CN103347764A - 混合动力车辆及混合动力车辆的控制方法 - Google Patents
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Abstract
混合动力车辆包括:发动机(24);第一旋转电机(MG1);与车轮连动而旋转的驱动轴;在发动机(24)的旋转轴、第一旋转电机(MG1)的旋转轴及驱动轴之间机械性地分割动力的动力分割机构;以及以使发动机(24)的转速与目标转速一致的方式控制第一旋转电机(MG1)的转速的控制装置(40)。控制装置(40)基于从向第一旋转电机(MG1)供给电力的蓄电装置的放电电力的上限值,算出第一旋转电机(MG1)的转矩指令值。控制装置(40)在包括油门踏板和制动踏板同时被操作的情况在内的转矩限制条件成立时,基于对上限值进一步限制后的值来算出第一旋转电机(MG1)的转矩指令。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力车辆及混合动力车辆的控制方法,尤其是涉及同时操作制动踏板和油门踏板时的控制。
背景技术
日本特开2005-323481号公报(专利文献1)公开了混合动力汽车的控制方法。该混合动力汽车在行星齿轮机构上分别连接有发动机、第一电动机、驱动轴及第二电动机,且具备与两个电动机交换电力的蓄电池。该控制方法在停车时而油门踏板和制动踏板一起被踏下来要求失速起步时,在蓄电池的输入限制Win中加入基于失速起步时的第二电动机的转矩上限值而计算的驱动系统的低动力和界限动力来设定发动机要求动力,控制发动机和第一电动机并在转矩上限值的范围内控制第二电动机。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-323481号公报
专利文献2:日本特开2008-49775号公报
专利文献3:日本特开2009-166670号公报
发明内容
发明要解决的课题
例如,在冬季在摩擦系数μ降低的路面上行驶时,若在将油门踏板保持为全开位置的状态下操作制动踏板,则产生车轮相对于路面发生打滑且其后车轮抓紧路面的现象。
车轮的驱动轴由于制动操作而转速急剧减少。此时,在混合动力车辆中,在具有使用动力分割机构对发动机的转矩的一部分进行分割而传递至车轮那样的机构的类型的车辆中,发动机的转速也根据车轮的驱动轴的转速的减少而下降。另一方面,该类型的混合动力车辆以将发动机的转速保持为一定的方式对电动发电机的转速进行反馈控制。
然而,当反馈控制无法追随车轮的驱动轴的转速的急剧的变化时,可能从蓄电池放出过大的电流。
本发明的目的在于提供一种对进行了油门踏板和制动踏板的同时操作的情况下的蓄电池的保护进行强化的混合动力车辆及其控制方法。
用于解决课题的手段
本发明概括而言涉及一种混合动力车辆,包括:内燃机;第一旋转电机;与车轮连动旋转的驱动轴;在内燃机的旋转轴、第一旋转电机的旋转轴及驱动轴之间机械性地分割动力的动力分割机构;以及以使内燃机的转速与目标转速一致的方式控制第一旋转电机的转速的控制装置。控制装置基于来自向第一旋转电机供给电力的蓄电装置的放电电力的上限值,算出第一旋转电机的转矩指令值。控制装置在包括油门踏板和制动踏板同时被操作的情况在内的转矩限制条件成立时,基于对上限值进一步限制后的值来算出第一旋转电机的转矩指令。
优选的是,转矩限制条件除了包括油门踏板和制动踏板同时被操作的情况之外,还包括车速超过阈值的情况。
更优选的是,在通常时使用第一旋转电机来使内燃机起动时,控制装置基于对上限值暂时缓和后的值来算出第一旋转电机的转矩指令值。另外,在转矩限制条件成立的情况下使用第一旋转电机来使内燃机起动时,控制装置禁止使用对上限值暂时缓和后的值而基于上限值来算出第一旋转电机的转矩指令值。
