专利名称：原动机控制装置和原动机控制方法
技术领域：
本发明涉及一种原动机控制装置和一种原动机控制方法。更具体地说，本发明涉及一种控制安装在车辆上且向与驱动轮连接的驱动轴输出动力的原动机的原动机控制装置以及一种相应的原动机控制方法。
背景技术：
一种被提出的原动机控制装置在由于从原动机(电机)输出的转矩使驱动轮空转而发生滑动时限制从该原动机输出给驱动轴的转矩(参见，例如，日本专利公报特开平10-304514)。这种现有原动机控制装置在驱动轮的角加速度(即，角速度的时间变化率)大于一预设阈值时检测出发生滑动，并降低从该原动机输出的转矩以抑制滑动。
本发明的申请人先前已提出了一技术用以防止这种滑动的重复发生和收敛(convergence)。此被提出技术在驱动轮的角加速度大于一预设阈值时限制从原动机输出的转矩，并在转矩限制将该角加速度降低至预设阈值以下且满足一预定解除条件时解除该转矩限制(参见日本专利公报特开平2001-295676)。
发明内容
本发明的原动机控制装置及相应的原动机控制方法旨在消除现有技术的缺陷并有效防止滑动的重复发生和收敛。本发明的原动机控制装置及相应的原动机控制方法还旨在将输出给驱动轴的转矩控制到与滑动状态相对应的适当水平而不过度限制转矩。
至少部分的以上及其它相关目的由采用下述方案的本发明原动机控制装置及相应的原动机控制方法实现。
一种本发明的原动机控制装置驱动和控制安装在车辆上且向与驱动轮连接的驱动轴输出动力的原动机，该原动机控制装置包括角加速度测量模块，其测量驱动轴或原动机的转动轴的角加速度；第一滑动检测模块，其基于所测量的角加速度检测由驱动轮的空转造成的滑动；第一转矩限制控制模块，其响应于利用第一滑动检测模块对滑动的检测而限制转矩输出，并利用该受限的转矩输出控制原动机以抑制滑动；第一积分模块，其对利用角加速度测量模块测量的角加速度求积分，以算出其从利用第一滑动检测模块检测到滑动起的时间积分；以及第一转矩恢复控制模块，其响应于滑动的至少抑制趋势且根据由第一积分模块算出的角加速度的时间积分恢复利用第一转矩限制控制模块限制的转矩输出，并利用该恢复的转矩限制控制原动机。
响应于基于所测量的驱动轴或转动轴的角加速度检测到由于该驱动轴空转造成的滑动，本发明的原动机控制装置限制转矩输出并利用该受限的转矩输出控制原动机以抑制滑动。该原动机控制装置求角加速度的积分以算出其从检测到滑动起的时间积分。响应于滑动的至少抑制趋势，该原动机控制装置根据角加速度的时间积分恢复受限的转矩输出，并利用该恢复的转矩输出控制原动机。可预料的是，从检测到滑动起的角加速度的时间积分反映了滑动状态。根据角加速度的时间积分且响应于滑动的至少抑制趋势来恢复在发生滑动受到限制的转矩输出有效防止发生再滑动。
在本发明原动机控制装置的一个优选实施例中，第一滑动检测模块比较由角加速度测量模块测量的角加速度与一预设阈值以检测滑动，以及第一积分模块求角加速度在当所测量的角加速度一旦超过预设阈值时与所测量的角加速度再次减小到预设阈值以下时的积分区间上的积分。此实施例的原动机控制装置准确检测当前滑动状态，并恢复受限的转矩输出。
在本发明原动机控制装置的另一优选实施例中，第一转矩恢复控制模块根据角加速度的时间积分改变受限转矩输出的恢复程度，并利用该恢复程度发生变化的转矩输出控制原动机。在此实施例的原动机控制装置中，相对于角加速度的时间积分的增大，第一转矩恢复控制模块以更低的受限转矩输出的恢复程度控制原动机。此实施例的原动机控制装置响应于驱动轴的角加速度的时间积分越大(这指示发生再滑动的可能性越高)而设定更低的受限转矩输出的恢复程度，同时响应于驱动轴的角加速度的时间积分越小(这指示发生再滑动的可能性越低)而设定更高的受限转矩输出的恢复程度。这种设置确保将受限转矩输出恢复到适当水平以防止发生再滑动。此外，在此实施例的原动机控制装置中，第一转矩恢复控制模块基于角加速度的时间积分设定在恢复受限转矩输出时的最大转矩，并以所设定的最大转矩作为上限值控制原动机。
在本发明原动机控制装置的又一个优选实施例中，第一转矩恢复控制模块响应于在预设时间段内由角加速度测量模块持续测量到角加速度的负值而恢复受限的转矩输出，并利用该恢复的转矩输出控制原动机。
此外，在本发明原动机控制装置的另一个优选实施例中，第一转矩限制控制模块根据所测量的角加速度改变转矩输出的限制程度，并利用该限制程度发生变化的转矩输出控制原动机。此实施例的原动机控制装置有效地根据滑动程度限制从原动机输出的转矩。在此实施例的原动机控制装置中，相对于所测量的角加速度的增大，第一转矩限制控制模块以更高的转矩输出的限制程度控制原动机。在此实施例的原动机控制装置中，第一转矩限制控制模块基于所测量的角加速度设定在限制转矩输出时的最大转矩，并以所设定的最大转矩作为上限值控制原动机。
此外，在本发明原动机控制装置的另一个优选实施例中，车辆具有由驱动轮驱动的从动轮。该原动机控制装置还包括驱动轮转速测量模块，其测量驱动轮的转速；从动轮转速测量模块，其测量从动轮的转速；第二滑动检测模块，其基于所测量的驱动轮的转速与所测量的从动轮的转速之间的轮速差检测由于驱动轮空转造成的滑动；以及第二转矩限制控制模块，其响应于利用第二滑动检测模块对滑动的检测而限制转矩输出，并利用该受限的转矩输出控制原动机以抑制该滑动。此实施例的原动机控制装置基于驱动轮的转速与从动轮的转速之间的轮速差检测到利用驱动轴的角加速度的变化不能检测到的滑动，并抑制所检测到的滑动。
