DE69630183T2

DE69630183T2 - Steuerung für ein Hybrid-Fahrzeug

Info

Publication number: DE69630183T2
Application number: DE69630183T
Authority: DE
Inventors: Ryuji Toyota-shi Aichi-ken Ibaraki; Yutaka Toyota-shi Aichi-ken Taga; Hiroshi Toyota-shi Aichi-ken Hata; Atsushi Toyota-shi Aichi-ken Tabata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: US5927415A; JPH09117009A; DE69630183D1; JP3094872B2; EP0769402B1; EP0769402A3; EP0769402A2

Description

Hintergrund der Erfindung
a) Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Hybridfahrzeug (HV) mit einem Motor bzw. Eleketromotor und einem Verbrennungsmotor (ICE) und insbesondere auf eine Steuervorrichtung für das Hybridfahrzeug.
b) Beschreibung des in Beziehung stehenden Standes der Technik
Um den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu verbessern und um eine Luftverunreinigung zu verhindern wurden zahlreiche Arten von Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und einem Motor entwickelt. Zu diesen Fahrzeugen gehört das Hybridfahrzeug, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 6-80048 veröffentlicht ist und das eine Steuervorrichtung zum auswählenden Ausführen der folgenden Antriebsbetriebsarten hat: eine Nur-Motor-Betriebsart zum alleinigen Antreiben des Fahrzeugs durch einen Motor, eine Nur-Verbrennungsmotor-Betriebsart für das alleinige Antreiben durch einen Verbrennungsmotor und eine Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart zum Antreiben durch sowohl den Motor als auch den Verbrennungsmotor. Eine Steuervorrichtung, die am Hybridfahrzeug montiert ist, bestimmt entsprechend den Hybridfahrzeug-Antriebsbedingungen, welche Betriebsart verwendet werden soll, um das Hybridfahrzeug anzutreiben, und steuert entsprechende Komponenten, wie z. B. den vorstehend genannten Verbrennungsmotor und den vorstehend genannten Motor zum Implementieren der vorbestimmten Betriebsart. Die hier verwendete "Antriebsbedingung" ist die Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Fahrpedalwinkel und ähnliches. Beispielsweise werden die Nur-Motor-Betriebsart und die Nur-Verbrennungsmotor-Betriebsart im wesentlichen verwendet, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist bzw. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist. Die Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart wird unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet, wenn der Fahrpedalwinkel groß ist, d. h. wenn der Fahrzeugfahrer eine schnelle Beschleunigung verlangt (siehe 3 der vorstehend genannten Veröffentlichung, in der die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der horizontalen Achse und der Fahrpedalwinkel auf der vertikalen Achse gezeigt ist).
In der vorstehend genannten Veröffentlichung wird die Antriebsbetriebsart in eine andere Antriebsbetriebsart geschaltet, wenn die Kennziffer, die die Antriebsbedingung darstellt, unter einen Schwellwert fällt, der entsprechend einem Ladezustand (SOC für "state of charge") oder einer Ladungstiefe (DOD für "depth of discharge") der Bordbatterie zur Zuführung von elektrischer Antriebsenergie zum Motor und entsprechend einer Temperatur des Motors änderbar ist, oder diesen überschreitet (siehe die Pfeile in 3 der vorstehend genannten Veröffentlichung und auch 4 der gleichen Veröffentlichung, in der die horizontale Achse die Motortemperaturen und die vertikale Achse den Schwellwert des Fahrpedalwinkels zeigt).
Beim vorstehenden Stand der Technik wird eine Antriebsbetriebsart entsprechend den Antriebsbedingungen, die vor der Bestimmung erfasst wurden, bestimmt und geschaltet. Ein solcher Ablauf führt jedoch zu einer Steuerung, bei der das Abtriebsdrehmoment, das zu den Antriebsrädern geführt werden soll, verzögert wird. Beispielsweise bestimmt die Steuervorrichtung, wenn das Fahrpedal beim Fahren mit niedriger Geschwindigkeit schnell niederdgedrückt wird, dass es notwendig ist, die Antriebsbetriebsart von der Nur-Motor-Betriebsart zur Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart zu schalten, und gibt diese dann einen Befehl zum Starten des Verbrennungsmotors aus. Hierbei ist im allgemeinen eine gewisse Anfahrperiode für den Verbrennungsmotor erforderlich. Beim Schalten der Antriebsbetriebsart von der Nur-Motor-Betriebsart zur Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart nach der Vornahme der Bestimmung des Betriebsartenschaltens und nach der Ausgabe des Befehls zur Durchführung des Betriebsartschaltens muss daher der Fahrer auf das Anfahren des Verbrennungsmotors warten.
Die Dokumente US 5 .166.584, EP 0570234 und EP 0570240 beziehen sich auf ein Hybridfahrzeug, bei dem der Verbrennungsmotor zur Energieerzeugung verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ansprechverzögerung eines Verbrennungsmotors in einer Situation, in der ein Schalten der Antriebsbetriebsart notwendig ist, zu verringern oder zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch das Vorhersagen einer Erhöhung der Last an einem Fahrzeug oder einem Motor entsprechend den Ansprüchen 1 und 6 gelöst.
