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Anwendungsgebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuerung, und insbesondere
bezieht sie sich auf die Steuerung eines Fahrzeugs, das mit einem Generator
und einem Fahrzeugantriebselektromotor ausgerüstet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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In
jüngeren
Jahren sind Hybridfahrzeuge (HEV), die einen Verbrennungsmotor,
Elektromotor und Generator umfassen in den Handel gebracht worden.
HEV können
weitgehend in Reihen-HEV und Parallel-HEV eingeteilt werden. In
beiden Fällen wird
die gesamte oder ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors durch
den Generator in elektrische Energie umgewandelt. Ein Teil dieser
elektrischen Energie wird direkt an den Elektromotor geliefert,
und die überschüssige elektrische
Energie wird in einer Batterie gespeichert. Elektrische Energie
wird nicht nur von dem Generator, sondern auch von dieser Batterie
dem Elektromotor zugeführt.
Die zugeführte elektrische
Energie wird durch den Elektromotor in kinetische Energie umgewandelt
und treibt das Fahrzeug an.
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Wenn
die durch den Verbrennungsmotor erzeugte Energie durch den Generator,
die Batterie und den Elektromotor hindurch geht, treten Verluste
auf, und diese Verluste sind nicht unbedingt klein. Folglich ist
das Parallel-HEV, in dem ein Mechanismus vorgesehen ist, der das
Fahrzeug direkt unter dem Verbrennungsmotoroutput antreibt und diese
Verluste verhindert, zu der am weitesten verbreiteten Form des Hybridfahrzeugs
geworden.
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Wenn
jedoch die von dem Elektromotor aufgenommene Energie direkt von
dem Generator ohne Mangel oder Überschuss
bereitgestellt werden könnte,
würden
die beim Laden oder Entladen der Batterie auftretenden Verluste
größtenteils
reduziert, und es könnte
selbst der Wirkungsgrad eines Reihen-HEV verbessert werden. In dem durch
das japanische Patentamt 1999 veröffentlichten JP-A-H11-146503
wird ein Steuerungsverfahren (im folgenden wird darauf Bezug genommen
als synchrone Leistungserzeugungssteuerung) offenbart, bei dem die
von dem Elektromotor aufgenommene Energie von dem Generator ohne
Mangel oder Überschuss
erzeugt wird, um die Verluste zu verringern, wenn die Batterie geladen
oder entladen wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einem HEV, das diese Art von synchroner Leistungserzeugungssteuerung
durchführt,
kann jedoch das Batterieladen und -entladen aus folgenden Gründe absichtlich
durchgeführt
werden.
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Grund
1: Selbst wenn versucht wird, synchrone Leistungserzeugungssteuerung
durchzuführen,
ist es unmöglich, Überschuss
oder Mangel vollständig
auszuschließen,
sodass der Batterieladezustand (SOC) rückgekoppelt auf einen optimalen
Wert geregelt werden muss.
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Grund
2: Die synchrone Leistungserzeugungssteuerung wird nicht immer das
optimale Kraftstoffkosten-Verhalten unter allen Fahrbedingungen ergeben.
Es kann passieren, dass unter speziellen Fahrbedingungen die synchrone
Leistungserzeugungssteuerung unterbrochen wird, und die Batterie verwendet
wird.
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Daher
tritt das folgende Problem auf, wenn Batterieladen/-entladen absichtlich
durchgeführt wird,
während synchrone
Leistungserzeugungssteuerung durchgeführt wird. Insbesondere wenn
die erzeugte Leistung kleiner gestaltet wird als die durch den Elektromotor
geforderte Leistung, muss das Defizit durch die Leistung von der
Batterie ausgeglichen werden. Jedoch ändert sich die Leistung, die
von der Batterie herausgeholt werden und an den Elektromotor abgegeben
werden kann entsprechend der an dem Elektromotor aufgebrachten Spannung,
und wenn die erzeugte Leistung reduziert wird, ohne dass die Leistung,
die abgegeben werden kann, berücksichtigt
wird, wird die Leistung, die tatsächlich von der Batterie ausgegeben
(entladen) werden kann, geringer als erwartet sein, und es kann
unmöglich
sein, die von dem Fahrer angeforderte Elektromotorleistung zur Verfügung zu
stellen.