优选的是,混合动力车辆还包括旋转轴与驱动轴连动旋转的第二旋转电机。
本发明在另一方面中,是混合动力车辆的控制方法。混合动力车辆包括:内燃机;第一旋转电机;与车轮连动旋转的驱动轴;以及在内燃机的旋转轴、第一旋转电机的旋转轴及驱动轴之间机械性地分割动力的动力分割机构。控制方法包括:判断转矩限制条件是否成立的步骤;在转矩限制条件不成立时,设定来自向第一旋转电机供给电力的蓄电装置的放电电力的上限值作为用于算出第一旋转电机的转矩指令值的参数的步骤;在转矩限制条件成立时,设定对上限值进一步限制后的值作为参数的步骤;以及基于参数来算出第一旋转电机的转矩指令值的步骤。转矩限制条件包括油门踏板和制动踏板同时被操作的情况。
发明效果
根据本发明,进行了油门踏板和制动踏板的同时操作的情况下的蓄电池的保护得到强化。由此,能够防止蓄电池的寿命比预定缩短的事态。
附图说明
图1是本实施方式的混合动力汽车100的整体框图。
图2是用于说明在图1的车辆中同时操作油门踏板和制动踏板的情况下发生的问题点的共线图。
图3是用于说明行星齿轮的各轴的转速的变化的图。
图4是用于说明MG1转矩的算出的图。
图5是用于说明限制Wout而算出转矩指令值Tg的上限值Tgmxpb的情况的图。
图6是用于说明决定算出转矩指令值Tg时的Wout(Tg)的处理的流程图。
图7是用于说明HV-ECU40算出MG1上限转矩的处理的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图,详细说明本发明。需要说明的是,对于图中同一或相当部分,标注同一标号而不重复其说明。
图1是本实施方式的混合动力汽车100的整体框图。
参照图1,混合动力汽车100包括发动机24、电动机MG2、发电机MG1、行星齿轮18、减速齿轮22、动力取出齿轮20、动力传递齿轮12、差动齿轮14、驱动轴15L、15R、及驱动轮16L、16R。
行星齿轮18构成包括:与中空的恒星齿轮轴结合的恒星齿轮,该恒星齿轮轴在与发动机24的曲轴同轴的轮架轴贯通轴中心;与内齿轮轴结合的内齿轮,该内齿轮轴配置在与轮架轴同轴上;配置在恒星齿轮轴与内齿轮之间且在恒星齿轮的外周进行自转及公转的多个行星小齿轮;及与轮架轴的端部结合且对各行星小齿轮的旋转轴进行支承的行星轮架。行星齿轮的内齿轮与动力取出齿轮20结合。
减速齿轮22是将行星轮架固定于齿轮箱而成的行星齿轮,恒星齿轮与电动机MG2结合,且内齿轮与动力取出齿轮20结合。通过减速齿轮22对高速旋转的电动机MG2的转速进行减速而向动力取出齿轮20传递。
混合动力汽车100还包括:用于对发电机MG1进行驱动的逆变器INV1;用于对电动机MG2进行驱动的逆变器INV2;分别控制逆变器INV1、INV2的MG1-ECU41及MG2-ECU42;及用于向逆变器INV1、INV2供给电力的HV蓄电池10。
发电机MG1主要作为发电机起作用,但是在使发动机24起动的起动时等作为电动机起作用。而且,电动机MG2主要作为电动机起作用,但是在车辆的制动时等作为发电机起作用而将再生电力向HV蓄电池10回收。
混合动力汽车100还包括换档杆11。通过换档杆11,驾驶员能够在HV-ECU40设定驾驶、停车等所希望的换档区域。
混合动力汽车100还包括制动踏板32、停车灯开关34、制动系统46、及控制制动系统46的ECB-ECU44。ECB-ECU44根据从制动踏板32和停车灯开关34赋予的信号及来自HV-ECU40的控制信号而控制制动系统46。
混合动力汽车100还包括油门踏板36、控制发动机24的EFI-ECU48、车速传感器39、接受来自油门踏板36的位置传感器、车速传感器等传感器的各种信号而向MG1-ECU41、MG2-ECU42、ECB-ECU44及EFI-ECU48发送指令的HV-ECU40。
