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CN103419775B - 用于混合动力车辆的控制设备 - Google Patents

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CN103419775B
CN103419775B CN201310180363.3A CN201310180363A CN103419775B CN 103419775 B CN103419775 B CN 103419775B CN 201310180363 A CN201310180363 A CN 201310180363A CN 103419775 B CN103419775 B CN 103419775B
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Abstract

一种用于混合动力车辆（10）的控制设备包括引擎（1）、离合器（2）、电动马达（3）、运算单元（12a）和引擎控制单元（12b）。马达（3）将动力传输到离合器（2）的驱动轮（8）侧。提供由马达（3）驱动车辆（10）的第一行驶模式和由引擎（1）驱动车辆（10）的第二行驶模式。运算单元（12a）在从第一行驶模式转换到第二行驶模式时计算离合器接合之前的第一目标动力；在离合器（2）接合之后，引擎（1）利用第一目标动力进行驱动。在离合器（2）接合之前，引擎控制单元（12b）将引擎（1）的输出动力控制在第二目标动力，该第二目标动力被设定成大于等于第一目标动力。通过这种构造，改善离合器（2）转换时的行驶性能。

Description

用于混合动力车辆的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力车辆的控制设备，该混合动力车辆包括引擎和电动马达。
背景技术
目前，已知一种混合动力车辆，其结合引擎和电动马达作为用于车辆的驱动源，其中，引擎和电动互相转换以用于响应车辆的行驶情况。特别地，当车辆起动或者以低速行驶时，使用具有在低转动区域内输出高扭矩的特性的电动马达，然后在车辆速度稍微变高的阶段，使用具有在高转动区域内具有较好的扭矩特性的引擎。通过根据转矩特性选择性地使用驱动源，车辆能够被驱动以在所有的情况下有效地行驶。
顺便地说，在如上所述的这种混合动力车辆的动力传动系中，离合器布置在从引擎到驱动轮的动力传输路径上；在相对于离合器的驱动轮侧，电动马达被连接到动力传输路径。当不使用引擎时，离合器被控制在释放状态，即，分离状态。当使用引擎时，离合器被控制在连接状态，即，接合状态。进一步，当离合器接合/分离状态将从释放状态转换到连接状态时，进行使离合器的输入侧和输出侧的转速同步的控制。
例如，专利文献1(日本专利平开No.2005-130564)公开了一种混合动力车辆，其包括用作离合器的联接器。根据这种技术，在该联接器的输入轴侧的转速和输出轴侧的转速彼此同步时，该联接器被连接，并且在该联接器被接合之后，电动马达和引擎的扭矩被控制。类似地，同样在专利文献2(日本专利平开No.2007-320388)中，当安装在离合器中的引擎侧的转动元件和马达侧的转动元件基本上互等时，进行使转动元件彼此接合的控制。这种控制防止由于离合器的连接状态和释放状态之间的转换而引起明显的扭矩振动。
然而，在如上所述的这种现有混合动力车辆中，因为在离合器被基本完全地连接之后，引擎的输出动力被控制，所以加速过程中的缓慢行进感觉或者怠速行驶感觉有时会在紧接着连接状态和释放状态之间发生转换之后出现。例如，如果加速器踏板在离合器处于释放状态时被操作，与驾驶员所需的扭矩相比，传输到驱动轴的扭矩有可能不足。这种扭矩不足的状态持续，直到形成离合器被基本上完全地连接的状态。
另一方面，为了避免如上所述的这种不足的扭矩，建议根据驾驶员所需的扭矩改变电动马达或者引擎的输出动力。然而，电动马达或者引擎的输出动力的改变很难使离合器的转动元件同步转动。因此，容易出现扭矩振动，并且离合器不能被平滑地连接。进一步，离合器的状态在连接状态和释放状态之间转换的控制时间有时被延长。
发明内容
技术问题
本发明已经考虑到上述问题，其目的在于提供一种用于混合动力车辆的控制设备，该控制设备能够通过离合器的转换来改善混合动力车辆的行驶性能。注意，除上述目的之外，本发明的另一个目的在于实现一种工作效果，该工作效果由下文中的本发明的实施例所示的构造获得，而现有技术并不能获得该工作效果。
解决问题的方案
(1)本文中公开的一种用于混合动力车辆的控制设备包括：引擎，该引擎将动力传输到车辆的驱动轮；离合器，该离合器布置在引擎和驱动轮之间的动力传输路径上；和电动马达，该电动马达在相对于离合器的驱动轮侧将动力传输到驱动轮。
控制设备进一步包括运算单元，在从第一行驶模式(例如，“EV模式(电动车辆模式)”、“串联模式”)转换到第二行驶模式(例如，并联模式)时，该运算单元计算离合器接合之前的第一目标动力，在第一行驶模式中，车辆由电动马达驱动；在第二行驶模式中，车辆由引擎驱动。在离合器接合之后，引擎利用第一目标动力驱动车辆。
