CN103097220A - 变速控制装置、混合动力汽车及变速控制方法、以及程序 - Google Patents

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Abstract

本发明能够改善对发动机转矩进行限制的汽车变速时的驾驶性能；本发明构成按照下述控制方式进行变速控制的混合动力汽车，上述控制方式是指：在输出功率限制控制部对输出功率进行限制过程中实施变速时，在使空档状态下暂时降低的转矩恢复的工序中，暂时地解除对输出功率进行的限制，并且，对发动机的转矩加上由电动机产生的转矩。

Description

变速控制装置、混合动力汽车及变速控制方法、以及程序
技术领域
本发明涉及变速控制装置、混合动力汽车及变速控制方法、以及程序。
背景技术
作为用于减少汽车所排出废气的一种方法，存在相对于驾驶者的要求转矩而将发动机的转矩加以限制的方法。通过根据该方法进行控制，发动机的转矩被施加一定的限制，从而即使驾驶者将油门踏板踩到底也只能输出低于最大转矩的输出功率(例如参照专利文献1)。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本公报、特开2006-280049号
发明内容
汽车进行变速时，是从换档前的档位将发动机的转矩暂时降低而变为空档，然后使齿轮转移至换档后的档位，并使暂时降低的发动机转矩恢复。此时，在正处于相对于驾驶者的要求转矩而将发动机转矩加以限制的模式的汽车中，由于在将齿轮从空档转移至换档后的档位之后使发动机转矩恢复时也在进行转矩的限制，因此变速时的转矩的恢复慢从而导致驾驶性能变差。
本发明是在这样的背景下作成的，其目的在于提供一种能够改善在相对于驾驶者的要求转矩而将发动机转矩加以限制的模式下进行变速时的驾驶性能的变速控制装置、混合动力汽车及变速控制方法、以及程序。
本发明的一个观点是关于变速控制装置的观点。
本发明的变速控制装置是混合动力汽车的变速控制装置，其中，上述混合动力汽车具有发动机和电动机，并且能够通过发动机或电动机进行行驶，或者，能够通过发动机和电动机协同动作而进行行驶，并且，上述混合动力汽车具有：对从发动机和/或电动机输出的转矩加以限制的输出功率限制部和根据车速的变化将档位进行变更的自动变速部，上述自动变速部按照下述方式进行控制，上述方式是指：在使齿轮从换档前的档位暂时经过空档向换档后的档位转移时，在空档状态下将从发动机输出的转矩暂时降低；在该变速控制装置中，在输出功率限制部对输出功率进行限制过程中实施变速时，在使空档状态下暂时降低的转矩恢复的工序中，以暂时地解除对输出功率进行的限制，并且，对发动机的转矩加上由电动机产生的转矩的方式进行控制。
本发明的另一观点是关于混合动力汽车的观点。本发明的混合动力汽车设有本发明的变速控制装置。
本发明的进而另一观点是关于变速控制方法的观点。
本发明的变速控制方法是混合动力汽车的变速控制方法，其中，上述混合动力汽车具有发动机和电动机，并且能够通过发动机或电动机进行行驶，或者，能够通过发动机和电动机协同动作而进行行驶，并且，上述混合动力汽车具有：对从发动机和/或电动机输出的转矩加以限制的输出功率限制部和根据车速的变化将档位进行变更的自动变速部，上述自动变速部按照下述方式进行控制，上述方式是指：在使齿轮从换档前的档位暂时经过空档向换档后的档位转移时，在空档状态下将从发动机输出的转矩暂时降低；该变速控制方法具有控制步骤，在该控制步骤中按照下述方式进行控制，上述方式是指：在输出功率限制部对输出功率进行限制过程中实施变速时，在使空档状态下暂时降低的转矩恢复的工序中，暂时地解除对输出功率进行的限制，并且，对发动机的转矩加上由电动机产生的转矩。
本发明的进而另一观点是关于程序的观点。本发明的程序使信息处理装置实现本发明的变速控制装置的功能。
(发明效果)
根据本发明，能够改善在相对于驾驶者的要求转矩而将发动机转矩加以限制的模式下进行变速时的驾驶性能。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的混合动力汽车的构成例的框图。
