CN103370245B - 车辆及车辆的控制方法 - Google Patents

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Abstract

混合动力车辆（100）对于同一行驶方向能够设定至少两个档位，具备：发动机（160）；电动发电机（135）；EHC（180），使用于净化发动机（160）的排气的催化剂升温；以及ECU（300）。在车辆（100）行驶中，在发动机（160）停止且设定为两个档位中的使电动发电机（135）的再生制动产生的减速力产生得更大的档位的情况下，ECU（300）利用电动发电机（135）产生的发电电力，通过EHC（180）使催化剂升温。

Description

车辆及车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及车辆及车辆的控制方法，更确切而言，涉及具备内燃机及旋转电机的混合动力车辆中的、用于净化内燃机的排气的催化剂的暖机装置的控制。
背景技术
近年来，作为顾及了环境的车辆，搭载蓄电装置（例如二次电池、电容器等）并利用由蓄积于蓄电装置的电力产生的驱动力来行驶的车辆被关注。在这样的车辆中，例如包括电动汽车、混合动力汽车、燃料电池车等。并且，提出了通过发电效率高的商用电源对搭载于这些车辆的蓄电装置进行充电的技术。
而且，在混合动力车中，也已知有与电动汽车同样地能够从车辆外部的电源（以下，也简称为“外部电源”）对车载的蓄电装置进行充电（以下，也简称为“外部充电”）的车辆。例如，已知有利用充电线缆将设于房屋的插座与设于车辆的充电口连接、由此能够从一般家庭的电源对蓄电装置进行充电的所谓“插电式混合动力车”。由此，能够期望提高混合动力汽车的燃料消耗效率。
在这样的混合动力机动车中，根据行驶状态，有时在行驶中使发动机的燃烧动作间歇性停止而仅通过利用了来自蓄电装置的电力的驱动力进行行驶。在这样的情况下，用于净化发动机的排气的催化剂的温度随着时间而下降。这样的话，在下一次的发动机起动时，在催化剂的温度下降得低于催化剂活化温度的情况下，有可能无法适当地净化排气，导致成为大气污染的主要原因的物质的排出增加。
日本特开2010-018181号公报（专利文献1）公开了一种如下的技术：在具有催化剂的暖机装置（以下，也称为EHC（ElectricalHeatedCatalyst））的混合动力车辆中，在由于催化剂的温度下降而存在催化剂的暖机要求的情况下，利用来自蓄电装置的电力，驱动EHC而对催化剂进行暖机。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-018181号公报
专利文献2：日本特开2009-191681号公报
专利文献3：日本特开2009-041403号公报
发明内容
发明要解决的课题
在混合动力车辆中，例如在行驶于平缓的下坡时，有时通过不使用脚制动器而利用发动机的旋转产生的摩擦力及电动发电机产生的再生制动力的、所谓发动机制动来抑制速度的增加并同时行驶。在这样的行驶状态下，由于行驶用的驱动转矩少，因此发动机的燃烧动作停止这一情况较多。并且，在这种情况下，催化剂的温度伴随着发动机的燃烧动作的停止而逐渐下降。
在这样的情况下，在日本特开2010-018181号公报（专利文献1）所公开那样的具备EHC的混合动力车辆中，通过使EHC动作而能够将催化剂的温度维持成规定的温度。然而，如日本特开2010-018181号公报（专利文献1）那样，当利用来自蓄电装置的电力来驱动EHC时，有可能由于电力转换损失而使作为车辆整体的效率下降。
本发明为了解决这样的课题而作出，其目的是在混合动力车辆中通过利用再生电力使催化剂升温来抑制车辆效率的下降并确保催化剂活化温度。
用于解决课题的手段
本发明的车辆对于同一行驶方向能够设定至少两个档位，其具备：内燃机；旋转电机；暖机装置；以及控制装置，用于控制暖机装置。旋转电机与车辆的驱动轮连接，产生用于使车辆行驶的驱动力，并能够通过来自驱动轮的旋转力进行发电。暖机装置使用于净化内燃机的排气的催化剂升温。在车辆行驶中，在内燃机停止且设定为两个档位中的、基于旋转电机的再生制动的减速力产生得更大的档位这一规定条件成立的情况下，控制装置利用旋转电机产生的发电电力而由暖机装置使催化剂升温。
