CN103732462A - 车辆、车辆的控制方法以及车辆的控制装置 - Google Patents

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Abstract

车辆具备：发动机；电池，其储存通过使发动机运转而发电产生的电力；以及ECU，其在电池的剩余容量比第一阈值大的状态下允许发动机停止。在电池的剩余容量比第一阈值小的状态下因与电池的剩余容量降低不同的原因而使发动机启动时，ECU使发动机运转并对电池充电，直到电池的剩余容量上升至比第一阈值大的第二阈值为止。

Description

车辆、车辆的控制方法以及车辆的控制装置
技术领域
本发明涉及车辆、车辆的控制方法以及车辆的控制装置，尤其涉及通过使发动机运转来进行发电并对蓄电装置充电的技术。
背景技术
已知除了发动机之外还搭载有行驶用的电动马达的混合动力车或具备续航距离延长功能（range extender：增程器）的电动汽车。在这些车辆中，例如在低车速时停止发动机，仅使用电动马达作为驱动源。如日本特开2002-262401号公报（专利文献1）所记载的那样，即使是在低车速时，当电池等蓄电装置的剩余容量降低至阈值时，有时也会为了驱动发电机而强制性地启动发动机并对电池充电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-262401号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，当因电池的剩余容量降低而强制性地启动发动机时，有时会给乘员带来不适感。
本发明的目的在于减轻给乘员带来的不适感。
用于解决问题的手段
在一个实施例中，车辆具备：发动机；蓄电装置，其储存通过使发动机运转而发电产生的电力；以及控制装置，其在蓄电装置的剩余容量比第一阈值大的状态下允许发动机停止。在蓄电装置的剩余容量比第一阈值小的状态下因与蓄电装置的剩余容量降低不同的原因而使发动机启动时，控制装置使发动机运转并对蓄电装置充电，直到蓄电装置的剩余容量上升至比第一阈值大的第二阈值为止。
根据该结构，在因与蓄电装置的剩余容量降低不同的原因而使发动机启动时，强制性地对蓄电装置充电，使剩余容量上升至第二阈值。由此，能够降低因蓄电装置的剩余容量降低而使发动机启动的频率。因此，能够减轻给乘员带来的不适感。
在其他的实施例中，在蓄电装置的剩余容量比第一阈值小的状态下通过由驾驶员对加速踏板的操作而使发动机启动时，控制装置使发动机运转并对蓄电装置充电，直到蓄电装置的剩余容量上升至第二阈值为止。
根据该结构，在驾驶员可预期发动机启动的状态下发动机启动时，能够强制性地对蓄电装置充电。
在另外的其他实施例中，在发动机停止的状态下蓄电装置的剩余容量降低至比第一阈值小的第三阈值时，控制装置启动发动机，使发动机运转并对蓄电装置充电，直到蓄电装置的剩余容量上升至第二阈值为止。
根据该结构，在蓄电装置的剩余容量降低至第三阈值的情况下，能够与乘员的意图无关而强制性地启动发动机并对蓄电装置充电。
在另外的其他实施例中，在蓄电装置的剩余容量比第一阈值大的状态下发动机启动时，控制装置在蓄电装置的剩余容量比第二阈值小的状态下允许发动机停止。
根据该结构，在蓄电装置的剩余容量比第一阈值大的状态下发动机启动了的情况下，即使蓄电装置的剩余容量比第二阈值小也能够停止发动机。由此，能够使停止发动机的频率增多。
发明的效果
在因与蓄电装置的剩余容量降低不同的原因而使发动机启动时，强制性地对蓄电装置充电。由此，能够减少因蓄电装置的剩余容量降低而使发动机启动的频率。因此，能够减轻给乘员带来的不适感。
附图说明
图1是表示混合动力车的概略结构图。
图2是表示混合动力车的电气系统的图。
图3是表示发动机驱动的期间和停止的期间的图。
图4是表示第一阈值、第二阈值和第三阈值的图。
图5是表示电池的剩余容量的推移的图（其一）。
图6是表示电池的剩余容量的推移的图（其二）。
图7是表示电池的剩余容量的推移的图（其三）。
图8是表示电池的剩余容量的推移的图（其四）。
图9是表示ECU所执行的处理的流程图（其一）。
图10是表示ECU所执行的处理的流程图（其二）。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对同一部件标注同一标号。它们的名称和功能也相同。因此，不反复对其进行详细说明。