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EP-A-0792941 offenbart
ein Verfahren zum Einstellen der elektrischen Leistungsverteilung
in einem Gleichspannungsversorgungsstromkreis in einem Kraftfahrzeug,
z.B. einem hybrid-angetriebenen Fahrzeug, das ein elektrisches Generatoraggregat und
ein oder mehrere elektrische Bauteile umfasst, die Leistung in dem
Versorgungsstromkreis verbrauchen und/oder produzieren können, wobei
eines der elektrischen Bauteile ein elektrisches Antriebsaggregat
ist, das die Antriebsräder
des Fahrzeugs antreiben kann. Die Leistung des Generatoraggregats
wird auf der Basis einer durch den Fahrer angeforderten Leistungsanforderung
eingestellt. Eines dieser elektrischen Bauteile wird als ein Leistungsausgleichsbauteil
definiert. Eine gewünschte
Spannung des Versorgungsstromkreises wird bestimmt, die effektive
Spannung der Schaltung wird kontinuierlich überwacht, und die Leistung
des Ausgleichsbauteils wird eingestellt, um so die effektive Spannung
auf dem Niveau der gewünschten
Spannung zu halten.
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EP-A-0543390 offenbart
ein Antriebssteuerungsgerät
eines Reihen-Hybridfahrzeugs, in dem eine Ladesteuerung der Batterie
so durchgeführt wird,
dass ein Produkt der erfassten Outputspannung des Generators und
des erfassten Outputstroms der Batterie gleich einer Summe der dem
Elektromotor zuzuführenden
Leistung ist. Ferner wird eine Zielladeleistung und eine Entladesteuerung
der Batterie ausgeführt,
so dass ein Produkt der erfassten Outputspannung des Generators
und des erfassten Outputstroms der Batterie gleich einer Differenz
zwischen der dem Elektromotor bereit zu stellenden Leistung und
der Zielentladeleistung ist.
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Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine durch den Fahrer angeforderte
Elektromotorleistung bereitzustellen, ohne dass sie durch einen
Batterieladezustand beeinflusst wird, wenn Batterieladen/-entladen
absichtlich durchgeführt
wird, während synchrone
Leistungserzeugungssteuerung durchgeführt wird.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
stellt diese Erfindung ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug zur Verfügung, wie
in Anspruch 1 definiert, wobei das Fahrzeug eine Generatorvorrichtung,
eine Batterie, einen mit der Generatorvorrichtung und der Batterie elektrisch
verbundenen Elektromotor, der das Fahrzeug antreibt, umfasst, und
wobei das Steuerungssystem eine Steuerungseinrichtung umfasst, die
Mittel zum Bestimmen einer Fahrbedingung des Fahrzeugs umfasst,
Mittel zum Berechnen einer Ziel-Elektromotorleistung, die ein Zielwert
der Leistung des Elektromotors ist, basierend auf der Fahrzeugfahrbedingung,
Mittel zum Berechnen eines Ziel-Batterieoutputs, der ein Zielwert
des Leistungsoutputs von der Batterie ist, um zu bewirken, dass
der Ladezustand der Batterie sich einem Zielwert annähert, Mittel
zum Berechnen einer verfügbaren
Batterieoutputleistung von der Batterie an den Elektromotor, basierend
auf einer Spannung, die erforderlich ist, um die Ziel-Elektromotorleistung
zu erlangen, wobei die verfügbare
Batterieoutputleistung eine durch die Batterie abgebbare Leistung
ist, die sich entsprechend der auf den Elektromotor aufgebrachten
Spannung verändert,
Mittel zum Berechnen einer Zielerzeugungsleistung, die ein Zielwert
der durch die Generatorvorrichtung erzeugten Leistung ist, basierend auf
dem verfügbaren
Batterieoutput und der Ziel-Elektromotorleistung, indem der Ziel-Batterieoutput
von der Ziel-Elektromotorleistung subtrahiert wird, wenn der Ziel-Batterieoutput
geringer als der verfügbare
Batterieoutput ist, und durch Subtrahieren des verfügbaren Batterieoutputs
von der Ziel-Elektromotorleistung, wenn der Ziel-Batterieoutput größer als der verfügbare Batterieoutput
ist, und Mittel zum Steuern der Generatorvorrichtung, basierend
auf der Zielerzeugungsleistung, und ein entsprechendes Fahrzeugsteuerungsverfahren,
wie in Anspruch 7 definiert.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele des
Steuerungssystems für
ein Fahrzeug sind in den Ansprüchen
2 bis 6 definiert.
