混合动力驱动电动汽车的发动机启动控制装置以及启动控制方法
【专利摘要】通过电动马达的输出扭矩额外增加，使将电动马达(1)与驱动轮相连接的第二摩擦接合元件(3)滑动并且利用行驶中的电动马达启动发动机。控制器根据加速踏板的操作量来判断加速请求的大小。在加速请求大的情况下，控制器应用与加速请求不大的情况不同的扭矩额外增加特性。针对驾驶员的加速请求响应性良好地启动内燃发动机，从而使车辆的加速响应提高。
【专利说明】混合动力驱动电动汽车的发动机启动控制装置以及启动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于启动混合动力驱动电动汽车的发动机的电动马达的控制。
【背景技术】
[0002]在装载有内燃发动机和电动马达的混合动力驱动电动汽车中,选择性地应用仅将电动马达用作行驶用动力的电动车辆(EV)模式行驶和将内燃发动机和电动马达二者用作行驶用动力的混合动力电动车辆(HEV)模式行驶。
[0003]当从EV模式行驶向HEV模式行驶切换时，利用电动马达的旋转扭矩推转内燃发动机来启动内燃发动机。电动马达与内燃发动机经由第一摩擦接合元件进行连接。
[0004]在日本专利局发行的JP2007-126082A中提出了如下方案:为了能够在车辆行驶中以低车速启动内燃发动机，使安装于电动马达与驱动轮之间的第二摩擦接合元件滑动，另一方面，使电动马达的转速增大。内燃发动机与电动马达经由第一摩擦接合元件进行连接。在此，摩擦接合元件分别由离合器构成。
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]现有技术还能够以低车速进行用于从EV模式行驶向HEV模式行驶切换的内燃发动机的启动。
[0007]车辆需要在行驶中启动内燃发动机的情况存在以下两种情况:通过踩入加速踏板来请求加速的情况以及基于要向充电量降低的电池进行充电等加速以外的理由而需要内燃发动机的扭矩的情况。
[0008]在前者的情况下，为了以高响应实现加速，期望使电动马达与驱动轮之间的第二摩擦接合元件滑动来提前启动内燃发动机。另一方面，在后者的情况下，期望避免在电动马达的转速增大之后由于驾驶员不期望的马达扭矩急剧增大而产生冲击。
[0009]在现有技术中，难以同时满足这种相反的请求。
[0010]因而，本发明的目的是，在EV模式行驶中启动内燃发动机时，防止由加速请求小时的发动机启动引起的冲击，并且提高加速请求大时的车辆的加速响应。
[0011]用于解决问题的方案
[0012]为了实现以上目的，本发明所涉及的发动机启动控制装置应用于混合动力驱动电动汽车，该混合动力驱动电动汽车具备:驱动轮、电动马达、内燃发动机、将电动马达与内燃发动机相连接的第一摩擦接合元件、将电动马达与驱动轮相连接的第二摩擦接合元件以及输入车辆的加速请求的加速踏板。
[0013]发动机启动控制装置具备检测车辆的加速请求量的加速踏板开度传感器和可编程控制器。控制器如下那样进行编程。
[0014]S卩，控制器在车辆利用电动马达的动力行驶而内燃发动机停止运转的电动车辆模式行驶中，决定使用电动马达的扭矩来启动内燃发动机，将第二摩擦接合元件控制为彼此滑动并进行扭矩传递的滑动状态，将电动马达的旋转扭矩经由第一摩擦接合元件输入到内燃发动机。控制器还判断车辆的加速请求量是否超过规定量，与车辆的加速请求量没有超过规定量的情况相比，在车辆的加速请求量超过规定量的情况下，使向内燃发动机输入的电动马达的旋转扭矩增加。
[0015]本发明的详细情况以及其它特征、优点在说明书的以下记载中进行说明，并且在所附附图中示出。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是应用本发明的混合动力驱动电动车辆的概要结构图。
[0017]图2是说明由本发明的控制器执行的发动机启动控制例程的流程图。
