CN103415429B - 混合动力车辆的发动机启动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于输出驾驶员所请求的驱动力并且启动发动机。本发明的特征在于,在混合动力车辆的发动机启动控制装置中具备:启动时目标发动机旋转速度算出单元;启动时目标发动机转矩算出单元;根据目标发动机旋转速度和目标发动机转矩算出目标发动机功率的目标发动机功率算出单元;加速器操作量检测单元;车速检测单元;基于加速器操作量和车速算出目标驱动功率的目标驱动功率算出单元;将目标驱动功率与目标发动机功率之差设为目标电力的目标电力算出单元;以及利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出多个电动发电机的指令转矩值的电动机转矩指令值运算单元。
Description
技术领域
本发明涉及具备多个动力源,将它们的动力利用差动齿轮机构合成并对驱动轴输入输出的混合动力车辆的发动机启动控制装置,特别涉及能适当控制发动机启动时的动力的混合动力车辆的发动机启动控制装置。
背景技术
以往,作为具备电动机和发动机的混合动力车辆的方式,除了串联方式、并联方式以外,还有如特开平9-170533号公报、特开平10-325345号公报等公开的方式:利用1个行星齿轮机构(具有3个旋转构件的差动齿轮机构)和2个电动机将发动机的动力分割给发电机和驱动轴,用由发电机发出的电力驱动设于驱动轴的电动机,由此对发动机的动力进行转矩变换。将其称为“3轴式”。
在该现有技术中,能将发动机的发动机动作点设为包括停止的任意的点,因此能提高燃料效率。但是,不及串联方式,为了得到足够的驱动轴转矩需要具有比较大的转矩的电动机,并且在低齿轮速比范围中在发电机与电动机之间的电力交接量增加,因此电损失会变大,还有改善的余地。
作为解决这一点的方法,有专利第3578451号公报公开的技术方案、本发明的申请人提出的特开2002-281607号公报公开的技术方案。
特开2002-281607号公报的方法为:对具有4个旋转构件的差动齿轮机构的各旋转构件连接有与发动机的输出轴、第一电动发电机(以下记为“MG1”)、第二电动发电机(以下记为“MG2”)和驱动轮连接的驱动轴,将发动机的动力和MG1、MG2的动力合成输出到驱动轴。
并且,在特开2002-281607号公报的方法中,在共线图上对内侧的旋转构件配置有发动机的输出轴和与驱动轮连接的驱动轴,在共线图上对外侧的旋转构件配置有MG1(发动机侧)和MG2(驱动轴侧),由此能使从发动机向驱动轴传递的动力中的由MG1和MG2承担的比例变少,因此能使MG1、MG2小型化并且能改善作为驱动装置的传递效率。将其称为“4轴式”。
另外,专利第3578451号公报也与上述方法同样,还提出了如下方法:进一步具有第5个旋转构件,设有使该旋转构件的旋转停止的制动器。
在上述3轴式的现有技术中,如特开平9-170533号公报公开的那样,在进行了发动机启动判断的情况下,用MG1驱动发动机,并且控制MG2以用其反作用力等抵消在驱动轴中产生的驱动力,由此抑制发动机启动时的驱动轴转矩变动。另外,在特开平10-325345号公报中,在进行了发动机启动判断的情况下,控制MG1以使MG1的旋转速度变成目标旋转速度来起动发动机,并且用MG2校正MG1的驱动带来的转矩变动,由此抑制发动机启动时的驱动轴转矩变动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开平9-170533号公报
专利文献2:特开平10-325345号公报
专利文献3:专利第3578451号公报
专利文献4:特开2002-281607号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,在以往的混合动力车辆的发动机启动控制装置中,在“3轴式”的情况下,MG2的转矩不会对转矩平衡造成影响,因此,根据为了启动发动机而输出的MG1的转矩计算利用发动机和MG1对驱动轴输出的反作用力转矩,控制MG2的转矩以抵消其反作用力转矩,就能使对驱动轴的转矩不发生变动而起动发动机。
但是,在“4轴式”的情况下有如下问题:驱动轴与MG2是不同的轴,MG2的转矩也影响到转矩平衡,因此无法使用上述“3轴式”的控制方法。
另外,本发明的申请人针对“4轴式”的控制申请了如下方法。
在该申请中,在将发动机的输出、MG1、MG2的动力合成来驱动与驱动轮连接的驱动轴的混合动力车辆中,将加上了电力的功率辅助量的驱动力值预先设定为目标驱动力的最大值,根据以加速器操作量和车速为参数的目标驱动力以及车速求出目标驱动功率,基于电池的充电状态SOC求出目标充放电功率,对加上了目标驱动功率得到的值与发动机能输出的最大输出进行比较,将较小的值作为目标发动机功率求出,根据目标发动机功率求出目标发动机动作点,根据目标驱动功率和目标发动机功率之差求出作为电池的输入输出电力的目标值的目标电力,根据包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式运算MG1转矩和MG2转矩的控制指令值(转矩指令值)。
