CN110155033A - 混合动力车辆的控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及混合动力车辆的控制装置以及控制方法。混合动力车辆的控制装置基于加速器开度算出要求驱动力，并基于要求驱动力算出发动机的要求转矩。控制装置进一步算出对要求转矩实施了使值的变化缓和的缓变化处理后的值来作为发动机的目标转矩，并进行发动机控制以使得发动机转矩成为与目标转矩相等的大小。控制装置进一步进行马达的转矩控制，以使得在使发动机转矩为与目标转矩相等的大小的状态下，混合动力车辆的驱动力成为与要求驱动力相等的大小。

Description

混合动力车辆的控制装置以及控制方法
技术领域
本公开涉及混合动力车辆的控制装置以及控制方法。
背景技术
以往，作为具备发动机和马达作为行驶用驱动源的混合动力车辆的控制装置，已知日本特开2006－158154号公报中记载的装置。在所述文献记载的控制装置中，首先基于加速器开度算出车辆整体的要求驱动力，进行发动机以及马达的转矩控制，以使发动机所产生的驱动力和马达所产生的驱动力的总和与要求驱动力相等。并且，在所述文献记载的控制装置中，在算出要求驱动力时，进行抑制在加速器开度急剧变化时的要求驱动力的值的变化的缓变化处理(平滑处理)。
发明内容
本公开的目的在于提供一种混合动力车辆的控制装置以及控制方法，其能够不降低驱动力的响应性而抑制发动机的排放的恶化。
以下，对于本公开的例子记载如下。
例1.一种混合动力车辆的控制装置，所述混合动力车辆具备发动机以及马达作为行驶用驱动源，所述控制装置具备：
要求驱动力算出部，其构成为基于加速器开度算出要求驱动力；
要求转矩算出部，其构成为基于所述要求驱动力算出所述发动机的要求转矩；
缓变化处理部，其构成为算出对所述要求转矩实施了使值的变化缓和的缓变化处理后的值作为所述发动机的目标转矩；
发动机控制部，其构成为进行发动机控制，以使得发动机转矩成为与所述目标转矩相等的大小；以及
马达控制部，其构成为进行所述马达的转矩控制，以使得在使所述发动机转矩为与所述目标转矩相等的大小的状态下该混合动力车辆的驱动力成为与所述要求驱动力相等的大小。
在上述混合动力车辆的控制装置中，对基于要求驱动力算出的要求转矩实施了缓变化处理后的值是目标转矩，进行发动机控制以使得发动机转矩根据该目标转矩而推移。在此时的缓变化处理中，如果目标转矩的值的变化被充分地抑制，则能够抑制因发动机转矩的急剧变化而引起的排放的恶化。
另一方面，在上述控制装置中，基于根据加速器开度算出的要求驱动力和上述发动机的目标转矩，进行马达的转矩控制以使得混合动力车辆的驱动力成为与要求驱动力相等的大小。即，进行所述马达的转矩控制，以使得马达产生基于目标转矩被控制的发动机所产生的驱动力与要求驱动力之差所对应的驱动力。因此，即使使发动机转矩相对于要求驱动力的变化延迟地发生变化，车辆的驱动力也以跟随要求驱动力的方式变化。因此，根据上述混合动力车辆的控制装置，能够不降低驱动力的响应性而抑制发动机的排放的恶化。
但是，存在在发动机转矩急剧变化时空燃比不稳定而发动机的排放恶化的情况。对此，在缓变化处理中，需要将要求驱动力的变化抑制到不会因发动机转矩的急剧变化而发生排放恶化的程度。但是，在这种情况下，混合动力车辆的驱动力相对于驾驶员的加速器踏板操作的响应会恶化。上述结构可解决这样的问题。
在上述控制装置中，如果缓变化处理中的值的变化的缓和不充分，则可能会成为无法充分地抑制因发动机转矩的急剧变化而引起的排放恶化的状况。对此，例2.上述例1的控制装置还可以具备修正处理部，所述修正处理部构成为基于所述发动机的空燃比的目标值与所述空燃比的检测值的偏差来修正所述目标转矩。即，在缸流入空气量无法跟随目标转矩的急剧变化的情况下，发动机的空燃比的目标值与所述空燃比的检测值发生背离。因此，通过基于该空燃比的目标值与检测值的偏差，能够以使所述偏差缩小的方式修正目标转矩。