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Die
Details wie auch anderer Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
werden im folgenden dieser Spezifikation ausgeführt und sind in den begleitenden
Zeichnungen gezeigt.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Fahrzeugsteuerungssystems gemäß dieser
Erfindung.
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2 ist
ein Steuerungsblockdiagram einer allgemeinen Steuerungseinrichtung.
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3 ist
eine Tabelle der erforderlichen Spannung.
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4 ist eine Abbildung der Leistung, die durch
eine Batterie abgegeben werden kann. 4(a) zeigt
Charakteristiken, wenn die Batterietemperatur 25°C beträgt, 4(b) zeigt
Charakteristiken, wenn die Batterietemperatur 0°C beträgt, und 4(c) zeigt
Charakteristiken, wenn die Batterietemperatur –10°C beträgt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Bezug
nehmend auf 1 der Zeichnungen, wird die
Antriebskraft eines Verbrennungsmotors 1 (nicht gezeigt) über ein
stufenloses, variables Getriebe (CVT) 3 auf die Antriebsräder übertragen.
Das CVT 3 umfasst einen Elektromotor-Generator 4 und 5,
wobei der Elektromotor-Generator 4 auf
der Eingangsseite mit einer Ausgangswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 verbunden
ist, und der Elektromotor-Generator 5 auf
der Ausgangsseite mit einer Antriebswelle 7 verbunden ist.
Der Elektromotor-Generator 4 arbeitet hauptsächlich als
ein Generator, und der Elektromotor-Generator 5 arbeitet hauptsächlich als
ein Elektromotor, der durch die von dem Elektromotor-Generator 4 erzeugte
Leistung angetrieben wird. Im folgenden wird auf den Elektromotor-Generator 4 als
einen Generator Bezug genommen, und auf den Elektromotor-Generator 5 wird
als Elektromotor Bezug genommen.
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Der
Generator 4 und der Elektromotor 5 umfassen Wechselstromvorrichtungen
wie einen Permanentmagnet-Wechselstrom-Synchronelektromotor,
und sind jeweils mit einem Inverter 8 verbunden. Die Drehzahlen
des Generators 4 und des Elektromotors 5 werden
entsprechend der Steuerfrequenz des Inverters 8 gesteuert.
Das Verhältnis
der Steuerfrequenzen des Inverters 8 ist das Drehzahlverhältnis (Verhältnis der
Ausgangsdrehzahl zu der Eingangsdrehzahl) des CVT 3.
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Eine
Generatordrehzahl Ni von einem Generator-Drehzahlsensor (Eingangswelle-Drehzahlsensor
des CVT 3) 21, und eine Elektromotordrehzahl No
von einem Elektromotor-Drehzahlmesser
(Ausgangswelle-Drehzahlmesser des CVT 3) 22, werden in
eine Getriebesteuerungseinrichtung 11 eingegeben. Die Getriebesteuerungseinrichtung 11 steuert die
Steuerfrequenz des Inverters 8, so dass eine Ziel-Generatordrehzahl
tNi und ein Ziel-Elektromotordrehmoment tTo, die durch eine allgemeine
Steuerungseinrichtung 13 berechnet werden, erlangt werden.