但是,在该方法中,虽然能适当控制“4轴式”的转矩,但是也没提到与发动机启动相关的控制,还有改善的余地。
本发明的目的在于能输出驾驶员所请求的驱动力并且使发动机启动。
用于解决问题的方案
本发明的特征在于,在利用来自发动机和多个电动发电机的输出对车辆进行驱动控制的混合动力车辆的发动机启动控制装置中,具备:启动时目标发动机旋转速度算出单元,其算出发动机启动时的目标发动机旋转速度;启动时目标发动机转矩算出单元,其算出上述发动机的摇动所需的转矩;目标发动机功率算出单元,其根据由上述启动时目标发动机旋转速度算出单元算出的目标发动机旋转速度和由上述启动时目标发动机转矩算出单元算出的目标发动机转矩算出目标发动机功率;加速器操作量检测单元,其检测车辆的加速器操作量;车速检测单元,其检测车速;目标驱动功率算出单元,其基于由上述加速器操作量检测单元检测出的加速器操作量和由上述车速检测单元检测出的车速算出目标驱动功率;目标电力算出单元,其将由上述目标驱动功率算出单元算出的目标驱动功率与由上述目标发动机功率算出单元算出的目标发动机功率之差设为目标电力;以及电动机转矩指令值运算单元,其利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出多个电动发电机的指令转矩值。
发明效果
本发明能输出驾驶员所请求的驱动力并且使发动机启动。
附图说明
图1是混合动力车辆的发动机启动控制装置的系统构成图。
图2是启动时目标发动机旋转速度、启动时目标发动机转矩和目标电力运算的控制框图。
图3是电动发电机的转矩指令值运算的控制框图。
图4是目标发动机动作点算出的控制流程图。
图5是电动发电机的转矩指令值算出的控制流程图。
图6是车辆速度和加速器开度的目标驱动力检索映射。
图7是电池的充电状态的目标充放电功率检索表。
图8是包括发动机转矩和发动机旋转速度的目标发动机动作点检索映射。
图9是在同一发动机动作点使车辆速度变化的情况下的共线图。
图10是示出包括发动机转矩和发动机旋转速度的目标发动机动作点检索映射的发动机效率的最优线和整体效率的最优线的图。
图11是示出包括效率和发动机旋转速度的等功率线上的各效率的图。
图12是等功率线上的各点(D、E、F)的共线图。
图13是低齿轮速比状态下的共线图。
图14是中齿轮速比状态下的共线图。
图15是高齿轮速比状态下的共线图。
图16是发生了动力循环的状态下的共线图。
图17是发动机启动时的共线图。
图18是发动机旋转速度所涉及的启动时目标发动机转矩检索映射。
具体实施方式
基于以下附图说明本发明的实施例。
实施例
图1~图18示出本发明的实施例。在图1中,1是混合动力车辆的发动机启动控制装置。混合动力车辆的发动机启动控制装置1作为驱动系统具备:利用燃料的燃烧而产生驱动力的发动机2的输出轴3;利用电产生驱动力并且通过驱动来产生电能的多个第一电动发电机4和第二电动发电机5;与混合动力车辆的驱动轮6连接的驱动轴7;以及作为与输出轴3、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴7分别联接的动力传递机构的差动齿轮机构8。
上述发动机2具备:与加速器操作量(加速踏板的踏入量)对应地调整吸入的空气量的节流阀等空气量调整单元9;提供与吸入的空气量对应的燃料的燃料喷射阀等燃料提供单元10;以及使燃料点火的点火装置等点火单元11。发动机2利用空气量调整单元9、燃料提供单元10以及点火单元11来控制燃料的燃烧状态,通过燃料的燃烧来产生驱动力。
上述第一电动发电机4具备第1电动机转动轴12、第1电动机转子13以及第1电动机定子14。上述第二电动发电机5具备第2电动机转动轴15、第2电动机转子16、第2电动机定子17。第一电动发电机4的第1电动机定子14与第1逆变器18连接。第二电动发电机5的第2电动机定子17与第2逆变器19连接。
第1逆变器18和第2逆变器19的电源端子与电池20连接。电池20是能在第一电动发电机4和第二电动发电机5之间进行电力交换的蓄电单元。第一电动发电机4和第二电动发电机5分别利用第1逆变器18和第2逆变器19控制从电池20提供的电量,利用所提供的电来产生驱动力,并且用再生时来自驱动轮6的驱动力产生电能,用产生的电能对电池20充电。
上述差动齿轮机构8具备第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22。第1行星齿轮机构21具备:第1太阳轮23;支撑与该第1太阳轮23啮合的第1行星齿轮24的第1行星齿轮架25;以及与第1行星齿轮24啮合的第1环形齿轮26。上述第2行星齿轮机构22具备:第2太阳轮27;支撑与该第2太阳轮27啮合的第2行星齿轮28的第2行星齿轮架29;以及与第2行星齿轮28啮合的第2环形齿轮30。
在差动齿轮机构8中,将第1行星齿轮机构21、第2行星齿轮机构22的各旋转构件的旋转中心线配置在同一轴上,将第一电动发电机4配置在发动机2和第1行星齿轮机构21之间,将第二电动发电机5配置在第2行星齿轮机构22的远离发动机2侧。第二电动发电机5仅通过单独输出就能使车辆行驶。
