混合动力车辆的发动机启动控制装置制造方法
【专利摘要】一种混合动力车辆的发动机启动控制装置（1），利用来自发动机（2）和多个电动发电机（4、5）的输出对车辆进行驱动控制并且具备固定发动机（2）的输出轴（3）的机构（39），在使发动机（2）启动的情况下，使作用于发动机（2）的输出轴（3）的转矩缓缓减小后，使发动机转矩缓缓变化到发动机（2）的摇动所需的转矩。由此，在施加发动机启动所需的转矩时避免了阶梯状的转矩变化，因此能抑制驱动力的急剧变动，减小发动机启动时的冲击。
【专利说明】混合动力车辆的发动机启动控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力车辆的发动机启动控制装置，特别涉及在将来自多个动力源的动力由动力传递机构(差动齿轮机构)合成并对驱动轴进行输入输出的车辆中，控制发动机启动时的动力源的混合动力车辆的发动机启动控制装置。
【背景技术】
[0002]在车辆中，有将来自发动机和多个电动发电机(电动机)的输出用作驱动源对车辆进行驱动控制的混合动力车辆。
[0003]在该混合动力车辆中，有串联方式(发动机仅用于使发电机转动，驱动全部由电动发电机进行的方式:直列方式)、并联方式(发动机和电动发电机并列配置，各自的动力被用于驱动的方式:并列方式)。
[0004]另外，在混合动力车辆中，除了该串联方式、并联方式以外，还有其它方式。
_5] 现有技术文献
_6] 专利文献
[0007]专利文献1:特开平9-170533公报
[0008]专利文献2:特开平10-325345号公报
[0009]专利文献3:专利第3578451号公报
[0010]专利文献4:特开2002-281607号公报
[0011]专利文献5:特开2010-95051号公报
[0012]专利文献6:特开2005-81931号公报
[0013]专利文献1、2的混合动力车辆是如下方式:作为3轴式的动力传递机构，利用I个行星齿轮机构(具有3个旋转构件的差动齿轮机构)和作为电动发电机的2个电动发电机(第一电动发电机:MG1,第二电动发电机:MG2)将发动机的动力分割到发电机和驱动轴，利用由发电机发出的电力驱动设于驱动轴的电动发电机，由此对发动机的动力进行转矩变换。由此，能将发动机的动作点(发动机动作点)设定为包括停止的任意的点，提高了燃料效率。
[0014]在专利文献3、4的混合动力车辆中，在4轴式的动力传递机构中，对具有4个旋转构件的动力传递机构(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(MG I)、第二电动发电机(MG2 )和驱动轮连接的作为输出构件的驱动轴，将发动机的动力和第一电动发电机(MGl)、第二电动发电机(MG2)的动力合成并输出到驱动轴。
[0015]专利文献5、6的混合动力车辆设有利用制动力控制发动机的输出轴的转数的制动机构，能固定发动机的输出轴。
【发明内容】
[0016]发明要解决的问题
[0017]然而，以往，在上述专利文献1、2中，虽然不及串联方式，为了得到足够的驱动轴的转矩，需要具有比较大的转矩的电动发电机，并且在低齿轮速比区域中在发电机和电动机之间的电力的交接量增加，因此电损失会变大,还有改善的余地。
[0018]为了消除该问题，在如上述专利文献3、4所公开的混合动力车辆中，在共线图上对内侧的旋转构件配置发动机的输出轴和驱动轴，在共线图上对外侧的旋转构件配置发动机侧的第一电动发电机(MGl)和驱动轴侧的第二电动发电机(MG2)，由此能使从发动机向驱动轴传递的动力中的第一电动发电机(MGl)和第二电动发电机(MG2)承担的比例变少，因此能使第一电动发电机(MGl )、第二电动发电机(MG2)小型化并且改善动力的传递效率。
[0019]另外，还提出了如下方法:在这种4轴式的动力传递机构中进一步增加第5个旋转构件，设有使这些旋转构件的旋转停止的制动器。
[0020]在上述专利文献I记载的3轴式的动力传递机构中，在判断为启动发动机的情况下，用第一电动发电机(MGl)驱动发动机，并且控制第二电动发电机(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的转矩变动。
[0021]而且，在上述专利文献2中，在判断为启动发动机的情况下，控制第一电动发电机(MGl)以使第一电动发电机(MGl)的旋转速度为目标旋转速度，由此启动发动机，并且用第二电动发电机(MG2)校正第一电动发电机(MGl)的驱动带来的转矩变动，由此抑制发动机启动时的驱动轴的转矩变动。
[0022]另外，在3轴式的动力传递机构的情况下，第二电动发电机(MG2)的转矩不会对转矩平衡造成影响，因此只要根据为了启动发动机而输出的第一电动发电机(MGl)的转矩计算由发动机和第一电动发电机(MG I)输出到驱动轴的反作用力转矩,控制第二电动发电机(MG2)的转矩以抵消该反作用力转矩，就能消除驱动轴的转矩变动来使发动机启动。
[0023]然而，在4轴式的动力传递机构的情况下，驱动轴和第二电动发电机(MG2)是单独的轴，第二电动发电机(MG2)的转矩也不会影响到转矩平衡，因此无法使用上述3轴式的控制方法。
[0024]另外，4轴式的动力传递机构的控制有如下方法。
[0025]在将发动机的输出、第一电动发电机(MG1)、第二电动发电机(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，将加上电力的功率辅助量得到的驱动力的值预先设定为目标驱动力的最大值，算出将加速器操作量和车速作为参数的目标驱动力，然后根据该目标驱动力和车速求出目标驱动功率，而且，基于电池的充电状态(SOC)求出目标充放电功率，对加上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，求出较小的值作为目标发动机功率，根据目标发动机功率求出目标发动机动作点，根据目标驱动功率与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第一电动发电机(MGl)和第二电动发电机(MG2)的控制指令值(电动机转矩指令值)。
