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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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[Technisches Gebiet der Erfindung]
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Diese Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die in einer drehenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs angeordnet ist, die betreibbar ist, um in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine ein Drehmoment an die Verbrennungskraftmaschine zu übertragen oder von dieser zu absorbieren.
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[Stand der Technik]
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Eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wie sie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
JP 2008-180105 offenbart ist, ist betreibbar, um, durch Erfassen eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine vermittels eines Kurbelwinkelsensors, der einem an der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine befestigten Zahnrad gegenüberliegt, und durch anschließendes Befähigen eines Motor-Generators, abhängig vom erfassten Kurbelwinkel, entweder einen Leistungserzeugungsbetrieb oder einen Motorantriebsbetrieb auszuführen, um ein Drehmoment an die Verbrennungskraftmaschine zu übertragen oder von dieser zu absorbieren.
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Bekannte Techniken zur Kurbelwinkelerfassung beinhalten eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wie sie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
JP 2004-94263 offenbart ist. Die Steuervorrichtung umfasst einen Kurbelwinkelsensor für die Verbrennungskraftmaschine sowie einen Rotationspositionssensor für einen Motor-Generator, wobei der Kurbelwinkelsensor und der Rotationspositionssensor miteinander synchronisiert sind.
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Der vorgenannten Stand der Technik zeigt einige Nachteile.
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Da die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung offenbarte Steuervorrichtung einen Kurbelwinkelsensor verwendet, der betreibbar ist, um einen Kurbelwinkel durch Zählen von Pulsen, die der Zahl der Zähne des an der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine befestigten Zahnrads entsprechen, bestimmt, ist die Genauigkeit der Kurbelwinkelerfassung (z. B. um 6 Grad) zu gering, um einen genauen Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt sowie eine genaue Drehmoment-Erzeugungsmenge zu bestimmen, was zu einer geringen Genauigkeit der Drehmomentsteuerung führt.
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Da zudem der Drehwinkelsensor in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, um den Kurbelwinkel zu erfassen, ist es notwendig, den Kurbelwinkelsensor und die Motor-Generator-Steuervorrichtung mit einer Signalleitung zu verbinden, was zu einer komplizierten Verkabelung bzw. Leitungsführung führt. Dies gilt gleichermaßen für die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
JP 2004-94263 offenbarte Steuervorrichtung.
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Da ferner ein Erregerstrom zunächst zwischen unterschiedlichen Werten geschalten wird, wenn der Motorantriebsbetrieb oder der Leistungserzeugungsbetrieb in den Leistungserzeugungsbetrieb oder den Motorantriebsbetrieb geschalten wird, kann eine abrupte Änderung im Drehmoment sowie eine abrupte Änderung in der Ausgangsspannung zusammen mit dem Schalten des Erregerstroms auftreten. Überdies ist, da der verwendete Motor-Generator eine Drei-Phasen-Wicklung aufweist, ein Stromstoß groß, wodurch eine große Drehmomentveränderung erzeugt wird, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb geschalten wird.