Ein erster Aspekt des Hintergrundes der Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die an einem Hybridfahrzeug mit einem Motor und einem Verbrennungsmotor montiert ist und aufweist: eine Vorhersageeinrichtung zum Erfassen, dass eine Last am Hybridfahrzeug oder Motor einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, wenn das Hybridfahrzeug in einer ersten Betriebsart angetrieben wird, eine Leerlaufeinrichtung zum Betreiben des Verbrennungsmotors im Leerlauf entsprechend der Erfassung und eine Betriebsart schalteinrichtung zum Schalten der Hybridfahrzeug-Fahrbetriebsart von der ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart. Ein zweiter Aspekt des Hintergrundes der Erfindung ist ein Steuerverfahren, das bei einem Hybridfahrzeug mit einem Motor und einem Verbrennungsmotor implementiert wird und aufweist: einen Schritt zum Erfassen, dass eine Last am Hybridfahrzeug oder Motor einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, wenn das Hybridfahrzeug in einer ersten Betriebsart betrieben wird, einen Schritt des Betriebes vom Verbrennungsmotor im Leerlauf entsprechend der Erfassung und einen Schritt des Schaltens der Hybridfahrzeug-Fahrbetriebsart von der ersten Betriebsart zu einer zweiten Betriebsart nach dem Betrieb im Leerlauf. Ein dritter Aspekt des Hintergrundes der Erfindung ist ein Hybridfahrzeug mit einem Motor, der angetrieben wird, wenn zumindest eine erste Betriebsart ausgeführt wird, mit einem Verbrennungsmotor, der angetrieben wird, wenn eine zweite Betriebsart ausgeführt wird, und einer Steuervorrichtung, die sich auf den ersten Aspekt der Erfindung bezieht. Die erste hier verwendete Betriebsart ist eine Antriebsbetriebsart, bei der nur der Motor angetrieben wird; die zweite Betriebsart ist eine Antriebsbetriebsart zum Antreiben von zumindest dem Verbrennungsmotor.
Entsprechend der Erfindung wird, da der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben wird, bevor die Last am Hybridfahrzeug oder seinem Motor erhöht ist, die erforderliche Leistungsabgabe durch den Verbrennungsmotor erhalten, unmittelbar nachdem die erste Betriebsart in die zweite Betriebsart geschaltet wird, woraus sich eine Beseitigung des Mangels an Abgabeleistung beim Starten oder Beschleunigen ergibt. Auch kann eine Tatsache, dass die Last am Hybridfahrzeug oder seinem Motor einen vorgeschriebenen Wert überschreitet, einfach und mit geringen Kosten erfasst werden, indem Informationen, die von einem Bordsensor, dem Fahrzeugfahrer oder einer externen Infrastruktur erhalten werden, genauer gesägt relativ einfache Informationen, verwendet werden.
Auf der Grundlage der Tatsache, dass ein geladenes Gewicht einen Schwellwert überschritten hat, eine Straßenneigung einen Schwellwert überschritten hat, eine Vorhersage getroffen wurde, dass eine Straßenneigung einen Schwellwert überschreiten wird oder eine Änderungsrate beim Fahrpedalwinkel einen Schwellwert überschritten hat, ist es beispielsweise möglich vorherzusagen, dass eine Last am Hybridfahrzeug einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird. Auch können die vorstehenden Informationen, wie z. B. das geladene Gewicht, die Straßenneigung oder die Änderungsrate des Fahrpedalwinkels, die die Grundlage der Bestimmung liefern, von einem Bordsensor erhalten werden. Auf der Grundlage der Tatsache, dass ein geladenes Gewicht einen Schwellwert überschritten hat, das Hybridfahrzeug mit dem Abschleppen eines anderen Fahrzeugs begonnen hat oder eine vorherige Meldung abgegeben wurde, um mitzuteilen, dass das Hybridfahrzeug mit dem Abschleppen eines anderen Fahrzeugs beginnen wird, ist in ähnlicher Weise die Vorhersage möglich, dass eine Last am Hybridfahrzeug einen vorgeschriebenen Wert in naher Zukunft überschreiten wird. Die vorstehende Information, wie z. B. das geladene Gewicht oder der Abschleppzustand, können ebenfalls durch einen Bordschalter zugeführt werden, der durch einen Fahrzeugfahrer betätigbar ist. Somit kann die Vorhersage einer Erhöhung der Last durch das Hinzufügen von einigen Sensoren oder Schaltern implementiert werden. Insbesondere ist in den Fällen, in denen ein herkömmlicher Bordsensor oder Bordschalter verwendet werden kann, beispielsweise in dem Fall, dass der Fahrpedalsensor oder ähnliches am Fahrzeug montiert ist, ein solches Hinzufügen nicht notwendig.
Auf der Grundlage der Tatsache, dass eine Straßenneigung einen Schwellwert überschritten hat, dass die Vorhersage getroffen wurde, dass eine Straßenneigung einen Schwellwert überschreiten wird, dass das Hybridfahrzeug auf eine Fernverkehrsstraße gefahren ist, oder dass die Vorhersage getroffen wurde, dass das Hybridfahrzeug auf eine Fernverkehrsstraße fahren wird, ist auch eine Vorhersage möglich, dass eine Last am Hybridfahrzeug einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird. Eine solche Information, die zur Vornahme der Bestimmung verwendet wird, kann auch mittels eines Navigationssystems erhalten werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung von einer Bord-Karten-Datenbank Informationen über eine Straßenneigung, das Fahren auf eine Fernverkehrsstraße oder ähnliches aus der Karten-Datenbank erhalten. Die Steuerungseinrichtung kann auch von einem Navigationssystem zur Aufnahme von Informationen von einer externen Infrastruktur durch Funkverkehr oder ähnliches Informationen über eine Straßenneigung, das Fahren auf eine Fernverkehrsstraße oder ähnliches von der Infrastruktur erhalten. Navigationssysteme sind zur Zeit weit verbreitet oder werden immer verbreiteter, so dass eine Vorhersage unter Verwendung solcher Kennziffern durch das Ableiten von Informationen, die durch Navigationssysteme verwendet werden, ohne das Hinzufügen spezieller Elemente einfach erhalten werden kann.