优选的是，在上述规定条件成立且催化剂的温度低于预先规定的阈值的条件成立的情况下，控制装置利用发电电力而由暖机装置使催化剂升温。
优选的是，阈值设定为比第一温度更高的第二温度，该第一温度设定得高于上述规定条件不成立时升温之际催化剂的活化温度。
优选的是，在上述规定条件成立且表示加速器开度的信号低于基准值的条件情况下，控制装置利用发电电力而由暖机装置使催化剂升温。
优选的是，控制装置在上述规定条件成立且使用者未操作脚制动器的情况下，控制装置利用发电电力而由暖机装置使催化剂升温。
优选的是，在上述规定条件成立的情况下，控制装置仅利用发电电力而由暖机装置使催化剂升温。
本发明的控制方法是对于同一行驶方向能够设定至少两个档位的车辆的控制方法。车辆包括：内燃机；旋转电机，与车辆的驱动轮连接，产生用于使车辆行驶的驱动力，并能够通过来自驱动轮的旋转力进行发电；以及暖机装置，构成为使用于净化内燃机的排气的催化剂升温。控制方法具备以下步骤：在车辆行驶中，判定以下情况：内燃机停止且设定为两个档位中的、基于旋转电机的再生制动的减速力产生得更大的档位这一条件成立；以及在条件成立的情况下，利用旋转电机产生的发电电力而由暖机装置使催化剂升温。
优选的是，控制方法还具备检测催化剂的温度的步骤。驱动暖机装置的步骤中，在上述条件成立且检测出的催化剂的温度低于预先规定的阈值的情况下，通过暖机装置使催化剂升温。
发明效果
根据本发明，在混合动力车辆中，利用再生电力使催化剂升温，由此能够抑制车辆效率的下降并确保催化剂活化温度。
附图说明
图1是实施方式1的车辆的整体框图。
图2是在实施方式1中用于说明由ECU执行的EHC驱动控制的功能框图。
图3是在实施方式1中用于说明由ECU执行的EHC驱动控制处理的详情的流程图。
图4是实施方式2的车辆的整体框图。
具体实施方式
以下，参照附图并详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中同一或相当部分标注同一附图标记，且不重复其说明。
[实施方式1]
参照图1，车辆100具备：蓄电装置110；系统主继电器（SystemMainRelay：SMR）115；作为驱动装置的PCU（PowerControlUnit）120；电动发电机130、135；动力传递齿轮140；驱动轮150；作为内燃机的发动机160；排气管170，排出来自发动机160的排气；EHC（ElectricalHeatedCatalyst）180，设置于排气管170；EHC驱动部190；及作为控制装置的ECU（ElectronicControlUnit）300。而且，PCU120包括转换器121、逆变器122、123及电容器C1、C2。
蓄电装置110是构成为能够充放电的电力贮藏要素。蓄电装置110例如构成为，包含锂离子电池、镍氢电池或铅蓄电池等二次电池、或双电荷层电容器等蓄电元件。
蓄电装置110经由电力线PL1及接地线NL1而与PCU120连接。并且，蓄电装置110向PCU120供给用于产生车辆100的驱动力的电力。而且，蓄电装置110蓄积由电动发电机130、135发电产生的电力。蓄电装置110的输出为例如200V左右。
SMR115所包含的继电器分别设于将蓄电装置110与PCU120连接的电力线PL1及接地线NL1之间。并且，SMR115基于来自ECU300的控制信号SE1，对蓄电装置110与PCU120之间的电力的供给和切断进行切换。
转换器121基于来自ECU300的控制信号PWC，在电力线PL1及接地线NL1与电力线PL2及接地线NL1之间进行电压转换。
逆变器122、123与电力线PL2及接地线NL1并联连接。逆变器122、123分别基于来自ECU300的控制信号PWI1、PWI2，将从转换器121供给的直流电力转换成交流电力，并分别对电动发电机130、135进行驱动。
电容器C1设置在电力线PL1及接地线NL1之间，减小电力线PL1及接地线NL1之间的电压变动。而且，电容器C2设置在电力线PL2及接地线NL1之间，减小电力线PL2及接地线NL1之间的电压变动。
电动发电机130、135是交流旋转电机，例如，是具备埋设有永磁体的转子的永磁同步电动机。