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Zwischen
den Generator 4 und den Elektromotor 5 ist eine
Kupplung 6 geschaltet, und die Eingangswelle des Generators 4 und
die Ausgangswelle des Elektromotors 5 können durch Einrücken der Kupplung 6 verbunden
werden. Die Kupplung 6 wird gemäß einer Anweisung von einer
Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung 12 gesteuert. Wenn
zum Beispiel die Eingangswellendrehzahl und Ausgangswellendrehzahl
des CVT 3 gleich sind, ist die Kupplung 6 eingerückt, und
die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 1 wird direkt
auf die Antriebsräder übertragen,
um so das Kraftstoffkosten-Verhalten des Fahrzeugs durch Vermeiden
der Verluste in dem Generator 4 und dem Elektromotor 5 zu
verbessern.
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Die
Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung 12 steuert eine Öffnung TVO
einer elektronischen Steuerungsdrosselklappe 14, so dass
das durch die allgemeine Steuerungseinrichtung 13 berechnete
Ziel-Verbrennungsmotordrehmoment
tTe erlangt wird. Eine Ansaugluftmenge entsprechend der Drosselklappenöffnung strömt in den
Verbrennungsmotor 1. Ein Durchfluss Qa der Ansaugluft wird durch
ein Luftdurchflussmessgerät 23 gemessen, das
stromabwärts
von der elektronischen Steuerungsdrosselklappe 14 installiert
ist. In der Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung 12 wird
die Kraftstoffeinspritzung durch Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 15 gesteuert,
und die Zündzeitpunktsteuerung wird
durch Zündkerzen 16 basierend
auf der Luftdurchflussrate Qa und der Verbrennungsmotordrehmoment
von einem Kurbelwinkelsensor 24 durchgeführt.
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Ein
Gaspedal-Herunterdrückungsbetrag APO
von einem Gaspedal-Herunterdrückungssensor 25 und
eine Temperatur Tmpb der Batterie 27 von einem Temperatursensor 26 werden
in die allgemeine Steuerungseinrichtung 13 eingegeben.
Basierend auf diesen Signalen, der Generatordrehzahl Ni und der
Elektromotordrehzahl No, die über
die Getriebesteuerungseinrichtung 11 erhalten werden, berechnet
die allgemeine Steuerungseinrichtung 13 das dem Elektromotor 5 bereitgestellte
Ziel-Elektromotordrehmoment tTo und die dem Generator 4 bereitgestellte
Ziel-Generatordrehzahl tNi, so dass synchrone Leistungserzeugung
stattfindet.
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Die
synchrone Leistungserzeugungssteuerung weist die folgenden grundlegenden
Merkmale auf.
- (1) Eine Ziel-Elektromotorleistung
tPo00, die der Zielwert der Leistung des Elektromotors 5 ist,
wird auf den Fahrzeugbedingungen (in diesem Ausführungsbeispiel der Gaspedal-Herunterdrückungsbetrag
APO und die Fahrzeuggeschwindigkeit VSP) basierend berechnet.
- (2) Der Elektromotor 5 wird auf einer Zielerzeugungsleistung
tPg basierend gesteuert.
- (3) Die Zielerzeugungsleistung tPg, die der Zielwert der durch
den Generator 4 erzeugten Leistung ist, wird auf der Ziel-Elektromotorleistung tPo00
basierend berechnet.
- (4) Der Generator 4 wird auf dieser Zielerzeugungsleistung
tPg basierend gesteuert.
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Ferner
wird in diesem Ausführungsbeispiel
- (5) ein verfügbarer Batterieoutput Pblim,
basierend auf der Ziel-Elektromotorleistung tPo00, berechnet, und
- (6) die Zielerzeugungsleistung tPg unter Berücksichtigung des verfügbaren Batterieoutputs
Pblim berechnet.
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Die
durch die allgemeine Steuerungseinrichtung 13 durchgeführte synchrone
Leistungserzeugungssteuerung wird nun detailliert mit Bezugnahme auf
das Steuerungsblockdiagram von 2 beschrieben.