第1行星齿轮机构21的第1太阳轮23连接着第一电动发电机4的第1电动机转动轴12。第1行星齿轮机构21的第1行星齿轮架25和第2行星齿轮机构22的第2太阳轮27结合而通过单向离合器31与发动机2的输出轴3连接。第1行星齿轮机构21的第1环形齿轮26和第2行星齿轮机构22的第2行星齿轮架29结合而与输出部32联接。输出部32通过齿轮、链等输出传递机构33与上述驱动轴7连接。第2行星齿轮机构22的第2环形齿轮30连接着第二电动发电机5的第2电动机转动轴15。
上述单向离合器31是以发动机2的输出轴3仅向输出方向旋转的方式进行固定的机构,防止发动机2的输出轴3反转。第二电动发电机5的驱动功率通过单向离合器31的反作用力作为输出部32的驱动功率而被传递。
在混合动力车辆中,将发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5产生的动力通过第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22输出到驱动轴7,驱动驱动轮6。另外,在混合动力车辆中,将来自驱动轮6的驱动力通过第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22传递到第一电动发电机4和第二电动发电机5,产生电能来对电池20充电。
上述差动齿轮机构8设定有4个旋转构件34~37。第1旋转构件34包括第1行星齿轮机构21的第1恒星齿轮23。第2旋转构件35包括由第1行星齿轮机构21的第1行星齿轮架25和第2行星齿轮机构22的第2恒星齿轮27结合而成的构件。第3旋转构件36包括由第1行星齿轮机构21的第1环形齿轮26和第2行星齿轮机构22的第2行星齿轮架29结合而成的构件。第4旋转构件37包括第2行星齿轮机构22的第2环形齿轮30。
如图9、图12~图17所示,差动齿轮机构8在能用直线表示4个旋转构件34~37的旋转速度的共线图上,将4个旋转构件34~37从一端(各图的左侧)向另一端(各图的右侧)按顺序设定为第1旋转构件34、第2旋转构件35、第3旋转构件36和第4旋转构件37。4个旋转构件34~37间的距离比用k1:1:k2表示。此外,在各图的记载中,MG1表示第一电动发电机4,MG2表示第二电动发电机5,ENG表示发动机2,OUT表示输出部32。
第1旋转构件34连接着第一电动发电机4的第1电动机转动轴12。第2旋转构件35通过单向离合器31连接着发动机2的输出轴3。第3旋转构件36连接着输出部32。该输出部32通过输出传递机构33连接着驱动轴7。第4旋转构件37连接着第二电动发电机5的第2电动机转动轴15。
由此,差动齿轮机构8具有与输出轴3、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴7分别联接的4个旋转构件34~37,在发动机2的输出轴3、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴7之间进行动力的交接。因此,发动机启动控制装置1是“4轴式”的控制方式。
在上述混合动力车辆的发动机启动控制装置1中,将空气量调整单元9、燃料提供单元10、点火单元11、第1逆变器18、第2逆变器19与驱动控制部38连接。驱动控制部38连接着加速器操作量检测单元39、车速检测单元40、发动机旋转速度检测单元41、电池充电状态检测单元42。
上述加速器操作量检测单元39检测作为加速踏板的踏入量的加速器操作量。上述车速检测单元40检测混合动力车辆的车速。上述发动机旋转速度检测单元41检测发动机2的发动机旋转速度。电池充电状态检测单元42检测电池20的充电状态SOC。
另外,驱动控制部38具备:目标驱动力算出单元43、目标驱动功率算出单元44、目标充放电功率算出单元45、暂定目标发动机功率算出单元46、启动时目标发动机旋转速度算出单元47、启动时目标发动机转矩算出单元48、目标发动机功率算出单元49、目标电力算出单元50以及电动机转矩指令值运算单元51。
如图2所示,上述目标驱动力算出单元43基于由加速器操作量检测单元39检测出的加速器操作量和由车速检测单元40检测出的车速,利用图6示出的目标驱动力检索映射来检索并决定用于驱动混合动力车辆的目标驱动力。目标驱动力在加速器开度=0的高车速区域中设定为负值,以成为相当于发动机制动的减速方向的驱动力,在车速低的区域中设定为正值,以能进行爬行行驶。
上述目标驱动功率算出单元44基于由加速器操作量检测单元检测出的加速器操作量和由车速检测单元40检测出的车速算出目标驱动功率。在本实施例中,将由目标驱动力算出单元43设定的目标驱动力和由车速检测单元40检测出的车速相乘来设定目标驱动功率。
上述目标充放电功率算出单元45基于由电池充电状态检测单元42检测出的电池20的充电状态SOC设定目标充放电功率。在本实施例中,与电池20的充电状态SOC相应地利用图7示出的目标充放电功率检索表来检索并设定目标充放电功率。
上述暂定目标发动机功率算出单元46基于由目标驱动功率算出单元44算出的目标驱动功率和由目标充放电功率算出单元45算出的目标充放电功率算出暂定目标发动机功率。