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Ausgehend von den vorstehend beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik ist es daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die in einer drehenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs angeordnet ist, und die geeignet ist, die Genauigkeit einer Drehmomentsteuerung ohne komplizierte Verdrahtung zu erhöhen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die in einer drehenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs angeordnet ist, und die geeignet ist, eine Drehmomentänderung und/oder eine Änderung in der Ausgangsspannung zu verringern, die durch das Schalten der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb verursacht wird. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die in einer drehenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs angeordnet ist, und die geeignet ist, die beiden vorstehend erstgenannten Aufgaben zu erfüllen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung angegeben, die in einer drehenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die drehende elektrische Maschine des Fahrzeugs aufweist: einen Rotor, der mit einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, um durch Verbrennen von Kraftstoff Leistung zu erzeugen, einen Stator, der dem Rotor gegenüberliegend angeordnet ist, ein Rotorwinkel-Erfassungsmittel, zum Erfassen eines Rotationswinkels des Rotors, sowie ein Drehmomentänderungsmittel, zum Erzeugen eines Drehmoments, das an die Verbrennungskraftmaschine übertragen oder von dieser absorbiert werden soll, durch Schalten zwischen einem Motorantriebsbetrieb, während dem elektrische Leistung von einer Speichervorrichtung für elektrische Leistung in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt wird, und einem Leistungserzeugungsbetrieb, während dem Rotationsenergie des Rotors in elektrische Leistung umgewandelt wird, zur Speicherung in der Speichervorrichtung für elektrische Leistung, und zum Ändern des Erzeugungszeitpunkts und der Erzeugungsmenge des Drehmoments. Die Steuerung weist ferner auf: ein Drehänderungs-Erfassungsmittel, zum Erfassen einer Drehänderung des Rotors auf Basis eines von dem Rotorwinkel-Erfassungsmittel erfassten Drehwinkels; ein Kurbelwinkel-Bestimmungsmittel, zum Bestimmen eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine auf Basis der von dem Drehänderungs-Erfassungsmittel erfassten Drehänderung; ein Momenterzeugungszeitpunkt-Einstellmittel, zum Einstellen eines Erzeugungszeitpunkts eines benötigten Drehmoments auf Basis des von dem Kurbelwinkel-Bestimmungsmittel bestimmten Kurbelwinkels; ein Momenterzeugungsbetrag-Einstellmittel, zum Einstellen einer benötigten Menge an erzeugtem Drehmoment auf Basis des von dem Kurbelwinkel-Bestimmungsmittel bestimmten Kurbelwinkels; und ein Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlsmittel, zum Anweisen des Drehmomentänderungsmittels, die durch das Momenterzeugungsbetrag-Einstellmittel eingestellte Menge an Drehmoment zu dem durch das Momenterzeugungszeitpunkt-Einstellmittel eingestellten Zeitpunkt zu erzeugen. Der Erzeugungszeitpunkt des benötigten Drehmoments und die benötigte Menge des erzeugten Drehmoments können derart eingestellt sein, dass sie effektiv eine Drehmomentänderung der Verbrennungskraftmaschine und/oder der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs unterdrücken können.
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Da ein Kurbelwinkel der Verbrennungskraftmaschine auf Basis eines Erfassungsergebnisses des in der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs installierten Rotorwinkel-Erfassungsmittels erfasst wird, ist es nicht nötig, Signalleitungen von einem herkömmlichen Kurbelwinkelsensor, der in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine sitzt, zu ziehen, wodurch eine komplizierte Verkabelung bzw. Verdrahtung oder Leitungsführung vermieden werden kann. Zudem ist es möglich, da sich der Rotor der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs allgemein mit einer n-fach höheren Drehzahl als der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine dreht (wobei n einen Wert zwischen dem 2,5- bis 3-fachen Rollenverhältnis einschließt, darauf jedoch nicht beschränkt ist) einen Rotationswinkel mit hoher Genauigkeit zu erfassen, selbst wenn für die Erfassung des Rotationswinkels ein Sensor mit der gleichen Genauigkeit wie ein Kurbelwinkel-Erfassungssensor verwendet wird, wodurch die Genauigkeit der Drehmomentsteuerung verbessert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das Momenterzeugungszeitpunkt-Einstellmittel und das Momenterzeugungsbetrag-Einstellmittel derart betreibbar, um den Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt sowie die Drehmoment-Erzeugungsmenge jeweils so einzustellen, dass eine Variation im von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Moment durch ein von der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs erzeugtes Moment ausgeglichen werden kann. Dies führt zu einer stabilen Rotation der Verbrennungskraftmaschine durch Verringerung von Rotationsvariationen bzw. -abweichungen der Verbrennungskraftmaschine.