参照图1，混合动力车搭载有发动机100、第一电动发电机110、第二电动发电机120、动力分配机构130、减速器140以及电池150。此外，在以下的说明中，作为一例，对不具有从外部电源进行充电的充电功能的混合动力车进行说明，但也可以使用具有从外部电源进行充电的充电功能的插电式混合动力车。
发动机100、第一电动发电机110、第二电动发电机120和电池150由ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）170进行控制。ECU170也可以分割为多个ECU。
该车辆通过来自发动机100和第二电动发电机120中的至少任一方的驱动力进行行驶。即，根据运转状态自动地选择发动机100和第二电动发电机120中的任一方或两方作为驱动源。
例如，根据驾驶员对加速踏板172进行操作的结果来控制发动机100和第二电动发电机120。加速踏板172的操作量（加速开度）由加速开度传感器174进行检测。
在加速开度小的情况和车速低情况等情况下，混合动力车仅以第二电动发电机120作为驱动源进行行驶。在该情况下，发动机100停止。但是，有时发动机100会为了发电等而驱动。
另外，在加速开度大的情况、车速高的情况以及电池150的剩余容量（SOC：State Of Charge）小的情况等情况下，驱动发动机100。在该情况下，混合动力车仅以发动机100或者以发动机100和第二电动发电机120这两方作为驱动源进行行驶。电池150的剩余容量由ECU170根据电池150的输入输出电流和电压等来算出。在算出电池150的剩余容量方法中利用周知的通常方法即可，因而在此不重复其详细说明。
发动机100是内燃机。通过燃料与空气的混合气体在燃烧室内燃烧，从而使作为输出轴的曲轴旋转。
发动机100、第一电动发电机110和第二电动发电机120经由动力分配机构130连接。发动机100所产生的动力由动力分配机构130分配为两条路径。一条为经由减速器140驱动前轮160的路径。另一条为驱动第一电动发电机110进行发电的路径。
第一电动发电机110是具备U相线圈、V相线圈和W相线圈的三相交流旋转电机。第一电动发电机110通过由动力分配机构130分配的发动机100的动力进行发电。由第一电动发电机110发电产生的电力根据车辆的行驶状态、电池150的剩余容量的状态而分开使用。例如，在通常行驶时，由第一电动发电机110发电产生的电力直接成为驱动第二电动发电机120的电力。另一方面，在电池150的SOC比预先确定的值低的情况下，由第一电动发电机110发电产生的电力由后述的变换器从交流变换为直流。然后，由后述的转换器对电压进行调整并储存于电池150。
在第一电动发电机110作为发电机发挥作用的情况下，第一电动发电机110产生负的转矩。在此，负的转矩是指成为发动机100的负载的转矩。在第一电动发电机110接受电力的供给而作为马达发挥作用的情况下，第一电动发电机110产生正的转矩。在此，正的转矩是指不成为发动机100的负载这样的转矩、即对发动机100的旋转进行辅助这样的转矩。此外，第二电动发电机120也是同样的。
第二电动发电机120是具备U相线圈、V相线圈和W相线圈的三相交流旋转电机。第二电动发电机120通过储存在电池150中的电力和由第一电动发电机110发电产生的电力中的至少任一方的电力而驱动。
第二电动发电机120的驱动力经由减速器140传递至前轮160。由此，第二电动发电机120对发动机100进行辅助，或者通过来自第二电动发电机120的驱动力使车辆行驶。此外，也可以取代前轮160或者除了前轮160之外还驱动后轮。
在混合动力车的再生制动时，经由减速器140由前轮160驱动第二电动发电机120，第二电动发电机120作为发电机工作。由此，第二电动发电机120作为将制动能变换为电力的再生制动器来工作。由第二电动发电机120发电产生的电力储存于电池150。
动力分配机构130由包括太阳轮、小齿轮、齿轮架以及齿圈的行星齿轮构成。小齿轮与太阳轮以及齿圈卡合。齿轮架将小齿轮支承为能够自转。太阳轮与第一电动发电机110的旋转轴连结。齿轮架与发动机100的曲轴连结。齿圈与第二电动发电机120的旋转轴以及减速器140连结。
发动机100、第一电动发电机110和第二电动发电机120经由由行星齿轮组构成的动力分配机构130而连结，由此发动机100、第一电动发电机110和第二电动发电机120的转速在列线图中成为用直线连结的关系。
电池150是将多个电池单元一体化得到的电池模块、进一步串联多个而构成的电池组。电池150的电压例如为200V左右。除了第一电动发电机110和第二电动发电机120之外，从车辆外部的电源供给的电力也被充入电池150。此外，也可以取代电池150或者除了电池150之外还使用电容器。电池150的温度由温度传感器152进行检测。
