TW202031537A - 混合系統、混合系統的控制裝置及混合系統的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於降低黑煙及氮氧化物的排出量。 本發明的混合系統係具備：引擎20；MG 32，係利用輸出自引擎20的動力進行發電；電池10，係以MG 32發電的發電電力進行充電；驅動車輛100用MG 31，係使用電池10的放電電力與以MG 32發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動；及控制裝置(EG-ECU 52、HV-ECU 51、PCU 11)。控制裝置係以限制引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制(步驟S103至步驟S105)。

Description

混合系統、混合系統的控制裝置及混合系統的控制方法
本案所揭示係有關混合系統(hybrid system)、混合系統的控制裝置及混合系統的控制方法，具體而言係有關以電動機使用利用內燃機的動力所產生的電力進行驅動的車輛所搭載的混合系統、混合系統的控制裝置及混合系統的控制方法。
在習知混合方式的車輛中，有以使加速中的引擎(engine)的負載保持一定的方式進行控制者(參照例如下述之專利文獻1)。在該專利文獻1的車輛，於加速初期係藉由一邊利用電動發電機(motor generator)將引擎多出來的輸出進行再生一邊行駛，使電池(battery)的SOC(State Of Charge；充電狀態)提升。於加速後半係使用該電池的電力藉由電動發電機進行動力運轉，而一邊輔助引擎不足的輸出一邊行駛。藉由如上述控制，能抑制煙(smoke)的產生。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1　日本國特開2005-194886號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，在前述專利文獻1的車輛，係必須在要將引擎的負載保持一定前先令負載急劇上升。因此，因增壓延遲造成煙(黑煙)及NOx(氮氧化物)的排出量惡化。此外，當正將引擎的負載保持一定而要將車輛急加速時，為此亦必須令引擎的旋轉速度急劇上升，因此同樣因增壓延遲造成煙及NOx的排出量惡化。
本案揭示乃係為了解決上述問題而研創，目的在於提供能降低黑煙及氮氧化物的排出量的混合系統、混合系統的控制裝置及混合系統的控制方法。 [解決課題的手段]
本案揭示的混合系統係具備：內燃機；發電機，係利用輸出自內燃機的動力進行發電；蓄電裝置，係以發電機發電的發電電力進行充電；電動機，係驅動車輛用，使用蓄電裝置的放電電力與以發電機發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動；及控制裝置，係以限制內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩(torque)的變化率中至少一者的方式進行控制。
更佳為，控制裝置係以使內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比黑煙排出得比第1預定量多的變化率與氮氧化物排出得比第2預定量多的變化率中至少一者小的方式進行限制。
更佳為，控制裝置係使用預先規定好的控制映射表來控制內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者。
更佳為，控制裝置係構成為當蓄電裝置的SOC比預定值高時係使內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比當蓄電裝置的SOC比預定值低時小。
更佳為，控制映射表係包括能從對發電機的要求電力及車速將旋轉速度特定出的映射表、及能從對發電機的要求電力及目標旋轉速度將目標輸出轉矩特定出的映射表。
更佳為，控制映射表係含有以發電優先於對內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者進行限制的控制之區域。
本案揭示的其他態樣的混合系統的控制裝置乃係對具備內燃機、利用輸出自內燃機的動力進行發電的發電機、以發電機發電的發電電力進行充電的蓄電裝置、使用蓄電裝置的放電電力與以發電機發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動的驅動車輛用的電動機之混合系統進行控制的控制裝置。控制裝置係以限制內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制。
本案揭示的再一其他態樣的混合系統的控制方法乃係以對具備內燃機、利用輸出自內燃機的動力進行發電的發電機、以發電機發電的發電電力進行充電的蓄電裝置、使用蓄電裝置的放電電力與以發電機發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動的驅動車輛用的電動機之混合系統進行控制的控制裝置進行的控制方法。控制方法係含有控制裝置係以限制內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制的步驟。 [發明的效果]
依據本案揭示，在混合系統中限制內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者。結果，能提供可降低黑煙及氮氧化物的排出量的混合系統、混合系統的控制裝置及混合系統的控制方法。
