CN102616150A - 电动车辆 - Google Patents

Abstract

一种电动车辆，包括：发动机，配置为通过从电池供应的电力被驱动；限制控制单元，配置为计算用于限制对所述电动车辆要求的要求扭矩的限制率，以使所述发动机产生的感应电压等于或低于所述电池的电压；驱动扭矩计算单元，配置为基于所述要求扭矩和所述限制率，计算用于使所述电动车辆行驶的驱动扭矩。

Description

电动车辆

技术领域

本发明涉及电动车辆。

背景技术

近年来，从低污染的观点出发，已经关注诸如电动汽车或混合动力汽车的电动车辆，电动车辆在利用来自二次电池的电力来驱动发动机的同时行驶。例如，所谓的混合动力车辆包括具有互相串联连接的多个二次电池的电池，利用来自电池的电力进行操作和将电力供应到车辆、并且还在再生期间起到发电机功能的电动发电机，以及利用燃料进行操作的引擎。这个类型的车辆通过来自引擎或电动发电机的输出、或引擎和电动发电机的总输出被驱动。

电动发电机和电池经过变换器被彼此连接。该变换器例如在PWM控制下将从电池供应的直流电力转换为交流电力，以及将交流电力供应到电动发电机，并控制电动发电机的驱动。

作为相关领域的用于电动车辆的控制装置，例如有电池电压自适应的电动车辆控制装置，该电动车辆控制装置包括用于根据驱动机动车的驾驶员的指令以及机动车的行驶速度来控制发动机电压的控制手段。该控制装置控制发动机电压以根据电池电压改变能使车辆行驶的最高速度设定值，以使行驶速度落在最高速度假定值以内，并且还将最高速度设定值通知该驾驶员(例如，参考日本专利第3200885号)。日本专利第3200885号公开的控制装置通过将由发动机驱动的电动机动车的性能的变化通知驾驶员，提供安全的以及可靠性高的电动机动车。

在日本专利第3200885号中公开的控制装置中，即使当电池电压被减少到给定值以下，也可以通过将机动车的性能的变化通知驾驶员，根据该性能进行安全驾驶。

顺便提及，当在电动车辆中减少电池电压时，可以想象的，不仅出现上述问题，而且还出现以下问题。也就是说，当车辆行驶以转动电动发电机时，通过该电动发电机产生感应电压。然而，如果当电池电压低时车辆速度高，则在电动发电机中产生的感应电压可能比电池电压高。在这种情况下，为了防止由电动发电机的感应电压产生的电流流入电池，变换器控制电动发电机的转数以限制电动发电机中产生的感应电压，以使感应电压变得比电池电压低。

然而，当在变换器中出现故障(例如，二极管的失灵)时，如此在电动发电机中产生的感应电压不能被限制并且由电动发电机的感应电压产生的电流被允许流入电池，结果产生再生的扭矩。这遭受这种问题，即，有在高速行驶期间出现无意的减速以极端地使驾驶稳定性恶化的可能性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种即使在变换器中出现故障也可以防止发生无意的减速的电动车辆。

为了实现该目的，根据本发明，提供了一种电动车辆，包括：发动机，配置为通过从电池供应的电力被驱动；限制控制单元，配置为计算用于限制对该电动车辆要求的要求扭矩的限制率，以使该发动机产生的感应电压等于或低于该电池的电压；驱动扭矩计算单元，配置为基于该要求扭矩和该限制率，计算用于使该电动车辆行驶的驱动扭矩。

该电动车辆可以进一步包括发动机转数检测单元，配置为检测该发动机的转数。该限制控制单元可以包括：感应电压控制单元，配置为计算限制感应电压，该限制感应电压是等于或低于该电池的该电压的电压；发动机转数控制单元，配置为基于该限制感应电压计算最大转数；以及限制率计算单元，配置为基于由该发动机转数检测单元检测的该发动机的该转数以及该最大转数，计算该限制率。

该电动车辆可以进一步包括车速检测单元，配置为检测该电动车辆的车速。该限制控制单元可以包括：限制车速运算单元，配置为计算限制车速，该限制车速是在该感应电压等于或低于该电池的该电压的情况下的车速；以及限制率计算单元，配置为基于由该车速检测单元检测的该电动车辆的该车速以及该限制车速，计算该限制率。

