DE102015109094A1

DE102015109094A1 - Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102015109094A1
Application number: DE102015109094.5A
Authority: DE
Inventors: Yosuke TAGAWA; Shunya Kato; Hideki Furuta; Yoshiki SAWAMURA
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN105196884B; US9610843B2; JP2016010194A; US20150372632A1; CN105196884A; JP6301748B2

Abstract

Ein Hybridfahrzeug (10) weist eine Differentialeinheit (20), ein Getriebe (30), einen Wechselrichter (52), einen Wandler (54) und ein Steuergerät (60) auf. Der Wandler (54) regelt eine Spannung, die dem Wechselrichter (52) zugeführt wird. Das Steuergerät (60) steuert den Wandler (54) so, dass die Spannung gleich einer Sollspannung wird. Das Steuergerät (60) legt die Sollspannung beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl einer Ausgangswelle des Getriebes (30) fest.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofahrzeug und insbesondere auf ein Elektrofahrzeug, das ein Getriebe und einen Wandler aufweist, der die Spannung regelt, die einer Antriebseinheit zugeführt wird, die einen Elektromotor antreibt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In der WO 2003/015254 A1 ist ein Motorantriebssteuerungssystem offenbart, das einen Motor, einen Wechselrichter und einen Wandler aufweist, der die Eingangsspannung des Wechselrichters regelt. In dem Motorantriebssteuerungssystem wird beruhend auf der Drehzahl und dem Sollabtriebsdrehmoment (Drehmomentbefehl) des Motors die optimale Spannung berechnet, die momentan am Motor anzulegen ist, und beruhend auf der anzulegenden optimalen Spannung wird ein Sollwert der Wechselrichtereingangsspannung festgelegt. Mit dem so gestalteten Motorantriebssteuerungssystem kann die Wechselrichtereingangsspannung entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors optimiert werden und der Motor kann effizient angetrieben werden.
Wenn in einem Kraftübertragungsweg zwischen einer Drehwelle des Elektromotors und Antriebsrädern ein Getriebe vorgesehen ist, kann sich aufgrund eines Schaltens (einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses) des Getriebes der Betriebspunkt (Drehzahl und Drehmoment) des Elektromotors rasch ändern. In dem Motorantriebssteuerungssystem, das in der WO 03/015254 A1 beschrieben ist, wird der Sollwert der Wechselrichtereingangsspannung beruhend auf dem Betriebspunkt des Elektromotors festgelegt, weswegen die Wechselrichtereingangsspannung nicht dazu in der Lage ist, raschen Änderungen des Betriebspunkts des Elektromotors zu folgen. Infolgedessen kann der Elektromotor vorübergehend außer Stande sein, das gewünschte Drehmoment zu erzeugen, und das Fahrverhalten kann sich verschlechtern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des oben beschriebenen Problems stellt die Erfindung ein Elektrofahrzeug zur Verfügung, das ein Getriebe, einen Wandler, der die Spannung regelt, die einer Antriebseinheit zuzuführen ist, die einen Elektromotor antreibt, und ein Steuergerät aufweist und bei dem es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich ist, dass es aufgrund rascher Änderungen des Betriebspunkts des Elektromotors unter einer Verschlechterung des Fahrverhaltens leidet.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist ein Elektrofahrzeug einen Elektromotor, ein Getriebe, eine Antriebseinheit, einen Wandler und eine elektronische Steuerungseinheit auf. Das Getriebe ist in einem Kraftübertragungsweg zwischen einer Drehwelle des Elektromotors und Antriebsrädern des Elektrofahrzeugs vorgesehen. Die Antriebseinheit ist so gestaltet, dass sie den Elektromotor antreibt. Der Wandler ist so gestaltet, dass er eine Spannung regelt, die der Antriebseinheit zugeführt wird. Die elektronische Steuerungseinheit ist so gestaltet, dass sie den Wandler steuert und die vom Wandler geregelte Spannung beruhend auf einer ersten Zustandsgröße, die mit dem Drehmoment einer Ausgangswelle des Getriebes verknüpft ist, und einer zweiten Zustandsgröße, die mit einer Drehzahl der Ausgangswelle verknüpft ist, festlegt.
Gemäß dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug wird beruhend auf der ersten Zustandsgröße, die mit dem Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes verknüpft ist, und der zweiten Zustandsgröße, die mit der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes verknüpft ist, eine Sollspannung des Wandlers festgelegt. Daher werden rasche Schwankungen der zu regelnden Spannung (Sollspannung) aufgrund rascher Änderungen des Betriebspunkts des Elektromotors unterdrückt oder verringert. Mit dem wie oben beschrieben gestalteten Elektrofahrzeug wird dementsprechend die Sollspannung stabilisiert, und es kann folglich eine Verschlechterung des Fahrverhaltens im Zaum gehalten oder verringert werden.
In dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug kann die elektronische Steuerungseinheit so gestaltet sein, dass sie die vom Wandler geregelte Spannung auf ein höheres Niveau einstellt, wenn ein Wert der ersten Zustandsgröße größer ist.
Außerdem kann die elektronische Steuerungseinheit in dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug so gestaltet sein, dass sie die vom Wandler geregelte Spannung auf ein höheres Niveau einstellt, wenn ein Wert der zweiten Zustandsgröße größer ist.
Mit dem wie oben beschrieben gestalteten Elektrofahrzeug kann ein Drehmomentmangel des Elektromotors und/oder der Ausgangswelle (Antriebswelle) des Getriebes im Zaum gehalten werden, und es kann eine Verschlechterung des Fahrverhaltens im Zaum gehalten oder verringert werden.
Außerdem kann die elektronische Steuerungseinheit in dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug so gestaltet sein, dass sie (i) beruhend auf der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße eine erste Spannung festlegt, die einen Sollwert der Spannung angibt, (ii) beruhend auf einem Betriebspunkt des Elektromotors eine zweite Spannung angibt, die den Sollwert angibt, (iii) beruhend auf der ersten Spannung und der zweiten Spannung eine Sollspannung festlegt und (iv) den Wandler derart steuert, dass die Spannung gleich der Sollspannung wird.
Falls die Sollspannung beruhend auf nur den ersten und zweiten Zustandsgrößen festgelegt wird, die mit der Ausgangswelle des Getriebes verknüpft sind, kann die Sollspannung von einem Spannungsniveau abweichen, bei dem ein elektrisches System, das aus dem Elektromotor, der Antriebseinheit und dem Wandler besteht, effizient arbeitet, und der Wirkungsgrad kann deutlich geringer sein. Gemäß dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug findet bei der Festlegung der Sollspannung jedoch auch die zweite Spannung Berücksichtigung, weswegen die Sollspannung auch im Hinblick auf den Wirkungsgrad des elektrischen Systems festgelegt werden kann. Dementsprechend ist es möglich, eine Verschlechterung des Fahrverhaltens im Zaum zu halten und auch eine Verringerung des Wirkungsgrads des elektrischen Systems im Zaum zu halten.
In dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug kann die elektronische Steuerungseinheit so gestaltet sein, dass sie die Sollspannung so festlegt, dass die Sollspannung näher an die erste Spannung rückt, wenn eine Fahrlast des Elektrofahrzeugs größer ist.