图2是表示在图1的混合动力ECU中所实现功能的构成例的框图。
图3是表示图2的输出功率限制控制部和变速控制部的处理的流程图。
图4是表示图2的输出功率限制控制部对输出功率限制进行控制时的、限制加速度与档位之间的关系以及变速时转矩的变化的图。
图5是用于对通过图2的变速控制部进行变速控制而产生的转矩的变化进行说明的图。
(符号说明)
1   混合动力汽车
10  发动机
11  发动机ECU
12  离合器
13  电动机
14  变换器
15  蓄电池
16  变速器
17  电动机ECU
18  混合动力ECU
19  车轮
20  钥匙开关
30  输出功率限制控制部(输出功率限制部)
31  变速控制部(变速控制装置)
具体实施方式
以下，参照图1～图5对本发明实施方式的混合动力汽车进行说明。
图1是表示混合动力汽车1的构成例的框图。混合动力汽车1是车辆的一例。混合动力汽车1经由半自动变速器的变速设备被发动机(内燃机)10和/或电动机13驱动，并且能够实施对于从上述发动机10和/或电动机13输出的转矩加以限制的输出功率限制。另外，所谓的半自动变速器是指具有与手动变速器相同的构成但又能够自动地进行变速操作的变速器。
混合动力汽车1构成为具有：发动机10、发动机ECU(ElectronicControl Unit、电控单元)11、离合器12、电动机13、变换器(inverter)14、蓄电池15、变速器16、电动机ECU17、混合动力ECU18、车轮19、以及钥匙开关20。另外，变速器16具有上述的半自动变速器，并且通过具有前进档(drive range)(以下记载为“D(Drive)档”)的换档部21进行操作。
发动机10是内燃机的一例，其由发动机ECU11控制，并且发动机10通过使汽油、轻油、CNG(Compressed Natural Gas、压缩天然气)、LPG(Liquefied Petroleum Gas、液化石油气)或者替代燃料等在其内部燃烧而产生使轴旋转的动力，并将所产生的动力传递至离合器12。
发动机ECU11是根据来自混合动力ECU18的指示而与电动机ECU17联合工作的计算机，其对发动机10的燃料喷射量或配气相位(valve timing)等进行控制。例如，发动机ECU11由CPU(CentralProcessing Unit、中央处理器)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit、专用集成电路)、微处理器(微型计算机)、DSP(Digital SignalProcessor、数字信号处理器)等构成，并且内部具有运算部、存储器以及I/O(输入/输出)端口等。
离合器12由混合动力ECU18控制，并且离合器12将来自发动机10的轴输出功率经由电动机13和变速器16传递至车轮19。即，离合器12在混合动力ECU18的控制下，通过将发动机10的旋转轴与电动机13的旋转轴进行机械连接，从而使发动机10的轴输出功率传递至电动机13，或者，通过将发动机10的旋转轴与电动机13的旋转轴之间的机械连接切断，从而使发动机10的轴与电动机13的旋转轴能够以互不相同的转速进行旋转。
例如，在混合动力汽车1通过发动机10的动力行驶并由此使电动机13进行发电时、利用电动机13的驱动力来协助发动机10时、以及通过电动机13使发动机10起动时等，离合器12将发动机10的旋转轴与电动机13的旋转轴进行机械连接。
另外，例如在发动机10处于停止或者怠速状态而混合动力汽车1通过电动机13的驱动力进行行驶时，以及，发动机10处于停止或者怠速状态、并且混合动力汽车1正在减速或者正行驶在下坡路上而电动机13正在发电(进行电力再生)时，离合器12将发动机10的旋转轴与电动机13的旋转轴之间的机械连接切断。
另外，离合器12不同于由驾驶者操作离合器踏板从而进行动作的离合器，离合器12是在混合动力ECU18的控制下进行动作。