上述启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出发动机启动时的目标发动机旋转速度。在本实施例中,基于由暂定目标发动机功率算出单元46算出的暂定目标发动机功率和由车速检测单元40检测出的车速算出发动机启动时的启动时目标发动机旋转速度。
上述启动时目标发动机转矩算出单元48算出发动机2的摇动所需的转矩。在本实施例中,根据图18所示的启动时目标发动机转矩映射,与由发动机旋转速度检测单元41检测出的实际发动机旋转速度(实际发动机旋转速度)相应地算出发动机启动时的启动时目标发动机转矩。启动时目标发动机转矩算出单元48在发动机旋转速度为0rpm附近以外时,将启动时目标发动机转矩设为燃料切断时的发动机摩擦转矩,在发动机旋转速度为0rpm附近时,将启动时目标发动机转矩设为比发动机摩擦转矩靠负侧的大的值。
上述目标发动机功率算出单元49根据由启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出的目标发动机旋转速度和由启动时目标发动机转矩算出单元48算出的目标发动机转矩算出发动机启动时的目标发动机功率。
上述目标电力算出单元50将由目标驱动功率算出单元44算出的目标驱动功率与由目标发动机功率算出单元49设定的目标发动机功率之差设为作为电池20的输入输出电力的目标值的目标电力。
上述电动机转矩指令值运算单元51利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出多个第一电动发电机4的转矩指令值和第二电动发电机5的转矩指令值。在本实施例中,电动机转矩指令值运算单元51利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出多个第一电动发电机4的基础转矩指令值和第二电动发电机5的基础转矩指令值,基于由启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出的目标发动机旋转速度和由发动机旋转速度检测单元41检测出的实际发动机旋转速度之差来算出校正转矩值,对上述基础指令转矩值加上上述校正转矩值来算出第一电动发电机4的转矩指令值和第二电动发电机5的转矩指令值。
如图3所示,上述电动机转矩指令值运算单元51所涉及的第一电动发电机4的转矩指令值、第二电动发电机5的转矩指令值由第1~第7算出部52~58算出。此外,在图3的记载中,MG1表示第一电动发电机4,MG2表示第二电动发电机5。
上述第1算出部52根据由启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出的目标发动机旋转速度和由车速检测单元40检测出的车速算出在发动机旋转速度为目标发动机旋转速度的情况下的第一电动发电机4的目标旋转速度Nmg1t和第二电动发电机5的目标旋转速度Nmg2t。
上述第2算出部53根据由第1算出部52算出的第一电动发电机4的目标旋转速度Nmg1t和第二电动发电机5的目标旋转速度Nmg2t以及由目标电力算出单元50设定的目标电力、由启动时目标发动机转矩算出单元48算出的目标发动机转矩算出第一电动发电机4的基本转矩Tmg1i。
上述第3算出部54根据由第2算出部53算出的第一电动发电机4的基本转矩Tmg1i和由启动时目标发动机转矩算出单元48算出的目标发动机转矩算出第二电动发电机5的基本转矩Tmg2i。
上述第4算出部55根据由发动机旋转速度检测单元41检测出的发动机旋转速度和由启动时目标发动机旋转速度算出单元47设定的目标发动机旋转速度算出第一电动发电机4的反馈校正转矩Tmg1fb。
上述第5算出部56根据由发动机旋转速度检测单元41检测出的发动机旋转速度和由启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出的目标发动机旋转速度算出第二电动发电机5的反馈校正转矩Tmg2fb。
上述第6算出部57根据由第2算出部53算出的第一电动发电机4的基本转矩Tmg1i和由第4算出部55算出的第一电动发电机4的反馈校正转矩Tmg1fb算出第一电动发电机4的转矩指令值Tmg1。
上述第7算出部58根据由第3算出部54算出的第二电动发电机5的基本转矩Tmg2i和由第5算出部56算出的第二电动发电机5的反馈校正转矩Tmg2fb算出第二电动发电机5的转矩指令值Tmg2。
混合动力车辆的发动机启动控制装置1利用驱动控制部38控制空气量调整单元9、燃料提供单元10和点火单元11的驱动状态,使得发动机2以由启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出的目标发动机旋转速度和由启动时目标发动机转矩算出单元48算出的目标发动机转矩进行动作。另外,驱动控制部38用由电动机转矩指令值运算单元51算出的转矩指令值控制第一电动发电机4和第二电动发电机5的驱动状态,使得电池20的充电状态(SOC)成为由目标电力算出单元50设定的目标电力。