Wenn die Fahrlast groß ist, wird mit dem wie oben beschriebenen gestalteten Elektrofahrzeug die Sollspannung festgelegt, während der Schwerpunkt auf die ersten und zweiten Zustandsgrößen gelegt wird, die mit der Ausgangswelle des Getriebes verknüpft sind, um so die Benutzeranforderung zu erfüllen, das Fahrzeug bei einer hohen Last fahren zu lassen. Wenn die Fahrlast dagegen gering ist, wird die Sollspannung festgelegt, während der Schwerpunkt auf den Betriebspunkt des Elektromotors gesetzt wird, sodass das elektrische System effizient arbeiten kann.
In dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug kann die elektronische Steuerungseinheit wie folgt gestaltet sein. Und zwar kann die elektronische Steuerungseinheit so gestaltet sein, dass sie (i) beruhend auf der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße eine erste Spannung festlegt, die einen Sollwert der Spannung angibt, (ii) beruhend auf einem Betriebspunkt des Elektromotors eine zweite Spannung festlegt, die den Sollwert angibt, (iii) eine dritte Spannung festlegt, die den Sollwert angibt, indem sie der ersten Spannung und der zweiten Spannung vorbestimmte Gewichte gibt, (iv) beruhend auf der dritten Spannung eine Sollspannung festlegt und (v) den Wandler derart steuert, dass die Spannung gleich der Sollspannung wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug wird der Wandler so gesteuert, dass er die Sollspannung erreicht, die der ersten Spannung und der zweiten Spannung mit geeigneten Gewichten, die der ersten Spannung und der zweiten Spannung gegeben wurden, angemessen Rechnung trägt. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Wirkungsgrads des elektrischen Systems im Zaum zu halten und auch eine Verschlechterung des Fahrverhaltens im Zaum zu halten oder zu verringern.
In dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug kann die elektronische Steuerungseinheit auch so gestaltet sein, dass sie die Gewichte derart einstellt, dass die dritte Spannung gleich einem Wert wird, der näher an der ersten Spannung liegt, wenn eine Fahrlast größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, und die dritte Spannung gleich einem Wert wird, der näher an der zweiten Spannung liegt, wenn die Fahrlast kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Wenn die Fahrlast groß ist, wird mit dem wie oben beschrieben gestalteten Elektrofahrzeug die dritte Spannung (Sollspannung) nahe an der ersten Einstellspannung eingestellt, sodass die Benutzeranforderung erfüllt werden kann, das Fahrzeug bei einer hohen Last fahren zu lassen. Wenn die Fahrlast gering ist, wird die dritte Spannung (Sollspannung) dagegen entsprechend den Betriebsbedingungen des Elektromotors nahe an der zweiten Einstellspannung eingestellt, sodass es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich ist, dass sich der Wirkungsgrad des elektrischen Systems verringert.
In dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug kann das Getriebe zudem ein Mehrganggetriebe sein, das eine Vielzahl von Getriebepositionen hat. Es kann eine Hysterese zwischen einer ersten Schaltlinie und einer zweiten Schaltlinie vorgesehen sein. Die erste Schaltlinie gibt ein Hochschalten des Mehrganggetriebes von einer Getriebeposition erster Gang zu einer Getriebeposition zweiter Gang an, und die zweite Schaltlinie gibt ein Herunterschalten des Mehrganggetriebes von der Getriebeposition zweiter Gang zur Getriebeposition erster Gang an. Die elektronische Steuerungseinheit kann so gestaltet sein, dass sie beruhend auf einer Einstellspannung, die im Voraus erstellt wurde, eine vom Wandler geregelte Sollspannung festlegt, wenn die erste Zustandsgröße und die zweite Zustandsgröße in einem Bereich der Hysterese enthalten sind.
Wenn vorhergesagt wird, dass das Getriebe bald hoch oder herunter geschaltet wird, wird mit dem wie oben beschrieben gestalteten Elektrofahrzeug die Sollspannung beruhend auf der Einstellspannung festgelegt, die im Voraus erstellt wurde. Somit werden rasche Schwankungen der Sollspannung aufgrund rascher Änderungen des Betriebspunkts des Elektromotors, die durch Schalten hervorgerufen werden, unterdrückt oder verringert. Dementsprechend wird die Sollspannung zum Zeitpunkt des Schaltens stabilisiert, und es kann folglich eine Verschlechterung des Fahrverhaltens zum Zeitpunkt des Schaltens im Zaum gehalten werden.
Außerdem kann in dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug die erste Zustandsgröße entweder das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes, die Fahrzeugantriebskraft oder ein Gaspedalhub sein. Die zweite Zustandsgröße kann entweder eine Drehzahl der Ausgangswelle oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit sein.
Gemäß dem oben beschriebenen Elektrofahrzeug wird die Sollspannung des Wandlers stabilisiert, und es kann folglich eine Verschlechterung des Fahrverhaltens im Zaum gehalten werden.
In dem Elektrofahrzeug, das den Wandler aufweist, der die Spannung regelt, die der Antriebseinheit zugeführt wird, die den Elektromotor antreibt, kann eine Verschlechterung des Fahrverhaltens aufgrund rascher Änderungen des Betriebspunkts des Elektromotors erfindungsgemäß im Zaum gehalten werden und es kann eine Verringerung des Wirkungsgrads des elektrischen Systems im Zaum gehalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen, werden die Merkmale, die Vorteile und die technische und gewerbliche Bedeutung exemplarischer Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ansicht, die die Gesamtgestaltung eines Hybridfahrzeugs zeigt, das als ein Beispiel eines Elektrofahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist;
2 eine Ansicht, die Hauptsignale und -befehle zeigt, die von einem in 1 gezeigten Steuergerät empfangen oder erzeugt werden;
3 eine Ansicht, die die Gestaltung einer Differentialeinheit und eines Getriebes zeigt, die in 1 gezeigt sind;
4 ein Nomogramm einer Leistungsverzweigungsvorrichtung, das Änderungen der Drehzahlen ihrer Bestandteile zum Zeitpunkt des Schaltens des in 1 gezeigten Getriebes zeigt;
5 eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, das eine Sollspannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einstellt;
6 ist ein Ablaufdiagramm, das für die Erläuterung eines Verfahrens nützlich ist, das die Sollspannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einstellt;
7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, das in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beruhend auf Betriebsbedingungen eines Motor-Generators eine zweite Einstellspannung einstellt;
8 ist eine Ansicht, die im zweiten Ausführungsbeispiel den Zusammenhang zwischen Fahrlast und einem Gewichtungsfaktor angibt;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung eines Verfahrens nützlich ist, das eine Sollspannung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einstellt;
10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, das in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beruhend auf einem Drehmoment und einer Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes eine erste Einstellspannung einstellt; und
11 ist ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung eines Verfahrens nützlich ist, das eine Sollspannung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden ausführlich einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es werden zwar drei Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den jeweiligen Ausführungsbeispielen beschriebenen Gestaltungen oder Anordnungen sollen aber vom Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung an bei Bedarf kombiniert werden können. In den Zeichnungen sind den gleichen oder sich entsprechenden Abschnitten oder Elementen die gleichen Bezugszahlen zugewiesen, wobei ihre Erläuterung nicht wiederholt wird.
Es wird nun die Gesamtgestaltung eines Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. 1 zeigt die Gesamtgestaltung eines Hybridfahrzeugs 10, das als ein Beispiel eines Elektrofahrzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dargestellt wird. Wie aus 1 hervorgeht, weist das Hybridfahrzeug 10 eine Maschine 12, eine Differentialeinheit 20, ein Getriebe 30, eine Differentialgetriebevorrichtung 42 und Antriebsräder 44 auf. Das Hybridfahrzeug 10 weist zudem einen Wechselrichter 52, einen Wandler 54, eine Stromspeichervorrichtung 56 und ein Steuergerät 60 auf.
