CN102602389A - 串联混合动力车辆的控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种串联混合动力车辆的控制设备，所述串联混合动力车辆包括发动机、发电机、电池和驱动马达，所述控制设备在维持高燃料效率的情况下使发动机转数根据加速器开度而升高，从而由于发动机声音增大而给驾驶员带来加速感。在所述控制设备中，控制部件基于加速器开度检测部件所检测到的加速器开度来确定目标发动机转数，并且在加速器开度检测部件所检测到的加速器开度最小时将实现发电效率最大的发动机转数设置作为目标发动机转数，以及在加速器开度检测部件所检测到的加速器开度最大时将实现输出最大的发动机转数设置作为目标发动机转数。

Description

串联混合动力车辆的控制设备
技术领域
本发明涉及串联混合动力车辆的控制设备，尤其涉及车轮由马达所驱动并且发动机仅用于发电的串联混合动力车辆的控制设备。
背景技术
作为车辆的串联混合动力车辆包括：发动机；由该发动机所驱动的发电机；利用该发电机进行充电的电池；以及马达，用于利用发电机的发电电力或电池的放电电力来驱动车轮。
根据日本特开2008-55997的混合动力车辆的控制设备是如下的设备：当混合动力车辆急加速时，发动机输出控制降低发电机的发电负荷。
然而，传统上，在总是利用发动机发电来补充车辆加速所需的瞬时电力的串联混合动力车辆中，车辆的加速性和反应性在很大程度上依赖于发动机的输出和反应性，因而需要高输出和高应答的发动机。另外，包括发动机和发电机的整体发电系统的效率不一定按高效工作曲线工作，这可能不利于提高燃料效率。此外，存在必须在大振动和大噪声的发动机转动范围内驱动车辆的情况。此外，已存在行人无法注意到在低速移动期间发动机已停止的移动车辆的情况。
另外，在将发动机的发电电力设置为总是恒定的串联混合动力车辆中，来自该发动机的噪声和振动与车辆的加速变化不对应，因而不利地给驾驶员带来不适感。
发明内容
因而，本发明的目的是提供如下的一种串联混合动力车辆的控制设备，其中，在维持高燃料效率的情况下，发动机转数根据加速器开度而升高，由此由于发动机声音增大而给驾驶员带来加速感。
本发明提供一种串联混合动力车辆的控制设备，所述串联混合动力车辆包括发动机、由所述发动机所驱动的发电机、利用所述发电机进行充电的电池以及利用所述发电机的发电电力或所述电池的放电电力驱动车轮的马达，所述控制设备包括：加速器开度检测部件，用于检测加速器开度；以及控制部件，用于基于所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度来确定目标发动机转数，其中，所述控制部件在所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度最小时将实现发电效率最大的发动机转数设置为目标发动机转数，并且在所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度最大时将实现输出最大的发动机转数设置为目标发动机转数。
本发明的串联混合动力车辆的控制设备可以在维持高燃料效率的情况下使发动机转数根据加速器开度而升高，由此由于发动机声音增大而给驾驶员带来加速感。
附图说明
图1是(根据实施例的)混合动力车辆的控制设备的系统结构图；
图2是(根据实施例的)混合动力车辆的控制设备的框图；
图3是示出(根据实施例的)与加速器开度相对应的发动机转数的变化的时序图；
图4是示出(根据实施例的)与发动机转数和转矩有关的工作曲线的图；
图5是示出(根据实施例的)各模式之间的转变条件的图；
图6是(根据实施例的)控制部件所进行的控制的流程图；
图7是(根据实施例的)控制部件所进行的控制的时序图；
图8是(根据实施例的)模式转变的流程图；
图9是(根据实施例的)混合动力模式的流程图；以及
图10是示出(根据实施例的)各模式中的相对于发动机转数的输出、效率、振动和噪声的图。
附图标记说明
1车辆
5发动机
6发电机
7电池
8驱动马达
9控制设备
10控制部件
11加速器开度检测部件
12制动器开度检测部件
13档位检测部件
14车速检测部件
15发动机转数检测部件
具体实施方式
