CN104044576A - 混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力车辆，其通过驱动力传动机构将从发动机和电动发电机产生的驱动力输出到驱动轴。发动机预热状态判断部用于判断发动机的预热状态。要求驱动力设定部用于根据驾驶员的要求对要求驱动力进行设定。目标发动机工作点设定部用于计算目标发动机功率和目标充电/放电功率，用于输出要求驱动力；根据目标发动机功率计算目标发动机工作点；并且根据计算出的目标发动机工作点设定发动机的目标转速和目标发动机转矩。变更部用于在发动机启动时计算电动发电机的目标转矩，使得发动机的转速达到发动机的目标转速；并且根据发动机的预热状态更改用于计算目标转矩的反馈增益。

Description

混合动力车辆

技术领域

本发明涉及混合动力车辆，尤其涉及具有能够在启动时控制驱动力的多个驱动源的混合动力车辆。

背景技术

混合动力车辆将从作为多个驱动源的一个发动机和多个电动发电机（电动机-发电机组）产生的驱动力经由驱动力传动机构输出到驱动轴。下面的专利文献中公开了这种混合动力车辆。

专利文献1：日本特许3931854号公报

专利文献2：日本特许3890459号公报

专利文献1中公开的动力输出装置及其控制方法以及机动车，通过使用第一增益的反馈来控制电动发电机，以在发动机启动之后直至经过预定时间之前在目标驱动点驱动发动机，并且在经过该预定时间之后，通过使用不同于第一增益的第二增益的反馈来控制电动发电机。因此，在发动机刚启动之后发动机的行为不稳定时，可靠地输出驾驶员要求的转矩，而不会从电动发电机向发动机输出高补偿转矩。

专利文献2中公开的自动发动机停止/重启类型的车辆在发动机达到稳定燃烧状态之前的第一时期期间设定第一反馈增益，并且在发动机改变到稳定燃烧状态之后的第二时期期间内将反馈增益改变到比第一反馈增益小的第二反馈增益。

然而，在专利文献1中没有提及设定“预定时间”以切换第一增益和第二增益的方法。如果该预定时间被设定得相对长，则能够可靠防止驱动轴的转矩波动。另一方面，由于第一增益被设定为小于第二增益，所以难以使发动机在目标驱动点工作。

由于发动机的工作点被设定为包括发动机和电动发电机的系统的总效率最佳时的点，所以不在目标驱动点驱动发动机这一事实导致燃料效率恶化。

为了通过使发动机在目标驱动点工作以防止驱动轴的转矩波动并且也防止燃料效率恶化，必须以最佳方式设定上述“预定时间”，并因此需要改进。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够防止驱动轴的转矩波动并且还能够防止燃料消耗增加超过必需量的混合动力车辆。

为了实现本发明的目的，根据本发明的实施例的一方面，提供一种混合动力车辆，其通过驱动力传动机构将从发动机和电动发电机产生的驱动力输出到驱动轴，该混合动力车辆包括控制器，该控制器包括：发动机预热状态判断部，其用于判断发动机的预热状态；要求驱动力设定部，其用于根据驾驶员的要求对要求驱动力进行设定；目标发动机工作点设定部，其用于：计算目标发动机功率和目标充电/放电功率，用于输出在上述要求驱动力设定部设定的要求驱动力；根据该目标发动机功率计算目标发动机工作点；并且根据计算出的目标发动机工作点设定发动机的目标转速和目标发动机转矩；以及变更部，其用于在所述发动机启动时：计算所述电动发电机的目标转矩，使得发动机的转速达到在上述目标发动机工作点设定部设定的发动机的目标转速；并且根据由上述发动机预热状态判断部判断出的发动机的预热状态更改用于计算电动发电机的目标转矩的反馈增益。

本发明可以防止驱动轴的转矩波动，并且还可以防止燃料消耗增加到超过必需量。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据一实施例的混合动力车辆的控制装置的系统配置图；

