CN107826099B - 用于混合动力车辆的操作控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于混合动力车辆的操作控制系统，其能够使得车辆在车辆的前轮由引擎和前马达驱动的并联模式中行驶，能够在车辆减速期间进行燃料切断控制以停止将燃料供给到引擎，并且能够使用前马达再生制动；其中，当在并联模式中行驶的车辆要被减速并且牵引电池的SOC低于或者等于电力产生确定下限值Sbu、Sbd时，混合控制单元施行第一充电促进控制以通过再生制动来制动车辆，同时通过继续供给燃料使得引擎继续操作。

Description

用于混合动力车辆的操作控制系统

技术领域

本发明涉及一种安装在混合动力车辆上的发电机和内燃引擎的控制操作的技术。

背景技术

在近年来发展的混合动力车辆之中，存在已知的一类混合动力车辆，该类混合动力车辆包含引擎(内燃引擎)，由内燃引擎驱动以产生电力的发电机，能够通过来自发电机的电力供给而充电的牵引电池，以及利用来自牵引电池或者发电机的电力供给以驱动驱动轮的牵引马达。

在该类混合动力车辆中，由发电机产生的电力被供给至牵引电池和牵引马达。在车辆减速时，电力通过使用牵引马达的再生制动而产生，其中产生的电力能够供给至牵引电池用于充电。

进一步，如日本未经审查的专利申请公报No.2014-121963中所示，提出了能够在EV模式、串联模式和并联模式之间切换的混合动力车辆。在并联模式中，车辆由内燃引擎和马达两者驱动。因而并联模式例如在需要高输出的高速行驶中使用。

在设置有并联模式的车辆之中，存在这样的车辆，当在并联模式中行驶期间内燃引擎需要的输出转矩超过适当预定的电力产生上限转矩时，施行控制以停止通过发电机的电力产生，同时使得内燃引擎继续驱动驱动轮。这样停止电力产生能够抑制在内燃引擎上的负载，从而减少燃料消耗。

然而，当因为在并联模式中高负载行驶期间内燃引擎需要的输出转矩超过电力产生上限转矩，通过发电机的电力产生停止时，由于通过牵引马达的电力消耗，牵引电池的SOC减小。因此存在当高速行驶继续长时间时，牵引电池的SOC大幅减小。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于混合动力车辆的操作控制系统，在并联模式中行驶期间，该操作控制系统能够抑制牵引电池的SOC减小。

为了实现该目的，根据本发明的用于混合动力车辆的操作控制系统包含：内燃引擎，内燃引擎安装在车辆上以驱动车辆的驱动轮；发电机，发电机由内燃引擎驱动以产生电力；牵引电池，牵引电池能够通过来自发电机的电力供给而充电；和电动马达，电动马达被供给来自发电机或者牵引电池的电力以驱动驱动轮，并且能够使得车辆在驱动轮由内燃引擎和电动马达驱动的并联模式中行驶，能够在车辆减速期间进行燃料切断控制以停止燃料供给至内燃引擎，且能够使用电动马达再生制动；其中，操作控制系统进一步包含SOC检测部分和充电促进控制部分，SOC检测部分检测牵引电池的SOC，当在并联模式中行驶的车辆要减速并且SOC低于或者等于预定的第一参考值时，充电促进控制部分施行第一充电促进控制以通过再生制动来制动车辆，同时通过继续燃料供给而使得内燃引擎继续操作。

在本发明中，当在并联模式中车辆要减速并且牵引电池的SOC低于或者等于第一参考值时，实行再生制动，同时通过继续燃料供给使得内燃引擎继续操作。这增加了用于再生制动的机会。

由此，当在并联模式中以高速长时间行驶的车辆因为前面车辆的减速，下坡或其他原因而被减速时，促进牵引电池的充电，从而抑制在并联模式中行驶期间牵引电池的SOC的减小。

优选地，在第一充电促进控制中，充电促进控制部分能够使得内燃引擎继续操作以产出抵消出现在内燃引擎中的摩擦转矩的输出转矩。

当产出抵消摩擦转矩的输出转矩时，不出现减速效果。这允许增加的电力通过再生制动而产生，导致牵引电池的SOC增加。

优选地，操作控制系统能够进一步包含阻断或者完成内燃引擎和驱动轮之间的功率传输线路的离合器，其中，在第一充电促进控制中，充电促进控制部分使离合器保持接合以完成传输线路。

