車輛用控制設備的製作方法

2023-06-02 10:52:16

專利名稱：車輛用控制設備的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種車輛用控制設備，尤其涉及一種用以控制能夠通過從旋轉電機接收的驅動力和從發動機接收的驅動力運行的混合動力車輛的技術。
背景技術：
近年來，作為解決環境問題對策的一部分，能夠通過從旋轉電機接收的驅動力運行的混合動力車輛日益獲得關注。當這樣的混合動力車輛加速時，其利用從發動機接收的驅動力來獲得加速，產生供給到旋轉電機的電力等。因此其要求發動機轉速迅速升高。
日本專利未審定公報No.10-238380公開了一種混合動力車輛用控制設備，該控制設備在車輛過渡工作時允許其發動機的響應性提高。更具體地，如日本專利未審定公報No.10-238380所記載的，混合動力車輛用控制設備控制包括發動機、與發動機相連並且包括第一和第二旋轉電機的動力轉換單元、用於驅動第一和第二旋轉電機的逆變器裝置以及與逆變器裝置電氣地相連的蓄電裝置的混合動力車輛。控制設備基於車輛工作信息控制發動機的輸出轉矩，並且控制設備還基於發動機輸出轉矩的控制量以及對應於發動機特性的發動機目標轉速，控制第一和第二旋轉電機所產生的轉矩值。控制設備包括檢測過渡狀態的檢測單元，以及轉矩修正單元。檢測過渡狀態的檢測單元檢測對應於車輛加減速的車輛過渡狀態。如果過渡狀態的檢測結果表明車輛在加速，則轉矩修正單元作出修正以減小指令第一旋轉電機輸出的轉矩值，並且還作出修正以增大指令第二旋轉電機輸出的轉矩值。如果過渡狀態的檢測結果表明車輛在減速，則轉矩修正單元作出修正以增大指令第一旋轉電機輸出的轉矩值，並且還作出修正以減小指令第二旋轉電機輸出的轉矩值。
如在該公報中所記載的，混合動力車輛用控制設備被設置成使得發動機在第一旋轉電機用作負荷的狀態下旋轉。如果在這種情況下車輛加速，並且指令第一旋轉電機輸出的轉矩值被修正為減小，則通過該減小發動機的負荷減輕，這促進了發動機轉速的升高。同時，指令第二旋轉電機輸出的轉矩值被修正為增大，車輛的運行性能將不會削弱。相反地，如果車輛減速，並且指令第一旋轉電機輸出的轉矩值被修正為增大，則通過該增大發動機的負荷增加，這促進了發動機轉速的降低。同時，指令第二旋轉電機輸出的轉矩值被修正為減小，並且車輛適當地制動。因此當發動機處於過渡工作狀態時，能夠解決排放惡化、發動機輸出意外降低以及其它缺點。結果發動機能夠提供需要的輸出，因而響應性提高。
如果發動機、第一旋轉電機以及第二旋轉電機的連接方式使得，如通過日本專利未審定公報No.10-238380中所記載的混合動力車輛用控制設備所進行的一樣，當車輛加速時第一旋轉電機的轉矩降低，則發動機的負荷會增大。例如，如果發動機與行星齒輪的行星架相連，並且第一和第二旋轉電機分別與太陽齒輪和齒圈相連，則如圖7的共線圖中實線所表示的，第一和第二旋轉電機各自的轉速具有由直線表示的關係。在這樣的情況下，如果第一旋轉電機轉矩降低從而其轉速降低，則如圖7中點劃線所表示的，第一旋轉電機用作負荷從而引起發動機轉速降低。這樣，當車輛加速時，發動機的驅動力無法增加，結果無法獲得期望的加速度。

發明內容
本發明為了解決以上問題而作出，其目的是提供一種能夠改進車輛加速性的車輛用控制設備。
本發明的車輛用控制設備包括發動機；與所述發動機相連的第一旋轉電機；與所述發動機相連的第二旋轉電機；電池；與所述電池電氣地並列設置的電容器；以及控制單元，當隨著所述發動機的驅動力傳遞到驅動輪所述車輛加速時，所述控制單元使得所述電池和所述電容器供給電力以增加所述第二旋轉電機的轉速，並且還控制所述第一旋轉電機和所述第二旋轉電機以防止所述第一旋轉電機用作所述發動機的負荷。