需要说明的是,HV-ECU40、MG1-ECU41、MG2-ECU42、ECB-ECU44及EFI-ECU48可以汇总为1个ECU,而且也可以不是4个而分割成其他的个数。
油门踏板36、制动踏板32是用于供使用者输入加减速的意志的操作构件。
油门踏板36的操作量由未图示的油门位置传感器检测。来自油门位置传感器的输出向HV-ECU40赋予。HV-ECU40接受停车灯开关34、油门位置传感器及车速传感器39的各自的输出,并将与之对应的控制信号向MG1-ECU41、MG2-ECU42、EFI-ECU48及ECB-ECU44输出。
其中,如图1所示,MG1-ECU41与HV-ECU40之间的通信经由MG2-ECU42进行。因此,与MG2的转速Nm相比,发电机MG1的转速Ng在到达HV-ECU40方面产生延迟。
图2是用于说明在图1的车辆中同时操作油门踏板和制动踏板的情况下发生的问题点的共线图。
在图2中,从左开始依次示出图1的行星齿轮18的轮架的转速(发电机MG1的转速Ng)、恒星齿轮的转速(发动机的转速Ne)、及内齿轮的转速(电动机MG2的转速Nm乘以减速齿轮22的减速比得到的值)。
行星齿轮18的3轴通过齿轮机构而机械结合,因此在共线图中,上述3个转速排列在一直线上。在图2中,为了便于理解,作为没有减速齿轮22的结构而在右侧的轴上记载为MG2。
初始状态成为由图2的虚线表示的状态。在该初始状态下,发动机为运转期间且发动机的转速成为某程度大的值。而且,车速也成为某程度大的值。在该初始状态下保持踩踏油门并也踩踏制动器(以下,称为油门/制动器双踩踏状态)。如此,与车轮的转速急减的情况连动而电动机MG2的转速也接近于零,如实线所示,发动机的转速及发电机MG1的转速也变化。发动机转速Ne减少,发电机MG1转速Ng增加。
此时,图1的HV-ECU40以发动机转速Ne的变化返回原来情况的方式进行反馈控制。具体而言,以使发电机MG1的转速进一步增加的方式使发电机MG1产生转矩。该转矩如图2的箭头(记为Ne F/B量)表示。因此,发电机MG1的输出动力Pg增加。
图3是用于说明行星齿轮的各轴的转速的变化的图。
参照图3,在初始状态下,如直线L1所示,发电机MG1的转速为Ng1,发动机的转速为Ne1,电动机MG2的转速(×减速齿轮22的减速比)为Nm1。
油门/制动器双踩踏紧后如直线L2所示,发电机MG1的转速为Ng2,发动机的转速为Ne2,电动机MG2的转速(×减速齿轮22的减速比)为Nm2(=0)。
由于要将发动机转速保持为一定的反馈起作用,因此之后如直线L3所示,发电机MG1的转速增加至Ng3,发动机的转速返回Ne1。
然而,如图1中说明那样,来自MG1-ECU41的转速Ng由于通信延迟,而不是直接传递至HV-ECU40。在HV-ECU40中,以发电机MG1的动力Pg与电动机MG2的动力Pm之和不超过来自HV蓄电池10的放电限制值Wout的方式对动力Pg、Pm设置限制。然而,可考虑到的是,由于通信延迟,Pg+Pm<Wout的控制未顺利地进行,蓄电池电流IB变得过大,超过放电限制值Wout的动力从HV蓄电池10放电。当这样的情况反复出现时,蓄电池的寿命可能比预定缩短。
图4是用于说明发电机MG1的转矩的算出的图。
参照图4,纵轴表示电动机MG2的转矩Tm,横轴表示发电机MG1的转矩Tg。电动机MG2能够输出转矩的范围是最大值Tmmx与最小值Tmmn之间的范围。
线L11是表示油门全开时的转矩指令的线。线L12是表示油门关闭时的转矩指令的线。而且,线L13、L14是表示由来自HV蓄电池10的放电限制值Wout决定的边界的线。线L13、L14的右侧区域是超过放电限制值Wout的区域,转矩指令位于该区域的情况被禁止。
