/发电机进行减速再生发电期间由于发动机摩擦而损失电能再生，并且完全地并且高效地确保再生发电量。在这种混合动力车辆中，例如，当混合动力车辆向下滑行经过一个长的山坡并且油门踏板被司机释放时，使用MG作为发电机，通过执行再生发电而出现恢复电力的频率或次数增加。
在这种情况下，可以想象到，通常会出现存储再生发电量或电力的电池被完全充电的情况。也就是，可以想象到，通常会出现电池的荷电状态超过特定值并且不可能进行再生的情况。因此，在SOC超过规定值的情况下，为了防止电池过度充电，MG的再生制动被控制或限制(或抑制)。对于即使司机释放油门踏板而再生制动受到限制的这一情况，存在诸如日本专利临时出版物No.2004-162534和2006-306328教导的系统，其中布置在发动机和马达之间的离合器进行接合，通过发动机摩擦执行减速。另外，在设置有两个离合器的这种混合动力车辆中的具有分级变速器的系统也已经公开在例如日本专利临时出版物No.2005-221073中。
发明内容
本发明的实施例在滑行的同时控制混合动力车辆的离合器的脱开。该混合动力车辆包括发动机、马达/发电机、第一离合器和自动变速器，通过使所述第一离合器接合和脱开，所述第一离合器传送和断开所述发动机与所述马达/发电机之间的扭矩，所述自动变速器设置在所述马达/发电机与所述驱动轮之间。根据本发明的一项示例性实施例，用于该混合动力车辆的控制设备包括控制器，所述控制器配置成在滑行减速时使所述发动机减速的同时保持所述第一离合器的接合从而执行车辆滑行驱动，控制所述自动变速器以执行降档过程并且在所述降档过程期间使所述第一离合器脱开。
该实施例和其他实施例的详细内容和变化将在下文中详细地进行说明。
附图说明
这里的说明书参照附图，在整个多幅附图中，类似的附图标记指代类似的部件，其中：
图1是设置有根据本发明一项实施例的离合器控制设备的混合动力车辆的示意性系统图；
图2A至2E是根据图1的混合动力车辆的发动机、第一离合器和马达/发电机的状态转换示意图；
图3是由根据本发明的一项实施例的混合动力车辆的离合器控制设备执行的控制的流程图；
图4A和4B是说明在车辆从恒速下降的情况下离合器接合/脱开的示意图；
图5A和5B是说明在减速期间高SOC下在发动机制动器驱动模式下的操作切换至滑行操作的情况下的离合器的接合/脱开的示意图。
图6A至6D是说明在高SOC下在发动机制动器驱动模式下的操作切换至减速(降档)并且也从滑行操作重新加速的情况下离合器的接合/脱开的示意图。
具体实施方式
在日本专利临时出版物No.2004-162534、2006-306328和2005-221073中记载的混合动力车辆系统中，在以高SOC接合离合器、使发动机减速并且燃料切断(即，在使发动机减速的同时不提供燃料)的同时混合动力车辆滑行的情况下，存在低车速状态下出现比目标减速度更大的减速度的可能性。尤其地，在具有分级变速器的车辆的正常自动变速器控制的情况下，根据车速的降低执行降档至大变速比速度级。在这种情况下，可能出现下述情况，即，逐渐地产生比司机的所需减速更大的减速。
为了处理这一问题，本发明人已经考虑一种技术，其中，在减速度变得大于或等于目标减速度之前脱开或释放离合器。但是，当使用这一技术时，减速会根据自动变速器的变速比而明显地降低或减少，导致难于满足包括司机在内的乘坐人员的感觉和/或舒适度的问题。
但是，根据本发明的一项实施例，可通过使得第一离合器脱开同时降低由离合器脱开导致对车辆行为的影响而降低能量消耗。另外，可降低过度增加或过量的减速。此外，如下文额外详细说明的那样，与降档同步地使第一离合器脱开可在发动机意外或不确定摩擦被释放的情况下抑制推进器轴的突然输出扭矩变化，这使得车辆行为具有稳定性。而且，虽然在降档期间存在车辆行为变化的措施，但是车辆行为改变导致的影响可通过离合器脱开而被遮盖或避免。
在下文，将参照附图详细说明本发明的特定实施例。如图1所示，混合动力车辆包括发动机1、马达/发电机2和变速器3。这里，例如，变速器3采用一种固定比自动变速器。第一离合器CL1设置在发动机1与马达/发电机2之间。第一离合器CL1能够连接和断开发动机1的驱动力和摩擦。当通过逆变器12从电池10接收动力时，马达/发电机2作为电动机进行工作，马达/发电机2用于经由变速器3、推进器轴4和差速齿轮5对驱动轮6进行驱动。第二离合器CL2采用一种同样用作换挡用摩擦接合元件的离合器(这里设置在变速器3内部)，第二离合器CL2控制马达/发电机2与驱动轮6之间的扭矩传递。