在一个设计为基于驱动轮转速与从动轮转速之间的轮速差来检测滑动的本发明原动机控制装置的优选实施例中，原动机控制装置还包括第二积分模块，其对所测量的驱动轮的转速与所测量的从动轮的转速之间的轮速差求积分，以算出其从利用第二滑动检测模块检测到滑动起的时间积分。该第二转矩限制控制模块根据轮速差的时间积分限制转矩输出，并利用受限的转矩输出控制原动机。此实施例的原动机控制装置根据轮速差的时间积分准确检测滑动程度，从而适当限制从原动机输出的转矩。在此实施例的原动机控制装置中，第二滑动检测模块比较轮速差与预设阈值以检测滑动，以及第二转矩限制控制模块根据从轮速差大于预设阈值起的轮速差的时间积分限制转矩输出，并利用受限的转矩输出控制原动机。此外，在本发明的原动机控制装置中，第二转矩限制控制模块根据轮速差的时间积分改变转矩输出的限制程度，并利用限制程度发生变化的转矩输出控制原动机。这种设置有效地根据滑动程度限制从原动机输出的转矩。在本发明的原动机控制装置中，相对于轮速差的时间积分的增大，第二转矩限制控制模块以更高的转矩输出的限制程度控制原动机。
在一个设计为比较驱动轮转速与从动轮转速之间轮速差与预设阈值以检测滑动的本发明原动机控制装置的优选实施例中，原动机控制装置还包括第二转矩恢复控制模块，当利用第二滑动检测模块比较的结果显示轮速差减小到预设阈值以下时，其恢复利用第二转矩限制控制模块限制的转矩输出，并利用该恢复的转矩限制控制原动机。这种设置有效防止发生再滑动。
本发明的原动机控制方法驱动驱动和控制安装在车辆上且给与驱动轮连接的驱动轴输出动力的原动机，该原动机控制方法包括步骤(a)测量驱动轴或原动机的转动轴的角加速度；(b)基于所测量的角加速度检测由驱动轮空转造成的滑动；(c)响应于由步骤(b)对滑动的检测，限制转矩输出，并利用该受限的转矩输出控制原动机以抑制滑动；(d)对由步骤(a)测量的角加速度求积分，以算出其从利用步骤(b)检测到滑动起的时间积分；以及(e)响应于滑动的至少抑制趋势且根据由步骤(d)算出的角加速度的时间积分恢复利用步骤(c)限制的转矩输出，并利用该恢复的转矩限制控制原动机。
在本发明原动机控制方法的一个优选实施例中，步骤(b)比较由步骤(a)测量的角加速度与预设阈值以检测滑动，以及步骤(d)求角加速度在当所测量的角加速度一旦超过预设阈值时与所测量的角加速度再次减小到预设阈值以下时的积分区间上的积分。
在本发明原动机控制方法的另一个优选实施例中，步骤(e)根据角加速度的时间积分改变利用步骤(c)限制的转矩输出的恢复程度，并利用该恢复程度发生变化的转矩输出控制原动机。在此实施例的原动机控制方法中，相对于角加速度的时间积分的增大，步骤(e)以更低的受限转矩输出的恢复程度控制原动机。此外，在此实施例的原动机控制方法中，步骤(e)基于角加速度的时间积分设定在恢复受限转矩输出时的最大转矩，并以所设定的最大转矩作为上限值控制原动机。
在本发明原动机控制方法的又一个优选实施例中，步骤(e)响应于在预设时间段内利用步骤(a)持续测量到角加速度的负值而恢复受限的转矩输出，并利用该恢复的转矩输出控制原动机。
本发明技术不限于上述原动机控制装置或者对应的原动机控制方法，而是还可实施为配置有本发明的原动机和原动机控制装置的车辆。
图1示意性地示出在本发明的一个实施例中配置有原动机控制装置20的电动车10的构造；图2是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的原动机驱动控制程序的流程图；图3是示出原动机转矩要求Tm*相对于车速V和加速器开度Acc的变化的映射图；图4是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的滑动状态判定程序的流程图；图5是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的滑动发生状态控制程序的流程图；图6是示出最大转矩Tmax相对于原动机12的角加速度α的变化的映射图；图7是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的滑动收敛状态控制程序的流程图；图8是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的转矩恢复限制量δ1设定程序的流程图；图9示出随着原动机12的转动轴的角加速度α的变化，从原动机12输出的转矩的变化；图10示出相对于角加速度α设定原动机12的最大转矩Tmax；图11是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的微小滑动发生状态控制程序的流程图；图12是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的转矩限制量δ2设定程序的流程图；图13是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的微小滑动收敛状态控制程序的流程图；图14示出随着驱动轮18a和18b与从动轮19a和19b之间轮速差ΔV的变化，从原动机12输出的转矩的变化；图15示出相对于轮速差ΔV的时间积分设定原动机12的最大转矩Tmax；图16示意性地示出混合动力车110的构造；图17示意性地示出混合动力车210的构造；以及图18示意性地示出混合动力车310的构造。
具体实施例以下描述作为优选实施例的一个本发明实施方式。图1示意性地示出在本发明的一个实施例中配置有原动机控制装置20的电动车10的构造。如所示，该实施例的原动机控制装置20构造用以驱动和控制原动机12，该原动机12采用从电池16经由逆变器电路14供应的电能并将该能量输出给与电动车10的驱动轮18a，18b连接的驱动轴。原动机控制装置20包括测量原动机12的转动轴的转角θ的转角传感器22、测量车辆10的驱动速度的车速传感器24、分别测量驱动轮(前轮)18a和18b以及由该驱动轮18a和18b驱动的从动轮(后轮)19a和19b的轮速的轮速传感器26a，26b，28a和28b、检测驾驶员的各种操作的各种传感器(例如，检测换档杆31的驾驶员设定位置的换档位置传感器32、检测加速器踏板33的驾驶员踏下量(加速器开度)的加速器踏板位置传感器34、以及检测制动器踏板35的驾驶员踏下量(制动器开度)的制动器踏板位置传感器36)、以及控制该装置的各个组件的电子控制单元40。