根據本發明，當隨著發動機的動力傳遞到驅動輪車輛加速時，電池和電容器向第二旋轉電機供給電力以增加第二旋轉電機的轉速。由於電池和電容器向第二旋轉電機供給電力，所以能夠供給第二旋轉電機充分的電力。特別地，電容器的瞬時輸出非常優秀，並且能夠以迅速的響應性供給第二旋轉電機電力。因此第二旋轉電機能夠提供驅動力以使車輛加速。第一旋轉電機被控制為使其不用作發動機的負荷。這允許發動機轉速迅速升高。因此發動機和第二旋轉電機能夠提供驅動力以使車輛加速。結果，能夠提供可以改進車輛加速性的車輛用控制設備。
優選地，所述車輛用控制設備還包括用於計算所述第二旋轉電機需要提供的輸出的第一計算單元；用於計算從所述電池和所述電容器提供的輸出的第二計算單元；以及用於通過用從所述電池和所述電容器提供的所述輸出減去所述第二旋轉電機需要提供的所述輸出計算所述第一旋轉電機的輸出的第三計算單元。所述控制單元基於所述第一旋轉電機的所述輸出控制所述第一旋轉電機以增加所述發動機的轉速。
根據本發明，從電池和電容器提供的輸出減去第二旋轉電機需要提供的輸出以計算第一旋轉電機的輸出。根據計算出的第一旋轉電機的輸出控制第一旋轉電機。因此確保了第二旋轉電機需要提供的輸出，而剩餘的輸出可以用以增加第一旋轉電機的輸出。這可以抑制第二旋轉電機的輸出不充分，而第一旋轉電機能夠提供輸出以增加發動機的轉速。結果，發動機和第二旋轉電機可以提供驅動力以使車輛迅速加速。
還優選地，當所述發動機獲得預定轉速時，所述控制單元控制所述第一旋轉電機以降低從所述第一旋轉電機產生的轉矩。
根據本發明，當發動機的轉速增加以獲得加速需要的轉速時，由第一旋轉電機產生的轉矩降低。這能夠抑制不必要的電力消耗。
還優選地，所述車輛用控制設備還包括動力分配機構，所述動力分配機構包括太陽齒輪、與所述太陽齒輪相嚙合的小齒輪、可轉動地支承所述小齒輪的行星架以及與所述小齒輪相嚙合的齒圈。所述發動機與所述行星架相連。所述第一旋轉電機與所述太陽齒輪相連。所述第二旋轉電機與所述齒圈相連。
根據本發明，發動機與第一和第二旋轉電機各自的轉速在共線圖中具有直線關係。在具有這樣關係的車輛中，發動機的轉速可以迅速增加以改進加速性。
還優選地，所述旋轉電機是電動發電機。
在第五發明中安裝有電動發電機的車輛的加速性可以改進。


圖1示意性地示出了安裝有根據本發明一實施例的控制設備的混合動力車輛的結構。
圖2示出了動力分配機構。
圖3是表示發動機、MG(1)及MG(2)之間轉速關係的(第一)共線圖。
圖4是由實現根據本發明本實施例的控制設備的ECU為控制而執行的程序的結構的流程圖。
圖5是表示發動機、MG(1)及MG(2)之間轉速關係的(第二)共線圖。
圖6是表示發動機轉速和加速度隨時間推移的定時圖。
圖7是表示發動機、第一及第二旋轉電機之間轉速關係的共線圖。
具體實施例方式
以下，將參照

本發明的實施例。在以下的說明中，相同的部件由相同的參考符號表示。其名稱和功能也相同。因此將不再重複說明。
參照圖1，本實施例提供了一種將在下文中進行說明的安裝在混合動力車輛上的控制設備。車輛包括發動機100、電動發電機(MG)(1)200、MG(2)300、動力分配機構400、逆變器(1)500、逆變器(2)600、電池700、轉換器800以及電容器900。車輛通過從發動機100和MG(2)300中至少一者所接收的驅動力而運行。
發動機100、MG(1)200以及MG(2)300經由動力分配機構400連接。發動機100產生動力，該動力被動力分配機構400分配成兩條線路。一條線路是經由減速器驅動車輪(未示出)。另一條線路是驅動MG(1)200以發電。
MG(1)200是三相交流電動機。MG(1)200根據由動力分配機構400分配的發動機100的動力發電。取決於車輛的運行狀況、電池700的充電狀態(SOC)等，選擇性地使用由MG(1)200產生的電力。例如如果車輛正常運行，則由MG(1)200產生的電力完全用作驅動MG(2)300的電力。如果電池400的SOC低於預定值，則由MG(1)200產生的電力通過逆變器500從交流電轉換為直流電。隨後，通過轉換器800調整電力的電壓從而將其存儲在電池700中，或者不調整電壓從而將其存儲在電容器900中。