例3.作为执行上述的各例1～例2所记载的各种处理的混合动力车辆的控制方法而具现化。
例4.作为存储有使处理装置执行上述的各例1～例2所记载的各种处理的程序的非瞬时性计算机可读取的记录介质而具现化。
附图说明
图1是表示本公开的一实施方式的控制装置所适用的混合动力车辆的驱动系统的结构的示意图。
图2是表示图1的混合动力车辆的控制装置的结构的示意图。
图3是表示图1的混合动力车辆的与车辆驱动力的控制有关的控制装置的控制构造的框图。
图4是表示比较例的车辆加速时的加速器开度、要求驱动力、目标转矩、以及车辆加速度的推移的时序图。
图5是表示图1的混合动力车辆的由控制装置进行的车辆加速时的加速器开度、要求驱动力、目标转矩、以及车辆加速度的推移的时序图。
图6是表示在图1的混合动力车辆中适用基于空燃比进行的目标转矩修正的情况下的车辆加速时的加速器开度、目标转矩、以及车辆加速度的推移的时序图。
具体实施方式
以下，参照图1～图6对将本公开具体化的一实施方式的混合动力车辆的控制装置进行详细说明。
如图1所示，在本实施方式的控制装置所适用的混合动力车辆中，产生用于行驶的驱动力的动力单元(power unit)10设置有发动机11、以及作为第1电动发电机12和第2电动发电机13的两个电动发电机来作为行驶用驱动源。第1电动发电机12以及第2电动发电机13构成为能够根据状况而在接收来自外部的动力进行发电的作为发电机的动作和接收电力来产生动力的作为电动机(马达)的动作之间进行切换。
动力单元10设置有行星齿轮机构17，该行星齿轮机构17包括太阳轮14、行星架15、以及齿圈16这3个旋转要件。行星齿轮机构17的行星架15与发动机11的曲轴18以能够一体旋转的方式连结，太阳轮14与第1电动发电机12的旋转轴19以能够一体旋转的方式连结。另外，行星齿轮机构17的齿圈16与副驱动齿轮(counter drive gear，中间驱动齿轮)20一体设置。副驱动齿轮20与副从动齿轮(中间从动齿轮)21啮合。并且，副从动齿轮21与减速齿轮22啮合。而且，该减速齿轮22与第2电动发电机13的旋转轴23以能够一体旋转的方式连结。
如上所述构成的动力单元10的副从动齿轮21与末级传动齿轮24以能够一体旋转的方式连结。在本实施方式中，连接副从动齿轮21和末级传动齿轮24的轴为动力单元10的输出轴25。末级传动齿轮24与末级从动齿轮26啮合。而且，末级从动齿轮26经由差动机构27与左右车轮28的驱动轴29连结。
图2示出本实施方式的混合动力车辆的控制装置的结构。如该图2所示，所述控制装置具备进行车辆整体的电力、动力管理的功率管理ECU30、控制发动机11的发动机ECU31、进行第1电动发电机12以及第2电动发电机13的转矩控制的马达ECU32、以及管理电池35的电池ECU33这4个电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)。此外，在本实施方式中，成为发动机ECU31与发动机控制部对应、马达ECU32与马达控制部对应的结构。
另外，如该图2所示，第1电动发电机12以及第2电动发电机13经由变换器(inverter)34与电池35电连接。而且，在第1电动发电机12与电池35之间被授受的电力的量、以及在第2电动发电机13与电池35之间被授受的电力的量由变换器34调整。