Die Maschine 12 ist eine Brennkraftmaschine, die Leistung erzeugt, indem sie Wärmeenergie, die durch Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, in kinetische Energie umwandelt, um ein Objekt, etwa einen Kolben oder einen Rotor, zu bewegen. Mit der Maschine 12 ist die Differentialeinheit 20 gekoppelt. Die Differentialeinheit 20 weist Motor-Generatoren, die vom Wechselrichter 52 angetrieben werden, und eine Leistungsverzweigungsvorrichtung auf, die die Leistungsabgabe der Maschine 12 auf ein mit dem Getriebe 30 verbundenes Getriebebauteil und einen der Motor-Generatoren verteilt. Die Gestaltung der Differentialeinheit 20 wird später beschrieben.
Das Getriebe 30 ist an die Differentialeinheit 20 gekoppelt und derart gestaltet, dass das Verhältnis (Übersetzungsverhältnis) der Drehzahl des mit der Differentialeinheit 20 verbundenen Getriebebauteils (einer Eingangswelle des Getriebes 30) und der Drehzahl einer mit der Differentialgetriebevorrichtung 42 verbundenen Antriebswelle (einer Ausgangswelle des Getriebes 30) geändert werden kann. Das Getriebe 30 ist ein Mehrganggetriebe, das zwei oder mehr Getriebepositionen hat, und das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 30 kann stufenweise geändert werden. Die Differentialgetriebevorrichtung 42 ist an die Ausgangswelle des Getriebes 30 gekoppelt und überträgt die vom Getriebe 30 gelieferte Kraft auf die Antriebsräder 44. Die Gestaltung des Getriebes 30 wird ebenfalls später beschrieben, und zwar zusammen mit der Differentialeinheit 20.
Der Wechselrichter 52 wird durch das Steuergerät 60 gesteuert und treibt die in der Differentialeinheit 20 enthaltenen Motor-Generatoren an. Der Wechselrichter 52 besteht aus Brückenschaltungen, die zum Beispiel jeweils Leistungshalbleiter-Schaltvorrichtungen für drei Phasen enthalten.
Der Wandler 54 ist elektrisch zwischen dem Wechselrichter 52 und der Stromspeichervorrichtung 56 angeschlossen. Der Wandler 54 wird von dem Steuergerät 60 gesteuert und regelt die Spannung, die dem Wechselrichter 52 zugeführt wird. Genauer gesagt hebt oder verstärkt der Wandler 54 die Spannung, die dem Wechselrichter 52 zugeführt wird, auf ein höheres Niveau als die Spannung der Stromspeichervorrichtung 56. Der Wandler 54 besteht zum Beispiel aus einer Verstärkungszerhackerschaltung mit Stromumkehr.
Die Stromspeichervorrichtung 56 ist eine wiederaufladbare Gleichstromversorgung und besteht typischerweise aus einer Sekundärbatterie, etwa einer Lithium-Ionen-Batterie oder einer Nickelhydrid-Batterie. Die Stromspeichervorrichtung 56 kann anstelle der Sekundärbatterie auch aus einem Stromspeicherelement wie einem elektrischen Doppelschichtkondensator bestehen.
Das Steuergerät 60 ist eine elektronische Steuerungseinheit, die eine Maschinen-ECU (ECU: elektronische Steuerungseinheit) 62, eine MG-ECU 64, eine Batterie-ECU 66, eine ECT-ECU 68 und eine HV-ECU 70 aufweist. Jede ECU weist eine CPU (Zentraleinheit), eine Speichervorrichtung, einen Eingabe-Ausgabe-Puffer usw. (die alle nicht gezeigt sind) auf und führt eine bestimmte Steuerung durch. Die von jeder ECU durchgeführte Steuerung ist nicht auf eine Verarbeitung durch Software beschränkt, sondern kann eine Verarbeitung durch eine gesonderte Hardware (elektronische Schaltung) sein.
Die Maschinen-ECU 62 erzeugt beruhend auf einem Maschinendrehmomentbefehl usw., der von der HV-ECU 70 empfangen wird, ein Drosselsignal, Zündsignal usw. zum Antreiben der Maschine 12 und gibt die so erzeugten Signale an die Maschine 12 aus.
Die MG-ECU 64 erzeugt beruhend auf einem Spannungsbefehlswert, der eine Sollspannung des Wandlers 54 (einen Sollwert der Eingangsspannung des Wechselrichters 52) angibt und von der HV-ECU 70 empfangen wird, ein Steuerungssignal zum Ansteuern des Wandlers 54. Die MG-ECU 64 gibt das so erzeugte Steuerungssignal dann an den Wandler 54 aus. Außerdem erzeugt die MG-ECU 64 beruhend auf einem Drehmomentbefehl usw. jedes in der Differentialeinheit 20 enthaltenen Motor-Generators, der von der HV-ECU 70 empfangen wird, ein Steuerungssignal zum Ansteuern des Wechselrichters 52. Die MG-ECU 64 gibt das so erzeugte Steuerungssignal dann an den Wechselrichter 52 aus.
Die Batterie-ECU 66 schätzt beruhend auf dem Strom und/oder der Spannung der Stromspeichervorrichtung 56 den Ladezustand der Stromspeichervorrichtung 56 ab (der durch einen SOC-Wert angegeben wird, der bezogen auf den vollgeladenen Zustand die derzeit darin gespeicherte Menge an Elektrizität oder elektrischen Strom in Prozenten darstellt) und gibt den Schätzwert an die HV-ECU 70 aus. Die ECT-ECU 68 erzeugt beruhend auf einem Drehmomentkapazitätsbefehl usw., der von der HV-ECU 70 empfangen wird, einen Hydraulikbefehlswert zum Steuern des Getriebes 30 und gibt den so erzeugten Hydraulikbefehlswert an das Getriebe 30 aus.
Die HV-ECU 70 empfängt Erfassungssignale verschiedener Sensoren und erzeugt verschiedene Befehle zum Steuern jeder Vorrichtung des Hybridfahrzeugs 10. Als Hauptbefehle erzeugt die HV-ECU 70 beruhend auf dem Betätigungsbetrag des Gaspedals, der Fahrzeuggeschwindigkeit usw. verschiedene Befehle, um das Fahrzeug fahren zu lassen, während sie die Maschine 12 und die Differentialeinheit 20 in gewünschte Zustände steuert, und sie erzeugt verschiedene Befehle, um das Getriebe 30 in einen gewünschten Gangwechselzustand zu steuern. Außerdem erzeugt die HV-ECU 70 einen Spannungsbefehlswert (eine Sollspannung), der einen Sollwert der Spannung angibt, die vom Wandler 54 geregelt und dem Wechselrichter 52 zugeführt wird.
2 ist eine Ansicht, die Hauptsignale und -befehle zeigt, die von dem in 1 gezeigten Steuergerät 60 empfangen und erzeugt werden. Wie aus 2 hervorgeht, empfängt die HV-ECU 70 ein Signal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs 10 erfasst, ein Signal von einem Gaspedalpositionssensor, der den Betätigungsbetrag des Gaspedals erfasst, und ein Signal von einem Maschinendrehzahlsensor, der die Drehzahl der Maschine 12 erfasst. Des Weiteren erfasst die HV-ECU 70 auch ein Signal von einem MG1-Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl eines Motor-Generators MG1 (der später beschrieben wird), der in der Differentialeinheit 20 enthalten ist, ein Signal von einem MG2-Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl eines Motor-Generators MG2 (der später beschrieben wird), der in der Differentialeinheit 20 enthalten ist, und ein Signal von einem Ausgangswellen-Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30.