这抑制由牵引电池的SOC围绕第一参考值的波动引起的离合器的重复接合和脱离，从而抑制在行驶期间推进转矩的变化。

优选地，操作控制系统能够进一步包含目标输出转矩计算部分和电力产生限制部分，目标输出转矩计算部分计算用于内燃引擎的目标输出转矩，当目标输出转矩大于或等于预定的阈值时，电力产生限制部分限制通过发电机的电力产生；其中，当车辆在并联模式中行驶并且SOC低于或者等于预定为高于第一参考值的第二参考值时，充电促进控制部分施行第二充电促进控制以增加阈值。

这抑制电力产生的停止，或者换言之，增加用于当车辆在并联模式中行驶并且SOC低于或者等于第二参考值时通过发电机的电力产生的机会，从而抑制牵引电池的SOC的减小。

优选地，当车辆在并联模式中行驶并且SOC低于或者等于第一参考值时，充电促进控制部分能够禁止在燃料切断控制中燃料供给的停止。

这允许内燃引擎继续操作，同时实行再生制动，从而促进牵引电池的SOC的增加。

附图说明

图1是示意地示出应用有本发明的实施例的插电式混合动力车辆的构造的示图。

图2是用于解释电力消耗抑制作用、通过示例的方式示出决定和参数如何变化的时间图。

具体实施方式

参考附图，下面将描述在本发明的实施例中的用于混合动力车辆的操作控制系统。

图1是示意地示出应用有本发明的实施例的插电式混合动力车辆(下文称之为“车辆1”)的构造的示图。

在本实施例中，车辆1是四轮驱动车辆，车辆1能够通过驱动前轮3(驱动轮)的引擎2(内燃引擎)行驶，并且车辆1也包含驱动前轮3的前电动马达4(电动马达)和驱动后轮5(驱动轮)的后电动马达6(电动马达)。

引擎2能够经由减速器7驱动用于前轮3的驱动轮轴8并且也能够驱动发电机9以产生电力。

前马达4利用来自安装在车辆1上的牵引电池11和发电机9的高电压电力经由前逆变器10供给，以经由减速器7驱动用于前轮3的驱动轮轴8。减速器7包括能够阻断和完成引擎2的输出轴和用于前轮3的驱动轮轴8之间的功率传输线路的离合器7a。

后马达6利用来自牵引电池11和发电机9的高电压电力经由后逆变器12供给，以经由减速器13驱动用于后轮5的驱动轮轴14。

由发电机9产生的电力能够经由前逆变器10供给至牵引电池11用于充电，也能够供给至前马达4和后马达6。

牵引电池11包含未示出的电池模块，该电池模块包括保持在一起的诸如锂离子电池的多个可充电电池和电池监控单元11a(SOC检测部分)，电池监控单元11a监控电池模块充电了多少(充电状态，称之为“SOC”)、温度等等。

前逆变器10包含前马达控制单元10a和发电机控制单元10b(充电促进控制部分、电力产生限制部分)。前马达控制单元10a基于来自混合控制单元20(充电促进控制部分、目标输出转矩计算部分、电力产生限制部分)的控制信号控制前马达4的输出。发电机控制单元10b具有基于来自混合控制单元20的控制信号控制发电机9的输出(由发电机9产生的电力)的作用。

后逆变器12包含后马达控制单元12a。后马达控制单元12a具有基于来自混合控制单元20的控制信号而控制后马达6的输出的作用。

车辆1也配备有用于从外部电源对牵引电池11充电的充电器21。

混合控制单元20是对车辆1施行综合控制的控制器，并且包含输入/输出设备、存储设备(ROM、RAM、非易失性RAM等)、中央处理单元(CPU)、定时计数器等。

牵引电池11的电池监控单元11a，前逆变器10的前马达控制单元10a和发电机控制单元10b，后逆变器12的后马达控制单元12a，用于控制引擎2的操作的引擎控制单元22，以及用于检测加速器抑制量的加速器位置传感器40连接至混合控制单元20的输入，从而由这些设备检测到的信息或者关于这些设备的操作的信息递送至混合控制单元。

前逆变器10的前马达控制单元10a和发电机控制单元10b，后逆变器12的后马达控制单元12a，减速器7(离合器7a)以及引擎控制单元22连接至混合控制单元20的输出。

基于由加速器位置传感器40等检测到的各种信息和关于操作的各种信息，混合控制单元20计算车辆需要的输出或者用于车辆推进所需要的输出，选择行驶模式(EV模式(电动车辆模式)、串联模式、并联模式)，并且通过将控制信号发送至引擎控制单元22、前马达控制单元10a、发电机控制单元10b、后马达控制单元12a和减速器7，而控制引擎2、前马达4、后马达6和发电机9的输出。