附图说明

图1是图解根据本发明的混合动力车辆的示意图。

图2是图解根据第一实施例的ECU的概略结构的方框图。

图3A是图解根据第一实施例的要求扭矩相对于车速和加速器开度(acceleratoropening degree)的映射(map)，以及图3B是图解根据第一实施例的限制的感应电压相对于电池电压的映射。

图4A是图解根据第一实施例的目标转数相对于限制的感应电压的映射，以及图4B是图解根据第一实施例的扭矩限制率相对于转数富余(margin)值的映射。

图5是图解根据第一实施例的控制处理的流程图。

图6是图解根据第二实施例的ECU的概略结构的方框图。

图7是图解根据第二实施例的限制的车速相对于电池电压的映射。

图8是图解根据第二实施例的扭矩限制率相对于车速富余值的映射。

图9是图解根据第二实施例的控制处理的流程图。

具体实施方式

(第一实施例)

将参照图1到图5描述本发明的第一实施例。在这个实施例中，将给出混合动力电动车辆(HEV)的描述，该混合动力电动车辆是具有引擎和电动发电机的电动车辆。

如图1中图解的，作为电动车辆的车辆1包括用于驱动的引擎2。引擎2连接有燃料箱3，燃料箱3用于将燃料供应给引擎2。

引擎2经过变速器(T/M)4被连接到车辆1的前轮5，并且还被连接到电动发电机(M/G)6。电动发电机(M/G)6具有辅助引擎2并且将驱动力供应给车辆1的功能、以及在减速期间进行再生发电的发电机功能。

同样，车辆1配备有电池7，并且电池7经过变换器8被连接到电动发电机6。积聚在电池7中的电力通过变换器8从直流电被转换成为交流电，并且在电动发电机6中流动，从而驱动电动发电机6。同样，在车辆1的减速期间的再生电力通过变换器8从交流电被转换成为直流电，并且流到电池7中，从而对电池7充电。

同样，车辆1配备有进行车辆1的综合控制的ECU(电子控制单元)10。ECU 10控制例如引擎2和变换器8。

根据这个实施例的上述车辆1是所谓的并联系统的混合动力车辆，并且由来自电动发电机6的输出或引擎2和电动发电机6的总输出驱动。

当电池电压因为电池7的SOC(充电状态)低而低时，可以想象的，随着车辆1的行驶而转动的电动发电机6所产生的感应电压变得比电池电压高。根据这个实施例的ECU 10包括控制装置，该控制装置设置车辆的扭矩，并且基于该扭矩驱动电动发电机6以使车辆1行驶，该车辆的扭矩限制了驾驶员要求的要求扭矩，以致在这个状况下，感应电压不会变得比电池电压高。以下，将参考图2详细地描述设置在ECU 10中的控制装置。

如图2图解的，ECU 10包括驾驶员要求扭矩运算单元11、限制感应电压运算单元(感应电压控制单元)12、目标转数运算单元(发动机转数控制单元)13、扭矩限制率运算单元(限制率计算单元)14、以及车辆扭矩运算单元(驱动扭矩计算单元)15。

驾驶员要求扭矩运算单元11获取安装在车辆的空间内的加速器踏板21(图1中未显示)的加速器开度。同样，驾驶员要求扭矩运算单元11获取由车速检测单元(图1中未显示)22检测的车速，车速检测单元22配置在车辆中，并且检测车辆的当前车速。然后，驾驶员要求扭矩运算单元11基于获取的车辆速度和获取的加速器开度，从图3A中图解的映射中计算由驾驶员要求的要求扭矩Td。在这个实施例中，控制中使用的映射被记录在ECU 10的未显示的记录单元中。在这个实施例中，“计算”不仅包括算术的计算，而且还包括从如上所述的映射中获取值。

如图3A图解的，即使车速相同，由驾驶员要求的要求扭矩Td在加速器开度是100％的情况和加速器开度是10％的情况之间的分布是不同的。然而，在两种情况下，车速低时，要求扭矩Td高，并且车速较高时，要求扭矩Td变得较低。图3A中图解的映射仅仅举例说明加速器开度是100％以及加速器开度是10％的情况。然而，对于各个加速器开度提供各个映射。驾驶员要求扭矩运算单元11将计算的要求扭矩Td传送到车辆扭矩运算单元15。