Des Weiteren schließt die HV-ECU 70 auch ein Signal von einem Schmieröltemperatursensor, der die Temperatur des Schmieröls der Differentialeinheit 20 und des Getriebes 30 erfasst, ein Signal von einem Schaltpositionssensor, der eine Schaltposition erfasst, die mit einem Schalthebel gewählt wird (von ihm angegeben wird), und ein Signal von einem VH-Sensor ein, der die vom Wandler 54 geregelte Spannung VH (Eingangsspannung des Wechselrichters 52) erfasst. Des Weiteren empfängt die HV-ECU 70 ein Signal von der Batterie-ECU 66, das den SOC-Wert der Stromspeichervorrichtung 56 angibt.
Die HV-ECU 70 erzeugt dann beruhend auf den oben beschriebenen Signalen einen Maschinendrehmomentbefehlswert Ter, der einen Sollwert des Abtriebsdrehmoments der Maschine 12 anzeigt, und gibt den Befehlswert Ter an die Maschinen-ECU 62 aus. Außerdem erzeugt die HV-ECU 70 Drehmomentbefehlswerte Tgr, Tmr der Motor-Generatoren MG1, MG2 der Differentialeinheit 20 und gibt die Befehlswerte Tgr, Tmr an die MG-ECU 64 aus. Außerdem legt die HV-ECU 70 entsprechend einem vorbestimmten Schaltkennfeld eine Getriebeposition des Getriebes 30 fest und erzeugt einen Drehmomentkapazitätsbefehlswert Tcr zum Einrichten der Getriebeposition und gibt den Befehlswert Tcr an die ECT-ECU 68 aus.
Des Weiteren legt die HV-ECU 70 eine Sollspannung VHr fest, die einen Sollwert der vom Wandler 54 geregelten Spannung VH anzeigt, und gibt die Sollspannung VHr an die MG-ECU 64 aus. Genauer gesagt berechnet die HV-ECU 70 beruhend auf einem Ausgangswellendrehmoment der Differentialeinheit 20 (das einem Eingangswellendrehmoment des Getriebes 30 entspricht), das anhand des Maschinendrehmomentbefehlswerts Ter und der Drehmomentbefehlswerte Tgr, Tmr, der Motorgeneratoren MG1, MG2 berechnet werden kann, und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes 30 ein Ausgangswellendrehmoment des Getriebes 30. Dann legt die HV-ECU 70 unter Verwendung eines im Voraus erstellten Kennfelds oder Vergleichsausdrucks (oder von Vergleichsausdrücken) beruhend auf dem Ausgangswellendrehmoment des Getriebes 30 und der vom Ausgangswellen-Drehzahlsensor erfassten Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 die oben angegebene Sollspannung VHr fest. Die Art und Weise, wie die Sollspannung VHr festgelegt wird, wird später beschrieben.
Die Maschinen-ECU 62, die den Maschinendrehmomentbefehlswert Ter von der HV-ECU 70 empfängt, erzeugt das Drosselsignal, Zündsignal usw. zum Antreiben der Maschine 12 und gibt die Signale an die Maschine 12 aus. Die MG-ECU 64 erzeugt beruhend auf den von der HV-ECU 70 empfangenen Drehmomentbefehlswerten Tgr, Tmr Signale PWI1, PWI2 zum Antreiben der Motor-Generatoren MG1, MG2 mittels des Wechselrichters 52 und gibt die Signale an den Wechselrichter 52 aus. Außerdem erzeugt die MG-ECU 64 beruhend auf der von der HV-ECU 70 empfangenen Sollspannung VHr ein Signal PWC, um den Wandler 54 so zu steuern, dass die Spannung VH gleich dem Sollwert VHr wird, und gibt das Signal PWC an den Wandler 54 aus. Die ECT-ECU 68 erzeugt einen Hydraulikbefehlswert, der das Getriebe 30 dazu bringt, eine Drehmomentkapazität zu haben, die dem Drehmomentkapazitätsbefehlswert Tcr entspricht, und gibt den Befehlswert an das Getriebe 30 aus.
Gestaltung der Differentialeinheit und des Getriebes
3 zeigt die Gestaltung der Differentialeinheit 20 und des Getriebes 30, die in 1 gezeigt sind. In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Differentialeinheit 20 und das Getriebe 30 bezogen auf ihre Achsen symmetrisch gestaltet oder angeordnet, weswegen die unteren Hälften der Differentialeinheit 20 und des Getriebes 30 nicht in 3 dargestellt sind.
Wie aus 3 hervorgeht, weist die Differentialeinheit 20 die Motor-Generatoren MG1, MG2 und die Leistungsverzweigungsvorrichtung 24 auf. Jeder der Motor-Generatoren MG1, MG2 ist ein elektrischer Wechselstrommotor und liegt in der Form von zum Beispiel einem elektrischen Permanentmagnet-Synchronmotor vor, der einen Rotor hat, in dem Permanentmagnete eingebettet sind. Die Motor-Generatoren MG1, MG2 werden von dem Wechselrichter 52 angetrieben.
Die Leistungsverzweigungsvorrichtung 24 besteht aus einem Einzelritzel-Planetengetriebe und weist ein Sonnenrad S0, Ritzelräder P0, einen Träger CA0 und ein Hohlrad R0 auf. Der Träger CA0 ist an die Eingangswelle 22 oder die Ausgangswelle der Maschine 12 gekoppelt und er trägt die Ritzelräder P0 derart, dass die Räder P0 um sich selbst und die Achse des Planetengetriebes drehen können. Das Sonnenrad S0 ist an eine Drehwelle des Motor-Generators MG1 gekoppelt. Das Hohlrad R0 ist an das Getriebebauteil 26 gekoppelt und so gestaltet, dass es über die Ritzelräder P0 mit dem Sonnenrad S0 kämmt. An das Getriebebauteil 26 ist eine Drehwelle des Motor-Generators MG2 gekoppelt. Das Hohlrad R0 ist also auch an die Drehwelle des Motor-Generators MG2 gekoppelt.
Die Leistungsverzweigungsvorrichtung 24 fungiert als eine Differentialvorrichtung, wenn sich das Sonnenrad S0, der Träger CA0 und das Hohlrad R0 relativ zueinander drehen. Die jeweiligen Drehzahlen des Sonnenrads S0, des Trägers CA0 und des Hohlrads R0 sind, wie ein Nomogramm zeigt (siehe 4), mit einer Geraden verbunden. Aufgrund der Differentialfunktion der Leistungsverzweigungsvorrichtung 24 wird Leistung, die von der Maschine 12 erzeugt wird, auf das Sonnenrad S0 und das Hohlrad R0 verteilt. Der Motor-Generator MG1 arbeitet unter Verwendung der zum Sonnenrad S0 verteilten Leistung als ein Generator, und elektrischer Strom, der von dem Motor-Generator MG1 erzeugt wird, wird dem Motor-Generator MG2 zugeführt oder in der Stromspeichervorrichtung 56 (1) gespeichert. Der Motor-Generator MG1 erzeugt unter Verwendung der von der Leistungsverzweigungsvorrichtung 24 verzweigten Leistung elektrischen Strom, und der Motor-Generator MG2 wird unter Verwendung des vom Motor-Generator MG1 erzeugten elektrischen Stroms angetrieben. Auf diese Weise fungiert die Differentialeinheit 20 als ein stufenloses Getriebe.
