DE19818108B4

DE19818108B4 - Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE19818108B4
Application number: DE19818108A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Fuji Sumi
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: DE19818108A1; JP3354074B2; US6054776A; JPH10304513A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Elektromotor (2), der sowohl als Motor als auch als Generator dient, einem Transmissionsgetriebe (4), einem Differentialgetriebe (3), das über eine erste Welle (31) mit dem Verbrennungsmotor (1), über eine zweite Welle (32) mit dem Elektromotor (2) und über eine dritte Welle (33) mit dem Transmissionsgetriebe (4) gekoppelt ist, einer Kupplung (36) zwischen zwei der drei Wellen (31, 32, 33), wobei die Kupplung (36) ermöglicht, daß die drei Wellen (31, 32, 33) in einer differentiellen Art im ausgekuppelten Zustand rotieren, während sie im eingekuppelten Zustand in einer integrierten Art rotieren, einem Sensor (8) für die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) und einem Sensor (9) für die Drehzahl des Elektromotors (2), wobei Mittel zum Steuern eines Wechsels des Kupplungszustands der Kupplung (36) und Mittel zum Steuern des Drehmoments des Elektromotors (2) vorgesehen sind, gekennzeichnet durch Einstellen (S4) einer Zieldrehzahl (N_ET) auf den Wert...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Steuervorrichtung für ein Hybridfahrzeug ist zum Beispiel in der JP 08-135762 A beschrieben. Hierbei ist eine Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors mit dem Sonnenrad eines Planetengetriebes als Untersetzungseinrichtung verbunden, eine Abtriebswelle eines auch als Generator dienenden Elektromotors mit dem Hohlrad verbunden und eine Direktkupplung als Kupplungsvorrichtung zwischen das Sonnenrad und das Hohlrad geschaltet, um auf diese Weise ein Hybridfahrzeug zu bilden, so daß man ein vorbestimmtes Anfahrmoment erhält, indem zum Zeitpunkt des Anfahrens des Hybridfahrzeugs eine vom Elektromotor erzeugte Bremskraft zur Leistung des Verbrennungsmotors addiert wird.
Wird entsprechend der Darstellung in 29 hierbei das Fahrzeug in einem Steuermodus beim Starten zu einem Zeitpunkt t0 angehalten und mit einem Wählhebel der D-Bereich gewählt, und steht gleichzeitig der Öffnungsgrad einer Drosselklappe bei einem Leerlaufdrosselklappenwinkel Θidl, wie bei (a) in 29 dargestellt, wird im Ergebnis die Verbrennungsmotordrehzahl Ne eine Leerlaufdrehzahl Nidl und außerdem der Elektromotor einen Leerlaufzustand einhalten, wie bei (e) in 29 dargestellt.
Aus diesem Zustand heraus wird, wenn zu einem Zeitpunkt t1 das Gaspedal betätigt wird, eine Vorwärtskupplung des Transmissionsgetriebes eingerückt, so daß das Transmissionsgetriebe einen vorwärtsgerichteten Kraftübertragungszustand einnimmt; da jedoch die Massenträgheit des Fahrzeugs auf die Ausgangswelle des Transmissionsgetriebes übertragen wird, wird die Drehzahl No der Ausgangswelle auf Null gehalten, wie bei (c) in 29 dargestellt.
Zu dieser Zeit dreht der Elektromotor in negativer Richtung und nimmt, wie bei (e) in 29 gezeigt, einen Energierückgewinnungszustand ein, während er ein Bremsmoment Tel erzeugt.
Auf der anderen Seite wird die Verbrennungsmotordrehzahl Ne mittels Bezugnahme auf ein Zieldrehzahlkennfeld auf der Basis des aktuellen Drosselklappenöffnungswinkels θm auf eine Zieldrehzahl Ne* eingestellt, so daß bei Erreichen mindestens eines vorbestimmten Drosselklappenöffnungswinkels die Zieldrehzahl Ne* konstant wird, welche einer Abwürgdrehzahl eines Drehmomentwandlers angenähert wird, und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne wird entsprechend der Darstellung bei (b) in 29 so gesteuert, daß sie der Zieldrehzahl Ne* entspricht.
Zu dieser Zeit werden der Energierückgewinnungsmodus, in dem der Elektromotor als Generator betrieben wird, fortgesetzt und das Bremsmoment erzeugt, und dieses Bremsmoment wird geregelt, so daß die Verbrennungsmotorzieldrehzahl Ne* eingehalten wird.
Mittels dieser Regelung wird das Ausgangsdrehmoment von einem Planetenradträger auf das Transmissionsgetriebe übertragen, und die Abtriebswellendrehzahl No wird schrittweise erhöht, wie bei (c) in 29 gezeigt, und das Fahrzeug setzt sich in Bewegung.
Danach geht der Elektromotor zum Zeitpunkt t2, wenn die Drehzahl Nm1 des Elektromotors den Wert ”0” erreicht, vom Energierückgewinnungszustand in den Antriebszustand über, wie bei (e) in 29 gezeigt. Anschließend wird die Elektromotordrehzahl Nm1 erhöht, während die Verbrennungsmotorzieldrehzahl Ne* beibehalten wird, und dementsprechend wird auch die Abtriebswellendrehzahl No erhöht.
Dann wird zu einem Zeitpunkt t3, wenn die Ausgangswellendrehzahl No einen Eingriffssollwert NeL bzw. einen höheren Wert erreicht, ein Kupplungssignal ausgegeben, und die Direktkupplung nimmt einen gekuppelten Zustand ein. Zur gleichen Zeit geht der Elektromotor in einen Nichtantriebsmodus über und nimmt einen Leerlaufzustand ein, und die Drehzahl der Welle des Verbrennungsmotors wird so, wie sie ist, auf die Abtriebswelle übertragen.
Jedoch wird in der entsprechenden Steuereinrichtung des Hybridfahrzeugs zur gleichen Zeit, da der Drosselklappenöffnungswinkel reduziert wird, die Zieldrehzahl des Verbrennungsmotors Ne* in Bezug auf den Drosselklappenöffnungsgrad auf ein vorgegebenes Zieldrehzahlkennfeld des Verbrennungsmotors eingestellt und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne erhöht, so daß die Zieldrehzahl Ne* des Verbrennungsmotors beibehalten werden kann. Folglich wird die Differenz zwischen den Drehzahlen des Elektromotors und des Verbrennungsmotors extrem groß, und zum Zeitpunkt des Einkuppelns der Direktkupplung, nachdem die Abtriebswellendrehzahl No den Eingriffssollwert NeL erreicht hat, wird die Direktkupplung gekuppelt, während die hohe Drehzahldifferenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl Ne und der Elektromotordrehzahl Nm1 bleibt. Daher existiert das Problem eines heftigen Kupplungsstoßes.
Darüber hinaus existiert ein weiteres Problem, wenn zur Vermeidung des Kupplungsstoßes das Einkuppeln der Direktkupplung verzögert wird, bis die Drehzahldifferenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl Ne und der Elektromotordrehzahl Nm1 gleich Null wird, nämlich das Problem, dass die Betriebszeit des Elektromotors lang und der Einsatz eines Elektromotors mit hoher Nennleistungskapazität notwendig wird.
Da außerdem die Notwendigkeit besteht, in der Anfangsphase des Fahrzeugstarts sowohl die Verbrennungsmotordrehzahl als auch die Elektromotordrehzahl zu ändern, entsteht das weitere Problem, daß der Großteil des vom Verbrennungsmotor und dem Elektromotor erzeugten Drehmoments zur Beschleunigung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors verbraucht wird und damit das Drehmoment zur Beschleunigung des Fahrzeugs verringert und die Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs unmittelbar nach dem Anfahren herabgesetzt wird.
Aus EP 0 710 787 A2 ist eine Steuereinrichtung für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor/Generator bekannt, deren Ausgangswellen an zugeordnete Eingangswellen eines Differentialgetriebes gekoppelt und zudem durch eine Kupplung auch miteinander koppelbar sind. Die Kupplung wird betätigt, wenn die Drehzahl an der Ausgangswelle des Differentialgetriebes einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dadurch werden die beiden Eingangswellen des Differentialgetriebes fest miteinander verbunden, und die Ausgangswelle des Differentialgetriebes ist direkt mit den Motoren gekoppelt. Ferner wird beim Anfahren des Hybridfahrzeugs die Drosselklappe aus einer Leerlaufstellung auf eine der Stellung des Gaspedals entsprechende Stellung geöffnet und in Reaktion darauf eine der letztgenannten Stellung entsprechende Zieldrehzahl für den Verbrennungsmotor eingestellt. Die Steuerung des Elektromotors/Generators erfolgt derart, dass der Verbrennungsmotor die Zieldrehzahl hält. Damit beschreibt die EP 0 710 787 A2 , die Drehzahl des Verbrennungsmotors konstant mithilfe des Elektromotors/Generators zu steuern.
Bei der aus der EP 0 710 787 A2 bekannten Steuereinrichtung kommt es zu einem Kupplungsstoß beim Anfahren, da die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors/Generators beim Zusammenkuppeln über die Kupplung zu einem Zeitpunkt verschieden sind. Zudem vergeht bis zum Einkuppeln viel Zeit, da der Elektromotor/Generator zunächst eine der Drehzahl des Verbrennungsmotors vergleichbare Drehzahl erreichen muß, um den Kupplungsstoß auf einen tragbaren Rahmen zu beschränken. Infolge der langen Betriebszeit des Elektromotors/Generators ist dieser mit hoher Nennleistungskapazität auszulegen.
Aus DE 196 31 123 A1 ist ein Steuerungssystem für eine Fahrzeugantriebseinheit bekannt, die einen Verbrennungsmotor, einen als Motor und Generator wirkenden Motor/Generator und ein mit beiden Motoren gekoppeltes Planetengetriebe umfasst. Im Leistungsbetrieb ist die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors mit der Ausgangswelle des Motors/Generators über eine Kupplung koppelbar, wenn die Drehzahldifferenz einen vorbestimmten Wert unterschreitet, um die Betriebsart entweder auf den parallelen Hybridbetrieb oder den Verbrennungsmotorbetrieb umzuschalten.
Ausgehend von der EP 0 710 787 A2 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das auch mit einem Elektromotor geringer Nennleistungskapazität Kupplungsstöße vermeidet.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch kann auch die Zeit soweit wie möglich verringert werden, bis das Einkuppeln der Kupplung ab dem Starten des Hybridfahrzeugs abgeschlossen ist, um eine geringe Nennleistung des Elektromotors zu erzielen. Außerdem läßt sich die Beschleunigungsleistung unmittelbar nach dem Anfahren verbessern.
Gemäß einem ersten Aspekt wird beim Starten der Elektromotor als Generator betrieben, um ein Bremsmoment zu erzeugen, damit die Verbrennungsmotordrehzahl eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl einhält, um dadurch die Drehzahldifferenz zwischen Verbrennungs- und Elektromotor auf einen kleinen Wert zu drücken. Darüber hinaus kann das Auftreten des Kupplungsstoßes auf sichere Weise verhindert werden, da die Kupplung so ausgelegt ist, daß sie den gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehzahlen der ersten mit der Verbrennungsmotorwelle verbundenen Differentialwelle, der zweiten mit der Elektroantriebswelle verbundenen Differentialwelle und der dritten Welle, welche die Abtriebswelle des Transmissionsgetriebes bildet, miteinander übereinstimmen, und gleichzeitig kann die Betriebszeit des Elektromotors kurz gehalten werden, so dass der Elektroantrieb klein ausfallen kann. Außerdem wird, da die Verbrennungsmotordrehzahl bei einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl gehalten wird, das zur Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl verbrauchte Drehmoment abgeschwächt, und dieser abgeschwächte Drehmomentwert kann auf das Differentialgetriebe übertragen werden, so daß die Beschleunigungsleistung gleich nach dem Starten des Fahrzeugs verbessert werden kann.