Außerdem ist eine Vorhersage, dass eine Last am Motor einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, im Hinblick auf die Tatsache möglich, dass der Betrieb des Bordgerätes unter alleiniger Nutzung des Motors schwierig oder unmöglich ist. Dieses kann einfach und mit geringen Kosten umgesetzt werden, indem die Sensoren, die für herkömmliche Fahrzeuge verwendet werden, abgeleitet werden oder indem eine geringe Anzahl an Sensoren hinzugefügt wird. Wenn beispielsweise das vorstehend beschriebene Bordgerät eine Klimaanlage ist, kann die Erhöhung der Last auf dem Motor vorgesagt werden, indem die Fahrgastraum- und die Außentemperatur erfasst und verglichen werden, so dass das Ableiten oder die Montage lediglich von Fahrgastraumtemperatur- und Freilufttemperatur-Sensoren ausreichend ist.
Die vorstehenden unterschiedlichen Arten von Bedingungen können in Kombination oder zusammen verwendet werden.
Die Bedingungen zum Schalten in die zweite Betriebsart sind nicht auf die Größe einer Last am Hybridfahrzeug oder Motor beschränkt. Durch das Vorsehen eines Schalters, der durch den Hybridfahrzeugfahrer betrieben werden soll, um beim Einschalten zwangsweise in die zweite Betriebsart zu schalten, kann beispielsweise der Verbrennungsmotor im Ansprechen auf einen Befehl durch den Fahrer angetrieben werden. Insbesondere durch das Vorsehen von einem Schalter, der zu Beginn durch die Steuerungseinrichtung vor dem Starten des Fahrzeugs eingeschaltet wird, kann ein Mangel an Leistungsabgabe zum Anfahrzeitpunkt beseitigt werden.
Außerdem kann bei der zweiten Betriebsart eine Komponente, wie z. B. der Motor, zum Antrieb des Hybridfahrzeugs im Zusammenwirken mit dem Verbrennungsmotor verwendet werden. Beispielsweise ist eine Vielzahl von die zweite Betriebsart bildenden Unter-Betriebsarten vorgesehen, genauer gesagt eine erste Unterbetriebsart zum alleinigen Antreiben des Verbrennungsmotors, eine zweite Unterbetriebsart zum Energieantrieb des Motors, während der Verbrennungsmotor angetrieben wird, und eine dritte Unterbetriebsart zum Erzeugen eines Antriebs des Motors zum Erzeugen von Elektrizität während des Antriebs des Verbrennungsmotors. Das Fahrzeug kann zur Ausführung der zweiten Betriebsart in zahlreichen Formen durch das auswählende Ausführen von einer Unterbetriebsart der erste bis dritten Unterbetriebsart entsprechend einem Befehl vom Fahrzeugfahrer oder einer Leistungsabgabe, die durch den Fahrzeugfahrer gefordert wird, angetrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung der Anordnung von 1A und 1B.
1A ist ein Blockschaltbild, das eine linke Hälfte der Systemkonfiguration eines Hybridfahrzeugs entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
1B ist ein Blockschaltbild, das eine rechte Hälfte der Systemkonfiguration eines Hybridfahrzeugs entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigt,
2 ist ein Fließbild, das den Betrieb einer Steuerungseinrichtung im vorstehenden Ausführungsbeispiel und insbesondere den Betriebsartsteuerbetrieb zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die 1A und 1B zeigen die Systemkonfigurationen eines Hybridfahrzeugs entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 2 zeigt einen Fluss des Betriebsartsteuerbetriebes, der in vorgeschriebenen Intervallen durch eine Steuerungseinrichtung 10 wiederholt ausgeführt wird. Die 1A und 1B zeigen mechanische Verbindungen durch eine dicke Vollinie und elektrische Verbindungen durch eine dünne Vollinie.
Ein Fahrzeug entsprechend diesem Ausführungsbeispiel hat einen Verbrennungsmotor 12 und einen Motor bzw. Elektromotor 14 als Antriebseinrichtungen. Der Motor 14 ist mit Antriebsrädern 20 über ein Übersetzungsgetriebe 16 und ein Untersetzungsgetriebe 18 verbunden. Der Verbrennungsmotor 12 ist einerseits mit dem Motor 14 über eine Kupplung 22 und andrerseits mit den Antriebsrädern 20 über das Übersetzungsgetriebe 16 und das Untersetzungsgetriebe 18 verbunden. Daher kann dieses Ausführungsbeispiel eine Nur-Verbrennungsmotor-Betriebsart zum Antreiben des Fahrzeugs allein durch den Verbrennungsmotor 12, eine Nur-Motor-Betriebsart zum Antreiben des Fahrzeugs allein durch den Motor 14 und eine Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart zum Antreiben des Fahrzeugs sowohl durch den Verbrennungsmotor 12 als auch durch den Motor 14 ausführen. Da der Motor 14 nicht nur als ein Motor sondern auch als ein Generator betrieben werden kann, kann die Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart in eine Unterbetriebsart zum Energieantrieb durch den Motor 14 und eine Unterbetriebsart zum Erzeugen von Elektrizität durch diesen eingeteilt werden. Die Steuerungseinrichtung 10 wählt eine Betriebsart und eine Unterbetriebsart von dieser entsprechend einer Anforderung durch den Fahrzeugfahrer für die Leistungsabgabe, die den Antriebsrädern 18 zugeführt werden soll, aus. Zu diesem Zweck kann die gleiche Logik (einschließlich einer Änderung des Schwellwertes) wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 6-80048 verwendet werden.
