用于混合动力车辆动力单元的控制装置和控制方法
【专利摘要】一种动力单元包括作为原动机的第一旋转电机和第二旋转电机。第一旋转电机、第二旋转电机和驱动轮分别连接到行星齿轮机构的环形齿轮(R)、中心齿轮(S)和载体(C)。当第一旋转电机的永磁体的温度变得接近去磁发生的温度时，减小第一旋转电机的输出(从R1至R2)，以及增大第二旋转电机的输出(从S1至S3)。因此，保持动力单元的总输出(CI)。
【专利说明】用于混合动力车辆动力单元的控制装置和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对于包括多种类型的原动机的混合动力车辆动力单元的控制，其中原动机包括旋转电机。
【背景技术】
[0002]一种包括作为驱动原动机的内燃机和旋转电机的混合动力车辆是众所周知的。在本说明书中，将“旋转电机”用作起到电动机、发电机或电动机和发电机两者的作用的电气装置的通用术语。广泛采用使用永磁体的旋转电机(永磁体型旋转电机)作为用作车辆原动机的旋转电机，因为其具有小尺寸和高功率特性。
[0003]永磁体可能去磁，即，永磁体的磁通密度可能减小。温度和外部磁场被认为是去磁的起因。当向永磁体生成的磁通施加相反的外部磁场时，永磁体的磁通密度减少。在外部磁场的磁通密度小的情况下，永磁体的磁通密度在外部磁场被去除时返回至原始值。然而，当外部磁场的磁通密度大于或等于特定值时，永磁体的磁通密度甚至在外部磁场被去除时也不返回至原始值并且变为比原始值小的值。即，去磁发生。
[0004]在其处或以下这样的去磁未发生的外部磁场的上限被称为矫顽力(coerciveforce) ο即，当大于或等于矫顽力的外部磁场被施加到永磁体时，去磁发生。另外，矫顽力根据温度而变化。例如，已知铁氧体磁体的矫顽力在低温范围内减小。另外，已知钕磁体的矫顽力在高温范围内减少。
[0005]当永磁体型旋转电机的永磁体被去磁时，旋转电机无法展现预定的性能。因而，需要在永磁体的去磁不发生的范围内操作永磁体型旋转电机。因此，在永磁体的矫顽力减少并且去磁发生的操作条件下，可执行用于抑制旋转电机的输出的控制，以使由定子形成的旋转磁场的磁通密度不超过矫顽力。日本专利申请公布第9-289799 (JP 9-289799A)描述了一种用于检测永磁体的温度、然后基于所检测到的温度设置旋转电极的转矩指令的上限以使得去磁不发生的技术。
[0006]当限制旋转电机的输出以便防止永磁体去磁时，车辆的电力性能降低。具体地，当抑制为了提高矫顽力而添加的稀土金属的使用量时，需要进一步限制输出。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种用于混合动力车辆动力单元的控制装置和控制方法，其甚至在旋转电机的永磁体的去磁发生的温度下或者接近该温度时也能抑制动力单元的总输出的减少。
[0008]在本发明的第一方面，混合动力车辆动力单元包括连接到行星齿轮机构的第一元件的第一旋转电机、连接到行星齿轮机构的第二元件的第二旋转电机以及连接到第一旋转电机的内燃机，其中行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮。本发明的第一方面涉及一种用于混合动力车辆动力单元的控制装置。该控制装置包括:温度获取单元，获取第一旋转电机和第二旋转电机中的至少一个的永磁体的温度；以及控制单元，在所获取的温度超出预定范围时，减小旋转电机中的包括其温度超出预定范围的永磁体的一个旋转电机的输出，并且增大旋转电机中的另一个旋转电机的输出。混合动力车辆动力单元包括经由行星齿轮机构彼此相连接的两个旋转电机。第一旋转电机连接到行星齿轮机构的第一元件，第二旋转电机连接到行星齿轮机构的第二元件，以及行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮。此外，动力单元包括连接到第一旋转电机的内燃机。控制动力单元的操作的控制装置包括用于获取该两个旋转电机中的至少一个的永磁体的温度的温度获取装置。此外，控制装置包括如下控制单元:在温度获取装置获取的温度为超出预定范围(即，永磁体的去磁未发生的范围)的温度或者接近该范围之外的温度时，减小旋转电机中的其温度已被获取的一个旋转电机的输出，以及增大旋转电机中的另一个旋转电机的输出。在本发明的第一方面，可以通过减小旋转电机中的该一个旋转电机的输出上限值来减小旋转电机中的该一个旋转电机的输出。