限制感应电压运算单元12从检测电池7(参见图1)的电压的电池电压检测单元(图1中未显示)获取电池电压Vb。然后，限制感应电压运算单元12判定电池电压Vb是否是阈值的判定电压以下。如果电池电压Vb比判定电压大，则限制感应电压运算单元12将稍后详细描述的限制率Gl是1的事实传送到车辆扭矩运算单元15。

如果电池电压Vb是判定电压以下，则因为电池电压Vb足够小，所以有感应电压超过电池电压Vb的可能性。因此，如下所述，开始用于限制感应电压的控制。然后，当电池电压Vb是判定电压以下时，限制感应电压运算单元12通过使用图3B中图解的映射，从电池电压Vb计算当前状况中的限制感应电压VI。

限制感应电压VI意指不超过电池电压(等于或小于电池电压的电压)的电压的最大值。也就是说，限制感应电压运算单元12从当前电池电压计算不超过电池电压的可容许的最大感应电压。限制感应电压运算单元12基于该最大感应电压设置电动发电机的转数，因而控制装置可以限制电动发电机的转数以致感应电压不超过电池电压。

理论上，限制感应电压VI与电池电压Vb匹配。然而，在这个实施例中，如图3B图解的，限制感应电压VI相对于电池电压Vb的斜率略微小于1。也就是说，以略微小于电池电压Vb的容限设置限制感应电压VI，并且防止感应电压变得比电池电压Vb高，因而当变换器失灵时，电流不会从电动发电机流入电池。限制感应电压运算单元12将限制感应电压VI传送到目标转数运算单元13。

目标转数运算单元13通过使用图4A中图解的映射，从获取的限制感应电压VI计算目标转数(最大转数)Rt。目标转数Rt意指当电动发电机随着引擎的转动而转动产生的感应电压的电压值变成限制感应电压VI时电动发电机的转数。如图4A图解的，在限制感应电压VI较小时，目标转数Rt被设置为较低。然后，目标转数运算单元13将电动发电机的转动控制在目标转数以内或更低，并且将目标转数Rt传送到扭矩限制率运算单元14。

扭矩限制率运算单元14获取由检测发动机转数的发动机转数检测单元(图1中未显示)24检测的发动机转数Rn，该发动机转数是当前的电动发电机的转数。扭矩限制率运算单元14从目标转数Rt减去发动机转数Rn，以计算转数富余值Rm(也就是说，Rm＝Rt-Rn)，从目标转数运算单元13获取该目标转数Rt。扭矩限制率运算单元14通过使用图4B中图解的映射，从转数富余值Rm计算扭矩的限制率Gl。在这个实例中，限制率Gl表示由驾驶员要求的当前要求扭矩需要被限制多少以使感应电压不超过电池电压。如果限制率Gl是1，则不需要限制要求扭矩，并且当限制率Gl小于1，则需要更多限制要求扭矩。例如，如果限制率Gl是1，则要求扭矩的100％是车辆扭矩，并且如果限制率Gl是0.2，则要求扭矩的20％是车辆扭矩。

如图4B图解的，随着转数富余值Rm变大，限制率Gl在从0到给定值的范围中变大，并且接近1。在限制率Gl变成1之后，即使转数富余值Rm变大，限制率Gl也不改变。

也就是说，当转数富余值Rm大时，由于由电动发电机的当前转数产生的感应电压明显地小于限制感应电压，所以并不需要限制该要求扭矩。因此，限制率Gl变成1。同样，当转数富余值Rm小时，由于由电动发电机的当前转数产生的感应电压接近于限制感应电压，所以需要限制该要求扭矩。因此，限制率Gl根据转数富余值Rm被设置到1以下。扭矩限制率运算单元14将限制率Gl传送到车辆扭矩运算单元15。

车辆扭矩运算单元15从要求扭矩Td和限制率Gl计算车辆扭矩Tv，要求扭矩Td是从驾驶员要求扭矩运算单元11获取的，限制率Gl是从扭矩限制率运算单元14获取的。也就是说，车辆扭矩运算单元15将要求扭矩Td与限制率Gl相乘以计算车辆扭矩Tv(Tv＝Td×Gl)。ECU 10根据车辆的驾驶状态将计算的车辆扭矩Tv供应给引擎作为驱动扭矩。该驱动扭矩限制该要求扭矩Td，以使由电动发电机的转动产生的感应电压不超过如上所述的电池电压。因此，根据该驱动扭矩由引擎的转动产生的感应电压不超过电池电压。因此，即使在变换器8中出现故障，也可以防止出现无意的减速。