表示由放电限制值Wout决定的边界的线L13、L14由下式(1)表示。
Tg=(Wout-Tm*Nm)/Ng···(1)
在此,Tg表示发电机MG1的转矩,Ng表示发电机MG1的转速,Tm表示电动机MG2的转矩,Nm表示电动机MG2的转速,Wout表示来自HV蓄电池10的放电限制值。
从式(1)可知,表示图4的边界的线的斜率依赖于Nm的符号的正负而变化。在Nm为正时,如线L13那样决定边界,在Nm为负时,如线L14那样决定边界。
油门全开时的转矩Tg的上限值由线L14上与线L11的交点表示,但由于这处于电动机的可输出的范围之外,因此结果是转矩指令被限制为由点Pb表示的点。
油门关闭时的转矩Tg的上限值由线L13上与线L12的交点表示,但由于这处于电动机的可输出的范围之外,因此结果是转矩指令被限制为由点Pc表示的点。
需要说明的是,线L13及L14与横轴相交的点Pa处的转矩Tg由Tg=Wout/Ng表示。如图4中两箭头所示,点Pa依赖于Wout及Ng而移动。
结果是,油门全开时适用的转矩Tg的上限值由点Pb赋予,因此将Tm=Tmmx代入式(1)而得到式(2)。
Tg=(Wout-Tmmx*Nm)/Ng···(2)
在此,再次参照图1、图3,考虑Tg的算出。在图1的结构中,Ng的变化相对于Nm的变化发生延迟地传递至HV-ECU40。
车辆的状态从图3的线L1变化为L2。电动机转速Nm从Nm1变化为Nm2。然而,发电机转速Ng从Ng1变化为Ng2的情况未被传递。由于Nm2=0,因此式(2)成为Tg=Wout/Ng1,由于Ng1>Ng2,因此Tg比原来的值增大。当以比原来的值大的转矩指令值Tg控制发电机MG1时,无法守住HV蓄电池10的放电限制值Wout。
为了减小转矩指令值Tg,只要取代Wout而将比其小的值使用在转矩指令值Tg的计算中即可。即,将对Wout进一步限制后的值使用在转矩指令值Tg的计算中。
关于Wout的限制,例如,只要从Wout减去在各条件下实验性地决定的值ΔW,或将Wout乘以实验性地决定的比1小的系数k即可。即,当在转矩指令值Tg的计算中使用的值为Wout(Tg)时,可以设为Wout(Tg)=Wout-ΔW,或Wout(Tg)=k*Wout。
图5是用于说明对放电限制值Wout进一步限制而算出转矩指令值Tg的上限值Tgmxpb的图。
在图5中,示出图4的线L14由于对Wout进行限制而向左移动的情况。由此,转矩指令值的上限值Tgmxpb也向左移动,转矩受到限制,因此结果是能够守住来自HV蓄电池10的放电限制值Wout。
图6是用于说明决定算出转矩指令值Tg时的Wout(Tg)的处理的流程图。该处理从规定的主程序每隔一定时间或每当规定的条件成立时被调出而执行。
参照图1、图6,首先开始处理时,在步骤S1中,HV-ECU40判定由油门踏板36的操作决定的油门开度是否比阈值大。若油门开度>阈值成立,则处理进入步骤S2,如不成立,则处理进入步骤S6。
在步骤S2中,HV-ECU40判断是否进行了制动踏板32的操作,即是否为制动器=关闭。若制动器=接通成立,则处理进入步骤S3,若不成立,则处理进入步骤S6。
在步骤S2中,HV-ECU40判断从车速传感器39得到的车速是否比阈值大。若车速>阈值成立,则处理进入步骤S4,若不成立,则处理进入步骤S6。
在步骤S4中,HV-ECU40将表示轮胎旋转和油门/制动器双踩踏的判定标志F1设定为开启。然后,在步骤S5中,HV-ECU40在动力管理用的放电限制值Wout为标准值的状态下,对上限Tg算出用的Wout进行限制。即,用于算出发电机MG1的指令转矩Tg的上限值的Wout(Tg)=Wout-ΔW。需要说明的是,也可以将k设为比1小的正数,而设为Wout(Tg)=k*Wout。需要说明的是,ΔW、k可以实验性地决定。