本发明通过在加速器开度最小时将实现发电效率最大的发动机转数设置为目标发动机转数、并且在加速器开度最大时将实现输出最大的发动机转数设置为目标发动机转数，实现了在维持高燃料效率的情况下使发动机转数根据加速器开度而升高并由此由于发动机声音增大而给驾驶员带来加速感的目的。
图1～10示出本发明的实施例。
在图1中，附图标记1表示串联混合动力车辆(以下称为“车辆”)，附图标记2表示车轮，附图标记3表示轴，并且附图标记4表示差速装置。
车辆1包括：发动机5；由发动机5所驱动的发电机6；利用发电机6进行充电的高压电池7；以及驱动马达8，用作利用发电机6的发电电力或电池7的放电电力来驱动车轮2的马达。驱动马达8电连接至发电机6和电池7，并向轴3输出驱动力以驱动车轮2。
发动机5、发电机6、电池7和驱动马达8均连接至包括在车辆1的控制设备9中的控制部件(混合动力控制器)10。控制部件10可以检测电池7的SOC(充电状态)(剩余充电量或充电状态)(％)。
另外，如图2所示，控制部件10的输入侧除了连接有电池7以外，还连接有如下的部件：加速器开度检测部件11，用于检测例如加速踏板的踩踏量作为加速器开度；制动器开度检测部件12，用于检测例如制动踏板的踩踏量作为制动器开度；档位检测部件13，用于检测档位；车速检测部件14，用于检测车速；以及发动机转数检测部件15，用于检测发动机转数。
此外，如图2所示，控制部件10的输出侧连接有如下的部件：驱动马达控制器16，用于向驱动马达8输出驱动转矩；发电机控制器17，用于向发电机6输出发电转矩；以及发动机控制器18，用于对节气门开度等进行调节以控制发动机5。
控制部件10基于加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度来确定目标发动机转数。
例如，如图3所示，传统上，当踩踏加速踏板以使加速器开度从0％达到100％、由此使加速器全开时(t1时刻)，在设置操作之前，(由图3的实线E1所示的)发动机转数和(由图3的点划线S1所示的)车速这两者都开始上升。随后，当经过了预定时间T1、并且发动机转数落入最大(Max)区域内时(节气门开度上升时间为Tn-1(秒))(t2时刻)，发动机转数达到峰值。然而，即使已经过了预定时间T2、并且节气门开度上升时间超过Tn(秒)(t3时刻)，车速仍继续上升。
同时，在本发明中，(由图3的实线E2所示的)发动机转数和(由图3的点划线S2所示的)车速这两者都持续上升直到节气门开度上升时间Tn(秒))(t3时刻)。
控制部件10在加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度最小时将实现发电效率最大的发动机转数设置作为目标发动机转数，并且在加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度最大时将实现输出最大的发动机转数设置作为目标发动机转数。
即，如图4所示，在发动机转数为零(0)时(t0时刻)模式为静音模式，并且当发动机转数升高时(t1时刻)，该模式转变为缓慢模式。此外，当发动机转数升高时(t2时刻)，该模式在效率最大点处开始变为混合动力模式(加速器开度为0％～100％)。此外，当发动机转数升高时(t3时刻)，在输出最大点处结束混合动力模式。从时刻t2至时刻t3说明了发动机效率最大的工作曲线。
更具体地，通过对该工作曲线进行设置以使得转矩随着发动机转数升高而增大，可以根据发动机转数的水平使效率、噪声和输出增大和减小。
当发动机转数最小时实现了效率最大点(效率最大、噪声最小以及输出最小)，当发动机转数最大时实现了输出最大点(效率最小、噪声最大以及输出最大)，并且在效率最大点和输出最大点之间、发动机转数和转矩按上述工作曲线转变。在这种情况下，关于振动，对发动机支座的阻尼力进行设置，以使得发动机本体的共振点不在效率最大点和输出最大点之间出现。
结果，关于效率，当发动机转数升高时，通过将最小发动机转数设置为与效率最大点相对应，来使发动机效率降低。关于噪声，由于发动机转数与发动机噪声成比例，因此当发动机转数最小时噪声最小，并且噪声还随着发动机转数升高而增大。关于输出，由于最大发动机转数与输出最大点相对应、并且将与发动机转数和转矩成比例的发动机输出设置为从效率最大点起逐渐增加，因此发动机输出根据发动机转数而上升。关于振动，对发动机支座的阻尼力进行设置，以使得发动机的共振点不在效率最大点和输出最大点之间出现。