[0009]替代上述控制单元，允许采用如下控制单元:在所获取的永磁体的温度超出预定范围时减小旋转电机中的包括永磁体的一个旋转电机的输出上限值，以及在已通过减小输出上限值来减小旋转电机中的该一个旋转电机的输出时增大旋转电机中的另一个旋转电机的输出。在本发明的第二方面，一种混合动力车辆动力单元包括连接到行星齿轮机构第一元件的第一旋转电机、连接到行星齿轮机构的第二元件的第二旋转电机以及连接到第一旋转电机的内燃机，其中行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮。本发明的第二方面涉及一种用于混合动力车辆动力单元的控制装置。该控制装置包括:温度获取单元，获取第一旋转电机和第二旋转电机中的至少一个的永磁体的温度；以及控制单元，在所获取的温度超出预定范围时，减小旋转电机中的包括其温度超出预定范围的永磁体的一个旋转电机的输出上限值，以及在已通过减小输出上限值来减小旋转电机中的该一个旋转电机的输出时，增大旋转电机中的另一个旋转电机的输出。
[0010]在本发明的第三方面，一种混合动力车辆动力单元包括连接到行星齿轮机构的第一元件的第一旋转电机、连接到行星齿轮机构的第二元件的第二旋转电机以及连接到第一旋转电机的内燃机，其中行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮。本方面的第三方面涉及一种用于混合动力车辆动力单元的控制方法。该控制方法包括:获取第一旋转电机和第二旋转电机中的至少一个的永磁体的温度；以及在所获取的温度超出预定范围时，减小旋转电机中的包括其温度超出预定范围的永磁体的一个旋转电机的输出，以及增大旋转电机中的另一个旋转电机的输出。
[0011]根据本发明的各方面，可以通过减小假设发生去磁的旋转电机的输出以及增大另一旋转电机的输出来防止永磁体去磁、同时抑制动力单元的总输出的减少。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]以下将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似附图标记表示相似元件，并且在附图中:
[0013]图1是示出根据本发明的混合动力车辆动力单元的配置的框图；
[0014]图2是示出行星齿轮机构的三个元件的输出之间的相关性的视图；
[0015]图3是示出防止去磁的处理的流程图；以及
[0016]图4是示出防止去磁的另一处理的流程图。
【具体实施方式】
[0017]下文中，将参照附图描述本发明的实施例。图1是示出用于混合动力车辆的动力单元10的示意性配置的框图。动力单元10包括三个原动机。一个原动机是内燃机12，以及剩余的两个原动机是旋转电机14、16。内燃机12可以是例如奥托循环发动机或柴油机。在本实施例中，两个旋转电机均是使用永磁体作为场磁体的永磁体型旋转电机，并且具体地均可以是永磁体型同步机。
[0018]两个旋转电机分别连接到行星齿轮机构18的三个元件中的两个元件，并且另一个元件连接到驱动轮。在本实施例中，旋转电机14连接到行星齿轮机构18的环形齿轮20，并且另一旋转电机16连接到中心齿轮22。下文中，连接到环形齿轮20的旋转电机被称为第一旋转电机14，并且连接到中心齿轮22的旋转电机被称为第二旋转电机16。载体26 (即，行星齿轮机构18的第三元件)用作输出元件。第三元件支撑与环形齿轮20和中心齿轮22啮合的行星小齿轮24，以使得行星小齿轮24可旋转。例如，输出齿轮28耦合到载体26，并且将动力从输出齿轮28经由齿轮系、差动单元等传送到驱动轮。在执行再生制动的情况下，来自载体26的输入被传送到两个旋转电机中的至少一个，并且产生电力。