如果MG(1)200用作發電機，則MG(1)200產生負轉矩。這裡負轉矩是指用作發動機100的負荷的轉矩。相反地，如將在下文中說明的，如果MG(1)200接收電力從而用作電動機，則MG(1)200產生正轉矩。這裡正轉矩是指不用作發動機100的負荷的轉矩。換句話說，正轉矩是指協助發動機100轉動的轉矩。類似地討論MG(2)300。
MG(2)300是三相交流電動機。MG(2)300由存儲在電池700中的電力、存儲在電容器900中的電力以及由MG(1)200產生的電力中的至少一者驅動。MG(2)300接收通過逆變器(2)600從交流電轉換為直流電的電力。
MG(2)300提供驅動力，該驅動力經由減速器傳遞到車輪。因此MG(2)300協助發動機100，提供驅動力以使車輛運行等。
當混合動力車輛再生制動時，MG(2)300經由減速器被車輪驅動，從而作為發電機工作。因此MG(2)300用作將制動能量轉換為電力的再生制動器。因此MG(2)300產生電力，該電力經由逆變器(2)600存儲在電池700中，或存儲在電容器900中。
電池700是由多個串聯連接的電池模塊構成的一組電池，各電池模塊由多個單電池集成在一起而形成。電池700的放電電壓和電池700的充電電壓通過轉換器800調整。電容器900由多個並聯連接的單元(cell)構成。注意為了增強耐電性能，一部分單元可以串聯連接以構成電容器900。
發動機100、逆變器(1)500和逆變器(2)600以及轉換器800受電子控制單元(ECU)1000控制。ECU 1000包括混合動力車輛(HV)_ECU1010、MG_ECU 1020以及發動機ECU 1030。
HV_ECU 1010接收來自溫度傳感器902表示電容器900的溫度的信號，以及來自電壓計904表示電容器900的電壓的信號。此外，HV_ECU1010接收來自車速傳感器2000表示車速的信號，來自加速踏板位置傳感器2100表示加速踏板(未示出)的位置的信號，以及來自傳感器2200表示制動踏板(未示出)的下壓力的信號。
MG_ECU 1020接收來自傳感器202表示MG(1)200的轉速的信號以及來自傳感器302表示MG(2)300的轉速的信號。發動機ECU 1030接收來自傳感器102表示發動機100的轉速的信號。
HV_ECU 1010、MG_ECU 1020以及發動機ECU 1030彼此連接，從而能夠相互傳遞和接收信號。基於輸入到各個ECU的信號以及存儲在存儲器(未示出)中的程序和脈譜圖，HV_ECU 1010計算發動機100以及MG(1)200和MG(2)300需要提供的輸出。
MG_ECU 1020基於MG(1)200和MG(2)300需要提供的輸出工作，以控制逆變器(1)500和逆變器(2)600從而控制MG(1)200和MG(2)300。基於發動機100需要提供的輸出，發動機ECU 1030工作以控制發動機100。
參照圖2，將更具體地說明動力分配機構400。動力分配機構400由包括太陽齒輪402、小齒輪404、行星架406、以及齒圈408的行星齒輪構成。
小齒輪404與太陽齒輪402和齒圈408相嚙合。行星架406支承小齒輪404使其能夠旋轉。太陽齒輪402與MG(1)200的旋轉軸相連。行星架406與發動機100的曲軸相連。齒圈408與MG(2)300的旋轉軸及減速器1100相連。
如圖3所示，在共線圖中，經由由行星齒輪構成的動力分配機構400相連的發動機100、MG(1)200以及MG(2)300各自的轉速之間的關係由直線表示。
參照圖4，實現本實施例的控制設備的ECU 1000執行如將在下文中說明的為控制而構成的程序。
在步驟(以下縮寫為S)100，基於從加速踏板位置傳感器2100傳遞的信號，ECU 1000檢測加速踏板位置P。
