CN117597248A - 混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力车辆(10)，控制部(112)在使发动机(107)起动时判定发动机的要求输出PENG‑RQ与发电机的动力运行最大输出PGEN‑DRV的合计值是否小于规定的判定阈值PTH，在合计值小于规定的判定阈值的情况下，根据与发动机的目标转速的偏差来计算发动机的转矩反馈校正量而控制发动机的要求转矩。

Description

混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种具备马达(电动机)和发动机(内燃机)的混合动力车辆的控制技术。
背景技术
已知能够充电的二次电池(电池)在低温时输出性能会降低，特别是在插电式、串联方式的混合动力车辆中，因电池输出降低导致的驱动力不足被认为是重要的课题。为了解决像这样的驱动力不足，例如在专利文献1中，提出了如下控制方法：当在电池的输出性能降低的低温时驾驶者通过油门操作要求了大于规定值的输出的情况下，暂时增大发动机转矩而增大发电机的发电量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-162930号公报
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所公开的控制方法中，当在低温时驾驶者将要求输出增大为规定值以上的情况下，增大发动机转矩，以抑制动力性能降低。因此，控制动作依赖于驾驶者的油门操作而仅在行驶中工作。
但是，在EV模式下行驶时，或在停车时，可能与驾驶者的油门操作无关地起动发动机而进行发电。此时，在电池输出降低了的状态下不能将发动机的转速维持为目标值，从而转速降低而可能发生发动机失速(熄火)。将在之后详细叙述，本申请的发明人发现了该发动机转速的降低是由因发动机的水温与油温的上升率之差而产生的发动机-发电机间的转矩误差导致的(参见图3)。在不进行油门操作的情况下，发动机要求输出被维持为规定值，因此只要发电机的动力运行输出足够，就能够通过发电机的动力运行辅助以超过转矩误差的输出来维持通常控制。
但是，发电机的动力运行输出是从电池取出电力而对发电机进行马达驱动，由此使发动机的转速上升，因此随着电池输出降低，发电机的动力运行输出也降低，在极低温或电池劣化时成为零。像这样，当发电机的动力运行输出降低时，发动机要求输出与发电机的动力运行输出的合计值因转矩误差而变小，发动机转速降低而最终发生熄火。以下，参照图1进行说明。
在图1中，在EV行驶模式下进行行驶时，在时刻t1，发动机起动，在时刻t2向串联行驶转移。在发动机起动时，通过发电机进行马达驱动，从而发动机转速上升而到达目标转速。但是，在驾驶者不进行油门操作的情况下，发动机要求输出为恒定值，当发电机的动力运行输出随着电池输出的降低而降低，从而发电机的辅助变小时，发动机要求输出与发电机的动力运行输出的合计值开始低于转矩误差。由此，发动机转速不能维持目标而开始逐渐降低，在时刻tx，发动机停止而发生熄火。在如上述的专利文献1那样的依赖于驾驶者的油门操作的控制方法中，不能防止这样的熄火。
发明内容
本发明鉴于上述情况而做成，本发明的目的在于，提供一种即使在电池处于输出降低状态，也能够维持发动机转速而防止熄火的混合动力车辆。
用于解决技术问题的技术手段
根据用于达成上述目的的本发明的一实施方式，混合动力车辆，具备：发动机；发电机，该发电机与所述发动机的输出轴机械性地连结，并能够进行再生动作或动力运行动作；电池，该电池积蓄所述发电机的再生动作时产生的电力，并在所述发电机的动力运行动作时供给电力；马达，该马达将从所述电池供给的电力转换为驱动轮的驱动力；以及控制部，该控制部控制所述发动机、所述发电机及所述马达，其中，在使所述发动机起动时，所述控制部判定所述发动机的要求输出与所述发电机的动力运行最大输出的合计值是否小于规定的判定阈值，在所述合计值小于所述规定的判定阈值的情况下，所述控制部根据与所述发动机的目标转速的偏差来计算所述发动机的转矩反馈校正量而控制所述发动机的要求转矩。
另外，根据本发明的一实施方式，也可以是，对于所述发动机的每个目标转速，依赖于所述发动机的冷却水温地预先设定所述规定的判定阈值。
另外，根据本发明的一实施方式，还能够是，所述控制部还判定所述合计值是否小于对所述规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值，在所述合计值小于对所述规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值的情况下，所述控制部根据与所述发动机的目标转速的偏差来计算所述发动机的转矩反馈校正量而控制所述发动机的要求转矩。
另外，根据本发明的一实施方式，还能够是，所述控制部至少在所述发动机的要求转矩控制的结束时使所述发动机的转矩反馈校正量以规定的比率减少。