Auch in einem zweiten Aspekt setzt eine Elektroantriebs-Steuereinrichtung die Leerlaufdrehzahl als Zieldrehzahl und steuert das Drehmoment des Elektromotors so, daß die Zieldrehzahl eingehalten wird, und die Kupplungssteuereinrichtung steuert die Kupplung zur Einnahme des gekuppelten Zustands, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl höher ist als die Drehzahl des Elektromotors, so daß eine ähnliche Wirkung wie beim ersten Aspekt erreicht werden kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Steuereinrichtung.
2 zeigt schematisch ein Beispiel eines parallelen Hybridsystems, das bei der Ausführungsform von 1 anwendbar ist.
3 zeigt ein Hebeldiagramm des Differentialgetriebes von 2.
4 zeigt ein Flußdiagramm eines Beispiels einer Anfahrsteuerung bei einer Elektromotor-Steuerung in der Ausführungsform von 1.
5 zeigt ein Zeitdiagramm mit der Darstellung eines Simulationsergebnisses bei einem Schnellstart des Hybridfahrzeugs auf ebenem Grund.
6 zeigt ein Zeitdiagramm mit der Darstellung eines Simulationsergebnisses bei einem Langsamstart des Hybridfahrzeugs auf ebenem Grund.
7 zeigt ein Zeitdiagramm mit der Darstellung eines Simulationsergebnisses bei einem Schnellstart des Hybridfahrzeugs auf einem Anstieg.
8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit der Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels für einer Anfahrsteuerung bei einer Elektromotor-Steuerung in der zweiten Ausführungsform.
10 zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung einer Betriebsart zur Stromerzeugung im Park- bzw. Neutralbereich bei der zweiten Ausführungsform.
11 zeigt ein Hebeldiagramm in bezug auf 10.
12 zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung einer Betriebsart mit Stromerzeugung bei Leerlauf im Fahrbereich bei der zweiten Ausführungsform.
13 zeigt ein Hebeldiagramm in bezug auf 12.
14 zeigt schematisch ein Differentialgetriebe mit der Darstellung einer Variante der ersten und zweiten Ausführungsform.
15 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels für ein Bremsprogramm mit Energierückgewinnung bei der dritten Ausführungsform.
17. zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung einer Betriebsart der Energierückgewinnung bei der dritten Ausführungsform.
18 zeigt ein Hebeldiagramm in bezug auf 17.
19 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit der Darstellung einer vierten Ausführungsform.
20 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels für ein Steuerprogramm zur Drehmomentunterstützung bei der vierten Ausführungsform.
21 zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung einer Betriebsart mit Drehmomentunterstützung bei der vierten Ausführungsform.
22 zeigt ein Hebeldiagramm in bezug auf 21.
23 zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung einer Betriebsart mit Verbrennungsmotorstart bei der fünften Ausführungsform.
24 zeigt ein Hebeldiagramm in bezug auf 23.
25 zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung einer Anfahrbetriebsart beim Verbrennungsmotorstart bei der fünften Ausführungsform.
26 ist ein Hebeldiagramm in bezug auf 25.
27 zeigt ein Erläuterungsschema mit der Darstellung eines Rückrollsicherungsbetriebs bei Anfahren am Berg bei einer sechsten Ausführungsform.
28 zeigt ein Hebeldiagramm in bezug auf 27.
29 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Betriebs nach bekanntem Stand der Technik.
Gemäß 1 umfaßt ein Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor 1 und einen Elektromotor 2, bei dem es sich um einen Drehstrom-Induktionsmotor/-generator handelt und der dementsprechend als Generator oder Motor betrieben wird. Der Verbrennungsmotor 1 und der Elektromotor 2 sind mit einer ersten Welle 31 bzw. einer zweiten Welle 32 mit der Eingangsseite eines Differentialgetriebes 3 verbunden, während eine dritte Welle 33 an der Ausgangsseite des Differentialgetriebes 3 mit der Eingangsseite eines Transmissionsgetriebes 4, etwa eines Drehmomentwandlers verbunden ist. Die Ausgangsseite des Transmissionsgetriebes 4 ist über eine nicht dargestellte Enduntersetzungsvorrichtung mit einem Antriebsrad 5 verbunden.
Der Verbrennungsmotor 1 wird von einer Steuereinrichtung EC gesteuert, während der Elektromotor 2 wie in 2 dargestellt einen Ständer 2S und einen Läufer 2R umfaßt und wie in 1 dargestellt ist von einem Steuerkreis 7 gesteuert wird, der an eine Speicherbatterie 6 angeschlossen ist, die aus einer aufladbaren Batterie bzw. einem aufladbaren Kondensator besteht.
Gemäß 1 besteht der Steuerkreis 7 aus einem an die Speicherbatterie 6 angeschlossenen Zerhacker 7a und einem Wechselrichter 7b, der zwischen dem Zerhacker 7a und dem Elektromotor 2 geschaltet ist und beispielsweise sechs Thyristoren zur Umwandlung von Gleichstrom in Drehstrom enthält. Der Zerhacker 7a wird mit einem Betriebssteuersignal DS von einer Steuerung 12 versorgt, und der Zerhacker 7a liefert ein Zerhackersignal mit einer relativen Einschaltdauer, die dem Betriebssteuersignal DS entspricht, an den Wechselrichter 7b. Der Wechselrichter 7b steuert den Elektromotor 2 aufgrund eines Winkelpositionserkennungssignals eines Positionssensors 7c, der die Winkelposition des Läufers des Elektromotors 2 erkennt, in dem ein Gatesteuersignal jedes Thyristors des Wechselrichters 7b so gebildet wird, daß der Wechselrichter 7b den Dreiphasenstrom zum Antrieb des Elektromotors 2 mit einer mit der Drehung synchronisierten Frequenz erzeugt, so daß der Elektromotor 2 bei Vorwärtsdrehung als Motor und bei Rückwärtsdrehung als Generator betrieben wird.
Das Differentialgetriebe 3 umfaßt entsprechend der Darstellung in 2 ein Planetengetriebe 35 mit einem Sonnenrad S, mehreren äquidistanten Planetenrädern P, die am Außenumfang in das Sonnenrad S eingreifen, einen die Planetenräder P tragenden Planetenradträger CR sowie ein Hohlrad R, das außenseitig an den Planetenrädern P angreift. Das Hohlrad R ist über die erste Welle 31 mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 1 verbunden, das Sonnenrad S ist mit einer Abtriebswelle verbunden, die über die zweite Welle 32 mit dem Läufer 2R des Elektromotors 2 verbunden ist, und der Planetenradträger CR ist über die dritte Welle 33 mit einer Eingangsseite des Transmissionsgetriebes 4 verbunden, und zwischen die erste Welle 31 und die zweite Welle 32 ist eine direkt kuppelnde Kupplung 36 geschaltet, die den Kupplungszustand zwischen diesen steuert.
Die Kupplung 36 besteht beispielsweise aus einer Mehrscheibenkupplung im Ölbad, und wenn das Steuersignal CS zu einem Elektromagneten 36a eines Magnetventils (nicht abgebildet), das ein Zylinderteil mit Ölleitungsdruck beaufschlagt bzw. entlastet, niedrigen Pegel besitzt, wird die Direktkupplung 36 so gesteuert, daß sie einen ungekuppelten Zustand einnimmt, bei dem die erste Welle 31 und die zweite Welle 32 entkuppelt sind, und wenn das Steuersignal CS hoch ist, wird sie so gesteuert, daß sie einen gekuppelten Zustand einnimmt, bei dem die erste Welle 31 und die zweite Welle 32 gekuppelt sind.
Ferner erfolgt die Steuerung des Transmissionsgetriebes 4 wie in 1 dargestellt ist durch eine Steuerung TC nach dem Ganguntersetzungsverhältnis eines ersten bis vierten Ganges, das unter Bezugnahme auf ein auf der Basis von Fahrgeschwindigkeit und Drosselklappenöffnungswinkel vorprogrammiertes Transmissionsgetriebesteuerkennfeld festgelegt ist.
Der Verbrennungsmotor 1 und der Elektromotor 2 sind mit einem entsprechenden Drehzahlsensor 8 bzw. 9 zur Erkennung der Drehzahlen ihrer Ausgangswellen ausgestattet. Des weiteren gibt es einen Sperrschalter 10 zur Ausgabe eines Bereichssignals, das dem mit dem Wählhebel gewählten Gangbereich entspricht, sowie einen Drosselklappenöffnungssensor 11 zur Erkennung des Drosselklappenöffnungswinkels, der mit dem Gaspedalbetätigungsweg korrespondiert. Die Drehzahlwerte N_E und N_MG der Drehzahlsensoren 8 und 9 und das Bereichssignal RS des Sperrschalters 10 sowie der Drosselklappenöffnungswert TH des Drosselklappenöffnungssensors 11 werden zum Steuern des Elektromotors 2 und der Kupplung 36 an die Steuerung 12 gegeben.
Die Steuerung 12 besteht aus einem Mikrocomputer 12e, der mindestens einen eingangsseitigen Schnittstellenschaltkreis 12a, einen Rechenprozessor 12b, einen Speicher 12c und einen ausgangsseitigen Schnittstellenschaltkreis 12d umfaßt.
Der Schnittstellenschaltkreis 12a wird mit dem Drehzahlwert N_E des Drehzahlsensors 8, dem Drehzahlwert N_MG des Drehzahlsensors 9, dem Bereichssignal RS des Sperrschalters 10 und dem Drosselklappenöffnungswert TH des Drosselklappenöffnungssensors 11 versorgt.
Der Rechenprozessor 12b geht in Betrieb, wenn beispielsweise ein (nicht dargestellter) Schlüsselschalter betätigt und eine vorbestimmte Stromversorgung eingeschaltet werden, und zunächst wird er initialisiert und schaltet ein Antriebssteuersignal MS und ein Stromerzeugungssteuersignal GS und gleichzeitig auch ein Kupplungssteuersignal CS aus. Danach, spätestens zum Zeitpunkt des Startens des Hybridfahrzeugs, wird ein später im Zusammenhang mit 3 beschriebener Rechenprozeß auf der Grundlage der Drehzahlwerte N_E und N_MG, Bereichssignal RS und Drosselklappenöffnungswert TH aktiviert, und der Elektromotor 2 und die Kupplung 36 werden gesteuert.
Der Speicher 12c speichert zuvor ein Verarbeitungsprogramm, das vom Rechenprozessor 12b für die Rechenvorgänge benötigt wird, und gleichzeitig speichert er verschiedene Daten, die im Rechenprozeß vom Rechenprozessor 12b benötigt werden.
Der Schnittstellenschaltkreis 12d liefert das Antriebssteuersignal MS und das Stromerzeugungssteuersignal GS sowie das Kupplungssteuersignal CS, die das Ergebnis der Rechenoperation sind, an den Steuerkreis 7 und den Elektromagneten 36a.
Im Rechenprozessor 12b wird nach Beendigung des obengenannten Initialisierungsvorgangs beispielsweise das Anfahrsteuerprogramm von 4 ausgeführt.