在EV模式中，随着引擎2的停止，车辆通过由来自牵引电池11的电力供给驱动的前马达4和后马达6行驶。

在串联模式中，利用脱离的减速器7的离合器7a，发电机9由引擎2驱动，并且车辆通过由发电机9产生的电力或者从牵引电池11供给的电力驱动的前马达4和后马达6行驶。在串联模式中，引擎2被设定至目标转速，由多余的引擎输出产生的电力供给到牵引电池11用于充电。

在并联模式中，利用接合的减速器7的离合器7a，前轮3通过机械地将功率经由减速器7从引擎2传输至其而被驱动。车辆1也通过由引擎2所驱动的发电机9所产生的或者从牵引电池11供给的电力驱动的前马达4和后马达6行驶。

混合控制单元20在诸如高速区域的操作区域中选择并联模式，在该操作区域中，引擎2高效率地操作。在除了选择并联模式的操作区域中，也即中速或者低速区域，混合控制单元20基于牵引电池11的SOC在EV模式和串联模式之间切换。

然后基于加速器抑制量、引擎转速等，混合控制单元20计算用于车辆1推进所需要的总输出，并且在EV模式和串联模式中将所需要的总输出分配至前马达4和后马达6，在并联模式中将所需要的总输出分配至前马达4、引擎2和后马达6。然后，基于分别分派至前马达4、引擎2和后马达6的所需要的总输出的部分，在从前马达4到前轮3的功率传输中减速器7的齿轮比，以及在从后马达6到后轮5的功率传输中减速器13的齿轮比，混合控制单元20分别确定用于前马达4、引擎2和后马达6所需要的转矩(目标输出转矩)，并且将命令信号发送至前马达控制单元10a、后马达控制单元12a和引擎控制单元22，从而前马达4、引擎2和后马达6能够产出其自己所需要的转矩。在本发明中“目标输出转矩计算部分”指的是，在混合控制单元20的上述控制作用之中对应于计算用于引擎2所需要的转矩作用的作用部分。

进一步，当用于车辆1推进所需要的转矩减小至燃料切断转矩Tfc以下时，混合控制单元20和引擎控制单元22施行燃料切断作用(燃料切断控制)以停止燃料供给。

在本实施例中，车辆1能够再生制动，该再生制动通过将前轮3和后轮5的旋转传输至前马达4和后马达6而产出减速效果，从而强制地驱动前马达4和后马达6以产生电力(通过再生制动的电力产生)。

在本实施例中，混合控制单元20进一步具有电力消耗抑制作用，以在并联模式中减速时，通过引擎操作控制、对发电机9的电力产生控制和再生制动控制而抑制来自牵引电池11的电力的消耗。

图2是用于解释电力消耗抑制作用、通过示例的方式示出决定和参数如何变化的时间图。具体地，通过示例的方式，图2示出，在并联模式中高速行驶期间，决定、加速器抑制量、牵引电池11的SOC、用于车辆1推进所需要的转矩、并联模式电力产生量(在并联模式中由发电机9产生的电力)、所需要的引擎转矩、以及马达转矩(前马达4和后马达6的输出转矩的总和)如何变化。

在图2中，在本发明的示例中，当在并联模式中行驶期间加速器被抑制(“开”)和释放(“关”)时决定和参数如何变化通过实线表示。进一步，在不管牵引电池11的SOC怎样电力产生上限转矩固定并且即使处于低的SOC，不施行控制以增加并联模式电力产生量、使得引擎继续操作并且增加由再生制动产生的电力的比较例中，决定和参数如何变化通过虚线表示。电力产生上限转矩(在本发明中称之为“阈值”)是在该值以上在并联模式中通过发电机9的电力产生被停止(“关”)的所需要的引擎转矩阈值。在本发明中“电力产生限制部分”指的是，对应于当所需要的引擎转矩(用于引擎2的目标输出转矩)大于或等于电力产生上限转矩时限制通过发电机9的电力产生的作用的作用部分。

如图2所示，在并联模式中行驶时，在牵引电池11的SOC高于用于确定SOC减小的参考值(滞后下方值)Sad(第二参考值)的同时，并联模式电力产生量(在并联模式中由发电机9产生的电力)被保持为零。这减少在引擎2上的负载，从而减少燃料消耗。因而，由于驱动马达3和6，牵引电池11的SOC逐渐地减小(直到图2中的<1>)。