Das Getriebe 30 weist Einzelritzel-Planetengetriebe 32, 34, Kupplungen C1–C3, Bremsen B1, B2 und einen Freilauf F1 auf. Das Planetengetriebe 32 weist ein Sonnenrad S1, Ritzelräder P1, einen Träger CA1 und ein Hohlrad R1 auf. Das Planetengetriebe 34 weist ein Sonnenrad S2, Ritzelräder P2, einen Träger CA2 und ein Hohlrad R2 auf.
Jede der Kupplungen C1–C3 und der Bremsen B1, B2 ist eine Reibschlussvorrichtung, die hydraulisch betätigt wird, und besteht aus einer nass laufenden Lamellenkupplung oder -bremse, in der eine Vielzahl von gestapelten Reibungsplattenlagen hydraulisch gepresst wird, oder einer Bandbremse, die um eine Außenumfangsfläche einer Drehtrommel ein Band herumgewickelt hat und betätigt werden kann, indem ein Ende des Bandes hydraulisch festgezogen wird, oder dergleichen. Der Freilauf F1 trägt den Träger CA1 und das Hohlrad R2, die aneinander gekoppelt sind, um ihnen zu erlauben, sich in einer Richtung zu drehen, und sie daran zu hindern, sich in der anderen Richtung zu drehen. Mit dieser Anordnung wird jede der Kupplungen C1–C3 und der Bremsen B1, B2 gezielt in Eingriff gebracht oder gelöst, sodass in dem Getriebe 30 aus einer Getriebeposition 1. Gang bis einer Getriebeposition 4. Gang und einer Getriebeposition Rückwärtsgang gezielt eine Getriebeposition ausgewählt wird. Wenn sich alle Eingriffsvorrichtungen der Kupplungen C1–C3 und Bremsen B1, B2 im gelösten Zustand befinden, kann ein neutraler Zustand (ein Zustand, in dem die Kraftübertragung abgeschnitten ist) ausgebildet werden.
Die Differentialeinheit 20 und das Getriebe 30 sind durch das Getriebebauteil 26 gekoppelt. Die mit dem Träger CA2 des Planetengetriebes 34 gekoppelte Ausgangswelle 36 ist an die Differentialgetriebevorrichtung 42 (1) gekoppelt.
4 ist ein Nomogramm der Leistungsverzweigungsvorrichtung 24, das Änderungen der Drehzahl zum Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 zeigt. Wie aus 4 hervorgeht, wird die Drehzahl V der Antriebswelle (der Ausgangswelle des Getriebes 30) durch die Drehung der Antriebsräder begrenzt, weswegen sich die Drehzahl V der Antriebswelle vor und nach dem Schalten (nach unten oder oben) kaum ändert. Dementsprechend nimmt die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes 30, und zwar die Drehzahl ωm des Motor-Generators MG2, zum Zeitpunkt des Herunterschaltens (wenn das Übersetzungsverhältnis zunimmt) zu, wie durch die Einpunkt-Strichellinie in 4 angegeben ist. Andererseits verringert sich die Drehzahl ωm des Motor-Generators MG2 zum Zeitpunkt des Hochschaltens (wenn sich das Übersetzungsverhältnis verringert), wie durch die Zweipunkt-Strichellinie in 4 angegeben ist.
Im Kraftübertragungsweg zwischen der Drehwelle des Motor-Generators MG2 und der Antriebswelle (den Antriebsrädern) ist das Getriebe 30 vorgesehen. In dem Hybridfahrzeug 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ändert sich der Betriebspunkt (die Drehzahl und das Drehmoment) des Motor-Generators MG2, wie oben beschrieben wurde, vor und nach dem Schalten des Getriebes 30 rasch (wie in 4 gezeigt ist, ändert sich der Betriebspunkt des Motor-Generators MG1 ebenfalls rasch). Falls die Sollspannung VHr der Spannung VH, die dem Wechselrichter 52 zugeführt wird, der die Motor-Generatoren MG1, MG2 antreibt, in diesem Fall beruhend auf den Betriebspunkten der Motor-Generatoren MG1, MG2 festgelegt wird, kann die Sollspannung VHr den raschen Änderungen der Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2 nicht folgen oder die Spannung VH kann nicht der Sollspannung VHr folgen. Infolgedessen können die Motor-Generatoren MG1, MG2 vorübergehend außer Stande sein, das gewünschte Drehmoment zu erzeugen, da die Spannung VH, die dem Wechselrichter 52 zugeführt wird, unzureichend ist, und das Fahrverhalten kann sich verschlechtern.
In dem Hybridfahrzeug 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Sollspannung VHr somit nicht beruhend auf den Betriebspunkten der Motor-Generatoren MG1, MG2 festgelegt, sondern beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle (Antriebswelle) des Getriebes 30. Somit können rasche Schwankungen der Sollspannung VHr aufgrund rascher Änderungen der Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2 im Zaum gehalten oder verringert werden, und die Sollspannung VHr kann auf einen Wert eingestellt werden, der eine Fahrlast widerspiegelt.
Die Sollspannung VHr wird auf einen Wert eingestellt, der höher ist, wenn das Drehmoment und die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 größer sind. 5 zeigt ein Beispiel, das im ersten Ausführungsbeispiel die Sollspannung VHr einstellt. In 5 gibt die horizontale Achse die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 an, und die vertikale Achse gibt das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 an. Das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 ist ein Befehlswert, der das Solldrehmoment darstellt, und es kann beruhend auf dem Ausgangswellendrehmoment der Differentialeinheit 20, das dem Eingangswellendrehmoment des Getriebes 30 entspricht, das anhand des Maschinendrehmomentbefehlswerts Ter und der Drehmomentbefehlswerte Tgr, Tmr der Motor-Generatoren MG1, MG2 berechnet wird, und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes 30 berechnet werden.
In 5 ist die Kurve k1 eine Niveaukurve, auf der die Sollspannung VHr auf zum Beispiel V1 eingestellt wird. Die Kurve k2 ist eine Niveaukurve, auf der die Sollspannung VHr auf zum Beispiel V2 eingestellt wird, wobei V2 größer als V1 ist. Die Kurve k3 ist eine Niveaukurve, auf der die Sollspannung VHr auf zum Beispiel V3 eingestellt wird, wobei V3 größer als V2 ist. Somit wird die Sollspannung VHr so eingestellt, dass sie höher ist, wenn das Drehmoment und die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 größer sind, sodass es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich ist, dass die Drehmomente der Motor-Generatoren MG1, MG2 und das der Ausgangswelle des Getriebes 30 unzureichend sind.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung eines Verfahrens nützlich ist, das die Sollspannung gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstellt. Wie aus 6 hervorgeht, berechnet die HV-ECU 70 (1, 2) das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 (Schritt S2). Wie oben beschrieben wurde, kann das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 beruhend auf dem Ausgangswellendrehmoment der Differentialeinheit 20, das anhand des Maschinendrehmomentbefehlswerts Ter und der Drehmomentbefehlswerte Tgr, Tmr der Motor-Generatoren MG1, MG2 berechnet wird, und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes 30 berechnet werden.
Die HV-ECU 70 erhält dann vom Ausgangswellen-Drehzahlsensor die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 (Schritt S4). Die HV-ECU 70 stellt dann unter Verwendung des in 5 gezeigten Zusammenhangs (Kennfeld oder Vergleichsausdruck) beruhend auf dem im Schritt S2 berechneten Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 und der im Schritt S4 erhaltenen Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 eine Sollspannung VHr ein.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Sollspannung VHr des Wandlers 54 im ersten Ausführungsbeispiel beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 festgelegt, weswegen rasche Schwankungen der Sollspannung VHr aufgrund rascher Änderungen der Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2 im Zaum gehalten oder verringert werden. Somit wird die Sollspannung VHr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel stabilisiert und es kann folglich eine Verschlechterung des Fahrverhaltens verringert werden.