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In
einem Feld B1 wird eine Zielantriebskraft tFd0[N] basierend auf
dem Gaspedal-Herunterdrückungsbetrag
APO[deg] und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP[km/h] berechnet. Speziell
wird die Zielantriebskraft tFd0 durch Nachschlagen in einer Zielantriebskraft-Abbildung
basierend auf APO und VSP berechnet. Der Gaspedal-Herunterdrückungsbetrag APO
wird durch den Gaspedal-Herunterdrückungssensor 25 erfasst.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit VSP wird durch Multiplizieren der Elektromotordrehzahl No[rpm],
die durch den Elektromotordrehzahlsensor 22 erfasst wird,
mit einer Konstanten G1 erfasst. Wenn der Radius der Antriebsräder des
Fahrzeugs r[m] ist und das Übersetzungsverhältnis von
der Ausgangswelle des Elektromotors 5 zu der Antriebswelle R
ist, ist die Konstante G1 ein Wert, der durch die folgende Gleichung
berechnet wird: G1 = 2 × π × r × 60/(R × 60).
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In
einem Feld B2 wird eine Ziel-Elektromotorleistung tPo00[W] durch
Multiplizieren der Zielantriebskraft tFd0[N] mit der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP[m/s]
so berechnet, dass die Zielantriebskraft tFd0 durch den Elektromotor 5 erzeugt
wird. Die in der Gleichung verwendete VSP muss in Einheiten von
[m/s] sein, so dass die VSP in [m/s]-Einheiten durch Multiplizieren
der Elektromotordrehzahl No[rpm] mit einer Konstanten G2 berechnet
wird. Die Konstante G2 ist ein durch die folgende Gleichung berechneter
Wert: G2 = 2 × π × r/(R × 60).
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In
einem Feld B3 wird Filterbearbeitung der Ziel-Elektromotorleistung tPo00[W] durchgeführt. Diese
Filterbearbeitung wird durchgeführt,
um die offensichtliche Steuerungsansprechgeschwindigkeit des Elektromotors 5 zu
verringern.
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In
einem Feld B4 wird das Ziel-Elektromotordrehmoment
tTo[Nm] durch Dividieren der Ziel-Elektromotorleistung tPo0[W] nach der
Filterbearbeitung durch die Elektromotordrehzahl No[rad/s] berechnet. Die
für die
Elektromotordrehzahl No hier verwendeten Einheiten sind [rad/s],
so dass No in Einheiten von [rad/s] durch Multiplizieren der Elektromotordrehzahl
No[rad/s] mit einer Konstanten G3 berechnet wird. Die Konstante
G3 ist ein durch die folgende Gleichung berechnete Wert: G3 = 2 × π/60.
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Das
berechnete Ziel-Elektromotordrehmoment tTo wird an die Getriebesteuerungseinrichtung 11 geschickt.
Die Getriebesteuerungseinrichtung 11 steuert das Drehmoment
des Elektromotors 5 über den
Inverter 8 basierend auf diesem Ziel-Elektromotordrehmoment tTo.
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In
einem Feld B5 wird der Wirkungsgrad EFFm des Elektromotors 5 basierend
auf dem oben genannten Ziel-Elektromotordrehmoment
tTo[Nm] und der Elektromotordrehzahl No[rpm] berechnet.
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In
einem Feld B6 wird eine Elektromotorverbrauchsleistung tPo01 [W]
durch Dividieren des Ziel-Elektromotordrehmoments tPo00[W] durch
diesen Elektromotorwirkungsgrad EFFm berechnet. In diesem Ausführungsbeispiel
wird synchrone Leistungserzeugungssteuerung durchgeführt, und
die durch den Elektromotor 5 verbrauchte Leistung wird grundsätzlich durch
den Generator 4 ohne Überschuss
oder Mangel erzeugt, so dass die Elektromotor-Verbrauchsleistung
tPo01[W] während
der synchronen Leistungserzeugung der grundlegende Wert der Zielerzeugungsleistung
des Generators 4 ist.