以下，參照圖式針對本案揭示的實施形態進行說明。在以下的說明中，相同的零件係給予相同的元件符號。該些相同零件的名稱及功能亦相同。因此，不再重複針對該些相同零件的詳細說明。
圖1係顯示本實施形態的車輛100的概略構成之圖。參照圖1，車輛100係含有：電池10、電力控制單元(以下，稱為「PCU(Power Control Unit)」)11、引擎20、電動發電機(以下，稱為「MG(Motor Generator)」)31、MG 32、及驅動輪40。此外，車輛100係復含有後述的HV-ECU 51和EG-ECU 52等各種電子控制裝置(ECU；Electronic Control Unit)。本實施形態的電池10係相當於本案揭示的「蓄電裝置」的一例。
引擎20乃係藉由將燃料(汽油(gasoline)和輕油等)燃燒時產生的燃燒能量(energy)轉換成活塞(piston)和曲柄軸(crankshaft)等運動件的動能而輸出動力的內燃機。MG 31及MG 32乃係將電能轉換成機械能、將機械能轉換成電能的電力設備。本實施形態中作為引擎20是採用柴油(diesel)引擎，作為MG 31及MG 32是採用在轉子(rotor)埋設有永久磁鐵的三相交流同步式的電動發電機。引擎20係亦可於吸排氣系統具備渦輪增壓(turbo-charger)(例如，可變噴嘴渦輪(Variable Nozzle Turbo))。
本實施形態的車輛100乃係串聯式(series)混合車輛。在車輛100中，藉由MG 31(行駛用馬達(motor))作為電動機動作而驅動驅動輪40，MG 32係藉由被引擎20驅動而進行發電。用以驅動MG 31的動力源係為利用以MG 32發電的電力、及蓄積在電池10的電力。更具體言之，引擎20的旋轉軸21與MG 32的旋轉軸22係透過齒輪(gear)23而彼此機械性連結，隨著引擎20的旋轉軸21的旋轉，MG 32的旋轉軸22亦跟著旋轉，從而使MG 32發電。另一方面，MG 31的旋轉軸41並不與旋轉軸21、22機械性連結，而是透過動力傳遞齒輪43與驅動軸42機械性連結。輸出至MG 31的旋轉軸41的轉矩(驅動力)係透過動力傳遞齒輪43傳遞至驅動軸42，藉由MG 31的驅動力，使驅動軸42旋轉。然後，藉由驅動軸42旋轉，使設在驅動軸42兩端的驅動輪40旋轉。
MG 31係於車輛100的加速時作為電動機動作而驅動車輛100的驅動輪40。另一方面，於車輛100的制動時和在下坡的加速度減速時，MG 31係作為發電機動作而進行再生發電。MG 31所發電的電力係透過PCU 11供給至電池10。
MG 32係構成為利用輸出自引擎20的動力進行發電(引擎發電)。在MG 32生成的引擎發電電力係從MG 32供給至MG 31、從MG 32透過PCU 11供給至電池10。
PCU 11係構成為含有：對應MG 31及MG 32而設的兩個逆變器(inverter)、及將供給至各逆變器的直流電壓升壓成電池10的電壓以上(例如，600V)的升壓轉換器(converter)。PCU 11係按照來自HV-ECU 51的控制信號而在電池10與MG 31及MG 32之間執行電力轉換。PCU 11係構成為能對MG 31及MG 32的狀態分別個別地進行控制。
電池10乃係能再充電的直流電源。電池10的額定電壓係例如為300V至450V。電池10係例如構成為含有二次電池(能再充電的電池)。在有關二次電池方面，例如能採用鋰離子(lithium ion)電池。電池10係亦可含有由串聯連接及/或並聯連接的複數個二次電池(例如，鋰離子電池)構成的電池組。另外，構成電池10的二次電池並不限於鋰離子電池，亦可採用其他二次電池(例如，鎳氫電池)。亦可採用電解液式二次電池，亦可採用全固體式二次電池。此外，在有關電池10方面，亦能採用大電容量的電容(capacitor)等。
對於電池10係設有監視電池10的狀態的監視單元61。監視單元61係含有檢測電池10的狀態(溫度、電流、電壓等)的各種感測器(sensor)。HV-ECU 51係構成為根據監視單元61的輸出，檢測電池10的狀態(SOC等)。SOC(State Of Charge)代表剩餘蓄電量，例如，以0%至100%表示目前的蓄電量相對於滿充電狀態的蓄電量的比例。在有關SOC的量測方法方面，例如，能採用以電流值累計(庫侖計量(Coulomb count))進行的手法、或以開路電壓(OCV；Open Circuit Voltage)的推定進行的手法等各種公知手法。
此外，對於引擎20係設有監視引擎20的狀態的監視單元62。監視單元62係含有檢測引擎20的狀態(冷卻水溫度、吸氣量、旋轉速度等)的各種感測器。HV-ECU 51及EG-ECU 52係構成為根據監視單元62的輸出，檢測引擎20的狀態。
此外，對於MG 31及MG 32係設有分別監視MG 31與MG 32的狀態的監視單元63、64。監視單元63、64係含有檢測MG 31與MG 32的狀態(溫度、旋轉速度等)的各種感測器。HV-ECU 51係構成為根據監視單元63、64的輸出，檢測MG 31及MG 32的狀態。