在S102，ECU 1000判定加速踏板位置P是否大於預定加速踏板位置P(0)。如果大於預定加速踏板位置，則可以認為駕駛員要求加速車輛。如果加速踏板位置P大於預定加速踏板位置P(0)(在S102判定為「是」)，則處理轉到步驟S104。否則(在S102判定為「否」)處理結束。
在S104，分別基於從車速傳感器2000和傳感器2200傳遞的信號，ECU1000檢測車速和制動踏板的下壓力。
在S106，基於檢測到的加速踏板位置P、車速以及制動踏板的下壓力，ECU 1000計算加速必要的、車輛需要提供的輸出。在S108，基於存儲器中存儲的脈譜圖，ECU 1000計算發動機100和MG(2)300需要提供的輸出。
在S110，基於從電壓計904和溫度傳感器902傳遞的信號，ECU 1000檢測電容器900的電壓和溫度。在S112，ECU 1000檢測電池700的放電電力限制值WOUT。該放電電力限制值基於電池700的溫度、SOC等由HV_ECU 1010確定。因此ECU 1000從ECU 1000的內部檢測該放電電力限制值。
在S114，基於電容器900的電壓和溫度以及電池700的放電電力限制值，ECU 1000計算電容器900和電池700能夠供給的輸出(或電力)。
在S116，通過從電容器900和電池700能夠供給的輸出減去MG(2)300需要提供的輸出，ECU 1000計算能夠供給到MG(1)200的輸出(或電力)。
在S118，基於分別從傳感器202和302傳遞的檢測到的轉速信號，ECU1000檢測MG(1)200的轉速和MG(2)300的轉速。
在S120，ECU 1000檢測系統電壓。這裡系統電壓等於電容器900的電壓。因此ECU 1000基於從電壓計904傳遞的信號檢測系統電壓。
在S122，基於能夠供給到MG(1)200的輸出、MG(1)200的轉速以及系統電壓，ECU 1000計算其指令MG(1)200輸出的轉矩，並且基於MG(2)300需要提供的輸出、MG(2)300的轉速以及系統電壓，ECU1000計算其指令MG(2)300輸出的轉矩。換句話說，計算出轉矩以允許MG(1)200和MG(2)300協助發動機100。
在S124，ECU 1000使車輛加速。更具體地，基於發動機100需要提供的輸出，發動機ECU 103控制發動機100的輸出。為了允許MG(1)200和MG(2)300輸出計算出的、ECU 1000指令MG(1)200和MG(2)300輸出的轉矩，MG_ECU 1020控制逆變器(1)500和逆變器(2)600以驅動MG(1)200和MG(2)300。
在S126，基於從傳感器202傳遞的信號，ECU 1000檢測MG(1)200的轉速N。在S128，ECU 1000判定MG(1)200的轉速N是否大於預定轉速N(0)。預定轉速N(0)基於發動機100的預定目標轉速和MG(2)300的轉速而確定。更具體地，如果MG(1)200的轉速N大於預定轉速N(0)，則發動機100的轉速大於預定目標轉速。發動機100的目標轉速被確定為允許車輛獲得期望加速度的轉速。
如果MG(1)200的轉速N大於預定轉速N(0)(在S128判定為「是」)，則處理轉到S130。否則(在S128判定為「否」)處理返回到S116。在S130，ECU 1000降低MG(1)200的轉矩。然後處理結束。
根據上述結構和流程圖，實現本實施例的控制設備的ECU 1000如在下文中所說明的進行工作。
當發動機100的動力被傳遞到車輪時，檢測加速踏板位置P(S100)。如果加速踏板位置P大於預定加速踏板位置P(0)(在S102判定為「是」)，即，駕駛員要求使車輛加速，則檢測當前車速和制動踏板的下壓力(S104)。從所檢測到的車速和制動踏板的下壓力，計算加速必要的、車輛需要提供的輸出(S106)。從車輛需要提供的輸出，計算發動機100和MG(2)300需要提供的輸出(S108)。