In diesem Anfahrsteuerprogramm wird zunächst in Schritt S1 ein Bereichssignal RS des Sperrschalters 10 gelesen, und dann wird in Schritt S2 entschieden, ob das Bereichssignal RS im Fahrbereich D ist oder nicht. Wenn es im Parkbereich P oder im Neutralbereich N außerhalb des Fahrbereichs D ist, erfolgt Rückkehr zu Schritt S1, und wenn der Fahrbereich D gewählt wird, fährt das Programm mit Schritt S3 fort.
In diesem Schritt S3 wird ein Drehzahlwert N_E des Drehzahlsensors 8 gelesen und mit Schritt S4 fortgefahren, und der gelesene Drehzahlwert N_E wird als Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET gesetzt, und diese wird als aktualisierter Wert in einem Zieldrehzahlspeicherbereich im Speicher 12b gespeichert.
Danach wird in Schritt S5 der Drosselklappenöffnungswert TH des Drosselklappenöffnungssensors 11 gelesen. Anschließend wird in Schritt S6 entschieden, ob der Drosselklappenöffnungswert TH größer als ”0” ist oder nicht. Diese Entscheidung wird getroffen, um zu bestimmen, ob ein Gaspedal gedrückt wird oder nicht, und wenn TH = 0 ist, wird davon ausgegangen, daß das Gaspedal nicht gedrückt ist und das Fahrzeug sich nicht in einem Startzustand befindet; das Programm kehrt zurück zu Schritt S3. Wenn dagegen TH > 0, wird davon ausgegangen, daß das Gaspedal gedrückt ist und das Fahrzeug sich in einem Startzustand befindet, und das Programm fährt fort mit Schritt S7.
In diesem Schritt S7 wird ein aktueller Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E gelesen, und dann wird mit Schritt S8 fortgefahren, wo entschieden wird, ob der gelesene Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E mit der in Schritt S4 gesetzten Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET übereinstimmt oder nicht. Wenn N_E = N_ET, wird mit diesem Wert bei Schritt S12 fortgefahren. Wenn N_E nicht gleich N_ET, wird nach Vorgehen auf Schritt S9 entschieden, ob der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E die Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET übersteigt oder nicht. Wenn N_E > N_ET, wird mit Schritt S10 fortgefahren und eine Bremsmomenterhöhung veranlaßt, um das Bremsmoment des Elektromotors 2 zu erhöhen, und dann mit Schritt S12 fortgefahren. Wenn aber in Schritt 9 N_E < N_ET ist, wird mit Schritt S11 fortgefahren und eine Bremsmomentsenkung veranlaßt, um das Bremsmoment des Elektromotors 2 zu verringern, und danach wird mit Schritt S12 fortgefahren.
Hier wird in Schritt S10 die Steuerung der Bremsmomenterhöhung des Elektromotors 2 durchgeführt, wenn der Elektromotor 2 als Generator arbeitet, um das Bremsmoment mittels Vergrößerung der erzeugten elektromotorischen Gegenkraft zu erhöhen, indem die relative Einschaltdauer des vom Zerhacker 7a des Steuerkreises 7 gelieferten Betriebssteuersignals DS vergrößert wird. Wenn dagegen der Elektromotor 2 als Motor arbeitet, wird das Bremsmoment durch Verringerung des Antriebsmoments erhöht, indem die relative Einschaltdauer des Betriebssteuersignals DS reduziert wird.
Ferner wird in Schritt S11 die Steuerung der Bremsmomentsenkung des Elektromotors 2 entgegengesetzt zu der obengenannten Weise durchgeführt. Das heißt, wenn der Elektromotor 2 als Generator arbeitet, wird das Bremsmoment reduziert mittels Verringerung der erzeugten elektromotorischen Gegenkraft, indem die relative Einschaltdauer des vom Zerhacker 7a des Steuerkreises 7 gelieferten Betriebssteuersignals DS verringert wird; wenn dagegen der Elektromotor 2 als Motor arbeitet, wird das Bremsmoment durch Erhöhung des Antriebsmoments gesenkt, indem die relative Einschaltdauer des Betriebssteuersignals DS vergrößert wird.
In Schritt S12 wird der Elektromotordrehzahlwert N_MG des Drehzahlsensors 9 gelesen und dann in Schritt S13 entschieden, ob der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E höher ist als der Elektromotordrehzahlwert N_MG oder nicht. Wenn N_E > N_MG Rückkehr zu Schritt S7, und wenn N_E < N_MG, wird angenommen, daß die Drehzahl des Elektromotors 2 die Verbrennungsmotordrehzahl überschritten hat, und mit Schritt S14 fortgefahren.
In Schritt S14 wird ein Kupplungssteuersignal CS als Signal mit hohem Pegel an den Elektromagneten 36a gegeben, damit die Kupplung 36 den gekuppelten Zustand einnimmt, dann bei Schritt S15 fortgefahren und eine Bremsmomentsenkung ausgeführt, um das Antriebsmoment des Elektromotors 2 schrittweise zu senken. Bei diesem Bremsmomentsenkungsvorgang erhält der Zerhacker 7a des Steuerkreises 7 ein Betriebssteuersignal DS eines neuen Wertes, der sich ergibt, wenn die relative Einschaltdauer des aktuellen Betriebssteuersignals DS um eine vorbestimmte Einschaltdauer-Reduziergröße reduziert wird.
Danach wird in Schritt S16 entschieden, ob die relative Einschaltdauer des Antriebssteuersignals MS den Wert ”0” erreicht hat oder nicht, und wenn die relative Einschaltdauer ”0” noch nicht erreicht hat, wird mit Schritt 17 fortgefahren und gewartet, bis eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Wenn die vorbestimmte Zeit vergangen ist, Rückkehr zu Schritt 15, und wenn die relative Einschaltdauer ”0” erreicht hat, wird das Anfahrsteuerprogramm beendet, wie es ist; danach erfolgt Rückkehr zu einem vorbestimmten Hauptprogramm.
Im Verarbeitungsprogramm von 4 korrespondiert die Verarbeitung von Schritt S1 bis Schritt S11 mit der Elektroantriebssteuerung, und die Verarbeitung von Schritt S12 bis Schritt S17 korrespondiert mit der Kupplungssteuerung.
Hier wird unterstellt, daß das Hybridfahrzeug auf einer ebenen, nicht geneigten Straße hält und sich der Verbrennungsmotor 1 im Leerlauf mit der Leerlaufdrehzahl N_IDL befindet, und weiterhin wird angenommen, daß beispielsweise mit dem Wählhebel ein Neutralbereich N gewählt wird.
In diesem Haltezustand wurden wegen des Initialisierungsprogramms, das beim Betätigen des Schlüsselschalters durchgeführt wurde, das Antriebssteuersignal MS, das Stromerzeugungssteuersignal GS und das Kupplungssteuersignal CS so gesteuert, daß sie sich in einem AUS-Zustand befinden. Daher befindet sich der Elektromotor 2 in einem ungesteuerten Zustand sowie in einem Leerlaufzustand, angetrieben in Vorwärtsrichtung, und die Eingangsseite des Transmissionsgetriebes 4 ist ebenso im Leerlaufzustand, und außerdem wird der Verbrennungsmotor 1 von der Steuerung EC so gesteuert, daß er mit der Leerlaufdrehzahl N_IDL läuft.
Zu dieser Zeit wird das Anfahrsteuerprogramm der 4 durch den Rechenprozessor 12b der Steuereinrichtung 12 durchgeführt, da aber mit dem Wählhebel der Neutralbereich N gewählt wurde, befindet es sich in einem Wartezustand, bis in Schritt S2 der Fahrbereich D gewählt wird.
Wenn danach, wie im Zeitdiagramm der 5 durch Simulation dargestellt, zu einem Zeitpunkt t1 mit dem Wählhebel der Fahrbereich D gewählt wird, während durch Drücken des Bremspedals ein Bremszustand beibehalten wird, steuert die Steuerung TC das Transmissionsgetriebe 4 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des ersten Ganges, da der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP ebenso wie der Drosselklappenöffnungswert TH den Wert ”0” haben.
Da das Fahrzeug aufgrund seiner Massenträgheit hält, beträgt zu diesem Zeitpunkt die Drehgeschwindigkeit des Planetenradträgers CR des Differentialgetriebes 3, das mit der Eingangsseite des Transmissionsgetriebes 4 verbundenen ist, Null. Aus diesem Grund ist, da die Verbrennungsmotordrehzahl N_E die Leerlaufdrehzahl N_IDL einhält, die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades S, das heißt, die Drehzahl N_MG des Elektromotors 2 in einem Gegendrehungszustand, wie es in dem Hebeldiagramm in 3 durch die Kennlinie L1 dargestellt ist.
Hier in 3 zeigt der nach oben gerichtete Pfeil ”treiben”, und der nach unten gerichtete Pfeil zeigt ”angetrieben werden”, und zu diesem Zeitpunkt t1 befindet sich das Hybridfahrzeug in einem Bremszustand, und da das Gaspedal nicht betätigt wird, wird im Anfahrsteuerprogramm der 4 die Verarbeitung in Schritt S2 und Schritt S3 bis Schritt S5 wiederholt. Das heißt, die Verbrennungsmotordrehzahl N_E zu diesem Zeitpunkt wird als Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET gesetzt, und diese wird lediglich aktualisiert und in einem vorbestimmten Speicherbereich des Speichers 12c gespeichert, und da die Verarbeitung von Schritt S7 und nachfolgenden nicht durchgeführt wird, hält der Elektromotor 2 seinen Leerlaufzustand bei.
Wenn dann zu einem Zeitpunkt t2 das Bremspedal freigegeben und statt dessen das Gaspedal voll durchgedrückt und ein Schnellstart durchgeführt wird, wobei der Drosselklappenöffnungswert TH der vollen Öffnung entspricht, wird von der Steuerung EC ein Verbrennungsmotordrehmoment T_E erzeugt, das dem Weg des voll durchgedrückten Gaspedals entspricht, und dieses Verbrennungsmotordrehmoment T_E steigt rapide, wie in 5 dargestellt.
Auf der anderen Seite erhöht sich in dem Anfahrsteuerprogramm von 4 wegen des Niederdrückens des Gaspedals der Drosselklappenöffnungswert TH, und nach Schritt S6 wird mit S7 fortgefahren und die Verbrennungsmotordrehzahl N_E zu diesem Zeitpunkt gelesen, und es wird entschieden, ob diese Verbrennungsmotordrehzahl N_E mit der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET übereinstimmt oder nicht (Schritt S8).
Zu diesem Zeitpunkt erhöht sich wegen des Niederdrückens des Gaspedals auch der ermittelte Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E, und wenn er die Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET übersteigt, wird nach den Schritten S8 und S9 mit Schritt S10 fortgefahren, und die Elektromotor-Drehmomenterhöhung beginnt.
Dementsprechend wird für den Elektromotor 2 ein Betriebssteuersignal DS einer relativen Einschaltdauer, der ein Einschaltdauer-Korrekturwert hinzugefügt wurde, welcher der Abweichung zwischen dem ermittelten Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E und der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET entspricht, an den Zerhacker 7a des Steuerkreises 7 gegeben, und die Prozeßsteuerung wird durchgeführt und der Elektromotor 2 als Generator betrieben. Da die Ausgangsleistung P_M des Elektromotors 2 rapide ansteigt, wie in 5 durch die gestrichelte Linie dargestellt, wird ein Bremsmoment erzeugt, und da dieses auf das Sonnenrad S des Differentialgetriebes 3 übertragen wird, wird das Bremsmoment über das Planetenrad P auf das Hohlrad R übertragen; der ermittelte Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E wird reduziert und mit der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET in Übereinstimmung gebracht.