車輛100所含的各ECU(HV-ECU 51、EG-ECU 52)係構成為含有作為演算裝置的CPU(Central Processing Unit；中央處理器)、記憶裝置、用以輸入/輸出各種信號之輸入/輸出埠(port)(皆未圖示)。記憶裝置係含有作為工作用記憶體(memory)的RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)、保存用儲存裝置(storage)(ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)、能重寫的非揮發性記憶體等)。各ECU係從連接至輸入埠的各種設備(感測器等)接收信號，根據所接收到的信號，控制連接至輸出埠的各種設備。藉由CPU執行記憶在記憶裝置的程式(program)而執行各種控制。但，針對各ECU所進行的控制，並不限於以軟體(software)進行的處理，亦能以專用的硬體(hardware)(電子電路)進行處理。本實施形態的HV-ECU 51及EG-ECU 52係作為本案揭示的「控制裝置」發揮功能。
HV-ECU 51係算出對引擎20的輸出要求值、與對MG 31及MG 32的輸出要求值(例如，轉矩要求值)。接著，HV-ECU 51係將對引擎20的輸出要求值發送至EG-ECU 52，並且根據對MG 31及MG 32的輸出要求值，控制對MG 31及MG 32的電力的供給(更甚者為MG 31及MG 32的輸出轉矩)。HV-ECU 51係藉由控制PCU 11等而能控制供給至MG 31及MG 32的電力的大小(振幅)及頻率等。此外，HV-ECU 51係藉由控制PCU 11等而進行電池10的充放電控制。
連接至HV-ECU 51的輸入埠的各種設備係除了監視單元61、63、64所含的各種感測器之外，復包括加速器(accelerator)開度感測器65及車速感測器66。
加速器開度感測器65係檢測車輛100的加速器踏板(accelerator pedal)(未圖示)的踩踏量作為加速器開度，將該檢測結果(表示加速器開度的信號)輸出至HV-ECU 51。加速器踏板的踩踏量越大，HV-ECU 51係越提高MG 31的驅動力。
此外，車速感測器66係檢測車輛100的速度，將該檢測結果(表示車速的信號)輸出至HV-ECU 51。
EG-ECU 52係從HV-ECU 51接收對引擎20的輸出要求值，進行引擎20的運轉控制(燃料噴射控制、點火控制、吸入空氣量調節控制等)，俾在引擎20產生與該輸出要求值對應的動能的方式。藉由引擎20之驅動而執行引擎發電，在沒有進行引擎發電時，引擎20是停止的。藉由驅動引擎20，在MG 32生成引擎發電電力。此外，EG-ECU 52係接收監視單元62所含的各種感測器的檢測值，將各檢測值發送至HV-ECU 51。
車輛100的行駛係藉由MG 31驅動驅動輪40而進行。HV-ECU 51係在車輛100的行駛中，當電池10的SOC變成為充電開始SOC以下時，開始以引擎發電電力進行電池10的充電，當電池10的SOC變成為充電完成SOC以上時，令該充電停止。
當電池10的SOC為充電開始SOC以下、要執行以引擎發電電力進行電池10的充電時，HV-ECU 51係要求EG-ECU 52以適於發電的預定條件驅動引擎20，藉由EG-ECU 52按照該要求控制引擎20而在MG 32生成比車輛100的行駛所消耗的電力大的引擎發電電力。此外，HV-ECU 51係控制PCU 11等，將所生成的引擎發電電力供給至電池10。藉此，藉由引擎發電電力對電池10充電，電池10的SOC變高。
當電池10的SOC變成為充電完成SOC以上時，HV-ECU 51係對EG-ECU 52下達指示令引擎20停止，並且控制PCU 11等令對電池10的電力的供給停止。
如此，在車輛100的行駛中，引擎20係在每次電池10的SOC變成為充電開始SOC以下時啟動，執行以引擎發電電力進行電池10的充電。藉此，電池10的SOC係大體上維持在充電開始SOC以上且充電完成SOC以下的範圍內。
此外，在本實施形態中，車輛100為，在有關處理引擎20的排氣的裝置方面，包含有DPF(Diesel Particulate Filter；柴油濾煙器)71與NSR(NOx Storage Reduction(氮氧化物儲存還原))觸媒72。引擎20、DPF 71及NSR觸媒72之間係分別以排氣管連接。
在引擎20及DPF 71之間的排氣管係設有排氣溫度感測器81與A/F感測器82。排氣溫度感測器81係檢測來自引擎20的排氣的溫度，將該檢測結果(表示排氣溫度的信號)輸出至EG-ECU 52。A/F感測器82係分析來自引擎20的排氣而檢測空燃比，將該檢測結果(表示空燃比的信號)輸出至EG-ECU 52。
DPF 71乃係捕集在引擎20的排氣通路中流通的排氣所含的粒狀物質(PM；Particulate Matter)之過濾器。所捕集到的PM係堆積在DPF 7內部。因此，定期使DPF 71內部成為高溫令PM燃燒而去除PM，藉此再生DPF 71。
NSR觸媒72乃係吸留還原型NOx觸媒，例如藉由以氧化鋁(Al2 O3 )為載體，在該載體上例如載持諸如鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銫Cs的鹼金屬、諸如鋇Ba、鈣Ca的鹼土類、諸如鑭(La)、釔(Y)的稀土類、諸如鉑Pt的貴金屬而構成。
關於該NSR觸媒72，在排氣中存在大量氧的狀態中係吸收NOx，在排氣中的氧濃度低且還原成分(例如燃料的未燃成分(HC))大量存在的狀態中係將NOx還原成NO2 或NO後放出。以NO2 和NO的形態放出的NOx係藉由與排氣中的HC和CO快速反應而再進一步還原成為N2 。附帶一提，HC和CO係藉由還原NO2 和NO，使自身氧化成為H2 O和CO2 。亦即，只要適宜調整導入至NSR觸媒72的排氣中的氧濃度和HC成分，就能淨化排氣中的HC、CO、NOx。