控制设备进一步包括引擎控制单元，在离合器接合之前，该引擎控制单元将引擎的输出动力控制在第二目标动力，该第二目标动力被设定成大于等于由运算单元计算的第一目标动力。
(2)较佳地，控制设备进一步包括：发电机，该发电机通过引擎的动力以产生电力，以电池进行充电，该电池将电能供应到电动马达；和发电机控制单元，在离合器接合之前，该发电机控制单元通过对应于第一目标动力的引擎的输出动力驱动发电机，以产生电力(例如，进行可变电力产生控制)。
(3)进一步较佳地，当电池的充电率小于等于标准值(特定值、预定值、指定值、计算值)时，发电机控制单元控制发电机以产生电力(例如，进行如上所述的可变电力产生控制)。
(4)较佳地，控制设备进一步包括电动马达控制单元，在从第一行驶模式转换到第二行驶模式时，该电动马达控制单元控制电动马达以减小在离合器接合之后的输出扭矩，其中，发电机控制单元在电动马达控制单元控制电动马达以减小输出扭矩的同时控制发电机以减小输出电力。
(5)较佳地，控制设备进一步包括离合器控制单元，在从第一行驶模式转换到第二行驶模式时，该离合器控制单元在离合器的引擎侧和电动马达侧的转速之间的差值变成小于等于标准值(特定值、预定值、指定值、计算值)时控制离合器接合。
(6)较佳地，控制设备进一步包括转换判定单元，该转换判定单元基于车辆的行驶速度判定是否要进行从第一行驶模式到第二行驶模式的转换。
有益效果
利用本文中公开的用于混合动力车辆的控制设备，因为在行驶模式被转换之前，引擎扭矩被设定至充分高的水平，所以从正好在转换之后的时间开始，车辆能够以恰好足够的引擎扭矩(不存在剩余或者不足)行驶。因此，能够消除缓慢行进感觉或者怠速行驶感觉。特别地，与在转换行驶模式之后调节引擎输出动力的选择控制技术相比，能够抑制转换前和转换后的轴扭矩变化，并且能够改善行驶性能。
附图说明
以下将参考附图对本发明做出说明，所有附图中相同或相似的部分以相同的附图标记表示。
图1是显示根据实施例的用于混合动力车辆的控制设备的框图；
图2是关于通过图1的控制设备进行控制的图表，其中：图2(a)是说明充电率和第一判定车辆速度之间的关系的图表；图2(b)是说明电池温度和第二判定车辆速度之间的关系的图表；
图3是显示通过图1的控制设备进行的控制内容的流程图；
图4是显示通过图1的控制设备进行的控制内容的流程图；和
图5是显示通过图1的控制设备进行的控制内容的图表，其中：图5(a)显示目标马达扭矩等等；图5(b)显示发电机扭矩；图5(c)显示引擎扭矩；图5(d)显示引擎速度；图5(e)显示离合器指令；和图5(f)显示轴扭矩。
具体实施方式
下面将参考附图描述用于混合动力车辆的控制设备。注意，如下所述的实施例仅仅是说明性的，而并不是用于排除下述实施例中未说明的各种修改和工业应用等情况。实施例的构造可以进行各种修改而不脱离这些实施例的主旨，并且可以在必要时选择性地应用或者互相结合。
1.车辆
根据第一实施例的用于混合动力车辆的控制设备应用于图1所示的车辆10。车辆10是FF型混合动力车辆(前引擎、前轮驱动布置)，在该车辆10中，引擎1和马达3(电动马达)用作驱动源，前轮用作驱动轮8。车辆10的动力传动系包括引擎1、马达3、发电机4(发电机)、转换器5、电池6和变速差速器(transaxle)7。引擎1和马达3的驱动力通过变速差速器7被传输到驱动轮8，以驱动车辆10行驶。
引擎1是使用汽油或者柴油作为燃料的内燃引擎(汽油引擎或者柴油引擎)。用于检测引擎速度Ne(引擎转速)的引擎速度传感器21被设置用于引擎1。由引擎速度传感器21检测的引擎速度Ne的信息被传输到下述的车辆控制设备11。
马达3是电动马达，其接收供应的存储在电池6中的电能或者由发电机4产生的电能以产生动力，并且是例如具有高输出动力的永磁体同步马达(permanentmagnetsynchronousmotor)。用于检测马达速度Nm(马达转速)的马达速度传感器22被设置用于马达3。同样，由马达速度传感器22检测的马达速度Nm的信息被传输到车辆控制设备11。
电池6(电池、第二电池)是具有高动力密度和高性能的电力存储装置，例如锂离子电池或者镍金属氢化物电池，并且电池6将电能供应到马达3。电池6中安装有用于检测充电和放电时的电流的电流值A的电池电流传感器24、用于检测电压值B的电池电压传感器25和用于检测电池温度E的电池温度传感器26。由传感器24至26检测的电流值A、电压值B和电池温度E的信息被传输到车辆控制设备11。
发电机4是AC发电机(交流发电机、电动机械)，其具有作为起动引擎1的起动装置和作为电力发电机两种功能。当引擎1工作时，发电机4通过引擎1的动力以产生电力。发电机4进一步具有对电池6充电的功能和将电能直接供应到马达3的功能，该电池6用作用于马达3的电力供应源。
转换器5布置在电路中，该电路连接马达3、发电机4和电池6。在相对于转换器5的电池6侧被转换的电流是DC电流，在相对于转换器5的马达3和发电机4侧被转换的电流是AC电流。转换器5进行DC(直流)电和AC电之间的DC-AC转换。进一步，马达3的转速与供应到马达3的电流的AC频率成比例地增加。因此，可以通过控制转换器5来调节马达3的转速和扭矩。