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Kurbelwinkel-Bestimmungsmittel derart betreibbar, um einen Kurbelwinkel der Verbrennungskraftmaschine auf Basis der Tatsache zu bestimmen, dass Punkte, an denen die Beschleunigung der Drehänderung der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs ihr Vorzeichen von negativ nach positiv verändert dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Dies kann die Erfassung des Kurbelwinkels auf Basis eines Erfassungsergebnisses des Drehwinkels der Rotors der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das Momenterzeugungszeitpunkt-Einstellmittel und das Momenterzeugungsbetrag-Einstellmittel derart betreibbar, um den Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt sowie die Drehmoment-Erzeugungsmenge jeweils so einzustellen, dass die Drehmoment-Erzeugungsmenge zum Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs kleiner ist, als der der Verbrennungskraftmaschine. Die kann die Vibrationen der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs selbst verringern.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Drehmomentänderungsmittel auf: ein Schaltelement, zum Verbinden und Trennen der Stromversorgung zwischen der Speichervorrichtung für elektrische Leistung und dem Stator; und ein Schaltelement-Steuermittel, zum Steuern des Verbindungszeitpunkts (oder des Einschalt-/Ausschalt-Zeitpunkts) des Schaltelements in Abhängigkeit von dem durch das Rotorwinkel-Erfassungsmittel erfassten Rotationswinkel des Rotors. Dadurch ermöglicht das Steuern des Verbindungszeitpunkts des Schaltelements, dass die drehende elektrische Maschine des Fahrzeugs zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen dem Motorantriebsmodus und dem Leistungserzeugungsmodus schalten kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotor geeignet, eine sich ändernde Menge an magnetischem Fluss durch Erhöhen und Senken eines durch den Rotor strömenden Feldstromes zu erzeugen, wobei das Drehmomentänderungsmittel ein Feldstromsteuermittel zum Einstellen des Feldstroms aufweist. Somit erleichtert das variable Einstellen des Feldstromes des Rotors das Steuern des Erzeugungszeitpunkts und der Menge an Drehmoment die von der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs übertragen oder absorbiert werden soll.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlsmittel derart betreibbar, um eine Anweisung an das Drehmomentänderungsmittel auszugeben, zumindest einen zwischen der Speichervorrichtung für elektrische Leistung und der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs fließenden Strom und/oder einen Phasenstrom, der durch den Stator fließt, zu ändern. Das variable Einstellen des Eingangs-/Ausgangsstromes der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs (d. h. dem Strom, der von der Speichervorrichtung für elektrische Leistung kommt oder zu dieser fließt) und/oder des Phasenstromes erleichtert das Steuern des Erzeugungszeitpunkts und der Menge an Drehmoment die von der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs übertragen oder absorbiert werden soll. Dies kann zudem, verglichen mit dem Fall, wo der Feldstrom variiert wird, auch ein besseres Folgeverhalten für die vorgenannte Stromvariation ermöglichen und kann zuverlässig eine abrupte Änderung im Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine unterdrücken.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlsmittel derart betreibbar, um eine Anweisung an das Drehmomentänderungsmittel auszugeben, um, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs geschalten wird, den Feldstrom zwischen zwei Sollwerten zu schalten und gleichzeitig allmählich den durch den Stator fließenden Phasenstrom während einer vorgegebenen Zeitspanne zu ändern. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlsmittel derart betreibbar, um eine Anweisung an das Drehmomentänderungsmittel auszugeben, um, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs geschalten wird, allmählich den Phasenstrom während einer vorgegebenen Zeitspanne um einen Zeitpunkt herum zu ändern, an dem der Motorantriebsbetrieb oder der Leistungserzeugungsbetrieb in den Leistungserzeugungsbetrieb oder den Motorantriebsbetrieb geschalten wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Stator zwei Drei-Phasen-Wicklungen auf, die parallel miteinander verbunden sind, wobei das Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlsmittel betreibbar ist, um eine Anweisung an das Drehmomentänderungsmittel auszugeben, um, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs geschalten wird, den Schaltbetätigungszeitpunkt einer ersten Drei-Phasen-Wicklung (eine der zwei Drei-Phasen-Wicklungen) von dem Schaltbetätigungszeitpunkt einer zweiten Drei-Phasen-Wicklung (der anderen Drei-Phasen-Wicklung) um eine vorgegebene Zeitspanne zu verschieben.