另一方面,在步骤S6中,HV-ECU40将表示轮胎旋转和油门/制动器双踩踏的判定标志F1设定为关闭。然后,在步骤S7中,HV-ECU40将动力管理用的放电限制值Wout设为标准值,并将上限Tg算出用的Wout也同样地设为标准值。即,用于算出发电机MG1的指令转矩Tg的上限值的Wout(Tg)=Wout。
当步骤S5或步骤S7结束时,决定将用于算出发电机MG1的指令转矩Tg的上限值的Wout(Tg)设定成与Wout如何的关系。
以后,在使发动机起动的起动时及动力不足时,追加性地切换允许还是禁止暂时缓和Wout的情况。需要说明的是,步骤S8~S11的处理也可以不进行。如后面说明那样,即便在这种情况下,也能得到蓄电池的保护的强化这样的效果。
在步骤S8中,判断是否为产生使发动机起动的要求的起动时或动力不足时。例如,在发动机停止时,在驱动力的要求超过了阈值时(油门被踏下时)等,产生使发动机起动的要求。而且,例如,在由油门开度和车速决定的驾驶员要求动力比通常设定的放电限制值Wout(标准值)大时,判断为动力不足。在步骤S8中,在起动时的情况下,处理进入步骤S9。另一方面,在步骤S8中,在不是起动时的情况下,处理进入步骤S12,控制向主程序转移。
在步骤S9中,判断轮胎旋转和油门/制动器双踩踏标志F1是否为开启。在步骤S9中,若F1=开启,则处理进入步骤S10,若F1=关闭,则处理进入步骤S11。
在步骤S11中,执行使Wout暂时增加的处理。即来自HV蓄电池10的放电限制值Wout被暂时缓和。由此,能避免例如因发电机MG1的旋转力不足而发动机24无法起动的事态、无法越过台阶等障碍物的事态、驾驶员感到转矩不足的事态。这是因为,放电限制值Wout以某程度长时间的放电为前提,基于蓄电池容量、蓄电池温度等来设定,因此若像起动时、越过障碍物时、暂时性的加速那样为短时间,则可以缓和。
另一方面,在步骤S10中,禁止使Wout暂时增加的处理。即,来自HV蓄电池10的放电限制值Wout的暂时的缓和被禁止。由此,在油门踏板和制动踏板这双方被操作,发生打滑及抓地的情况下,能实现蓄电池的保护。
当步骤S10或步骤S11的处理结束时,处理进入步骤S12,控制向主程序转移。
图7是用于说明HV-ECU40算出MG1上限转矩的处理的流程图。该处理从规定的主程序每隔一定时间或每当规定的条件成立时被调出而执行。
图7的流程图的处理基于图6中决定的Wout(Tg)而执行。即,在步骤S21中,HV-ECU40基于是否将图6中决定的Wout暂时缓和,及Wout(Tg)与Wout处于何种关系,来算出MG1上限转矩(也称为Tg上限值)。
该计算如图4、图5中说明那样进行。即,MG1上限转矩成为Tg=Wout(Tg)/Ng1。
例如,在标志F1=开启时,在起动时的Wout的缓和被禁止的状态下,成为Tg=(Wout-ΔW)/Ng1或Tg=(k*Wout)/Ng1。而且,在标志F1=关闭时,在起动时的Wout的缓和被允许的状态下,成为Tg=Wout/Ng1。
如此,即使在油门踏板及制动踏板这双方同时被操作,发生打滑及抓地,发电机MG1、电动机MG2及发动机的各转速急剧变化的情况下,也能够守住蓄电池的放电限制值。
具体而言,在像本实施方式那样对用于算出Tg的Wout即Wout(Tg)进行限制的实验中,对油门踏板及制动踏板这双方进行操作时的蓄电池的峰值电流若在对策前为100%,则下降为76.0%。此外,在禁止了起动时的Wout的缓和时,蓄电池的峰值电流下降为68.3%。
因此,守住蓄电池的放电限制值的概率升高,能实现蓄电池保护的强化,能够避免蓄电池寿命比预定缩短的事态。