变速差速器7是动力传输设备，其中，包括差动齿轮(差动设备)的最后驱动(最后减速齿轮)和变速器(减速齿轮)被整体地形成，并且该变速差速器7中安装有负责驱动源和驱动轮之间的动力传输的多个机构。进一步，离合器2设置在变速差速器7内部。
离合器2是联接装置，其控制连接状态和释放状态之间的引擎1的动力状态。离合器2布置在从引擎1到驱动轮8的动力传输路径中。如图1所示，马达3被连接到相对于离合器2的驱动轮8侧的一部分动力传输路径。因此，马达3的驱动力能够被传输到驱动轮8侧，而不取决于离合器2的连接状态或者释放状态。另一方面，只有在离合器2处于接合状态时，引擎1的驱动力能够被传输到驱动轮8侧。
接合元件2a和另一个接合元件2b设置在离合器2的内部。接合元件2a在驱动侧。来自引擎1的驱动力被输入到接合元件2a。另一个接合元件2b在从动侧。当这些元件接合时，驱动力被从另一个接合元件2b输出到驱动轮8侧。
接合元件2a和2b被驱动以在朝着或者远离彼此的方向上(也就是说，在接合或者分离方向上)移动，以响应从未显示的离合器液压泵施加的离合器液压力。
进一步，用于检测对应于加速器踏板的操作量的加速器开度D的加速器位置传感器23和用于检测车辆速度V的车速传感器27设置在车辆10的任意位置。加速器开度D和车辆速度V的信息被传输到车辆控制设备11。
[2.控制设备]
[2-1.概要]
车辆控制设备11是电子控制设备，其完全地管理动力传动系的组件的操作，并且被构造成例如作为集成了微处理机、CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存储器)等等的LSI(大规模集成)装置或者嵌入式电子装置。车辆控制设备11选择行驶模式以响应车辆10的行驶条件或者驱动条件，并且控制引擎1的工作状态和输出动力、离合器2的连接/释放状态、马达3的输出动力、通过发电机4产生的电力等等以响应行驶模式。
EV模式、串联模式(第一行驶模式)、并联模式(第二行驶模式)等等被设定作为车辆10的行驶模式。EV模式是车辆10仅仅被马达3的驱动力驱动以行驶并且进行类似于通过电动车辆(EV)的驱动技术的控制的模式。当电池6的充电率足够高并且车辆10的行驶速度(车辆速度)在判定车辆速度V0以下(小于等于)时，主要选择EV模式。即，如果充电率足够高并且V≤V0时，选择EV模式。在EV模式中，引擎1保持在停止状态并且离合器2处于释放(分离)状态。进一步，控制马达3的输出动力增加或者减小，以响应车辆10所需(所需的输出动力例如基于加速器开度D或者车辆速度V而设定)的输出动力。
串联模式是在通过马达3的驱动力行驶期间通过引擎1的动力以产生电力的模式。在串联模式中，离合器2被控制在释放(分离)状态，相对于离合器2的引擎1侧的动力传输路径和驱动轮8侧的动力传输路径在变速差速器7的内部彼此分离。进一步，在前一个动力传输路径中，引擎1的驱动力被传输到发电机4，从而通过发电机4以产生电力。
由发电机4产生的电能通过转换器5对电池6进行充电，或者被从转换器5直接供应到马达3。当车辆10的行驶速度(车辆速度)小于等于判定车辆速度V0(即，V≤V0)并且电池6的充电率不够高(当电池剩余容量较低)时，主要选择串联模式。例如，当电池6的充电率在EV模式下行驶期间变低时，行驶模式被从EV模式转换到串联模式。
并联模式是引擎1和马达3都用于行驶的模式。在并联模式中，离合器2被控制在接合状态，从而引擎1的驱动力被传输到驱动轮8。同时，控制马达3的输出动力增加或者减小以响应车辆10所需的输出动力。一般地，引擎1的输出动力与车辆10所需的输出动力的差值作为马达3的输出动力。当车辆10的行驶速度(车辆速度)大于判定车辆速度V0(即，V＞V0)时，主要选择并联模式。例如，当在EV模式或者串联模式下行驶期间，车辆速度增加直到其超过判定车辆速度V0时，行驶模式转换成并联模式。
EV模式和串联模式(第一行驶模式)是车辆10主要由马达3驱动而行驶的模式。相反地，并联模式(第二行驶模式)是车辆10主要由引擎1驱动而行驶的模式，并且除非引擎1的输出动力不足，否则马达3不运转。当仅仅通过引擎1不能满足车辆10所需的输出动力时，在并联模式中补充地使用马达3的动力。
当从EV模式或者串联模式转换成并联模式时，离合器2的连接/释放状态被从分离状态转换成接合状态，以转换成主要驱动车辆10的驱动源。车辆控制设备11进行“转换控制”，以避免由于这种转换而引起驱动力突然变化或者扭矩振动。在本实施例中，将详细描述将串联模式转换成并联模式而进行的转换控制。
[2-2.控制块]
在该转换控制中，离合器液压力被控制，使得释放状态下的离合器2可以被接合，并且引擎1的点火系统、燃料系统、进气和排气系统和气门系统被控制，使得引擎1的输出动力可以增加以响应车辆10所需的输出动力。进一步，马达3的输出动力被控制以便其大小可以补偿引擎输出动力相对于车辆10所需的输出动力的不足量。
为了进行该转换控制，车辆控制设备11包括引擎控制器12、离合器控制器13、马达控制器14、发电机控制器15和电池控制器16。车辆控制设备11的上述组件可以由电路(硬件)进行控制，或者由软件进行编程，再或者一些功能被设置作为硬件而其他功能被设置作为软件。