如图4的目标发动机动作点算出的控制流程图所示,该混合动力车辆的发动机启动控制装置1根据驾驶员的加速器操作量和车速运算目标发动机动作点(目标发动机旋转速度、目标发动机转矩),如图5的电动机转矩指令值算出的控制流程图所示,基于目标发动机动作点运算第一电动发电机4和第二电动发电机5各自的转矩指令值。
如图4所示,在上述目标发动机动作点(目标发动机旋转速度,目标发动机转矩)的算出中,当控制程序开始时(100),获取由加速器操作量检测单元39检测出的加速器操作量、由车速检测单元40检测出的车速、由发动机旋转速度检测单元41检测出的发动机旋转速度、由电池充电状态检测单元42检测出的电池20的充电状态SOC的各种信号(101),根据目标驱动力检测映射(参照图6)算出与加速器操作量和车速相应的目标驱动力(102)。
目标驱动力在加速器操作量=0的高车速区域中设定为负值,以成为相当于发动机制动的减速方向的驱动力,在车速低的区域中设定为正值,以能进行爬行行驶。
然后,将在步骤102中算出的目标驱动力和车速相乘,算出用目标驱动力驱动混合动力车辆所需的目标驱动功率(103),根据目标充放电功率检索表(参照图7)算出目标充放电功率(104)。
在步骤104中,为了将电池20的充电状态SOC控制在通常使用范围内,从图7示出的目标充放电功率检索表算出作为目标的充放电量。在电池20的充电状态SOC低的情况下,使目标充放电功率在充电侧变大以防止电池20的过放电。在电池20的充电状态SOC高的情况下,使目标充放电功率在放电侧变大以防止过充电。为了方便,对目标充放电功率处理为将放电侧设为正值,将充电侧设为负值。
在步骤105中,根据目标驱动功率和目标充放电功率计算发动机2应输出的功率(暂定目标发动机功率)。发动机2应输出的功率是对混合动力车辆的驱动所需的功率加上(在放电的情况下为减去)对电池20充电的功率得到的值。在此,处理为将充电侧设为负值,因此从目标驱动功率减去目标充放电功率,算出目标发动机功率。
在步骤106中,判断控制模式是否为HEV模式。HEV模式是使发动机2工作从而进行行驶的模式。在控制模式为HEV模式的情况下(106:“是”),转移到步骤107。在不是HEV模式的情况下(106:“否”),转移到步骤108。
在步骤107中,算出HEV模式时的目标发动机动作点(目标发动机旋转速度、目标发动机转矩),转移到步骤112。目标发动机动作点根据目标发动机功率和系统整体效率设定,根据例如图8示出的目标发动机动作点检索映射通过检索求出。省略详细的算出方法。
在步骤108中,判断是否有发动机启动请求。在没有启动请求的情况下(108:“否”),转移到步骤109。在有启动请求的情况下(108:“是”),转移到步骤110、步骤111,算出发动机启动时的目标发动机旋转速度、目标发动机转矩。
在步骤109中,算出EV模式(使第一电动发电机4和第二电动发电机5工作来进行行驶的模式)时的目标发动机动作点(目标发动机旋转速度、目标发动机转矩),转移到步骤112。在EV模式时,例如,设目标发动机旋转速度=0rpm,目标发动机转矩=0Nm等。省略详细的算出方法。
在步骤110中,算出发动机启动时的目标发动机旋转速度。作为算出方法,可以根据图8示出的目标发动机动作点检索映射,按照暂定目标发动机功率和车速来算出,也可以是预先设定的值。
在此,说明上述目标发动机动作点检索映射(图8)。在目标发动机动作点检索映射中,将在等功率线上按每个功率选定、连接整体的效率良好的点所得的线设定为目标发动机动作线,整体效率是将发动机2的效率加上包括差动齿轮机构8、第一电动发电机4和第二电动发电机5的动力传递系统的效率得到的效率。各目标发动机动作线按每个车速(在图8中为40km/h、80km/h、120km/h)设定。目标发动机动作线的设定值可以实验性地求出,也可以根据发动机2、第一电动发电机4和第二电动发电机5的效率计算而求出。此外,目标发动机动作线设定为在目标发动机功率相等时随着车速升高而向高转速侧移动。
其理由如下。
如图9所示,在与车速无关地将相同的发动机动作点设为目标发动机动作点的情况下,在车速低的情况下第一电动发电机4的旋转速度为正,第一电动发电机4为发电机,第二电动发电机5为电动机(A)。并且,随着车速升高,第一电动发电机4的旋转速度接近0(B),当车速再升高时第一电动发电机4的旋转速度为负。当达到该状态时,第一电动发电机4作为电动机工作,并且第二电动发电机5作为发电机工作(C)。
在车速低的情况(A、B的状态)下,不会引起功率的循环,因此目标发动机动作如图8的车速=40km/h的目标发动机动作线那样大体接近发动机2的效率良好点。
但是,当在车速高的情况(C的状态)下,第一电动发电机4作为电动机工作,并且第二电动发电机5作为发电机工作,发生了功率循环从而动力传递系统的效率降低。因此,如图11的C的点所示,即使发动机2的效率良好,动力传递系统的效率也会降低,因此会导致整体效率降低。
因此,为了在高车速区域不发生功率循环,如图12所示的共线图的E那样使第一电动发电机4的旋转速度为0以上即可。但是,这样,发动机动作点会向发动机2的发动机旋转速度变高的方向移动,因此如图11的E的点所示,即使动力传递系统的效率良好,发动机2的效率也会大大降低,因此会导致整体的效率降低。