在本实施例中，当牵引电池11的SOC减小至SOC减小确定参考值(滞后下方值)Sad以下从而确定SOC减小了(SOC减小决定“开”)时，电力产生上限转矩从正常设定值Ten改变至更高的设定值Teh。当牵引电池11的SOC低于或者等于SOC减小确定参考值(滞后下方值)Sad并且所需要的引擎转矩小于电力产生上限转矩(这里被设定为更高的设定值Teh)时，并联模式电力产生量从零增加至预定的正常电力产生量Gpn。结果，SOC逐渐地增加(从图2中<1>到<2>的实线)。正常电力产生量Gpn能够依据电力产生上限转矩和用于推进所需要的转矩之间的差异而变化。

通常(在比较例中)，电力产生上限转矩固定至正常设定值Ten。因而，在所需要的引擎转矩大于或等于电力产生上限转矩(正常设定值Ten)的同时，并联模式电力产生量被保持为零。因而，在常规示例中，SOC继续逐渐地减小(从图2中<1>到<2>的虚线)。

在该情形中，如果驾驶者抑制加速器以加速车辆，用于推进所需要的转矩增加，并且当其增加至电力产生上限转矩Teh以上时，并联模式电力产生量减少至零。结果，SOC逐渐地减小(从图2中的<2>向前)。

当牵引电池11的SOC减小至电力产生确定下限值(滞后下方值)Sbd(第一参考值)以下从而确定SOC到达了下限(SOC下限决定“开”)时，禁止燃料切断(图2中的<3>)。

这里，假设驾驶者请求减速从而加速抑制量减少。当用于推进所需要的转矩减少至零下方的负数时，马达转矩逐渐地减小到零下方，也即制动效果由再生制动产出(图2中的<4>)。

结果，SOC通过由再生制动产生的电力而增加(从图2中的<4>向前的实线)。在比较例中，即使当用于推进所需要的转矩减少至负数，马达转矩停留为零，因为通过再生制动的电力产生未实行。结果，SOC不增加。

即使当用于推进所需要的转矩减少至燃料切断转矩Tfc以下时，如果牵引电池11的SOC低于或者等于电力产生确定下限值(滞后下方值)Sbd，禁止燃料切断并且使得引擎2继续操作以产出实质上抵消在引擎2中出现的摩擦转矩(从图2中的<5>向前的实线)。

在常规示例中，相反，当用于推进所需要的转矩减少至燃料切断转矩Tfc以下时，确定能够允许燃料切断(燃料切断许可决定“开”)，从而燃料供给停止(从图2中的<5>向前的虚线)。

如上所述，在本实施例中，当在并联模式中行驶期间牵引电池11的SOC减小至电力产生确定下限值Sbd以下时，禁止燃料切断。当用于推进所需要的转矩减小至零以下时，电力通过再生制动产生，也即产出负的马达转矩。由此，施行第一充电促进控制以通过禁止燃料切断而增加通过再生制动产生的电力，从而使得引擎继续操作以产出实质上抵消引擎中的摩擦转矩的转矩。在比较例中，如从图2中的<5>向前所示，当用于推进所需要的转矩减少至燃料切断转矩Tfc以下时，实行燃料切断并且未实行通过使用马达的再生制动的电力产生，因为从引擎中的摩擦转矩获得了减速效果。结果，牵引电池11的SOC减小。然而，在本发明中，通过第一充电促进控制，引擎转矩不出现减速效果。这允许增加的电力通过使用马达的再生制动产生，导致如从图2中的<5>向前所示的牵引电池11的SOC增加。

进一步，在本实施例中，当牵引电池11的SOC减小至SOC减小确定参考值以下时，施行第二充电促进控制以设定电力产生上限转矩至更高的设定值Teh，更高的设定值Teh预定为高于正常设定值Ten。当所需要的引擎转矩大于或等于电力产生上限转矩时，停止通过发电机9的电力产生以减少在引擎2上的负载。由此，在电力产生上限转矩固定至正常设定值Ten的比较例中，如通过从图2中的<1>到<2>的虚线所示，牵引电池11的SOC减小。然而，在本实施例中，通过将电力产生上限转矩改变至更高的设定值Teh，抑制电力产生的停止，或者换言之，增加用于通过发电机9的电力产生的机会。结果，如通过从图2中的<1>到<2>的实线所示，抑制牵引电池11的SOC的减小。