参照图2，进一步对混合动力车的电气系统进行说明。在混合动力车设置有转换器200、第一变换器210、第二变换器220以及系统主继电器230。
转换器200包括电抗器、两个npn型晶体管和两个二极管。电抗器的一端与各电池的正极侧连接，另一端与两个npn型晶体管的连接点连接。
两个npn型晶体管串联连接。npn型晶体管由ECU170进行控制。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有二极管，以使电流从发射极侧向集电极侧流动。
此外，作为npn型晶体管，例如能够使用IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管）。能够取代npn型晶体管而使用功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效晶体管）等电力开关元件。
在将从电池150放电产生的电力向第一电动发电机110或第二电动发电机120供给时，由转换器200进行升压。相反，在将由第一电动发电机110或第二电动发电机120发电产生的电力充入电池150时，由转换器200进行降压。
转换器200与各变换器之间的系统电压VH由电压传感器180进行检测。电压传感器180的检测结果向ECU170发送。
第一变换器210包括U相臂、V相臂和W相臂。U相臂、V相臂和W相臂并联连接。U相臂、V相臂和W相臂分别具有串联连接的两个npn型晶体管。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管。并且，各臂的各npn型晶体管的连接点分别连接于与第一电动发电机110的各线圈的与中性点112不同的端部。
第一变换器210将从电池150供给的直流电流变换为交流电流，并向第一电动发电机110供给。另外，第一变换器210将由第一电动发电机110发电产生的交流电流变换为直流电流。
第二变换器220包括U相臂、V相臂和W相臂。U相臂、V相臂和W相臂并联连接。U相臂、V相臂和W相臂分别具有串联连接的两个npn型晶体管。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管。并且，各臂的各npn型晶体管的连接点分别连接于与第二电动发电机120的各线圈的与中性点122不同的端部。
第二变换器220将从电池150供给的直流电流变换为交流电流，并向第二电动发电机120供给。另外，第二变换器220将由第二电动发电机120发电产生的交流电流变换为直流电流。
转换器200、第一变换器210和第二变换器220由ECU170进行控制。
系统主继电器230设置在电池150与转换器200之间。系统主继电器230是对将电池150与电气系统连接的状态和切断的状态进行切换的继电器。当系统主继电器230处于断开状态时，电池150被从电气系统切断。当系统主继电器230处于闭合状态时，电池150与电气系统连接。
系统主继电器230的状态由ECU170进行控制。例如，当ECU170启动时，系统主继电器230闭合。当ECU170停止时，系统主继电器230断开。
参照图3，对发动机100的控制形态进行进一步说明。如图3所示，当混合动力车的输出功率为发动机启动阈值以上时，驱动发动机100。例如，通过由第一电动发电机110对发动机100进行起转，启动发动机100。由此，混合动力车取代使用第二电动发电机120的驱动力或者除了使用第二电动发电机120的驱动力之外还使用发动机100的驱动力进行行驶。另外，第一电动发电机110使用发动机100的驱动力而发电产生的电力直接被供给到第二电动发电机120。
输出功率被设定为混合动力车的行驶所使用的功率。输出功率例如由ECU170按照具有加速开度和车速等作为参数的映射来算出。此外，算出输出功率的方法不限于此。也可以取代输出功率而使用转矩、加速度、驱动力和加速开度等。例如，也可以在加速开度为按每个车速确定的阈值以上时驱动发动机100。
另一方面，当混合动力车的输出功率比发动机启动阈值小时，混合动力车仅使用第二电动发电机120的驱动力来进行行驶。在该情况下，原则上停止向发动机100供给燃料，从而使发动机100停止。
在电池150的剩余容量处于比图4所示的第一阈值大的状态下，允许发动机100停止。第一阈值相当于在后述的第三阈值上加上由开发者预先确定的容限而得到的值。