此外，檢測電容器900的電壓和溫度(S110)並檢測電池700的放電電力限制值(S112)。使用所檢測到的電壓、溫度和放電電力限制值計算電容器900和電池700能夠供給的輸出(S114)。從計算出的電容器900和電池700能夠供給的輸出減去計算出的MG(2)300需要提供的輸出，計算能夠供給到MG(1)200的輸出(S116)。換句話說，確保MG(2)300需要提供的輸出後，剩餘的輸出(電力)是能夠供給到MG(1)200的輸出。因此能夠抑制MG(2)300接收的電力不充分。
隨後，分別檢測MG(1)200和MG(2)300的轉速(S118)並且檢測系統電壓(S120)。使用該轉速、系統電壓、能夠供給到MG(1)200的輸出以及MG(2)300需要提供的輸出計算ECU 1000指令各個MG輸出的轉矩(S122)。更具體地，計算轉矩以允許MG(1)200和MG(2)300協助發動機100。
隨後，根據發動機100需要提供的輸出控制發動機100，並且控制逆變器(1)500和逆變器(2)600以使得各個MG輸出所計算出的ECU 1000指令MG提供的輸出。
因此，如圖5中由點劃線所表示的，MG(1)200和MG(2)300各自的轉速增加得大於由實線表示的轉速。因此MG(1)200不用作發動機100的負荷。因此，發動機100的轉速能夠迅速升高。因此，如圖6所示，加速度迅速增大從而允許車輛以期望的加速度加速(S124)。
此時，MG(1)200和MG(2)300接收來自電池700和電容器900兩者的電力。特別地，電容器900的瞬時輸出性能優於電池700。因此MG(1)200和MG(2)300能夠接收充分的電力。
在加速時，檢測MG(1)200的轉速N(S126)，並且如果在圖6中所示的時刻T(0)，MG(1)200的轉速N大於預定轉速N(0)(在S128判定為「是」)，則可以認為發動機100的轉速增加到足以作為滿足期望加速度的目標轉速。
在這種情況下，MG(1)200的轉矩降低。這樣能夠減少不必要的電力消耗。而且，最終MG(1)200的轉矩成為負轉矩。如果MG(1)200的轉矩是負轉矩，則MG(1)200用作發電機。因此，發動機100的轉速增加到充分高后，由MG(1)200產生的電力被用來驅動MG(2)300從而使車輛加速。
因此，當車輛需要加速時，本實施例的控制設備或ECU允許電容器和電池向MG(1)和(2)供給電力，從而允許MG(1)和(2)的輸出增加。這樣能夠防止MG(1)用作發動機的負荷，從而使發動機的轉速升高，以通過從發動機和MG(2)接收的驅動力使車輛加速。
注意在上述實施例中，當車輛需要加速時，MG(1)200的轉矩升高。可替換地，當車輛加速時，MG(1)200的轉矩可以為0。在這種情況下MG(1)200同樣不用作發動機的負荷。因此發動機100的轉速通過發動機100自身的輸出而增加。
應當理解這裡公開的實施例在任何方面都是示例性的而非限制性的。本發明的範圍由權利要求的術語而不是上述說明來限定，並且意圖包含等同於權利要求的範圍和意義內的任何修改。
權利要求
1.車輛用控制裝置，包括發動機(100)；連接到所述發動機(100)上的第一旋轉電機(200)；連接到所述發動機(100)上的第二旋轉電機(300)；電池(700)；平行於所述電池(700)電氣地設置的電容器(900)；以及控制單元(1000)，所述控制單元使得所述電池(700)和所述電容器(900)供給電力以增加所述第二旋轉電機(300)的轉速並且當由於所述發動機(100)的驅動力傳遞到驅動輪所述車輛加速時，還控制所述第一旋轉電機(200)和所述第二旋轉電機(300)以防止所述第一旋轉電機(200)起所述發動機(100)的負荷的作用。
2.根據權利要求1所述的車輛用控制裝置，還包括用於計算所述第二旋轉電機(300)需要提供的輸出的第一計算單元(1000)；用於計算從所述電池(700)和所述電容器(900)提供的輸出的第二計算單元(1000)；用於通過用所述電池(700)和所述電容器(900)提供的輸出減去所述第二旋轉電機(300)需要提供的輸出計算所述第一旋轉電機(200)的輸出的第三計算單元(1000)，其中所述控制單元(1000)基於所述第一旋轉電機(200)的所述輸出控制所述第一旋轉電機(200)以增加所述發動機(100)的轉速。