相对于马达/发电机2，当马达/发电机2被减速并且通过差速齿轮5、推进器轴4和变速器3而由驱动轮6旋转时。同样，马达/发电机2能够作为发电机，电池10通过逆变器12而由通过马达/发电机2产生的动力充电。也就是，马达/发电机2作为电动机和发电机工作。
第一离合器CL1、第二离合器CL2和马达/发电机2由控制器9控制。对于控制器9，传感器诸如检测油门开度(APO)的油门位置传感器7，以及检测车辆行驶速度的车速传感器8，连接至控制器9的输入侧。此外，电池装配有电池传感器11，电池传感器11测量或检查电池的荷电状态(SOC)并且将所测量的SOC发送至控制器9。该控制器9根据这些传感器的输入信息控制发动机1、第一离合器CL1、马达/发电机2和第二离合器CL2。
控制器9从下述模式中选择任何一种驱动模式作为混合动力车辆的驱动模式：1)EV驱动模式(电动驱动模式)，其中，车辆在第一离合器CL1脱开从而使得发动机1和马达/发电机2分离的状态下仅通过马达/发电机(MG)2的驱动力进行行驶；2)HEV驱动模式(混合驱动模式)，其中车辆在第一离合器CL1接合以连接发动机1和马达/发电机2的状态下通过至少发动机1的驱动力进行行驶；3)发动机制动器驱动模式，其中，车辆在离合器CL1接合以连接发动机1和马达/发电机2并且停止向发动机1供给燃料的状态下在使得发动机减速的同时行驶。这里，“使发动机减速“意味着，发动机没有被供给燃料并且不产生驱动力，发动机通过第一离合器CL1由驱动轮6或马达/发电机2旋转。当不供给燃料的发动机由驱动轮6或马达/发电机2旋转时，本身具有惯性的发动机作为发动机制动进行操作并且减小车速。
在上述系统中，为了避免在离合器CL1脱开的操作下出现不理想的车辆行为，在离合器CL1保持接合但是不使得离合器CL1脱开的情况下，在重新加速或者缓慢驱动时，通过使用MG 2的辅助扭矩，在发动机制动器驱动模式下执行EV驱动。但是，由于用于抵消发动机制动的能量被消耗，所以这会促成燃料经济性的恶化。此外，在发动机在离合器CL1接合时减速的情况下，当执行重新加速时(也就是，动力消耗增加)，与发动机减速相当的另外或额外量的能量被消耗，这可能造成燃料经济性的恶化。
另一方面，通常产生通过油门踏板的小幅度下压而进行加速的情况，或者油门踏板被再次释放，使得加速需求根据车速由于道路状况(例如，道路梯度或坡度的降低，道路从下山路变为平路或上山路)以及其周围的交通流量出现降低而被司机取消。也就是说，即使在滑行驱动的情况下，司机通过执行轻微的油门操作根据周围的交通流量而保持车速。当离合器1的接合被释放(即，离合器被脱开)时，车辆行为会由于脱开造成的冲击而出现改变，这导致乘坐人员不舒服。同时，如上所述，在离合器CL1接合并且发动机在重新加速下被减速的状态下，与发动机减速相当的额外或另外量的能量被消耗掉。
此外，在低车速下离合器CL1接合并且发动机制动器驱动模式下滑行减速驱动的情况下，该系统发挥作用，使得通过存在变化的发动机制动的量以及MG辅助量产生目标减速度。因此，当从减速状态或蠕动驱动开始重新加速并且离合器CL1脱开时，由于发动机制动量随着离合器CL1脱开而被降低，所以MG辅助量需要降低。但是，在这种控制中，由于该系统的响应延迟或者推算发动机制动量和实际发动机制动量之间的差，会产生问题，通过感觉到加速或G(重力加速度)下降而出现不利的车辆行为。因为，在本发明的各项实施例中，上述问题采用下述方式解决。
控制器9具有离合器控制部分9a、MG控制部分9b、电池控制部分9c、发动机控制部分9d和变速器控制部分9e。变速器控制部分9e根据油门位置传感器7和车速传感器8的输入来控制变速器3从而使档位升档或降档。控制器9通过例如诸如现有技术中公知的传统发动机控制单元实现。因此，其可以是包括随机读取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和中央处理器(CPU)的微电脑，伴随有各种输入和输出连接。一般地，这里描述以及与相应控制部分有关的控制功能通过存储在ROM中的一个或多个软件程序的CPU的执行而实现。当然，一些功能或所有功能可通过硬件部件实现。而且，虽然已经示出多个控制部分作为集成控制器9的一部分，但是相应于这些部分的功能可通过多个逻辑相连的控制器执行。