如上所述，在本实施例中，当在并联模式中行驶期间牵引电池11的SOC减小时，施行第一充电促进控制以增加用于通过再生制动的电力产生的机会，从而抑制牵引电池11的SOC减小。由此，即使当相对高负载的行驶诸如高速行驶继续长时间时，在高速行驶期间，因为前面的车辆减速等，牵引电池11的SOC的减小通过每次加速器被释放而实行的再生制动抑制。

进一步，当在并联模式中行驶期间牵引电池11的SOC减小时，施行第二充电促进控制以增加用于并联模式电力产生的机会，从而抑制牵引电池11的SOC减小。

在并联模式中行驶期间，牵引电池11的SOC的减小以在上述方式抑制。这意味着即使当高速行驶继续时，牵引电池11的SOC的减小能够被抑制，并且因而在高速行驶之后万一车辆不能在EV模式中行驶，牵引电池11的SOC的减小能够被抑制。因而本发明能够提供带有高度的可用性的混合动力车辆。

当牵引电池11的SOC低于或者等于电力产生确定下限值Sbd以下时，施行一充电促进控制，不是脱离离合器7a以从并联模式转移至串联模式，而是停留在并联模式中，离合器7a被接合。这抑制由牵引电池11的SOC围绕电力产生确定下限值的波动引起的离合器7a的重复接合和脱离，从而在行驶期间抑制推进转矩的变化。

对于电力产生确定下限值和SOC减小确定参考值，能够预期，不仅设置上述滞后下方值Sbd、Sad而且设置在牵引电池11的SOC向上阶段中使用的滞后上方值Sbu、Sau，从而基于在牵引电池11的SOC向上和向下阶段中的不同值而进行确定。这抑制由牵引电池11的SOC围绕电力产生确定下限值或者SOC减小确定参考值的波动引起充电促进控制在“开”和“关”之间的频繁切换，从而在行驶期间抑制这种SOC波动对推进转矩的影响。

本发明并不局限于上述实施例。

本发明可广泛地应用于设置有并联模式的混合动力车辆。

Claims (4)

1.一种操作控制系统，所述操作控制系统用于混合动力车辆，所述操作控制系统包含内燃引擎、发电机、牵引电池、电动马达和离合器，所述内燃引擎被安装在所述车辆上以驱动所述车辆的驱动轮，所述发电机由所述内燃引擎驱动以产生电力，所述牵引电池能够通过来自所述发电机的电力供给而充电，所述电动马达被供给有来自所述发电机或者所述牵引电池的电力以驱动所述车辆的驱动轮，所述离合器阻断或者完成所述内燃引擎和所述驱动轮之间的功率传输线路，并且所述操作控制系统能够使得所述车辆在所述驱动轮由所述内燃引擎和所述电动马达驱动的并联模式中行驶，能够在所述车辆减速期间进行燃料切断控制以停止将燃料供给到所述内燃引擎，并能够使用所述电动马达来再生制动，其特征在于，所述操作控制系统进一步包含：

SOC检测部分，所述SOC检测部分检测所述牵引电池的SOC；和

充电促进控制部分，当在并联模式中行驶的所述车辆要被减速并且所述SOC低于或者等于预定的第一参考值时，所述充电促进控制部分施行第一充电促进控制以通过再生制动来制动所述车辆，同时通过继续燃料供给而使得所述内燃引擎继续操作，在所述第一充电促进控制中，所述充电促进控制部分使所述离合器保持接合以完成所述传输线路。

2.如权利要求1所述的操作控制系统，其特征在于：

在所述第一充电促进控制中，所述充电促进控制部分使得所述内燃引擎继续操作，以产出输出转矩，所述输出转矩抵消在所述内燃引擎中出现的摩擦转矩。

3.如权利要求1或2所述的操作控制系统，其特征在于，进一步包含：

目标输出转矩计算部分，所述目标输出转矩计算部分计算用于所述内燃引擎的目标输出转矩；和

电力产生限制部分，当所述目标输出转矩大于或等于预定的阈值时，所述电力产生限制部分限制所述发电机的电力产生；其中

当所述车辆在并联模式中行驶并且所述SOC低于或者等于第二参考值时，所述充电促进控制部分施行第二充电促进控制以增加所述阈值，所述第二参考值被预定为高于所述第一参考值。

4.如权利要求3所述的操作控制系统，其特征在于：

当所述车辆在并联模式中行驶并且所述SOC低于或者等于所述第一参考值时，所述充电促进控制部分在所述燃料切断控制中禁止燃料供给的停止。

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