在功率管理ECU30输入有用于检测混合动力车辆的行驶速度(车速V)的车速传感器36、用于检测驾驶员的加速器踏板操作量(加速器开度ACC)的加速器开度传感器37等检测车辆行驶状况的传感器的检测结果。另外，从发动机ECU31向功率管理ECU30输入有发动机转速NE和/或发动机负荷KL、空燃比的检测值(以下记载为空燃比检测值AF)等表示发动机11的运转状况的信息。并且，从马达ECU32向功率管理ECU30输入有第1电动发电机12以及第2电动发电机13的转速(第1马达转速NM1、第2马达转速NM2)等表示电动发电机的运转状况的信息，并且从电池ECU33向功率管理ECU30输入有充电量SOC和/或电池温度TB等表示电池35的状态的信息。
功率管理ECU30基于所输入的信息，计算发动机转速NE以及发动机转矩TE的目标值即目标转速NE＊以及目标转矩TE＊并输出到发动机ECU31。另外，功率管理ECU30计算由第1电动发电机12以及第2电动发电机13分别产生的转矩指令值即第1马达指令转矩TM1＊、以及第2马达指令转矩TM2＊并输出到马达ECU32。而且，发动机ECU31基于目标转速NE＊以及目标转矩TE＊来控制发动机11，马达ECU32基于第1马达指令转矩TM1＊以及第2马达指令转矩TM2＊来控制变换器34，由此进行车辆的驱动控制。此外，发动机ECU31调整发动机11的吸入空气量，以使得流入汽缸的进气量(缸流入空气量)成为产生与目标转矩TE＊相当的发动机转矩TE所需要的量。而且，发动机ECU31算出相对于调整后的缸流入空气量为了使空燃比成为所述空燃比的目标值所需要的燃料喷射量并进行发动机11的燃料喷射控制，由此进行发动机控制以使得发动机转矩TE成为与目标转矩TE＊相等的大小。
图3示出与车辆的驱动控制有关的功率管理ECU30的处理步骤、即与目标转速NE＊、目标转矩TE＊、第1马达指令转矩TM1＊、以及第2马达指令转矩TM2＊的算出有关的处理步骤。功率管理ECU30在车辆的起动中每隔既定的运算周期反复执行该图3所示的一系列处理。
在车辆的驱动控制时，首先，在步骤S100中，基于车速V以及加速器开度ACC，算出车辆的驱动力的要求值即要求驱动力TP＊。
另外，在步骤S110中，算出用于电池35的充放电控制的驱动力的要求值即充放电要求功率PB＊。充放电控制以如下目的来进行：当充电量SOC大于既定的控制目标值时，使第2电动发电机13进行动力运转(做功运转)来进行电池35的放电，当充电量SOC小于控制目标值时，使第2电动发电机13进行再生运转来进行电池35的充电，由此将充电量SOC保持为控制目标值。对于充放电要求功率PB＊的值，在这样的充放电控制中，当使第2电动发电机13进行动力运转时为正的值，当进行再生运转时为负的值。
接着，在步骤S120中，算出从要求驱动力TP＊减去充放电要求功率PB＊而得到的差作为发动机11产生的驱动力的要求值即要求功率PE＊的值。而且，基于该要求功率PE＊，在步骤S130中算出发动机转矩TE的要求值即要求转矩TEF＊，在步骤S140中算出发动机11的目标转速NE＊。要求转矩TEF＊以及目标转速NE＊表示在燃料经济性性能和/或排气性能为最佳的状态下能够产生为了产生与要求功率PE＊相当的驱动力所需要的发动机输出的发动机转矩TE以及发动机转速NE的值。
进一步，在步骤S150中，算出对要求转矩TEF＊实施使值的变化缓和的缓变化处理后的值作为目标转矩TE＊的值。在本实施方式中，在该缓变化处理中，以满足式(1)的关系的方式对值进行更新，由此算出目标转矩TE＊的值。式(1)中的“TE＊[i－1]”表示目标转矩的更新前的值，“TE＊[i]”表示目标转矩的更新后的值。另外，“K”是决定值的缓变化程度的常数，“K”的值越大，相对于要求转矩TEF＊的变化而言，目标转矩TE＊的值的变化越小。这样算出的目标转矩TE＊成为以相对于加速器开度ACC的变化具有响应延迟的方式发生变化的值。
TE*[i]＝{TEF*+(K-1)TE*[i-1]}/K…(1)