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In
einem Feld B7 wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines Batterieoutputs
tPb[W] (später
im Detail beschrieben) von dieser Elektromotor-Verbrauchsleistung
tPo01[W] erlangt wird, als die Zielerzeugungsleistung tPg[W] berechnet.
Der Batterieoutput tPb ist ein positiver Wert, wenn die Leistung
von der Batterie 27 abgegeben wird (Entladen), und ist ein
negativer Wert, wenn der Batterie 27 Leistung zugeführt wird
(Laden).
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In
einem Feld B8 wird ein Wirkungsgrad EFFg des Generators 4 auf
der Generatordrehzahl Ni[rpm] und dem unmittelbar vorhergehenden
Wert des Ziel-Generatordrehmoments tNe[Nm] basierend berechnet (bereitgestellt
durch ein Feld 314, das einen Wert ausgibt, der bei dem
unmittelbar vorhergehenden Ereignis berechnet wurde). In einem Feld
B9 wird eine Generatorverbrauchsleistung tPe[W] durch Dividieren
der Zielerzeugungsleistung tPg[W] durch diesen Generatorwirkungsgrad
EFFg berechnet. Der Generator 4 wird durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben,
so dass die Generatorverbrauchsleistung tPe die Ziel-Verbrennungsmotorleistung
darstellt. Da der Verbrennungsmotor 1 und der Generator 4 direkt
verbunden sind, ist die Generatordrehzahl Ni gleich der Verbrennungsmotordrehzahl.
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In
einem Feld B10 wird eine zweite Zielantriebskraft tFd[N] durch Dividieren
des Ziel-Verbrennungsmotoroutputs tPe[W] durch die Fahrzeuggeschwindigkeit
VSP[m/s] berechnet.
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In
einem Feld 311 wird eine Ziel-Generatordrehzahl tNi0[rpm]
basierend auf der zweiten Zielantriebskraft tFd[N] und einer Fahrzeuggeschwindigkeit VSP[m/s]
berechnet. Diese Berechnung wird zum Beispiel durch Nachschlagen
in einer Output-Verteilungsabbildung durchgeführt.
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In
einem Feld 312 wird Filterbearbeitung an der Ziel-Generatordrehzahl
tNi0[rpm] durchgeführt. Diese
Filterbearbeitung wird durchgeführt,
um die offensichtliche Steuerungsansprechgeschwindigkeit des Generators 4 zu
verringern, und ist identisch mit der Filterbearbeitung des Feldes
B3.
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Die
Ziel-Generatordrehzahl tNi[rpm] nach der Filterbearbeitung wird
an die Getriebesteuerungseinrichtung 11 geschickt. Die
Getriebesteuerungseinrichtung 11 steuert die Drehzahl des
Generators 4 über
den Inverter 8 basierend auf der Ziel-Generatordrehzahl
tNi.
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In
einem Feld B13 wird das Ziel-Verbrennungsmotordrehmoment
tTe[Nm] durch Dividieren der Ziel-Verbrennungsmotorleistung tPe[W] durch die
Generatordrehzahl Ni[rad/s] berechnet. Die in dieser Berechnung
verwendeten Einheiten der Generatordrehzahl Ni sind [rad/s], so
dass Ni durch Multiplizieren der Generatordrehzahl Ni[rpm] mit der Konstanten
G3 in Einheiten von [rad/s] berechnet wird.
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Das
Ziel-Verbrennungsmotordrehmoment tTe wird an die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung 12 geschickt.
In der Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung 12 wird das
Verbrennungsmotordrehmoment basierend auf dem Ziel-Verbrennungsmotordrehmoment
tTe gesteuert. Speziell wird die Öffnung der elektronischen Steuerungsdrosselklappe 14 gesteuert,
um die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 zu erhöhen oder
zu verringern. Im allgemeinen folgt das tatsächliche Verbrennungsmotordrehmoment
der Drosselklappenöffnungssteuerung
mit einer vorbestimmten Verzögerung,
so dass die Filterbearbeitung des Feldes B3 oder B12 ausgeführt wird,
um die Phase der Steuerung des Elektromotors 5 und des
Generators 4 mit dieser Verbrennungsmotor-Ansprechverzögerung zu synchronisieren.