引擎控制器12控制引擎1的操作。如图1所示，引擎控制器12包括预测运算单元12a和引擎扭矩控制器12b。
预测运算单元12a(运算单元)在离合器2接合之前预先计算目标扭矩TTGT。目标扭矩TTGT是在离合器2接合之后通过引擎1驱动车辆10的引擎输出动力的目标值。
例如，基于车辆速度V和/或加速器开度D预测并计算目标扭矩TTGT，或者目标扭矩TTGT被计算作为对应于马达3在该时间点的输出动力的值。在离合器2接合之后的引擎输出动力的目标值(第一目标动力)可以由在该时间点的目标扭矩TTGT和引擎速度Ne的乘积表示。即，引擎输出动力的目标值可以表示为动力。此处计算的目标扭矩TTGT的值被传输到引擎扭矩控制器12b。
引擎扭矩控制器12b(引擎控制单元)控制燃料喷射量、点火时刻、进气量等等，以控制实际从引擎1输出的扭矩的大小。这里，由预测运算单元12a计算的目标扭矩TTGT和标准扭矩损失TLOS的总和被计算作为控制目标扭矩T。扭矩损失TLOS对应于当离合器2的接合元件2a和2b的转速将要彼此同步时损失的扭矩。扭矩损失TLOS是基于接合元件2a和2b的转速或者接合元件2a和2b之间的速度差计算的值。
在本实施例中，扭矩损失TLOS基于车辆速度V、引擎速度Ne、加速器开度D等等进行计算。进一步，扭矩损失TLOS具有至少大于等于0的值(TLOS≥0)。因此，由在该时间点的目标扭矩TTGT和扭矩损失TLOS的总和与引擎速度Ne的乘积((TTGT+TLOS)×Ne)表示的输出动力(第二目标动力)的大小至少大于等于由在该时间点的目标扭矩TTGT和引擎速度Ne的乘积(TTGT×Ne)表示的输出动力(第一目标动力)。
进一步，引擎扭矩控制器12b控制引擎1的工作状态，当用于转换控制的初始条件被下述的转换判定单元13a满足时，在离合器2被接合的时刻之前的时间，引擎1的实际输出动力扭矩可以与控制目标扭矩T一致(或者接近)。换句话说，在引擎1的驱动力还未被传输到离合器2的接合元件2b的状态下，进行提高引擎1的输出动力的控制。注意，控制目标扭矩T和此处计算的扭矩损失TLOS被传输到发电机控制器15。
然而，只有当电池6的充电率C小于等于标准充电率C0(C≤C0)时，引擎扭矩控制器12b利用控制目标扭矩T进行引擎控制。如果电池6的充电率C高于充电率C0(C>C0)，则引擎1被控制使得引擎输出动力可以变成相对低的固定值(例如，具有使得怠速转动被保持的这种程度的输出动力)。
离合器控制器13(离合器控制单元)控制离合器2的操作。离合器控制器13包括转换判定单元13a和转速差值运算单元13b。
转换判定单元13a判定是否要进行如上所述的从EV模式或者串联模式到并联模式的转换控制。用于转换控制的初始条件是：小于等于判定车辆速度V0的车辆速度V超过判定车辆速度V0。尽管此处的判定车辆速度V0可以是预先设定的固定值(例如，80[km/h]的速度)，但是在本实施例中，假定判定车辆速度V0被设定以响应由下述的电池控制器16计算的电池6的充电率C和电池温度E。
例如，用于利用充电率C作为自变数(argument)而计算第一判定车辆速度V1的控制映射图和用于利用电池温度E作为自变数而计算第二判定车辆速度V2的另一个控制映射图被预先储存在转换判定单元13a中。控制映射图如图2(a)和图2(b)所示。第一判定车辆速度V1和第二判定车辆速度V2分别被设定成随着充电率C变高或者随着电池温度E变高而增加的值。之后，转换判定单元13a利用第一判定车辆速度V1和第二判定车辆速度V2中值较低的一个作为判定车辆速度V0以判定用于转换控制的初始条件。
注意，用于转换控制的初始条件不仅可以基于车辆速度V还可以基于电池6的充电率C、加速器开度D等等而被确定。通过转换判定单元13a的判定结果被传输到引擎控制器12和发电机控制器15。
在用于转换控制的初始条件被满足之后，转速差值运算单元13b在接合元件2a和2b的转速同步的时间点使离合器2接合。接合元件2a和2b的转速基于引擎速度Ne和马达速度Nm进行计算。这里，例如当接合元件2a和2b的转速差值小于等于标准速度，并且用于对至少一个接合元件2a和2b施加离合器液压力的控制信号被输出时，确定转速已同步。
因此，接合元件2a和2b朝着彼此移动，直到它们彼此接合以连接离合器2。因为离合器2在接合元件2a和2b的转速互相同步的状态下被连接，所以不会出现离合器打滑，也不会出现扭矩振动。进一步，在施加离合器液压力之后，在经过标准接合时期G之后的时间点，转速差值运算单元13b判定离合器2被接合，并且将其传输到已经与离合器2接合的马达控制器14和发电机控制器15。
马达控制器14(电动马达控制单元)控制马达3的操作。这里，目标马达扭矩Tm例如基于车辆速度V、马达速度Nm、加速器开度D等等进行计算。马达3和转换器5被控制使得马达3的实际输出扭矩TMTR可以与目标马达扭矩Tm一致(或者接近)。
另一方面，当马达控制器14从转速差值运算单元13b接收离合器2几乎完全被接合的信息时，马达控制器14进行使马达3停止的控制。此时，马达3和转换器5被控制使得马达3的输出扭矩TMTR在标准减小时期F内减小到零，并且例如，进行使供应到马达3的电流的值逐渐减小的控制。