此外，在本实施方式中，在步骤S160的修正处理中基于空燃比检测值AF来设定式(1)中的常数K的值。常数K的值在发动机11的空燃比检测值AF相对于空燃比的目标值(以下记载为目标空燃比AFT)的偏差为既定值α以上的情况下被设定为比所述偏差小于既定值α的情况大的值。因此，在步骤S150的缓变化处理中，当上述偏差为既定值α以上时，以与所述偏差小于既定值α时相比值的变化被抑制即相对于加速器开度ACC的响应延迟变大的方式算出目标转矩TE＊的值。在这样的修正处理中，未对目标转矩TE＊的值进行直接操作，但结果是目标转矩TE＊的值根据目标空燃比AFT与空燃比检测值AF的偏差而变更。即，上述修正处理实质上为根据目标空燃比AFT与空燃比检测值AF的偏差来修正目标转矩TE＊的值的处理。
另外，在步骤S170中，基于目标转速NE＊，算出为了使发动机转速NE为目标转速NE＊所需要的第1电动发电机12的转矩来作为第1马达指令转矩TM1＊的值。进一步，在步骤S180中，在根据目标转速NE＊以及目标转矩TE＊使发动机11运转并且根据第1马达指令转矩TM1＊来驱动第1电动发电机12的状态下，算出从发动机11传递给动力单元10的输出轴25的转矩来作为直达转矩TEQ＊的值。
另一方面，在步骤S190中，算出对要求驱动力TP＊实施冲击缓和处理后的值作为最终要求驱动力TPSM＊的值。在冲击缓和处理中，针对要求驱动力TP＊，按不会产生因驱动力的急剧变化而引起的转矩冲击的程度，对值的变化率实施上限、下限的保护处理，由此算出最终要求驱动力TPSM＊的值。
另外，在步骤S200中，基于最终要求驱动力TPSM＊，算出在产生与所述最终要求驱动力TPSM＊的值相当的驱动力时的动力单元10的输出轴25的转矩来作为PU输出轴要求转矩TPC＊的值。而且，在步骤S210中，算出从PU输出轴要求转矩TPC＊减去直达转矩TEQ＊所得到的差作为第2电动发电机13的转矩的指令值即第2马达指令转矩TM2＊的值。此外，严格地说，第2马达指令转矩TM2＊的值表示经由减速齿轮22以及副从动齿轮21从第2电动发电机13传递给输出轴25的转矩的大小。
此外，为了缓和转矩冲击，需要高响应的转矩调整。对此，在本实施方式中，基于要求驱动力TP＊算出发动机11的目标转矩TE＊，另一方面，基于对要求驱动力TP＊实施冲击缓和处理后的最终要求驱动力TPSM＊，算出第2马达指令转矩TM2＊。因此，通过与发动机11相比能够进行更高响应的转矩调整的第2电动发电机13进行用于缓和转矩冲击的转矩调整。
对本实施方式的作用以及效果进行说明。
当发动机转矩急剧变化时，存在空燃比不稳定而发动机11的排放恶化的情况。在本实施方式中，在缓变化处理中，当加速器开度ACC急剧变化时，也作为以使发动机转矩不会急剧变化的方式抑制了值变化的值而算出目标转矩TE＊，由此抑制了排放的恶化。
与此相对，例如考虑下述情况：不进行以目标转矩TE＊为对象的缓变化处理，而是将基于要求驱动力TP＊算出的要求转矩TEF＊的值直接设定为目标转矩TE＊的值并进行车辆的驱动力控制。在该情况下，通过算出要求驱动力TP＊作为值的变化被充分抑制的值、即通过进行以要求驱动力TP＊而非目标转矩TE＊为对象的缓变化处理，也能够抑制因发动机转矩的急剧变化引起的排放的恶化。
图4示出这种情况下的加速器踏板突然踩踏时的加速器开度ACC、要求驱动力TP＊、目标转矩TE＊、以及车辆加速度的推移。在该情况下，为了将目标转矩TE＊的变化抑制到不会导致排放恶化的程度，需要将要求驱动力TP＊设定为同样地变化被抑制的值。但是，在这种情况下，由于使要求驱动力TP＊的变化相对于加速器开度ACC的变化发生延迟，所以车辆的驱动力相对于驾驶员的加速器踏板操作的响应延迟也相应地变大。
图5示出本实施方式的控制装置的加速器踏板突然踩踏时的加速器开度ACC、要求驱动力TP＊、目标转矩TE＊、以及车辆加速度的推移。此外，在该图5中，为了比较，用虚线同时示出图4情况下的车辆加速度的推移。