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In
den Feldern B15, B16 wird der verfügbare Batterieoutput Pblim,
welcher die Leistung ist, die von der Batterie 27 an den
Elektromotor 5 abgegeben werden kann, auf der Ziel-Elektromotorleistung tPo00
basierend berechnet. Zuerst wird in dem Feld B15 eine auf den Elektromotor 5 aufgebrachte,
erforderliche Spannung V[V] auf der Ziel-Elektromotorleistung tPo00[W] basierend
berechnet. Die Berechnung dieser erforderlichen Spannung wird durch Nachschlagen
in einer in 3 gezeigten erforderliche-Spannung-Tabelle
auf der Ziel-Elektromotorleistung tPo00 basierend durchgeführt.
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In
dem Feld B16 wird der verfügbare
Batterieoutput Pblim[W] auf der erforderlichen Spannung V[V], dem
Batterieladezustand SOC[%] und der Batterietemperatur Tmpb [°C] basierend
berechnet. Diese Berechnung weist drei Parameter auf, so dass zuerst
zwei Abbildungen aus 4(a)–(c) entsprechend
der Batterietemperatur Tmpb ausgewählt werden, und die Nachschlagewerte
werden basierend auf der erforderlichen Spannung V und dem Batterieladezustand
SOC aus den ausgewählten
Abbildungen berechnet. Der verfügbare
Batterieoutput Pblim wird dann durch lineare Interpolation zwischen
den Werten berechnet, die durch Nachschlagen in diesen Abbildungen
erlangt worden sind.
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Der
Grund dafür,
warum der verfügbare
Batterieoutput Pblim unter Berücksichtigung
nicht nur der erforderlichen Spannung V, sondern auch des Batterieladezustands
SOC und der Batterietemperatur Tmpb berechnet wird, besteht darin,
dass der Batterieladezustand SOC oder die Batterietemperatur Tmpb
den verfügbaren
Batterieoutput Pblim beeinflussen. Zum Beispiel verringert sich
in 4(a), die den Zustand zeigt,
wenn die Batterietemperatur Tmpb 25°C beträgt, der Wert des verfügbaren Batterieoutputs
Pblim je geringer der Batterieladezustand SOC für dieselbe erforderliche Spannung
V wird. Der verfügbare
Batterieoutput Pblim verringert sich, je geringer die Batterietemperatur
Tmpb (4(a)–b 4(b)–4(c)) für
dieselbe Spannung V und denselben Batterieladezustand SOC wird.
Der Batterieladezustand SOC wird durch einen SOC-Sensor 28 erfasst.
Speziell erfasst der SOC-Sensor
den SOC basierend auf dem in die Batterie 27 hinein und hinaus
fließenden
Strom und der Anschlussklemmenspannung in diesem Stadium. Tmpb wird
durch einen Temperatursensor 26 erfasst.
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Im
Feld 317 wird ein Ziel-Batterieoutput tPb0[W] berechnet,
um den Batterieladezustand SOC[%] rückgekoppelt auf einen Ziel-Batterieladezustand
tSOC[%] zu regeln. Wenn zum Beispiel lineare Steuerung als Rückkopplungssteuerung
verwendet wird, wird der Ziel-Batterieoutput tPb0 durch die folgende
Gleichung unter Verwendung einer proportionalen Verstärkung Kp
berechnet. tPb0 = Kp × (SOC – tSOC)
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Der
durch diese Gleichung erlangte Ziel-Batterieoutput tPb0 ist ein positiver
Wert (Entladen), wenn der tatsächliche
SOC höher
ist als tSOC, und ist ein negativer Wert (Laden), wenn der tatsächliche SOC
niedriger als tSOC ist.
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In
einem Feld 318 werden der Ziel-Batterieoutput tPb0[W] und
der verfügbare
Batterieoutput Pblim[W] verglichen, und der kleinere wird als der Batterieoutput
tPb[W] ausgewählt.