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die Sollspannung VHr beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 festgelegt, weswegen sich der Wirkungsgrad eines elektrischen Systems, das von dem Wandler 54, dem Wechselrichter 52 und den Motor-Generatoren MG1, MG2 gebildet wird, verringern kann. Unter dem Gesichtspunkt eines effizienten Betriebs des elektrischen Systems ist es nämlich vorzuziehen, die Sollspannung VHr beruhend auf den Betriebspunkten der Motor-Generatoren MG1, MG2 festzulegen, die vom Wechselrichter 52 angetrieben werden, der die Spannung VH empfängt. Falls die Sollspannung jedoch beruhend auf allein den Betriebspunkten der Motor-Generatoren MG1, MG2 eingestellt wird, kann sich das Fahrverhalten, wie oben beschrieben wurde, aufgrund rascher Änderungen der Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2 verschlechtern.
Somit wird im zweiten Ausführungsbeispiel beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 eine erste Einstellspannung VH1 festgelegt, und es wird beruhend auf den Betriebspunkten der Motor-Generatoren MG1, MG2 eine zweite Einstellspannung VH2 festgelegt. Dann wird die Sollspannung VHr beruhend auf der ersten Einstellspannung HV1 und der zweiten Einstellspannung VH2 festgelegt. Es ist somit möglich, die Sollspannung VHr im Hinblick auf den Wirkungsgrad des elektrischen Systems einzustellen, während eine Verschlechterung des Fahrverhaltens im Zaum gehalten wird.
7 zeigt ein Beispiel, das beruhend auf Betriebsbedingungen des Motor-Generators MG2 die zweite Einstellspannung VH2 einstellt. In 7 gibt die vertikale Achse das Drehmoment des Motor-Generators MG2 an, und die horizontale Achse gibt die Drehzahl des Motor-Generators MG2 an. Die Kurve k5 gibt das maximale Drehmoment des Motor-Generators MG2 an.
In 7 ist die Kurve k6 eine Niveaukurve, auf der die zweite Einstellspannung VH2 auf V1 eingestellt wird. Die Kurve k7 ist eine Niveaukurve, auf der die zweite Einstellspannung VH2 auf V2 eingestellt wird, wobei V2 größer als V1 ist. Die Kurve k8 ist eine Niveaukurve, auf der die zweite Einstellspannung VH2 auf V3 eingestellt wird, wobei V3 größer als V2 ist. Die zweite Einstellspannung VH2 wird auf einen höheren Wert eingestellt, wenn das Drehmoment und die Drehzahl des Motor-Generators MG2 größer sind.
Tatsächlich wird die zweite Einstellspannung VH2 bezüglich des Motor-Generators MG1 auf ähnliche Weise ermittelt, und die größere der zweiten Einstellspannung VH2, die anhand des Betriebspunkts des Motor-Generators MG2 ermittelt wurde, und der zweiten Einstellspannung VH2, die anhand des Betriebspunkts des Motor-Generators MG1 ermittelt wurde, wird als die endgültige zweite Einstellspannung VH2 eingesetzt.
Die erste Einstellspannung VH1, die auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 beruht, wird beruhend auf dem in 5 gezeigten Zusammenhang im ersten Ausführungsbeispiel eingestellt. Dann wird die Sollspannung VHr beruhend auf der ersten Einstellspannung VH1 und der zweiten Einstellspannung VH2 gemäß der folgenden Gleichung berechnet. Sollspannung VHr = W × VH1 + (1 – W) × VH2 (1)
In dieser Gleichung ist W ein Gewichtungsfaktor, der einen Wert von 0 bis 1 annehmen kann, wobei der Gewichtungsfaktor W, wie in 8 gezeigt ist, auf einen größeren Wert eingestellt wird, wenn die Fahrlast des Fahrzeugs größer ist. Und zwar wird die Sollspannung VHr, wenn die Fahrlast groß ist, nahe an der ersten Einstellspannung VH1 eingestellt, die mit der Fahrlast verknüpft ist, um so die Benutzeranforderung zu erfüllen, das Fahrzeug bei einer hohen Last fahren zu lassen. Wenn die Fahrlast gering ist, wird die Sollspannung VHr andererseits entsprechend den Betriebsbedingungen der Motor-Generatoren MG1, MG2 nahe an der zweiten Einstellspannung VH2 eingestellt, wobei der Schwerpunkt auf den Wirkungsgrad des elektrischen Systems gelegt wird.
Was die Fahrlast betrifft, so kann die Höhe der Fahrlast beruhend auf zum Beispiel einem integrierten Beschleunigungswert der Beschleunigung/ Verzögerung, der Beschleunigung in der Seitwärtsrichtung oder dergleichen oder, wenn das Fahrzeug ein sequenzielles Schaltsystem hat, einem Schaltvorgang festgelegt werden.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung eines Verfahrens nützlich ist, das die Sollspannung VHr gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einstellt. Wie aus 9 hervorgeht, stellt die HV-ECU 70 (1, 2) unter Verwendung des in 5 angegebenen Zusammenhangs (Kennfeld oder Vergleichsausdruck) die erste Einstellspannung VH1 beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 ein (Schritt S10). Das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 kann wie oben beschrieben beruhend auf dem Ausgangswellendrehmoment der Differentialeinheit 20, das anhand des Maschinendrehmomentbefehlswerts Ter und der Drehmomentbefehlswerte Tgr, Tmr der Motor-Generatoren MG1, MG2 berechnet wird, und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes 30 berechnet werden. Außerdem wird vom Ausgangswellen-Drehzahlsensor die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 erhalten.
Die HV-ECU 70 stellt dann beruhend auf dem in 7 angegebenen Zusammenhang (Kennfeld oder Vergleichsausdruck) die zweite Einstellspannung VH2 beruhend auf den Betriebspunkten (Drehmomente und Drehzahlen) der Motor-Generatoren MG1, MG2 ein (Schritt S20).
Anschließend berechnet die HV-ECU 70 unter Verwendung des in 8 angegebenen Zusammenhangs (Kennfeld oder Vergleichsausdruck) den Gewichtungsfaktor W beruhend auf der Fahrlast des Hybridfahrzeugs 10 (Schritt S30). Die HV-ECU 70 berechnet dann unter Verwendung der Gewichtungsfunktion, die den Gewichtungsfaktor W beinhaltet und in der obigen Gleichung (1) angegeben ist, die Sollspannung VHr beruhend auf der im Schritt S10 eingestellten ersten Einstellspannung VH1 und der im Schritt S20 eingestellten zweiten Einstellspannung VH2 (Schritt S40).
Wie oben beschrieben wurde, wird die Sollspannung VHr gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel so festgelegt, dass sie die zweite Einstellspannung VH2 widerspiegelt, die auf den Betriebspunkten (Drehmomente und Drehzahlen) der Motor-Generatoren MG1, MG2 beruht. Daher kann die Sollspannung VHr im Hinblick auf den Wirkungsgrad des elektrischen Systems eingestellt werden.