图2是示出根据该实施例的混合动力车辆的控制的框图；

图3是根据该实施例的计算目标电动机转矩的流程图；

图4是示出根据该实施例的目标驱动转矩检索映射的图表；

图5是示出根据该实施例的目标充电/放电功率检索表的图表；

图6是示出根据该实施例的目标工作点的图表；

图7是示出根据该实施例的启动时的目标发动机转矩检索映射的图表；

图8是根据本发明的实施例的共线图；

图9是示出根据该实施例的常用反馈增益随时间的变化的图表；以及

图10是示出根据该实施例的反馈增益转换比检索表的图表。

具体实施方式

本发明通过根据发动机的预热状态改变用于计算电动发电机的目标转矩的反馈增益来实现防止驱动轴的转矩波动并且还防止发动机的燃料消耗增加到超过必需量的目的。

图1至图10示出本发明的一实施例。如图1中所示，混合动力车辆（下文中称为车辆）配备有驱动源的控制装置1。

控制装置1包括作为用于输出转矩的驱动源的发动机（附图中用“ENG”表示）的输出轴3、作为电动发电机（电动机-发电机组）的第一电动发电机4（附图中用“MG1”表示）和第二电动发电机5（附图中用“MG2”表示）、作为经由输出传动单元7连接到驱动轮6的输出构件的驱动轴8（附图中用“OUT”表示）以及连接到发动机2的输出轴3、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴8的驱动力传动机构9（差动齿轮机构）。

第一电动发电机4包括第一转子10和第一定子11。第二电动发电机5包括第二转子12和第二定子13。

如图1和图2中所示，控制装置1设置有用于控制第一电动发电机4的工作的第一逆变器14、用于控制第二电动发电机5的工作的第二逆变器15和连接到第一逆变器14与第二逆变器15的控制部（ECU）16。

第一逆变器14连接到第一电动发电机4的第一定子11。第二逆变器15连接到第二电动发电机5的第二定子13。第一逆变器14和第二逆变器15的每个电源端子连接到电池17（驱动用的高电压电池）。电池17可以与第一电动发电机4和第二电动发电机5交换功率。

控制装置1使用发动机2、第一电动发电机4和第二电动发电机5的输出来控制混合动力车辆的驱动。

驱动力传动机构9是所谓的四轴式驱动力输入/输出装置。在驱动力传动机构9中，设置有驱动轴8和发动机2的输出轴3，设置有在发动机2的一侧的第一电动发电机4和在驱动轴8的一侧的第二电动发电机5，发动机2的驱动力、第一电动发电机4的驱动力和第二电动发电机5的驱动力结合并输出到驱动轴8，并且在发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴8之间交换驱动力。

也就是说，在驱动力传动机构9中，包括发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5和用作输出构件的驱动轴8的四个元件在图8中所示的共线图上以第一电动发电机4（MG1）、发动机2（ENG）、作为输出构件的驱动轴8（OUT）和第二电动发电机5（MG2）的顺序相连，以构成齿轮机构。

驱动力传动机构9包括并联设置的第一行星齿轮机构18和第二行星齿轮机构19。第一行星齿轮机构18和第二行星齿轮机构19的两个转动元件相互连接。

第一行星齿轮机构18设置有第一太阳轮20、与第一太阳轮20啮合的第一小齿轮21、与第一小齿轮21啮合的第一环形齿轮22、连接到第一小齿轮21的第一支架23和与第一环形齿轮22相连的输出齿轮24。

第二行星齿轮机构19设置有第二太阳轮25、与第二太阳轮25啮合的第二小齿轮26、与第二小齿轮26啮合的第二环形齿轮27和连接到第二小齿轮26的第二支架28。

在驱动力传动机构9中，第一行星齿轮机构18的第一支架23连接到发动机2的输出轴3。此外，第二行星齿轮机构19的第二支架28连接到第一行星齿轮机构18的第一环形齿轮22和输出齿轮24。

第一电动发电机4的第一转子10经由第一电动机输出轴29连接到第一太阳轮20。发动机2的输出轴3连接到第一支架23和第二太阳轮25。驱动轴8经由输出齿轮24和输出传动单元7连接到第一环形齿轮22和第二支架28。第二电动发电机5的第二转子12经由第二电动机输出轴30连接到第二环形齿轮27。

第二电动发电机5可经由第二电动机输出轴30、第二环形齿轮27、第二支架28、第一环形齿轮22、输出齿轮24、输出传动单元7和驱动轴8连接到驱动轮6，从而仅通过其单独输出使车辆行驶。