[0026]然而，在这种方法中，虽然能适当控制4轴式的转矩，却没有提到与发动机启动有关的控制，还有改善的余地。
[0027]而且，混合动力车辆的发动机启动的控制还考虑了以下所述的方案。
[0028]在将发动机的输出、第一电动发电机(MG1)、第二电动发电机(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，构成为求出将加速器操作量和车速作为参数的目标驱动力，根据该目标驱动力和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，将加上目标驱动功率得到的值作为暂定目标发动机功率求出，在使发动机启动时，根据暂定目标发动机功率和车速求出发动机启动时的目标发动机旋转速度，将预先设定的发动机的摇动所需的转矩作为目标发动机转矩，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，根据从目标驱动力和车速算出的目标驱动功率与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第一电动发电机(MGl)和第二电动发电机(MG2)的基础转矩指令值，并且将基于目标发动机旋转速度与实际发动机旋转速度的偏差算出的第一电动发电机(MGl)和第二电动发电机(MG2)的校正转矩加上上述基础转矩校正值，而且根据目标发动机旋转速度算出目标发动机旋转加速度，对加上反馈校正转矩得到的基础转矩指令值再加上对根据目标发动机旋转加速度算出的发动机、第一电动发电机(MGl)、第二电动发电机(MG2)各自的惯性转矩进行校正的第一电动发电机(MG1)、第二电动发电机(MG2)的惯性校正转矩，作为第一电动发电机(MG1)、第二电动发电机(MG2)的最终指令转矩值。
[0029]然而，通过这种控制能适当控制4轴式的转矩并且使发动机启动，但是仍有改善的余地。
[0030]此外,在上述专利文献4记载的混合动力车辆中，对发动机的输出轴设置单向离合器以使发动机不反转，并且在EV (电动车辆)行驶时，用单向离合器承受第二电动发电机(MG2 )的反作用力转矩来进行行驶。这种车辆中，在EV行驶时，用单向离合器承受第二电动发电机(MG2)的反作用力转矩，而在HEV (混合动力)行驶时，单向离合器不承受第二电动发电机(MG2)的反作用力转矩，因此在使发动机启动的瞬间，第一电动发电机(MGl)和第二电动发电机(MG2)的转矩不连续地变化，因此有如下问题:有可能由于电动机转矩的响应性等的差别导致驱动力不连续地变化，对驾驶员给予不舒服的冲击。
[0031]因此，本发明的目的在于提供抑制驱动力的急剧变动，减小发动机启动时的冲击的发生的混合动力车辆的发动机启动控制装置。
[0032]用于解决问题的方案
[0033]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并且具备固定上述发动机的输出轴的机构的混合动力车辆的发动机启动控制装置中，在使上述发动机启动的情况下，使作用于上述发动机的输出轴的转矩缓缓减小之后，使发动机转矩缓缓变化到上述发动机的摇动所需的转矩。
[0034]发明效果
[0035]本发明的混合动力车辆的发动机启动控制装置能抑制驱动力的急剧变动，减小发动机启动时的冲击的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是混合动力车辆的启动控制装置的系统构成图。(实施例)
[0037]图2是算出目标发动机动作点的控制框图。(实施例)
[0038]图3是算出电动机转矩指令值的控制框图。(实施例)
[0039]图4是算出目标发动机动作点的流程图。(实施例)
[0040]图5是算出电动机转矩指令值的流程图。(实施例)[0041]图6是示出发动机旋转速度上升为止的各转矩的变化的图。(实施例)
[0042]图7是图6的时间Ta处的共线图。(实施例)
[0043]图8是图6的时间Tb处的共线图。(实施例)
[0044]图9是图6的时间Tc处的共线图。(实施例)
[0045]图10是图6的时间Td处的共线图。(实施例)
[0046]图11是示出目标驱动力检索映射的图。(实施例)
[0047]图12是示出目标充放电功率检索表的图。(实施例)
[0048]图13是示出启动时发动机转矩检索映射的图。(实施例)
[0049]图14是示出目标动作点检索映射的图。(实施例)
[0050]图15是在同一发动机动作点使车辆变化的情况的共线图。(实施例)
[0051]图16是示出等功率线上的各效率状态的图。(实施例)
[0052]图17是示出等功率线上的各点(D、E、F)的共线图。(实施例)
[0053]图18是示出发动机效率的最优线和整体效率的最优线的图。(实施例)
[0054]图19是低齿轮速比状态的共线图。(实施例)
[0055]图20是中齿轮速比状态的共线图。(实施例)
[0056]图21是高齿轮速比状态的共线图。(实施例)
[0057]图22是发生了动力循环的状态的共线图。(实施例)
【具体实施方式】
[0058]本发明通过在施加发动机启动所需的转矩时避免阶梯状的转矩变化来实现抑制驱动力的急剧变动，减小发动机启动时的冲击的发生的目的。
[0059]实施例
[0060]图1?图22示出本发明的实施例。
[0061]在图1中，I是作为电动车辆的混合动力车辆的发动机启动控制装置。