Wenn nun der ermittelte Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E kleiner als die Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET ist, wird mit Schritt S11 fortgefahren und das Drehmomentsenkungsprogramm für den Elektromotor 2 ausgeführt.
Dementsprechend wird für den Elektromotor 2 ein Betriebssteuersignal DS einer relativen Einschaltdauer, von der ein Einschaltdauer-Korrekturwert abgezogen wurde, welcher der Abweichung zwischen dem ermittelten Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E und der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET entspricht, an den Zerhacker 7a des Steuerkreises 7 gegeben, und die Prozeßsteuerung wird durchgeführt. Da das Bremsmoment des Elektromotors 2 sinkt und dieses auf das Sonnenrad S des Differentialgetriebes 3 übertragen wird, wird dieses Bremsmoment über das Planetenrad P auf das Hohlrad R übertragen; der ermittelte Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E wird erhöht und mit der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET in Übereinstimmung gebracht.
Auf diese Weise wird das Bremsmoment des Elektromotors 2 so gesteuert, daß der ermittelte Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E mit der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET übereinstimmt, und das Ausgangsdrehmoment T_M des Elektromotors 2 wird erhöht entsprechend einer Erhöhung des Verbrennungsmotordrehmoments T_E, wie durch die strichpunktierte Linie in 5 gezeigt.
Mit der Erzeugung des Bremsmoments im Elektromotor 2 wird ein durch die Summe des Verbrennungsmotordrehmoments T_E und des Bremsmoments T_M gebildetes Drehmoment über das Transmissionsgetriebe 4 auf das Antriebsrad 5 übertragen und das Fahrzeug beschleunigt, und der ermittelte Fahrgeschwindigkeitswert V_SP steigt, wie in 5 dargestellt.
In dem Maße, wie das Hybridfahrzeug beschleunigt wird, verringert sich nach und nach die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades S, das heißt, die Gegendrehgeschwindigkeit N_MG des Elektromotors 2, wie in 5 dargestellt, und mit dieser Verringerung beginnt die Ausgangsleistung des Elektromotors 2 nach Erreichen des Scheitelpunktes zu sinken, und wenn der ermittelte Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 und die Ausgangsleistung P_M des Elektromotors 2 zu einem Zeitpunkt t3 den Wert ”0” erreichen, wird die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades S von der Kennlinie 12 des Hebeldiagramms in 3 dargestellt.
Nach diesem Zeitpunkt t3 arbeitet der Elektromotor 2 als Motor, da von der Steuerung 12 ein Antriebssteuersignal MS an den Steuerkreis 7 gegeben wird, und das Bremsmoment wird zum Antriebsmoment geändert, und die Ausgangsleistung P_M wird in Antriebsrichtung erhöht, so daß der ermittelte Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 in Richtung des ermittelten Verbrennungsmotordrehzahlwerts N_E steigt, wie in 5 dargestellt.
Wenn dann der Elektromotor 2 weiter in Vorwärtsdrehung beschleunigt wird, erhöht sich die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades S, das heißt, die Drehzahl des Elektromotors 2, da der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E auf Leerlaufdrehzahl N_IDL gehalten wird, und zu einem Zeitpunkt t4 stimmt der ermittelte Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 mit dem Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E überein. Die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades S zu diesem Zeitpunkt wird von der Kennlinie L3 des Hebeldiagramms in 3 dargestellt.
Auf diese Weise wird im Anfahrsteuerprogramm nach Schritt S13 mit Schritt S14 fortgefahren, wenn der Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 mit dem Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E zur Übereinstimmung gelangt, und da an den Elektromagneten 36a der Kupplung 36 das Kupplungssteuersignal als Signal mit hohem Pegel gegeben wird, wechselt die Kupplung 36 aus einem ungekuppelten Zustand in einen gekuppelten Zustand, und das Hohlrad R und das Sonnenrad S sind direkt miteinander gekuppelt.
Danach wird mit Schritt S15 fortgefahren, und es wird ein Elektromotor-Drehmomentsenkungsprogramm ausgeführt, um das Antriebsmoment des Elektromotors 2 zu senken. Da die relative Einschaltdauer des Betriebssteuersignals DS um einen vorbestimmten Minderungswert verringert wird, wird das Antriebsmoment des Elektromotors 2 laut Darstellung in 5 schrittweise gesenkt, und danach beginnt die Ausgangsleistung P_M des Elektromotors 2 nach Erreichen ihres Scheitelpunktes auch zu sinken, und zu einem Zeitpunkt t5 erreicht die relative Einschaltdauer des Betriebssteuersignals DS den Wert ”0”, so daß die Antriebswirkung des Elektromotors 2 gestoppt wird und in einen Leerlaufzustand übergeht. Anschließend setzt das Hybridfahrzeug seine Beschleunigung lediglich durch das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors 1 fort.
In jenem Fall, wenn im Gegensatz zum Anfahren das Hybridfahrzeug durch Versetzen in einen Verzögerungszustand angehalten werden soll, wird das Kupplungssteuersignal CS von einem Signal mit hohem Pegel auf ein Signal mit niedrigem Pegel geändert, wenn der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E die Leerlaufdrehzahl N_IDL oder einen geringeren Wert erreicht hat, so daß die Kupplung 36 den ungekuppelten Zustand einnimmt, um so ein Abwürgen des Verbrennungsmotors 1 zu verhindern.
Wenn andererseits auf einer ebenen, nicht geneigten Straße anstelle eines Schnellstarts ein Langsamstart mit einem Drosselklappenöffnungswert TH von beispielsweise 1/16 Öffnungswinkel durchgeführt wird, dann wird als Anfahrsteuerprogramm ein ähnliches Programm wie im Fall der 5 ausgeführt, wie es in 6 dargestellt ist. Da jedoch das Verbrennungsmotordrehmoment T_E im Vergleich zu dem beim Schnellstart gering ist, geschieht die Beschleunigung des Hybridfahrzeugs allmählich, und da während der wesentlichen Antriebszeit, d. h., im Zeitraum zwischen t2 und t4, das Antriebsmoment klein ist, wird die Antriebszeit länger als die etwa 0,7 s, die beim obigen Schnellstart auf ebenem Grund entsprechend 5 benötigt werden, doch ungeachtet dessen ist die Antriebszeit relativ kurz, zum Beispiel etwa 1,4 s.
Wenn überdies das Hybridfahrzeug auf einer Straße mit einer Steigung von 30% schnell angefahren wird, wie in 7 dargestellt, wird als Anfahrsteuerprogramm ein ähnliches Programm wie im Fall der 5 ausgeführt. Da jedoch die Straße ansteigt, ist die Last hoch, und die Beschleunigung erfolgt allmählich. Im Ergebnis beträgt die wesentliche Antriebszeit des Elektromotors 2 etwa 2,5 s, was länger als der Langsamstart in 6 ist.
Wie oben beschrieben, wird bei der ersten Ausführungsform das Bremsmoment des Elektromotors 2 so gesteuert, daß die Verbrennungsmotordrehzahl N_E zum Zeitpunkt des Anfahrens mit der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET, welches die Verbrennungsmotordrehzahl unmittelbar vor dem Anfahren ist, in Übereinstimmung gelangt. Aus diesem Grund ist die Drehzahldifferenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl N_E und der Drehzahl N_MG des Elektromotors 2 klein, und die Verbrennungsmotordrehzahl N_E kann in kurzer Zeit mit der Drehzahl N_MG des Elektromotors 2 in Übereinstimmung gebracht werden. Da die Kupplung 36 vom ungekuppelten Zustand in den gekuppelten Zustand wechselt, wenn beide Geschwindigkeiten übereinstimmen, können das Auftreten eines Kupplungsstoßes sicher verhindert und das Gefühl eines abrupten Schaltens beim Fahrer vermieden werden.
Dementsprechend ist nur eine Antriebszeit des Elektromotors 2 von ungefähr 3 s oder weniger ohne Rücksicht auf Drosselklappenöffnungswinkel und Steigung erforderlich, und der Elektromotor 2 kann klein und leicht gehalten werden.
In den meisten Fällen wird insbesondere das Leistungsdrehmoment des Elektromotors 2 im Unterschied zum Verbrennungsmotor 1 auf der Basis der Wärmebeständigkeit gegenüber der Wärmeerzeugung durch eine Spule bestimmt, und das Leistungsdrehmoment, wie etwa Dauerleistung, Stundenleistung, Minutenleistung, 20-s-Leistung und dergleichen, werden eigens spezifiziert. Unter diesen Leistungsdrehmomenten kann die 20-s-Leistung eine Drehmomentleistung bieten, die ein Mehrfaches der Stundenleistung darstellt, und je kürzer die Zeit ist, die ein hohes Drehmoment erfordert, desto eher ist es möglich, den Elektromotor 2 klein und leicht zu halten. Wenn die Antriebszeit des Elektromotors 2 wie in der oben dargelegten ersten Ausführungsform gleich oder kleiner als 3 s ist, kann daher der Elektromotor 2 klein und leicht gehalten werden.
Des weiteren wird in der ersten Ausführungsform die Summe des Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors 1 und des Ausgangsdrehmoments des Elektromotors 2 an die Eingangsseite des Transmissionsgetriebes 4 weitergegeben; angenommen jedoch, daß das Übersetzungsverhältnis (Sonnenradzähnezahl/Hohlradzähnezahl) des die Differentialeinrichtung 3 bildenden Planetengetriebes α ist, dann ist, wenn das Drehmoment des Hohlrads R zu 1,0 gemacht ist, das Drehmoment des Sonnenrades S gleich α, und das Drehmoment des Planetenträgers ist 1,0 + α. Somit kann das Drehmoment des Elektromotors 2 bis zum α-fachen des Drehmoments des Verbrennungsmotors 1 angewendet werden. Angenommen zum Beispiel, daß α = 0,65 sei, dann wirkt ein Drehmoment mit dem 1,65-fachen des Verbrennungsmotordrehmoments auf die Transmissionsgetriebeeingangswelle, und es kann der gleiche Leistungsgrad wie bei einem Drehmomentwandler erzielt werden.
Wenn ferner in der ersten Ausführungsform die Kupplung 36 vom ungekuppelten Zustand in den gekuppelten Zustand übergeht, wird das Drehmomentsenkungsprogramm durchgeführt, um das Antriebsmoment des Elektromotors 2 allmählich zu reduzieren. Demnach ist es möglich, das Auftreten eines Stoßes wegen der schnellen Drehmomentsenkung zu verhindern, und gleichzeitig kann die Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs verbessert werden, da das Antriebsmoment des Elektromotors 2 während der Zeit, da es zur Beschleunigung des Fahrzeugs beiträgt, zum Antriebsmoment des Verbrennungsmotors 1 hinzukommt.
Als nächstes wird mit Bezugnahme auf die 8 und 9 eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der Elektromotor 2 während des Anhaltens des Hybridfahrzeugs in einem Stromerzeugungsmodus betrieben, und die erzeugte elektrische Energie wird zum Antreiben eines Zusatzaggregats des Hybridfahrzeugs oder dergleichen und zum Laden der Speicherbatterie 6 verwendet.