因此,如图11所示,整体效率良好的点为两者之间的D,只要将该点作为目标发动机动作点就能进行效率最高的运转。
综上所述,图10将C、D、E这3个发动机动作点表现在目标发动机动作点检索映射上,可知在车速高的情况下整体效率最优的动作点比发动机效率最优的动作点向高转速侧移动。
接着上述步骤110,在步骤111中,根据在步骤110中求出的目标发动机旋转速度算出发动机启动时目标发动机转矩。算出方法为根据图18所示的启动时目标发动机转矩检索映射,与发动机旋转速度相应地算出发动机启动时的目标发动机转矩。启动时目标发动机转矩检索映射是为了能对发动机2进行摇动而基于燃料切断时的发动机摩擦转矩预先设定的值。此外,在发动机旋转速度为0rpm附近,考虑到静止摩擦系数而设定为比发动机摩擦转矩靠负侧的大的值。
在步骤112中,根据在步骤110、步骤111中算出的发动机启动时的目标发动机旋转速度和目标发动机转矩计算目标发动机功率。另外,在步骤112中,根据在步骤107中算出的HEV模式时的目标发动机旋转速度、目标发动机转矩计算目标发动机功率,另外,根据在步骤109中算出的EV模式时的目标发动机旋转速度、目标发动机转矩计算目标发动机功率。
在步骤113中,从在步骤103中算出的目标驱动功率减去在步骤112中算出的目标发动机功率,算出目标电力(发动机启动时或者HEV模式时或者EV模式时)。在算出目标电力后,返回(114)。在目标驱动功率比目标发动机功率大的情况下,目标电力是意味着电池20的电力的辅助功率的值。另外,在目标发动机功率比目标驱动功率大的情况下,目标电力是意味着对电池20的充电电力的值。
下面按照图5的电动机转矩指令值算出的控制流程图说明用于输出作为目标的驱动力并且使电池20的充放电量为目标值的第一电动发电机4和第二电动发电机5的目标转矩的转矩指令值运算。此外,在图5的记载中,MG1表示第一电动发电机4,MG2表示第二电动发电机5。
如图5所示,在电动机转矩指令值的算出中,当控制程序开始(200)时,首先在步骤201中根据车辆速度算出第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22所连接的驱动轴7的驱动轴旋转速度No。然后,利用下式(1)、(2)算出在发动机旋转速度Ne为目标发动机旋转速度Net的情况下的第一电动发电机4的目标旋转速度Nmg1t和第二电动发电机5的目标旋转速度Nmg2t。该运算式(1)、(2)由第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22的旋转速度的关系求出。
·Nmg1t=(Net-No)×k1+Net………(1)
·Nmg2t=(No-Net)×k2+No………(2)
在此,k1、k2是如后述那样由第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22的齿轮速比决定的值。
然后,在步骤202中,根据在步骤201中求出的第一电动发电机4的目标旋转速度Nmg1t和第二电动发电机5的目标旋转速度Nmg2t以及由目标电力算出单元50算出的目标电力Pbatt、由启动时目标发动机转矩算出单元48算出的目标发动机转矩Tet利用以下的计算式(3)算出第一电动发电机4的基本转矩Tmg1i。
·Tmg1i=(Pbatt×60/2π-Nmg2t×Tet/k2)/(Nmg1t+Nmg2t×(1+k1)/k2)………(3)
该运算式(3)是解出包括以下示出的表示输入到第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22的转矩的平衡的转矩平衡式(4)以及表示由第一电动发电机4和第二电动发电机5发出或者消耗的电力等于对电池20的输入输出电力(Pbatt)的电力平衡式(5)的联立方程式而导出的。
·Tet+(1+k1)×Tmg1=k2×Tmg2………(4)
·Nmg1×Tmg1×2π/60+Nmg2×Tmg2×2π/60=Pbatt………(5)
然后,在步骤203中,根据第一电动发电机4的基本转矩Tmg1i、目标发动机转矩Tet利用以下式(6)算出第二电动发电机5的基本转矩Tmg2i。
·Tmg2i=(Tet+(1+k1)×Tmg1i)/k2………(6)
该式是从上述式(4)导出的。
然后,在步骤204中,为了使发动机旋转速度接近目标,将发动机旋转速度Ne与目标发动机旋转速度Net偏差乘以预先设定的规定的反馈增益,算出第一电动发电机4的反馈校正转矩Tmg1fb、第二电动发电机5的反馈校正转矩Tmg2fb。
在步骤205中,将第一电动发电机4的反馈校正转矩Tmg1fb加上基本转矩Tmg1i来算出作为第一电动发电机4的控制指令值的转矩指令值Tmg1,另外,将第二电动发电机5的反馈校正转矩Tmg2fb加上基本转矩Tmg2i来算出作为第二电动发电机5的控制指令值的转矩指令值Tmg2,返回(206)。
驱动控制部38根据该转矩指令值Tmg1、Tmg2控制第一电动发电机4和第二电动发电机5,由此能输出作为目标的驱动力并且使发动机2启动。而且,驱动控制部38能使对电池20的充放电成为目标值。