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Dies kann verhindern, dass die drehende elektrische Maschine des Fahrzeugs ihr Drehmoment und die Ausgangsspannung aufgrund des Schaltens zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb abrupt variiert oder ändert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ferner ein Verfahren zum Steuern einer drehenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs vorgesehen, das die entsprechenden Schritte umfasst, die von den jeweiligen Bauteilen der Steuervorrichtung ausgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUND DER ZEICHNUNGEN
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In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
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1 ein Blockschaubild eines Fahrzeugsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Darstellung der entsprechenden Beziehung zwischen Hüben einer Verbrennungskraftmaschine und Betriebszuständen der drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Rotorwinkel-Erfassungseinheit, die in einer drehenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist;
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4 ein Szenario, bei dem ein Feldstrom allmählich zwischen zwei Sollwerten geschalten wird;
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5 ein Szenario, bei dem ein Phasenstrom allmählich zwischen zwei Sollwerten geschalten wird;
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6 ein Blockschaubild eines Fahrzeugsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Stator Statorwicklungen aufweist, die aus Drei-Phasen-Wicklungen bestehen; und
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7 ein Szenario, bei dem zwei Drei-Phasen-Wicklungen eines Stators allmählich zwischen einem Motorantriebsbetrieb und einem Leistungserzeugungsbetrieb geschalten werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt ein Fahrzeugsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeugsystem dieser Ausführungsform eine Verbrennungskraftmaschine (E/G) 10 als Verbrennungskraftmaschine zum Erzeugen von Leistung durch Verbrennen von Kraftstoff, eine rotierende elektrische Maschine 20 für das Fahrzeug, die in Wirkverbindung über einen Riemen 12 mit der Verbrennungskraftmaschine 10 verbunden ist, sowie eine Batterie 30 als Speichervorrichtung für elektrische Leistung, die elektrisch mit der rotierenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs verbunden ist.
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Die rotierende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs umfasst einen Rotor 21, der in Wirkverbindung mit der Verbrennungskraftmaschine 10 verbunden ist und geeignet ist, eine Größe des magnetischen Flusses durch Erhöhen oder Verringern eines Betrags des Feldstromes, der durch eine Feldwicklung läuft, zu variieren, einen Stator 22, der dem Rotor 21 gegenüberliegend angeordnet ist, eine Rotorwinkelerfassungseinheit 23, die betreibbar ist, um einen Dreh- bzw. Rotationswinkel des Rotors 21 zu erfassen, sowie eine Drehmomentänderungseinheit 24 und eine Steuervorrichtung 25.
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Die Drehmomentänderungseinheit 24 ist betreibbar, um Drehmoment zu erzeugen, das von der Verbrennungskraftmaschine 10 durch Schalten zwischen einem Motorantriebsbetrieb, während dem elektrische Energie von der Batterie 30 in Rotationsenergie des Rotors 21 umgewandelt wird, und einem Leistungserzeugungsbetrieb, während dem Rotationsenergie des Rotors 21 in elektrische Energie umgewandelt wird, die in der Batterie 30 gespeichert werden soll, zu übertragen oder zu absorbieren, und einen Erzeugungszeitpunkt sowie einen Erzeugungsbetrag des Drehmoments zu verändern. Dementsprechend umfasst die Drehmomentänderungseinheit 24 ein Schaltelement 40 zum Zuführen elektrischer Energie von der Batterie 30 an den Stator 22 oder zum Anlegen eines elektrischen Stroms an den Stator 22, eine Schaltelement-Steuereinheit 42, zum Steuern des Verbindungszeitpunkts des Schaltelements 40 abhängig vom Rotationswinkel des Rotors 21, der durch die Rotorwinkel-Erfassungseinheit 23 erfasst wird, sowie eine Feldstromsteuereinheit 44 zum Einstellen eines Feldstromes, der durch eine Feldwicklung des Rotors 21 strömt.
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Die Steuervorrichtung 25 umfasst eine Drehänderungs-Erfassungseinheit 50, zum Erfassen einer Rotations- bzw. Drehänderung des Rotors 21 auf Basis des durch die Rotationswinkelerfassungseinheit 23 erfassten Rotationswinkels, eine Kurbelwinkel-Bestimmungseinheit 52, zum Erfassen eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine 10 auf Basis der von der Drehänderungs-Erfassungseinheit 50 erfassten Drehänderung, eine Momenterzeugungszeitpunkt-Einstelleinheit 54 zum Einstellen eines Erzeugungszeitpunkts eines benötigten Drehmoments auf Basis des von der Kurbelwinkel-Bestimmungseinheit 52 bestimmten Kurbelwinkels, eine Momenterzeugungsbetrag-Einstelleinheit 56 zum Einstellen einer benötigten Menge an erzeugtem Drehmoment auf Basis des von der Kurbelwinkel-Bestimmungseinheit 52 bestimmten Kurbelwinkels, sowie eine Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlseinheit 58 zum Anweisen der Drehmomentänderungseinheit 24, die durch die Momenterzeugungsbetrag-Einstelleinheit eingestellte Menge an Drehmoment zu dem durch die Momenterzeugungszeitpunkt-Einstelleinheit 54 eingestellten Zeitpunkt zu erzeugen.