根据本实施例的各种模式各自如图5所示转变。
如图5所示，存在第一模式部和第二模式部。
在第一模式部中，存在静音模式和缓慢模式。静音模式是发动机5停止的模式。缓慢模式是具有最小发电、空载以及发动机5的怠速运转状态的模式。当制动踏板不工作、并且档位不为“N”档时，进行从静音模式到缓慢模式的转变。同时，当踩踏制动踏板、并且车速为零(0)km/h或者档位处于“N”档时，进行从缓慢模式到静音模式的转变。
在第二模式部中，存在混合动力模式和EV(电动车辆)模式。混合动力模式是发动机5运转的模式。将加速器开度设置在零(0)％～100％的范围内，并且当加速器开度为零(0)％时实现了效率最大发电以及当加速器开度为100％时实现了输出最大发电。EV模式是发动机5停止的模式。同时，当SOC不小于混合动力上限SOC时进行从混合动力模式到EV模式的转变。当SOC不大于混合动力上限值SOC时，进行从EV模式到混合动力模式的转变。在这种情况下，在从混合动力模式到EV模式的转变以及从EV模式到混合动力模式的转变期间，为了防止频繁的状态转变而分配滞后特性宽度(参见图7)。
另外，从第一模式部到第二模式部的转变是在车速不小于15km/h或者SOC不大于限制开始S OC的情况下进行的。从第二模式部到第一模式部的转变是在车速不大于10km/h且SOC不小于限制开始SOC的情况下进行的。在这种情况下，在从第一模式部到第二模式部的转变以及从第二模式部到第一模式部的转变期间，为了防止频繁的状态转变而分配滞后特性宽度。
如图3所示，当加速器全开时，控制部件10确定目标发动机转数，从而使达到最大发动机转数所用的时间与达到最大车速所用的时间相对应。
另外，如图4和5所示，当车速检测部件14所检测到的车速低于预设值时，控制部件10使目标发动机转数低于实现最大发电效率的发动机转数，而不管加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度如何。
此外，如图5和7所示，当车速检测部件14所检测到的车速低于预设值、并且电池7的充电状态(SOC)水平大于预设的充电状态(SOC)水平时，控制部件10使发动机5处于空载怠速运转状态。
此外，如图7所示，当电池7的充电状态(SOC)水平小于预设的充电状态(SOC)水平时，控制部件10使实现最大输出的发动机转数作为目标发动机转数。
接着，将基于图6的流程图来说明根据本实施例的控制。
如图6所示，当控制部件10中的程序开始时(步骤A01)，输入加速器开度(步骤A02)，根据SOC和该加速器开度设置目标节气门开度(步骤A03)，并且节气门开度以不大于节气门开度上升率上升至目标节气门开度(步骤A04)。
随后，判断加速器是否全开、发动机转数是否在最大(Max)区域内并且车速是否不在最大(Max)区域内(步骤A05)。这里，发动机转数的最大(Max)区域是例如不小于最大发动机转数即1000rpm的区域。车速的最大(Max)区域是例如小于最高车速即10km/h的区域。
如果在步骤A05中判断为“是”，则节气门开度上升时间递增(增加)(步骤A06)，并且节气门开度上升率根据校正后的节气门开度上升时间而改变(步骤A07)。
在进行了步骤A07的处理之后、或者在步骤A05中判断为“否”的情况下，该程序返回(步骤A08)。
随后，将基于图7的时序图来说明针对加速器开度为零(0)时的SOC的控制。
如图7所示，在SOC为零(0)％并且发动机5已起动的状态下(t0时刻)，模式是缓慢模式和静音模式均被禁止的混合动力模式，驱动输出为零(0)％，并且发动机转数达到输出最大点。
随后，当SOC达到20％时(t1时刻)，驱动输出开始上升，之后，当驱动输出达到100％时(t2时刻)，发动机转数从输出最大点起开始降低，并且之后，当SOC达到用作限制开始SOC的30％且发动机转数达到效率最大点时(t3时刻)，针对缓慢模式和静音模式的禁止解除。
之后，在用以达到位于50％处的混合动力上限SOC(t4时刻)的预定时间M内处于包括缓慢模式和静音模式的混合动力模式，其中，该预定时间M位于通常使用混合动力模式的区域内。在t4时刻发动机停止。
随后，在t4时刻之后，模式转变为包括缓慢模式和静音模式的EV模式。