[0019]第一离合器30设置在内燃机12的输出轴(曲轴)与第一旋转电机14的输出轴(转子轴)之间。通过连接第一离合器30，内燃机12的输出轴和第一旋转电机14的输出轴一体地旋转。通过断开第一离合器30，第一旋转电机14能够独立于内燃机12进行操作。第二离合器32和致动器34设置在第一旋转电机14与环形齿轮20之间。通过连接第二离合器32，第一旋转电机14和环形齿轮20 —体地旋转。另一方面，当断开第二离合器32时，环形齿轮20和第一旋转电机14可彼此隔离。通过啮合制动器34，可以固定环形齿轮20以使环形齿轮20不旋转。
[0020]动力单元10包括控制单元36，该控制单元控制内燃机12、第一旋转电机14和第二旋转电机16、第一离合器30和第二离合器32以及制动器34的操作。控制单元36获取驾驶者的请求、车辆的行驶状态以及动力单元10的操作状态，并且基于这些信息来执行控制。驾驶者的请求可例如基于驾驶者对操作器(诸如加速器踏板3和制动器踏板40)进行的操作或操作量来获取。车辆的行驶状态可以例如由检测车辆的行驶速度的车辆速度传感器41获取。另外，通过将车轮的旋转速度彼此进行比较，还可以获取例如车辆正在防滑路面上行驶的信息。动力单元10的操作状态可从设置在动力单元10的预定部分处的各个传感器获取。传感器的示例包括检测冷却剂温度的温度传感器、检测内燃机12的进气管的压力的传感器、检测废气中的氧气等的浓度的传感器等。另外，还获取向两个旋转电机14、16提供电力的二次电池的电荷状态作为指示动力单元10的操作状态的信息。用于动力单元10的控制装置包括用于获取输入到控制单元36的这些信息的装置以及控制单元36。
[0021]用于动力单元10的控制装置包括用于获取第一旋转电机14的永磁体的温度和第二旋转电机16的永磁体的温度的装置。上述装置包括温度传感器以及计算装置，温度传感器分别检测第一旋转电机14的冷却剂的温度和第二旋转电机16的冷却剂的温度，计算装置用于基于对应的温度传感器检测到的温度来估计每个永磁体的温度。控制单元36执行预定处理。因而，控制单元36起到用于估计每个永磁体的温度的计算装置的作用。
[0022]为了获取每个永磁体的温度，期望将对应的温度传感器设置成使得该温度传感器与对应的永磁体直接接触；然而，这由于例如对布局的限制而不那么容易。具体地，在永磁体布置在旋转电机的转子上的情况下，用于从转子接收信号的配置导致复杂装置，因此直接检测永磁体的温度不现实。在本实施例中，基于与永磁体的温度相关的冷却剂的温度来估计永磁体的温度。润滑剂也可用作冷却剂。进行估计可使用的温度可以是与冷却剂温度不同的旋转电机的定子的温度，例如，线圈的温度。用于检测冷却剂的温度的传感器设置在旋转电机14、16中的每一个处。下文中，与第一旋转电机14相对应地设置的温度传感器被称为第一温度传感器42，以及与第二旋转电机16相对应地设置的温度传感器被称为第二温度传感器44。第一温度传感器42检测到的温度与永磁体温度之间的对应关系以及第二温度传感器44检测到的温度与永磁体温度之间的对应关系预先存储在控制单元36中作为对应关系数据表。控制单元36基于所检测到的温度和所存储的对应关系来计算每个永磁体的温度。
[0023]动力单元10能够通过控制第一离合器30和第二离合器32以及制动器34的操作来实现各种操作模式。一种操作模式是使得动力单元10起到串联式混合动力的作用的模式。通过断开第二离合器32，可以在内燃机12和第一旋转电机14与驱动轮隔离的状态下操作内燃机12和第一旋转电机14。通过连接第一离合器30，可以通过利用内燃机12驱动第一旋转电机14来操作作为发电机的第一旋转电机14。所产生的电力可以储存在二次电池(未示出)中。另外，可以通过利用所产生的电力驱动第二旋转电机16来推动车辆。此时，通过啮合制动器34固定环形齿轮20。