电动机13是所谓的电动发电机，其利用由变换器14供给的电力产生使轴旋转的动力，并将其轴输出功率供给至变速器16，或者，利用由变速器16供给的使轴旋转的动力进行发电，并将其电力供给至变换器14。例如，在混合动力汽车1加速时或者以恒速行驶时，电动机13产生使轴旋转的动力，并将其轴输出功率供给至变速器16，从而与发动机10协作而使混合动力汽车1行驶。
另外，例如在电动机13被发动机10驱动时、或者混合动力汽车1减速时或行驶在下坡路上时等无动力行驶时，电动机13作为发电机进行工作，该情况下，电动机13利用由变速器16供给的使轴旋转的动力进行发电，并将电力供给至变换器14，从而对蓄电池15进行充电。
变换器14由电动机ECU17控制，并且将来自蓄电池15的直流电压转换成交流电压、或者将来自电动机13的交流电压转换成直流电压。当电动机13产生动力时，变换器14将蓄电池15的直流电压转换成交流电压并将电力供给至电动机13。当电动机13进行发电时，变换器14将来自电动机13的交流电压转换成直流电压。即，该情况下，变换器14发挥作为向蓄电池15供给直流电压用的整流器和电压调节装置的作用。
蓄电池15是能够进行充放电的二次电池，当电动机13产生动力时，蓄电池15经由变换器14向电动机13供给电力，或者，当电动机13进行发电时，蓄电池15利用由电动机13进行发电所产生的电力被充电。
变速器16具有根据来自混合动力ECU18的变速指示信号而选择多个齿轮比(变速比)中的任意一个的半自动变速器(未图示)，并且，变速器16对变速比进行切换，并将变速后的发动机10的动力和/或电动机13的动力传递至车轮19。另外，当混合动力汽车1进行减速时或者行驶在下坡路上时等，变速器16将来自车轮19的动力传递至电动机13。另外，半自动变速器也可以由驾驶者以手动方式将档位(gear position)变更至任意的档位。
电动机ECU17是根据来自混合动力ECU18的指示而与发动机ECU11联合工作的计算机，并且电动机ECU17通过对变换器14进行控制而控制电动机13。例如，电动机ECU17由CPU、ASIC、微处理器(微型计算机)、DSP等构成，并且内部具有运算部、存储器以及I/O端口等。
混合动力ECU18是计算机的一例，其为了实现混合动力行驶而获取下述信息，并参照这些信息对离合器12进行控制，并且，通过提供变速指示信号而对变速器16进行控制，其中，上述信息是指加速器开度信息、制动器操作信息、车速信息、从变速器16获取的档位信息、以及从发动机ECU11获取的发动机转速信息。
另外，为了实现混合动力行驶，混合动力ECU18根据所获取的蓄电池15的SOC(State of Charge、荷电状态)信息及其他信息，对电动机ECU17提供电动机13和变换器14的控制指示，对发动机ECU11提供发动机10的控制指示。
例如，混合动力ECU18由CPU、ASIC、微处理器(微型计算机)、DSP等构成，并且内部具有运算部、存储器以及I/O端口等。
另外，对于由混合动力ECU18执行的程序，通过预先保存在混合动力ECU18内部的非易失性存储器中，从而能够预先安装在作为计算机的混合动力ECU18中。
发动机ECU11、电动机ECU17以及混合动力ECU18，通过依照CAN(Control Area Network、控域网络)等标准的总线等相互连接。
车轮19是向路面传递驱动力的驱动轮。另外，图1中仅图示了一个车轮19，但实际上，混合动力汽车1具有多个车轮19。
钥匙开关20是在开始驾驶时由使用者插入例如钥匙而变为起动/停止(ON/OFF)的开关，当钥匙开关20变为起动状态时，混合动力汽车1的各部起动，当钥匙开关20变为停止状态时，混合动力汽车1的各部停止。
图2是表示在执行程序的混合动力ECU18中所实现功能的构成例的框图。即，当混合动力ECU18执行程序时，输出功率限制控制部30和变速控制部31被实现。