在NSR觸媒72下游的排氣管係設置NOx感測器83。NOx感測器83係檢測從NSR觸媒72放出而來的排氣所含的NOx之量，將該檢測結果(表示NOx之量的信號)輸出至EG-ECU 52。
關於使用此種引擎20的動力而發電的電力並以MG 31進行驅動的車輛100所搭載的混合系統，在以使加速中的引擎20的負載保持一定的方式進行控制時，於加速初期係藉由MG 32一邊將引擎20多出來的輸出進行再生一邊行駛以使電池10的SOC(State Of Charge)上升。於加速後半係使用該電池10的電力並藉由MG 31進行動力運轉，一邊輔助引擎20不足的輸出一邊行駛。藉由如上述控制，能抑制煙的產生。
然而，必須在接近將引擎20的負載保持一定前令負載急劇上升。因此，因增壓延遲造成煙及NOx的排出量惡化。此外，在正將引擎20的負載保持一定而要將車輛100急加速時，為此亦必須令引擎20的旋轉速度急劇上升，因此同樣因增壓延遲造成煙及NOx的排出量惡化。
於是，在本實施形態中，HV-ECU 51及EG-ECU 52係以限制引擎20的目標旋轉速度及目標輸出轉矩的變化率的方式進行控制。藉此，能降低煙及NOx的排出量。
圖2係顯示本實施形態的引擎控制處理的流程之流程圖。該引擎控制處理係從主(main)處理於每預定的控制週期呼叫出，由EG-ECU 52執行。參照圖2，EG-ECU 52係按照車速、SOC、加速器開度等，算出以MG 32進行的發電的要求電力(步驟(step)(以下，記載為「S」)101)。該要求電力乃係按照加速器開度等來令車輛100驅動所需的電力。當電池10的SOC超過充電完成SOC時，要求電力係設為0。結果，引擎20停止。當電池10的SOC低於充電開始SOC時，算出要求電力，發出發電要求。
接著，EG-ECU 52係判斷是否有發電要求、亦即要求電力是否不為0(S102)。當判斷為沒有發電要求(S102，「否(NO)」)時，EG-ECU 52係讓執行的處理返回該處理的呼叫來源。
另一方面，當判斷為有發電要求(S102，「是(YES)」)時，EG-ECU 52係按照車速及要求電力，算出引擎20的目標旋轉速度(S103)。關於目標旋轉速度的算出，於後述的圖3進行說明。接著，EG-ECU 52係按照目標旋轉速度及車速，算出引擎20的目標輸出(S104)。關於目標輸出的算出，於後述的圖4進行說明。EG-ECU 52係以成為所算出的目標旋轉速度及目標輸出的方式控制引擎20(S105)，EG-ECU 52係讓執行的處理返回該處理的呼叫來源的處理。
該引擎20的旋轉速度及輸出的控制係例如藉由在MG 32控制旋轉速度來執行。具體而言，在將旋轉速度調整成高的目標旋轉速度的情形中，首先，以降低MG 32的發電量的方式控制PCU 11。如此一來，由於發電量低於要求電力，為了提高發電量，而以提高MG 32的旋轉速度、亦即引擎20的旋轉速度的方式進行控制。接著，以提高MG 32的發電量的方式控制PCU 11。在此時點，以成為比當初的發電量高的發電量的方式進行控制。如此一來，由於發電量高於要求電力，為了降低發電量，而以降低MG 32的旋轉速度、亦即引擎20的旋轉速度的方式進行控制。在此時點，以成為比當初的旋轉速度高的旋轉速度的方式進行控制。接著，以降低MG 32的發電量的方式控制PCU 11。如此一來，由於發電量低於要求電力，為了提高發電量，而以提高MG 32的旋轉速度、亦即引擎20的旋轉速度的方式進行控制。在此時點，以成為目標旋轉速度的方式進行控制。另外，引擎20的旋轉速度及輸出的控制係亦可構成為以其他方法執行。
圖3係顯示本實施形態的引擎20的目標旋轉速度的算出流程之圖。參照圖3，首先，使用引擎旋轉速度基準映射表，將與車速及要求電力對應的基準的旋轉速度特定出。
圖5係顯示本實施形態的引擎旋轉速度基準映射表之圖。參照圖5，在該映射表中，行索引的值為車速、列索引的值為要求輸出(要求電力、亦即施加於引擎20的負載)、格子(cell)的值為旋轉速度。設定成即使要求電力變化，只要車速相同，旋轉速度便為一定。此外，在0km/h至60km/h係設定成即使車速變化，旋轉速度仍為一定，在80km/h以上係設定成旋轉速度的變化隨著車速的增加而緩緩增加。另外，在圖5中，A1>A2>A3>A4。例如，當車速為60km/h、要求電力為100kW時，特定出A1rpm作為旋轉速度。
此外，當車速為75km/h、要求電力為150kW時，根據A1rpm及A2rpm，藉由內插而特定出(A2-A1)×(75-60)/(80-60)+A1=(3×A2+A1)/4rpm作為旋轉速度，該A1rpm乃係與75km/h正下之行索引的60km及150kW正下、正上之列索引的140kW、160kW相對應的格子之值，該A2rpm乃係與75km/h正上之行索引的80km及150kW正下、正上之行索引的140kW、160kW對應的格子之值。
回到圖3，使用引擎旋轉速度修正基準映射表，將與車速及要求電力對應的修正旋轉速度特定出。修正旋轉速度乃係為了修正基準的旋轉速度而使用的旋轉速度。
圖6係顯示本實施形態的引擎旋轉速度修正基準映射之圖。參照圖6，在該映射表中，行索引的值為車速、列索引的值為要求輸出(要求電力、亦即施加於引擎20的負載)、格子的值為旋轉速度。設定成即使要求電力增加，只要車速相同，修正旋轉速度便為一定。此外，在0km/h至100km/h係設定成，當單純地加至引擎旋轉速度基準映射表的值時，值為從A1rpm慢慢增加至A4rpm。在120km/h以上係設定比B6rpm小的B7rpm。例如，當車速為60km/h且要求電力為100kW時，特定出B5rpm作為修正旋轉速度。將該修正旋轉速度B5rpm單純地加至此時的以引擎旋轉速度基準映射表所特定出的旋轉速度A1rpm時，便得到A1+B5rpm。