原动机12例如是已知的既用作电动机又用作发电机的同步电动发电机。逆变器电路14包括多个将来自电池16的电能供应转换为适于驱动原动机12的另一种形式电能的转换元件。原动机12和逆变器电路14的构造是本领域公知的且不是本发明的关键部分，因此这里不详细描述。
电子控制单元40构造为包括CPU42、存储处理程序的ROM44、暂时存储数据的RAM46以及输入和输出口(未示出)的微处理器。电子控制单元40经由输入口接收由转角传感器22测量的原动机12的转动轴的转角、由车速传感器24测量的车辆10的车速V、由轮速传感器26a，26b，28a和28b测量的驱动轮18a和18b的轮速Vf1和Vf2和从动轮19a和19b的轮速Vr1和Vr2、由换档位置传感器32检测的换档位置、由加速器踏板位置传感器34检测的加速器开度Acc、以及由制动器踏板位置传感器36检测的制动器开度。电子控制单元40经由输出口给逆变器电路14的转换元件输出控制信号例如转换控制信号以驱动和控制原动机12。
本说明书有关如上述构成的原动机控制装置20的操作，尤其是在由于车辆10的驱动轮18a和18b空转而发生滑动时驱动和控制原动机12的一系列操作。图2是示出由该实施例的原动机控制装置20中的电子控制单元40执行的原动机驱动控制程序的流程图。此控制程序以预定的时间间隔(例如，每隔8秒)重复执行。
在原动机驱动控制程序开始时，电子控制单元40的CPU42首先输入来自加速器踏板位置传感器34的加速器开度Acc、来自车速传感器24的车速V、来自轮速传感器26a，26b，28a和28b的轮速Vf和Vr、以及由转角传感器22测量的转角θ算出的原动机转速Nm(步骤S100)。在此实施例中，轮速Vf和Vr分别代表由轮速传感器26a和26b测量的轮速Vf1和Vf2的平均值以及由轮速传感器28a和28b测量的轮速Vr1和Vr2的平均值。车速V在此实施例中由车速传感器24测量，但选择性地也可由轮速传感器26a，26b，28a和28b测量的轮速Vf1，Vf2，Vr1和Vr2算出。
接着，CPU42根据输入的加速器开度Acc和输入的车速V设定原动机12的转矩要求Tm*(步骤S102)。在此实施例中设定原动机转矩要求Tm*的具体方法是将原动机转矩要求Tm*相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为映射图预先存储在ROM44中，然后从该映射图读取对应于给定加速器开度Acc和车速V的原动机转矩要求Tm*。此映射图的一个例子示出在图3中。
随后，CPU42由在步骤S100输入的原动机转速Nm计算角加速度α(步骤S104)，以及由在步骤S100输入的平均轮速Vf和Vr计算轮速差ΔV(步骤S106)。在此实施例中，角加速度α的计算是用在该程序的当前循环中输入的当前转速Nm减去在该程序的前次循环中输入的前次转速Nm(当前转速Nm-前次转速Nm)。在此实施例中，轮速差ΔV的计算是用轮速Vf1和Vf2的平均值Vf减去轮速Vr1和Vr2的平均值Vr(Vf-Vr)。角加速度α的单位是[rpm/8msec]，因为在此实施例中该程序的执行间隔是8msec，这里转速Nm用每分钟转数[rpm]来表示。角加速度α可采用任何其它适当单位，只要角加速度α表示为转速的时间函数。为使潜在误差减到最小，角加速度α和轮速差ΔV可以是在该程序的预定次数(例如，3)循环中算出的角加速度的平均值和轮速差的平均值。
CPU42基于算出的角加速度α和算出的轮速差ΔV判定驱动轮18a和18b的滑动状态(步骤S108)。滑动状态的判定遵循图4所示的滑动状态判定程序。暂停对图2所示原动机驱动控制程序的描述，而首先描述图4所示滑动状态判定程序。在滑动状态判定程序开始时，电子控制单元40的CPU42比较在图2所示控制程序的步骤S104处算出的角加速度α与指示由于空转发生滑动的预设阈值αslip(步骤S130)。当算出的角加速度α大于预设阈值αslip时，CPU42就判定轮18a和18b上发生滑动，并将表示滑动发生的滑动发生标记F1设定为值‘1’(步骤S132)，之后退出此滑动状态判定程序。另一方面，当算出的角加速度α不大于预设阈值αslip时，CPU42判定滑动发生标记F1是否等于1(步骤S134)。当滑动发生标记F1等于1时，CPU42随后判定算出的角加速度α是否为负且该负角加速度α是否已保持预设时间段(步骤S136)。当算出的角加速度α为负且该负角加速度α已保持预设时间段时，CPU42判定驱动轮18a和18b上发生滑动收敛，并将滑动收敛标记F2设定为‘1’(步骤S138)，之后退出此滑动状态判定程序。另一方面，当在滑动发生标记F1设定为值‘1’的情况下算出的角加速度α不为负或者该负角加速度α未保持预设时间段时，CPU42判定没有滑动收敛并终止此滑动状态判定程序。
当算出的角加速度α不大于预设阈值αslip且滑动发生标记F1不等于1时，基于角加速度α的判定结果显示未发生滑动。然后，比较在图2所示控制程序的步骤S106处算出的轮速差ΔV与预设阈值Vslip(步骤S140)。当算出的轮速差ΔV大于预设阈值Vslip时，CPU42判定由于角加速度α的略微增大而发生微小滑动，并将微小滑动发生标记F3设定为值‘1’(步骤S142)，之后退出此滑动状态判定程序。另一方面，当算出的轮速差ΔV不大于预设阈值Vslip时，CPU42判定微小滑动发生标记F3是否等于1(步骤S144)。当微小滑动发生标记F3等于1时，CPU42判定发生在驱动轮18a和18b上的微小滑动收敛，并将微小滑动收敛标记F4设定为‘1’(步骤S146)，之后退出此滑动状态判定程序。本实施例的程序基于轮速差ΔV判定驱动轮18a和18b的滑动状态，因为即使在角加速度α未充分增大到指示发生较大滑动时，驱动轮18a和18b也会由于该轮的一些磨损和路面的某些状况而发生微小空转。