在本实施方式的情况下，也通过缓变化处理，将发动机11的目标转矩TE＊算出为使按不会导致排放恶化的程度缓慢地变化的值。另一方面，在本实施方式中，将要求驱动力TP＊算出为相对于加速器开度ACC的变化而无延迟地发生变化的值。而且，进行第1电动发电机12以及第2电动发电机13的转矩控制，以使得这样的车辆的驱动力成为与要求驱动力TP＊(严格地说是最终要求驱动力TPSM＊)相等的大小。因此，即使使发动机转矩TE相对于要求驱动力TP＊的变化延迟地发生变化，车辆的驱动力也会以跟随要求驱动力TP＊的方式变化。因此，在本实施方式的混合动力车辆的控制装置中，能够不降低驱动力的响应性而抑制发动机11的排放的恶化。
但是，存在即使进行上述这样的缓变化处理来算出发动机11的目标转矩TE＊，在加速器开度ACC非常急剧地变化等情况下，也无法充分地抑制目标转矩TE＊的值的变化而发动机11的空燃比暂时不稳定的情况。对此，在本实施方式中，通过修正处理来抑制这种情况下的空燃比的不稳定。
图6示出在本实施方式的控制装置中在相对于加速器踏板的突然踩踏而驱动力增大的过程中发动机11的空燃比发生不稳定的状况的情况下的加速器开度ACC、目标转矩TE＊、以及空燃比检测值AF的推移。此外，在该图6中，用虚线同时示出在不进行修正处理而设定目标转矩TE＊的情况下的目标转矩TE＊以及空燃比检测值AF的推移。
在该图6中，在与加速器踏板的踩踏相对应的目标转矩TE＊的增加期间的时刻t1，空燃比检测值AF相对于目标空燃比AFT的偏差扩大到既定值α以上。在本实施方式中，在从该时刻t1起到所述偏差缩小为小于既定值α的时刻t2为止的期间，通过修正处理，使用于算出目标转矩TE＊的常数K的值为比通常大的值。因此，在从时刻t1起到时刻t2为止的期间内，将目标转矩TE＊算出为与通常相比变化被抑制的值，由于发动机转矩TE的变化得以缓和，所以能够抑制空燃比的不稳定。
顺便，在这样的本实施方式中，功率管理ECU30通过要求驱动力算出处理(S100)来进行作为要求驱动力算出部的处理，通过要求转矩算出处理(S130)来进行作为要求转矩算出部的处理。另外，功率管理ECU30通过缓变化处理(S150)来进行作为缓变化处理部的处理，通过修正处理(S160)来进行作为修正处理部的处理。
本实施方式能够如下述那样变更来实施。本实施方式以及以下的变更例能够在技术上不矛盾的范围内相互组合来实施。
·在本实施方式中，通过式(1)来更新值，由此以成为对要求转矩TEF＊实施了使值的变化缓和的缓变化处理后的值的方式算出发动机11的目标转矩TE＊。不限于此，只要以成为与要求转矩TEF＊相比值的变化被缓和的值的方式算出目标转矩TE＊的值即可，也可以用除此之外的方法来进行缓变化处理中的目标转矩TE＊的算出。
·在本实施方式中，在修正处理中，在空燃比的偏差小于既定值α的情况、以及为既定值α以上的情况下，使常数K的值变更为两种。不限于此，也可以根据所述偏差使常数K的值变更为3种以上、或者根据所述偏差使常数K的值连续地变更。
·在本实施方式中，通过根据发动机11的空燃比的目标值与所述空燃比的检测值的偏差使用于算出目标转矩TE＊的常数K的值变化来进行修正处理，但是也可以用除此之外的方法进行所述修正处理。简言之，只要是根据所述偏差来修正目标转矩TE＊的值以使得在上述空燃比的偏差较大时与所述偏差较小时相比该值的变化被缓和的处理，能够作为修正处理来采用。例如也可以将根据空燃比的偏差对目标转矩TE＊的值进行直接操作的处理作为修正处理来采用。
·也可以不进行与空燃比的偏差相对应的修正处理，而算出目标转矩TE＊。
·在本实施方式中，基于对要求驱动力TP＊实施冲击缓和处理后的最终要求驱动力TPSM＊，算出第2马达指令转矩TM2＊。不限于此，也可以不进行冲击缓和处理，而基于要求驱动力TP＊算出第2马达指令转矩TM2＊。