回到圖3，使用SOC修正係數映射表，將與電池10的SOC對應的修正係數特定出。該修正係數乃係若SOC下降則令用以增加修正旋轉速度之修正係數。
圖7係顯示本實施形態的目標旋轉速度SOC修正係數映射表之圖。參照圖7，在該映射表中，行索引的值為SOC、列索引的值為要求輸出(要求電力、亦即施加於引擎20的負載)、格子的值為修正係數。係設定成即使要求電力增加，只要SOC相同，修正係數便為一定。此外，在SOC為30以下係設定成即使SOC變化，修正係數仍為一定。在SOC為45以上係設定成即使SOC變化，修正係數仍為一定。例如，當SOC為40%、要求電力為100kW時，特定出C2作為修正係數。
回到圖3，進行將以圖6的引擎旋轉速度修正基準映射表所特定出的修正旋轉速度與以圖7的目標旋轉速度SOC修正係數映射表所特定出的修正係數相乘之演算(圖中以「×」記號表示的演算)的結果加至以圖5的引擎旋轉速度基準映射表所特定出的旋轉速度之演算(圖中以「+」記號表示的演算)。例如，當車速為60km/h且要求電力為100kW、SOC為40%時，將以引擎旋轉速度修正基準映射表所特定出的修正旋轉速度B5rpm與以目標旋轉速度SOC修正係數映射表所特定出的修正係數C2相乘而得之乘積，與以引擎旋轉速度基準映射表所特定出的旋轉速度A1rpm相加，得到A1+B5×C2rpm。
接著，當超出上限旋轉速度時，進行規範在上限旋轉速度的演算(圖中以「MIN」記號表示的演算)。例如，在以上述的「+」記號表示的演算的結果為J1rpm且上限旋轉速度設為1.5×J1時，由於沒有超過上限旋轉速度，故以「MIN」記號表示的演算的結果係維持J1rpm。
接著，使用緩和係數映射表，將與電池10的SOC對應的緩和係數特定出。該緩和係數乃係在SOC有餘裕時用以緩和旋轉速度的變化之係數。
圖8係顯示本實施形態的緩和係數映射表之圖。參照圖8，在該映射表中，行索引的值為SOC、格子的值為緩和係數。緩和係數係設定SOC越大則緩和的程度越大。設定成只要SOC為30以下，緩和係數便為代表完全不進行緩和的D1。在SOC為50以上係設定成即使SOC變化，緩和係數仍為一定(D3)。例如，當SOC為40%時，特定出D2作為緩和係數。
回到圖3，進行對以規範上限旋轉速度的演算所演算得的旋轉速度，使用以圖8所示的緩和係數映射表所特定出的緩和係數施行緩和處理之演算。此處，作為緩和處理是施加一次緩和處理，但亦可構成為施行二次緩和處理和更高次的緩和處理。在一次緩和處理中，例如係進行將從以上述的「MIN」記號表示的演算所演算得的旋轉速度減去前一回的旋轉速度而得之差除以緩和係數的結果，與前一回的旋轉速度相加之演算。另外，如圖2中所示於每預定的控制週期執行圖3的演算，而所謂的「前一回」，指的是預定的控制週期前的一回。例如，當緩和係數為與SOC40%對應的D2、以「MIN」記號表示的演算所演算得的旋轉速度為J2rpm、前一回的旋轉速度為J2×9/10rpm時，藉由一次緩和處理的演算，獲得(J2-J2×9/10)/D2+J2×9/10=(1+9×D2)×J2/(10×D2)rpm。如上述，隨著緩和係數變得比D1大，相對於前一回的旋轉速度之變化跟著變小。
接著，使用最低引擎旋轉速度映射表，將與最低發電電力對應的最低引擎旋轉速度特定出。最低發電電力乃係從要求電力減去電池10能輸出的電力後之電力。
圖9係顯示本實施形態的最低引擎旋轉速度映射表之圖。參照圖9，在該映射表中，行索引的值為最低發電電力、格子的值為最低引擎旋轉速度。關於來自電池10的供給所相對於要求電力所不足的電力，係必須進行最低限度的發電。因此，係設定成最低發電電力越大，最低引擎旋轉速度越大。係設定成只要最低發電電力為40kW以上，最低引擎旋轉速度便為E3rpm。係設定成只要最低發電電力為0kW，最低引擎旋轉速度便為E1(=0)。例如，當最低發電電力為20kW時，特定出E2rpm作為最低引擎旋轉速度。
回到圖3，在一次緩和處理的演算後，當低於最低引擎旋轉速度時，進行規範下限旋轉速度的演算(圖中以「MAX」記號表示的演算)。該演算的結果係設為引擎20的目標旋轉速度。例如，當以一次緩和處理的演算所演算得的旋轉速度為1.5×E2rpm而最低引擎旋轉速度為E2rpm時，並沒有低於最低引擎旋轉速度，因此以「MAX」記號表示的演算的結果即引擎20的目標旋轉速度係設為1.5×E2rpm。
圖4係顯示本實施形態的引擎20的目標輸出的算出流程之圖。參照圖4，首先，使用引擎目標輸出基準映射表，將與引擎目標旋轉速度及要求電力對應的基準的引擎20的輸出特定出。
圖10係顯示本實施形態的引擎目標輸出基準映射表之圖。參照圖10，在該映射表中，行索引的值為目標旋轉速度、列索引的值為要求輸出(要求電力、亦即施加於引擎20的負載)、格子的值為引擎20的輸出。在2390rpm以下係設定成即使要求電力變化，只要旋轉速度相同，引擎20的輸出便為一定(負載一定)。在2395rpm係設定成只要要求電力為50kW以上，則要求電力越大，引擎20的輸出越大(發電優先)。例如，當引擎20的目標旋轉速度為1840rpm、要求電力為100kW時，根據F4kW及F5kW，藉由內插而特定出(1840-1600)×(F5-F4)/(2000-1600)+F4=(3×F5+2×F4)/5kW，該F4kW乃係與1840rpm正下之行索引的1600rpm及列索引的100kW相對應的格子之值，F5kW乃係與1840rpm正上之行索引的2000rpm及列索引的100kW相對應的格子之值。