当轮速差ΔV不大于预设阈值Vslip且微小滑动发生标记F3不等于1时，CPU42判定驱动轮18a和18b上未发生任何滑动，并将所有标记F1至F4都设定为值‘0’(步骤S148)，之后退出此滑动状态判定程序。
一旦完成图4所示滑动状态判定程序，程序就返回至图2所示原动机驱动控制程序以根据所判定的滑动状态执行所需的控制(步骤S112至S120)，然后终止该原动机驱动控制程序。所有标记F1至F4都设定为值‘0’指示未发生任何滑动，启动着地控制(步骤S112)。标记F1设定为值‘1’且标记F2设定为值‘0’指示发生较大滑动，启动滑动发生状态控制(步骤S114)。标记F1和F2都设定为值‘1’指示该较大滑动收敛，启动滑动收敛状态控制(步骤S116)。标记F3设定为值‘1’且标记F4设定为值‘0’指示发生微小滑动，启动微小滑动发生状态控制(步骤S118)。标记F3和F4都设定为值‘1’指示该微小滑动收敛，启动微小滑动收敛状态控制(步骤S120)。以下描述各种控制的细节。
着地控制是原动机12的正常驱动控制，其驱动和控制原动机12以确保输出对应于预设转矩要求Tm*的转矩。
滑动发生状态控制驱动和控制原动机12以降低由于发生滑动而增大的角加速度α，且遵循图5所示的滑动发生状态控制程序。电子控制单元40的CPU42首先比较角加速度α与预设峰值αpeak(步骤S150)。当角加速度α大于预设峰值αpeak时，将峰值αpeak更新为角加速度α的当前值(步骤S152)。峰值αpeak代表由于滑动而增大的角加速度α的峰值，且初始设定为等于0。峰值αpeak相继更新为角加速度α的当前值，直至角加速度α增大到其最大值。当增大的角加速度α到达其最大值时，将该增大角加速度α的最大值固定为峰值αpeak。在设定峰值αpeak之后，CPU42设定作为从原动机12输出的转矩上限值且对应于峰值αpeak的最大转矩Tmax(步骤S154)。本实施例的程序参照图6所示映射图来设定最大转矩Tmax。图6示出最大转矩Tmax相对于角加速度α的变化。如此映射图中所示，最大转矩Tmax随着角加速度α的增大而减小。随着角加速度α的增大，峰值αpeak越大即滑动越严重将把越小值设定给最大转矩Tmax，并将原动机12的输出转矩限定为越小的最大转矩Tmax。
在设定最大转矩Tmax之后，比较原动机转矩要求Tm*与最大转矩Tmax(步骤S156)。当原动机转矩要求Tm*大于最大转矩Tmax时，将原动机转矩要求Tm*限定为最大转矩Tmax(步骤S158)。接着，CPU42将原动机转矩要求Tm*设定为目标转矩，同时驱动和控制原动机12以输出对应于目标转矩Tm*的转矩(步骤S160)，之后退出此滑动发生状态控制程序。在发生滑动时从原动机12输出的转矩被限制为较低水平(即，最大转矩Tmax对应于图6所示映射图中角加速度的峰值αpeak)，以立即抑制滑动。这种限制有效地抑制了滑动。
响应于滑动发生状态控制的减小角加速度α，滑动收敛状态控制驱动和控制原动机12以恢复受限制的转矩水平，且其遵循图7所示的滑动收敛状态控制程序。电子控制单元40的CPU42首先输入转矩恢复限制量δ1(用与角加速度相同的单位[rpm/8msec]表示)(步骤S170)。转矩恢复限制量δ1是用于设定通过增大在滑动发生状态控制中已对应于角加速度的峰值αpeak进行限制的最大转矩Tmax从转矩限制恢复时的恢复程度的参数。转矩恢复限制量δ1是根据下述图8中示出的转矩恢复限制量δ1设定程序设定的。当在图4所示滑动状态判定程序的步骤S132处滑动发生标记F1从0变化为1时(即，当算出的角加速度α大于预设阈值αslip时)，执行图8的转矩恢复限制量δ1设定程序。电子控制单元40的CPU42首先输入由利用转角传感器22测量的转角θ算出的原动机转速Nm(步骤S190)，并由输入的原动机转速Nm计算原动机12的角加速度α(步骤S192)。接着，CPU42求角加速度α的积分以算出其在从角加速度α大于预设阈值αslip起的积分区间上的时间积分αint(步骤S194)。在此实施例中，角加速度α的时间积分αint由以下方程(1)算出，其中，Δt代表重复执行下述步骤S190至S194的时间间隔且在此实施例中被设定为等于8msecαint←αint+(α-αslip)·Δt (1)以时间间隔Δt重复执行步骤S190至S194，直至角加速度α减小到小于预设阈值αslip(步骤S196)。即，积分区间在角加速度α大于预设阈值αslip时的时间点与角加速度α小于预设阈值αslip时的时间点之间。通过将时间积分αint乘以预定系数k1来设定转矩恢复限制量δ1(步骤S198)。转矩恢复限制量δ1设定程序在这里终止。此程序通过乘以预定系数k1来计算转矩恢复限制量δ1。一个变化程序可预先准备示出转矩恢复限制量δ1相对于时间积分αint的变化的映射图，并从该映射图读取对应于给定时间积分αint的转矩恢复限制量δ1。
一旦完成图8的转矩恢复限制量δ1设定程序，程序就返回至图7的滑动收敛状态控制程序。在输入转矩恢复限制量δ1之后，如果存在解除转矩恢复限制量δ1的解除要求，CPU42就接收该解除要求(步骤S172)，并判定是否存在该解除要求(步骤S174)。此步骤判定是否输入用以解除作为设定从转矩限制恢复的恢复程度的参数的转矩恢复限制量δ1的要求(用于逐渐增大恢复程度的要求)。本实施例的程序接收解除要求以利用初始设定为等于0且从此程序的第一循环起每经过预设等待时间间隔与预设增量相加的解除量Δδ1解除转矩限制。等待时间间隔和解除量Δδ1的增量可根据驾驶员的解除要求例如根据表示驾驶员转矩输出要求的加速器开度而发生变化。在存在解除要求的情况下，通过将在步骤S170输入的先前设定的转矩恢复限制量δ1减去解除量Δδ1来更新转矩恢复限制量δ1(步骤S176)。另一方面，在不存在解除要求的情况下，即，当从此程序的第一循环起预设等待时间间隔还没有经过且解除量Δδ1等于0时，转矩恢复限制量δ1不更新。参考图6所示映射图，设定对应于转矩恢复限制量δ1且作为从原动机12输出的转矩上限值的最大转矩Tmax(步骤S178)。