图13~16示出代表性的动作状态的共线图。在共线图中,将包括第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22的差动齿轮机构8的4个旋转构件34~37在共线图中按与第一电动发电机4(MG1)联接的第1旋转构件34、与发动机2(ENG)联接的第2旋转构件35、与驱动轴7(OUT)联接的第3旋转构件36、与第二电动发电机5(MG2)联接的第4旋转构件37的顺序排列,并且将上述各旋转构件34~37间的相互的杠杆比按该顺序设为k1:1:k2。
在此,由包括第1行星齿轮机构21和第2行星齿轮机构22的差动齿轮机构8的齿轮速比决定的值k1、k2如下述那样定义。
k1=ZR1/ZS1
k2=ZS2/ZR2
ZS1:第1太阳轮齿数
ZR1:第1环形齿轮齿数
ZS2:第2太阳轮齿数
ZR2:第2环形齿轮齿数
下面利用共线图说明各动作状态。此外,关于旋转速度,设发动机2的输出轴3的旋转方向为正方向,关于对各轴输入输出的转矩,将输入与发动机2的输出轴3的转矩相同方向的转矩的方向定义为正。因此,驱动轴7的转矩为正的情况是输出要向后方驱动混合动力车辆的转矩的状态(前进时为减速,后退时为驱动),驱动轴7的转矩为负的情况是输出要向前方驱动混合动力车辆的转矩的状态(前进时为驱动,后退时为减速)。
第一电动发电机4和第二电动发电机5进行发电、动力运转(将动力传递到驱动轮7来进行加速或者在上坡时保持均衡速度)的情况下,第1逆变器18和第2逆变器19、第一电动发电机4和第二电动发电机5的发热会造成损失,因此在电能与机械能之间进行变换的情况下的效率不是100%,但是为了简化说明而假设无损失来进行说明。在现实中考虑损失的情况下,只要控制为多发出由于损失而失去的能量的量的电即可。
(1)低齿轮速比状态(图13)
这是利用发动机2行驶,第二电动发电机5的旋转速度为0的状态。图13示出此时的共线图。第二电动发电机5的旋转速度为0,因此不会消耗电力。因此,在不对电池20进行充放电的情况下,不需要用第一电动发电机4进行发电,因此第一电动发电机4的转矩指令值Tmg1为0。
另外,输出轴3的发动机旋转速度与驱动轴7的驱动轴旋转速度之比为(1+k2)/k2。
(2)中齿轮速比状态(图14)
这是利用发动机2行驶,第一电动发电机4和第二电动发电机5的旋转速度为正的状态。图14示出此时的共线图。在这种情况下,在不对电池20进行充放电的情况下,第一电动发电机4再生,用该再生电力来使第二电动发电机5进行动力运转。
(3)高齿轮速比状态(图15)
这是利用发动机2行驶,第一电动发电机4的旋转速度为0的状态。图15示出此时的共线图。第一电动发电机4的旋转速度为0,因此不进行再生。因此,在不对电池20进行充放电的情况下,不进行第二电动发电机5的动力运转、再生,第二电动发电机5的转矩指令值Tmg2为0。
另外,输出轴3的发动机旋转速度与驱动轴7的驱动轴旋转速度之比为k1/(1+k1)。
(4)发生动力循环的状态(图16)
这是在车速比高齿轮速比状态高的状态下,第一电动发电机4反转的状态(图16)。在该状态下,第一电动发电机4进行动力运转,消耗电力。因此,在不对电池20进行充放电的情况下,第二电动发电机5再生而进行发电。
另外,图17示出发动机启动时的共线图。为了与对发动机2进行摇动所需的发动机转矩进行平衡,计算第一电动发电机4和第二电动发电机5的基础指令转矩值。另外,计算第一电动发电机4和第二电动发电机5的校正转矩值以使对驱动轴7的转矩不发生变动。
如上所述,在混合动力车辆的发动机启动控制装置1中,由启动时目标发动机旋转速度算出单元47算出发动机启动时的目标发动机旋转速度,由启动时目标发动机转矩算出单元48算出发动机2的摇动所需的转矩,由目标发动机功率算出单元49根据目标发动机旋转速度和目标发动机转矩算出目标发动机功率,由目标驱动功率算出单元44基于加速器操作量和车速算出目标驱动功率,由目标电力算出单元50将目标驱动功率与目标发动机功率之差设为目标电力,由电动机转矩指令值运算单元51利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出第一电动发电机4和第二电动发电机5的指令转矩值。
由此,发动机启动控制装置1能输出驾驶员所请求的驱动力并且使发动机2启动。
另外,在混合动力车辆的发动机启动控制装置1中,由电动机转矩指令值运算单元51利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出第一电动发电机4和第二电动发电机5的基础指令转矩值,基于目标发动机旋转速度与发动机旋转速度之差算出校正转矩值,对基础指令转矩值加上校正转矩值来算出第一电动发电机4和第二电动发电机5的转矩指令值。
由此,发动机启动控制装置1能使第一电动发电机4和第二电动发电机5产生转矩以与对发动机2进行摇动所需的发动机转矩进行平衡。另外,该发动机启动控制装置1基于目标发动机旋转速度与实际的发动机旋转速度之差校正第一电动发电机4和第二电动发电机5的转矩,因此能防止驱动轴7的转矩变动。