在电池150的剩余容量处于比第一阈值小的状态下因与电池150的剩余容量降低不同的原因而使发动机100启动的情况下，强制性地对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至比第一阈值大的第二阈值为止。
即，在发动机100保持停止状态下电池150的剩余容量变得比第一阈值小之后，在因与电池150的剩余容量降低不同的原因而使发动机100启动的情况下，强制性地对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至比第一阈值大的第二阈值为止。
在电池150的强制充电中，不允许发动机100停止，使发动机100运转，并且通过第一电动发电机110发电产生的电力对电池150充电。第二阈值表示结束电池150的强制充电时的剩余容量。
作为一例，在电池150的剩余容量比第一阈值小的状态下通过由驾驶员对加速踏板172的操作而使行驶功率超过发动机启动阈值从而发动机100启动时，强制性地使发动机100运转并对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。
在图5中示出在电池150的剩余容量处于比第一阈值小的状态下因与电池150的剩余容量降低不同的原因而使发动机100启动的情况下的剩余容量的推移。在图5中，电池150的剩余容量降低，直到在时间T1启动发动机100为止。在时间T1以后，剩余容量增大至第二阈值。禁止发动机100停止，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。
同样，如图6所示，在发动机100处于运转的状态下电池150的剩余容量降低至第一阈值时，通过第一电动发电机110发电产生的电力强制性地对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。禁止发动机100停止，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。
另一方面，在电池150的剩余容量比第一阈值大的状态下例如通过由驾驶员对加速踏板172的操作而使行驶功率超过发动机启动阈值从而发动机100启动时，即使处于电池150的剩余容量比第二阈值小的状态也允许发动机100停止。
在图7中示出在电池150的剩余容量比第一阈值大的状态下发动机100启动了的情况下的剩余容量的推移。在图7中，电池150的剩余容量降低，直到在时间T2启动发动机100为止。在时间T2以后，电池150的剩余容量能够增大，直到在时间T3停止发动机100为止。在时间T3以后，剩余容量再次降低。
如图8所示，在发动机100停止的状态下电池150的剩余容量降低至比第一阈值小的第三阈值时，强制性地启动发动机100，对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。因此，强制性地使发动机100运转并对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。即使驾驶员没有操作加速踏板172而行驶功率比发动机启动阈值小，也启动发动机100，使发动机100运转并对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。
第三阈值表示在发动机100停止的状态下电池150的剩余容量降低的情况下开始对电池150的强制充电时的剩余容量。
在图8中，电池150的剩余容量降低，直到在时间T4启动发动机100为止。在时间T4以后，剩余容量增大至第二阈值。
参照图9和图10，对ECU170所执行的处理进行说明。此外，以下说明的处理可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现，还可以通过软件和硬件共同实现。作为一例，以下说明的处理在发动机100停止的状态下执行。
在步骤（以下，将步骤省略为S）100中，对电池150的剩余容量是否比第一阈值小进行判断。当电池150的剩余容量比第一阈值小时（在S100中为“是”），在S102中，对是否因与电池150的剩余容量降低不同的原因而使发动机100启动进行判断。作为一例，对是否因由驾驶员对加速踏板172的操作而使发动机100启动进行判断。更具体而言，对行驶功率是否超过了发动机启动阈值进行判断。