要注意，在图7中，在停止发动机时，SOC为50％(t4时刻)，并且在SOC小的一侧设置滞后特性宽度H1。另外，在解除针对缓慢模式和静音模式的禁止时，SOC为30％(t3时刻)，并且在SOC大的一侧设置滞后特性宽度H2。
随后，将基于图8的流程图来说明模式转变。
如图8所示，当控制部件10的程序开始时，首先，判断车速是否小于15km/h(步骤B02)。在这种情况下，对车速设置预定的滞后特性宽度。
如果在步骤B02中判断为“否”，则判断SOC是否不大于混合动力上限SOC(步骤B03)。
如果在步骤B03中判断为“是”，则将模式设置为最小发电的缓慢模式(步骤B04)。要注意，在这种情况下，还可以设置为混合动力模式，而不是缓慢模式。
如果在步骤B03中判断为“否”，则将模式设置为空载怠速运转的缓慢模式(步骤B05)。
在进行了步骤B04的处理之后或者在进行了步骤B05的处理之后，判断是否踩踏了制动器并且车速是否为零(0)km/h(步骤B06)。
如果在步骤B06中判断为“否”，则判断档位是否处于“N”档(步骤B07)。
如果在步骤B07中判断为“是”或者在步骤B06中判断为“是”，则将模式设置为发动机停止的静音模式(步骤B08)。通过将档位换档为“N”档来使缓慢模式切换为静音模式。因而，驾驶员可以将模式从缓慢模式切换为静音模式，而无需添加新的开关等。
同时，如果在步骤B02中判断为“是”，则判断SOC是否不大于混合动力上限SOC(例如，50％)(步骤B09)。
如果在步骤B09中判断为“是”，则将模式设置为混合动力模式(步骤B10)。在该混合动力模式中，当加速器开度为零(0)％时实现效率最大发电，并且当加速器开度为100％时实现输出最大发电。
如果在步骤B09中判断为“否”，则将模式设置为发动机5停止的EV模式(步骤B11)。
在进行了步骤B10的处理之后、在进行了步骤B11的处理之后、在进行了步骤B08的处理之后、或者在步骤B07中判断为“否”的情况下，该程序返回(步骤B12)。
将基于图9的流程图来说明上述的混合动力模式。
如图9所示，当控制部件10的程序开始时(步骤C01)，输入SOC和加速器开度(步骤C02)，并且与加速器开度0％～100％相对应地使发电量从效率最大点增大至输出最大点(步骤C03)，并且判断SOC是否不小于限制开始SOC(步骤C04)。
如果在步骤C04中判断为“否”，则根据SOC下降的水平使发电量从效率最大点进一步增大至输出最大点(步骤C05)。
在步骤C04中判断为“是”的情况下或者在进行了步骤C05的处理之后，削减超过输出最大点的发电量(步骤C06)，并且该程序返回(步骤C07)。
另外，在这种情况下，如图10所示，在相对于发动机转数的输出、效率、振动和噪声中，对发动机转数的范围和共振转数进行设置以使其互不重叠，并且在效率最大点和输出最大点之间使用与加速器开度(0～100％)相对应的混合动力模式。
即，在燃气车辆中，当加速器开度大时节气门开度大，发动机转数快速升高，并且燃料消耗量大；而当加速器开度小时节气门开度小，发动机转数缓慢升高，并且燃料消耗量小。
同时，在串联混合动力车辆中，可以独立控制加速和发动机转数，并且即使车辆处于恒定加速中，也可以在一定程度上自由设置发动机转数的变化速度和升降方向。
当发动机负荷(发电机转矩)恒定时，发动机转数的上升速度根据控制部件10所要求的节气门开度而增加，并且与此相同，即使当发动机转数按发动机转数等于发动机负荷(发电机转矩)的高效率曲线改变时，发动机转数的上升速度也可以根据控制部件10所要求的节气门开度而改变。
即，在根据本实施例的发明中，由于改变发动机转数的目的在于改善驾驶员的加速感，因此在车辆的完全开启加速期间无需使发动机转数的上升速度不小于车速的上升速度，并且将发动机转数的上升速度设置为缓慢从而不使燃料消耗量增加，这是有效的。
以上已说明了本发明的实施例，然后将针对本发明的方面来说明上述实施例的结构。
首先，在根据第一方面的发明中，控制部件10在加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度最小时将实现发电效率最大的发动机转数设置为目标发动机转数，并且在加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度最大时将实现输出最大的发动机转数设置为目标发动机转数。