在设定最大转矩Tmax之后，比较原动机转矩要求Tm*与预设的最大转矩Tmax(步骤S180)。当原动机转矩要求Tm*大于最大转矩Tmax时，将原动机转矩要求Tm*限定为最大转矩Tmax(步骤S182)。接着，CPU42将原动机转矩要求Tm*设定为目标转矩，同时驱动和控制原动机12以输出对应于目标转矩Tm*的转矩(步骤S184)。在对应于角加速度α的时间积分而设定的转矩恢复限制量δ1的基础上进行原动机12的转矩控制确保将受限转矩恢复到响应于滑动收敛根据当前滑动状态的适当水平。在角加速度α的时间积分大的情况下，这暗示了发生再滑动的可能性高，响应于滑动收敛将转矩恢复水平设定得低。相反，在角加速度α的时间积分小的情况下，这暗示了发生再滑动的可能性低，转矩恢复水平设定得高以有效防止发生再滑动而不过度限制转矩。在原动机12的驱动控制之后，CPU42判定转矩恢复限制量δ1是否不高于0，即，转矩恢复限制量δ1是否完全解除(步骤S186)。在完全解除的情况下，滑动发生标记F1和滑动收敛标记F2都设定为等于0(步骤S188)。然后，程序终止滑动收敛状态控制程序。
图9示出随着原动机12的转动轴的角加速度α的变化，从原动机12输出的转矩的变化。图10示出根据变化的角加速度α设定最大转矩Tmax。图9所示图表中的横轴代表时间轴。在图9所示例子中，角加速度α在时间点t3处大于预设阈值αslip。相应地，响应于在此时间点t3处检测到滑动发生，启动转矩限制控制。最大转矩Tmax被设定为等于与时间点t3处的角加速度α对应的值T3(参见图10(a))。在时间点t5处，角加速度α到达峰值，且最大转矩Tmax被设定为等于低于值T3且与角加速度α的峰值αpeak对应的值T5(参见图10(b))。最大转矩Tmax固定为值T5，直至时间点t10。在滑动发生期间，从原动机12输出的转矩被限制为与最大转矩Tmax对应的较低水平，如图9所示。在时间点t7处，角加速度α再次减小到预设阈值αslip以下。在时间点t3与时间点t7之间的积分区间上即在角加速度α大于预设阈值αslip时的时间点与角加速度α小于预设阈值αslip时的时间点之间的积分区间上求角加速度α的积分。然后，对应于积分后的角加速度α设定用于恢复受限转矩的转矩恢复限制量δ1。在从角加速度α为负起经过预设时间段之后，即在图9所示例子的时间点t11处，转矩控制断定滑动收敛并开始恢复受限的转矩水平。在时间点t11处，最大转矩Tmax被设定为等于高于值T5且与转矩恢复限制量δ1对应的值T11(参见图10(c))。响应于每经过预设等待时间间隔输入的每个转矩恢复限制量δ1的解除要求，逐渐恢复受限的转矩水平。响应于在时间点t14处输入的转矩恢复限制量δ1的解除要求，利用解除量Δδ1解除转矩恢复限制量δ1，且最大转矩Tmax被设定为等于高于值T11且与转矩恢复限制量δ1的解除后水平对应的值T14(参见图10(d))。在滑动收敛期间，由于所设定的最大转矩Tmax增大，从原动机12输出的转矩逐渐增大，如图9所示。
微小滑动发生状态控制驱动和控制原动机12以减小由于发生微小滑动而增大的轮速差ΔV，且遵循图11的微小滑动发生状态控制程序。电子控制单元40的CPU42首先输入转矩限制量δ2(步骤S200)。转矩限制量δ2是用于设定原动机的最大转矩Tmax以消除微小滑动的参数。转矩限制量δ2是根据下述图12所示的转矩限制量δ2设定程序设定的。在当图4所示滑动状态判定程序的步骤S142处微小滑动发生标记F4由0变化为1时的时间点与当微小滑动收敛标记F3由0变化为1时的时间点之间的时间段内，以预设时间间隔(例如，每隔8秒)重复执行图12的转矩限制量δ2设定程序。转矩限制量δ2设定程序首先输入轮速Vf和Vr(步骤S220)，计算作为所输入轮速Vf和Vr之间的差的轮速差ΔV(步骤S222)，并求所算出轮速差ΔV的积分以算出其在从轮速差ΔV大于预设阈值Vslip起的积分区间上的时间积分(步骤S224)。在此实施例中，轮速差ΔV的时间积分由以下方程(2)算出，其中，Δt代表执行此程序的时间间隔Vint←Vint+(ΔV-Vslip)·Δt (2)转矩限制量δ2通过将轮速差ΔV的时间积分Vint乘以预定系数k2来设定(步骤S296)。转矩限制量δ2设定程序在这里终止。此程序通过乘以预定系数k2来计算转矩限制量δ2。一个变化程序可预先准备示出转矩限制量δ2相对于时间积分Vint的变化的映射图，并从该映射图读取对应于给定时间积分Vint的转矩限制量δ2。
一旦完成转矩限制量δ2设定程序，程序就返回至图11的微小滑动发生状态控制程序。通过参考图6所示映射图，设定对应于所输入的转矩限制量δ2且作为从原动机12输出的转矩上限值的最大转矩Tmax(步骤S202)。在设定最大转矩Tmax之后，比较原动机转矩要求Tm*与最大转矩Tmax(步骤S204)。当原动机转矩要求Tm*大于最大转矩Tmax时，将原动机转矩要求Tm*限定为最大转矩Tmax(步骤S206)。接着，CPU42将原动机转矩要求Tm*设定为目标转矩，同时驱动和控制原动机12以输出对应于目标转矩Tm*的转矩(步骤S208)，之后退出此微小滑动发生状态控制程序。在发生滑动时从原动机12输出的转矩被限制为较低水平(即，在图6所示映射图中对应于转矩限制量δ2[rpm/8msec]的最大转矩Tmax)以立即抑制微小滑动。这种限制有效地抑制了微小滑动。