输出功率限制控制部30实施对于每个档位设定所许可的加速度的控制。通过这样，例如即使驾驶者想要进行急加速而踩下油门，其加速度也被限制为根据档位和车速所决定的规定加速度。具体而言是对目标转矩进行限制，以使规定加速度以上的加速度不会被输出。关于该情况，之后参照图4详细地进行说明。
变速控制部31对混合动力汽车1的自动变速进行控制。另外，变速控制部31与输出功率限制控制部30协作而对输出功率限制过程中的自动变速实施控制。
接下来，参照图3的流程图对执行程序的混合动力ECU18中所进行的、输出功率限制过程中的变速控制的处理进行说明。另外，图3的流程是一个周期的处理，只要钥匙开关20为起动状态便反复执行该处理。
在图3的“开始”中，钥匙开关20处于起动状态，是混合动力ECU18执行程序从而由混合动力ECU18实现输出功率限制控制部30和变速控制部31的状态，程序进入步骤S1。另外，在“开始”中，混合动力汽车1处于正在以输出功率限制模式进行行驶的状态。
在步骤S1中，变速控制部31判断是否满足实施变速的条件。例如，在混合动力汽车1的车速逐渐变快那样的加速状态、或者混合动力汽车1的车速逐渐变慢那样的减速状态下，随着车速的增减而实施变速。当在步骤S1中判断为满足实施变速的条件时，程序进入步骤S2。另一方面，当在步骤S1中判断为未满足实施变速的条件时，程序重复步骤S1。
在步骤S2中，变速控制部31将发动机10的转矩降低并使档位变为空档，并且在步骤S3中变更为与车速对应的档位。此时，变速控制部31使离合器12暂时变为断开状态之后将发动机10的转矩降低并使档位变为空档，并且在从空档变更档位后，再次将离合器12控制为连接状态。
在步骤S4中，变速控制部31解除对转矩的限制，程序进入步骤S5。
在步骤S5中，变速控制部31使电动机13协助(assist)发动机10，然后程序进入步骤S6。
在步骤S6中，变速控制部31判断发动机10的转矩是否恢复为实施变速之前的状态。当在步骤S6中判断为发动机10的转矩已恢复为实施变速之前的状态时，程序进入步骤S7。另一方面，当在步骤S6中判断为发动机10的转矩未恢复到实施变速之前的状态时，程序返回步骤S5。
在步骤S7中，变速控制部31结束电动机13对发动机10的协助，从而结束一个周期的处理。
接下来，参照图4对于输出功率限制控制部30对输出功率限制进行控制时的、限制加速度与档位之间的关系以及变速时发动机10的转矩的变化进行说明。在图4的上段中，以虚线表示档位为二档、三档、四档时的限制加速度，以实线表示混合动力汽车1的加速度。在图4的下段中，与上段的图相对应地表示混合动力汽车1的发动机10的转矩的变化。
如图4的上段所示，当混合动力汽车1以起步档二档进行加速且不久便达到二档的限制加速度时(期间T1)，在达到二档的限制加速度之后将加速控制为二档的限制加速度(期间T2)。在此，当实施变速时(期间T3)，档位变为空档，并且，发动机10的转矩暂时降低。当变速完成时，发动机10的转矩恢复，并且加速至三档的限制加速度。
当混合动力汽车1以三档的限制加速度继续行驶而车速进一步上升时(期间T4)，再次实施变速(期间T5)。在此，当实施变速时(期间T5)，档位变为空档，并且，发动机10的转矩暂时降低。当变速完成时，发动机10的转矩恢复，并且达到四档的限制加速度。之后，混合动力汽车1以四档的限制加速度进行行驶(期间T6)。
图5是将图4中实施变速时(期间T3或期间T5)的发动机10的转矩放大并详细地进行表示的图。在图5中，图示了驾驶者的要求转矩tr1、对输出功率限制进行控制所产生的限制转矩tr2、目标转矩tr3、变速时限制转矩tr4、发动机10的实际转矩tr5、以及作为比较例的变速时通常转矩tr6，并且图示了电动机13协助发动机10的协助区域A(影线区域)、发动机转矩的不稳定区域D、以及恢复率r。
另外，在发动机转矩的不稳定区域D中存在根据发动机10的特性而产生爆震(knocking)的可能性，因此优选发动机转矩尽可能早地从不稳定区域D中脱离。