Wie in 8 dargestellt, liefert insbesondere der Wechselrichter 7b des Steuerkreises 7, wenn er von der Steuerung 12 ein Vorwärtsdrehsignal PS erhält, einen Dreiphasenwechselstrom an den Elektromotor 2, um den Elektromotor 2 als Motor während der Vorwärtsdrehung zu anzutreiben, und während der Rückwärtsdrehung wird der Elektromotor 2 als Generator zur Erzeugung einer Gegenantriebskraft betrieben, und die erzeugte Gegenantriebskraft wird zur Energierückgewinnung zum Laden der Speicherbatterie 6 verwendet. Wenn dagegen von der Steuerung 12 ein Gegendrehsignal NS geliefert wird, dann wird der Elektromotor 2 während der Vorwärtsdrehung als Generator zur Erzeugung der Gegenantriebskraft betrieben, und gleichzeitig wird die erzeugte Gegenantriebskraft zur Energierückgewinnung zum Laden der Speicherbatterie 6 verwendet.
Auf der anderen Seite wird entsprechend der Darstellung in 9 von der Steuereinrichtung 12 ein Anfahrsteuerprogramm durchgeführt.
Speziell wird zunächst in Schritt S20 entschieden, ob ein (nicht dargestellter) Zündschalter eingeschaltet ist oder nicht, und wenn nicht, wird gewartet, bis der Zündschalter eingeschaltet wird. Ist er eingeschaltet, wird mit Schritt S21 fortgefahren.
In diesem Schritt S21 wird ein Bereichssignal RS des Sperrschalters 10 gelesen, und dann wird bei Schritt S22 entschieden, ob das Bereichssignal RS im Fahrbereich D liegt oder nicht. Wenn ja, wird so, wie es ist, mit Schritt S26 fortgefahren. Wenn das Signal in einem Parkbereich P oder Neutralbereich N oder dergleichen außerhalb des Fahrbereichs D liegt, wird bei Schritt S23 entschieden, ob es im Parkbereich P oder im Neutralbereich N liegt oder nicht. Wenn es nicht im Parkbereich P oder im Neutralbereich N liegt, erfolgt Rückkehr zu Schritt S21, und wenn es im Parkbereich P oder im Neutralbereich N liegt, wird mit Schritt S24 fortgefahren. In Schritt S24 wird ein Kupplungssteuersignal CS als Hochpegelsignal an den Elektromagneten 36a der Kupplung 36 gegeben und dann mit Schritt S25 fortgefahren. Nach Abgabe eines Gegendrehsignals NS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b des Steuerkreises 7 erfolgt Rückkehr zum Schritt S21.
In Schritt S26 wird ein Kupplungssteuersignal CS als Niedrigpegelsignal an den Elektromagneten 36a der Kupplung 36 gegeben, und ebenso ein Gegendrehsignals NS als Niedrigpegelsignal an den Wechselrichter 7b, und dann wird mit Schritt S27 fortgefahren.
In den Schritten S27 bis S30 wird ein ähnliches Programm wie in den Schritten S3 bis S6 in 3 ausgeführt, und wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S30 zeigt, daß TH > 0, wird mit Schritt S31 fortgefahren. Bei Schritt S31 wird ein Vorwärtsdrehsignal PS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b gegeben und dann mit den Schritten S32 bis S42 fortgefahren.
In diesen Schritten S32 bis S42 wird ein ähnliches Programm wie das in den Schritten S7 bis S17 ausgeführt.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das Anfahrsteuerprogramm der 9 gestartet, wenn bei haltendem Fahrzeug mit abgestelltem Verbrennungsmotor 1 der Schlüsselschalter umgedreht wird.
In diesem Zustand wird der Verbrennungsmotor 1 nicht gestartet, da der Zündschalter ausgeschaltet ist und das Programm in Schritt S20 im Wartezustand ist Wenn durch Einschalten des Zündschalters unter der Bedingung, daß mit dem Wählhebel der Parkbereich P oder der Neutralbereich N gewählt ist, der Verbrennungsmotor 1 gestartet wird, wird nach Schritt S20 mit Schritt S21 fortgefahren. In Schritt S21 wird ein Bereichssignal RS des Sperrschalters 10 gelesen, und da der Parkbereich P bzw. der Neutralbereich N eingelegt ist, wird nach Schritt S22 und S23 mit Schritt S24 fortgefahren. In Schritt S24 wird ein Kupplungssteuersignal CS als Hochpegelsignal an den Elektromagneten 36a der Kupplung 36 gegeben.
Folglich wird entsprechend der Darstellung in 10, da die Kupplung 36 einen gekuppelten Zustand einnimmt, die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 unmittelbar über die Kupplung 36 auf die Antriebswelle des Elektromotors 2 übertragen, und der Läufer des Elektromotors 2 wird in Vorwärtsdrehung angetrieben; das Hebeldiagramm für diesen Zeitpunkt ist in 11 dargestellt.
Danach wird in Schritt S25, da ein Gegendrehsignal NS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b des Steuerkreises 7 gegeben wird, der Wechselrichter 7b angetrieben und so gesteuert, daß die Thyristoren des Wechselrichters 7b einen Drehstrom erzeugen, der eine entgegengesetzte Phase wie der Strom bei Vorwärtsantrieb besitzt. Folglich wird der Elektromotor 2 als Generator betrieben, und über den Wechselrichter 7b und den Zerhacker 7a wird eine vom Elektromotor 2 erzeugte induzierte elektromotorische Energie an die Speicherbatterie 6 geliefert und diese geladen.
Anschließend wird zum Anfahren, wenn mit dem Wählhebel der Fahrbereich D gewählt wird, im Anfahrsteuerprogramm nach Schritt S22 mit Schritt S26 fortgefahren und ein Kupplungssteuersignal CS als Niedrigpegelsignal an den Elektromagneten 36a der Kupplung 36 gegeben. Als Ergebnis wechselt die Kupplung 36 vom gekuppelten Zustand in den ungekuppelten Zustand, und der gekuppelte Zustand zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Elektromotor 2 wird laut Darstellung in 12 aufgehoben, und gleichzeitig wird die Drehantriebskraft des mit Leerlaufdrehzahl N_IDL gesteuerten Verbrennungsmotors 1 über das Hohlrad R, das Ritzel P und das Sonnenrad S auf den Läufer des Elektromotor 2 übertragen. Daher dreht das Hohlrad R mit Leerlaufdrehzahl N_IDL, wie im Hebeldiagramm in 13 dargestellt, und da der Planetenradträger CR anhält, dreht das Sonnenrad S in Gegenrichtung, und der damit verbundene Läufer des Elektromotors 2 wird in Gegendrehung angetrieben, um einen Anfahrwartezustand einzunehmen.
In diesem Anfahrwartezustand in Schritt S26 wird der Betriebszustand des Elektromotors 2 als Generator beibehalten, da ein Vorwärtsdrehsignal PS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b gegeben wird, und das Laden der Speicherbatterie 6 mit der vom Elektromotor 2 erzeugten induzierten elektromotorischen Energie wird fortgesetzt, und der Elektromotor 2 nimmt einen Stromerzeugungsmodus bei Leerlauf im Fahrbereich ein.
Wenn danach durch Niederdrücken des Gaspedals der Drosselklappenöffnungswert TH größer als ”0” wird, wird nach Schritt S30 mit Schritt S31 fortgefahren, und da an den Wechselrichter 7b ein Vorwärtsdrehsignal PS als Hochpegelsignal gegeben wird, nimmt der Elektromotor 2 einen Stromerzeugungsmodus bei Gegendrehung ein. Danach wird bei Ausführung des Programms ab Schritt S32 auf ähnliche Weise wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die relative Einschaltdauer des Bremssteuersignals BS geregelt, so daß die Verbrennungsmotordrehzahl N_E mit der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET in Übereinstimmung gelangt.
Wenn dann der Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 den Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E erreicht, wird ein Kupplungssteuersignal CS als Hochpegelsignal an den Elektromagneten 36a der Kupplung 36 gegeben, und die Kupplung 36 nimmt den gekuppelten Zustand ein, so daß das Hybridfahrzeug allein durch den Antrieb des Verbrennungsmotors 1 die Fahrt aufnimmt.
Entsprechend der zweiten Ausführungsform wird die Stromerzeugung durch den Elektromotor 2 durch Nutzung der Drehantriebskraft des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt, wenn das Fahrzeug hält und der Verbrennungsmotor 1 bei eingelegtem Parkbereich P oder Neutralbereich N in der Nähe der Leerlaufdrehzahl N_IDL dreht. Aufgrund dessen ist es möglich, die Speicherbatterie 6 zu laden und sonstige Geräte und Zusatzaggregate anzutreiben und dabei auf eine ansonsten erforderliche Drehstromlichtmaschine zu verzichten, um dadurch das Gewicht zu reduzieren.
Darüber hinaus kann auch selbst dann, wenn mit dem Wählhebel der Fahrbereich D gewählt ist und das Gaspedal nicht gedrückt wird, die Stromerzeugung durch den Elektromotor 2 unter Ausnutzung der Drehantriebskraft des Verbrennungsmotors 1 erfolgen.
Ebenfalls wird in dem in 12 dargestellten Stromerzeugungsmodus bei Leerlauf im Fahrbereich, wobei bei eingelegtem Fahrbereich D das Gaspedal nicht gedrückt wird, durch Erhöhung einer vom Elektromotor 2 erzeugten Stromerzeugungslast das Drehmoment der Eingangswelle des Transmissionsgetriebes 4 erhöht, und es ist möglich, eine Kriechkraft ähnlich der im herkömmlichen Drehmomentwandler zu erzeugen.
In der oben erläuterten ersten und zweiten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, wo der Kupplungszustand der Kupplung 36 vom Anfahrsteuerprogramm der 3 und 9 gesteuert wird. Jedoch kann ein Kupplungsstoß auch verhindert werden, indem parallel zur Kupplung 36 eine Freilaufkupplung 41 zwischengeschaltet wird, wie in 14 dargestellt, wobei die Freilaufkupplung 41 einen gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehrichtung des Elektromotors 2 mit der Drehrichtung des Verbrennungsmotors 1 übereinstimmt und die Drehzahl des Elektromotors 2 gleich oder höher als die Verbrennungsmotordrehzahl ist, so daß die Freilaufkupplung 41 zwecks eines vollständig synchronen Kuppelns mechanisch den gekuppelten Zustand einnimmt, wenn zum Zeitpunkt des Anfahrens des Hybridfahrzeugs der Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 die Verbrennungsmotordrehzahl N_E übersteigt.
Da der Verbrennungsmotor 1 und der Elektromotor 2 mechanisch und zuverlässig durch die Freilaufkupplung 41 gekuppelt werden, wenn der Drehzahlwert N_MG des Elektromotors 2 die Verbrennungsmotordrehzahl N_E übersteigt, ist es in diesem Fall möglich, sogar einen geringfügigen Kupplungsstoß infolge einer Ansprechverzögerung od. dgl. der Steuereinrichtung 12 zu unterdrücken. Dementsprechend wird es im Anfahrsteuerprogramm in 3 bzw. 9 im Verarbeitungsprozeß in Schritt S13 bzw. Schritt S38 möglich, die Kupplung 36 per Steuerung den gekuppelten Zustand einnehmen zu lassen, und zwar durch Fortfahren mit Schritt S14 bzw. S39, nachdem bestätigt wurde, daß die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades S mit Sicherheit der Drehgeschwindigkeit des Hohlrades R entspricht. So kann das Auftreten des Kupplungsstoßes zuverlässig verhindert werden.