[0062]发动机启动控制装置I具备:作为输出转矩的驱动源的发动机(在附图上记为“ENG”)2的输出轴3 ;作为多个电动发电机(电动机)的第一电动发电机(在附图上记为“MG1”)4和第二电动发电机(在附图上记为“MG2”)5 ;作为通过输出传递机构7与驱动轮6连接的输出构件的驱动轴(在附图上记为“OUT”)8 ;以及与发动机2的输出轴3、第一电动发电机4、第二电动发电机5以及驱动轴8分别联接的动力传递机构(差动齿轮机构)9。多个电动发电机包括第一电动发电机(在附图上记为“MG1”)4和第二电动发电机(在附图上记为 “MG2”)5。
[0063]在发动机2的输出轴3的中途，在发动机2侧具备单向离合器10。该单向离合器10使发动机2不会反转，另外在EV (电动车辆)行驶时承受第二电动发电机5的反作用力转矩。
[0064]第一电动发电机4包括第一转子11和第一定子12。第二电动发电机5包括第二转子13和第二定子14。
[0065]另外，发动机启动控制装置I具备:对第一电动发电机4的工作进行控制的第一逆变器15、对第二电动发电机5的工作进行控制的第二逆变器16以及与第一逆变器15和第二逆变器16联络的控制单元(驱动控制部:E⑶)17。[0066]第一逆变器15与第一电动发电机4的第一定子12连接。第二逆变器16与第二电动发电机5的第二定子14连接。
[0067]第一逆变器15和第二逆变器16的各电源端子与电池(驱动用高电压电池)18连接。该电池18能与第一电动发电机4和第二电动发电机5进行电力的交换。
[0068]在该发动机启动控制装置I中，利用来自发动机2和第一电动发电机4、第二电动发电机5的输出对混合动力车辆进行驱动控制。
[0069]动力传递机构9是所谓4轴式的动力输入输出装置，配置有发动机2的输出轴3和驱动轴8，另外，配置有发动机2侧的第一电动发电机4和驱动轴8侧的第二电动发电机
5,将发动机2的动力、第一电动发电机4的动力和第二电动发电机5的动力合成而输出到驱动轴8，在发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5以及驱动轴8之间进行动力的交接。
[0070]也就是说，在动力传递机构9中，将包括发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5以及作为输出构件的驱动轴8的4个要素如图7?图10所示在共线图上按第一电动发电机(MG I) 4、发动机(E NG ) 2、作为输出构件的驱动轴(OU T ) 8、第二电动发电机(MG 2 ) 5的顺序联接来构成齿轮机构。
[0071]动力传递机构9是彼此的2个旋转构件联接的第一行星齿轮机构19和第二行星齿轮机构20并列设置而构成的。
[0072]第一行星齿轮机构19具备:第一太阳轮21、与该第一太阳轮21哨合的第一小齿轮22、与该第一小齿轮22 B齿合的第一环形齿轮23、与第一小齿轮22联接的第一齿轮架24以及与第一环形齿轮23联接的输出齿轮25。
[0073]第二行星齿轮机构20具备:第二太阳轮26、与该第二太阳轮26啮合的第二小齿轮27、与该第二小齿轮27啮合的第二环形齿轮28以及与第二小齿轮27联接的第二齿轮架29。
[0074]在动力传递机构9中，第一行星齿轮机构19的第一齿轮架24与发动机2的输出轴3联接。另外，第二行星齿轮机构20的第二齿轮架29与第一行星齿轮机构19的第一环形齿轮23及输出齿轮25联接。
[0075]对于第一太阳轮21,通过第一电动机输出轴30连接有第一电动发电机4的第一转子11。对第一齿轮架24、第二太阳轮26连接有发动机2的输出轴3。对于第一环形齿轮23、第二齿轮架29，通过输出齿轮25和输出传递机构7连接有驱动轴8。对于第二环形齿轮28，通过第二电动机输出轴31连接有第二电动发电机5的第二转子13。
[0076]第二电动发电机5能通过第二电动机输出轴31、第二环形齿轮28、第二齿轮架29、第一环形齿轮23、输出齿轮25、输出传递机构7以及驱动轴8直接连接到驱动轮6，仅用单独输出使车辆行驶。
[0077]也就是说，在动力传递机构9中，第一行星齿轮机构19的第一齿轮架24和第二行星齿轮机构20的第二太阳轮26结合而与发动机2的输出轴3连接，第一行星齿轮机构19的第一环形齿轮23和第二行星齿轮机构20的第二齿轮架29结合而与驱动轴8连接，对第一行星齿轮机构19的第一太阳轮21连接有第一电动发电机4,对第二行星齿轮机构20的第二环形齿轮28连接有第二电动发电机5，在发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5和驱动轴8之间进行动力的交接。[0078]将加速踏板的踏入量作为加速器操作量进行检测的加速器操作量检测单元32、检测车速的车速检测单元33、检测电池18的充电状态(SOC)的电池充电状态检测单元34以及检测发动机旋转速度的发动机旋转速度检测单元35与控制单元17进行联络。
[0079]另外，空气量调整机构36、燃料提供机构37、点火时期调整机构38与控制单元17进行联络以控制发动机2。
[0080]另外，如图1所示，也可以在发动机启动控制装置I中构成为具备制动机构39作为固定发动机2的输出轴3的机构来代替单向离合器10。该制动机构39包括与发动机2的输出轴3 —体固定的制动转子40和从两侧将该制动转子40的外周部附近夹住从而对输出轴3进行制动的制动蹄41。该制动蹄41与控制单元17联络。
[0081]该制动机构39在作用于发动机2的输出轴3的转矩为零(O) (Nm)附近时，根据来自控制单元17的指令进行开放动作。
[0082]而且，控制单元17与用于检测第一电动发电机4和第二电动发电机5的实际转矩的转矩检测单元42联络。该转矩检测单元42例如包括直接检测第一电动发电机4和第二电动发电机5的转矩的转矩传感器。此外，该转矩检测单元42也可以用如下方法等:对第一电动发电机4和第二电动发电机5的各线圈设置电流传感器，根据功耗来算出转矩。