Auf der Grundlage eines Fahrpedalwinkelsignals, das einen Fahrpedalwinkel anzeigt, eines Bremssignals, das anzeigt, dass das Bremspedal niedergedrückt ist, eines Bremsniederdrückenergiesignals, das eine auf das Bremspedal aufgebrachte Beinenergie anzeigt, der Fahrzeuggeschwindigkeit/Radgeschwindigkeit, die durch einen Fahr zeuggeschwindigkeits/Radgeschwindigkeitssensors 28 erfasst wird, eines Schaltpositionssignals, das später beschrieben wird, oder eines Verbrennungsmotorbremsschaltpositionsignals, das später zu beschreiben ist, erzeugt die Steuervorrichtung 10 ein Steuersignal und führt dieses einer Motor-Steuereinrichtung 24 zu, um die Energieumwandlung der Spannung und eines Stroms, die von einem Akkumulator 26 dem Motor 14 zugeführt werden, zu steuern. Der Akkumulator 26 als eine Energiequelle für den Motor 14 ist eine Sekundärbatterie, ein Kondensator oder ähnliches; die Motor-Steuervorrichtung 24 ist beispielsweise ein Inverter. Durch die vorstehend genannte Motor-Drehmomentsteuerung über den Steuerbereich einschließlich eines Energieantriebbereiches und eines Regenerierungsbereiches hält die Steuereinrichtung 10 den Ladungszustand des Akkumulators 26 in einem vorgeschriebenen Bereich.
Die Steuervorrichtung 10 bezieht sich auf eine Verbrennungsmotorrotationsgeschwindigkeit Ne und eine Katalysatortemperatur des Verbrennungsmotors 12, um die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 12 durch Stelleinrichtungen 30, 32, 34, 36 zu steuern, wobei die Stelleinrichtung 30 verwendet wird, um die Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors 12 zu steuern, die Stelleinrichtung 32 verwendet wird, um einen Drosselwinkel zu steuern, die Stelleinrichtung 34 verwendet wird, um eine Frühzündung zu steuern, und die Stelleinrichtung 36 verwendet wird, um Lufteinlass- und Luftauslassventile zu steuern. Die Steuervorrichtung 10 steuert die Kupplung 22 durch eine Stelleinrichtung 38, um die Nur-Motor-Betriebsart auszuführen, wobei die Kupplung 22 außer Eingriff steht, und um zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor 12 in dieser Betriebsart eine Last für den Motor 14 wird. Die Steuervorrichtung 10 steuert die Kupplung 22, um die Nur-Verbrennungsmotor-Betriebsart auszuführen; die Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart kann mit in Eingriff befindlicher Kupplung 22 ausgeführt werden. Ferner bringt die Steuervorrichtung 10 zum Starten des Verbrennungsmotors 12 die Kupplung 22 in Eingriff und treibt danach den Motor 14 an. Anders ausgedrückt kann der Motor 14 als ein Starter verwendet werden.
Wenn durch den Fahrzeugfahrer ein Schalthebel 40 betätigt wird, wird eine Stelleinrichtung 42 dementsprechend betätigt, um das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 16 zu ändern. Ein Schaltpositionsschalter 44 führt der Steuervorrichtung 10 ein Schaltpositionssignal zu, das einen Bereich anzeigt, in dem der Schalthebel 40 positioniert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Verbrennungsmotorbremsbereich ebenfalls vorgesehen, um zu ermöglichen, dass der Fahrer das Verbrennungsmotor-Bremsdrehmoment manuell betätigt. Wenn der Schalthebel 40 der Verbrennungsmotor-Bremsbereich ist, führt der Schaltpositionsschalter 44 der Steuervorrichtung 10 ein Verbrennungsmotorbremsschaltpositionssignal zu, das die Position des Schalthebels 4 im Verbrennungsmotorbremsbereich anzeigt. Die Steuervorrichtung 10 bezieht sich auf eine Eintrittsrotationsgeschwindigkeit Ni und eine Austrittsrotationsgeschwindigkeit No des Getriebes 16, um ein Übersetzungsverhältnis zu schalten oder die Kupplung 22 in Eingriff zu bringen, wobei eine geringere Reibung oder ein geringerer Schlupf auftreten.