发电机控制器15(发电机控制单元)控制发电机4的操作。发电机控制器15包括产生电力量运算单元15a和产生电力扭矩控制器15b。
产生电力量运算单元15a计算基于转换控制而由发电机4吸收的产生电力扭矩TGEN。产生电力扭矩TGEN通过将由引擎1产生的输出动力(即，由引擎1产生的输出动力是通过发电机4的理论的最大产生电力量)减去当接合元件2a和2b的转速彼此同步时的输出动力损失而被计算。注意，相对于离合器2的引擎1侧的一部分动力传输路径中的能量平衡由以下方式表现。因此，当离合器2还没有接合时，由引擎1产生的能量被恢复作为除动力传输路径中的能量损失之外的由发电机4产生的电能。
(由发电机4产生的电能)
＝(由引擎1产生的能量)
-(在离合器2的同步中包含的损失)
由引擎1产生的输出动力例如基于控制目标扭矩T和引擎速度Ne进行计算。同时，在离合器2的同步中包含的损失例如基于车辆速度V、引擎速度Ne、加速器开度D、扭矩损失TLOS等等进行计算。这里，通过将前者减去后者而获得的输出动力被确定为由发电机4吸收的目标动力。或者，从引擎速度Ne计算的输出动力和通过预测运算单元12a计算的目标扭矩TTGT被确定为由发电机4吸收的目标动力。
产生电力量运算单元15a基于发电机4的产生电力特性计算产生电力扭矩TGEN，利用该产生电力扭矩TGEN，由发电机4产生的电能与发电机4吸收的目标动力一致。由产生电力量运算单元15a计算的产生电力扭矩TGEN被传输到产生电力扭矩控制器15b。
产生电力扭矩控制器15b控制发电机4的驱动电流，从而由产生电力量运算单元15a计算的产生电力扭矩TGEN通过发电机4被转换成电能。如果转换控制的初始条件被转换判定单元13a满足，然后产生电力扭矩控制器15b起作用，使得对应于由引擎1产生的输出动力包含的目标扭矩TTGT的输出动力从离合器2被接合的时刻之前的时刻开始被转换成电能。
此时，通过发电机4产生的产生电力量能够变化以响应通过引擎1实际产生的输出动力。例如，如果引擎1的输出动力增加或者减小以响应加速器开度D的变化，则通过发电机4产生的产生电力量同样增加或者减小以响应引擎1的输出动力的增加或者减小。用于在离合器2接合之后以这种方式以产生电力以响应引擎1的目标扭矩TTGT的控制在下文中简称为“可变电力产生控制”。
然而，可变电力产生控制包括两个控制抑制条件。第一个抑制条件是：电池6的充电率C高于充电率C0；第二个抑制条件是判定车辆速度V0高于标准车辆速度Vx。
在前一种情况下，因为在电池6的充电率C不够高的状态下，发电机4不能产生电能。也就是说，如果充电率C变高，则通过发电机4吸收作为电能的能量减小，动力传输路径中的能量平衡被打破，导致离合器2的转速很难同步。因此，当电池6的充电率C高于充电率C0时，产生电力扭矩控制器15b不进行可变电力产生控制，但是至少当电池6的充电率C小于等于充电率C0时，产生电力扭矩控制器15b进行可变电力产生控制。此处的充电率C0是接近充满状态下的充电率的充电率(例如，90[％]或者95[％])。
当电池6的充电率C高于充电率C0时，产生电力扭矩控制器15b控制发电机4的驱动电流，从而产生电力量被固定在恒定值。此时的产生电力量被设定成例如对应于怠速状态下的引擎1的输出的这种大小。
在后一种情况下，因为马达3的速度Nm变高并且引擎速度Ne在离合器2接合之后变高，所以通过发电机4吸收作为电能的能量增加。因此，电力传输路径中的能量平衡被打破，使得离合器2的转速很难同步。因此，当判定车辆速度V0超过车辆速度Vx时，产生电力扭矩控制器15b自身不以产生电力。当至少判定车辆速度V0小于等于车辆速度Vx时，可变电力产生控制被起动(unleashed)。此处的车辆速度Vx是例如大于等于100[km/h]的速度。当判定车辆速度V0高于车辆速度Vx时，产生电力扭矩控制器15b不以产生电力。
注意，当从转速差值运算单元13b接收到离合器2已经基本上完全接合的信息时，产生电力扭矩控制器15b进行使发电机4停止的控制。此时，用于发电机4的驱动电流被控制，使得通过发电机4的产生电力扭矩TGEN在标准减小时期F内减小至零。因此，在离合器2基本上完全连接之后，当马达3减小输出动力的同时，通过发电机4转换的电能被减小。因此，当被传输到驱动轮8侧的总输出动力保持恒定，另外，引擎1的输出动力也保持恒定时，马达3和发电机4的操作同步停止。
电池控制器16检测和计算电池6的状态。这里，电池6的充电率C基于电流值A、电压值B、电池温度E等等进行计算。充电率C例如利用限定电流值A、电压值B、电池温度E和充电率C之间的对应关系的表达式或者映射图而被计算。通过电池控制器16获得的充电率C的值被传输到引擎控制器12、离合器控制器13和发电机控制器15。
[3.流程图]
在车辆控制设备11的内部，以标准周期反复地进行如图3所示的流程图。该流程是用于判定是否要进行从串联模式或者EV模式到并联模式的转换控制。
参见图3，在步骤A10，各种传感器信息被输入到车辆控制设备11。然后在步骤A20，转换判定单元13a基于充电率C计算第一判定车辆速度V1和基于电池温度E计算第二判定车辆速度V2。进一步，在步骤A30，第一判定车辆速度V1和第二判定车辆速度V2中较低的一个被设定作为最后判定车辆速度V0。