而且,在发动机启动控制装置1中,由目标驱动力算出单元43基于加速器操作量和车速算出目标驱动力,由目标充放电功率算出单元45基于电池20的充电状态算出目标充放电功率,由暂定目标发动机功率算出单元46基于目标驱动功率和目标充放电功率算出暂定目标发动机功率,由目标驱动功率算出单元44将目标驱动力与车速相乘来算出目标驱动功率,由启动时目标发动机旋转速度算出单元47基于暂定目标发动机功率和车速算出发动机启动时的目标发动机旋转速度。
由此,发动机启动控制装置1能高精度地算出发动机启动时的目标发动机旋转速度,能将电池20的充电状态SOC保持在规定范围内。
另外,在发动机启动控制装置1中,由启动时目标发动机转矩算出单元48在发动机旋转速度为0rpm附近以外时将转矩设为燃料切断时的发动机摩擦转矩,在发动机旋转速度为0rpm附近时将转矩设为比发动机摩擦转矩靠负侧的大的值,因此能在发动机启动时输出适当的发动机摇动转矩。
工业上的可利用性
本发明能输出驾驶员所请求的驱动力并且使发动机启动,能应用于混合动力车辆的启动时控制。
附图标记说明:
1混合动力车辆的发动机启动控制装置
2发动机3输出轴
4第一电动发电机
5第二电动发电机
7驱动轴
8差动齿轮机构
18第1逆变器
19第2逆变器
20电池
21第1行星齿轮机构
22第2行星齿轮机构
31单向离合器
32输出部
34第1旋转构件
35第2旋转构件
36第3旋转构件
37第4旋转构件
38驱动控制部
39加速器开度检测单元
40车辆速度检测单元
41发动机旋转速度检测单元
42电池充电状态检测单元
43目标驱动力算出单元
44目标驱动功率算出单元
45目标充放电功率算出单元
46暂定目标发动机功率算出单元
47启动时目标发动机旋转速度算出单元
48启动时目标发动机转矩算出单元
49目标发动机功率算出单元
50目标电力算出单元
51电动机转矩指令值运算单元
Claims (4)
1.一种混合动力车辆的发动机启动控制装置,利用来自发动机和多个电动发电机的输出对车辆进行驱动控制,其特征在于,具备:
启动时目标发动机旋转速度算出单元,其算出发动机启动时的目标发动机旋转速度;
启动时目标发动机转矩算出单元,其算出上述发动机的摇动所需的转矩;
目标发动机功率算出单元,其根据由上述启动时目标发动机旋转速度算出单元算出的目标发动机旋转速度和由上述启动时目标发动机转矩算出单元算出的目标发动机转矩算出目标发动机功率;
加速器操作量检测单元,其检测车辆的加速器操作量;
车速检测单元,其检测车速;
目标驱动功率算出单元,其基于由上述加速器操作量检测单元检测出的加速器操作量和由上述车速检测单元检测出的车速算出目标驱动功率;
目标电力算出单元,其将由上述目标驱动功率算出单元算出的目标驱动功率与由上述目标发动机功率算出单元算出的目标发动机功率之差设为目标电力;以及
电动机转矩指令值运算单元,其利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出多个电动发电机的指令转矩值。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的发动机启动控制装置,其特征在于,
具备检测发动机旋转速度的发动机旋转速度检测单元,
上述电动机转矩指令值运算单元
利用包括目标发动机转矩的转矩平衡式和包括目标电力的电力平衡式算出多个电动发电机的基础指令转矩值,
基于由上述启动时目标发动机旋转速度算出单元算出的目标发动机旋转速度与由上述发动机旋转速度检测单元检测出的实际发动机旋转速度之差算出校正转矩值,
对上述基础指令转矩值加上上述校正转矩值来算出多个电动发电机的转矩指令值。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的混合动力车辆的发动机启动控制装置,其特征在于,具备:
目标驱动力算出单元,其基于由上述加速器操作量检测单元检测出的加速器操作量和由上述车速检测单元检测出的车速算出目标驱动力;
电池充电状态检测单元,其检测电池的充电状态;
目标充放电功率算出单元,其基于由上述电池充电状态检测单元检测出的电池的充电状态算出目标充放电功率;以及
暂定目标发动机功率算出单元,其基于由上述目标驱动功率算出单元算出的目标驱动功率和由上述目标充放电功率算出单元算出的目标充放电功率算出暂定目标发动机功率,
上述目标驱动功率算出单元将由上述目标驱动力算出单元算出的目标驱动力和由上述车速检测单元检测出的车速相乘来算出目标驱动功率,
上述启动时目标发动机旋转速度算出单元基于由上述暂定目标发动机功率算出单元算出的暂定目标发动机功率和由上述车速检测单元检测出的车速算出发动机启动时的目标发动机旋转速度。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的混合动力车辆的发动机启动控制装置,其特征在于,
上述启动时目标发动机转矩算出单元
在发动机旋转速度为0rpm以外时,将转矩设为燃料切断时的发动机摩擦转矩,
在发动机旋转速度为0rpm时,将转矩设为比发动机摩擦转矩小的值。
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