3.根據權利要求1所述的車輛用控制裝置，其中當所述發動機(100)獲得預定轉速時，所述控制單元(1000)控制所述第一旋轉電機(200)以降低從所述第一旋轉電機(200)產生的轉矩。
4.根據權利要求1所述的車輛用控制裝置，還包括動力分配機構(400)，所述動力分配機構包括太陽齒輪(402)，與所述太陽齒輪(402)相嚙合的小齒輪(404)，可轉動地支承所述小齒輪(404)的行星架(406)，以及與所述小齒輪(404)相嚙合的齒圈(408)，其中所述發動機(100)連接到所述行星架(406)上；所述第一旋轉電機(200)連接到所述太陽齒輪(402)上；以及所述第二旋轉電機(300)連接到所述齒圈(408)上。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的車輛用控制裝置，其中所述旋轉電機(200，300)是電動發電機。
6.車輛用控制裝置，包括發動機(100)；連接到所述發動機(100)上的第一旋轉電機(200)；連接到所述發動機(100)上的第二旋轉電機(300)；電池(700)；平行於所述電池(700)電氣地設置的電容器(900)；以及控制工具(1000)，所述控制工具使得所述電池(700)和所述電容器(900)供給電力以增加所述第二旋轉電機(300)的轉速並且當由於所述發動機(100)的驅動力傳遞到驅動輪所述車輛加速時，還控制所述第一旋轉電機(200)和所述第二旋轉電機(300)以防止所述第一旋轉電機(200)起所述發動機(100)的負荷的作用。
7.根據權利要求6所述的車輛用控制裝置，還包括用於計算所述第二旋轉電機(300)需要提供的輸出的工具(1000)；用於計算從所述電池(700)和所述電容器(900)提供的輸出的工具(1000)；用於通過用所述電池(700)和所述電容器(900)提供的輸出減去所述第二旋轉電機(300)需要提供的輸出計算所述第一旋轉電機(200)的輸出的工具(1000)，其中所述控制工具(1000)包括基於所述第一旋轉電機(200)的所述輸出控制所述第一旋轉電機(200)以增加所述發動機(100)的轉速的控制工具(1000)。
8.根據權利要求6所述的車輛用控制裝置，其中所述控制工具(1000)還包括工具，所述工具響應於獲得預定轉速的發動機(100)，用於控制所述第一旋轉電機(200)以降低從所述第一旋轉電機(200)產生的轉矩。
9.根據權利要求6所述的車輛用控制裝置，還包括動力分配機構(400)，所述動力分配機構包括太陽齒輪(402)，與所述太陽齒輪(402)相嚙合的小齒輪(404)，可轉動地支承所述小齒輪(404)的行星架(406)，以及與所述小齒輪(404)相嚙合的齒圈(408)，其中所述發動機(100)連接到所述行星架(406)上；所述第一旋轉電機(200)連接到所述太陽齒輪(402)上；以及所述第二旋轉電機(300)連接到所述齒圈(408)上。
全文摘要
本發明涉及一種車輛用控制設備。ECU執行包括以下步驟的程序當加速踏板位置P大於預定加速踏板位置P(0)(S102為「是」)時，計算MG(2)的要求輸出(S108)；計算電容器和電池能夠供給的輸出(S114)；通過從電容器和電池能夠供給的輸出減去MG(2)的要求輸出，計算能夠供給到MG(1)的輸出(S116)；基於能夠供給到MG(1)的輸出和MG(2)的要求輸出，計算各個MG的指令轉矩(S122)；以及基於指令轉矩控制逆變器(1)和逆變器(2)以使車輛加速(S124)。
文檔編號B60W10/26GK101061021SQ20058004002
公開日2007年10月24日 申請日期2005年11月22日 優先權日2004年11月24日
發明者石川哲浩, 吉田寬史 申請人:豐田自動車株式會社