也就是说，在驱动力传动机构9中，第一行星齿轮机构18的第一支架23和第二行星齿轮机构19的第二太阳轮25相互耦合以连接到发动机2的输出轴3，第一行星齿轮机构18的第一环形齿轮22和第二行星齿轮机构19的第二支架28相互耦合以连接到驱动轴8，第一电动发电机4连接到第一行星齿轮机构18的第一太阳轮20，第二电动发电机5连接到第二行星齿轮机构19的第二环形齿轮27，从而在发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴8之间交换驱动力。

如图2中所示，配置为检测加速踏板的下压量作为加速踏板开度的加速踏板开度检测部31、配置为检测发动机2的转速的发动机转速检测部32、配置为检测发动机2的冷却液温度作为发动机水温的水温检测部33、配置为检测车辆的速度作为车速的车速检测部34和配置为检测电池17的充电状态（SOC）的充电状态检测部35连接到控制部16。

如图2中所示，控制部16设置有发动机预热状态判断部16A、要求驱动力设定部16B和目标发动机工作点设定部16C。

发动机预热状态判断部16A配置为接收来自水温检测部33的输出信号，以判断发动机2的预热状态。

要求驱动力设定部16B配置为根据驾驶员的要求设定要求驱动力。

目标发动机工作点设定部16C配置为计算用于输出由要求驱动力设定部16B设定的要求驱动力的目标发动机功率和目标充电/放电功率，根据目标发动机功率计算目标发动机工作点，并且根据计算出的目标发动机工作点设定发动机的目标转速和目标发动机转矩。

另外，如图2中所示，控制部16设置有变更部16D。

在发动机2启动时，变更部16D计算使得发动机的转速成为由目标发动机工作点设定部16C设定的发动机的目标转速的电动发电机4和5的目标转矩，并且根据由发动机预热状态判断部16A判断出的发动机2的预热状态改变用于计算电动发电机4和5的目标转矩的反馈增益。

通过配置为检测发动机2的冷却液的温度作为发动机2的水温的水温检测部33的输出信号判断发动机2的预热状态。

接下来，参照图3中的流程图描述本实施例的控制。

参照图3中的流程图，描述计算使发动机的转速与目标转速一致的目标电动机转矩的方法。

如图3中所示，当控制部16的程序开始时（步骤A01），接收加速踏板的开度、车速、电池17的充电状态（SOC）、发动机的水温和发动机的转速作为控制用的各种信号（步骤A02）。

根据图4中所示的目标驱动转矩检索映射计算对应于车速和加速踏板开度的目标驱动转矩（步骤A03）。在加速踏板的开度为零的高车速区域中，驱动转矩被设定为负值，使得驱动转矩成为对应于发动机制动的减速方向的驱动转矩。在低车速区域中，驱动转矩被设定为正值，使得驱动转矩可以通过爬行转矩来传送。

之后，通过将步骤A03中计算出的目标驱动转矩乘以车速来计算驱动车辆所需的目标驱动功率（步骤A04）。

为了将电池17的充电状态（SOC）控制在正常使用范围内，根据图5中所示的目标充电/放电功率检索表计算目标充电/放电量（步骤A05）。如图5中所示，在电池17的充电状态（SOC）低的情况下，增加目标充电功率以防止电池17过放电。在电池17的充电状态（SOC）高的情况下，增加目标放电功率以防止电池17过充电。为了方便，在图5中，放电侧被归类为正（+）值，并且充电侧被归类为负（-）值。

根据目标驱动功率和目标充电/放电功率计算要从发动机2输出的目标发动机功率（步骤A06）。要从发动机2输出的目标发动机功率成为通过将用于充电/放电电池17的目标充电/放电功率与驱动车辆所需的目标驱动功率相加而获得的值。由于充电侧被归类为负（-）值，所以从目标驱动功率减去目标充电/放电功率来计算目标发动机功率。

接着判断发动机2的启动是否完成（步骤A07）。在本实施例中，例如当发动机转矩为预定值以上或者发动机转速为预定值以上时，判断为发动机2已启动。

如果步骤A07为“是”，也就是说，在发动机2的启动完成的情况下，计算目标发动机工作点（步骤A08）。

在步骤A08中，根据步骤A06中计算出的目标发动机功率检索图6中的目标工作点映射，并且计算目标发动机工作点（发动机的目标转速和目标发动机转矩）。

如图6中所示，目标工作点映射确定由选择并连接等功率线上的、包括驱动力传动机构9、第一电动发电机4和第二电动发电机5的驱动力传动系统的效率加上发动机的效率得到的总效率最佳的每个功率的点形成的线。因此，目标发动机功率与目标工作线的交叉点成为目标发动机工作点（发动机的目标转速和目标发动机转矩）。