[0083]如图1、图2所示，控制单元17具备:目标驱动力算出单元17A、目标驱动功率算出单元17B、目标充放电功率算出单元17C、暂定目标发动机功率算出单元17D、目标发动机转矩算出单元17E、目标发动机旋转速度算出单元17F、目标发动机功率算出单元17G、目标电力算出单元17H以及电动机转矩指令值运算单元171。
[0084]目标驱动力算出单元17A基于由加速器操作量检测单元32检测出的加速器操作量和由车速检测单元33检测出的车速算出目标驱动力。
[0085]目标驱动功率算出单元17B基于由加速器操作量检测单元32检测出的加速器操作量和由车速检测单元33检测出的车速，也就是说，基于由目标驱动力算出单元17A算出的目标驱动力和由车速检测单元33检测出的车速算出目标驱动功率。
[0086]目标充放电功率算出单元17C基于由电池充电状态检测单元34检测出的电池18的充电状态算出目标充放电功率。
[0087]暂定目标发动机功率算出单元17D基于由目标驱动功率算出单元17B算出的目标驱动功率和由目标充放电功率算出单元17C算出的目标充放电功率算出暂定目标发动机功率。
[0088]目标发动机转矩算出单元17E在使发动机2启动的情况下，算出在发动机启动请求发生时作用于发动机2的输出轴3的转矩值作为发动机启动时的目标发动机转矩初始值，算出发动机2的摇动所需的转矩，使目标发动机转矩从目标发动机转矩初始值缓缓变化到发动机2的摇动所需的转矩。
[0089]目标发动机旋转速度算出单元17F与目标发动机转矩算出单元17E联络，算出发动机启动时的目标发动机旋转速度。
[0090]目标发动机功率算出单元17G根据由目标发动机旋转速度算出单元17F算出的目标发动机旋转速度和由目标发动机转矩算出单元17E算出的目标发动机转矩算出目标发动机功率。
[0091]目标电力算出单元17H将由目标驱动功率算出单元17B算出的目标驱动功率与由目标发动机功率算出单元17G算出的目标发动机功率之差作为目标电力。
[0092]电动机转矩指令值运算单元171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、第二电动发电机的指令转矩值。
[0093]并且，该发动机启动控制装置I在使发动机2启动的情况下，在使作用于发动机2的输出轴3的转矩缓缓减小后，使发动机转矩缓缓变化到发动机2的摇动所需的转矩。
[0094]另外，在该发动机启动控制装置I中，在使发动机2启动的情况下，第一电动发电机4使转矩缓缓变化为将相当于最终作用于发动机2的输出轴3的转矩的转矩与发动机2的摇动所需的转矩相加得到的转矩并将其输出，另外，第二电动发电机5输出混合动力车辆的驱动所需的转矩。
[0095]在本实施例中，发动机2的启动时意味着从发动机启动请求发生时到发动机2摇动时为止的期间。
[0096]即,在本实施例中,在将发动机2的输出、第一电动发电机4、第二电动发电机5的动力合成输出到驱动轴8并且具备制动机构39以能固定发动机2的输出轴3的混合动力车辆中，在使发动机2启动时，将在请求启动发动机的时点作用于发动机2的输出轴3的转矩设定为启动时的目标发动机转矩的初始值，使目标发动机转矩缓缓变化到摇动所需的转矩，并且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，根据从加速器操作量和车速算出的目标驱动功率与目标发动机功率之差求出作为电池18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第一电动发电机4、第二电动发电机5的指令转矩值。
[0097]另外,在该混合动力车辆中,在使发动机2启动时,将在请求启动发动机的时点作用于发动机2的输出轴3的转矩设定为启动时的目标发动机转矩的初始值，缓缓变化为根据图13的启动时目标发动机转矩检索映射检索出的目标发动机转矩并且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，根据从加速器操作量和车速算出的目标驱动功率与目标发动机功率之差求出作为电池18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第一电动发电机、第二电动发电机的指令转矩值。
[0098]而且，在该混合动力车辆中，在由制动机构39固定发动机2的输出轴3的情况下，从作用于发动机2的输出轴3的转矩为零(O) (Nm)附近起使制动机构39进行开放动作，开始发动机2的摇动。
[0099]由此，在能以4轴式来固定发动机2的输出轴3的混合动力车辆中，从EV行驶施加发动机2的启动所需的转矩时,能在发动机启动时使电动机转矩缓缓变化来避免阶梯状的转矩变化，抑制驱动力的急剧变动，因此能减小发动机启动时的冲击。
[0100]下面基于图2的控制框图和图4的流程图说明本实施例中根据加速器操作量和车速对目标发动机动作点(目标发动机旋转速度，目标发动机转矩)的运算。
[0101]如图4所示，当控制单元17的程序开始时(步骤101)，首先获取用于控制的各种信号(步骤102)，根据图11所示的目标驱动力检索映射算出与加速器操作量和车速相应的目标驱动力(步骤103)。在这种情况下，在加速器操作量为零(O)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，另一方面，在车速低的区域中设为正值，以能进行爬行行驶。[0102]然后，将目标驱动力和车速相乘，设定以目标驱动力驱动混合动力车辆所需的目标驱动功率(步骤104)。