Als nächstes wird mit Bezugnahme auf die 15 und 16 eine dritte Ausführungsform beschrieben.
In dieser dritten Ausführungsform ist ein Bremsen mit Energierückgewinnung (nachfolgend Nutzbremsung genannt) beabsichtigt, indem der Elektromotor 2 als Generator betrieben wird, wenn das Hybridfahrzeug verzögert wird.
Wie in 15 dargestellt, wird insbesondere der Schnittstellenschaltkreis 12a der Steuerung 12 mit dem Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E, dem Drehzahlwert N_MG, dem Bereichssignal RS und dem Drosselklappenöffnungswert TH gespeist, und zusätzlich werden der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP des Fahrgeschwindigkeitssensors 51 zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit, das Bremspedalwegsignal BT des Bremspedalwegsensors 52 zur Ermittlung des Bremspedalbetätigungsweges sowie das für das Übersetzungsverhältnis stehende Übersetzungssignal TS von der Steuerung TC zum Steuern des Transmissionsgetriebes 4 verwendet.
Im Rechenprozessor 12b wird neben dem Anfahrsteuerprogramm der 9 ein Nutzbremsprogramm gemäß 16 ausgeführt.
Dieses Stromerzeugungsprogramm bei Verzögerungen wird als Zeitgeber-Interrupt-Programm zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt ausgeführt, und zunächst wird bei Schritt S51 der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP des Fahrgeschwindigkeitssensors 51 gelesen, und danach wird bei Schritt S52 entschieden, ob das Hybridfahrzeug mit einer einen vorbestimmten Wert V_SP1 überschreitenden Fahrgeschwindigkeit V_SP fährt oder nicht. Ist der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP gleich oder geringer als der vorbestimmte Wert V_SP1, wird angenommen, daß das Hybridfahrzeug hält oder mit geringer Geschwindigkeit nahe zum Anhalten fährt, und das Zeitgeber-Interrupt-Programm wird beendet, so wie es ist, und es erfolgt Rückkehr zu einem vorbestimmten Hauptprogramm. Überschreitet der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP den vorbestimmten Wert V_SP1, wird angenommen, daß das Hybridfahrzeug fährt, und es wird mit Schritt S53 fortgefahren. In Schritt S53 wird das Bremspedalwegsignal BT des Bremspedalwegsensors 52 gelesen, und danach wird bei Schritt S54 entschieden, ob das Bremspedalwegsignal BT größer als ”0” ist oder nicht. Wenn BT > 0, wird angenommen, daß Nutzbremsung benötigt wird, und mit Schritt S55 fortgefahren.
In diesem Schritt S55 wird ein Übersetzungssignal TS von der Steuerung TC gelesen und dann mit Schritt S56 fortgefahren. Dort wird eine Stromerzeugungsleistung des Elektromotors 2 auf der Basis des Bremspedalwegsignal BT, des Fahrgeschwindigkeitswerts V_SP und des Übersetzungssignals TS festgelegt.
Danach wird bei Schritt S57 ein der festgelegten Stromerzeugungsleistung entsprechendes Betriebssteuersignal DS an den Zerhacker 7a gegeben und gleichzeitig ein Gegendrehsignal NS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b geliefert, und dann wird das Zeitgeber-Interrupt-Programm beendet und zu einem vorbestimmten Hauptprogramm zurückgekehrt.
Wenn andererseits das Entscheidungsergebnis BT = 0 lautet, wird mit Schritt S58 fortgefahren und ein Gegendrehsignal NS als Niedrigpegelsignal an den Wechselrichter 7b geliefert und dann mit Schritt S59 fortgefahren. Dort wird ein Betriebssteuersignal DS von 0% an den Zerhacker 7a gegeben, und dann wird nach Beendigung des Zeitgeber-Interrupt-Programms zu einem vorbestimmten Hauptprogramm zurückgekehrt.
Entsprechend dieser dritten Ausführungsform wird das Anfahrsteuerprogramm der 9 bei haltendem Hybridfahrzeug und beim Anfahren durch Drücken des Gaspedals ausgeführt, und es wird eine ähnliche Operation wie bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt. Nach Anfahren des Hybridfahrzeugs wird unter Beibehaltung der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET die Kupplung 36 zur Einnahme des gekuppelten Zustands gesteuert, wenn der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E und der Elektromotordrehzahlwert N_MG übereinstimmen, wie in 17 dargestellt.
Wenn der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP den vorbestimmten Wert V_SP1 überschreitet, während der gekuppelte Zustand der Kupplung 36 beibehalten wird, wird nach Schritt S52 mit Schritt S53 fortgefahren. Zu dieser Zeit werden, wenn das Hybridfahrzeug seine Beschleunigung mit niedergedrückten Gaspedal beibehält, in den Schritten S58 und S59 der Zerhacker 7a und der Wechselrichter 7b des Steuerkreises 7 in einen Nichtbetriebsmodus versetzt, so daß der Elektromotor 2 in einen Leerlaufzustand wechselt. Danach wird das Zeitgeber-Interrupt-Programm beendet.
Wenn aus diesem Beschleunigungszustand heraus das Gaspedal losgelassen und statt dessen zur Einnahme eines Verzögerungszustands das Bremspedal gedrückt wird, wird im Programm der 16 nach Schritt S54 mit Schritt S55 fortgefahren und ein von der Steuerung TC kommendes Übersetzungsverhältnissignal TS gelesen. Danach wird bei Schritt S56 auf der Basis des Bremspedalwegsignals BT, des Fahrgeschwindigkeitswerts V_SP und des Übersetzungsverhältnissignals TS eine Stromerzeugungsleistung des Elektromotors 2 festgelegt. Sodann wird bei Schritt S57 ein der festgelegten Stromerzeugungsleistung entsprechendes Betriebssteuersignal DS an den Zerhacker 7a und gleichzeitig ein Gegendrehsignal NS an den Wechselrichter 7b gegeben.
Zu diesem Zeitpunkt werden, wie im Hebeldiagramm der 18 gezeigt, das Hohlrad R, der Planetenradträger CR und das Sonnenrad S mit gleicher Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung angetrieben. Daher wird eine vom Elektromotor 2 erzeugte induzierte elektromotorische Energie der Speicherbatterie 6 zum Laden zugeführt, da der Elektromotor 2 sich in Vorwärtsdrehung befindet.
Wenn nun aus diesem Bremszustand heraus das Bremspedal losgelassen wird und das Hybridfahrzeug einen Nichtverzögerungszustand einnimmt, wird im Programm der 16 nach Schritt S54 mit Schritt S58 und S59 fortgefahren und ein Gegendrehsignal NS als Niedrigpegeisignal an den Wechselrichter 7b und gleichzeitig ein Betriebssteuersignal DS von 0% an den Zerhacker 7a gegeben. Infolgedessen wechselt der Elektromotor 2 in einen Leerlaufzustand.
Entsprechend dieser dritten Ausführungsform kann zusätzlich zu den Vorteilen der ersten und zweiten Ausführungsform Verzögerungsenergie zurückgewonnen werden, da der Elektromotor 2 einen Nutzbremsmodus einnimmt, wenn das Hybridfahrzeug während der Fahrt in einen Verzögerungszustand gebracht wird, und der Kraftstoffverbrauch während der Fahrt kann verringert werden.
In der oben erläuterten dritten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, in dem der Bremspedalbetätigungsweg vom Bremspedalwegsensor 52 ermittelt wird, doch kann die Rückgewinnung von Verzögerungsenergie beim Bremsen einschließlich Motorbremse auch dadurch erreicht werden, daß ein Hauptzylinderdruck oder ein Fahrzustand infolge Massenträgheit festgestellt wird.
Als nächstes wird mit Bezugnahme auf die 19 und 20 eine vierte Ausführungsform beschrieben.
Bei dieser wird während der Fahrt im ungebremsten Zustand, wenn ein hohes Antriebsmoment, d. h. eine hohe Verbrennungsmotorlast zur Beschleunigung od. dgl., benötigt wird, der Elektromotor 2 angetrieben, so daß sein Antriebsmoment zu dem des Verbrennungsmotors 1 hinzukommt.
Wie in 19 gezeigt, wird der Schnittstellenschaltkreis 12a der Steuerung 12 mit dem Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E, dem Elektromotordrehzahlwert N_MG, dem Bereichssignal RS und dem Drosselklappenöffnungswert TH gespeist, und zusätzlich finden Verwendung der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP des Fahrgeschwindigkeitssensors 51 und der Ausgangsdrehmomentwert OT beispielsweise eines Magnetostriktionsdrehmomentsensors 61 an einer Ausgangswelle des Transmissionsgetriebes 4. Im Rechenprozessor 12b wird, ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform, bei haltendem Hybridfahrzeug sowie beim Anfahren mit gedrücktem Gaspedal das Anfahrsteuerprogramm der 3 bzw. 9 ausgeführt. Somit erfolgt eine ähnliche Operation wie in der zweiten Ausführungsform, und nach Anfahren des Hybridfahrzeugs wird unter Beibehaltung der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET, wenn der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E und der Elektromotordrehzahlwert N_MG in Übereinstimmung gelangen, die Kupplung 36 zur Einnahme des gekuppelten Zustands gesteuert, und außerdem wird zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt (z. B., 10 ms) ein in 20 dargestelltes Steuerprogramm zur Drehmomentunterstützung als Zeitgeber-Interrupt-Programm ausgeführt.
In diesem Steuerprogramm zur Drehmomentunterstützung wird zunächst in Schritt S61 der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP gelesen und dann in Schritt S62 entschieden, ob der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP den vorbestimmten Wert V_SP1 überschreitet. Wenn V_SP < V_SP1, wird das Zeitgeber-Interrupt-Programm beendet, so wie es ist, und es erfolgt Rückkehr zu einem vorbestimmten Hauptprogramm, und wenn V_SP > V_SP1, wird mit Schritt S63 fortgefahren. Dort wird der Ausgangsdrehmomentwert OT des Drehmomentsensors 61 gelesen und danach in Schritt S64 entschieden, ob der Ausgangsdrehmomentwert OT gleich oder größer als ein vorbestimmter Sollwert OT_S ist oder nicht.
Mit dieser Entscheidung soll beurteilt werden, ob das unterstützende Drehmoment des Elektromotors 2 benötigt wird, und wenn OT > OT_S, wird angenommen, daß die Drehmomentunterstützung benötigt wird, und es wird mit Schritt S65 fortgefahren. Dort wird ein dem Ausgangsdrehmomentwert OT entsprechendes Antriebsmoment festgelegt und mit Schritt S66 fortgefahren. An den Zerhacker 7a wird ein Betriebssteuersignal DS einer relativen Einschaltdauer gegeben, die dem festgelegten Antriebsmoment entspricht, und es wird mit Schritt S67 fortgefahren. In Schritt S67 wird ein Vorwärtsdrehsignal PS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b gegeben; danach wird das Zeitgeber-Interrupt-Programm beendet und dann zu einem vorbestimmten Hauptprogramm zurückgekehrt.
Wenn dagegen die Entscheidung in Schritt S64 lautet, daß OT < OT_S, wird angenommen, daß das unterstützende Drehmoment des Elektromotors 2 nicht benötigt wird, und bei Schritt S68 wird anschließend ein Betriebssteuersignal DS von 0% an den Zerhacker 7a gegeben und dann mit Schritt S89 fortgefahren. In Schritt 89 wird ein Vorwärtsdrehsignal PS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b gegeben; danach wird das Zeitgeber-Interrupt-Programm beendet und zu einem vorbestimmten Hauptprogramm zurückgekehrt.