[0018]图3A-图3E是说明发动机启动控制例程的执行结果的时序图。
[0019]图4A和图4B是表示图3的A部的放大图和控制器所存储的对应图的特性的图。
【具体实施方式】
[0020]当参照图1时，本发明的实施方式的驱动控制装置应用于后轮驱动型的混合动力驱动电动汽车20。混合动力驱动电动汽车20使用由右前轮FR、左前轮FL、右后轮RR以及左后轮RL构成的四个轮来行驶。其中，右后轮RR和左后轮RL构成驱动轮。
[0021]作为驱动轮的右后轮RR和左后轮RL经由差动齿轮11接合于传动轴14。传动轴14经由自动变速机4连接于电动发电机I。内燃发动机6经由由离合器构成的第一摩擦接合元件5连接于电动发电机I。
[0022]第一摩擦接合元件5与从液压单元9供给的液压相应地在接合位置与分离位置之间进行动作。在接合位置处在电动发电机I与内燃发动机6之间双向地传递扭矩，而使它们进行一体旋转。在分离位置处使电动发电机I和内燃发动机6自如地相对旋转。
[0023]自动变速机4由行星齿轮式的有级自动变速机构成，内部具备第二摩擦接合元件
3。第二摩擦接合元件3由自动变速机4的低速制动器构成。第二摩擦接合元件3通过从液压单元8供给的液压来进行工作，在接合状态下，将电动马达I的输出轴IA与传动轴14相接合而使它们进行一体旋转。在分离状态下，使输出轴IA和传动轴14无阻力地相对旋转。
[0024]此外，第一摩擦接合元件5和第二摩擦接合元件3均具有滑动模式。滑动模式的第一摩擦接合元件5与从液压单元9供给的液压相应地，在摩擦阻力下允许内燃发动机6与电动发电机I的相对旋转。滑动模式的第二摩擦接合元件3在与从液压单元8供给的液压相应的摩擦阻力下允许输出轴IA与传动轴14的相对旋转。
[0025]电动发电机I与逆变器7相连接。电动发电机I通过从未图示的电池经由逆变器7供给的电力来进行旋转。另外，利用经由接合状态的第一摩擦接合元件5输入的内燃发动机6的扭矩来进行发电，来对电池进行充电。
[0026]与从控制器12向逆变器7输入的输入信号相应地控制电动发电机I的运转以及发电。与从控制器12向液压单元8输入的输入信号相应地执行第二摩擦接合元件3的接合、滑动、分离这三个模式的切换。根据从控制器12向液压单元9输入的输入信号来进行第一摩擦接合元件5的接合、滑动、分离这三个模式的切换。也根据来自控制器12的输入信号来控制内燃发动机6的运转。
[0027]并且，控制器12还进行自动变速机4的变速控制，但变速控制与本发明没有直接关系，因此在此省略说明。
[0028]进行以上控制的控制器12由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微计算机构成。在该实施方式中，为了便于说明，决定用一个控制器12来控制液压单元8和9、内燃发动机6的运转以及电动发电机I的运转等所有部件的运转，但也能够与控制对象相应地用不同的控制器进行这些控制。
[0029]混合动力驱动电动汽车20所具备的加速踏板开度传感器13和断路开关15的检测数据分别经由信号电路被输入到控制器12，该加速踏板开度传感器13检测相当于加速踏板的踩入量的加速踏板开度，该断路开关(inhibitor switch) 15检测车辆所具备的变速杆的操作位置。
[0030]基于以上结构，混合动力驱动电动汽车20进行仅利用电动发电机I的动力的EV模式行驶和同时使用电动发电机I和内燃发动机6的动力的HEV模式行驶。
[0031]当从EV模式行驶向HEV模式行驶切换时，使第一摩擦接合元件5和第二摩擦接合元件3均为滑动模式，从而使电动发电机I的马达扭矩增大，由此推转内燃发动机6。在该状态下，对内燃发动机6供给燃料而使内燃发动机6启动。