Wenn die Fahrlast groß ist, wird die Sollspannung VHr gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nahe an der ersten Einstellspannung VH1 eingestellt, die mit dem Fahrmodus verknüpft ist, sodass die Benutzeranforderung erfüllt werden kann, das Fahrzeug bei einer hohen Last fahren zu lassen. Wenn die Fahrlast gering ist, wird die Sollspannung VHr andererseits entsprechend den Betriebsbedingungen der Motor-Generatoren MG1, MG2 nahe an der zweiten Einstellspannung VH2 eingestellt, sodass es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich ist, dass sich der Wirkungsgrad des elektrischen Systems verringert.
Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wenn die Fahrlast groß ist, wird die Sollspannung VHr in dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel nahe an der ersten Einstellspannung VH1 eingestellt, die auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 beruht. Da die Fahrlast in diesem Fall groß ist, können die erste Einstellspannung VH1 und auch die Sollspannung VHr hoch werden. Selbst wenn sich die Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2 zum Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 rasch ändern, ist es somit weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass es an den Motor-Generatoren MG1, MG2 zu einem Drehmomentmangel kommt.
Wenn die Fahrlast nicht groß ist, wird die Sollspannung VHr andererseits nahe an der zweiten Einstellspannung VH2 eingestellt, die auf den Betriebspunkten der Motor-Generatoren MG1, MG2 beruht. Falls sich die Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2 zum Zeitpunkt des Schaltens rasch ändern, kann an den Motor-Generatoren MG1, MG2 dementsprechend ein Drehmomentmangel auftreten. Wenn die Fahrlast nicht groß ist und erwartet wird, dass das Getriebe 30 bald hoch oder herunter geschaltet wird, wird die Sollspannung VHr somit im dritten Ausführungsbeispiel auf eine Spannung eingestellt, die im Voraus durch einen Versuch oder dergleichen abgeschätzt wurde. Somit wird die Möglichkeit eines Drehmomentmangels der Motor-Generatoren MG1, MG2 zum Zeitpunkt des Schaltens ausgeschlossen oder beseitigt.
10 zeigt ein Beispiel, das im dritten Ausführungsbeispiel beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 die erste Einstellspannung VH1 einstellt. In 10 sind zusätzlich zu den in 5 gezeigten Kurven k1–k3 Schaltlinien k11–k13, k21–k23 angegeben.
Die Schaltlinie k11 ist eine Hochschaltlinie, die den Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 vom ersten Gang zum zweiten Gang angibt. Die Schaltlinie k12 ist eine Hochschaltlinie, die den Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 vom zweiten Gang zum dritten Gang angibt. Die Schaltlinie k13 ist eine Hochschaltlinie, die den Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 vom dritten Gang zum vierten Gang angibt. Außerdem ist die Schaltlinie k21 eine Herunterschaltlinie, die den Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 vom zweiten Gang zum ersten Gang angibt. Die Schaltlinie k22 ist eine Herunterschaltlinie, die den Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 vom dritten Gang zum zweiten Gang angibt. Die Schaltlinie k23 ist eine Herunterschaltlinie, die den Zeitpunkt des Schaltens des Getriebes 30 vom vierten Gang zum dritten Gang angibt. Somit ist zwischen den Hochschalt- und Herunterschaltvorgängen eine Hysterese vorgesehen.
In dem Bereich (A) zwischen den Schaltlinien k11, k21, dem Bereich (B) zwischen den Schaltlinien k12, k22 und dem Bereich (C) zwischen den Schaltlinien k13, k23 wird die erste Einstellspannung VH1 jeweils auf eine andere Weise als bei der auf den Kurven k1–k3 usw. beruhenden Einstellung der Spannung auf eine Spannung eingestellt, die im Voraus durch einen Versuch oder dergleichen abgeschätzt wurde. Wenn das Drehmoment und die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 in einem der Bereiche (A), (B) und (C) enthalten sind, wird vorhergesagt, dass das Getriebe 30 bald hoch oder herunter schaltet, weswegen, wie oben beschrieben wurde, die vorläufig geschätzte Spannung als die erste Einstellspannung VH1 eingestellt wird.
Die Sollspannung VHr, die in jedem der Bereiche (A), (B) und (C) eingestellt wird, kann auf ein höheres Niveau eingestellt werden, wenn das Drehmoment der Ausgangswelle größer ist, und sie kann entsprechend den Abständen von der entsprechenden Herunterschaltlinie und Hochschaltlinie geändert werden. Außerdem kann die Einstellung der Sollspannung VHr abhängig davon geändert werden, ob sich der Punkt, der durch das Drehmoment und die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 festgelegt ist, der Herunterschaltlinie oder der Hochschaltlinie nähert. Wenn die Änderungsraten des Drehmoments und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 hoch sind, kann außerdem die Sollspannung VHr geändert werden, während das Drehmoment und die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 in einem Bereich außerhalb der Bereiche (A), (B) und (C) liegen.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung eines Verfahrens nützlich ist, das im dritten Ausführungsbeispiel die Sollspannung VHr einstellt. Wie aus 11 hervorgeht, enthält das Ablaufdiagramm zusätzlich zu den Schritten, die in dem in 9 gezeigten Ablaufdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt sind, zudem die Schritte S22–S28.
Und zwar stellt die HV-ECU 70, nachdem im Schritt S20 beruhend auf den Betriebspunkten (Drehmomenten und Drehzahlen) der Motor-Generatoren MG1, MG2 die zweite Einstellspannung VH2 eingestellt wurde, fest, ob das Hybridfahrzeug 10 bei einer hohen Last fährt (Schritt S22). Die Fahrlast wird beruhend auf einem integrierten Beschleunigungswert der Beschleunigung/Verzögerung oder der Beschleunigung in der Seitwärtsrichtung oder, wenn das Fahrzeug zum Beispiel ein sequenzielles Schaltsystem hat, einem Schaltvorgang usw. berechnet. Wenn die Fahrlast einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird festgestellt, dass das Fahrzeug bei einer hohen Last fährt.
Falls im Schritt S22 festgestellt wird, dass das Fahrzeug mit einer hohen Last fährt (JA im Schritt S22), fährt die Steuerung mit Schritt S30 fort, in dem der Gewichtungsfaktor W beruhend auf der Fahrlast berechnet wird. Wenn andererseits im Schritt S22 festgestellt wird, dass das Fahrzeug nicht bei einer hohen Last fährt (NEIN im Schritt S22), stellt die HV-ECU 70 fest, ob der Betriebspunkt (Drehmoment und Drehzahl) der Ausgangswelle des Getriebes 30 in einem der Schalthysteresebereiche (in 10 gezeigter Bereich (A), (B) oder (C)) enthalten ist (Schritt S24).
Falls im Schritt S24 festgestellt wird, dass der Betriebspunkt der Ausgangswelle des Getriebes 30 in einem der Schalthysteresebereiche enthalten ist (JA Schritt S24), legt die HV-ECU 70, wie oben beschrieben wurde, beruhend auf der im Voraus durch einen Versuch oder dergleichen abgeschätzten Spannung die erste Einstellspannung VH1 fest (Schritt S26). Dann stellt die HV-ECU 70 die Sollspannung VHr auf die größere der ersten Einstellspannung VH1 und der zweiten Einstellspannung VH2, die im Schritt S20 beruhend auf den Betriebspunkten (Drehmomente und Drehzahlen) der Motor-Generatoren MG1, MG2 ermittelt wurde, ein (Schritt S27).