电动发电机130、135的输出转矩经由构成为包含减速器、动力分割机构的动力传递齿轮140而向驱动轮150传递，使车辆100行驶。电动发电机130、135在车辆100的再生制动动作时，能够通过驱动轮150的旋转力进行发电。并且，该发电电力由PCU120转换成蓄电装置110的充电电力。
而且，电动发电机130、135也经由动力传递齿轮140而与发动机160连接。并且，通过ECU300，电动发电机130、135及发动机160相互协作地动作而产生必要的车辆驱动力。而且，电动发电机130、135能够通过发动机160的旋转进行发电，能够利用该发电电力对蓄电装置110进行充电。在实施方式1中，使用电动发电机135作为用于专门对驱动轮150进行驱动的电动机，使用电动发电机130作为专门由发动机160驱动的发电机。
另外，在图1中，以设置两个电动发电机的结构为例进行了示出，但只要是具备能够通过发动机160进行发电的电动发电机的结构即可，电动发电机的个数并未限定于此，也可以是电动发电机为一个的情况，或者是设置多于两个的电动发电机的结构。
发动机160由ECU300来控制转速、阀的开闭时机及燃料流量等，产生用于使车辆100行驶的驱动力。
排气管170与发动机160的排气口连接，向车辆外部排出由发动机160产生的排气。
EHC180设置在排气管170的中间部。EHC180包含所谓三元催化剂单元，除去排气中的氮氧化物等有害物质。而且，EHC180利用从由来自ECU300的控制信号SIG控制的EHC驱动部190供给的电力来使包含于内部的三元催化剂升温。通常，当三元催化剂未达到活化温度以上时，作为催化剂的功能无法充分体现。EHC180利用从EHC驱动部190供给的电力来使三元催化剂升温，由此能够使三元催化剂提前发挥作为催化剂的功能。
而且，EHC180还包含温度传感器（未图示），检测催化剂温度TMP而向ECU300输出其检测结果。ECU300基于该催化剂温度TMP，控制EHC驱动部190对EHC180的电力的供给。
EHC驱动部190与电力线PL2及接地线NL1连接，并通过电力线PL3及接地线NL3而与EHC180连接。EHC驱动部190利用来自蓄电装置110的电力或由电动发电机130、135产生的发电电力，生成用于对EHC180进行驱动的电力，并对向EHC180的电力的供给和切断进行切换。作为EHC驱动部190，例如包含DC/DC转换器、逆变器或继电器等。
ECU300包括均未在图1中图示的CPU（CentralProcessingUnit）、存储装置及输入输出缓冲器，进行来自各传感器等的信号的输入或向各设备的控制信号的输出，并且进行车辆100及各设备的控制。另外，关于这些控制，并不局限于基于软件的处理，也可以通过专用的硬件（电子电路）进行处理。
ECU300基于来自蓄电装置110所具备的电压传感器、电流传感器（均未图示）的电压VB及电流IB的检测值，计算蓄电装置110的充电状态SOC（StateofCharge）。
ECU300接收基于加速踏板116的操作状态的加速器开度ACC、基于由使用者设定的换档杆（未图示）的档位等而确定的档位SFT及来自EHC180的催化剂温度TMP。ECU300基于这些信息，进行后述的EHC驱动控制。另外，在图1中，作为ECU300而形成设置一个控制装置的结构，但也可以是例如PCU120用的控制装置、蓄电装置110用的控制装置等那样按照功能或按照控制对象设备而设置不同的控制装置的结构。
在这样的混合动力车辆100中，如上述那样，在行驶于平缓的下坡时，多数情况下，通过不使用脚制动器而利用由发动机160的旋转产生的摩擦力及由电动发电机130、135产生的再生制动力的所谓发动机制动，抑制速度的增加并同时行驶。此时，由电动发电机130、135的再生制动产生的发电电力根据蓄电装置110的充电状态而变动。
例如，在蓄电装置110已经处于满充电状态的情况下，无法利用发电电力对蓄电装置110进行充电，因此在这样的情况下，停止电动发电机130、135的发电，并使发动机160的转速增加而使摩擦力进一步增加，由此确保减速度。当通过发动机160的摩擦力来增加减速度时，为了减速而使用的能量变成热量被排出，因此白白产生热损失。
而且，在这样的状态下，通常发动机160的燃烧动作停止，因此催化剂的温度随着时间而下降。并且，当催化剂的温度下降得低于活化温度时，需要进行基于EHC180的催化剂的升温。