Außerdem weisen die Bordgeräte elektrisch betriebene und mechanisch betriebene Geräte auf. Die erstgenannten, genauer gesagt die elektrischen Geräte, weisen elektrische Schaltungen auf, die durch elektrische Energie angetrieben werden, die vom Akkumulator 26, einem Akkumulator 46 oder dem Motor 14, der als Generator arbeitet, zugeführt wird. Beispiele beinhalten zusätzlich zur Steuerungseinrichtung 10 und den Stelleinrichtungen 30, 32, 34, 36, 38 und 42 nicht dargestellte Scheibenwischer, Lampen, eine elektrisch angetriebene Klimaanlage und eine elektrisch angetriebene Pumpe. Während der Akkumulator 26 verwendet wird, um sowohl den Motor 24 als auch die Geräte, die mit relativ großer Energie gespeist werden, (z. B. eine elektrisch angetriebene Klimaanlage) anzutreiben, wird der Akkumulator (z. B. eine zweite Batterie oder ein Kondensator) 46 nur verwendet, um die Geräte anzutreiben, die relativ geringe Energie verbrauchen, da die Spannung (z. B. 12 V), die zum Antreiben der Steuereinrichtung 10, der Lampen usw. erforderlich ist, kleiner als die Spannung (z. B. 250 V) ist, die zum Antreiben des Motors 14 usw. erforderlich ist. Eine Spannungsumwandlungssteuerungseinrichtung 48 weist beispielsweise eine Unterbrecherschaltung auf, um die vom Akkumulator 26 abgegebene Leistung unter der Steuerung der Steuervorrichtung 10 in eine niedrigere Spannung umzuwandeln, und legt die erhaltene Spannung an den Akkumulator 46 und seine Last an. Die Steuervorrichtung 10 steuert den Ladungszustand des Akkumulators 46 unter Verwendung der Spannungsumwandlungssteuerungseinrichtung 48 und hält diesen unter Verwendung der Spannungsumwandlungssteuerungseinrichtung 48 auf recht.
Die mechanischen Geräte weisen ein Gerät 50, das mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden ist, ein Gerät 52, das mit dem Motor 14 verbunden ist und ein Gerät 56, das mit einem Motor 54 verbunden ist, auf. Die Geräte 50, 52 können durch den Verbrennungsmotor 12 bzw. den Motor 14 angetrieben werden und können ebenfalls durch sowohl den Verbrennungsmotor 12 als auch den Motor 14 angetrieben werden, wenn die Kupplung 22 in Eingriff steht. Da der Motor 54 durch die abgegebene Energie des Akkumulators 46 angetrieben wird, kann das Gerät 56 unabhängig von den Zuständen des Verbrennungsmotors 12, des Motors 14 und der Kupplung 22 angetrieben werden. In der Zeichnung steuert die Motorsteuerungseinrichtung 58 die Leistungsabgabe des Motors 54 unter der Steuerung der Steuervorrichtung 10. Beispiele der mechanischen Geräte weisen den Kompressor einer mechanisch angetriebenen Klimaanlage, zahlreiche Pumpentypen, usw. auf.
Die Steuervorrichtung 10 steuert die in den 1A und 1B gezeigten Systeme durch das wiederholte Ausführen der Betriebsartsteuersequenz, die in 2 gezeigt ist, in vorgeschriebenen Intervallen. In 2 nimmt die Steuerungseinrichtung 10 als erstes das Fahrpedalwinkelsignal, das Bremssignal, das Bremsniederdrückenergiesignal, das Schaltpositionssignal und das Verbrennungsmotorbremsschaltpositionssignal sowie den Zustand eines Start/Energie-Betriebsart-Schalters 60 und zahlreiche Arten von externen Signalen (100) auf. Der in 1A gezeigt Start/Energie-Betriebsartschalter 60 kann durch den Fahrzeugfahrer ein- und ausgeschaltet werden und wird automatisch auf "Ein" geschaltet, unmittelbar nachdem die Energieversorgung zur Steuerungseinrichtung 10 auf "Ein" geschaltet wurde. Der Fahrer kann beispielsweise diesen Schalter 60 einschalten, um den Verbrennungsmotor 12 anzutreiben, wenn das Fahrzeug auf einer geneigten Straße gestartet wird, ein anderes Fahrzeug abgeschleppt wird oder das Fahrzeug mit einer Last gestartet wird, von der der Fahrer annimmt, dass diese schwer ist. Die externen Signale weisen beispielsweise ein Bordgewichtssignal, ein Straßenneigungssignal, ein Abschleppgewichtssignal, ein Fernverkehrsstraßeneintrittssignal, ein Freilufttemperatursignal und ein Fahrgastraumtemperatursignal auf.
Bei diesen externen Signalen wird das Bordgewichtssignal beispielsweise von einem Fahrzeuggewichtssensor 62 erhalten, der das Gewicht des Fahrzeugs, der Fahrgäste oder des Gepäcks oder ein Gesamtgewicht von diesen anzeigt. Das Straßenneigungssignal wird durch einen Nei gungssensor 64 oder von einem Navigationssystem 66, das eine Straßenneigung dort anzeigt, wo das Fahrzeug gerade fährt oder es in Kürze fahren wird, erhalten. Insbesondere kann der Neigungssensor 64 verwendet werden, um eine Straßenneigung dort zu ermitteln, wo das Fahrzeug gerade fährt. Das Navigationssystem 66 kann ebenfalls verwendet werden, um einen groben Wert einer Straßenneigung dort zu ermitteln, wo das Fahrzeug gerade fährt und/oder wo das Fahrzeug in Kürze fahren wird. Das Abschleppgewichtssignal wird durch einen Abschleppsensor 68 erhalten, der das Gewicht eines abgeschleppten Fahrzeug anzeigt. Dieses Signal kann durch Funkverbindung von dem abgeschleppten Fahrzeug erhalten werden. Das Fernverkehrsstraßeneintrittssignal wird durch das Navigationssystem 66 beispielsweise durch Funkverbindung zwischen der Fahrzeugantenne und der Mautstellenantenne erhalten, die an der Kreuzung oder ähnlichem vorgesehen ist und anzeigt, dass das Fahrzeug auf eine Fernverkehrsstraße gefahren ist, fährt oder bald fahren wird. Einzelheiten des Navigationssystems 66 und seiner Infrastruktur sind hier weggelassen, da ein solches System und eine solche Infrastruktur für den Fachmann offensichtlich sind. Das Freiluftemperatursignal und das Fahrgastraumtemperatursignal werden durch einen Freilufttemperatursensor 70 bzw. einen Fahrgastraumtemperatursensor 72 erhalten, die die Temperaturen außerhalb und innerhalb vom Fahrzeug anzeigen.