在未实施输出功率限制的情况下，由于要求转矩tr1本身为目标转矩，因此，发动机10的转矩如变速时通常转矩tr6那样向要求转矩tr1恢复。相对于此，在实施了输出功率限制的情况下，发动机10的转矩向根据限制加速度而设定的目标转矩tr3恢复。如图5所示，在驾驶者为了进行急加速而踩下油门时，由于加速度控制的影响而使得目标转矩tr3小于要求转矩tr1。
这样，当目标转矩tr3小于要求转矩tr1时，与未实施输出功率限制的情况相比，实际转矩与目标转矩之差变小，因此，实施对应于该差分的PI(比例积分)控制，由此恢复为止的恢复率变小。其结果是，加速感下降从而驾驶性能变差。另外，与此相应地，与未实施输出功率限制的情况相比恢复至目标转矩需花费时间，因此，实际转矩处于发动机转矩不稳定区域D内的时间变长，从而发动机变得不稳定。这样，与未实施输出功率限制的情况相比发动机10的转矩的上升变得缓慢，从而发动机实际转矩tr5无法在恢复率r的期间内达到目标转矩tr3。
因此，变速控制部31例如利用电动机13协助发动机10，以便能够在与未实施输出功率限制时相同的时间内恢复为目标转矩。
在此，在将T设为发动机10的实际转矩、TI设为比例转矩、TP设为积分转矩、并将目标转矩设为Tref、目标转矩与实际转矩之差设为ΔT、比例控制中的增益(gain)设为I时，能够表示为：
T＝TI+TP...(1)
TI＝ΔT×I...(2)
△T＝Tref-T...(3)
实际转矩T按照式(1)所示被进行PI(比例积分)控制。TI如式(2)所示，是在实际转矩T与目标转矩之差△T(式(3))上乘以增益I所得的值。
在此，为了在使实际转矩T恢复为目标转矩Tref的时候将增益I形成为大的值并由此能够得到所希望的T，而对发动机10的转矩加上电动机13的转矩从而使电动机13协助发动机10。另外，此时若档位变为空档，则改变增益I。然后，在从变速器16收到变速已完成的通知时，将增益I恢复原值。作为增益I的变化量的一例，例如在从空档恢复时为变速完成时的十倍左右。
通过这样，即使在实施了输出功率限制的情况下，也能够如变速时限制转矩tr4那样在恢复率r的期间内达到目标转矩tr3。此时，由电动机13协助电动机10的区域相当于协助区域A。
另外，也可以通过增大发动机10的转矩而使发动机实际转矩tr5在恢复率r的期间内达到目标转矩tr3。这样，只要是适用仅通过发动机10进行的控制，即使不是混合动力汽车也能够适用本控制。在此，由于仅通过发动机10进行的控制会引起燃油性能的恶化，因此在混合动力汽车1的控制中优选不使用仅通过发动机10进行的控制。
(关于效果)
根据本发明的混合动力汽车1，由于在输出功率限制控制部30对输出功率进行限制过程中实施变速时，在使空档状态下暂时降低的转矩恢复的工序中，以暂时地解除对输出功率的限制，并且，对发动机10的转矩加上由电动机13产生的转矩的方式进行协助控制，因此能够改善变速时的驾驶性能。
(其他实施方式)
上述的恢复率r也可以根据混合动力汽车1的总重量或混合动力汽车1行驶路面的上坡程度而设定为能够变动的值。例如，与混合动力汽车1的总重量小的情况、或者混合动力汽车1行驶路面为平坦路面的情况相比，在混合动力汽车1的总重量大的情况、或者混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度陡的情况下，当为了进行变速而使离合器12暂时变为断开状态并使档位为空档时，减速量大。因此，与混合动力汽车1的总重量小的情况、或者混合动力汽车1行驶路面为平坦路面的情况相比，在混合动力汽车1的总重量大的情况、或者混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度陡的情况下，使恢复率r变小。通过这样，在改变档位后使离合器12再次为连接状态之后，转矩急速地上升，从而能够减轻变速所带来的失速感。
恢复率r的变更优选对混合动力汽车1的总重量或混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度设置阈值，在总重量或上坡坡度超过该阈值时，使恢复率r变小。