因此，在本实施方式1中，在处于这样的状态的情况下，执行以下EHC驱动控制：使发动机160产生的减速度下降，并使电动发电机130、135的再生制动产生的减速度增加，将该发电电力直接适用于EHC180。由此，能够减少发动机160产生的热损失，并且能够通过向EHC180供给不经由转换器121的电力而抑制转换效率的下降。而且，即使在蓄电装置110处于满充电状态下，也能够通过EHC180回收发电电力，因此能够改善能量收支。
图2是在实施方式1中用于说明由ECU300执行的EHC驱动控制的功能框图。图2的功能框图所记载的各功能框通过基于ECU300的硬件性的或软件性的处理来实现。
参照图1及图2，ECU300包括输入部310、判定部320、EHC控制部330及电动机控制部340。
输入部310接收档位SFT、来自加速踏板116的加速器开度ACC及来自EHC180的催化剂温度TMP。并且，输入部310向判定部320输出这些信息。
判定部320基于来自输入部310的催化剂温度TMP，判定是否需要基于EHC180的催化剂的升温。而且，判定部320基于档位SFT及加速器开度ACC的信息，判定与在平坦路上行驶时相比，是否在使利用发动机160的旋转及再生制动而产生减速力的所谓发动机制动生效的状态下进行行驶。并且，判定部320基于这些判定结果，生成EHC驱动控制的执行标志FLG，并向EHC控制部330及电动机控制部340输出。
EHC控制部330接收来自判定部320的执行标志FLG和催化剂温度TMP。在判定为需要使催化剂升温的情况下，EHC控制部330生成控制信号SIG来控制EHC驱动部190，使得催化剂温度TMP变为活化温度以上。
电动机控制部340接收来自判定部320的执行标志FLG、基于来自设置在电动发电机130、135上的旋转角传感器（未图示）的旋转角而算出的转速MRN1、MRN2、蓄电装置110的SOC及来自EHC控制部330的控制信号SIG。电动机控制部340基于这些信息，确定电动发电机130、135产生的发电电力，并生成用于输出该发电电力的逆变器122、123的控制信号PWI1、PWI2而进行输出。
图3是在实施方式1中用于说明由ECU300执行的EHC驱动控制处理的详情的流程图。图3所示的流程图中，预先存储于ECU300的程序从主程序中被调出并以规定周期执行，由此实现处理。或者关于部分或全部的步骤，也可以通过专用的硬件（电子电路）来实现处理。
参照图1及图3，在步骤（以下，将步骤简称为S）100中，ECU300判定车辆100当前是否处于行驶中。
在车辆100未处于行驶中的情况下（S100为“否”），不执行该控制而使处理返回到主程序。
在车辆100处于行驶中的情况下（S100为“是”），在S110中，ECU300读取当前的档位SFT。
并且，在S120中，ECU300判定所读取的档位SFT是否表示提高减速力的档位。提高减速力的档位是指相对于当前的车辆100的速度而选择比最佳的档级靠低速侧的档级的档位。例如，以下情况与此相当：通过使用者的操作而使换档杆被操作到选择更低档级的档位、即使是相同的档位也通过其他的开关操作等而使能够选择的档位变更为更低速、或者产生了由于急剧地踏下加速踏板而切换成低档级的所谓跳低档等。
在未表示提高减速力的档位的情况下（S120为“否”），ECU300使处理返回到主程序。
在表示提高减速力的档位的情况下（S120为“是”），在S130中，ECU300读取加速器开度ACC。
并且，在S140中，ECU300判定所读取的加速器开度ACC是否小于接近零的阈值α（%）。即，在S140中，ECU300判定是否为通过再生转矩使车辆100产生减速力的再生状态而非利用来自蓄电装置110的电力来产生车辆100的驱动力的牵引状态。
在加速器开度ACC为阈值α以上的情况下（S140为“否”），ECU300使处理返回到主程序。
在加速器开度ACC小于阈值α的情况下（S140为“是”），处理前进至S150，ECU300读取来自EHC180的催化剂温度TMP。
并且，在S160中，ECU300判定所读取的催化剂温度TMP是否为基于催化剂活化温度而确定的阈值β1（例如，500℃）以下。即，ECU300判定是否需要使催化剂升温。