结果，由于在维持高燃料效率的情况下使发动机转数根据加速器开度而升高，因此由于发动机声音增大而给驾驶员带来加速感。
在根据第二方面的发明中，控制部件10连接至用于检测车速的车速检测部件14，并且当车速检测部件14所检测到的车速低于预设值时，控制部件将目标发动机转数设置为低于实现发电效率最大的发动机转数，而不管加速器开度检测部件11所检测到的加速器开度如何。
结果，由于即使车辆1在降低燃料消耗量的情况下缓慢地移动时、也对发动机5进行驱动，因此可以向行人通知车辆1的接近。
在根据第三方面的发明中，当车速检测部件14所检测到的车速低于预设值、并且电池7的充电状态水平高于预设的充电状态水平时，控制部件10使发动机5处于空载怠速运转状态。
结果，由于即使在车辆1缓慢地移动时也对发动机5进行驱动，因此可以向行人通知该车辆的接近。此外，由于当电池7的充电状态很高时无需进行发电，因此可以通过将发动机设置为空载怠速运转状态来降低燃料消耗量。
在根据第四方面的发明中，当电池7的充电状态水平低于预设的充电状态水平时，控制部件10将实现最大输出的发动机转数设置为目标发动机转数。
这使得在电池7的充电状态低时其充电状态不会下降。
在根据第五方面的发明中，当加速器全开时，控制部件10确定目标发动机转数，从而使达到最大发动机转数所用的时间与达到最大车速所用的时间相对应。
结果，由于发动机转数的上升速度不会变得过高，因此可以降低燃料消耗量。另外，由于发动机转数根据车速的上升而升高，因此可以避免给驾驶员带来不适感。
根据本发明的控制设备可适用于不论是插入型还是其它类型的各种串联混合动力车辆。

Claims (5)

1.一种串联混合动力车辆的控制设备，
所述串联混合动力车辆包括：
发动机；
由所述发动机所驱动的发电机；
利用所述发电机进行充电的电池；以及
利用所述发电机的发电电力或所述电池的放电电力来驱动车轮的马达，
其特征在于，所述控制设备包括：
加速器开度检测部件，用于检测加速器开度；以及
控制部件，用于基于所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度来确定目标发动机转数，
其中，在所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度最小时，所述控制部件将实现发电效率最大的发动机转数设置作为所述目标发动机转数，并且在所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度最大时，所述控制部件将实现输出最大的发动机转数设置作为所述目标发动机转数。
2.根据权利要求1所述的串联混合动力车辆的控制设备，其特征在于，
所述控制部件连接至用于检测车速的车速检测部件，并且
当所述车速检测部件所检测到的车速低于预设值时，所述控制部件将所述目标发动机转数设置为低于实现发电效率最大的发动机转数，而不管所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度如何。
3.根据权利要求2所述的串联混合动力车辆的控制设备，其特征在于，
当所述车速检测部件所检测到的车速低于预设值、并且所述电池的充电状态水平高于预设的充电状态水平时，所述控制部件使所述发动机处于空载怠速运转状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的串联混合动力车辆的控制设备，其特征在于，
当所述电池的充电状态水平低于预设的充电状态水平时，所述控制部件将实现最大输出的发动机转数设置作为所述目标发动机转数。
5.一种串联混合动力车辆的控制设备，
所述串联混合动力车辆包括：
发动机；
由所述发动机所驱动的发电机；
利用所述发电机进行充电的电池；以及
利用所述发电机的发电电力或所述电池的放电电力驱动车轮的马达，
其特征在于，所述控制设备包括：
加速器开度检测部件，用于检测加速器开度；以及
控制部件，用于基于所述加速器开度检测部件所检测到的加速器开度来确定目标发动机转数，
其中，当加速器全开时，所述控制部件确定所述目标发动机转数以使得达到最大发动机转数所用的时间与达到最大车速所用的时间相对应。
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