响应于利用微小滑动发生状态控制使轮速差ΔV减小，微小滑动收敛状态控制驱动和控制原动机12以恢复受限的转矩水平，且其遵循图13所示的微小滑动收敛状态控制程序。电子控制单元40的CPU42首先输入在最后一次重复执行图12所示转矩限制量δ2设定程序时(即，紧接微小滑动收敛标记F4由0变化为1之前)设定的转矩限制量δ2的最终设定(步骤S230)。如果存在所输入转矩限制量δ2的解除要求，CPU42接收该解除要求(步骤S232)，并判定是否存在该解除要求(步骤S234)。此步骤判定是否输入用于解除该作为设定转矩限制程度的参数的转矩限制量δ2的要求。本实施例的程序接收解除要求以利用初始设定为等于0且从此程序的第一循环起每经过预设等待时间间隔与预设增量相加的解除量Δδ2解除转矩限制。等待时间间隔和解除量Δδ2的增量可根据驾驶员的解除要求的需要程度例如根据表示驾驶员转矩输出要求的加速器开度而发生变化。在存在解除要求的情况下，通过将在步骤S230输入的先前设定的转矩限制量δ2减去解除量Δδ2来更新转矩限制量δ2(步骤S236)。另一方面，在不存在解除要求的情况下，即，当从此程序的第一循环起预设等待时间间隔还没有经过且解除量Δδ2等于0时，转矩限制量δ2不更新。参考图6所示映射图，设定对应于转矩限制量δ2且作为从原动机12输出的转矩上限值的最大转矩Tmax(步骤S238)。在设定最大转矩Tmax之后，比较原动机转矩要求Tm*与预设最大转矩Tmax(步骤S240)。当原动机转矩要求Tm*大于最大转矩Tmax时，将原动机转矩要求Tm*限定为最大转矩Tmax(步骤S242)。接着，CPU42将原动机转矩要求Tm*设定为目标转矩，同时驱动和控制原动机12以输出对应于目标转矩Tm*的转矩(步骤S244)。随后，CPU42判定转矩限制量δ2是否不高于0，即，转矩限制量δ2是否完全解除(步骤S246)。在完全解除的情况下，微小滑动发生标记F3和微小滑动收敛标记F4都设置为等于0(步骤S248)。然后，程序终止微小滑动收敛状态控制程序。
图14示出随着驱动轮18a和18b与从动轮19a和19b之间轮速差ΔV的变化，从原动机12输出的转矩的变化。图15示出相对于轮速差ΔV的时间积分设定原动机12的最大转矩Tmax。图14所示图表中的横轴代表时间轴。在图14所示例子中，轮速差ΔV在时间点t5处大于预设阈值Vslip。相应地，响应于在此时间点t5处检测到微小滑动发生，启动转矩限制控制(参见图15(a))。对应于根据轮速差ΔV在发生微小滑动时间与当前时间之间的积分区间上的时间积分的转矩限制量δ2，设定最大转矩Tmax。在图14所示例子中的时间点t5至时间点t17之间的时间段内，随着转矩限制量δ2的增大，最大转矩Tmax逐渐减小(从值T5至值T12，然后至值T17)，直至轮速差ΔV减小到预设阈值Vslip以下(参见图15(b)和15(c))。在微小滑动发生期间，从原动机12输出的转矩限制对应于最大转矩Tmax逐渐减小，如图14所示。在时间点t18处，轮速差ΔV再次减小到预设阈值Vslip以下。转矩控制断定微小滑动收敛，并开始恢复受限的转矩水平。响应于每经过预设等待时间间隔输入的每个转矩限制量δ2的解除要求，逐渐恢复受限的转矩水平。最大转矩Tmax相应地由值T17变化为与转矩限制量δ2的解除后水平对应的更高值T18。在微小滑动收敛期间，由于所设定的最大转矩Tmax增大，从原动机12输出的转矩逐渐增大，如图14所示。
如上所述，本实施例的原动机控制装置20在原动机12的转动轴的角加速度α大于预设阈值αslip时断定发生滑动，并限制从原动机12输出的转矩水平以立刻抑制滑动。原动机控制装置20求角加速度α在角加速度α一旦超过预设阈值αslip与角加速度α再次小于预设阈值αslip的时间段内的积分以算出时间积分αint。在转矩限制使滑动收敛之后，原动机控制装置20设定与角加速度α的时间积分αint对应的最大转矩Tmax，并将转矩水平恢复为作为上限值的最大转矩Tmax。根据角加速度α在滑动发生期间的时间积分，设定转矩水平的恢复程度。这种设置确保根据滑动状态适当控制原动机12，从而有效防止发生再滑动。角加速度α的时间积分αint反映了滑动状态。因此，这种设置有效地防止发生再滑动而不过度限制转矩。原动机控制装置20还基于驱动轮18a和18b的轮速Vf与从动轮19a和19b的轮速Vr之间的差(轮速差ΔV)检测微小滑动的发生。响应于检测到微小滑动的发生，对应于轮速差ΔV在微小滑动检测时间与当前时间之间的时间段内的时间积分Vint限制转矩水平。这种设置可检测到利用监测角加速度α变化不能检测到的微小滑动，并响应于检测到微小滑动而控制转矩水平以立刻抑制微小滑动。
本实施例的原动机控制装置20仅在角加速度α的变化指示未发生较大滑动时基于轮速差ΔV的变化检测微小滑动的发生。一个变化程序可在基于角加速度α的变化检测较大滑动的发生的同时，基于轮速差ΔV的变化检测微小滑动的发生。如果检测到较大滑动或微小滑动，此变化程序响应于基于角加速度α的变化检测到较大滑动而根据图5，7和8所示控制程序执行转矩控制，同时响应于基于轮速差ΔV的变化检测到微小滑动而根据图11，12和13所示控制程序执行转矩控制。如果既检测到较大滑动又检测到微小滑动，滑动发生期间的转矩控制可对应于在图5所示滑动发生状态控制程序的步骤S150和S152处设定的角加速度α的峰值αpeak[rpm/8msec]与在图11所示程序的步骤S200处输入的转矩限制量δ2的总和设定最大转矩Tmax(Tmax←g(αpeak+δ2))，并用该最大转矩Tmax控制原动机12。转矩控制可选择性地对应于角加速度α的峰值αpeak与转矩限制量δ2之间的较大者设定最大转矩Tmax，并用该最大转矩Tmax控制原动机12。滑动收敛期间的转矩控制可对应于在图7所示程序的步骤S178处设定的转矩恢复限制量δ1[rpm/8msec]与在图13所示程序的步骤S236处设定的转矩限制量δ2的和设定最大转矩Tmax，并用该最大转矩Tmax控制原动机12。转矩控制可选择性地对应于转矩恢复限制量δ1与转矩限制量δ2之间的较大者设定最大转矩Tmax，并用该最大转矩Tmax控制原动机12。如果不需要，可省略基于轮速差ΔV变化对微小滑动的检测。