应考虑的是本次公开的实施方式全部的点为例示而不是限制性内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书公开,并意图包括与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。
标号说明
10 蓄电池,11 换档杆,12 动力传递齿轮,14 差动齿轮,15L、15R 驱动轴,16L、16R驱动轮,18 行星齿轮,20 动力取出齿轮,22 减速齿轮,24 发动机,32 制动踏板,34 停车灯开关,36 油门踏板,38 油门位置传感器,39 车速传感器,46 制动系统,100 混合动力汽车,INV1、INV2 逆变器,MG1 发电机,MG2 电动机。
Claims (6)
1.一种混合动力车辆,其中,
具备:
内燃机(24);
第一旋转电机(MG1);
与车轮连动旋转的驱动轴(15L、15R);
在所述内燃机的旋转轴、所述第一旋转电机的旋转轴及所述驱动轴之间机械性地分割动力的动力分割机构(18);以及
以使所述内燃机的转速与目标转速一致的方式控制所述第一旋转电机的转速的控制装置(40),
所述控制装置基于来自向所述第一旋转电机供给电力的蓄电装置的放电电力的上限值,算出所述第一旋转电机的转矩指令值,
所述控制装置在包括油门踏板(36)和制动踏板(32)同时被操作的情况在内的转矩限制条件成立时,基于对所述上限值进一步限制后的值来算出所述第一旋转电机的转矩指令。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆,其中,
所述转矩限制条件除了包括所述油门踏板和所述制动踏板同时被操作的情况之外,还包括车速超过阈值的情况。
3.根据权利要求2所述的混合动力车辆,其中,
在通常时使用所述第一旋转电机来使所述内燃机起动时,所述控制装置基于对所述上限值暂时缓和后的值来算出所述第一旋转电机的转矩指令值,在所述转矩限制条件成立的情况下使用所述第一旋转电机来使所述内燃机起动时,所述控制装置禁止使用对所述上限值暂时缓和后的值而基于所述上限值来算出所述第一旋转电机的转矩指令值。
4.根据权利要求2所述的混合动力车辆,其中,
在通常时所述上限值比驾驶员要求的动力大时,所述控制装置基于对所述上限值暂时缓和后的值来算出所述第一旋转电机的转矩指令值,在所述转矩限制条件成立的情况下驾驶员要求的动力比所述上限值大时,所述控制装置禁止使用对所述上限值暂时缓和后的值而基于所述上限值来算出所述第一旋转电机的转矩指令值。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的混合动力车辆,其中,
还具备旋转轴与所述驱动轴连动而进行旋转的第二旋转电机(MG2)。
6.一种混合动力车辆的控制方法,其中,
所述混合动力车辆包括:
内燃机(24);
第一旋转电机(MG1);
与车轮连动旋转的驱动轴(15L、15R);以及
在所述内燃机的旋转轴、所述第一旋转电机的旋转轴及所述驱动轴之间机械性地分割动力的动力分割机构(18),
所述控制方法包括:
判断转矩限制条件是否成立的步骤;
在所述转矩限制条件不成立时,设定来自向所述第一旋转电机供给电力的蓄电装置的放电电力的上限值作为用于算出所述第一旋转电机的转矩指令值的参数的步骤;
在所述转矩限制条件成立时,设定对所述上限值进一步限制后的值作为所述参数的步骤;以及
基于所述参数来算出所述第一旋转电机的转矩指令值的步骤,
所述转矩限制条件包括油门踏板(36)和制动踏板(32)同时被操作的情况。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20150729 |
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