MG控制部分9b根据所需的驱动力驱动马达/发电机MG的动力驱动和再生操作。离合器控制部分9c控制第一离合器CL1和第二离合器CL2的接合/脱开。电池控制部分9c接收表示由电池传感器11测量的电池10的SOC(带电量)的输入并且控制电池10的带电量和放电量。当SOC超过特定阈值带电值而通过发电进行的再生充电应当由该阈值阻止时，电池控制部分9c阻止或抑制再生操作(充电)，并且执行发动机制动器驱动模式中的滑行驱动。
当由车速传感器8测量的车速降低时，变速器控制部分9e将变速器3的档位降档至较大变速比的低速档位(或级)。由于滑行驱动期间在第一离合器CL1接合并且使发动机1减速的同时车速逐渐降低，所以变速器控制部分9e根据车速的降低而执行降档至仍然较大的变速比的档位。然后通过在没有燃料供给时使发动机1减速而得到发动机制动的力增加，同时降档至低速档位。因此，在本实施例中，在使发动机减速时滑行驱动的情况下，第一离合器CL1与这一降档同步地被脱开。采用这一操作，能够防止高变速比的档位下出现过大减速度。此外，由于第一离合器CL1的脱开在降档操作期间得以执行，所以也可将车辆行为的不利影响抑制到最小。另外，由于在使第一离合器CL1脱开之后车辆处于适合正常EV驱动的范围或区域，所以当司机需要加速时，EV驱动能够平稳地起动而不采用额外的离合器控制(离合器的接合/脱开操作)。而且，由于第一离合器CL1已经脱开，所以不需要在发动机1减速的情况下执行EV驱动，那么也使得燃料经济性改善。
图2A至2E是图1所示的混合动力车辆的发动机1、第一离合器CL1和马达/发电机2的状态转换示意图。在附图中，每个横轴表示时间，每个纵轴表示混合动力车辆的系统状态。首先，在时间t1，检测从当前档位(当前GP)换档至下一档位(下一GP)的换档信号。例如，这可以是[第二→第一]降档的判断。同样，在时间t1，开始控制自动变速器AT的第二离合器CL2的脱开侧(图2E中的虚线)和接合侧(图2E中的粗线)上的接合元件的接合油压。在这一时间点，变速器3处于扭矩阶段，发动机1和马达/发电机2是受扭矩控制的。在从t1至t2的时间段中，第二离合器CL2的脱开侧上的接合元件的接合油压降低，第二离合器CL2的接合侧上的接合元件的接合油压增加。
随后，在时间t2，接合侧上的接合元件的接合油压成为不变的，该阶段变化至惯性阶段。该控制变化至通过目标转速进行的转速控制，第一离合器CL1在时间t2或之后不久脱开。通过第一离合器CL1的脱开，发动机摩擦变得基本上等于零，MG辅助扭矩输入至自动变速器3输入扭矩，直到马达/发电机2受到控制。然后，由于从时间t3开始输出扭矩受到控制或调节至相当于目标驱动扭矩的扭矩，在时间t3，接合侧上的接合元件的接合压力增加，该阶段再次变为扭矩阶段，没有出现由第一离合器CL1的脱开导致的输出扭矩的扭矩改变。也就是，在本实施例中，第一离合器CL1的脱开在降档时在时间t1与t3之间执行，更具体地说，在时间t2与t3之间的转速控制期间。
图3是示出由图1的控制器9执行的控制的一项实例的流程图。如附图所示，在步骤S11，判断测得当前SOC(表示电池的荷电状态或电池的带电量的值)是否小于预定阈值。如果当前SOC不小于预定阈值，那么终止该程序。如果当前SOC小于预定阈值，那么在步骤S12判断车辆操作是否在第一离合器CL1接合的情况下正在滑行减速。更具体地说，可通过从离合器控制部分9a获得的信息判断第一离合器CL1是否接合。通过从油门位置传感器7获得的信息判断车辆操作是否正在滑行减速。在步骤S12，根据从这些离合器控制部分9a和油门位置传感器7获得的信息，判断车辆操作是否在第一离合器CL1接合的情况下处于滑行减速。如果判断条件没有满足，那么保持第一离合器CL1的接合，程序终止。如果满足判断条件，那么在步骤S13，判断当前车速是否小于或等于降档车速(例如当前车速≤第二→第一降档车速)。步骤S13重复，直到当前车速小于或等于由于滑行减速造成的降档车速。在当前车速变得小于或等于降档车速时，在步骤S14，开始降档(从例如第二→第一开始)。在步骤S15，转速控制被初始化，在步骤S16，第一离合器CL1的脱开被执行。在步骤S17，降档被完成，该控制切换至扭矩控制。之后，车辆驱动变速至慢速EV驱动。采用这一操作，由于由发动机减速造成的过度减速能够被防止，所以能够实现燃料经济性的改善，并且也能够抑制由离合器脱开造成的不理想车辆行为。