在步骤A40，判定当前的车辆速度V是否高于判定车辆速度V0。这里，如果判定V>V0，则过程前进到步骤A50，在步骤A50，转换到并联模式的转换控制开始。另一方面，如果判定V≤V0，则过程前进到步骤A60，在步骤A60，到目前为止的行驶模式被保持。
图4是显示转换到并联模式的转换控制的内容的流程图。当过程前进到图3的流程中的步骤A50时，开始上述流程，并且反复地进行上述流程直到行驶模式被转换成并联模式(直至完全转换成并联模式)。
参考图4，在步骤B10，发电机控制器15的产生电力扭矩控制器15b判定判定车辆速度V0是否高于车辆速度Vx。如果此处判定V0>Vx，则判定：能够通过发电机4吸收作为电能的能量过高，并且过程前进到步骤B30。另一方面，如果判定V0≤Vx，则过程前进到步骤B20。
在步骤B20，产生电力扭矩控制器15b判定充电率C是否高于充电率C0。如果判定C0>Cx，则判定：能够通过发电机4吸收的作为电能的能量较低，并且过程前进到步骤B40。另一方面，如果判定C0≤Cx，则过程前进到步骤B50。
在步骤B30，产生电力扭矩控制器15b抑制通过发电机4以产生电力，并且过程前进到步骤B60。另一方面，在步骤B40，发电机4被控制使得产生电力量被固定在固定值，然后过程前进到步骤B60。在这种情况下，产生的电能的电流被直接供应到马达3。进一步，在步骤B50，进行可变电力产生控制，该可变电力产生控制是控制发电机4以便产生电力量可以变化以响应通过引擎1产生的输出动力。之后，过程前进到步骤B60。
在步骤B60，进行使接合元件2a和2b的转速彼此同步的控制。特别地，引擎扭矩控制器12b控制引擎1的工作状态，使得引擎1的实际输出扭矩可以与控制目标扭矩T一致(或者接近)。进一步，马达控制器14控制马达3和转换器5，从而马达3的实际输出扭矩TMTR可以与目标马达扭矩Tm一致(接近)。
然后在步骤B70，离合器控制器13的转速差值运算单元13b判定接合元件2a和2b的转速是否处于同步状态。如果此处判定转速不处于同步状态，则过程再次前进到本流程的步骤B10。因此，通过马达3继续驱动驱动轮8，同时离合器2保持在释放状态，直到接合元件2a和2b的转速彼此同步。此时，输出动力被控制在较高值，另外，通过发电机4以产生电力。
另一方面，如果在步骤B70判定接合元件2a和2b的转速处于同步状态，则过程前进到步骤B80。在步骤B80，离合器控制器13的转速差值运算单元13b输出用于向接合元件2a和2b施加离合器液压力以连接离合器2的控制信号。
在步骤B90，马达控制器14控制马达3和转换器5，使得马达3的输出扭矩TMTR可以在标准减小时期F内减小到零，并且马达3逐渐停止。同时，发电机控制器15的产生电力扭矩控制器15b控制发电机4的驱动电流，从而发电机4的产生电力扭矩TGEN在该减小时期F减小到零，并且发电机4逐渐停止产生电力。
因为来自马达3的输出动力和由发电机4吸收的输出动力彼此同步减小，所以被传输到驱动轮8侧的轴扭矩被固定地保持而不产生变化。
在来自马达3的输出动力和由发电机4产生的产生电力量都减小到零时，只有引擎1将其驱动力传输到驱动轮8，并且车辆10的行驶模式转换成并联模式。
[4.动作]
在如上所述通过控制设备的转换控制期间的控制动作将参考图5(a)至(f)进行描述。这里，在时间t0之前的车辆速度V小于等于判定车辆速度V0，并且行驶模式为串联模式。如果车辆速度V在时间t0高于判定车辆速度V0，并且用于转换控制的初始条件被满足，则引擎1的工作状态被控制使得引擎1的实际输出扭矩可以与控制目标扭矩T一致。此时，尽管离合器2还没有处于接合状态，但是在离合器2被接合之后，将通过引擎1输出的扭矩的目标值被预测，并且被计算作为目标扭矩TTGT。进一步，控制目标扭矩T变成目标扭矩TTGT和扭矩损失TLOS的总和，如图5(c)所示。
另一方面，通过发电机4产生的产生电力量是损失的输出动力与由引擎1产生的输出动力的差值。例如，如图图5(b)所示，在时间t1的发电机4的产生电力量对应于此时的产生电力扭矩TGEN乘以发电机4的转数的乘积。此时，用于发电机4的驱动电流被控制使得发电机4的产生电力量可以与目标扭矩TTGT和在时间t1的引擎1的引擎速度Ne的乘积一致。
因此，由发电机4吸收的电能与损失的输出动力与由引擎1产生的输出动力的差值一致，并且对应于目标扭矩TTGT的所有的输出动力通过发电机4被转换成电能，由如图5(c)的斜线所示的区域表示。
另一方面，引擎速度Ne逐渐增加，如图5(d)所示，并且离合器2的接合元件2a和2b之间的转速的差值减小。响应转速差值的减小，扭矩损失TLOS也减小，控制目标扭矩T渐渐地接近目标扭矩TTGT。图5中由参考字符X表示的中空部分表示扭矩损失TLOS随着引擎速度Ne升高而减小。
之后，离合器2的接合元件2a和2b的转速在时间t2彼此同步。因为离合器2在接合元件2a和2b的转速同步的状态下被连接，所以不会出现离合器打滑，也不会出现扭矩振动。注意，根据接合元件2a和2b之间的转速差值已经变成小于等于标准速度，或者根据控制目标扭矩T和目标扭矩TTGT彼此已经一致，可以判定同步。或者，根据引擎速度Ne变成如图5(d)所示的对应于马达速度Nm或者目标扭矩TTGT的标准速度Ne0，可以判定同步。在时间t2，离合器2的接合操作开始，用于提供离合器液压力的控制信号从车辆控制设备11输出到离合器2。