以下，将参考是流程图的图5进一步描述控制装置的操作。

在车辆行驶的同时，控制装置在每个给定的时刻开始控制。当控制开始时，在步骤S1，该控制装置首先通过驾驶员要求扭矩运算单元11计算要求扭矩Td。该处理前进到步骤S2。

在步骤S2中，限制感应电压运算单元12判定电池电压Vb是否是判定电压以下。然后，如果电池电压Vb比判定电压高(否)，则处理前进到步骤S3。如果电池电压Vb是判定电压以下(是)，则处理前进到步骤S4。

在步骤S3中，限制感应电压运算单元12将扭矩的限制率Gl设置为1。该处理前进到步骤S8。

在步骤S4中，限制感应电压运算单元12从电池电压Vb计算该限制感应电压VI。该处理前进到步骤S5。

在步骤S5中，目标转数运算单元13从限制感应电压VI计算目标转数Rt。该处理前进到步骤S6。

在步骤S6中，扭矩限制率运算单元14从目标转数Rt减去该发动机转数Rn以计算该转数富余值Rm。处理前进到步骤S7。

在步骤S7中，扭矩限制率运算单元14从转数富余值Rm计算扭矩的限制率Gl。该处理前进到步骤S8。

在步骤S8中，车辆扭矩运算单元15从限制率Gl和要求扭矩Td计算车辆扭矩Tv。利用上述处理，完成该控制。ECU 10基于该车辆扭矩Tv设置车辆的驱动扭矩，并且根据设置的驱动扭矩驱动电动发电机和引擎。

控制装置重复上述控制以便设置该车辆扭矩Tv，以致当车辆行驶时，由电动发电机产生的感应电压总是变得比电池电压低。

如上所述，利用由图1中图解的ECU 10进行的控制，即使在变换器8中出现故障，由于电动发电机6的感应电压总是比电池7的电压低，所以由感应电压引起的电流也不会流入电池7。结果，例如在高速驾驶期间，由于再生扭矩不会出现，所以无意的减速不会发生。

也就是说，当车辆以高速行驶时，电动发电机的转数被变换器控制，以致感应电压落在电池电压以下。即使根据电池电压限制该最高速度，引擎的驱动(也就是说，车速)也不会根据感应电压被限制。然而，当车速没有被如此限制时，如果在变换器中出现故障，则由电动发电机产生的感应电压就变得比电池电压高。结果，电流可能从电动发电机流入电池，以产生再生扭矩。

当根据这个实施例由ECU 10进行控制时，车速被限制以减少引擎的转数，并且与该引擎同步的电动发电机的感应电压也变得较低。如此，由于电动发电机的感应电压总是比电池电压低，所以可以防止再生扭矩的产生。结果，能够确保车辆的稳定性。

在这个实施例中，设置限制该要求扭矩的扭矩限制率，并且基于该扭矩限制率设置车辆扭矩，从而确定车速。结果，即使不能将加速进行得与驾驶员要求的一样高，减速也不会因为再生扭矩而出现。因此，由于例如在高速驾驶期间没有出现再生扭矩，所以没有出现无意的减速。

(第二实施例)

将参考图6到图9描述本发明的另一个实施例。在图6到图9中，与图1到图5中相同的那些组成元件由同样的参考符号表示。

如图6图解的，这个实施例与第一实施例的不同之处在于，ECU 10A包括限制车速运算单元(限制车速计算单元)16，而不是第一实施例中的限制感应电压运算单元12(参见图2)和目标转数运算单元13(参见图2)。以下，将详细地描述ECU 10A的结构。