另外，根据本发明的一实施方式，还能够是，所述规定的判定阈值是与最大转矩误差对应的输出值，该最大转矩误差包含所述发动机的输出轴的摩擦转矩误差。
发明的效果
根据本发明的一实施方式，在发动机的要求输出与发电机的动力运行最大输出的合计值小于规定的判定阈值的情况下，通过发动机的转矩反馈校正量控制发动机要求转矩，因此，在例如在低温时电池处于输出降低的状态时也不依赖驾驶者的操作地维持发动机转速并防止熄火上是有利的。
另外，根据本发明的一实施方式，通过对于每个发动机的目标转速依赖于发动机水温地预先设定规定的判定阈值，从而能够高速地进行正确的判定处理，在可靠地预防熄火上是有利的。
另外，根据本发明的一实施方式，判定发动机的要求输出与发电机的动力运行最大输出的合计值是否小于对规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值来控制发动机要求转矩，因此能够防止依赖于混合动力车辆的辅机等的接通切断的消耗电力的增减导致的控制振荡。
另外，根据本发明的一实施方式，至少在发动机要求转矩控制的结束时逐渐地减少转矩反馈校正量，因此在能够缓和车辆的振动、驾驶者的违和感上是有利的。
另外，根据本发明的一实施方式，通过将规定的判定阈值设为与包含发动机的输出轴的摩擦转矩误差的最大转矩误差对应的输出值，从而考虑最大转矩误差而计算转矩反馈校正量，这在防止熄火上是有利的。
附图说明
图1是表示背景技术的混合动力车辆中的电池输出降低时的发动机要求转矩、转速及发电机转矩的变化的时序图。
图2是表示本发明的一实施方式的混合动力车辆中的控制系统的概略结构的框图。
图3是表示发动机的水温、油温及它们的温度差的时间变化的一例的曲线图。
图4A是表示混合动力车辆中的发动机、发电机及电池间的能量的流动的示意性框图。
图4B是用于说明本实施方式的控制中使用的判定阈值的示意图。
图5是表示本实施方式的控制方法的流程图。
图6是表示本实施方式的控制装置的动作的一例的时序图。
具体实施方式
1.车辆结构
如图2中例示的那样，在本发明的一实施方式的混合动力车辆10中，电池100与逆变器101、102和103连接，各逆变器与前马达104、后马达105及发电机106连接。逆变器101和102将从电池100供给的直流电力转换为三相交流电力而分别向前马达104和后马达105供给。
逆变器103将由发电机106产生的三相交流电力转换为直流电力，而用作电池100的充电、未图示的辅机的电源。此外，在混合动力车辆10的再生制动时，前马达104和后马达105作为发电机发挥功能，由各马达产生的三相交流电力被逆变器101、102转换为直流电力而用于电池100的充电。
发电机106的旋转子轴与发动机107的输出轴机械性地连结，通过发动机107的旋转进行发电。这里，发动机107与发电机106的转速一致。另外，发电机106也作为马达动作。具体而言，还能够作为发动机107的起动用的起动机动作、或将发动机107作为负荷使其旋转而用于废电。
此外，如果混合动力车辆10是插电式，则电池100也可以通过从家庭用的商用电源或充电站的快速充电用电源等供给的电力经由未图示的充电装置而被充电。
离合器CL将发动机107的旋转转矩向齿轮机构108的传递机械性地切断或连结。通过切断离合器CL，发动机107的输出轴仅与发电机106机械性地连接，混合动力车辆10成为EV行驶模式或串联行驶模式。通过连结离合器CL，发动机107的输出轴除了发电机106之外还与齿轮机构108连接。齿轮机构108将前马达104的驱动转矩向前轮109传递，并且若离合器CL为连结状态，则发动机107的驱动转矩也能够向前轮109传递。另外，后马达105经由齿轮机构110向后轮111传递驱动转矩。
电子控制单元(ECU)112构成混合动力车辆10的控制部。详细的说，基于各种检测量和各种工作信息来计算混合动力车辆10的行驶所需的车辆要求输出，通过控制离合器CL和逆变器101、102、103来切换行驶模式(EV模式、串联模式)，并且执行发动机107的输出控制、前马达104和后马达105的输出控制、发电机106的输出控制等。
此外，关于混合动力车辆10的行驶模式，如以下所述。
在EV模式中，切断离合器CL并停止发动机107，通过从电池100供给的电力来驱动前马达104和后马达105而进行行驶。另外，在从电池100供给的电力不足于要求输出的情况下，切换为以下说明的串联模式而使发动机107起动，将通过发电机106产生的电力也用于前马达104和后马达105的驱动。
在串联模式中，切断离合器CL，将发动机107的驱动力全部施加于发电机106。并且，通过由发电机106产生的电力来驱动前马达104和后马达105而进行行驶。此时，在发电机106的发电电力不足于要求输出的情况下，将积蓄于电池100的电力也用于前马达104和后马达105的驱动。另外，在发电机106的发电电力大于要求输出的情况下，将剩余电力用于电池100的充电。