而如果步骤A07为“否”，也就是说，在发动机2的启动未完成的情况下，计算用于启动的目标发动机工作点（步骤A09）。

在步骤A09中，计算用于发动机启动的启动时的目标发动机工作点（发动机的目标转速和目标发动机转矩）。

根据图7中所示的启动目标发动机转矩检索映射计算启动时的目标发动机转矩。如果将启动时的目标发动机转矩相对于发动机2的燃料切断时的摩擦转矩较大地设定到负侧，则在稍后描述的步骤A10中计算出的目标电动机转矩基本分量克服发动机2的摩擦，从而增加发动机的转速。此外，启动时的发动机的目标转速被设定为1000rpm等。

在步骤A08的处理之后或者步骤A09的处理之后，根据计算出的目标驱动功率、计算出的目标发动机功率和计算出的目标发动机工作点计算目标电动机转矩基本分量（步骤A10）。

在本实施例中，将根据包括表示输入到驱动力传动机构9的转矩平衡的以下等式（等式1）和表示第一电动发电机4和第二电动发电机5产生或消耗的功率等于电池17的充电/放电功率的以下等式（等式2）的联立等式的计算结果计算出的目标MG1（第一电动发电机）转矩基本分量和目标MG2（第二电动发电机）转矩基本分量设定为目标电动机转矩基本分量。由于用相对于发动机2的燃料切断时的摩擦转矩较大地设定到负侧的启动时的目标发动机转矩计算目标电动机转矩基本分量，所以从第一电动发电机4和第二电动发电机5输出的转矩克服发动机2的摩擦，从而增加发动机的转速。

[等式1]

(目标发动机转矩)+(1+k1)×(目标MG1转矩基本分量)=k2×(目标MG2转矩基本分量)

k1：MG1-ENG的杠杆比，其中在图8中ENG-OUT被设定为1，

k2：OUT-MG2的杠杆比，其中在图8中ENG-OUT被设定为1。

[等式2]

(目标驱动功率)–(目标发动机功率)=(MG1角速度)×(目标MG1转矩基本分量)+(MG2角速度)×(目标MG2转矩基本分量)

接着，类似于步骤A07，判断发动机2是否启动（步骤A11）。在本实施例中，在发动机转矩为预定值以上并且发动机转速为预定值以上的情况下，判断发动机2启动。

如果步骤A11为“是”，也就是说，在发动机2的启动完成的情况下，计算常用反馈增益（步骤A12）。

在步骤A12中，设定使发动机的转速与目标转速一致的反馈增益。如图9中所示，该反馈增益被设定为使其从发动机启动用的反馈增益逐渐转换为不同于发动机启动用的反馈增益的常用反馈增益。此外，反馈增益的转换比采用根据作为表示发动机2是否处于冷机状态的指数的发动机水温从反馈增益转换比检索表（见图10）计算出的比。因此，在发动机2的行为相对稳定的充分预热状态下，反馈增益被迅速转换，从而发动机的转速追随目标转速的能力优先。而在发动机2的行为较不稳定的冷机状态下，反馈增益的转换被延迟，以抑制发动机2刚刚启动后第一电动发电机4和第二电动发电机5的高补偿，并由此可靠地防止驱动轴8的转矩波动。另外，由于该反馈增益从发动机启动用的反馈增益逐渐转换到常用反馈增益，所以可以防止驱动轴8的转矩急剧改变，目标电动机转矩反馈分量不会以阶梯状急剧改变。

而如果步骤A11是“否”，也就是说，在发动机2的启动未完成的情况下，计算启动用的反馈增益（步骤A13）。

在步骤A13中，如图9中所示，由于发动机启动用的反馈增益被设定为小于常用反馈增益的值，所以在发动机2刚启动之后发动机2的行为还不稳定时，第一电动发电机4和第二电动发电机5不立即进行高补偿，因此可以防止驱动轴8的转矩波动。

在步骤A12的处理之后，或者在步骤A13的处理之后，计算使发动机的转速与发动机的目标转速一致的目标电动机转矩反馈分量（目标MG1转矩反馈分量和目标MG2转矩反馈分量）（步骤A14）。