在催化剂温度TMP大于阈值β1的情况下（S160为“否”），不需要使催化剂升温，因此ECU300使处理返回到主程序。
在催化剂温度TMP为阈值β1以下的情况下（S160为“是”），ECU300使处理前进至S170，控制EHC驱动部190，利用电动发电机130、135产生的发电电力来使EHC180升温。另外，此时，根据需要，也可以控制逆变器122、123来调整发电电力的大小。
然后，处理前进至S180，ECU300判定催化剂温度TMP是否为比上述的阈值β1大的阈值β2以上。另外，实施方式1中的EHC180的升温有效地利用原本应作为热能被排出（废弃）的能量，因此从改善能量效率的观点出发，为了回收更多的能量，阈值β2设定成充分高于催化剂活化温度（例如，450℃）的值（例如550℃左右）为优选。
在催化剂温度TMP小于阈值β2的情况下（S180为“否”），处理返回到S170，EHC180的升温继续。
在催化剂温度TMP为阈值β2以上的情况下（S180为“是”），处理前进至S190，ECU300停止向EHC180通电而使催化剂的升温停止。
通过按照以上那样的控制进行处理，在混合动力车辆中，在利用所谓发动机制动而在平缓的下坡上行驶的情况下，能够利用再生电力直接使催化剂升温，抑制车辆效率的下降并确保催化剂活化温度。
[实施方式2]
在实施方式2中，对已在上述中说明的实施方式1的变形例进行说明。
图4是表示实施方式2的车辆100A的整体框图。在图4中，除了图1所示的车辆100的结构之外，还追加了能够通过来自外部电源500的电力对蓄电装置110进行充电的结构，并且变更了向EHC驱动部190的电力供给部及产生驱动力的机构。在图4中，省略与图1重复的要素的说明。
参照图4，车辆100A不是像图1的车辆100那样具备两个电动发电机的结构，而是仅具备一个电动发电机的结构。而且，车辆100对应于此，具备PCU120A来取代图1的PCU120。虽未示出PCU120A的内部结构的详情，但PCU120A包含与电动发电机130对应的一个逆变器。这样一来，已在实施方式1中说明的EHC驱动控制对于仅具备一个电动发电机的结构的混合动力车辆也能够适用。
而且，在车辆100A中，与图1的连接不同，EHC驱动部190与低电压侧的电力线PL1及接地线NL1连接。例如，在用于驱动EHC180的电源电压为比较低的电压的情况下，与对图1那样的高电压侧（例如，600V）的电压进行降压相比，对低压侧（例如，200V）的电压进行降压或直接使用的情况具有能够简化绝缘结构的优点。
而且，车辆100A作为能够通过来自外部电源500的电力对蓄电装置110进行充电的结构，具备充电装置200、充电继电器CHR210及连接部220。
连接部220为了接收来自外部电源500的电力而设于车辆100的车身。在连接部220上连接有充电线缆400的充电连接器410。并且，通过充电线缆400的插头420与外部电源500的插座510连接，来自外部电源500的电力经由充电线缆400的电线部430而向车辆100传递。而且，有时在充电线缆400的电线部430设置用于对从外部电源500向车辆100供给电力和切断电力供给进行切换的充电电路切断装置（也称为“CCID（ChargingCircuitInterruptDevice）”）。
充电装置200经由电力线ACL1、ACL2而与连接部220连接。而且，充电装置200经由CHR210而与蓄电装置110连接。并且，充电装置200基于来自ECU300的控制信号PWD，将从外部电源500供给的交流电力转换成能够对蓄电装置110进行充电的直流电力。
CHR210所包含的继电器的一端与蓄电装置110的正极端子及负极端子分别连接。CHR210所包含的继电器的另一端与连接于充电装置200的电力线PL4及接地线NL4分别连接。并且，CHR210基于来自ECU300的控制信号SE2，对从充电装置200向蓄电装置110的电力的供给和切断进行切换。
这样一来，即便是所谓能够进行外部充电的车辆，也能够适用上述的EHC驱动控制。
另外，对于实施方式2中所示的具有外部充电的结构、EHC驱动部的连接结构及电动发电机的结构，不必所有同时具备。即，在图1所示的实施方式1的结构中能够适用上述的变形结构中的任一种或更多的组合。