而且，ECU112将保存于后述的判定阈值表113的判定阈值和以下的传感器信号作为输入来执行本实施方式的发动机转矩控制：来自检测驾驶者所操作的油门踏板的操作量、操作速度的油门位置传感器(未图示)的油门开度信号；来自检测发动机107的输出轴的转速“rpm”的转速传感器(未图示)的发动机转速信号；来自检测发动机107的冷却水的温度的水温传感器(未图示)的发动机水温信号；以及来自检测电池100的电池余量、充电状态的SOC(State Of Charge：充电状态)传感器(未图示)的SOC信号。
此外，ECU112构成为包含CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等处理器、储存处理器所执行的控制程序等的ROM(Read-only memory：只读存储器)、作为控制程序的工作区域的RAM(Random access memory：随机访问存储器)、与周边电路等的接口部等。上述判定阈值表113也可以保存于能够删除能够改写的ROM。本实施方式的控制方法能够通过在ECU112的处理器上执行程序来实现。以下，在对发动机与发电机之间的转矩误差进行说明之后，对本实施方式的控制方法进行详细说明。
2.转矩误差的计算
如上已述，当在低温时或电池的劣化时电池输出降低而不能进行发电机的动力运行辅助时，会发生只要驾驶者不增大发动机要求输出，就会因转矩误差而不能将发动机转速维持在目标值的现象。该转矩误差如下述那样因发动机的水温与油温的偏离而发生。
如图3所示，发动机的水温(ENG水温)与油温(ENG油温)由于温度的上升率不同，从而温度差和时间一起变化。特别是，在短时间重复进行发动机起动和发动机停止的状况下，水温与油温的偏离有变大的倾向。因作用于发动机的输出轴的摩擦而引起的摩擦转矩由油温和发动机转速决定，油温越低则摩擦转矩值变得越大。在根据水温推定油温的情况下，当水温与油温的偏差变大时，实际的摩擦转矩值与根据水温计算出的摩擦转矩值产生误差。通过在此基础上加上相对于发动机指令的误差、与发动机连接的减速器的摩擦转矩等来计算最大转矩误差量。因此，需要进行增大发动机要求输出的控制，以防止因该最大转矩误差量导致的发动机转速的减少。
3.发动机转矩控制
如图4A所示，在再生动作时，发动机107的旋转转矩向发电机106传递，发电机106发电而向电池100充电。另外，在动力运行动作时，从电池100向发电机106供给电力，发电机106作为马达使发动机107旋转。例如，当发动机107的转速降低为低于目标值时，ECU112控制发电机106作为马达动作，由此将发动机107的转速维持在目标值附近。但是，如果电池100为输出降低状态，则不能充分地增加发电机106的动力运行输出。换言之，发电机106的动力运行输出的可能值与电池100的输出可能值对应。
如图4B所示，为了不因转矩误差而导致发动机107的转速降低，需要使发动机107的要求输出PENG-RQ与发电机106的动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值为转矩误差以上。因此，在发生了最大转矩误差时，将不使发动机107的转速降低的发动机要求输出PENG-RQ与发电机动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值设为判定阈值PTH。
判定阈值PTH对于发动机107的每个目标转速依赖于发动机水温地预先设定，可以以表形式保存于ECU112内的判定阈值表113或单独的存储装置。通过在判定阈值表113保存假定的多个判定阈值PTH，ECU112能够根据发动机的目标转速和水温的传感器数据高速地获取正确的判定所需的判定阈值PTH。此外，发动机要求输出PENG-RQ、发电机动力运行最大输出PGEN-DRV及判定阈值PTH的单位是功率“kW”，发动机要求输出PENG-RQ是发动机要求发电输出。
优选的是，对判定阈值PTH加上滞后设定值ΔH来进行判定。加上滞后设定值ΔH能够吸收车辆10内的辅机(空调等)的消耗电力导致的变动。即，通常的发动机要求输出值还包含辅机的消耗电力，因此消耗电力因辅机的接通切断而变动。因此，每当辅机接通切断时发动机要求输出PENG-RQ与发电机动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值超过或低于判定阈值PTH，从而产生控制的振荡。加上滞后设定值ΔH是为了防止控制的振荡。
如下述那样，在发动机要求输出PENG-RQ与发电机动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值低于判定阈值PTH的情况下，ECU112根据与发动机转速的目标转速的偏差来反馈(F/B)发动机转矩校正量，从而以追随发动机目标转速的方式控制发动机转矩。