ECU 10A包括驾驶员要求扭矩运算单元11、限制车速运算单元16、扭矩限制率运算单元14和车辆扭矩运算单元15。

与第一实施例一样，驾驶员要求扭矩运算单元11从加速器踏板21和车速检测单元22计算要求扭矩Td，并且将该要求扭矩Td传送到车辆扭矩运算单元15。

限制车速运算单元16从检测电池7(参见图1)的电压的电池电压检测单元(图1中未显示)23获取电池电压Vb。然后，限制车速运算单元16判定电池电压Vb是否是作为阈值的判定电压以下。如果电池电压Vb比判定电压大，限制车速运算单元16将稍后详细描述的限制率Gl是1的事实传送到车辆扭矩运算单元15。

如果电池电压Vb是判定电压以下，则因为电池电压Vb足够小，所以有感应电压超过电池电压Vb的可能性。因此，如下所述，开始用于限制感应电压的控制。然后，当电池电压Vb是判定电压以下时，限制车速运算单元16通过使用图7中图解的映射，从电池电压Vb计算当前状况中的限制车速Sl。

限制车速Sl意指在不超过电池电压的电压(等于或低于电池电压的电压)的最大值的情况下的车速。也就是说，限制车速运算单元16从当前电池电压计算在不超过电池电压的可容许的最大感应电压的情况下的车速。限制车速运算单元16基于该最大感应电压设置车速，因而控制装置可以限制要求扭矩，以致感应电压不超过电池电压。

如图7图解的，在表示限制车速Sl相对于电池电压Vb的映射中，随着电池电压Vb较高，限制车速Sl变高。限制车速运算单元16将限制车速Sl传送给扭矩限制率运算单元14。

扭矩限制率运算单元14获取由车速检测单元22检测的车速S。然后，扭矩限制率运算单元14从限制车速Sl减去车速S以计算车速富余值Sm(也就是说，Sm＝Sl-S)，从限制车速运算单元16获取该限制车速Sl。扭矩限制率运算单元14通过使用图8中图解的映射，从计算的车辆富余值Sm计算扭矩的限制率Gl。

如图8图解的，随着车速富余值Sm变大，限制率Gl在从0到给定值的范围中变大，并且接近1。在限制率Gl变成1之后，即使车速富余值Sm变大，限制率Gl也不改变。

也就是说，当车速富余值Sm大时，由于由电动发电机的当前转数产生的感应电压明显地小于限制感应电压，所以并不需要限制该要求扭矩。因此，限制率Gl变成1。同样，当车速富余值Sm小时，由于由电动发电机的当前转数产生的感应电压接近于限制车速，所以需要限制该要求扭矩。因此，限制率根据车速富余值Sm被设置到1以下。扭矩限制率运算单元14将限制率Gl传送到车辆扭矩运算单元15。

与第一实施例一样，车辆扭矩运算单元15从要求扭矩Td和限制率Gl计算车辆扭矩Tv，要求扭矩Td是从驾驶员要求扭矩运算单元11获取的，限制率Gl是从扭矩限制率运算单元14获取的。ECU 10A根据车辆的驾驶状态将计算的车辆扭矩Tv供应给引擎和电动发电机作为驱动扭矩。类似地，在这个实施例中，与第一实施例一样，该驱动扭矩限制该要求扭矩Td，以使由电动发电机的转动产生的感应电压不超过如上所述的电池电压。因此，根据该驱动扭矩由引擎的转动产生的感应电压不超过电池电压。结果，即使在变换器8中出现故障，也可以防止出现无意的减速。

以下，将参考是流程图的图9进一步描述控制装置的操作。

在车辆仅仅借助于引擎的驱动力行驶的同时，控制装置在每个给定的时刻开始控制。首先，在步骤S1，如同第一实施例，该控制装置通过驾驶员要求扭矩运算单元11计算要求扭矩Td。该处理前进到步骤S2。

在步骤S2中，限制车速运算单元16判定电池电压Vb是否是判定电压以下。然后，如果电池电压Vb比判定电压高(否)，则处理前进到步骤S3。如果电池电压Vb是判定电压以下(是)，则处理前进到步骤S4。