Falls andererseits im Schritt S24 festgestellt wird, dass der Betriebspunkt der Ausgangswelle des Getriebes 30 außerhalb der Schalthysteresebereiche liegt (NEIN im Schritt S24), stellt die HV-ECU 70 die Sollspannung VHr auf die zweite Einstellspannung VH2 ein, die auf den Betriebspunkten (Drehmomenten und Drehzahlen) der Motor-Generatoren MG1, MG2 beruht (Schritt S28).
Wenn im dritten Ausführungsbeispiel vorausgesagt wird, dass das Getriebe 30 bald hoch oder herunter geschaltet wird, wird die Sollspannung VHr, wie oben beschrieben wurde, beruhend auf der Einstellspannung festgelegt, die im Voraus erstellt wurde. Infolgedessen werden rasche Schwankungen der Sollspannung VHr aufgrund rascher Änderungen der Betriebspunkte der Motor-Generatoren MG1, MG2, die durch das Schalten hervorgerufen werden, unterdrückt oder verringert. Somit wird die Sollspannung VHr gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt des Schaltens stabilisiert, und es kann folglich eine Verschlechterung des Fahrverhaltens zum Zeitpunkt des Schaltens im Zaum gehalten oder verringert werden.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird die Sollspannung VHr oder die erste Einstellspannung VH1 beruhend auf dem Drehmoment und der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 festgelegt. Allerdings kann als Zustandsgröße, die mit dem Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes 30 verknüpft ist, anstelle des Drehmoments der Ausgangswelle des Getriebes 30 die Antriebskraft des Fahrzeugs (die ein Befehlswert oder ein tatsächlicher Wert sein kann), ein Gaspedalhub oder -winkel oder dergleichen verwendet werden. Außerdem kann als Zustandsgröße, die mit der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 verknüpft ist, anstelle der Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 30 die Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen verwendet werden.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist als ein Beispiel des Elektrofahrzeugs das Hybridfahrzeug 10 beschrieben worden, das die Maschine 12 und die Differentialeinheit 20 aufweist, die die zwei Motor-Generatoren MG1, MG2 enthält. Allerdings ist das Elektrofahrzeug, bei dem diese Erfindung Anwendung findet, nicht auf das Hybridfahrzeug beschränkt, das wie oben beschrieben aufgebaut ist. Zum Beispiel kann der Motor-Generator MG2 mit der Ausgangswelle des Getriebes 30 verbunden sein. Des Weiteren schließt das Elektrofahrzeug, bei dem die Erfindung Anwendung findet, ein Elektroauto ein, in dem keine Maschine eingebaut ist. Und zwar schließen die erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuge Fahrzeuge im Allgemeinen ein, die jeweils ein elektrisches System mit einem Wandler, einem Stromrichter und einem Motor (oder Motoren) und ein Getriebe umfassen, das in einem Kraftübertragungsweg vorgesehen ist.
In der obigen Beschreibung entspricht mindestens einer der Motor-Generatoren MG1, MG2 einem erfindungsgemäßen Beispiel des "Elektromotors", und der Wechselrichter 52 entspricht einem erfindungsgemäßen Beispiel der "Antriebseinheit".
Die hier offenbarten Ausführungsbeispiele sollen bei Bedarf kombiniert und implementiert werden können. Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausführungsbeispiele in allen Aspekten exemplarisch und nicht beschränkend sind. Der Schutzumfang der Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung der Ausführungsbeispiele bestimmt, sondern ist durch die beigefügten Ansprüche definiert und soll sämtliche Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung einschließen, der durch die Ansprüche und die Bedeutung und Reichweite ihrer Äquivalente definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2003/015254 A1 [0002]
WO 03/015254 A1 [0003]

Claims

Elektrofahrzeug, mit: einem Elektromotor (MG1, MG2); einem Getriebe (30), das in einem Kraftübertragungsweg zwischen einer Drehwelle des Elektromotors (MG1, MG2) und Antriebesrädern (44) des Elektrofahrzeugs (10) angeordnet ist; einer Antriebseinheit (52), die so gestaltet ist, dass sie den Elektromotor (MG1, MG2) antreibt; einem Wandler (54), der so gestaltet ist, dass er eine Spannung regelt, die der Antriebseinheit (52) zugeführt wird; und einer elektronischen Steuerungseinheit (60), die so gestaltet ist, dass sie (i) den Wandler (54) steuert und (ii) die vom Wandler (54) geregelte Spannung beruhend auf einer ersten Zustandsgröße, die mit dem Drehmoment einer Ausgangswelle des Getriebes (30) verknüpft ist, und einer zweiten Zustandsgröße, die mit einer Drehzahl der Ausgangswelle verknüpft ist, festlegt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie die vom Wandler (54) geregelte Spannung auf ein höheres Niveau einstellt, wenn ein Wert der ersten Zustandsgröße größer ist.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie die vom Wandler (54) geregelte Spannung auf ein höheres Niveau einstellt, wenn ein Wert der zweiten Zustandsgröße größer ist.
Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie (i) beruhend auf der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße eine erste Spannung festlegt, die einen Sollwert der Spannung angibt, (ii) beruhend auf einem Betriebspunkt des Elektromotors (MG1, MG2) eine zweite Spannung festlegt, die den Sollwert angibt, (iii) beruhend auf der ersten Spannung und der zweiten Spannung eine Sollspannung festlegt und (iv) den Wandler (54) derart steuert, dass die Spannung gleich dem Sollwert wird.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 4, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie die Sollspannung derart festlegt, dass die Sollspannung näher an die erste Spannung rückt, wenn eine Fahrlast des Elektrofahrzeugs (10) größer ist.
Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie (i) beruhend auf der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße eine erste Spannung festlegt, die einen Sollwert der Spannung angibt, (ii) beruhend auf einem Betriebspunkt des Elektromotors (MG1, MG2) eine zweite Spannung festlegt, die den Sollwert angibt, (iii) eine dritte Spannung festlegt, die den Sollwert angibt, indem sie der ersten Spannung und der zweiten Spannung vorbestimmte Gewichte gibt, (iv) beruhend auf der dritten Spannung eine Sollspannung festlegt und (v) den Wandler (54) derart steuert, dass die Spannung gleich der Sollspannung wird.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 6, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie die Gewichte derart einstellt, dass die dritte Spannung gleich einem Wert wird, der näher an der ersten Spannung liegt, wenn eine Fahrlast des Elektrofahrzeugs (10) größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, und die dritte Spannung gleich einem Wert wird, der näher an der zweiten Spannung liegt, wenn die Fahrlast kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Getriebe (30) ein Mehrganggetriebe ist, das eine Vielzahl von Getriebepositionen hat; zwischen einer ersten Schaltlinie und einer zweiten Schaltlinie eine Hysterese vorgesehen ist, wobei die erste Schaltlinie ein Hochschalten des Mehrganggetriebes von einer Getriebeposition erster Gang zu einer Getriebeposition zweiter Gang angibt und die zweite Schaltlinie ein Herunterschalten des Mehrganggetriebes von der Getriebeposition zweiter Gang zur Getriebeposition erster Gang angibt; und die elektronische Steuerungseinheit (60) so gestaltet ist, dass sie beruhend auf einer Einstellspannung, die im Voraus erstellt wurde, eine vom Wandler (54) geregelte Sollspannung festlegt, wenn die erste Zustandsgröße und die zweite Zustandsgröße in einem Bereich der Hysterese enthalten sind.
Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Zustandsgröße entweder das Drehmoment der Ausgangswelle des Getriebes (30), die Fahrzeugantriebskraft oder einen Gaspedalhub einschließt; und die zweite Zustandsgröße entweder eine Drehzahl der Ausgangswelle oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit einschließt.