[0103]而且，为了将电池18的充电状态(SOC)控制在通常使用范围内，根据图12所示的目标充放电量检索表算出作为目标的充放电功率(步骤105)。在这种情况下，在电池18的充电状态(SOC)低的情况下，使充电功率变大来防止电池18的过放电，在电池18的充电状态(SOC)高的情况下，使放电功率变大来防止过充电。为了方便，将放电侧处理为正值，将充电侧处理为负值。
[0104]根据目标驱动功率和目标充放电功率计算发动机2应输出的暂定目标发动机功率(步骤106)。该发动机2应输出的暂定目标发动机功率为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18进行充电的功率得到的值。在此，将充电侧处理为负值，因此从目标驱动功率减去目标充放电功率，算出暂定目标发动机功率。
[0105]然后，判断控制模式是否为混合动力(HEV)模式(步骤107)。
[0106]在该步骤107为“是”的情况下，算出混合动力(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)(步骤108)。
[0107]在上述步骤107为“否”的情况下，判断是否有发动机启动的请求(步骤109)。
[0108]在该步骤109为“否”的情况下，算出电动车辆(EV)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)(步骤110)。例如设为目标发动机旋转速度=O(rpm),目标发动机转矩=O (Nm)等。
[0109]在上述步骤109为“是”的情况下，算出发动机2的启动时的启动时目标发动机旋转速度(步骤111)。该启动时目标发动机旋转速度是根据图14所示的目标发动机动作点检索映射，与暂定目标发动机功率和车速相应地算出的，或者是预先设定的值。
[0110]然后，设定发动机启动时的目标发动机转矩的初始值(步骤112)。该目标发动机转矩的初始值是单向离合器10所承受的当前的转矩。
[0111]关于该单向离合器10所承受的当前的转矩，通过
[0112]当前的转矩=K2X实际的第二电动发电机的转矩_(kl + DX实际的第一电动发电机的转矩
[0113]算出。
[0114]此外,该步骤112仅在从没有发动机启动的请求的状态变更为有发动机启动的请求的状态的情况下执行。
[0115]然后，根据图13的检索映射，与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(步骤113)。该图13的启动时目标发动机转矩检索映射是为了能使发动机2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O (rpm)附近时，考虑到静止摩擦系数而设定为比发动机摩擦转矩靠负(_)侧的值。
[0116]然后，进行目标发动机转矩的变化率的限制(步骤114)。通过这样进行目标发动机转矩的变化率的限制，使目标发动机转矩从由上述步骤112求出的发动机启动时的目标发动机转矩的初始值缓缓变化到由上述步骤113求出的启动时目标发动机转矩。
[0117]在上述步骤108的处理后、上述步骤110的处理后或者上述步骤114的处理后，算出目标发动机功率(步骤115)，从上述目标驱动功率减去上述目标发动机功率，算出目标电力(步骤116)。该目标电力在目标驱动功率比目标发动机功率大的情况下为意味着电池18的电力的辅助功率的值，另一方面，在目标发动机功率比目标驱动功率大的情况下，为意味着对电池18的充电电力的值。
[0118]然后，程序返回(步骤117)。
[0119]如图14所示，在上述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、连接整体效率良好的点所得的线设定为目标动作线，整体效率是将发动机2的效率加上包括动力传递机构9、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。并且，该目标动作线按每个车速设定。该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、第二电动发电机5的效率计算求出。
[0120]此外，目标动作线设定为随着车速变高而向高转速侧移动。
[0121]其理由如下。
[0122]如图15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(图15的A的状态)。并且,随着车速升高,第一电动发电机4的旋转速度接近零(O)(图15的B的状态)，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,第二电动发电机5作为发电机工作(图15的C的状态)。
[0123]在车速低的情况(图15的A的状态和B的状态)下，不会引起功率的循环，因此目标动作点如图14所示的车速=40km/h的目标动作线那样大体接近发动机效率良好点。
[0124]但是，当在车速高的情况(图15C的状态)下，第一电动发电机4作为电动机工作，第二电动发电机5作为发电机工作，发生功率循环，因此动力传递系统的效率降低。
[0125]因此，如图16的点C所示，即使发动机效率良好，动力传递系统的效率也会降低，因此会导致整体的效率降低。
[0126]因此，为了在高车速区域不发生功率循环，如图17的共线图的点E所示，虽然只要使第一电动发电机4的旋转速度为零(O)以上即可，但是这样发动机动作点会向发动机旋转速度升高的方向移动，因此如图16的点E所示，即使动力传递系统的效率良好，发动机效率也会大大降低，因此会导致整体的效率降低。
[0127]因此,如图16所示,整体的发动机效率良好的点为两者之间的点D,只要将该点D作为目标发动机动作点就能进行效率最高的运转。