如图5所示，ECU112判断当前的行驶模式是否是串联模式(步骤201)，如果是串联模式(步骤201的“是”)，则输入发动机的目标转速和发动机水温而从判定阈值表113获取判定阈值PTH，并判断当前的发动机要求输出PENG-RQ与发电机动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值是否小于判定阈值PTH(步骤202)。
在当前的发动机要求输出PENG-RQ与发电机动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值小于判定阈值PTH的情况下(步骤202的“是”)，如上所述，发动机107的转速因转矩误差而降低，从而可能发生熄火。为此，ECU112计算出基于当前的发动机转速与目标转速之差的发动机转矩F/B校正量，并按照计算出的发动机转矩F/B校正量来控制发动机107的发动机转矩，以避免熄火(步骤203)。此时，优选使基于发动机转矩F/B校正量的发动机转矩的变动平缓。例如，不是在发动机转矩F/B校正的开始时急剧地增加，而是设定规定的增加率而能够减轻车辆10的振动、驾驶者的违和感。
此外，发动机转矩F/B校正量如后述那样通过由积分项和比例构成的PI(Proportional-Integral：比例积分)控制来计算。仅通过积分校正会发生转速的振荡，因此为了使控制稳定化而追加比例校正。此外，发动机转矩F/B校正量的单位是“Nm”。
接着，ECU112判断上述被控制的发动机要求输出PENG-RQ与发电机动力运行最大输出PGEN-DRV的合计值是否小于判定阈值PTH与滞后设定项ΔH之和(步骤204)。如果PENG-RQ+PGEN-DRV＜PTH+ΔH(步骤204的“是”)，则ECU112重复上述发动机转矩F/B校正控制(步骤203)。
如果PENG-RQ+PGEN-DRV为PTH+ΔH以上(步骤204的“否”)，则ECU211结束发动机转矩校正控制，但在此时执行使基于发动机转矩F/B校正量的发动机转矩的变动平缓的平缓化(日文：テーリング)处理(步骤205)。不是在发动机转矩F/B校正的结束时急剧地减少，而是设定为规定的减少率，由此能够减轻车辆10的振动、驾驶者的违和感。在该时刻，由于可以认为发动机107的熄火的可能性小，因此能够使减少率小于步骤203中的发动机转矩F/B校正量的增加率，能够进一步减轻车辆10的振动、驾驶者的违和感。
当在步骤202中PENG-RQ+PGEN-DRV为PTH以上的情况(步骤202的“否”)或平缓化处理(步骤205)结束了的情况下，ECU112执行通常的串联模式行驶时的控制(步骤206)，如果行驶模式为串联模式以外(步骤201的“否”)，则结束本实施方式的控制而继续进行通常的控制。
4.动作
接着，参照图6，对本实施方式的混合动力车辆10的动作进行详细说明。
首先，如图6的(B)和(C)所示，设为ECU112输入发动机要求输出PENG-RQ、发电机动力运行最大输出PGEN-DRV、发动机转速及发动机水温而决定判定阈值PTH，并判断为处于PENG-RQ+PGEN-DRV＜PTH+ΔH的状态，即处于发电机106的动力运行输出不足状态。
如图6的(A)所示，在发电机106的动力运行输出不足状态下，在EV行驶中的时刻t1，发动机107起动，在时刻t2向串联行驶转移。在发动机起动时，如图6的(F)和(G)所示，发动机通过发电机106的动力运行而开始旋转，并到达目标转速。
当在时刻t2向串联行驶转移时，ECU112如图6的(F)所示那样参照发动机107的转速与目标转速的偏差，并计算出图6的(d1)所示的比例校正量(发动机转矩F/B校正量(P项)“Nm”)和图6的(d2)所示的积分校正量(发动机转矩F/B校正量(I项)“Nm”)，通过对比例校正量与积分校正量之和乘上使用了上升的增加率的切换系数(图6的(d3))，而计算出图6的(D)所示的要求发动机转矩F/B校正量。
由于在时刻t2后，发动机转速稍微超过目标转速(图6的(F))，因此要求发动机转矩F/B校正量显示为负的值，但之后如曲线301所示那样增加而维持在正的值。其结果是，如图6的(E)所示，发动机要求转矩增加，并维持在增加了的状态，而且实际转矩302追随该发动机要求转矩。
由于发动机要求转矩增加，如图6的(F)所示，发动机转速303在时刻t2之后也几乎维持在目标值并推移，防止了以往的曲线401那样的转速的降低及熄火402的发生。
当以上的串联行驶持续，而如图6的(B)和(C)所示，在时刻t3，PENG-RQ+PGEN-DRV成为PTH+ΔH以上时，ECU112判定为发电机106的动力运行输出复原，而如图6的(d3)所示，随着从时刻t3到时刻t4逐渐降低切换系数304。伴随于此，如图6的(D)所示，要求发动机转矩F/B校正量也从时刻t3开始降低，并在时刻t4成为零。