Das Navigationssystem 66 erzeugt externe Signale, wie z. B. ein Straßenneigungssignal und ein Fernverkehrsstraßeneintrittssignal entsprechend Karteninformationen der Kartendatenbank (nicht gezeigt z. B. CD-ROM), die am Fahrzeug montiert ist. Andernfalls nimmt das Navigationssystem 66 Funkfeuer von Zeichenschildern, die in vorbestimmten Intervallen entlang einer Straße angeordnet sind, von Sendern, die sich an Portalen oder Gerüsten, die eine Straße überspannen, angeordnet sind, oder einem Leckage-Koaxialkabel, das entlang einer Straße vorgesehen ist, auf und erzeugt externe Signale, wie z. B. ein Straßenneigungssignal und ein Fernverkehrsstraßen-Eintrittgssignal entsprechend den aufgenommenen Funkfeuern. Das Navigationssystem 66 nimmt ebenfalls Karteninformationen aus Verkehrsinformationen auf, die durch Funkverbindung oder Rundfunk vorgesehen werden, und erzeugt externe Signale, wie z. B. ein Straßenneigungssignal und ein Fernverkehrsstraßeneintrittssignal, entsprechend den Karteninformationen. Ein Navigationssystem, das mit der Ausnahme einer Kartendatenbank mit Straßenneigungsinformationen die vorstehend beschriebenen Funktionen hat, wurde unter dem Namen "Vehicle Information and Communication System" (VICS) in Japan bereits gebilligt. Es ist verständlich, dass die Infrastruktur bei dieser Erfindung die VICS-Infrastruktur aufweist, jedoch nicht auf diese beschränkt ist.
Wie es in 2 gezeigt ist, bestimmt die Steuervorrichtung 10, wenn der Start/Energie-Betriebsart-Schalter 60 aus ist (102) und die Fahrzeuglast oder Motorlast in der nahen Zukunft, die entsprechend einem externen Signal in Schritt 104 vorgesagt wurde, ausreichend klein ist (106), die Fahrzeugfahrbetriebsart entsprechend einer Anforderung vom Fahrzeugfahrer, die in Form eines Fahrpedalwinkel- oder Bremspedalniederdrückenergiesignals vorgenommen wurde, Betriebszuständen von zahlreichen Arten von Geräten und des Ladezustands von jedem Akkumulator (108) und steuert diese den Verbrennungsmotor 12 und den Motor 14 dementsprechend (110). Beispielsweise werden, wenn die bestimmte Fahrbetriebsart die Nur-Motor-Betriebsart ist, nur der Motor 14 angetrieben (112), wenn diese die Nur-Verbrennungsmotor-Betriebsart ist, nur der Verbrennungsmotor 12 angetrieben (114), und wenn diese die Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart ist, sowohl der Verbrennungsmotor 12 als auch der Motor 14 angetrieben (116, 118). Insbesondere wird in der Motor/Verbrennungsmotor-Betriebsart der Antriebszustand entsprechend dem Umstand abgeleitet, ob der Motor 14 zum Energieantrieb (116) oder zur Erzeugung von elektrischer Energie (118) verwendet wird. Nach dem Implementieren der Schritte 112, 114, 116 und 118 wird die in 2 gezeigte Sequenz beendet und schaltet die Steuervorrichtung 10 mit Ausnahme von einigen Fällen, die später beschrieben werden, zum Betrieb entsprechend der nicht gezeigten Hauptroutine.