在发动机100启动了的情况下（在S102中为“是”），在S106中，通过强制充电模式来控制发动机100和第一电动发电机110。因此，发动机100运转，并且通过第一电动发电机110发电产生的电力强制性地对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。
在发动机100保持停止状态的情况下（在S102中为“否”），在S104中，对电池150的剩余容量是否比第三阈值小进行判断。
当电池150的剩余容量比第三阈值小时（在104中为“是”），在S106中，通过强制充电模式来控制发动机100和第一电动发电机110。因此，启动发动机100，从而发动机100运转，并且通过第一电动发电机110发电产生的电力强制性地对电池150充电，直到电池150的剩余容量上升至第二阈值为止。
在强制充电模式期间，当电池150的剩余容量比第二阈值大时（在S108中为“是”），在S110中结束强制充电模式。因此，使电池150的充电停止。当行驶功率比发动机启动阈值小时，使发动机100停止。
另一方面，在处于电池150的剩余容量为第一阈值以上的状态下（在S100中为“否”）例如通过由驾驶员对加速踏板172的操作而使行驶功率超过发动机启动阈值从而发动机100启动时（在S112中为“是”），在S114中对是否需要停止发动机100进行判断。
例如，当行驶功率变得比发动机启动阈值小时，判断为需要停止发动机100（在S114中为“是”），在S116中停止发动机100。因此，允许发动机100停止。
应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是举例说明而不是限制性的内容。本发明的范围并不是通过上述说明来限定，而是通过权利要求的范围来限定，意在包括与权利要求的范围等同的含义以及范围内的所有变更。
标号的说明
100发动机，110第一电动发电机，120第二电动发电机，130动力分配机构，140减速器，150电池，160前轮，170ECU，172加速踏板，174加速开度传感器。

Claims (6)

1.一种车辆，具备：
发动机；
蓄电装置，其储存通过使所述发动机运转而发电产生的电力；以及
控制装置，其在所述蓄电装置的剩余容量比第一阈值大的状态下允许所述发动机停止，
在所述蓄电装置的剩余容量比所述第一阈值小的状态下因与所述蓄电装置的剩余容量降低不同的原因而使所述发动机启动时，所述控制装置使所述发动机运转并对所述蓄电装置充电，直到所述蓄电装置的剩余容量上升至比所述第一阈值大的第二阈值为止。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述蓄电装置的剩余容量比所述第一阈值小的状态下通过由驾驶员对加速踏板的操作而使所述发动机启动时，所述控制装置使所述发动机运转并对所述蓄电装置充电，直到所述蓄电装置的剩余容量上升至所述第二阈值为止。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述发动机已停止的状态下所述蓄电装置的剩余容量降低至比所述第一阈值小的第三阈值时，所述控制装置启动所述发动机，使所述发动机运转并对所述蓄电装置充电，直到所述蓄电装置的剩余容量上升至所述第二阈值为止。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述蓄电装置的剩余容量比所述第一阈值大的状态下所述发动机启动时，所述控制装置在所述蓄电装置的剩余容量比所述第二阈值小的状态下允许所述发动机停止。
5.一种车辆的控制方法，所述车辆设置有发动机和蓄电装置，所述蓄电装置储存通过使所述发动机运转而发电产生的电力，所述控制方法包括：
在所述蓄电装置的剩余容量比第一阈值大的状态下允许所述发动机停止的步骤；和
在所述蓄电装置的剩余容量比所述第一阈值小的状态下因与所述蓄电装置的剩余容量降低不同的原因而使所述发动机启动时，使所述发动机运转并对所述蓄电装置充电，直到所述蓄电装置的剩余容量上升至比所述第一阈值大的第二阈值为止的步骤。
6.一种车辆的控制装置，所述车辆设置有发动机和蓄电装置，所述蓄电装置储存通过使所述发动机运转而发电产生的电力，所述控制装置具备：
在所述蓄电装置的剩余容量比第一阈值大的状态下允许所述发动机停止的单元；和
用于在所述蓄电装置的剩余容量比所述第一阈值小的状态下因与所述蓄电装置的剩余容量降低不同的原因而使所述发动机启动时，使所述发动机运转并对所述蓄电装置充电，直到所述蓄电装置的剩余容量上升至比所述第一阈值大的第二阈值为止的单元。
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