[0032]关于EV模式行驶中启动内燃发动机6，大致分为以下两种情况:驾驶员踩入加速踏板的情况、即基于加速请求的情况，以及如电池的充电量降低而需要进行电池充电的情况那样的基于系统请求的情况。在后者的情况下，一边利用内燃发动机6的驱动力使车辆行驶，一边将电动发电机I作为发电机进行驱动来对电池进行充电。与加速请求无关地进行该操作。
[0033]在加速请求的程度大的情况下，期望使电动发电机I的输出扭矩迅速增大，从而短时间内启动内燃发动机6,使向自动变速机4输入的输入扭矩响应性良好地增大。另一方面，在不存在加速请求或者该加速请求的程度小的状况下启动内燃发动机6的情况下，为了抑制电动发电机I的输出扭矩的急剧增大所带来的冲击的发生，期望使电动发电机I的输出扭矩缓慢地增大。为了满足这种相反的请求，控制器12执行图2所示的发动机启动控制例程。
[0034]当参照图2时，在存在发动机启动请求的情况下执行该例程。
[0035]在步骤SI中，控制器12判断由驾驶员发出的加速请求的程度是否大。具体地说，在由加速踏板开度传感器13检测的加速踏板开度APO超过规定开度、或者加速踏板开度APO的增加率超过规定速度的情况下，判断为由驾驶员发出的加速请求的程度大。
[0036]在步骤SI的判断为肯定的情况下，在步骤S6中决定用于设定电动发电机I的目标马达扭矩的参数t、R、h,基于参数t、R、h来设定目标马达扭矩。
[0037]接着，参照图3D和图4B对参数t、R、h进行说明。
[0038]当参照图3D时，图中的虚线是与加速踏板的踩入相应的电动发电机I的通常的目标马达扭矩。如该虚线所示，即使在不启动内燃发动机6的情况下，电动发电机I的目标马达扭矩也与加速踏板的踩入相应地增大。在执行图2的发动机启动控制例程的情况下，无论步骤SI的判断如何，都利用电动发电机I的旋转扭矩启动内燃发动机6。为此，如图中的A部所示，相对于图中的虚线进一步额外增加用于启动内燃发动机6的电动发电机I的目标马达扭矩。参数t、R、h是用于决定该额外增加方法的值。
[0039]当参照图4B时,参数t表示从开始推转内燃发动机6时tl起到开始额外增加目标马达扭矩的时间。参数h表示额外增加的绝对量。参数R表示达到额外增加量h的速度。换句话说，参数t越短、参数h越大、参数R越大，目标马达扭矩越急剧增大。
[0040]控制器12通过参照图4A所示的特性的在ROM中预先存储的对应图，来根据加速踏板开度APO分别决定参数t、R、h。如根据图所获知那样，加速踏板开度APO越大，将参数t设定为越小的值、将参数h设定为越大的值、将参数R设定为越大的值。控制器12根据根据像这样设定的参数t、R、h来计算电动发电机I的目标马达扭矩，并通过逆变器7将电动发电机I的输出扭矩控制为目标马达扭矩。由此，与在后述的步骤S5和步骤S7中进行的电动发电机I的输出扭矩的控制相比，能够响应性良好地启动内燃发动机6，能够获得高加速响应。
[0041]另一方面，在步骤SI的判断为否定的情况下，控制器12在步骤S2中基于来自断路开关15的输入信号判断自动变速机4是否被设定为运动模式。运动模式是驾驶员通过操作变速杆而预先选择的行驶模式。在自动变速机4被设定为运动模式的情况下，控制器12进行步骤S6的处理。
[0042]在自动变速机4没有被设定为运动模式的情况下，控制器12在步骤S3中基于来自断路开关15的输入信号来判断自动变速机4是否被设定为手动模式。手动模式是驾驶员通过手动操作来改变变速比的行驶模式。手动模式是通过操作变速杆而预先选择的。此夕卜，在混合动力驱动电动汽车20中，作为除运动模式、手动模式以外的行驶模式，设定有应用于普通行驶的经济模式。在自动变速机4被设定为手动模式的情况下，控制器12进行步骤S6的处理。
[0043]之所以在运动模式、手动模式下进行与加速请求的程度大时相同的步骤S6的处理，是由于在这些模式下，与防止冲击相比更重视针对操作的响应。