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Die Rotorwinkel-Erfassungseinheit 23 entspricht dem Rotorwinkel-Erfassungsmittel, die Drehmomentänderungseinheit 24 entspricht dem Drehmomentänderungsmittel, die Drehänderungs-Erfassungseinheit 50 entspricht dem Drehänderungs-Erfassungsmittel, die Kurbelwinkel-Bestimmungseinheit 52 entspricht dem Kurbelwinkel-Bestimmungsmittel, die Momenterzeugungszeitpunkt-Einstelleinheit 54 entspricht dem Momenterzeugungszeitpunkt-Einstellmittel, die Momenterzeugungsbetrag-Einstelleinheit 56 entspricht dem Momenterzeugungsbetrag-Einstellmittel, die Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlseinheit 58 entspricht dem Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlsmittel, die Schaltelement-Steuereinrichtung 42 entspricht dem Schaltelement-Steuermittel und die Feldstromsteuereinheit 44 entspricht dem Feldstromsteuermittel.
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Das Fahrzeugsystem dieser Ausführungsform hat die vorstehend beschriebene Konfiguration. Nachfolgend wird ein Ablauf zum Übertragen oder Absorbieren von Drehmoment an bzw. von der Verbrennungskraftmaschine 10 durch Schalten zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs beschrieben.
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2 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen Hüben der Verbrennungskraftmaschine 10 und Betriebszuständen der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs. Die horizontale Linie eines jeden Diagramms entspricht der verstrichenen Zeit. Die Bezeichnung „E/G DREHZAHL” bezeichnet eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10, die Bezeichnung „MG DREHZAHL” bezeichnet eine Drehzahl des Rotors 21 der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs, die Bezeichnung „E/G DREHMOMENT” bezeichnet ein Drehmoment, das von der Verbrennungskraftmaschine 10 erzeugt wird (als Verbrennungskraftmaschinendrehmoment bezeichnet), die Bezeichnung „STEUERZUSTAND” bezeichnet einen Betriebszustand der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs, wobei der Begriff „MOTORANTRIEB” einen Betriebszustand darstellt, bei dem die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs den Motorantriebsbetrieb ausführt, und der Begriff „LEISTUNGSERZEUGUNG” einen Betriebszustand darstellt, in dem die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs den Leistungserzeugungsbetrieb ausführt.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine mit der Drehzahländerung der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs verbunden. Somit kann angenommen werden, dass die Drehzahländerung des Rotors 21, welche durch die Rotationsänderungserfassungseinheit 50 erfasst wird, ebenso eine Rotationsänderung der Verbrennungskraftmaschine 10 ist. Die Kurbelwinkel-Bestimmungseinheit 52 ist geeignet, um einen Kurbelwinkel, basierend auf der Tatsache, dass Punkte, an denen die Beschleunigung der Rotationsänderung der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs ihr Vorzeichen von negativ nach positiv verändert, dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine entsprechen, zu schätzen (oder zu bestimmen).
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Wenn der Kurbelwinkel einmal auf diese Weise bestimmt wurde, kann der Zeitpunkt für jeden Hub (vorliegend eine Viertaktverbrennungskraftmaschine mit den vier Hüben: Zündungs- bzw. Arbeitshub, Auslasshub, Einlasshub und Verdichtungshub) unter Bezugnahme auf den oberen Totpunkt bestimmt werden. Obgleich 2 aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung eine Einzylinder-Verbrennungskraftmaschine darstellt, ist ersichtlich und zu verstehen, dass der beanspruchte Gegenstand nicht darauf beschränkt ist, sondern auf Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschinen anwendbar ist. Bei einer Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine können das resultierende Motordrehmoment und eine resultierende Motorrotationsänderung berücksichtigt werden.