[0128]在图18中将上述点C、点D、点E这3个动作点表示在目标动作点检索映射上。在该图18中可知，在车速高的情况下，整体效率最优的发动机动作点比发动机效率最优的动作点向高转速侧移动。
[0129]下面，基于图3的控制框图和图5的流程图说明用于输出作为目标的驱动力并且使电池18的充放电量成为目标值的第一电动发电机4和第二电动发电机5的目标转矩的运算。
[0130]如图5所示，当控制单元17的程序开始时(步骤201)，首先根据车速算出第一行星齿轮机构19、第二行星齿轮机构20的驱动轴8的旋转速度No，然后，算出在发动机旋转速度为目标发动机旋转速度Net的情况下的第一电动发电机4的旋转速度Nmglt和第二电动发电机5的旋转速度Nmg2t (步骤202)。该旋转速度Nmglt和旋转速度Nmg2t利用以下(式I)、(式2)算出。该运算式根据第一行星齿轮机构19、第二行星齿轮机构20的旋转速度的关系求出。
[0131]Nmglt = (Net-No) Xkl + Net...(式 I)
[0132]Nmg2t = (No-Net) Xk2 + N0...(式 2)
[0133]在此，在上述(式I)、(式2)中，如图7?图10所示，
[0134]kl:将发动机(ENG)-驱动轴(OUT)间设为“I”的情况下的第一电动发电机(MGl)-发动机(ENG)间的杠杆比
[0135]k2:将发动机(ENG)-驱动轴(OUT)间设为“I”的情况下的驱动轴(OUT)-第二电动发电机(MG2)间的杠杆比。也就是说，该kl、k2是由第一行星齿轮机构19、第二行星齿轮机构20的齿轮速比而决定的值。
[0136]然后,根据旋转速度Nmglt、旋转速度Nmg2t、目标电力Pbatt、目标发动机转矩Tet算出第一电动发电机4的基本转矩Tmgli (步骤203)。该基本转矩Tmgli由以下的式(3)算出。
[0137]Tmgli = (Pbatt X 60/2 n -Nmg2t X Tet/k2)/ (Nmglt + Nmg2t X (I + kl )/k2)...(式3)
[0138]该(式3)是解出包括以下所示的表示输入到第一行星齿轮机构19、第二行星齿轮机构20的转矩的平衡(式4)以及表不由第一电动发电机4和第二电动发电机5发出或者消耗的电力等于电池18的输入输出电力(Pbatt)的(式5)的联立方程式而导出的。
[0139]Tet + (I + kl) X Tmgli = k2 X Tmg21...(式 4)
[0140]Nmglt X Tmgli X 2 π/60 + Nmg2t X Tmg2i X 2 π/60 = Pbatt...(式 5)
[0141]此外，在转矩平衡式中，如上述(式4)所示，根据基于与多个电动发电机4、5和发动机2的工作以机械方式联接的动力传递机构9的齿轮速比的杠杆比来平衡多个电动发电机4、5各自的目标转矩和目标发动机转矩。
[0142]然后根据基本转矩Tmgli和目标发动机转矩利用以下的(式6)算出第二电动发电机5的基本转矩Tmg2i (步骤204)。
[0143]Tmg2i = (Tet + (I + kl) X Tmgli )/k2...(式 6)
[0144]该(式6)从上述式(4)导出。
[0145]然后，为了使发动机旋转速度接近目标，将发动机旋转速度与目标值的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Tmglfb和第二电动发电机5的反馈校正转矩Tmg2fb (步骤205)。
[0146]然后，根据发动机旋转速度利用以下的(式7)算出目标发动机旋转加速度(步骤206)。
[0147]Neta = (Net-Neto)/Tc...(式 7)
[0148]在该(式7)中，
[0149]Neta:目标发动机旋转加速度
[0150]Net:目标发动机旋转速度
[0151 ] Neto:目标发动机旋转速度前次值
[0152]Tc:本程序执行周期。
[0153]然后，根据该目标发动机旋转加速度利用以下的(式8)、(式9)算出第一电动发电机4和第二电动发电机5的惯性校正转矩(步骤207)。[0154]Tmgline = (ImglX (kl + I)) X2 π /60XNeta + IeX (k2 + 1/kl + k2 +I) X2 3i /60XNeta…(式 8)
[0155]Tmg2ine = (Img2X ( _k2 )) X 2 π/60 X Neta + IeX (kl/kl + k2 +
I)X2 3i /60XNeta…(式 9)
[0156]在上述(式8)、(式9)中，
[0157]Tmgline:第一电动发电机的惯性校正转矩
[0158]Tmg2ine:第二电动发电机的惯性校正转矩
[0159]Imgl:第一电动发电机的惯性
[0160]Img2:第二电动发电机的惯性
[0161]Neta:目标发动机旋转加速度
[0162]Ie:发动机的惯性
[0163]kl:将发动机(ENG)-驱动轴(OUT)间设为“I”的情`况下的第一电动发电机(MGl)-发动机(ENG)间的杠杆比
[0164]k2:将发动机(ENG)-驱动轴(OUT)间设为“I”的情况下的驱动轴(OUT)-第二电动发电机(MG2)间的杠杆比。
[0165]然后，将各反馈校正转矩Tmglfb、Tmg2fb、各惯性校正转矩Tmgline、Tmg2ine加上各基本转矩Tmgl1、Tmg2i,算出作为第一电动发电机4的控制指令值的转矩指令值Tmgl和作为第二电动发电机5的控制指令值的转矩指令值Tmg2 (步骤208)。
[0166]第一电动发电机4的转矩指令值Tmgl由Tmgl = Tmgli + Tmglfb + Tmgline算出。
[0167]第二电动发电机5的转矩指令值Tmg2由Tmg2 = Tmg2i + Tmg2fb + Tmg2ine算出。