为了帮助理解本发明，将说明图1所示的具有第一离合器CL1和第二离合器CL2的混合动力车辆的离合器接合和脱开的每种情况。如图4A和4B所示，这一混合动力车辆具有发动机1、第一离合器CL1、第二离合器CL2、马达/发电机2、逆变器12和电池10。在下述附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。在停止状态，第一离合器CL1脱开，第二离合器CL2接合。在加速期间，电池10的DC动力通过逆变器12转换至三相AC电流从而旋转马达/发电机2；由这一旋转产生的驱动力然后经由第二离合器CL2传递至驱动轮。
图4A和4B说明在从不变速度(图4A)至减速(图4B)的操作状态下的离合器接合和脱开。如图4A所示，车辆处于第一离合器CL1和第二离合器CL2的每个都完全接合的状态。车辆以不变的速度行驶，发动机扭矩通过第一离合器CL1、马达/发电机2和第二离合器CL2传递至驱动轮。当然，由于车辆是混合动力车辆，所以此时马达扭矩能够在除了发动机扭矩之外被供给，或者车辆能够在停止将燃料供给至发动机侧的情况下仅通过马达扭矩而行驶。如图4B所示，当油门踏板从这种不变的速度释放时，在SOC处于正常状态的情况下，该驱动切换至EV模式下的滑行驱动。第一离合器CL1脱开，马达/发电机2作为发电机进行工作。AC电力通过逆变器1转换至DC电力，并且对电池10进行充电。也就是说，在减速时，电池10被充电所处的再生操作得以操作。
图5A和5B说明在减速期间高SOC状态下在发动机制动器驱动模式下该驱动变化至滑行操作的操作状态下的离合器接合和脱开。图5A是在上文图4B中所说的EV模式下的滑行驱动。在电池10处于高SOC状态(完全充电状态和充电抑制状态)下的情况下，在高SOC状态下，在被减速或者油门踏板被释放的同时进行电池10的再生操作时，SOC超过规定阈值带电值，为了执行减速而不使得电池10的电力再生，如图5B所示，该驱动切换至发动机制动器驱动模式中的滑行驱动。第一离合器CL1被接合，执行发动机被减速并且没有燃料供给至发动机1的操作。也就是说，通过发动机制动器执行滑行驱动。
图6A至6D说明在高SOC操作从发动机制动器驱动模式下的滑行驱动变化至减速(降档)或重新加速的操作状态下的离合器接合和脱开。图6A是如上在图5B所述的发动机制动器驱动模式中的滑行驱动。在图6A所示的发动机制动器驱动模式中的滑行驱动下，降档根据车速的降低而产生。根据普通的降档技术，图6A通过减速而变化至图6B，并且该档位降档至高减速的低速档位，因此过度减速状态出现。另一方面，根据本发明的各项实施例，由于第一离合器CL1在如图6B所示的降档期间被脱开，所以能够降低脱开时的冲击。此外，由于导致过度减速的与发动机的接合或连接被释放，所以不存在过度减速。而且，在这种情况下，通常执行重新加速。在这种情况下，如图6D所示，该驱动可在不进行额外离合器控制的情况下切换至EV驱动。
本领域技术人员在上述教导的情况下将想到上述实施例的改进和变化。例如，每个部件或每个部分中存在的功能能够在逻辑限制中重新安排。
在所示实施例中，说明第一离合器CL1与从第二→第一的降档同步地被脱开的操作状态。但是，本发明并不局限于这一情况。例如，在第二档位的变速比足够高的情况下，第一离合器CL1能够与从第三→第二的降档同步地被脱开，即使在这种情况下，能够获得如上述实施例的相同效果。此外，在车速与降档之间的相关性被正确地或精确地设定的情况下，代替降档的状态，第一离合器CL1可与车速同步地脱开，由此执行降档。
上述实施例已经进行说明从而允许容易地理解本发明，并且不限制本发明。相反地，本发明意在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种改进和等同布置，其范围符合最宽泛的理解从而覆盖法律允许的所有这种改进和等同结构。

Claims (12)

1.一种用于混合动力车辆的控制设备，所述混合动力车辆包括发动机、马达/发电机、第一离合器和自动变速器，通过使所述第一离合器接合和脱开，所述第一离合器传送和断开所述发动机与所述马达/发电机之间的扭矩，所述自动变速器设置在所述马达/发电机与所述驱动轮之间，所述控制设备包括：