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Die Momenterzeugungszeitpunkt-Einstelleinheit 54 ist betreibbar, um einen Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt für die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs derart einzustellen, dass die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs während jedem Verdichtungshub ein Drehmoment auf die Verbrennungskraftmaschine 10 überträgt und während jedem anderen Hub Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine 10 absorbiert. Die Momenterzeugungsbetrag-Einstelleinheit 56 ist betreibbar, um eine benötigte Menge an zu erzeugendem Drehmoment einzustellen, um ein von der Verbrennungskraftmaschine 10 während jedem Hub zu erzeugendes Drehmoment aufzuheben (d. h. eine Menge an zu erzeugendem Drehmoment die notwendig ist, um eine Drehmomentänderung zu unterdrücken). Es sei angemerkt, dass der vorgenannte Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt und der vorgenannte Drehmomenterzeugungsbetrag derart eingestellt sind, dass der Drehmomenterzeugungsbetrag zu jedem Drehmoment-Erzeugungszeitpunkt der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs geringer ist als der der Verbrennungskraftmaschine 10.
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Da bei der drehenden elektrischen Maschine 20 dieser Ausführungsform ein Kurbelwinkel der Verbrennungskraftmaschine 10 auf Basis eines Erfassungssignals einer eingebauten Rotorwinkel-Erfassungseinheit 23 erfasst werden muss ist es somit nicht notwendig, Signalleitungen von einem herkömmlichen Kurbelwinkelerfassungssensor, der in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine 10 sitzt, zu ziehen, wodurch eine komplizierte Verdrahtung vermieden werden kann. Da zudem der Rotor 21 der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs mit einer Drehzahl dreht, die ein n-faches höher ist als die der Verbrennungskraftmaschine 10 (wobei n einen Wert zwischen dem 2– 5- und 3-fachen Rollenverhältnis einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist), ist es möglich, einen Rotationswinkel mit hoher Genauigkeit zu erfassen und dadurch die Genauigkeit der Drehmomentsteuerung zu verbessern.
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Darüber hinaus kann das Einstellen des Momenterzeugungszeitpunkts und des Momenterzeugungsbetrags der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs derart, dass eine in der Verbrennungskraftmaschine 10 erzeugte Drehmomentvariation durch das Drehmoment, welches von der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs erzeugt wird, aufgehoben werden kann eine stabile Verbrennungskraftmaschinendrehzahl durch Verringerung einer Drehzahlabweichung in der Verbrennungskraftmaschine erreichen. Ferner ist die Kurbelwinkel-Bestimmungseinheit 52 betreibbar, um einen Kurbelwinkel auf Basis der Tatsache zu bestimmen, dass Punkte, an denen die Beschleunigung der Rotationsabweichung der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs ihr Vorzeichen von negativ nach positiv ändert, dem oberen Totpunkt der Verbrennungsmaschinenkurbelwelle entsprechen, wodurch die Kurbelwinkel-(oder Positions-)Erfassung auf Basis der Erfassungsergebnisses des Rotationswinkels des Rotors 21 erleichtert wird.
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Das Einstellen des Momenterzeugungszeitpunkts durch die Momenterzeugungszeitpunkt-Einstelleinheit 54 und das Einstellen des Momenterzeugungsbetrags durch die Momenterzeugungsbetrag-Einstelleinheit 56 derart, dass der Momenterzeugungsbetrag zum Momenterzeugungszeitpunkt der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs geringer ist als der der Verbrennungskraftmaschine 10 kann eine Vibration der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs selbst verringern.
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Die vorstehend beschriebene Drehmomentänderungseinheit 24 umfasst ein Schaltelement 40, das betreibbar ist, um eine Stromversorgung des Stators 22 zu schließen oder zu trennen, sowie eine Schaltelement-Steuereinrichtung 42, die betreibbar ist, um den Verbindungszeitpunkt (oder den Einschalt-/Ausschaltzeitpunkt) des Schaltelements 40 abhängig vom Rotationswinkel des Rotors 21 zu steuern. Durch das Steuern des Verbindungszeitpunkts des Schaltelements 40 wird es möglich, zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs zu schalten.
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Da das Erhöhen und Absenken eines Feldstromes, der durch eine Feldwicklung des Rotors 21 fließt, dem Rotor 21 ermöglicht, einen sich ändernden Betrag von magnetischem Fluss zu erzeugen, ist die Feldstromsteuereinheit 44 in der Drehmomentänderungseinheit 24 geeignet, zuverlässig den Erzeugungszeitpunkt und die Menge des Drehmoments, die durch die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs übertragen oder absorbiert werden soll durch variables Einstellen des Feldstromes zu steuern.