而且，上述的说明中的档位并不局限于车辆的前进方向的档位。即，对于后退侧的档位，在具有两个以上的档位的车辆的情况下，对于后退侧也能够适用本控制。
应当理解本次公开的实施方式所有方面是例示而非限制。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书来表示，并旨在包括与权利要求书等同含义及范围内的所有变更。
附图标记说明
100、100A车辆，110蓄电装置，115SMR，116加速踏板，120PCU，121转换器，122、123逆变器，130、135电动发电机，140动力传递齿轮，150驱动轮，160发动机，170排气管，180EHC，190EHC驱动部，200充电装置，210CHR，220连接部，300ECU，310输入部，320判定部，330EHC控制部，340电动机控制部，400充电线缆，410充电连接器，420插头，430电线部，500外部电源，510插座，ACL1、ACL2、PL1～PL4电力线，C1、C2电容器，NL1～NL4接地线。

Claims (5)

1.一种车辆，对同一行驶方向能够设定至少两个档位，
所述车辆具备：
内燃机(160)；
旋转电机(135)，与所述车辆(100、100A)的驱动轮(150)连接，产生用于使所述车辆(100、100A)行驶的驱动力，并能够通过来自所述驱动轮(150)的旋转力进行发电；
暖机装置(180)，构成为使催化剂升温，其中所述催化剂用于净化所述内燃机(160)的排气；以及
控制装置(300)，用于控制所述暖机装置(180)，
在所述车辆(100、100A)行驶期间，在所述内燃机(160)停止且设定为所述两个档位中的、基于所述旋转电机(135)再生制动的减速力产生得更大的档位这一规定条件成立的情况下，在所述催化剂的温度低于预先规定的第一阈值时，所述控制装置(300)利用所述旋转电机(135)产生的发电电力而由所述暖机装置(180)开始所述催化剂的升温，并响应于所述催化剂的温度达到比所述第一阈值高的第二阈值这一情况而停止所述催化剂的升温，
所述规定条件不成立的情况下，响应于所述催化剂的温度达到所述第一阈值这一情况而停止所述催化剂的升温。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述第一阈值是表示以下温度的值：能够确保所述催化剂的活化温度。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述规定条件成立且表示加速器开度的信号低于基准值的条件成立的情况下，所述控制装置(300)利用所述发电电力而由所述暖机装置(180)使所述催化剂升温。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车辆，其中，
在所述规定条件成立的情况下，所述控制装置(300)仅利用所述发电电力而由所述暖机装置(180)使所述催化剂升温。
5.一种车辆的控制方法，是对同一行驶方向能够设定至少两个档位的车辆的控制方法，
所述车辆(100、100A)具备：
内燃机(160)；
旋转电机(135)，与所述车辆(100、100A)的驱动轮(150)连接，产生用于使所述车辆(100、100A)行驶的驱动力，并能够通过来自所述驱动轮(150)的旋转力进行发电；以及
暖机装置(180)，构成为使催化剂升温，其中所述催化剂用于净化所述内燃机(160)的排气，
所述控制方法具备以下步骤：
在所述车辆(100、100A)行驶期间，判定以下情况：所述内燃机(160)停止且设定为所述两个档位中的、基于所述旋转电机(135)再生制动的减速力产生得更大的档位这一规定条件成立；
检测所述催化剂的温度；以及
在所述规定条件成立的情况下，在检测出的所述催化剂的温度低于预先规定的第一阈值时，利用所述旋转电机(135)产生的发电电力而由所述暖机装置(180)开始所述催化剂的升温，并响应于所述催化剂的温度达到比所述第一阈值高的第二阈值这一情况而停止所述催化剂的升温，
所述规定条件不成立的情况下，响应于所述催化剂的温度达到所述第一阈值这一情况而停止所述催化剂的升温。
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