Diese Programmverarbeitung in 20 entspricht der Antriebssteuervorrichtung.
Entsprechend dieser vierten Ausführungsform wird bei haltendem Hybridfahrzeug und beim Anfahren mit gedrücktem Gaspedal das Anfahrsteuerprogramm der 3 bzw. 9 ausgeführt, und nach Anfahren des Hybridfahrzeugs wird unter Beibehaltung der Verbrennungsmotorzieldrehzahl N_ET, wenn der Verbrennungsmotordrehzahlwert N_E mit dem Elektromotordrehzahlwert N_MG übereinstimmt, die Kupplung 36 zur Einnahme des gekuppelten Zustands gesteuert, wie in 21 gezeigt.
Wenn der Fahrgeschwindigkeitswert V_SP einen vorbestimmten Wert V_SP1 überschreitet, während der gekuppelte Zustand der Kupplung 36 beibehalten wird, wird im Programm der 20 nach Schritt S62 mit Schritt S63 fortgefahren. Zu dieser Zeit, wenn das Hybridfahrzeug auf ebenem Grund mit konstanter Geschwindigkeit fährt oder sich in einem Zustand allmählicher Beschleunigung befindet, wird angenommen, daß das unterstützende Drehmoment des Elektromotors 2 nicht benötigt wird, da der Ausgangsdrehmomentwert OT der Ausgangswelle des Transmissionsgetriebes 4 kleiner als ein vorbestimmter Wert OT_S ist, und es werden mit den Schritten 68 und 69 der Zerhakker 7a und der Wechselrichter 7b veranlaßt, einen Nichtbetriebsmodus einzunehmen und den Leerlaufzustand des Elektromotors 2 fortzusetzen.
Wenn aus diesem Zustand, in dem die Drehmomentunterstützung nicht benötigt wird, das Hybridfahrzeug in einen Schnellbeschleunigungsmodus versetzt wird, um ein anderes Fahrzeug zu überholen, oder wenn es einen Steigungsfahrtzustand einnimmt, wird der Ausgangsdrehmomentwert OT des Transmissionsgetriebes 4 zu einem großen Wert, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert OT_S ist, und es wird von Schritt S64 in 20 mit Schritt S65 fortgefahren. In Schritt S65 wird ein dem Ausgangsdrehmomentwert OT entsprechendes Antriebsmoment festgelegt, und dann wird in Schritt S66 an den Zerhacker 7a ein Betriebssteuersignal DS der relativen Einschaltdauer gegeben, die dem festgelegten Antriebsmoment entspricht, und dann wird in Schritt S67 ein Gegendrehsignal NS als Hochpegelsignal an den Wechselrichter 7b gegeben.
Wie in 21 und dem zugehörigen Hebeldiagramm in 22 dargestellt, werden in dem Differentialgetriebe 3 das Hohlrad R, der Planetenradträger CR und das Sonnenrad S mit gleicher Geschwindigkeit in Vorwärtsdrehung angetrieben, da der Verbrennungsmotor 1 und der Elektromotor 2 durch die Kupplung 36 gekuppelt sind. Da der Elektromotor 2 sich in Vorwärtsdrehung befindet, kommt das vom Elektromotor 2 erzeugte Antriebsmoment zu dem vom Verbrennungsmotor 1 erzeugten Antriebsmoment hinzu, und dieses summierte Drehmoment wird über den Planetenradträger CR auf das Transmissionsgetriebe 4 übertragen, und so werden Schnellbeschleunigung und Steigfahrt leicht verwirklicht, und es ist möglich, durch effektive Ausnutzung der zurückgewonnenen Energie die Beschleunigungsleistung und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
Als nächstes wird mit Bezugnahme auf die 23 eine fünfte Ausführungsform beschrieben.
In dieser fünften Ausführungsform wird der Start des Verbrennungsmotors 1 vom Elektromotor 2 ausgeführt, und ähnlich, wie in 14 oben beschrieben, wird parallel zur Kupplung 36 eine Freilaufkupplung 41 zwischengeschaltet, so daß die Freilaufkupplung 41 einen gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehrichtung des Elektromotors 2 mit der Drehrichtung des Verbrennungsmotors 1 übereinstimmt und die Drehzahl des Elektromotors 2 gleich oder höher als die Verbrennungsmotordrehzahl ist. Wenn zum Zeitpunkt des Startens des Verbrennungsmotors 1 mit dem Wählhebel der Parkbereich P oder der Neutralbereich N eingelegt ist, und wenn der Zerhacker 7a und der Wechselrichter 7b von der Steuerung 12 so gesteuert werden, daß sie in Betriebszustand versetzt werden, wird der Elektromotor 2 in Vorwärtsdrehung mit einem vorbestimmten, zum Anlassen des Verbrennungsmotors 1 ausreichenden Drehmoment angetrieben. Das vom Elektromotor 2 erzeugte Vorwärtsdrehungsantriebsmoment wird über die Freilaufkupplung 41 auf den Verbrennungsmotor 1 übertragen und dieser folglich in Drehung versetzt. In diesem Zustand wird der Verbrennungsmotor 1 durch Zünden von (nicht abgebildeten) Zündkerzen gestartet.
Wie in 23 und in dem in 24 gezeigten Hebeldiagramm des Differentialgetriebes 3 dargestellt, wird das Sonnenrad S durch den Vorwärtsantrieb des Elektromotors 2 in Vorwärtsrichtung gedreht, da das Hohlrad R und das Sonnenrad S durch die Freilaufkupplung 41 direkt gekuppelt sind, und das mit dem Verbrennungsmotor 1 verbundene Hohlrad R wird ebenfalls in Vorwärtsdrehung versetzt, und ebenso der Planetenradträger CR. Da aber das Transmissionsgetriebe 4 auf Parkbereich P bzw. Neutralbereich N geschaltet ist, wird das Ausgangsmoment nie vom Transmissionsgetriebe 4 weitergegeben.
Entsprechend der fünften Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 1 durch Antreiben des Elektromotors 2 in Vorwärtsdrehung versetzt werden, und es ist möglich, einen Anlasser und eine elektrische Hydraulikpumpe wegzulassen, die sonst zum Starten des Verbrennungsmotors 1 erforderlich wären.
Obwohl in der fünften Ausführungsform der Fall beschrieben ist, in dem der Elektromotor 2 nur zum Starten des Verbrennungsmotors 1 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, ist auch, wenn beispielsweise der Verbrennungsmotor 1 im Leerlauf läuft und dabei abgewürgt wird, wenn mit dem Wählhebel ein Fahrbereich D eingelegt wird, entsprechend der Darstellung in 25 das Anfahren ebenso möglich, indem der Elektromotor 2 in Vorwärtsrichtung angetrieben und der Verbrennungsmotor 1 über die Freilaufkupplung 41 gestartet wird, während gleichzeitig das Antriebsmoment des Elektromotors 2 über den Planetenradträger CR an das Transmissionsgetriebe 4 übertragen wird.
Als nächstes wird mit Bezugnahme auf die 27 eine sechste Ausführungsform beschrieben.
Wie in 27 dargestellt, ist in dieser sechsten Ausführungsform die Struktur ähnlich der in 14 mit der Ausnahme, daß zwischen einem feststehenden Teil und einem Transmissionsweg eine Freilaufkupplung 71 angeordnet ist, die nur eine Vorwärtsdrehung des Planetenradträgers CR ermöglicht, wobei die Freilaufkupplung 71 zwischen dem Planetenradträger CR und der Eingangswelle des Transmissionsgetriebes 4 vorgesehen ist.
Wie in 27 dargestellt, wird entsprechend der sechsten Ausführungsform beim Anfahren an einer Steigung der Verbrennungsmotor 1 in Drehung versetzt und gleichzeitig der Elektromotor 2 in Vorwärtsdrehung gebracht, und die Summe der Drehmomente des Verbrennungsmotors 1 und des Elektromotors 2 wird zum Anfahren an der Steigung an das Transmissionsgetriebe 4 übertragen. Wenn in diesem Zeitpunkt das Antriebsmoment für das Anfahren unzureichend ist, wird wegen der Massenträgheit des Hybridfahrzeugs die Eingangswelle des Transmissionsgetriebes 4, d. h., der Planetenradträger CR in Rückwärtsdrehung versetzt. Der Antrieb des Planetenradträgers CR in Gegendrehung kann durch die Freilaufkupplung 71 unterbrochen werden, und die Rückwärtsbewegung des Hybridfahrzeugs kann durch Anwendung der Rückrollsicherungsfunktion sicher verhindert werden.
Da ferner in der sechsten Ausführungsform die Gegendrehung des Planetenradträgers CR durch die Freilaufkupplung 71 unterbrochen bleibt, wird durch Antreiben des Elektromotors 2 in Gegendrehung mittels Steuerung des Steuerkreises 7 durch die Steuerung 12 diese Drehantriebskraft mit der durch das Planetenrad P umgekehrten Drehrichtung auf das Hohlrad R übertragen, und der Verbrennungsmotor 1 kann gestartet werden.
In allen obengenannten Ausführungsformen sind die Fälle beschrieben, in denen jeweils das Hohlrad R des Differentialgetriebes 3 mit dem Verbrennungsmotor 1, das Sonnenrad S mit dem Elektromotor 2 und der Planetenradträger CR mit dem Transmissionsgetriebe 4 verbunden sind. Statt dessen kann das Sonnenrad S auch mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden und der Planetenradträger CR mit dem Transmissionsgetriebe 4 verbunden werden, und darüber hinaus kann das Sonnenrad S mit dem Verbrennungsmotor 1 und der Planetenradträger CR mit dem Elektromotor 2 und das Hohlrad R mit dem Transmissionsgetriebe 4 verbunden werden.
Auch kann man einen Gleichstrom-Elektromotor 2 verwenden. In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, daß der Steuerkreis 7 mindestens zwei Schaltelemente enthält, die die Steuerung der Energieführung und die Nutzbremsung vornehmen, und außerdem kann ein bürstenloser Gleichstrom-Elektromotor Verwendung finden.
Die Kupplung 36 kann auch zwischen die erste Welle 31 und die dritte Welle 33 oder zwischen die zweite Welle 32 und die dritte Welle 33 geschaltet werden, um den gleichen Vorteil in bezug auf jede einzelne der obengenannten Ausführungsformen zu erreichen.
Wie in 14 dargestellt, ist in jenem Fall, wenn die Freilaufkupplung 41 parallel zur Kupplung 36 angebracht und die Kupplung 36 zwischen die erste Welle 31 und die dritte Welle 33 geschaltet ist, die Freilaufkupplung 41 so angeschlossen, daß sie den gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehrichtungen der beiden Wellen 31, 33 übereinstimmen und die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 2 die gleiche oder eine höhere Drehzahl als der Verbrennungsmotor 1 erreicht, so daß die Drehgeschwindigkeit der dritten Welle 33 gleich oder höher ist als die Drehgeschwindigkeit der ersten Welle 31. Wenn dagegen die Kupplung 36 zwischen die zweite Welle 32 und die dritte Welle 33 geschaltet wird, ist die Freilaufkupplung 41 so angeschlossen, daß sie den gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehrichtungen beider Wellen 32, 33 übereinstimmen und die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 2 die gleiche oder eine höhere Drehzahl als der Verbrennungsmotor 1 erreicht, so daß die Drehgeschwindigkeit der zweiten Welle 32 gleich oder höher ist als die Drehgeschwindigkeit der dritten Welle 33.