控制器，所述控制器配置成在滑行减速时使所述发动机减速的同时保持所述第一离合器的接合从而执行车辆滑行驱动；控制所述自动变速器以执行降档过程；以及在所述降档过程期间使所述第一离合器脱开。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述混合动力车辆包括电池，所述电池向所述马达/发电机提供电力并且通过由所述马达/发电机产生的电力进行充电；以及
其中，所述控制器进一步配置成在所述电池电荷的荷电状态大于预定阈值充电值时，在滑行减速时使所述发动机减速的同时执行车辆滑行驱动。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中：
所述控制器进一步配置成根据车速的降低控制所述自动变速器以执行所述降档过程。
4.根据权利要求3所述的控制设备，其中：
所述控制器进一步配置以在降档过程期间使所述第一离合器脱开，此时，在发动机被减速且第一离合器接合的车辆滑行驱动下，所述自动变速器根据所述车速的降低降档至最大变速比的档位。
5.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中：
所述降档过程包括第一扭矩阶段，在所述第一扭矩阶段期间，所述控制器执行所述马达/发电机的第一扭矩控制，以及惯性阶段，在所述惯性阶段期间，所述控制器执行所述马达/发电机的转速控制；以及
所述控制器进一步配置成响应于从所述第一扭矩控制切换至所述转速控制而使所述第一离合器脱开。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其中：
所述降档过程进一步包括第二扭矩控制阶段，在所述第二扭矩控制阶段，所述控制器执行所述马达/发电机的第二扭矩控制；以及
所述控制器进一步配置成在所述惯性阶段完成并且第二扭矩阶段开始之后，保持所述第一离合器的脱开并且从所述马达/发电机的转速控制切换至所述马达/发电机的第二扭矩控制。
7.一种控制混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆包括发动机、马达/发电机、第一离合器和自动变速器，通过使所述第一离合器接合和脱开，所述第一离合器传送和断开所述发动机与所述马达/发电机之间的扭矩，所述自动变速器设置在所述马达/发电机与所述驱动轮之间，所述方法包括：
在滑行减速时使所述发动机减速的同时保持所述第一离合器的接合从而执行车辆滑行驱动；
控制所述自动变速器以执行降档过程；以及
在所述降档过程期间使所述第一离合器脱开。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合动力车辆包括电池，所述电池向所述马达/发电机提供电力并且通过由所述马达/发电机产生的电力进行充电，所述方法还包括：
在所述电池电荷的荷电状态大于预定阈值充电值时，在滑行减速时使所述发动机减速的同时执行车辆滑行驱动。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中：
根据车速的降低控制所述自动变速器以执行所述降档过程。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
在降档过程期间使所述第一离合器脱开，此时，在发动机被减速且第一离合器接合的车辆滑行驱动下，所述自动变速器根据所述车速的降低降档至最大变速比的档位。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，控制所述自动变速器以执行所述降档过程包括：
通过控制所述马达/发电机的扭矩而执行第一扭矩阶段；以及
在执行所述第一扭矩阶段之后通过控制所述马达/发电机的转速而执行惯性阶段；并且其中，在所述降档过程期间使所述第一离合器脱离包括：
响应于从所述第一扭矩控制切换至所述转速控制而使所述第一离合器脱开。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，控制所述自动变速器以执行所述降档过程还包括：
在执行所述惯性阶段之后通过控制所述马达/发电机的扭矩执行第二扭矩控制阶段，所述方法还包括：
在所述第二扭矩阶段开始之后保持所述第一离合器的脱开。
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