在步骤S3中，限制车速运算单元16将扭矩的限制率Gl设置为1。该处理前进到步骤S8。

在步骤S9中，限制车速运算单元16从电池电压Vb计算该限制车速Sl。该处理前进到步骤S10。

在步骤S10中，扭矩限制率运算单元14从限制车速Sl减去车速S以计算车速富余值Sm。处理前进到步骤S11。

在步骤S11中，扭矩限制率运算单元14从车速富余值Sm计算限制率Gl。该处理前进到步骤S8。

在步骤S8中，车辆扭矩运算单元15从限制率Gl和要求扭矩Td计算车辆扭矩Tv。利用上述处理，完成该控制。

控制装置重复上述控制以便从车速设置该车辆扭矩Tv，以致当车辆行驶时，基于电池的状态，感应电压变得比电池电压低。

类似地，在这个实施例中，通过图6中图解的ECU 10A进行上述控制以限制引擎和电动发电机的驱动扭矩，从而也减少电动发电机的感应电压。如此，由于电动发电机的感应电压总是比电池电压低，所以可以防止再生扭矩的产生。结果，能够确保车辆的稳定性。

如上所述，在本发明中，当在没有使用变换器的情况下电池电压被减少时，ECU 10A限制该车辆扭矩，以使电动发电机的感应电压不超过电池电压。如上所述，根据本发明的上述控制，在这个实施例中，通过使用车速被进行，并且也通过使用第一实施例中的电动发电机的转数来进行。因此，控制可以简单并且有效地进行。

在上述各个实施例中，获得扭矩限制率，并且基于该扭矩限制率限制要求扭矩。然而，本发明不局限于上述结构。该要求扭矩需要被限制以使由电动发电机产生的感应电压不超过电池电压。例如，车辆扭矩可以例如通过总是将该要求扭矩与0.8相乘来被获得。

在上述各个实施例中，在行驶期间，在每个给定的时刻进行该控制。然而，本发明不局限于这个构造。例如，在引擎运行期间，只有当进行变换器的故障判定时才可能进行该控制。当电动车辆如此配置时，即使变换器失灵，由于电动发电机的感应电压总是比电池电压低，所以可以防止产生再生扭矩。

同样，在上述各个实施例中，限制车速和限制感应电压中的每一个被设置为可容许的最大值，在可容许的最大值中，该感应电压不超过电池电压。然而，本发明不局限于这个构造。如果感应电压是不超过电池电压的可容许的值，则限制车速和限制感应电压可能不是最大值。然而，最大值有利的方面在于车速的限制是最小的。

在上述提及的实施例中，检测电池的电压，并且基于电池电压控制感应电压。可选择的，可以根据电池的SOC通过设定目标感应电压来控制感应电压。

此外，在上述各个实施例中，已经描述混合动力车辆。然而，本发明不限于混合动力车辆。例如，本发明还可以适用于没有引擎的电动机动车。

根据本发明的一个方面，发动机的转数总是被控制以使通过电动发电机产生的感应电压不超过电池的电压。结果，即使变换器失灵，在没有允许感应电压超过电池的电压的情况下，也可以避免由从电动发电机流入电池的反向电流所引起的车辆的不稳定的转矩变化。

根据本发明的一个方面，即使在变换器中出现故障，也可以防止极端减速发生。

Claims (3)

1.一种电动车辆，其特征在于，包括：

发动机，配置为通过从电池供应的电力被驱动；

限制控制单元，配置为计算用于限制对所述电动车辆要求的要求扭矩的限制率，以使所述发动机产生的感应电压等于或低于所述电池的电压；

驱动扭矩计算单元，配置为基于所述要求扭矩和所述限制率，计算用于使所述电动车辆行驶的驱动扭矩。

2.如权利要求1所述的电动车辆，其特征在于，进一步包括发动机转数检测单元，配置为检测所述发动机的转数，其中，

所述限制控制单元包括：

感应电压控制单元，配置为计算限制感应电压，所述限制感应电压是等于或低于所述电池的所述电压的电压；

发动机转数控制单元，配置为基于所述限制感应电压计算最大转数；以及

限制率计算单元，配置为基于所述最大转数以及由所述发动机转数检测单元检测的所述发动机的所述转数，计算所述限制率。

3.如权利要求1所述的电动车辆，其特征在于，进一步包括车速检测单元，配置为检测所述电动车辆的车速，其中，

所述限制控制单元包括：

限制车速运算单元，配置为计算限制车速，所述限制车速是在所述感应电压等于或低于所述电池的所述电压的情况下的车速；以及

限制率计算单元，配置为基于所述限制车速以及由所述车速检测单元检测的所述电动车辆的所述车速，计算所述限制率。

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