Wenn der Start/Energie-Betriebsartschalter 60 eingeschaltet ist (102) startet die Steuervorrichtung 10 den Verbrennungsmotor 12 unabhängig von den externen Signalen und betreibt dieser den Verbrennungsmotor 12 im Leerlauf (120). Wenn die Fahrzeuglast oder die Motorlast in der nahen Zukunft, die entsprechend einem externen Signal (104) vorhergesagt wird, groß ist (106), bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass es notwendig ist, den Verbrennungsmotor 12 anzutreiben, startet diese den Verbrennungsmotor 12 und betreibt sie diesen im Leerlauf (120). Wenn eine Änderungsrate des Fahrpedalwinkels in der Nur-Motor-Betriebsart einen vorgeschriebenen Wert überschreitet (122), startet die Steuervorrichtung 10 den Verbrennungsmotor 12 und betreibt sie diesen im Leerlauf (120). Nach dem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 in Schritt 120 im Leerlauf bestimmt die Steuerungseinrichtung 10 die Fahrzeugfahrbetriebsart entsprechend einer Anforderung des Fahrzeugfahrers, die in Form des Fahrzeupedalwinkel- oder Bremsniederdrückenergiesignals gegeben wurde, den Betriebszuständen von zahlreichen Arten von Geräten und dem Ladungszustand von jedem Akkumulator (124), und führt diese die Sequenzen von Schritt 100 und der folgenden Schritte aus. Zusätzlich wird in dem Fall, dass der Schritt 120 aufgrund einer großen Fahrpedaländerungsrate ausgeführt wird, ein Steuersignal an die Motorsteuerungs einrichtung 24 abgegeben, um den Motor 14 in einer solchen Weise zu steuern, dass eine Leistungsabgabe, die zum Starten des Verbrennungsmotors 12 erforderlich ist, zur vorhanden Leistungsabgabe des Motors 14 addiert wird. Es ist festzuhalten, dass, da der Verbrennungsmotor 12 angetrieben werden soll, die Fahrbetriebsart, die in Schritt 124 wählbar ist, entweder auf die Nur-Verbrennungsmotor-, die kombinierte (Energieantrieb) oder die Erzeugungs-Betriebsart begrenzt ist.
Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel erfasst, dass der Schalter 60 eingeschaltet ist, wird der Verbrennungsmotor 12 dementsprechend zuvor im Leerlauf betrieben und wird ein Schalten zu einer Betriebsart, bei der der Verbrennungsmotor 12 verwendet wird, vorgenommen, so dass eine Anforderung des Fahrzeugfahrers, der den Verbrennungsmotor 12 verwenden möchte, implementiert werden kann. Da dieses Ausführungsbeispiel eine Tendenz zur Erhöhung des Fahrpedalwinkels im Hinblick auf seine Änderungsrate erfasst und das Leerlauf-Betriebsart-Schalten steuert, kann der Absicht des Fahrzeugfahrers, eine schnelle Beschleunigung vorzunehmen, ohne jegliche Verzögerung aufgrund des Verbrennungsmotoranfahrens entsprochen werden. Außerdem wird, wenn eine ausreichende Energie nicht zu den Antriebsrädern 20 geführt werden kann, ohne dass der Verbrennungsmotor 12 angetrieben wird (z. B. wenn die Fahrzeuglast in der nahen Zukunft, die entsprechend einem externen Signal vorgesagt wird, groß ist), das gleiche Leerlauf-Betriebsart-Schalten ausgeführt, so dass das Drehmoment, das für ein plötzliches Starten oder ein Starten auf einer Neigung erforderlich ist, sofort erzeugt werden kann, was keinen Mangel an Drehmoment bewirkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn keine ausreichende Energie dem Gerät 52 zugeführt werden kann, ohne dass der Verbrennungsmotor 12 angetrieben wird (wenn die Motorlast in der nahen Zukunft, die entsprechend ei nem externen Signal vorgesagt wurde, groß ist), das gleiche Leerlauf-Betriebsart-Schalten vorgenommen, so dass eine Verschlechterung einer Fahrgastraumatmosphäre aufgrund einer unzureichenden Energie des Gerätes 52 (z. B. der Klimaanlage) verhindert werden kann.

Claims

Steuervorrichtung (10), die an einem Hybridfahrzeug montiert ist, das einen Motor (14) und einen Verbrennungsmotor (12) hat, und die aufweist: eine Vorhersageeinrichtung (106) zum Erfassen, ob eine Last am Hybridfahrzeug oder am Motor (14) einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, wenn das Hybridfahrzeug in einer ersten Betriebsart betrieben wird, eine Einrichtung (120) zum Starten des Verbrennungsmotors und zum Betreiben von diesem im Leerlauf, wenn die Vorhersageeinrichtung (106) erfasst hat, dass die Last den vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, eine Einrichtung (124; 108) zum Bestimmen der Hybridfahrzeug-Fahrbetriebsart des Verbrennungsmotors und des Motors nach der Vorhersage von hoher Last durch die Vorhersageeinrichtung (106), eine Betriebsartschalteinrichtung (110) zum Schalten der Fahrbetriebsart von der ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart nach dem Betrieb im Leerlauf und der Bestimmung der Fahrbetriebsart, wobei die erste Betriebsart (112) eine Fahrbetriebsart zum alleinigen Antrieb vom Motor (14) ist und die zweite Betriebsart (114) eine Fahrbetriebsart zum Antrieb von zumindest dem Verbrennungsmotor (12) ist, wobei die zweite Betriebsart zahlreiche Unterbetriebsarten einschließlich einer ersten Unterbetriebsart zum Antreiben des Fahrzeugs allein durch den Verbrennungsmotor (12) aufweist.
Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1 für ein Hybridfahrzeug, wobei der Motor (14) und der Verbrennungsmotor (12) mechanisch verbindbar sind.
Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erfassung, dass die Last am Hybridfahrzeug oder Motor (14) einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, auf der Grundlage von zumindest einer der folgenden Tatsachen vorgenommen wird: ein Bordgewicht, eine Straßenneigung oder eine Änderungsrate beim Fahrpedalwinkel hat einen Schwellwert überschritten, eine Straßenneigung wird einen Schwellwert überschreiten, eine vorhergie Mitteilung wurde vorgenommen, um mitzuteilen, dass das Hybridfahrzeug mit dem Abschleppen eines anderen Fahrzeugs beginnen wird, ein Abschleppgewichtssignal wird zugeführt, das Hybridfahrzeug ist auf eine Fernverkehrsstraße oder Autobahn gefahren oder eine Vorhersage getroffen wurde, dass das Hybridfahrzeug auf eine Fernverkehrsstraße fahren wird, und der Betrieb eines Bordgerätes unter alleiniger Verwendung des Motors (14) ist schwierig.
Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, die ferner aufweist: einen Schalter (60), der durch einen Fahrer des Hybridfahrzeugs zu betätigen ist, und eine Einrichtung (102) zum zwangsweise Schalten in die zweite Betriebsart, wenn der Schalter (60) Ein ist.
Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Betriebsart zusätzlich aufweist: eine zweite Unterbetriebsart (116) für den Energieantrieb des Motors (14), während der Verbrennungsmotor (12) angetrieben wird, und eine dritte Unterbetriebsart (118) zum Antreiben des Motor (14) zum Erzeugen von Elektrizität, während der Verbrennungsmotor (12) angetrieben wird, und wobei die Steuervorrichtung (10) ferner eine Einrichtung (110) zum auswählenden Ausführen von einer der ersten bis dritten Unterbetriebsart entsprechend a) einem Befehl, der durch einen Fahrer des Hybridfahrzeugs gegeben wird, oder b) einer Leistungsabgabe, die durch den Fahrer angefordert wird, wenn die zweite Betriebsart ausgeführt wird, oder c) einer Anforderung des Fahrers vom Fahrzeug, die in Form von Fahrpedalwinkel- oder Bremsniederdrückenergiesignalen gegeben wird, Betriebsbedingungen von zahlreichen Arten von elektrisch oder mechanisch angetriebenen Bordgeräten und einem Ladezustand von jedem Akkumulator, aufweist.
Steuerverfahren, das in einem Hybridfahrzeug implementiert ist, das einen Motor (14) und einen Verbrennungsmotor (12) hat, und das aufweist: einen ersten Schritt (106) zum Erfassen, ob eine Last am Hybridfahrzeug oder Motor (14) einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, wenn das Hybridfahrzeug in einer ersten Betriebsart angetrieben wird, einen zweiten Schritt (120) zum Starten des Verbrennungsmotors (12) und zum Betreiben von diesem im Leerlauf, wenn die Vorhersageeinrichtung (106) erfasst hat, dass die Last den vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, einen dritten Schritt (108, 124) zum Bestimmen der Hybridfahrzeug-Fahrbetriebsart des Verbrennungsmotors und des Motors, und einen vierten Schritt (110) zum Schalten der Fahrbetriebsart von der ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart, wenn die Vorhersageeinrichtung (106) erfasst hat, dass die Last den vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, wobei die erste Betriebsart (112) eine Fahrbetriebsart zum alleinigen Antrieb des Motor (14) ist und die zweite Betriebsart (114) eine Fahrbetriebsart zum Antreiben von zumindest dem Verbrennungsmotor (12) ist, wobei die zweite Betriebsart zahlreiche Unterbetriebsarten einschließlich einer ersten Unterbetriebsart zum Antreiben des Fahrzeugs allein durch den Verbrennungsmotor (12) aufweist.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, wobei im ersten Schritt die Erfassung, dass eine Last am Hybridfahrzeug oder am Motor (14) einen vorgeschriebenen Wert überschreiten wird, auf der Grundlage von zumindest einer der folgenden Tatsachen vorgenommen wird: – ein Bordgewicht, eine Straßenneigung oder eine Änderungsrate des Fahrpedalwinkels hat einen Schwellwert überschritten – eine Straßenneigung wird einen Schwellwert überschreiten, – eine voherige Mitteilung wurde vorgenommen, um mitzuteilen, dass das Hybridfahrzeug mit dem Abschleppen eines anderen Fahrzeugs beginnen wird, – ein Abschleppgewichtssignal wird zugeführt, – das Hybridfahrzeug ist auf eine Fernverkehrsstraße oder eine Autobahn gefahren oder eine Vorhersage wurde getroffen, dass das Hybridfahrzeug auf eine Fernverkehrsstraße fahren wird, und der Betrieb eines Bordgerätes ist unter alleiniger Nutzung des Motors (14) schwierig.
Steuerverfahren nach Anspruch 6 oder 7 für ein Hybridfahrzeug, bei dem der Motor (14) und der Verbrennungsmotor (12) mechanisch verbindbar sind.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die zweite Betriebsart zusätzlich aufweist eine zweite Unterbetriebsart (116) für den Energieantrieb des Motors (14), während der Verbrennungsmotor (12) angetrieben wird, und eine dritte Unterbetriebsart (118) zum Antreiben des Motors (14) zum Erzeugen von Elektrizität, während der Verbrennungsmotor (12) angetrieben wird, und wobei im dritten Schritt eine der ersten bis dritten Unterbetriebsarten entsprechend a) einen Befehl, der durch einen Fahrer des Hybridfahrzeugs gegeben wird, oder b) einer Leistungsabgabe, die durch den Fahrer angefordert wird, wenn die zweite Betriebsart ausgeführt wird, oder c) einer Fahrzeugfahreranforderung, die in Form von Fahrpedalwinkel- oder Bremsniederdrückenergiesignalen gegeben wird, Betriebsbedingungen von zahlreichen Arten von elektrisch oder mechanisch angetriebenen Bordgeräten, und einem Ladezustand von jedem Akkumulator bestimmt wird.