[0024]在使得动力单元10起到并联式混合动力的作用的模式下，连接第一离合器30和第二离合器32，并且释放致动器34。内燃机12经由第一旋转电机14连接至环形齿轮20，并且可以利用内燃机以及第一旋转电机14、和第二旋转电机16中的一个或两个来驱动车辆。此时，还可以通过使得第一旋转电机14作为发电机进行操作来对二次电池进行充电。
[0025]此外，当使得动力单元10以电气模式进行操作时，断开第二离合器32，并且啮合致动器34。通过利用来自二次电池的电力驱动第二旋转电机16来推动车辆。另外，可以利用第一旋转电机14和第二旋转电机16来驱动车辆。在这种情况下，断开第一离合器30，连接第二离合器32，并且释放制动器34。
[0026]图2是示出在两个旋转电机14、16之一的永磁体的去磁发生的温度条件的情况下调整旋转电机14、16的输出的视图。下文中，将描述永磁体的去磁在高温范围中发生的情况。
[0027]在图2中，纵轴分别表示行星齿轮机构18的三个元件的输出。在曲线图中，左侧S轴表示连接到中心齿轮22的第二旋转电机16的输出，中间C轴表示载体26的输出，以及右侧R轴表示连接到环形齿轮20的内燃机12和/或第一旋转电机14的输出。R轴的输出是第一旋转电机14的输出与内燃机12的输出之和。下文中，为了简化，将描述仅第一旋转电机14输出电力的情况。
[0028]在某一时间点处的三个元件的输出存在于与图2的纵轴相交的直线上。即，用于将载体26的输出设置为特定值的第一旋转电机14和第二旋转电机16的输出由通过指示载体26的输出的特定值的在C轴处的点(例如，点Cl)的直线(例如，直线ml或直线m3)与S轴和R轴的交叉点(例如，点R1、S1、点R2、S3)指示。因而，存在用于将载体26的输出设置为特定值的第一旋转电机14和第二旋转电机16的输出的无限数量的组合。
[0029]当一个旋转电机(例如，第一旋转电机14)的永磁体的温度超过被设置为去磁发生的条件的预定温度或者变得接近预定温度时，第一旋转电机14的输出减小至去磁未发生的值，并且另一旋转电机16的输出增大。期望确定第二旋转电机16的输出的增加量以使得保持载体26的输出。
[0030]图3是在控制单元36中执行的防止永磁体去磁的处理的流程图。在初始阶段，行星齿轮机构18的三个元件的输出(R1，Cl，SI)存在于直线ml上。基于来自第一温度传感器42的信号来计算第一旋转电机14的永磁体的温度(S100)。确定所算出的温度是否高于或等于预定值(S102)。当做出否定的确定时，处理结束。当温度高于或等于预定值时，将第一旋转电机的输出从Rl减小至R2(S104)。预先确定减小量与算出的温度之间的相关性。为了对第一旋转电机14的输出的减小进行补偿，将第二旋转电机16的输出从SI增大至S3(S106)。通过将第二旋转电机16的输出增大至S3来保持载体26的输出Cl。
[0031]图4是防止去磁的处理的另一示例的流程图。在初始阶段，行星齿轮机构18的三个元件的输出(R1，C1，S1)存在于直线ml上。基于来自第一温度传感器42的信号来计算第一旋转电机14的永磁体的温度(S200)。确定所算出的温度是否高于或等于预定值(S202)。当做出否定的确定时，处理结束。当温度高于或等于预定值时，减小第一旋转电机14的输出上限值(S204)。输出上限值是在其处或以下去磁在所算出的温度下没有发生的输出的上限值，并且第一旋转电机14的输出恒定地控制为在上限值处或以下。当基于另一条件(诸如驾驶者的请求)计算出的第一旋转电机14的输出变得高于或等于上限值时，第一旋转电机14的输出减小至上限值。确定第一旋转电机14的输出是否已减小(S206)。当做出否定的确定时，处理结束。当第一旋转电机14的输出从Rl减小至R2时，将第二旋转电机16的输出从SI增大至S3 (S208)。通过将第二旋转电机16的输出增大至S3来保持载体26的输出Cl。