通过下面的等式3根据发动机的转速和发动机的目标转速获得目标MG1转矩反馈分量，并且通过下面的等式4考虑到转矩平衡获得目标MG2转矩反馈分量。

[等式3]

(目标MG1转矩反馈分量)=((发动机的目标转速)–(发动机的转速))×(反馈增益)

[等式4]

k1×(目标MG1转矩反馈分量)=(1+k2)×(目标MG2转矩反馈分量)

k1：MG1-ENG的杠杆比，其中在图8中ENG-OUT被设定为1，

k2：OUT-MG2的杠杆比，其中在图8中ENG-OUT被设定为1。

使用目标电动机转矩基本分量与目标电动机转矩反馈分量之和作为目标电动机转矩控制第一电动发电机4和第二电动发电机5（步骤A15）。然后，该程序返回（步骤A16）。

也就是说，在本实施例中，该混合动力车辆包括发动机2和电动发电机4和5作为驱动源，并且用于通过电动发电机4和5控制发动机的转速以使发动机的转速与目标转速一致的反馈以预先设定的比，将用于计算目标转矩的反馈增益逐渐转换为常用反馈增益。此外，该混合动力车辆包括发动机2和电动发电机4和5作为驱动源，并且通过电动发电机4和5对发动机的转速进行反馈控制，以使发动机的转速与目标转速一致，该混合动力车辆根据发动机的水温更改转换常用反馈增益的比。

利用上述配置，在发动机2的行为相对稳定的充分预热状态下，可以根据发动机2的预热状态改变反馈增益的转换定时，可以提高发动机启动后发动机的转速立即追随发动机的目标转速的能力。而在发动机2的行为较不稳定的冷机状态下，可以在发动机2启动之后立即抑制第一电动发电机4和第二电动发电机5的高补偿，并因此可以可靠地防止驱动轴8的转矩波动。另外，由于反馈增益从发动机启动用的反馈增益逐渐转换到常用反馈增益，所以可以防止驱动轴8的转矩急剧改变，不会以阶梯状急剧改变电动机转矩。

上文已经描述了本发明的实施例，下面说明每项权利要求中给出的上述实施例的配置。

首先，在根据权利要求1的发明中，控制部16包括变更部16D，其配置为在发动机2启动时：计算使得发动机的转速成为由目标发动机工作点设定部16C设定的发动机的目标转速的电动发电机4和5的目标转矩；并且根据由发动机预热状态判断部16A判断出的发动机2的预热状态改变用于计算电动发电机4和5的目标转矩的反馈增益。

利用上述配置，由于根据发动机2的预热状态改变用于计算电动发电机4和5目标转矩的反馈增益，所以可以防止驱动轴8的转矩波动，并且还可以防止发动机2的燃料消耗增加超过必需量。

另外，在根据权利要求2的发明中，根据来自用于检测发动机2的冷却液温度作为发动机水温的水温检测部33的输出信号判断发动机2的预热状态。

因此，不使用专用计算方法或专用检测部，可以简化配置。

根据本发明的控制装置可以应用于各种车辆。

Claims (2)

1.一种混合动力车辆，其通过驱动力传动机构将从发动机和电动发电机产生的驱动力输出到驱动轴，所述混合动力车辆包括控制器，该控制器包括：

发动机预热状态判断部，其用于判断所述发动机的预热状态；

要求驱动力设定部，其用于根据驾驶员的要求对要求驱动力进行设定；

目标发动机工作点设定部，其用于：

计算目标发动机功率和目标充电/放电功率，用于输出在所述要求驱动力设定部设定的所述要求驱动力；

根据所述目标发动机功率计算目标发动机工作点；并且

根据计算出的目标发动机工作点设定发动机的目标转速和目标发动机转矩；以及

变更部，其用于在所述发动机启动时：

计算所述电动发电机的目标转矩，使得所述发动机的转速达到在所述目标发动机工作点设定部设定的所述发动机的目标转速；并且

根据由所述发动机预热状态判断部判断出的所述发动机的预热状态更改用于计算所述电动发电机的目标转矩的反馈增益。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中通过水温检测部的输出信号判断所述发动机的预热状态，该水温检测部检测所述发动机的冷却液温度作为所述发动机的水温。