本实施例的原动机控制装置20求角加速度α在角加速度α一旦超过预设阈值αslip与角加速度α再次小于预设阈值αslip的积分区域上的积分以算出时间积分αint。一个可能变化是求角加速度α在角加速度α大于预设阈值αslip与角加速度α减小到0以下的另一积分区间上的积分。另一可能变化是求角加速度α在从角加速度α大于预设阈值αslip起的预设时间段上的积分。
在本实施例的原动机控制装置20中，当从基于角加速度α的变化检测到滑动发生起负角加速度α已经保持预设时间段时，图4所示滑动状态判定程序判定滑动收敛。可响应于检测到滑动抑制趋势，例如当角加速度α小于预设阈值αslip时或者当角加速度α减小到0以下时，判定滑动收敛。或者，可在从角加速度α小于预设阈值αslip起经过预设时间段之后，判定滑动收敛。
上述实施例有关对安装在车辆10上且同与驱动轮18a和18b连接的驱动轴机械连接以给该驱动轴输出动力的原动机12的控制。本发明技术可应用于任何其它结构的具有可直接给驱动轴输出动力的原动机的车辆。例如，本发明的一个可能应用是包括发动机、与该发动机的输出轴连接的发电机、利用该发电机产生的电能充电的电池、以及同与驱动轴连接的驱动轴机械连接且利用来自该电池的电力供应驱动的原动机的串联型混合动力车。本发明的另一种可能应用是包括发动机111、与该发动机111连接的行星齿轮117、与该行星齿轮117连接且可产生电能的原动机113、以及也与该行星齿轮117连接且同与驱动轮连接的驱动轴机械连接以直接给该驱动轴输出动力的原动机112的机械分配型混合动力车110，如图21所示。本发明的又一种可能应用是包括具有同发动机211的输出轴连接的内转子213a以及同与驱动轮218a和218b连接的驱动轴连接以驱动该驱动轮218a和218b的外转子213b且经由内转子213a与外转子213b之间的电磁作用相对转动的原动机213以及与该驱动轴机械连接以直接给该驱动轴输出动力的原动机212的电力分配型混合动力车210，如图22所示。本发明的另一种可能应用是包括经由变速器314(例如，无级变速器或者自动变速器)同与驱动轮318a和318b连接的驱动轴连接的发动机311以及放置在发动机311之后且经由变速箱314与驱动轴连接的原动机312(或者直接与该驱动轴连接的原动机)的混合动力车310，如图23所示。如果驱动轮上发生滑动，转矩控制主要控制与驱动轴机械连接的原动机，因为该原动机的转矩输出响应高。此原动机的控制可与其它原动机的控制或者发动机的控制相结合。
上述实施例和其变化例在所有方面都应被认为是示意性的而非限制性的。可以有许多其它变形、改变和替换，而不脱离本发明主要特征的范围或精神。
工业应用性本发明技术可有效应用于汽车及火车的相关行业。
权利要求
1.一种原动机控制装置，它驱动和控制安装在车辆上且向与驱动轮连接的驱动轴输出动力的原动机，所述原动机控制装置包括测量所述驱动轴或所述原动机的转动轴的角加速度的角加速度测量模块；基于所测量的角加速度检测由所述驱动轮的空转造成的滑动的第一滑动检测模块；响应于所述第一滑动检测模块的滑动的检测而限制转矩输出并用所限制的转矩输出控制所述原动机以抑制所述滑动的第一转矩限制控制模块；对由所述角加速度测量模块测量的所述角加速度求积分以算出所述角加速度从所述第一滑动检测模块的所述滑动的检测起的时间积分的第一积分模块；以及响应于所述滑动的至少抑制趋势，根据由所述第一积分模块算出的所述角加速度的所述时间积分恢复由所述第一转矩限制控制模块限制的所述转矩输出并用所恢复的转矩输出控制所述原动机的第一转矩恢复控制模块。
2.根据权利要求1所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第一滑动检测模块比较由所述角加速度测量模块测量的所述角加速度与一预设阈值以检测滑动，以及所述第一积分模块在所述测量的角加速度一旦超过所述预设阈值与所述测量的角加速度再次减小到所述预设阈值以下时的积分区间上对所述角加速度求积分。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第一转矩恢复控制模块根据所述角加速度的所述时间积分改变所述限制的转矩输出的恢复程度，并用所恢复的转矩输出的改变程度控制所述原动机。
4.根据权利要求3所述的原动机控制装置，其特征在于，相对于所述角加速度的时间积分的增大，所述第一转矩恢复控制模块以所述限制的转矩输出的更低的恢复程度控制所述原动机。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第一转矩恢复控制模块基于所述角加速度的所述时间积分设定在所述限制的转矩输出的恢复时的最大转矩，并用所设定的所述最大转矩作为上限值而控制所述原动机。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第一转矩恢复控制模块响应于所述角加速度测量模块在一预设时间段内的所述角加速度的负值的持续测量而恢复所述限制的转矩输出，并用所恢复的转矩输出控制所述原动机。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第一转矩限制控制模块根据所测量的角加速度改变所述转矩输出的限制程度，并用所限制的转矩输出的改变程度控制所述原动机。