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Alternativ können diese Ströme durch die Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlseinheit 58, welche eine Anweisung an die Drehmomentänderungseinheit 24 ausgibt, um zumindest einen Strom, der zwischen der Batterie 30 und der drehenden elektrischen Maschine 20 fließt und/oder einen Phasenstrom, der durch den Stator 22 fließt, zu ändern, und durch die Schaltelement-Steuereinrichtung 42, welche das Schaltelement 40 steuert, variiert werden. Dies erleichtert die Steuerung des Erzeugungszeitpunkts und der Menge an Drehmoment, welche durch die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs übertragen oder absorbiert werden sollen. Dies kann zudem, verglichen mit dem Fall, wo der Feldstrom variiert wird, ein besseres Folgeverhalten für die vorgenannte Stromvariation ermöglichen und zuverlässig eine abrupte Änderung im Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine unterdrücken.
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3 zeigt eine vergrößerte Teilschnittdarstellung einer Rotorwinkel-Erfassungseinheit 23, die in einer drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist. Die Rotorwinkel-Erfassungseinheit 23 ist betreibbar, um einen Rotorwinkel (oder eine Rotorposition) des Rotors 21 zu erfassen, und umfasst einen Rotationspositions-Erfasstteil 23A, der scheibenförmig ausgebildet ist und an einem Ende der Drehwelle 21A angeordnet ist und in Verbindung mit dem Rotor 21 dreht, sowie einen Rotationspositions-Erfassungsteil 23B, der betreibbar ist, um eine Rotationsposition des Rotationspositions-erfasstteils 23A zu erfassen. Das Rotationspositions-Erfasstteil 23A ist beispielsweise mittels einer Schraube an einem Ende der Drehwelle 21A befestigt. Das Rotationspositions-Erfassungsteil 23B ist an einem Teil der Drehmomentänderungseinheit 24 oder der Steuervorrichtung 25 oder einem anderen geeigneten Element befestigt, liegt den Rotationspositions-Erfasstteil 23A gegenüber, und ist betreibbar, um eine Rotationsposition (das heißt eine Position in eine Drehrichtung) eines der Umgebung des scheibenförmigen Rotationspositions-Erfassteil 23A benachbarten Bereichs zu erfassen.
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Zahlreiche praktische Erfassungsverfahren sind anwendbar. Beispielsweise kann das Rotationspositions-Erfasstteil 23A mit einem magnetischen Körper ausgebildet sein, dessen Rotationsposition durch eine Erfassungsspule, die an dem Rotationspositions-Erfassungsteil 23B angeordnet ist, erfasst wird. Als anderes Beispiel kann das Rotationspositions-Erfasstteil 23A mit einem Dauermagneten ausgestattet sein, dessen Rotationsposition durch ein Hallelement, das an dem Rotationspositions-Erfassungsteil 23B angeordnet ist, erfasst wird (in der dargestellten Ausführungsform aus 3 werden ein Dauermagnet 23C und Hallelemente 23D und 23E verwendet). Andere Erfassungsmethoden umfassen einen variablen Magnetwiderstandsdrehmelder sowie optische Erfassungseinrichtungen, wie beispielsweise einen optischen Sensor.
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Bei der vorstehenden Beschreibung wurde bisher ein Schaltprozess zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb durch das Schalten eines Erregerstromes und des Phasenstromes zwischen deren jeweiligen Sollwerten nicht im Detail erklärt. Gleichwohl sei angemerkt, dass das allmähliche Schalten eines oder beider dieser Ströme zwischen deren jeweiligen Sollwerten eher bevorzugt ist, als das abrupte Schalten beider Ströme zwischen den jeweiligen Sollwerte um eine abrupte Veränderung im Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs zu vermeiden.