[0168]然后，利用该算出的转矩指令值Tmgl、Tmg2对第一电动发电机4、第二电动发电机5进行驱动控制，由此能抑制发动机2的启动冲击并且使发动机2启动，而且能输出作为目标的驱动力并且将对电池18的充放电设为目标值。
[0169]然后,程序返回(步骤209)。
[0170]图6示出发动机旋转速度上升为止的目标发动机转矩、第一电动发电机4的目标转矩、第二电动发电机5的目标转矩和实际发动机旋转速度的变化。在此，输出到驱动轴8的转矩恒定。
[0171]在图6的时间Ta处，如图7的共线图所示，进行EV行驶，单向离合器10承受第二电动发电机5的反作用力转矩而行驶。
[0172]在图6的时间Tb处,如图8的共线图所示,为请求启动发动机的定时。与该发动机启动请求同时，单向离合器10所承受的当前转矩被设定为目标发动机转矩的初始值。根据该目标发动机转矩的初始值计算出的第一电动发电机4、第二电动发电机5的转矩与EV行驶时的转矩相比不变，没有转矩的不连续点。
[0173]在图6的时间Tc处，如图9的共线图所示，是从目标发动机转矩的初始值缓缓变化到启动时目标发动机转矩的中途，目标发动机转矩为零(O) (Nm)的定时。在该定时，为单向离合器10不承受反作用力转矩，用第一电动发电机4的转矩来承受第二电动发电机5的反作用力转矩的状态。[0174]在图6的时间Td处,如图10的共线图所示,是目标发动机转矩减小到启动时目标发动机转矩附近，发动机旋转速度开始上升的定时。
[0175]图19?图22示出代表性的动作状态下的共线图。
[0176]在此，kl、k2如下述那样定义。
[0177]kl = ZR1/ZS1
[0178]k2 = ZS2/ZR2
[0179]在此，
[0180]ZSl:第一太阳轮的齿数
[0181]ZRl:第一环形齿轮的齿数
[0182]ZS2:第二太阳轮的齿数
[0183]ZR2:第二环形齿轮的齿数。
[0184]用图19?图22的共线图说明各动作状态。
[0185]此外，在该图19?图22的共线图中，旋转速度是将发动机2的旋转方向设为正方向，各轴输入输出的转矩是将输入与发动机2的转矩相同方向的转矩的方向定义为正。因此，驱动轴转矩为正的情况是输出要向后方驱动车辆的转矩的状态(前进时为减速，后退时为驱动)，另一方面，驱动轴转矩为负的情况是输出要向前方驱动车辆的转矩的状态(前进时为驱动，后退时为减速)。
[0186]在第一电动发电机4和第二电动发电机5进行发电、动力运转的情况下，第一逆变器15、第二逆变器16、第一电动发电机4、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。
[0187]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。
[0188](1)，低齿轮速比状态(参照图19)
[0189]这是利用发动机2行驶，第二电动发电机5的旋转速度为零(O)的状态。图19示出此时的共线图。第二电动发电机5的旋转速度为零(0)，因此不消耗电力。因此，在没有对电池18的充放电的情况下，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Tmgl为零(O)。另外，发动机旋转速度与驱动轴旋转速度之比为(I + k2)/k2。
[0190](2 )，中齿轮速比状态(参照图20 )
[0191]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20示出此时的共线图。在这种情况下，在没有对电池18的充放电的情况下，第一电动发电机4再生，用该再生电力使第二电动发电机5进行动力运转(将动力传递到车轮(驱动轮)来加速在或者上坡时保持均衡速度)。
[0192](3)，高齿轮速比状态(参照图21)
[0193]这是利用发动机2行驶，第一电动发电机4的旋转速度为零(O)的状态。图21示出此时的共线图。第一电动发电机4的旋转速度为零(0)，因此不进行再生。因此，在没有对电池18的充放电的情况下，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为零(O)。另外，发动机旋转速度与驱动轴旋转速度之比为kl/ (I +kl)。
[0194](4)，发生了动力循环的状态(参照图22)
[0195]在车速比图22的高齿轮速比状态还高的状态下，第一电动发电机4为反转的状态。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,在没有对电池18的充放电的情况下，第二电动发电机5进行再生而发电。
[0196]以上，说明了本发明的实施例，将上述实施例的构成应用于每项权利要求来进行说明。
[0197]首先，在权利要求1记载的发明中，在使发动机2启动的情况下，是作用于发动机2的输出轴3的转矩缓缓减小后，使发动机转矩缓缓变化到发动机2的摇动所需的转矩。
[0198]由此，能在施加发动机启动所需的转矩时避免阶梯状的转矩变化，因此能抑制驱动力的急剧变动，减小发动机启动时的冲击。
[0199]在权利要求2记载的发明中，多个电动发电机包括第一电动发电机4和第二电动发电机5。将包括发动机2、第一电动发电机4、第二电动发电机5和作为输出构件的驱动轴8的4个要素在共线图上按第一电动发电机4、发动机2、作为输出构件的驱动轴8、第二电动发电机5的顺序联接来构成作为齿轮机构的动力传递机构9。并且，在使发动机2启动的情况下，第一电动发电机4使转矩缓缓变化为将相当于最终作用于发动机2的输出轴3的转矩的转矩和发动机2的摇动所需的转矩相加得到的转矩并将其输出，另外，第二电动发电机5输出车辆的驱动所需的转矩。
[0200]由此，能输出车辆的行驶所需的转矩并且输出发动机启动所需的转矩。