8.根据权利要求7所述的原动机控制装置，其特征在于，相对于所测量的角加速度的增大，所述第一转矩限制控制模块以所述转矩输出的更高的限制程度控制所述原动机。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第一转矩限制控制模块基于所测量的角加速度设定在所述转矩输出的限制时的最大转矩，并用所设定的所述最大转矩作为上限值而控制所述原动机。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述车辆具有由所述驱动轮驱动的从动轮，所述原动机控制装置还包括测量所述驱动轮的转速的驱动轮转速测量模块；测量所述从动轮的转速的从动轮转速测量模块；基于所述驱动轮的所测量的转速与所述从动轮的所测量的转速之间的轮速差检测由所述驱动轮的空转造成的滑动的第二滑动检测模块；以及响应于所述第二滑动检测模块的滑动的检测，限制所述转矩输出并用所限制的转矩输出控制所述原动机以抑制所述滑动的第二转矩限制控制模块。
11.根据权利要求10所述的原动机控制装置，其特征在于，所述原动机控制装置还包括对所述驱动轮的所测量的转速与所述从动轮的所测量的转速之间的所述轮速差求积分以算出所述轮速差从所述第二滑动检测模块的所述滑动的检测起的时间积分的第二积分模块，并且，所述第二转矩限制控制模块根据所述轮速差的所述时间积分限制所述转矩输出，并用所限制的转矩输出控制所述原动机。
12.根据权利要求11所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第二滑动检测模块比较所述轮速差与一预设阈值以检测滑动，以及所述第二转矩限制控制模块根据从所述轮速差大于所述预设阈值起的所述轮速差的所述时间积分限制所述转矩输出，并用所限制的转矩输出控制所述原动机。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的原动机控制装置，其特征在于，所述第二转矩限制控制模块根据所述轮速差的所述时间积分改变所述转矩输出的限制程度，并用所限制的转矩输出的改变程度控制所述原动机。
14.根据权利要求13所述的原动机控制装置，其特征在于，相对于所述轮速差的时间积分的增大，所述第二转矩限制控制模块以所述转矩输出的更高的限制程度控制所述原动机。
15.根据权利要求12所述的原动机控制装置，其特征在于，所述原动机控制装置还包括在所述第二滑动检测模块的比较结果显示所述轮速差减小到所述预设阈值以下时，恢复由所述第二转矩限制控制模块限制的所述转矩输出并用所恢复的转矩输出控制所述原动机的第二转矩恢复控制模块。
16.一种车辆，它配备有原动机和根据权利要求1至15中任一项所述的原动机控制装置。
17.一种原动机控制方法，它驱动和控制安装在车辆上且向与驱动轮连接的驱动轴输出动力的原动机，所述原动机控制方法包括步骤(a)测量所述驱动轴或所述原动机的转动轴的角加速度；(b)基于所测量的角加速度检测由所述驱动轮的空转造成的滑动；(c)响应于所述步骤(b)的滑动的检测，限制转矩输出并用所限制的转矩输出控制所述原动机以抑制所述滑动；(d)对由所述步骤(a)测量的所述角加速度求积分，以算出所述角加速度从所述步骤(b)的所述滑动的检测起的时间积分；以及(e)响应于所述滑动的至少抑制趋势，根据由所述步骤(d)算出的所述角加速度的所述时间积分恢复由所述步骤(c)限制的所述转矩输出，并用所恢复的转矩输出控制所述原动机。
18.根据权利要求17所述的原动机控制方法，其特征在于，所述步骤(b)比较由所述步骤(a)测量的所述角加速度与一预设阈值以检测滑动，以及所述步骤(d)在所述测量的角加速度一旦超过所述预设阈值与所述测量的角加速度再次减小到所述预设阈值以下时的积分区间上对所述角加速度求积分。
19.根据权利要求17和18中任一项所述的原动机控制方法，其特征在于，所述步骤(e)根据所述角加速度的所述时间积分改变由所述步骤(c)限制的所述转矩输出的恢复程度，并用所恢复的转矩输出的改变程度控制所述原动机。
20.根据权利要求19所述的原动机控制方法，其特征在于，相对于所述角加速度的时间积分的增大，所述步骤(e)以所述限制的转矩输出的更低的恢复程度控制所述原动机。
21.根据权利要求19和20中任一项所述的原动机控制方法，其特征在于，所述步骤(e)基于所述角加速度的所述时间积分设定在所述限制的转矩输出的恢复时的最大转矩，并用所设定的所述最大转矩作为上限值而控制所述原动机。
22.根据权利要求17和21中任一项所述的原动机控制方法，其特征在于，所述步骤(e)响应于所述步骤(a)在一预设时间段内的所述角加速度的负值的持续测量而恢复所述限制的转矩输出，并用所恢复的转矩输出控制所述原动机。
全文摘要
本发明涉及原动机控制装置和原动机控制方法。该方法包括步骤在与驱动轴连接的原动机的转动轴的角加速度(α)大于一阈值(αslip)时指示发生滑动；通过利用角加速度(α)越大转矩上限值(Tmax)越小以使转矩上限值(Tmax)保持在当角加速度(α)由于滑动而变为一峰值时获得的一值的映射图设定转矩上限值(Tmax)而限制原动机的转矩；在从角加速度(α)超过阈值(αslip)时的时间点到角加速度(α)由于原动机的转矩限制而减小到阈值(αslip)以下时的时间点的积分区域上对角加速度(α)求积分以算出角加速度(α)的时间积分；及在原动机转矩限制使滑动收敛时，用基于角加速度(α)的积分计算结果计算的转矩上限值(Tmax)恢复由与角加速度(α)的峰值对应的转矩上限值限制的转矩。
文档编号F02D41/14GK1678474SQ0382058
公开日2005年10月5日 申请日期2003年7月7日 优先权日2002年8月29日
发明者本美明, 浜岛清高, 滩光博 申请人:丰田自动车株式会社