回到圖4，此外，使用目標輸出SOC修正係數映射表，將與引擎目標旋轉速度及電池10的SOC對應的修正係數特定出。該修正係數乃係若SOC下降則用以增加引擎20的輸出之修正係數。
圖11係顯示本實施形態的目標輸出SOC修正係數映射表之圖。參照圖11，在該映射表中，行索引的值為引擎20的SOC、格子的值為修正係數。在SOC為50以下係設定成SOC修正係數為G1，在SOC為60以上係設定成修正係數為G2。例如，當SOC為40%時，修正係數為G1。
回到圖4，進行在以圖10的引擎目標輸出基準映射表所特定出的引擎20的輸出乘上以圖11的目標輸出SOC修正係數映射表所特定出的修正係數之演算(圖中以「×」記號表示的演算)。例如，當引擎20的輸出為J3kW、修正係數為G1時，得到J3×G1kW。
接著，使用緩和係數映射表，將與引擎旋轉速度及電池10的SOC對應的緩和係數特定出。該緩和係數乃係在SOC有餘裕時用以緩和引擎20的輸出的變化之係數。
圖12係顯示本實施形態的緩和係數映射表之圖。參照圖12，在該映射表中，行索引的值為SOC、格子的值為緩和係數。設定SOC越大則緩和的程度越大那樣的緩和係數。設定成只要SOC為30以下，緩和係數便為表示完全不進行緩和的H1。在SOC為40以上係設定成即使SOC變化，緩和係數仍為一定。例如，當SOC為40%時，特定出H3作為緩和係數。
回到圖4，進行對以「×」記號表示的演算所演算得的引擎20的輸出，使用以圖12的緩和係數映射表所特定出的緩和係數施行緩和處理之演算。此處，作為緩和處理是施加一次緩和處理，但亦可構成為施行二次緩和處理和更高次的緩和處理。在一次緩和處理中，例如係進行將從以上述的「×」記號表示的演算所演算得的引擎20的輸出減去前一回的引擎20的輸出而得之差除以緩和係數的結果，與前一回的引擎20的輸出相加之演算。另外，如圖2中所示於每預定的控制週期執行圖4的演算，而所謂的「前一回」，指的是預定的控制週期前的一回。例如，當緩和係數為與SOC40%對應的H3、以「×」記號表示的演算所演算得的引擎20的輸出為J4kW、前一回的旋轉速度為J4×9/10kW時，藉由一次緩和處理的演算，獲得(J4-J4×9/10)/H3+J4×9/10=(1+9×H3)×J4/(10×H3)kW。如上述，隨著緩和係數變得比H1大，相對於前一回的引擎20的輸出之變化跟著變小。
在一次緩和處理的演算後，當低於最低發電電力時，進行規範引擎20的下限輸出的演算(圖中以「MAX」記號表示的演算)。最低發電電力乃係從要求的電力減去電池10能輸出的電力後之電力。該演算的結果係設為引擎20的目標輸出。例如，當以一次緩和處理的演算所演算得的輸出為J5+20kW而最低發電電力為J5kW時，並沒有低於最低發電電力，因此以「MAX」記號表示的演算的結果即引擎20的目標輸出係設為J5+20kW。
圖13係顯示本實施形態的控制結果的第1例之圖。參照圖13，當如圖13(A)所示令車輛100從電池10的初期SOC=50%的狀態以40km/h穩定運轉行駛時，如圖13(C)的虛線所示，用以驅動車輛100的要求輸出係成為一定值。此外，如圖13(B)至圖13(D)所示，在電池10的SOC尚未達到充電完成SOC的時刻0秒至40秒係以成為以圖3及圖4所示流程算出的目標旋轉速度及目標輸出的方式控制引擎20。時刻40秒之後，由於電池10的SOC達到了充電完成SOC，係令引擎20停止。另外，在圖13(C)及圖13(D)中雖將旋轉速度及輸出的曲線描繪成從時刻0秒急劇上升，但實際上旋轉速度及輸出的上升係藉由圖3及圖4所示的緩和處理而以和緩上升的方式控制。
圖14係顯示本實施形態的控制結果的第2例之圖。參照圖14，當如圖14(A)所示令車輛100從電池10的初期SOC=50%的狀態以100km/h穩定運轉行駛時，如圖14(C)的虛線所示，用以驅動車輛100之要求輸出係成為一定值。此外，如圖14(B)至圖14(D)所示，從電池10的SOC尚未達到充電完成SOC的時刻0秒至85秒，係以成為以圖3及圖4所示流程算出的目標旋轉速度及目標輸出的方式控制引擎20。時刻85秒之後，由於電池10的SOC已達到充電完成SOC，故令引擎20停止。另外，在圖14(C)及圖14(D)中雖將旋轉速度及輸出的曲線描繪成從時刻0秒急劇上升，但實際上旋轉速度及輸出的上升係控制成依圖3及圖4所示的緩和處理而和緩上升。
圖15係顯示本實施形態的控制結果的第3例之圖。參照圖15，當如圖14(A)所示令車輛100從電池10的初期SOC=20%的狀態以100km/h穩定運轉行駛時，如圖15(C)的虛線所示，用以驅動車輛100之要求輸出係成為一定值。此外，如圖15(B)至圖15(D)所示，圖示的整個期間都未達到充電完成SOC，因此，圖示的整個期間都以成為以圖3及圖4所示流程算出的目標旋轉速度及目標輸出的方式控制引擎20。在直到達到SOC=40%的時刻58秒附近為止，係根據圖10的行索引的旋轉速度2395rpm的列索引的要求輸出50kW以上的格子的值所示的發電優先之輸出來控制引擎20。當在時刻58秒附近達到SOC=40%，修正係數便如圖7的目標旋轉速度SOC修正係數映射表所示而改變，因此引擎20的目標旋轉速度及目標輸出下降。另外，在圖15(C)及圖15(D)中雖將旋轉速度及輸出的曲線描繪成從時刻0秒急劇上升，但實際上旋轉速度及輸出的上升係控制成依圖3及圖4所示的緩和處理而和緩上升。
圖16係顯示本實施形態的綜合控制結果的第1例之圖。參照圖16，乃係令車輛100以如圖16(A)所示的模式(mode)行駛(RDE(Real Driving Emission；實際行駛排放))的車速變化行駛時的例子。此時，如圖16(B)所示，SOC係能控制在充電開始SOC至充電結束SOC的範圍內。