[0044]在步骤S3中自动变速机4没有被设定为手动模式的情况下，控制器12在步骤S4中判断内燃发动机6的启动请求是否来源于由混合动力驱动系统发出的启动请求。在此，将基于除驾驶员的加速请求以外的理由的内燃发动机6的启动全部设为来源于系统请求。在来源于系统请求的内燃发动机6的启动中包括电池的充电等用于维持混合动力驱动系统的内燃发动机6的启动。
[0045]在步骤S4的判断为肯定的情况下，与步骤S6同样地，控制器12在步骤S5中基于加速踏板开度APO决定参数t、R、h，基于参数t、R、h设定目标马达扭矩。在此，步骤S5中使用的参数t、R、h的对应图与步骤S6中使用的对应图相比，被设定为相对于相同的加速踏板开度APO提供更大的t、更小的h以及更小的R。该对应图也被预先存储到ROM。
[0046]其结果，在步骤S5中根据参数t、R、h计算的电动发电机I的目标马达扭矩与在步骤S6中决定的目标马达扭矩相比，额外增加的开始滞后，额外增加的绝对量变小，且目标马达扭矩达到额外增加的绝对量的速度也变慢。作为结果，电动发电机I的目标马达扭矩的增大停留在缓慢且小的量，因此不会发生由电动发电机I的马达扭矩的急剧增大而导致的冲击，驾驶员、同乘者也不会由于冲击而感到不适。
[0047]另一方面，在步骤S4的判断为否定的情况下，与步骤S6同样地，控制器12在步骤S7中基于加速踏板开度APO决定参数t、R、h，基于参数t、R、h设定目标马达扭矩。在此，在步骤S7中使用的参数t、R、h的对应图被设定为提供中程度的t、中程度的h以及中程度的R。所谓中程度，是指在步骤S5中使用的对应图所提供的参数t、R、h和在步骤S6中使用的对应图所提供的参数t、R、h的各自的中间值。该对应图也被预先存储到ROM。控制器12像这样在步骤S5、S6以及S7中使用不同的对应图。
[0048]在步骤S7中设定的目标马达扭矩的额外增加开始时间t、额外增加量h以及达到额外增加量的速度R分别为在步骤S5中设定的值和在步骤S6中设定的值的中间值。步骤S7所执行的是驾驶员的加速请求，并且是加速请求的程度不大的情况。在这种情况下，通过在参数中采用中间值，能够一边在某种程度上抑制由启动内燃发动机6引起的冲击，一边获得某种程度的加速响应。在步骤S5、S6以及S7中的任一步骤的处理之后，控制器12结束例程。
[0049]参照图3A-图3E来说明图2的发动机启动控制例程的执行的结果。该图表示在图2的例程中进行了步骤S6的处理的情况。
[0050]当参照图3A时，在从怠速行驶状态起加速踏板开度增加之后的时刻tl，控制器12决定启动内燃发动机6。在该时间点,如图3E所示那样,第一摩擦接合元件5的传递扭矩是零。另一方面，控制器12使利用液压单元8向第二摩擦接合元件3供给的液压降低，从而使第二摩擦接合元件3的传递扭矩减小。
[0051]图2的例程的步骤S6的处理的结果是，如图3D所示，在从时刻tl起经过了时间t的时间点，电动发电机I的目标马达扭矩开始额外增加。以速度R额外增加，在达到额外增加量h之后，目标扭矩与图的虚线保持平行地增大。
[0052]在时刻t2之后，如图3E所示，控制器12使从液压供给单元9向第一摩擦接合元件5供给的液压上升，使第一摩擦接合元件5在滑动模式下进行动作。同样地，如图3D所示，控制器12使从液压单元8向第二摩擦接合元件3供给的液压上升，使第二摩擦接合元件3在滑动模式下进行动作。另外，如图3C所示，控制器12在时刻t2之后将与电动发电机I有关的控制的对象从扭矩切换为转速。也就是说，使基于电动发电机I的目标扭矩的控制结束，转移到基于电动发电机I的目标转速的控制。因而，从时刻t2到t3的期间的马达扭矩的变化是转速控制的结果。
[0053]在时刻t3，控制器使液压供给单元8的供给液压进一步上升，使第二摩擦接合元件3趋向接合状态。在时刻t4，内燃发动机6的转速与电动发电机I的转速同步。控制器12使液压供给单元9的供给液压进一步上升而使第一摩擦接合元件5为接合状态。之后，利用成为接合状态的第一摩擦接合元件5和第二摩擦接合元件3，同时使用内燃发动机6和电动发电机I的动力来进行混合动力驱动电动汽车20的运转。