Allgemein ist gemäß einem ersten Aspekt die Kupplung so ausgelegt, daß sie zum Zeitpunkt des Anfahrens den ungekuppelten Zustand einnimmt, und das Hybridfahrzeug wird gestartet, indem das Drehmoment des Elektroantriebs so gesteuert wird, daß die Verbrennungsmotordrehzahl die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl einhält, und die Kupplung wird so gesteuert, daß sie den gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehgeschwindigkeiten der ersten Welle bis dritten Welle übereinstimmen. Dementsprechend ist es möglich, die Drehzahldifferenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl N_E und der Elektromotordrehzahl N_MG klein zu halten sowie die Verbrennungsmotordrehzahl N_E und die Elektromotordrehzahl N_MG in kurzer Zeit in Übereinstimmung zu bringen, und da die Kupplung vom ungekuppelten Zustand in den gekuppelten Zustand wechselt, wenn beide Drehzahlen übereinstimmen, kann das Auftreten eines Kupplungsstoßes sicher verhindert und das Gefühl eines abrupten Schaltens beim Fahrer vermieden werden. Darüber hinaus ist nur eine kurze Betriebszeit des Elektromotors 2 erforderlich, ohne Rücksicht auf den Drosselklappenöffnungswinkel und die Steigung, und der Elektromotor 2 kann klein im Format und leicht im Gewicht gehalten werden.
Ferner ist gemäß einem zweiten Aspekt ein Verbrennungsmotordrehzahldetektor zur Ermittlung der Verbrennungsmotordrehzahl, ein Drehzahldetektor für den Elektroantrieb zur Ermittlung dieser Drehzahl, eine Elektroantriebs-Steuerung zum Steuern des Drehmoments des Elektroantriebs sowie eine Kupplungssteuerung zur Umschaltsteuerung der Kupplung vom ungekuppelten Zustand auf gekuppelten Zustand und umgekehrt vorgesehen. Die Elektroantriebs-Steuerung setzt eine vom Verbrennungsmotordrehzahldetektor beim Anfahren des Hybridfahrzeugs ermittelte Leerlaufdrehzahl als Zieldrehzahl und steuert das Drehmoment des Elektroantriebs so, daß die Zieldrehzahl eingehalten wird, und die Kupplungssteuerung steuert die Kupplung so, daß der ungekuppelte Zustand eingenommen wird, wenn ein Verbrennungsmotordrehzahlwert des Verbrennungsmotordrehzahldetektors gleich oder niedriger ist als ein Elektroantriebsdrehzahlwert des Drehzahldetektors des Elektroantriebs, und er steuert die Kupplung so, daß der gekuppelte Zustand eingenommen wird, wenn der Verbrennungsmotordrehzahlwert den Elektroantriebsdrehzahlwert überschreitet. Im Ergebnis kann ein ähnlicher Vorteil wie im ersten Aspekt erreicht werden.
Einem dritten Aspekt entsprechend betreibt die Steuerung den Elektroantrieb als Generator, um die Drehzahl zu verringern und ein Bremsmoment auf den Verbrennungsmotor wirken zu lassen, wenn der Verbrennungsmotordrehzahlwert des Verbrennungsmotordrehzahldetektors die Zieldrehzahl übersteigt und der Elektroantrieb sich in Rückwärtsdrehung befindet. Wenn dagegen der Verbrennungsmotordrehzahlwert des Verbrennungsmotordrehzahldetektors die Zieldrehzahl übersteigt und der Elektroantrieb sich in Vorwärtsdrehung befindet, wird der Elektroantrieb als Motor betrieben, um die Geschwindigkeit zu erhöhen und dabei ein Bremsmoment auf den Verbrennungsmotor einwirken zu lassen. Im Ergebnis wird neben den Vorteilen im ersten und zweiten Aspekt ein weiterer Vorteil geboten, daß nämlich ungeachtet der Drehrichtung des Elektroantriebs dieser auf optimales Drehmoment und die Verbrennungsmotordrehzahl auf Zieldrehzahl gesteuert werden kann.
Entsprechend dem vierten Aspekt steuert während des Haltens des Hybridfahrzeugs, wenn das Transmissionsgetriebe auf einen Nicht-Fahrbereich gestellt wird, die Steuerung den Elektroantrieb so, daß er einen Vorwärts-Stromerzeugungsmodus einnimmt, und wenn während des Anhaltens des Hybridfahrzeugs das Transmissionsgetriebe sich in einem Fahrbereich befindet und der Verbrennungsmotor im Leerlauf dreht, wird der Elektroantrieb so gesteuert, daß er einen Rückwärts-Stromerzeugungsmodus einnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die konventionell verwendete Drehstromlichtmaschine zu eliminieren und damit die Größe und das Gewicht des Hybridfahrzeugs zu verringern.
Entsprechend dem fünften Aspekt steuert ferner die Steuerung den Elektroantrieb, um die Stromerzeugungsleistung in dem Maße zu erhöhen, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit beim Bremsen verringert wird, um dadurch die Rückgewinnungsbremskraft zu erhöhen. Daher ist es möglich, während der Verzögerung eine Energierückgewinnung effektiv durchzuführen und den Kraftstoffverbrauch während der Fahrt zu verbessern.
Darüber hinaus besteht gemäß dem sechsten Aspekt entsprechend das Transmissionsgetriebe lediglich aus einem Kraftübertragungsmechanismus, der keinen Startmechanismus zur Drehmomentsteuerung beim Starten enthält. Daher kann die Struktur des Transmissionsgetriebes einfach ausfallen und das Hybridfahrzeug klein und leicht gehalten werden.
Ferner ist entsprechend dem siebenten Aspekt eine Freilaufkupplung parallel zur Kupplung angeordnet, die einen gekuppelten Zustand einnimmt, wenn die Drehrichtungen der beiden Wellen, die verbunden und getrennt werden sollen, übereinstimmen und wenn die Drehzahl des Elektroantriebs gleich oder höher als die Verbrennungsmotordrehzahl ist. Dies ermöglicht die Vereinfachung der synchronen Steuerung der Kupplung, die zu dem Zeitpunkt kuppelt, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl mit der des Elektroantriebs übereinstimmt, und so kann eine gute Kupplungssteuerung ohne Kupplungsstoß erreicht werden.
Außerdem wird dem achten Aspekt entsprechend beim Anlassen des Verbrennungsmotors dieser durch den Elektroantrieb über die Freilaufkupplung gestartet. Daher kann der bisher verwendete Anlasser weggelassen und das Hybridfahrzeug klein und leicht gemacht werden.
Ferner gibt es entsprechend dem neunten Aspekt eine Steuerung für den Antrieb und die Steuerung sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektroantriebs auf der Basis der Gaspedalbetätigung und der Fahrgeschwindigkeit, wenn eine hohe Verbrennungsmotorlast benötigt wird, nachdem die Kupplungsvorrichtung beim Anfahren den gekuppelten Zustand eingenommen hat. Somit ist es möglich, die zurückgewonnene Energie effektiv zu nutzen und den Kraftstoffverbrauch während des Fahrens zu verbessern.
Entsprechend dem zehnten Aspekt steuert die Drehantriebssteuereinrichtung auf eine Weise, daß das Antriebsmoment des Elektroantriebs nach und nach reduziert wird. Auf diese Weise kann das Auftreten eines Stoßes infolge der rapiden Reduzierung des Antriebsmoments vermieden und Beschleunigungsleistung verbessert werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Elektromotor (2), der sowohl als Motor als auch als Generator dient, einem Transmissionsgetriebe (4), einem Differentialgetriebe (3), das über eine erste Welle (31) mit dem Verbrennungsmotor (1), über eine zweite Welle (32) mit dem Elektromotor (2) und über eine dritte Welle (33) mit dem Transmissionsgetriebe (4) gekoppelt ist, einer Kupplung (36) zwischen zwei der drei Wellen (31, 32, 33), wobei die Kupplung (36) ermöglicht, daß die drei Wellen (31, 32, 33) in einer differentiellen Art im ausgekuppelten Zustand rotieren, während sie im eingekuppelten Zustand in einer integrierten Art rotieren, einem Sensor (8) für die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) und einem Sensor (9) für die Drehzahl des Elektromotors (2), wobei Mittel zum Steuern eines Wechsels des Kupplungszustands der Kupplung (36) und Mittel zum Steuern des Drehmoments des Elektromotors (2) vorgesehen sind, gekennzeichnet durch Einstellen (S4) einer Zieldrehzahl (N_ET) auf den Wert der Leerlaufdrehzahl (N_E) des Verbrennungsmotors (1), die durch den Sensor (8) für die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) vor dem Anfahren des Hybridfahrzeugs detektierbar ist (S3), Halten des Elektromotors (2) auf der Zieldrehzahl (N_ET), und Einkuppeln der Kupplung (36), wenn die Drehzahl (N_E) des Verbrennungsmotors (1) größer als die Drehzahl (N_MG) des Elektromotors (2) ist, und Auskuppeln der Kupplung (36), wenn die Drehzahl (N_E) des Verbrennungsmotors (1) gleich oder niedriger als die Drehzahl (N_MG) des Elektromotors (2) ist, Verwenden des Elektromotors (2) als Generator, um die Drehzahl des Elektromotors (2) zu vermindern und ein Bremsdrehmoment auf den Verbrennungsmotor (1) auszuüben, wenn die festgestellte Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) die Zieldrehzahl (N_ET) übersteigt und wenn der Elektromotor (2) sich rückwärts dreht, und wobei, wenn die festgestellte Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) die Zieldrehzahl (N_ET) überschreitet und sich der Elektromotor (2) vorwärts dreht, letzterer als Motor verwendet wird, um die Drehzahl des Elektromotors (2) zu erhöhen, wodurch ein Bremsdrehmoment auf den Verbrennungsmotor (1) ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Versetzen des Elektromotors (2) in einen vorwärts drehenden stromerzeugenden Zustand während des Anhaltens des Fahrzeugs, wenn das Transmissionsgetriebe (4) auf einen Nicht-Fahrbereich eingestellt ist, und Versetzen des Elektromotors (2) in einen rückwärts drehenden stromerzeugenden Zustand während des Anhaltens des Fahrzeugs, wenn das Transmissionsgetriebe (4) auf einen Fahrbereich eingestellt ist und sich der Verbrennungsmotor (1) im Leerlauf befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Steuern des Elektromotors (2) für eine erhöhte Stromerzeugung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beim Bremsen verringert wird, um einen regenerativen Bremsvorgang zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Verwenden eines Transmissionsgetriebes (4) ohne Anlasser.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verwenden einer Einwegkupplung parallel zur Kupplung (36), die einkuppelt, wenn die Drehrichtungen der beiden Wellen, die miteinander zu verbinden oder voneinander zu lösen sind, übereinstimmen und die Drehzahl des Elektromotors (2) gleich oder größer als die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Anlassen des Verbrennungsmotors (1) durch den Elektromotor (2) über die Einwegkupplung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Betreiben und Steuern sowohl des Verbrennungsmotors (1) als auch des Elektromotors (2) auf der Basis eines Drosselklappenöffnungsgrades und der Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn eine hohe Leistung des Verbrennungsmotors (1) erforderlich ist, nachdem die Kupplung (36) beim Anfahren des Fahrzeugs einkuppelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein allmähliches Reduzieren des Antriebsdrehmoments des Elektromotors (2), wenn die Kupplung (36) einkuppelt und der Elektromotor (2) anzuhalten ist.
Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.