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4 zeigt ein Szenario, bei dem ein Feldstrom allmählich zwischen zwei Sollwerten geschalten wird. Bei dem in 4 gezeigten Szenario ist die Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlseinheit 58 betreibbar, um eine Anweisung an die Drehmomentänderungseinheit 24 auszugeben, um allmählich den Feldstrom zwischen zwei Sollwerten während einer vorgegebenen Zeitdauer um einen Zeitpunkt herum zu schalten, bei dem der Motorantriebsbetrieb oder der Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs in den Leistungserzeugungsbetrieb oder den Motorantriebsbetrieb geschalten wird. Nach Empfang dieser Anweisung ändert die Feldstromsteuereinheit 44, welche in der Drehmomentänderungseinheit 24 sitzt, allmählich den Feldstromwert vom Sollwert A (oder B) zum Sollwert B (oder A). Dies kann verhindern, dass die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs abrupt das Drehmoment oder die Ausgangsspannung variiert oder ändert, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb geschalten wird.
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5 zeigt ein Szenario, bei dem der Phasenstrom schrittweise zwischen zwei Sollwerten geschalten wird. Bei dem in 5 gezeigten Szenario ist die Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlseinheit 58 betreibbar, um eine Anweisung an die Drehmomentänderungseinheit 24 auszugeben, den Feldstrom zwischen zwei Sollwerten zu schalten, und allmählich den Phasenstrom, der durch den Stator 22 fließt, im Motorantriebsbetrieb während einer vorgegebenen Zeitdauer um einen Zeitpunkt, zu dem der Motorantriebsbetrieb oder der Leistungserzeugungsbetrieb der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs in den Leistungserzeugungsbetrieb oder den Motorantriebsbetrieb geschalten wird, zu ändern. Nach dem Empfang der Anweisung ändert die Schaltelement-Steuereinrichtung 42, welche in der Drehmomentänderungseinheit 24 sitzt, allmählich den Phasenstrom, der dem Motorantriebsbetrieb entspricht. Dies kann verhindern, dass die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs abrupt das Drehmoment oder die Ausgangsspannung variiert oder ändert, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb geschalten wird.
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In Fällen, wo der vorgenannte Stator 22 zwei Drei-Phasen-Wicklungen umfasst, die miteinander parallel elektrisch verbunden sind, kann der Schaltbetriebszeitpunkt einer der beiden Drei-Phasen-Wicklungen um eine vorbestimmten Zeitdauer von dem Schaltbetriebszeitpunkt der anderen Drei-Phasen-Wicklung verschoben sein.
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6 zeigt ein Blockschaubild der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs, bei der der Stator 22 Statorwicklungen umfasst, die aus zwei Drei-Phasen-Wicklungen 22A, 22B bestehen. Wie in 6 gezeigt, enthält das Schaltelement 40 eine erste Gruppe von sechs MOS-FETs, die eine erste Brückenschaltung bilden, die der Drei-Phasen-Wicklung 22A entsprechen, sowie eine zweite Gruppe von sechs MOS-FETS, die eine zweite Brückenschaltung bilden, die der Drei-Phasen-Wicklung 22B entsprechen. Eine geeignete Steuerung des Verbindungszeitpunkts eines jeden MOS-FETs der ersten und zweiten Gruppe von MOS-FETs ermöglicht den Drei-Phasen-Wicklungen 22A, 22B individuell zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb zu schalten.
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7 zeigt ein Szenario, bei dem der Zeitpunkt der Drei-Phasen-Wicklung 22A zum Schalten zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb vom Zeitpunkt der Drei-Phasen-Wicklung 22B zum Schalten zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb versetzt ist. In dem in 7 gezeigtem Szenario ist die Momenterzeugungs-/-absorptions-Befehlseinheit 58 derart betreibbar, um eine Anweisung an die Drehmomentänderungseinheit 24 auszugeben, um individuell zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb zu schalten. Dies kann verhindern, dass die drehende elektrische Maschine 20 des Fahrzeugs abrupt das Drehmoment oder die Ausgangsspannung variiert oder ändert, wenn zwischen dem Motorantriebsbetrieb und dem Leistungserzeugungsbetrieb geschalten wird.
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In Fällen, in denen der Stator 22 lediglich eine Drei-Phasen-Wicklung umfasst, kann eine der in 6 gezeigten Brückenschaltungen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen der drehenden elektrischen Maschine 20 des Fahrzeugs kann die in 6 gezeigte Konfiguration mit jeder der in 4 und/oder 5 gezeigten Schaltmethoden verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-180105 [0002]
- JP 2004-94263 [0003, 0006]