[0054]如上所述，该发动机启动控制装置在驾驶员的加速请求的程度大的情况下启动发动机时，将电动发电机I的目标马达扭矩开始增大的定时的从开始推转起延迟的时间t缩短。也就是说，进一步提前执行电动发电机I的目标马达扭矩的额外增加。因此，能够针对加速请求所需的加速踏板的操作而响应性良好地启动内燃发动机6，并利用内燃发动机6的扭矩使混合动力驱动电动汽车20迅速加速。
[0055]另一方面，在加速请求的程度不大的情况下启动发动机时，与加速请求的程度大的情况相比，将电动发电机I的目标马达扭矩开始增大的定时的从开始推转起延迟的时间t延长。因此，能够抑制由驾驶员不期望的状态下的电动发电机I的扭矩增大而导致的冲击。
[0056]另外，该发动机启动控制装置在驾驶员的加速请求的程度大的情况下启动发动机时，使电动发电机I的目标马达扭矩的额外增加量h增大。通过增大额外增加量h能够进一步提闻加速的响应。
[0057]另外，该发动机启动控制装置在驾驶员的加速请求的程度大的情况下启动发动机时，使达到额外增加量h的速度R增大。通过使到达速度R增大能够进一步提高加速的响应。
[0058]此外，在该实施方式中，三个参数t、h、R均发生变更，但未必需要将这三个全部变更，通过将参数t、h、R中的至少一个变更，能够实现防止加速请求不大时的冲击，并获得与提高加速请求大时的加速响应相称的效果。
[0059]在该实施方式中，根据加速踏板开度APO来判断加速请求的大小，如图4A所示，根据加速踏板开度APO来设定参数t、h、R0因此，能够使驾驶员的加速意图迅速且可靠地反映到电动发电机I的扭矩上。
[0060]在该实施方式中，当在运动模式和手动模式下启动内燃发动机6时，基于与加速请求大的情况相同的对应图来设定参数t、h、R。因此，在这两个模式和经济模式下，提高响应和防止冲击的比重不同，能够进行与乘坐感有关的多种设定。
[0061]在以上的实施方式中，关于驾驶员的加速请求的程度不大的情况，在步骤S4中进一步分为加速请求的程度小的情况和不存在加速请求的情况，关于电动发电机I的扭矩控制，在步骤S5中S7进行不同的处理。然而，也可以不进行步骤S4的判断和步骤S7的处理，在步骤S3的判断为否定的情况下，不论是否存在加速请求都进行步骤S5的处理。
[0062]关于以上说明，在此通过引用而并入2012年3月15日在日本申请的特愿2012-59273号的内容。
[0063]以上，通过特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述各实施方式。对于本领域技术人员来说，在权利要求的技术范围内能够对这些实施方式施加各种修改或者变更。
[0064]产业h的可利用件
[0065]如上所述，根据本发明，关于混合动力驱动电动车辆的内燃发动机的启动，能够防止由加速请求小时的发动机启动引起的冲击，并且提高加速请求大时的车辆的加速响应。因而，能够期待有助于改善混合动力驱动电动车辆的乘车舒适性的效果。
[0066]本发明的实施例所包含的排他的性质或者特征如下那样记载于权利要求中。
【权利要求】
1.一种用于混合动力驱动电动汽车的发动机启动控制装置，应用于具备如下部分的车辆:驱动轮、电动马达、内燃发动机、将电动马达与内燃发动机相连接的第一摩擦接合元件、将电动马达与驱动轮相连接的第二摩擦接合元件以及输入车辆的加速请求的加速踏板，该发动机启动控制装置具备: 加速踏板开度传感器，其检测车辆的加速请求量；以及 可编程的控制器，其被编程为: 在车辆利用电动马达的动力行驶而内燃发动机停止运转的电动车辆模式行驶中，决定使用电动马达的扭矩来进行内燃发动机的启动； 将第二摩擦接合元件控制为彼此滑动并进行扭矩传递的滑动状态； 将电动马达的旋转扭矩经由第一摩擦接合元件输入到内燃发动机； 判断车辆的加速请求量是否超过规定量；以及 与车辆的加速请求量没有超过规定量的情况相比，在车辆的加速请求量超过规定量的情况下，使向内燃发动机输入的电动马达的旋转扭矩增加。