如圖16(C)及圖16(D)所示，在時刻0秒至1800秒的低負載行駛中，引擎20的旋轉速度及輸出能設為0的期間很多。另外，在圖16(C)中，實線表示引擎20的輸出，虛線表示車輛100的驅動用的MG 31的輸出。
此外，如圖16(C)及圖16(D)所示，在時刻3900秒至6400秒的高負載行駛中，係藉由圖3及圖4所示的緩和處理而進行抑制引擎20的旋轉速度及輸出的變化率之發電。
圖17係顯示本實施形態的綜合控制結果的第2例之圖。參照圖17，乃係令車輛100以如圖17(A)所示的從0km/h至140km/h的全開加速的車速變化行駛時的例子。此時，如圖17(B)所示，在加速中即從時刻0秒至25秒的期間係成為全負載行駛，故SOC大幅地降低。
如圖17(C)及圖17(D)所示，在從時刻0秒至25秒的加速中，驅動用的MG 31幾乎以最高輸出運作。伴隨於此，如圖17(B)所示，電池10的SOC急劇降低，因此引擎20的輸出及旋轉速度係無緩和處理而以發電優先進行控制。然後，如圖17(B)所示，當電池10的SOC在時刻75秒附近達到充電開始SOC，便令引擎20的輸出降低。
[變形例] (1)在前述的實施形態中，係構成為MG 31及MG 32皆為電動發電機。但並不限定於此，MG 31係亦可為發電機。MG 32係亦可為電動機。
(2)在前述的實施形態中，係構成為遵照圖3及圖4的流程，使用以限制引擎20的目標旋轉速度的變化率及目標輸出轉矩的變化率的方式預先規定好的圖5至圖12的映射表來控制引擎20。但並不限定於此，只要是限制引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，亦可構成為以其他方法進行控制。此外，並不限定為以使目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比預定的變化率小的方式進行限制，亦可構成為將目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者限制為0(亦即，將目標旋轉速度與目標輸出轉矩中至少一者設為一定)。
(3)在前述的實施形態中，係構成為排氣處理裝置的構成為DPF 71與NSR觸媒72之組合。但並不限定於此，排氣處理裝置的構成係可為任何構成。例如，將排氣所含的NOx還元的DeNOx觸媒亦可為利用還原劑(例如，尿素水、HC)的SCR觸媒而非NSR觸媒72。
(4)能將前述的實施形態理解為揭示含有引擎20與MG 31與MG 32與電池10與控制裝置(EG-ECU 52、HV-ECU 51、PCU 11)的混合系統。此外，能理解為揭示如上述的混合系統的控制裝置或揭示混合系統的控制方法。此外，能理解為揭示具備如上述的混合系統的車輛100。
[效果] (1)如圖1所示，混合系統係具備：引擎20；MG 32，係利用輸出自引擎20的動力進行發電；電池10，係以MG 32發電的發電電力進行充電；MG 31，係驅動車輛100用，使用電池10的放電電力與以MG 32發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動；及控制裝置(EG-ECU 52、HV-ECU 51、PCU 11)。如圖2至圖12所示，控制裝置係以限制引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制。
藉此，在混合系統中，限制引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者。結果，能降低黑煙及氮氧化物的排出量。
(2)圖3及圖4的流程所示的演算係預先設計成以使引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比黑煙排出得比法規值多的變化率與氮氧化物排出得比法規值多的變化率中至少一者小的方式進行限制。控制裝置係按照如上述的演算來控制引擎20。另外，亦可為自主規範值而非法規值。
藉此，在混合系統中，以使引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比從引擎20排出的黑煙與氮氧化物中至少一者排出得比法規值多的引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者小的方式控制引擎20。
(3)控制裝置係使用在圖3及圖4的流程所示的演算中使用的圖5至圖12所示的控制映射表來控制引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者。
藉此，在混合系統中，以使引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比從引擎20排出的黑煙與氮氧化物中至少一者排出得比法規值多的引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者小的方式控制引擎20。
(4)如圖16及圖17所示，控制裝置係構成為在前述的圖3及圖4的流程所示的演算中，當電池10的SOC比充電開始SOC高時係使引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比當電池10的SOC比充電開始SOC低時小。
(5)圖5至圖12所示的控制映射表係包括能從對MG 32的要求電力及車速將旋轉速度特定出的圖5的引擎旋轉速度基準映射表、及能從對MG 32的要求電力及目標旋轉速度將目標輸出轉矩特定出的圖10的引擎目標輸出基準映射表。