在从时间t2经过标准接合时期G的时间t3，判定离合器2已经被接合，并且马达3和发电机4被控制使得其操作同步停止。马达3的输出扭矩TMTR以固定梯度减小，从而输出扭矩TMTR在减小时期F内减小到零，如图5(a)所示。同样，发电机4的产生电力扭矩TGEN线性减小，从而产生电力扭矩TGEN在减小时期F内减小到零，如图5(b)所示。对应于由图5(a)中的斜线区域表示的扭矩的输出与对应于由图5(b)的斜线区域表示的扭矩的电力对应。
因此，从引擎1传输到驱动轮8侧的输出动力逐渐增加以恢复由发电机4吸收的动力。然后，当在时间t4通过发电机4进行的产生电力停止(产生电力量减小到零)时，当前引擎1的输出动力对应于原始控制目标扭矩T。由于如上所述的这种控制，在离合器2接合之后，超过一个接合周期的轴扭矩(从离合器2传输到驱动轮8侧的扭矩)被稳定，如图5(f)所示，并且恰好足够的驱动力被传输到驱动轮8。
[5.效果]
(1)用这样的方式，在如上所述的车辆10上的行驶模式的转换中，在离合器2被接合之前，引擎输出动力被设定成大于等于在离合器接合之后所需的输出动力。因此，车辆10能够从离合器2接合之后的时间开始，通过恰好足够的引擎输出动力行驶，并且加速过程中的缓慢行进感觉或者怠速行驶感觉能够被消除，以改善行驶性能。注意，如果控制目标扭矩T被设定成其大小在离合器接合之前至少大于等于目标扭矩TTGT，则实现刚刚描述的这种效果。
(2)进一步，在如上所述的车辆10中，即使在离合器2接合之前，对应于剩余的引擎输出动力的电能被发电机4吸收。特别地，如果发电机4吸收的电能变化，则被传输到接合元件2a的引擎输出动力的大小能够发生变化，而不论离合器2的接合状态。因此，能够改善离合器2被接合时的可控制性。
进一步，因为离合器2接合之前的引擎输出动力被设定成稍微高于离合器接合之后的值，所以被传输到离合器2的引擎输出动力的最大值大于等于离合器2接合之后所需的输出动力。另一方面，如果发电机4吸收的电能被设定成更高，则被传输到离合器2的引擎输出动力变低。因此，将被传输到离合器2的输出动力的变化宽度能够被增加。进一步，因为要被传输到驱动轮8侧的输出动力能够以大的变化宽度变化，即使正好在离合器2接合之后，恰好足够的引擎输出动力能够被传输到驱动轮8。因此，加速过程中的缓慢行进感觉或者怠速行驶感觉能够被确定地消除，并能够进一步改善行驶性能。
(3)进一步，在如上所述的车辆10中，当电池6的充电率C小于等于充电率C0时，进行可变电力产生控制。当发电机4不能产生电力时，不进行可变电力产生控制，并且产生电力量被固定在固定值，产生的电能的电流被直接供应到马达3。通过这种控制构造，动力传输路径中的能量平衡能够以高精确性控制在良好状态，离合器2的接合元件2a和2b的转数彼此能够容易地同步，另外，在离合器2接合之后的输出动力的可控制性能够被进一步改善。
(4)进一步，在车辆10中，当马达3在离合器2接合之后停止时，马达3和发电机4被控制使得其操作同步停止。例如，马达3的输出扭矩TMTR以固定梯度减小，从而输出扭矩TMTR在减小时期F内变成等于零，如图5(a)和(b)所示，并且发电机4的产生电力扭矩TGEN也以固定梯度减小，从而产生电力扭矩TGEN在减小时期F内变成等于零。另一方面，例如在图5(c)所示的实例中，引擎1的控制目标扭矩T能够与马达3的工作状态独立地进行控制，并保持固定而不发生任何变化。
通过使减小马达3的输出动力操作和减小将被发电机4转换成电能的输出动力的操作以这种方式彼此联动，将被传输到驱动轮8的轴扭矩能够被容易地并固定地保持而不会改变引擎1的输出动力。因此，能够平滑转换成并联模式。进一步，例如在现有混合动力车辆中，需要在离合器2接合之后的短时间内增加引擎1的输出动力，而在如上所述的车辆10中，这点是不需要的。因此，能够稳定在离合器接合之后的驱动扭矩并且能够改善行驶性能。
(5)进一步，在如上所述的车辆10中，当离合器2的接合元件2a和2b的转速彼此同步时，进行用于接合离合器2的操作。因此，能够防止出现离合器打滑，并且能够防止出现扭矩振动。进一步，根据可变电力产生控制，只有接合元件2a和2b的转速彼此同步所需的输出动力被传输到引擎1侧的离合器2的接合元件2a。因此，能够提高控制的精确性，接合元件2a和2b的转速能够在相对短的时期内彼此同步。
(6)进一步，在如上所述的车辆10中，基于车辆速度V进行行驶模式的转换，在以比EV模式和串联模式中的速度更高的速度行驶时，设定并联模式。通常，因为相比于引擎1，马达3在低速区域内能够输出稳定的高扭矩，通过利用在低速区域内主要使用马达3的行驶模式，能够改善车辆10的起动性能。同时，因为在中速或者高速区域内，引擎1的输出扭矩增加而马达3的输出扭矩减小，所以通过利用主要使用引擎1的行驶模式，车辆10的能量效率或者动力性能能够被提高。进一步，通过考虑马达3和引擎1的输出特性而进行行驶模式的转换，能够改善车辆10的行驶性能。