2.根据权利要求1所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 控制器还被编程为:通过电动马达的输出扭矩的额外增加使电动马达向内燃发动机输入的扭矩增加，并且将额外增加的开始定时、额外增加量、达到额外增加量的速度中的至少一个控制为与车辆的加速请求量没有超过规定量的情况不同的值，由此使电动马达的输出扭矩额外增加。
3.根据权利要求2所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 控制器还被编程为:通过使额外增加的开始定时提前来实现电动马达的输出扭矩的额夕卜增加。
4.根据权利要求2或3所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 控制器还被编程为:通过使额外增加量增大来实现电动马达的输出扭矩的额外增加。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 控制器还被编程为:通过使达到额外增加量的速度增加来实现电动马达的输出扭矩的额外增加。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 控制器还被编程为:车辆的加速请求量越大，则将电动马达向内燃发动机输入的扭矩的增加量设定得越大。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 构成为加速踏板开度传感器检测加速踏板的操作速度， 控制器还被编程为:加速踏板的操作速度越快，则将电动马达向内燃发动机输入的扭矩的增加量设定得越大。
8.根据权利要求1所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 构成为混合动力驱动电动汽车能够选择运动模式行驶来作为行驶特性， 控制器还被编程为:在运动模式行驶中启动内燃发动机时，与车辆的加速请求量超过规定量的情况同样地，与车辆的加速请求量没有超过规定量的情况相比，使电动马达向内燃发动机输入的扭矩增加。
9.根据权利要求1所述的发动机启动控制装置，其特征在于， 构成为混合动力驱动电动汽车能够选择手动模式行驶来作为行驶特性， 控制器还被编程为:在手动模式行驶中启动内燃发动机时，与车辆的加速请求量超过规定量的情况同样地，与车辆的加速请求量没有超过规定量的情况相比，使电动马达向内燃发动机输入的扭矩增加。
10.一种用于混合动力驱动电动汽车的发动机启动控制方法，应用于具备如下部分的车辆:驱动轮、电动马达、内燃发动机、将电动马达与内燃发动机相连接的第一摩擦接合元件、将电动马达与驱动轮相连接的第二摩擦接合元件以及输入车辆的加速请求的加速踏板，该发动机启动控制方法包括: 检测车辆的加速请求量； 在车辆利用电动马达的动力行驶而内燃发动机停止运转的电动车辆模式行驶中，决定使用电动马达的扭矩来进行内燃发动机的启动； 将第二摩擦接合元件控制为彼此滑动并进行扭矩传递的滑动状态； 判断车辆的加速请求量是否超过规定量；以及 与车辆的加速请求量没有超过规定量的情况相比，在车辆的加速请求量超过规定量的情况下，使电动马达向内燃发动机输入的扭矩增加。
【文档编号】B60W10/02GK104169151SQ201380014411
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月15日
【发明者】松井弘毅 申请人:日产自动车株式会社