(6)如圖10所示，控制映射表其中的引擎目標輸出基準映射表係含有以發電優先於對引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者進行限制的控制之區域。另外，所謂的以發電優先，係指在不特別限制目標旋轉速度的變化率及目標輸出轉矩的變化率下藉由引擎20的輸出而發電要求電力。
藉此，當電池10的SOC比充電開始SOC低時，能令發電優先於抑制引擎20的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的作業。
本說明書中所揭示的各實施形態係亦預定適宜地組合來實施。此外，本說明書中所揭示的實施形態之各點均為例子而已，不應將之視為本發明之限制。本案揭示之範圍，並不限於上述實施形態之說明，而是如申請專利範圍所示，且包含與申請專利範圍均等之意義以及範圍內之所有變更。
10:電池 11:PCU 20:引擎 21,22,41:旋轉軸 23:齒輪 31,32:MG 40:驅動輪 42:驅動軸 43:動力傳遞齒輪 51:HV-ECU 52:EG-ECU 61,62,63,64:監視單元 65:加速器開度感測器 66:車速感測器 71:DPF 72:NSR觸媒 81:排氣溫度感測器 82:A/F感測器 83:NOx感測器 100:車輛
圖1係顯示本實施形態的車輛的概略構成之圖。 圖2係顯示本實施形態的引擎控制處理的流程之流程圖(flowchart)。 圖3係顯示本實施形態的引擎的目標旋轉速度的算出流程之圖。 圖4係顯示本實施形態的引擎的目標輸出的算出流程之圖。 圖5係顯示本實施形態的引擎旋轉速度基準映射表(base map)之圖。 圖6係顯示本實施形態的引擎旋轉速度修正基準映射表之圖。 圖7係顯示本實施形態的目標旋轉速度SOC修正係數映射表之圖。 圖8係顯示本實施形態的緩和係數映射表之圖。 圖9係顯示本實施形態的最低引擎旋轉速度映射表之圖。 圖10係顯示本實施形態的引擎目標輸出基準映射表之圖。 圖11係顯示本實施形態的目標輸出SOC修正係數映射表之圖。 圖12係顯示本實施形態的緩和係數映射表之圖。 圖13係顯示本實施形態的控制結果的第1例之圖。 圖14係顯示本實施形態的控制結果的第2例之圖。 圖15係顯示本實施形態的控制結果的第3例之圖。 圖16係顯示本實施形態的綜合控制結果的第1例之圖。 圖17係顯示本實施形態的綜合控制結果的第2例之圖。
S101~S105:步驟

Claims (8)

  1. 一種混合系統，係具備： 內燃機； 發電機，係利用輸出自前述內燃機的動力進行發電； 蓄電裝置，係以前述發電機發電的發電電力進行充電； 驅動車輛用電動機，係使用前述蓄電裝置的放電電力與以前述發電機發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動；及 控制裝置，係以限制前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制。
  2. 如請求項1之混合系統，其中前述控制裝置係以使前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比黑煙排出得比第1預定量多的變化率與氮氧化物排出得比第2預定量多的變化率中至少一者小的方式進行限制。
  3. 如請求項2之混合系統，其中前述控制裝置係使用預先規定好的控制映射表來控制前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者。
  4. 如請求項2或請求項3之混合系統，其中前述控制裝置係構成為當前述蓄電裝置的SOC比預定值高時係使前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者，成為比當前述蓄電裝置的SOC比前述預定值低時小。
  5. 如請求項3之混合系統，其中前述控制映射表係包括能從對前述發電機的要求電力及車速將旋轉速度特定出的映射表、及能從對前述發電機的前述要求電力及目標旋轉速度將目標輸出轉矩特定出的映射表。
  6. 如請求項3之混合系統，其中前述控制映射表係含有以發電優先於對前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者進行限制的控制之區域。
  7. 一種混合系統的控制裝置，係控制混合系統的控制裝置，該混合系統具備內燃機、利用輸出自前述內燃機的動力進行發電的發電機、以前述發電機發電的發電電力進行充電的蓄電裝置、及使用前述蓄電裝置的放電電力與以前述發電機發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動的驅動車輛用的電動機， 其中以限制前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制。
  8. 一種混合系統的控制方法，係控制混合系統之利用控制裝置進行的控制方法，該混合系統具備內燃機、利用輸出自前述內燃機的動力進行發電的發電機、以前述發電機發電的發電電力進行充電的蓄電裝置、及使用前述蓄電裝置的放電電力與以前述發電機發電的發電電力中至少一者之電力進行驅動的驅動車輛用的電動機， 其中含有前述控制裝置係以限制前述內燃機的目標旋轉速度的變化率與目標輸出轉矩的變化率中至少一者的方式進行控制的步驟。
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