(7)此外，在判定是否需要转换行驶模式时，如上所述的车辆10利用基于电池6的充电率C设定的第一判定车辆速度V1和基于电池温度E设定的第二判定车辆速度V2计算判定车辆速度V0。通过这种控制，可以总是使电池6的充电率保持在较高的值。进一步，在高温环境下尽可能地使用引擎1以保证电池6和马达3的再利用(backuse)，并且能够延长电池6和马达3的寿命。因此，能够提高关于通过马达行驶的控制的可靠性。
[6.修改例]
同时，在实施例的上述描述中，对从串联模式到并联模式的行驶模式的转换控制被详细地描述，从EV模式到并联模式的转换控制中也可以进行类似的控制。在这种情况下，在图5(b)中的时间t0之前的产生电力扭矩TGEN为零，图5(c)中的时间t0之前的控制目标扭矩T也为零。另一方面，在时间t0之后，呈现类似的图表形状。
进一步，虽然在实施例的上述描述中，描述在转换控制期间的轴扭矩被基本上固定的情况，如图5(f)所示，但是轴扭矩的值不需要被固定。例如，如果加速器踏板的操作在转换控制期间被增加时，则马达3的输出扭矩TMTR增加，并且引擎1的控制目标扭矩T增加，而随着它们的增加，产生电力扭矩TGEN也一起增加。因此，被传输到驱动轮8的轴扭矩的大小呈现对应于加速器踏板的操作的值。
进一步，因为马达3的输出扭矩TMTR和发电机4的产生电力扭矩TGEN都增加，所以马达和发电机4的操作能够彼此同步，也就是说，引擎1的输出动力能够与马达3的工作状态独立地进行控制。因此，对引擎1不需要特定操作以使马达3停止，在离合器接合之后的驱动扭矩能够被稳定以改善行驶性能。
由此描述了本发明，很明显本发明可以进行各种变化。这些变化被认为是没有脱离本发明的主旨和范围，包含在以下权利要求的范围内的所有这些修改对于本领域技术人员来说都是显而易见的。
参考标记列表
1引擎
2离合器
3马达(电动马达)
4发电机(电动发电机)
11车辆控制设备
12引擎控制器
12a预测运算单元(运算单元)
12b引擎扭矩控制器(引擎控制单元)
13离合器控制器(离合器控制单元)
13a转换判定单元(转换判定单元)
14马达控制器(电动马达控制单元)
15发电机控制器(电动发电机控制单元)
16电池控制器

Claims (6)

1.一种用于混合动力车辆的控制设备，其特征在于，包括：
引擎(1)，所述引擎(1)将动力传输到所述车辆(10)的驱动轮(8)；
离合器(2)，所述离合器(2)布置在所述引擎(1)和所述驱动轮(8)之间的动力传输路径上；
电动马达(3)，所述电动马达(3)在相对于所述离合器(2)的所述驱动轮(8)侧将动力传输到所述驱动轮(8)；
运算单元(12a)，在从第一行驶模式转换到第二行驶模式时，所述运算单元(12a)计算所述离合器(2)接合之前的第一目标动力，在所述第一行驶模式中，所述车辆(10)由所述电动马达(3)驱动；在所述第二行驶模式中，所述车辆(10)由所述引擎(1)驱动；在所述离合器(2)接合之后，所述引擎(1)利用所述第一目标动力驱动所述车辆；和
引擎控制单元(12b)，在所述离合器(2)接合之前，所述引擎控制单元(12b)将所述引擎(1)的输出动力控制在第二目标动力，所述第二目标动力被设定成大于等于由所述运算单元(12a)计算的所述第一目标动力。
2.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，进一步包括：
发电机(4)，所述发电机(4)通过所述引擎(1)的所述动力产生电力，以对电池(6)进行充电，所述电池(6)将电能供应到所述电动马达(3)；和
发电机控制单元(15)，在所述离合器(2)接合之前，所述发电机控制单元(15)通过对应于所述第一目标动力的所述引擎(1)的所述输出动力驱动所述发电机(4)，以产生电力。
3.如权利要求2所述的控制设备，其特征在于，
当所述电池(6)的充电率小于等于标准值时，所述发电机控制单元(15)控制所述发电机(4)以产生电力。
4.如权利要求2或3所述的控制设备，其特征在于，进一步包括：
电动马达控制单元(14)，在从所述第一行驶模式转换到所述第二行驶模式时，所述电动马达控制单元(14)控制所述电动马达(3)，以减小所述离合器(2)接合之后的输出扭矩；其中
所述发电机控制单元(15)在所述电动马达控制单元(14)控制所述电动马达(3)以减小所述输出扭矩的同时控制所述发电机(4)以减小输出电力。
5.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其特征在于，进一步包括：
离合器控制单元(13)，在从所述第一行驶模式转换到所述第二行驶模式时，所述离合器控制单元(13)在所述离合器(2)的所述引擎(1)侧和所述电动马达(3)侧的转速之间的差值变成小于等于标准值时控制所述离合器(2)接合。
6.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其特征在于，进一步包括：
转换判定单元(13a)，所述转换判定单元(13a)基于所述车辆(10)的行驶速度判定是否要进行从所述第一行驶模式到所述第二行驶模式的转换。
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