[0201]在权利要求3记载的发明中，控制单元17具备:目标发动机转矩算出单元17E，其在使发动机2启动的情况下，输出在发动机启动请求发生时作用于发动机2的输出轴3的转矩值作为发动机启动时的目标发动机转矩初始值，算出发动机2的摇动所需的转矩，使目标发动机转矩从目标发动机转矩初始值缓缓变化到发动机2的摇动所需的转矩；目标发动机旋转速度算出单元17F，其算出发动机启动时的目标发动机旋转速度；目标发动机功率算出单元17G，其根据由该目标发动机旋转速度算出单元17F算出的目标发动机旋转速度和由目标发动机转矩算出单元17E算出的目标发动机转矩算出目标发动机功率；目标驱动功率算出单元17B，其基于由加速器操作量检测单元32检测出的加速器操作量和由车速检测单元33检测出的车速算出目标驱动功率；目标电力算出单元17H，其将由该目标驱动功率算出单元17B算出的目标驱动功率和由目标发动机功率算出单元17G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171，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第一电动发电机4、第二电动发电机5的指令转矩值。
[0202]由此，根据发动机启动时的目标发动机转矩初始值算出的第一电动发电机4、第二电动发电机5的目标转矩与算出以前的目标转矩相比不变，然后使目标转矩缓缓变化，因此能抑制驱动力的急剧变动，减小发动机启动时的冲击。
[0203]在权利要求4记载的发明中，固定发动机2的输出轴3的机构是制动机构39。在作用于发动机2的输出轴3的转矩为零(O) (Nm)附近时，制动机构39进行开放动作。
[0204]由此，能防止对车辆的冲击的发生。
[0205]附图标记说明[0206]I发动机启动控制装直
[0207]2 发动机(ENG)
[0208]4第一电动发电机(MGl)
[0209]5第二电动发电机(MG2)
[0210]6驱动轮
[0211]8 驱动轴(OUT)
[0212]9动力传递机构
[0213]15第一逆变器
[0214]16第二逆变器
[0215]17控制单元
[0216]17A目标驱动力算出单元
[0217]17B目标驱动功率算出单元
[0218]17C目标充放电功率算出单元
[0219]17D暂定目标发动机功率算出单元
[0220]17E目标发动机转矩算出单元
[0221]17F目标发动机旋转速度算出单元
[0222]17G目标发动机功率算出单元
[0223]17H目标电力算出单元
[0224]171电动机转矩指令值运算单元
[0225]18 电池
[0226]32加速器操作量检测单元
[0227]33车速检测单元
[0228]34电池充电状态检测单元
[0229]35发动机旋转速度检测单元
[0230]39制动机构
[0231]42转矩检测单元
【权利要求】
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并且具备固定上述发动机的输出轴的机构，其特征在于， 在使上述发动机启动的情况下，使作用于上述发动机的输出轴的转矩缓缓减小后，使发动机转矩缓缓变化到上述发动机的摇动所需的转矩。
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， 上述多个电动发电机包括第一电动发电机和第二电动发电机， 将包括上述发动机、上述第一电动发电机、上述第二电动发电机以及输出构件的4个要素在共线图上按上述第一电动发电机、上述发动机、上述输出构件、上述第二电动发电机的顺序联接来构成齿轮机构， 在使上述发动机启动的情况下， 上述第一电动发电机使转矩缓缓变化为将相当于最终作用于上述发动机的输出轴的转矩的转矩和上述发动机的摇动所需的转矩相加得到的转矩并将其输出， 上述第二电动发电机输出车辆的驱动所需的转矩。
3.—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并且具备固定上述发动机的输出轴的机构，其特征在于， 设有检测加速器操作量的加速器操作量检测单元， 设有检测车速的车速检测单元， 设有控制单元，其具备: 目标发动机转矩算出单元，其在使上述发动机启动的情况下，算出在发动机启动请求发生时作用于上述发动机的输出轴的转矩值作为发动机启动时的目标发动机转矩初始值，算出上述发动机的摇动所需的转矩，使目标发动机转矩从上述目标发动机转矩初始值缓缓变化到上述发动机的摇动所需的转矩； 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； 目标发动机功率算出单元，其根据由该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； 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，其将由该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上述多个电动发电机的指令转矩值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的混合动力车辆的发动机启动控制装置，其特征在于， 固定上述发动机的输出轴的机构是制动机构， 在作用于上述发动机的输出轴的转矩为零(Nm)附近时，上述制动机构进行开放动作。
【文档编号】B60W10/08GK103517840SQ201180070570
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2011年3月1日 优先权日:2011年3月1日
【发明者】田川雅章, 伊藤芳辉, 斋藤正和, 大熊仁, 细江幸弘 申请人:铃木株式会社