另外，恢复率r的变更优选对混合动力汽车1的总重量和混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度双方进行监视，当总重量或上坡坡度的任意一方超过了阈值时便改变恢复率r。或者，也可以对混合动力汽车1的总重量和混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度双方进行监视，对于上述任意一方超过了阈值的情况和双方均超过了阈值的情况，将恢复率r的值变更为两个等级。此时，优选相比混合动力汽车1的总重量和混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度中仅某一方超过了阈值时的恢复率r，使混合动力汽车1的总重量和混合动力汽车1行驶路面的上坡坡度双方均超过了阈值时的恢复率r进一步变小。
另外，对于发动机10是内燃机的情况进行了说明，但是，发动机10也可以是包括外燃机的热机。
另外，对于由混合动力ECU18执行的程序被预先安装在混合动力ECU18中的情况进行了说明，但是，也可以通过将记录有程序(保存有程序)的可移动介质安装在未图示的驱动器等中，并将从可移动介质中读出的程序保存在混合动力ECU18内部的非易失性存储器中，或者，通过利用未图示的通信部来接收经由有线或无线的传输介质发送来的程序，并保存在混合动力ECU18内部的非易失性存储器中，从而能够将程序安装在作为计算机的混合动力ECU18中。
另外，各ECU可以通过将这些ECU的功能集中到一个中的ECU来实现，或者，也可以重新设置将各ECU的功能进一步细化的ECU。
另外，计算机所执行的程序可以是按照本说明书中所说明的顺序呈时间序列地进行处理的程序，也可以是并行地进行处理、或者在进行调用时等必要时刻进行处理的程序。
另外，本发明的实施方式并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内能够进行各种变更。

Claims (4)

1.一种变速控制装置，其是混合动力汽车的变速控制装置，其中，
所述混合动力汽车具有发动机和电动机，并且能够通过所述发动机或所述电动机进行行驶，或者，能够通过所述发动机和所述电动机协同动作而进行行驶，并且，所述混合动力汽车具有：对从所述发动机和/或所述电动机输出的转矩加以限制的输出功率限制部和根据车速的变化将档位进行变更的自动变速部，
所述自动变速部按照下述方式进行控制，上述方式是指：在使齿轮从换档前的档位暂时经过空档向换档后的档位转移时，在空档状态下使从所述发动机输出的转矩暂时降低，
所述变速控制装置的特征在于，
在所述输出功率限制部对输出功率进行限制过程中实施变速时，在使空档状态下暂时降低的转矩恢复的工序中，以暂时地解除所述对输出功率进行的限制，并且，对所述发动机的转矩加上由所述电动机产生的转矩的方式进行控制。
2.一种混合动力汽车，其特征在于，设有权利要求1所述的变速控制装置。
3.一种变速控制方法，其是混合动力汽车的变速控制方法，其中，
所述混合动力汽车具有发动机和电动机，并且能够通过所述发动机或所述电动机进行行驶，或者，能够通过所述发动机和所述电动机协同动作而进行行驶，并且，所述混合动力汽车具有：对从所述发动机和/或所述电动机输出的转矩加以限制的输出功率限制部和根据车速的变化将档位进行变更的自动变速部，
所述自动变速部按照下述方式进行控制，上述方式是指：在使齿轮从换档前的档位暂时经过空档向换档后的档位转移时，在空档状态下使从所述发动机输出的转矩暂时降低，
所述变速控制方法的特征在于，
具有控制步骤，在该控制步骤中按照下述方式进行控制，上述方式是指：在所述输出功率限制部对输出功率进行限制过程中实施变速时，在使空档状态下暂时降低的转矩恢复的工序中，暂时地解除所述对输出功率进行的限制，并且，对所述发动机的转矩加上由所述电动机产生的转矩。
4.一种程序，其特征在于，使信息处理装置实现权利要求1所述的变速控制装置的功能。
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