·本实施方式的控制装置适用于具备发动机11、第1电动发电机12以及第2电动发电机13作为行驶用驱动源的混合动力车辆。不限于此，只要是具备发动机和马达作为行驶用驱动源的车辆即可，也能够适用于驱动系统的结构不同的混合动力车辆。
·实现上述各种控制部的控制装置，能够通过ECT执行软件处理来构成，但是不限于此。例如，也可以使在上述实施方式中进行软件处理的部件的至少一部分具备进行硬件处理的专用硬件电路(例如ASIC等)。即，控制装置只要是以下的(a)～(c)中的某一种结构即可。(a)具备根据程序执行上述全部处理的处理装置、以及存储程序的ROM等程序存储装置(包括非瞬时性计算机可读取的记录介质)。(b)具备根据程序执行上述处理的一部分的处理装置和程序存储装置、以及执行剩余处理的专用硬件电路。(c)具备执行上述全部处理的专用硬件电路。在此，具备处理装置以及程序存储装置的软件处理电路或者专用硬件电路也可以是多个。即，上述处理只要通过具备1个或多个软件处理电路以及1或多个专用硬件电路中的至少一方的处理电路来执行即可。

Claims (4)

1.一种混合动力车辆的控制装置，所述混合动力车辆具备发动机以及马达作为行驶用驱动源，所述控制装置具备：
要求驱动力算出部，其构成为基于加速器开度算出要求驱动力；
要求转矩算出部，其构成为基于所述要求驱动力算出所述发动机的要求转矩；
缓变化处理部，其构成为算出对所述要求转矩实施了使值的变化缓和的缓变化处理后的值作为所述发动机的目标转矩；
发动机控制部，其构成为进行发动机控制，以使得发动机转矩成为与所述目标转矩相等的大小；以及
马达控制部，其构成为进行所述马达的转矩控制，以使得在使所述发动机转矩为与所述目标转矩相等的大小的状态下该混合动力车辆的驱动力成为与所述要求驱动力相等的大小。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置，
所述控制装置还具备修正处理部，所述修正处理部构成为基于所述发动机的空燃比的目标值与所述空燃比的检测值的偏差来修正所述目标转矩。
3.一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆具备发动机以及马达作为行驶用驱动源，所述控制方法包括：
要求驱动力算出处理，基于加速器开度算出要求驱动力；
要求转矩算出处理，基于所述要求驱动力算出所述发动机的要求转矩；
缓变化处理，算出对所述要求转矩实施了使值的变化缓和的缓变化处理后的值作为所述发动机的目标转矩；
发动机控制处理，进行发动机控制，以使得发动机转矩成为与所述目标转矩相等的大小；以及
马达控制处理，进行所述马达的转矩控制，以使得在使所述发动机转矩为与所述目标转矩相等的大小的状态下，该混合动力车辆的驱动力成为与所述要求驱动力相等的大小。
4.一种非瞬时性的计算机可读取的记录介质，其存储有使处理装置执行混合动力车辆的控制处理的程序，所述混合动力车辆具备发动机以及马达作为行驶用驱动源，所述控制处理包括：
要求驱动力算出处理，基于加速器开度算出要求驱动力；
要求转矩算出处理，基于所述要求驱动力算出所述发动机的要求转矩；
缓变化处理，算出对所述要求转矩实施了使值的变化缓和的缓变化处理后的值作为所述发动机的目标转矩；
发动机控制处理，进行发动机控制，以使得发动机转矩成为与所述目标转矩相等的大小的；以及
马达控制处理，进行所述马达的转矩控制，以使得在使所述发动机转矩为与所述目标转矩相等的大小的状态下，该混合动力车辆的驱动力成为与所述要求驱动力相等的大小。
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