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Als
nächstes
wird der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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In
diesen Ausführungsbeispiel
wird die durch den Elektromotor 5 verbrauchte Leistung
durch den Generator 4 ohne Überschuss oder Mangel erzeugt (synchrone
Leistungserzeugungssteuerung). Wenn die synchrone Leistungserzeugungssteuerung
ideal wäre,
wäre die
Schwankung des Batterieladezustandes SOC null.
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In
der Praxis ist es jedoch schwierig, den Leistungsverbrauch des Elektromotors 5 genau
mit der durch den Generator 4 erzeugten Leistung in Übereinstimmung
zu bringen, so dass es passieren kann, dass der SOC sich allmählich von
dem optimalen Wert (tSOC) wegbewegt, während das Fahrzeug weiterhin
fährt.
Daher wird der SOC rückkoppelnd geregelt
(B17, B18).
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Wenn
zum Beispiel der tatsächliche
SOC größer als
der optimale Wert (Zielwert) ist, wird die durch den Generator 4 erzeugte
Leistung kleiner gestaltet als die durch den Elektromotor 5 verbrauchte Leistung,
und dieser Leistungsunterschied wird von der Batterie 27 entladen,
so dass der SOC sich dem optimalen Wert annähert. Damit kann, obwohl grundsätzlich synchrone
Leistungserzeugungssteuerung durchgeführt wird, in einigen Fällen Leistung
von der Batterie 27 abgezogen werden.
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Die
durch die Batterie 27 abgebbare Leistung (verfügbarer Batterieoutput) ändert sich
entsprechend der an dem Elektromotor 5 aufgebrachten Spannung.
Zum Beispiel ist, selbst wenn der SOC und die Temperatur der Batterie 27 die
gleichen sind, wenn die an dem Elektromotor 5 aufgebrachte
Spannung hoch ist (wenn der Elektromotor 5 eine hohe Leistung
erzeugt), der verfügbare
Batterieoutput geringer, als wenn die an dem Elektromotor 5 aufgebrachte
Spannung gering ist. Diese Tatsache ignorierend, würde, wenn
die Zielerzeugungsleistung tPg durch das Subtrahieren des Batterieoutputs,
für den festgelegt
ist SOC-Rückkopplungssteuerung
durchzuführen,
von dem Elektromotor-Leistungsverbrauch tPo01 bestimmt würde, die
Leistung unzureichend sein, wenn der verfügbare Batterieoutput in diesem Stadium
geringer wäre
als der Batterieoutput, und die von dem Fahrer geforderte Elektromotorleistung
würde nicht
erzielt werden.
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Um
dies zu behandeln, wird in diesen Ausführungsbeispiel der verfügbare Batterieoutput
Pblim durch die Felder B15, B16 berechnet (vorhergesagt) und ein
endgültiger
Batterieoutput tPb wird durch Begrenzen des Ziel- Batterieoutputs tPb0 für SOC-Rückkopplungssteuerung
durch den berechneten, verfügbaren
Batterieoutput Pblim bestimmt. Folglich wird der Batterieoutput
tPb nicht größer eingestellt
als der verfügbare
Batterieoutput Pblim, der oben erwähnte Leistungsmangel wird vermieden, und
die von dem Fahrer geforderte Elektromotorleistung wird immer erzielt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wurde SOC-Rückkopplungssteuerung
als ein Beispiel für absichtliche
Batterieentladesteuerung aufgeführt, aber
die Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt und kann auch angewandt
werden, wenn die gesamte Leistung der Batterie 27 verwendet
wird um das Fahrzeug zu fahren.
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Ferner
wurde der Fall beschrieben, bei dem die Generatorvorrichtung den
Verbrennungsmotor 1 und den Generator 4 umfasste,
aber die Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt und
kann auch auf ein Fahrzeug angewandt werden, das einen anderen Typ
von Generatorvorrichtung (z.B. eine Brennstoffzelle) verwendet.