由于要求发动机转矩F/B校正量成为零，因此如图6的(E)所示，此时的发动机要求转矩的值在这之后也被维持，由此如图6的(F)所示，发动机转速也被维持。另外，如图6的(G)所示，在时刻t3之后，发电机106的动力运行输出复原，因此根据需要能够作为发电机或马达动作。
此外，图6例示的时序图表示驾驶者不通过油门操作使输出增大而进行串联行驶的情况，在驾驶者增加发动机要求输出的情况下，基于本实施方式的控制不工作。即，基于本实施方式的控制应用于混合动力车辆10停车时或以低输出行驶时。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然不限于这些例子。只要是本领域技术人员，显然能够在专利请求保护的范围所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，关于这些，当然也被理解为属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意地组合上述实施方式中的各构成要素。
此外，本申请基于2021年7月28日申请的日本专利申请(特愿2021-123380)，在本申请中作为参照引用其内容。
符号说明
10 混合动力车辆
100 电池
101、102、103逆变器
104 前马达
105 后马达
106 发电机
107 发动机
108 齿轮机构
109 前轮
110 齿轮机构
111 后轮
112电子控制单元(ECU)

Claims (9)

1.一种混合动力车辆，具备：发动机；发电机，该发电机与所述发动机的输出轴机械性地连结，并能够进行再生动作或动力运行动作；电池，该电池积蓄所述发电机的再生动作时产生的电力，并在所述发电机的动力运行动作时供给电力；马达，该马达将从所述电池供给的电力转换为驱动轮的驱动力；以及控制部，该控制部控制所述发动机、所述发电机及所述马达，其特征在于，
在使所述发动机起动时，所述控制部判定所述发动机的要求输出与所述发电机的动力运行最大输出的合计值是否小于规定的判定阈值，
在所述合计值小于所述规定的判定阈值的情况下，所述控制部根据与所述发动机的目标转速的偏差来计算所述发动机的转矩反馈校正量而控制所述发动机的要求转矩。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，
对于所述发动机的每个目标转速，依赖于所述发动机的冷却水温地预先设定所述规定的判定阈值。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述控制部还判定所述合计值是否小于对所述规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值，
在所述合计值小于对所述规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值的情况下，所述控制部根据与所述发动机的目标转速的偏差来计算所述发动机的转矩反馈校正量而控制所述发动机的要求转矩。
4.根据权利要求2所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述控制部还判定所述合计值是否小于对所述规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值，
在所述合计值小于对所述规定的判定阈值加上滞后设定值而得到的值的情况下，所述控制部根据与所述发动机的目标转速的偏差来计算所述发动机的转矩反馈校正量而控制所述发动机的要求转矩。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述控制部至少在所述发动机的要求转矩控制的结束时使所述发动机的转矩反馈校正量以规定的比率减少。
6.根据权利要求2所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述控制部至少在所述发动机的要求转矩控制的结束时使所述发动机的转矩反馈校正量以规定的比率减少。
7.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述控制部至少在所述发动机的要求转矩控制的结束时使所述发动机的转矩反馈校正量以规定的比率减少。
8.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述控制部至少在所述发动机的要求转矩控制的结束时使所述发动机的转矩反馈校正量以规定的比率减少。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述规定的判定阈值是与最大转矩误差对应的输出值，该最大转矩误差包含所述发动机的输出轴的摩擦转矩误差。
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