[0032]上述的两个处理流程图示出了在第一旋转电机14的永磁体的温度升高的情况下的处理。然而，这些处理流程图也可适用于第二旋转电机16的永磁体的温度升高的情况，并且可以利用第一旋转电机14来对第二旋转电机16中所减小的输出进行补偿。
[0033]在上述实施例中，两个旋转电机均是永磁体类型旋转电机。然而，还可以在两个旋转电机之一是不使用永磁体的旋转电机(诸如，磁阻型旋转电机和电感旋转电机)的动力单元中类似地执行控制。即，可以如下实现。获取两个旋转电机之间的永磁体型旋转电机的永磁体的温度。当温度超过去磁发生的温度或者变得接近该温度时，减小永磁体型旋转电机的输出，并且通过不使用永磁体的旋转电机的输出来对减小后的输出进行补偿。
[0034]用于获取对应的永磁体的温度的每个温度传感器可以是检测另一部分(诸如旋转电机的线圈)的温度的传感器。
[0035]另外，行星齿轮机构的哪些元件分别连接到两个旋转电机和驱动轮不限于上述实施例并且可以被选择。
【权利要求】
1.一种用于混合动力车辆动力单元的控制装置，所述混合动力车辆动力单元包括连接到行星齿轮机构的第一元件的第一旋转电机、连接到所述行星齿轮机构的第二元件的第二旋转电机以及连接到所述第一旋转电机的内燃机，其中所述行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮，所述控制装置包括: 温度获取单元，获取所述第一旋转电机和所述第二旋转电机中的至少一个的永磁体的温度；以及 控制器，在所获取的温度超出预定范围时，减小所述旋转电机中的包括其温度超出所述预定范围的永磁体的一个旋转电机的输出，以及增大所述旋转电机中的另一个旋转电机的输出。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中， 通过减小所述旋转电机中的所述一个旋转电机的输出上限值来减小所述旋转电机中的所述一个旋转电机的输出。
3.一种用于混合动力车辆动力单元的控制装置，所述混合动力车辆动力单元包括连接到行星齿轮机构的第一元件的第一旋转电机、连接到所述行星齿轮机构的第二元件的第二旋转电机以及连接到所述第一旋转电机的内燃机，其中所述行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮，所述控制装置包括: 温度获取单元，获取所述第一旋转电机和所述第二旋转电机中的至少一个的永磁体的温度；以及 控制器，在所获取的温度超出预定范围时减小所述旋转电机中的包括其温度超出所述预定范围的永磁体的一个旋转电机的输出上限值，以及在已通过减小所述输出上限值来减小所述旋转电机中的所述一个旋转电机的输出时增大所述旋转电机中的另一个旋转电机的输出。
4.一种用于混合动力车辆动力单元的控制方法，所述混合动力车辆动力单元包括连接到行星齿轮机构的第一元件的第一旋转电机、连接到所述行星齿轮机构的第二元件的第二旋转电机以及连接到所述第一旋转电机的内燃机，其中所述行星齿轮机构的第三元件连接到驱动轮，所述控制方法包括: 获取所述第一旋转电机和所述第二旋转电机中的至少一个的永磁体的温度；以及 在所获取的温度超出预定范围时，减小所述旋转电机中的包括其温度超出所述预定范围的永磁体的一个旋转电机的输出，以及增大所述旋转电机中的另一个旋转电机的输出。
【文档编号】B60W20/00GK104470745SQ201380032665
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】宫本知彦, 池本正幸, 仓本守, 八木教行 申请人:丰田自动车株式会社