专利名称：电子发动机控制装置及方法以及装备有电子发动机控制装置的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子发动机控制装置及装备有该电子发动机控制装置的车辆，以及相应的电子发动机控制方法。
背景技术：
发动机受到各种驱动控制以保持所需的驱动状况。例如，怠速转速控制计算在发动机的怠速运转期间发动机实际转速与目标怠速转速之间的差值，根据所计算的差值判定致动器的操作量以使得发动机实际转速接近目标怠速转速，并以判定的操作量驱动致动器以调节节流阀开度。用于发动机的驱动控制的上述判定的操作量作为学习值被存储以在驱动控制的下一个周期开始时反映发动机当前所需的驱动状态。因此所需的程序学习用于发动机的驱动控制的操作量并在驱动控制的下一个周期开始时利用所学习的操作量，以在驱动控制的下一个周期开始时确保发动机的有利的驱动状态。
例如，在日本专利公开号3-141823中揭示了一种提出的电子发动机控制装置，其学习用于发动机的驱动控制的操作量。在低速驱动且驾驶员对加速踏板下压较小的情况下，车辆选择电动机模式并停止发动机运转。但是，在未完成学习的状态，该现有电子发动机控制装置并不停止发动机运转，而是使发动机怠速运转。例如，在日本专利公开号3-160136中揭示了另一种提出的电子发动机控制装置，其执行怠速转速控制。响应于从非车辆驱动系统的车辆系统(例如，空调机控制单元)发出的目标怠速转速的升高请求，该现有电子发动机控制装置增加目标怠速转速。
发明内容
但是，在日本专利公开号3-160136中揭示的响应于来自空调机控制单元的目标怠速转速的升高请求而无条件地增加目标怠速转速会不良地减少对怠速转速控制的操作量的学习机会。例如，在发动机怠速运转期间，当目标怠速转速处于预设低转速范围内时，可以满足对操作量的学习条件。在该情况下，增加目标怠速转速会导致不能满足学习条件，并由此减少了对操作量的学习机会。在将目标转速处于预设转速范围内设定为学习条件其中之一的其他发动机驱动控制中，以及在将发动机实际转速与目标转速之间的差异处于预设窄的范围内设定为学习条件其中之一的任何发动机驱动控制中，上述对学习机会的减少都是共同的问题。非车辆驱动系统的车辆系统(例如，空调机控制单元)会频繁地输出目标怠速转速的升高请求，而无论车辆驱动系统的当前状态如何。频繁输出升高请求进一步减少了对操作量的学习机会。对操作量的学习机会的减少导致作为学习值存储的操作量陈旧和不适当，并干扰保持发动机的所需驱动状况的最佳发动机驱动控制。
因此，本发明的目的在于消除上述现有技术的缺陷，并在可改变发动机的目标怠速转速的电子发动机控制装置及相应的电子发动机控制方法中确保对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。本发明的目的还在于提供一种装备有该电子发动机控制装置的车辆。
为了获得上述及其他相关目的的至少一部分，本发明涉及一种控制发动机的电子发动机控制装置。该电子发动机控制装置包括操作水平学习模组，所述操作水平学习模组在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间目标怠速转速处于预定转速范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；目标转速改变模组，所述目标转速改变模组响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求改变所述目标怠速转速；以及改变禁止模组，当由所述操作水平学习模组对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，所述改变禁止模组禁止所述目标转速改变模组改变所述目标怠速转速。
本发明的电子发动机控制装置在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间目标怠速转速处于预定转速范围内的条件下学习发动机控制的操作水平。在未完成学习的情况下，电子发动机控制装置拒绝从非车辆驱动系统的车辆系统发出的对目标怠速转速的改变请求，并禁止目标怠速转速的改变。非车辆驱动系统的车辆系统会频繁发出对目标怠速转速的改变请求而不考虑车辆驱动系统的当前状况。本发明的设置在对发动机控制的操作水平的学习未完成的条件下有效地防止了对目标怠速转速的改变。对改变的禁止有利地将目标怠速转速保持在预定转速范围内，因此防止了不能满足学习条件并确保了对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。
非车辆驱动系统的车辆系统的典型示例包括控制加热器工作的加热器控制系统、控制冷却器工作的冷却器控制系统、调节制动负压的负压控制系统、以及控制电源插座(例如AC-100V插座)的插座控制系统。
本发明还在于提供一种控制发动机的电子发动机控制装置。所述电子发动机控制装置包括操作水平学习模组，所述操作水平学习模组在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间所述发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值处于预置窄范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；目标转速改变模组，所述目标转速改变模组响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求改变所述目标怠速转速；以及改变禁止模组，当由所述操作水平学习模组对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，所述改变禁止模组禁止所述目标转速改变模组改变所述目标怠速转速。
本发明的电子发动机控制装置在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间所述发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值处于预置窄范围内的条件下学习发动机控制的操作水平。在未完成学习的情况下，电子发动机控制装置拒绝从非车辆驱动系统的车辆系统发出的对目标怠速转速的改变请求，并禁止目标怠速转速的改变。非车辆驱动系统的车辆系统会频繁发出对目标怠速转速的改变请求而不考虑车辆驱动系统的当前状况。本发明的设置在对发动机控制的操作水平的学习未完成的条件下有效地防止了对目标怠速转速的改变。对改变的禁止有利地将发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值保持在预置窄范围内，因此防止了不能满足学习条件并确保了对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。
在具有上述任一结构的本发明的电子发动机控制装置中，优选地所述改变禁止模组允许所述目标转速改变模组在由所述操作水平学习模组对所述发动机控制的操作水平的所述学习完成之后改变所述目标怠速转速。该设置有效地防止了对目标怠速转速改变的过度禁止，并仅在需要的范围内拒绝对目标怠速转速的改变请求。
在本发明的的电子发动机控制装置的一个优选实施例中，所述发动机具有水冷机构，且所述改变请求是从电子加热器控制单元输出的所述目标怠速转速的升高请求，所述电子加热器控制单元控制回收所述发动机内冷却水的无用热量的加热器。当发动机的冷却水温度相对较低时，电子发动机控制装置接收从电子加热器控制单元输出的对目标怠速转速的升高请求以增加目标怠速转速并因此快速升高发动机的冷却水温度。但是，在对发动机控制的操作水平的学习未完成的情况下，上述设置拒绝对目标怠速转速的升高请求并禁止目标怠速转速增加，因此确保了对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。本实施例的电子发动机控制装置还可包括停止重启控制模组，所述停止重启控制模组在满足预定发动机停止条件时停止所述发动机，而在随后满足预定发动机重启条件时重启所述发动机。发动机的自动停止常常会导致发动机的冷却水温度的较低水平，并引起频繁输出对目标怠速转速的改变请求。本发明的技术在该结构中特别有效。
在本发明的电子发动机控制装置中，所述发动机控制可以是怠速转速控制。该怠速转速控制通常在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间目标怠速转速进入预定转速范围内或在所述发动机的怠速运转期间所述发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值进入预置窄范围内的条件下开始学习发动机控制的操作水平。因此本发明的技术在怠速转速控制上特别有效。
在本发明的电子发动机控制装置中，所述发动机控制的操作水平可以是节流阀开度或任何其他关联于节流阀开度的参数。在节流阀中的某些空间或缝隙中积累的污垢会改变发动机的进气流量并干扰通过初始设定的节流阀开度对发动机的精确控制。
在本发明的电子发动机控制装置，优选地所述发动机控制的操作水平是在每个进程中至少学习一次得到的或者是在预定时段内至少学习一次得到的。对学习值的适当更新确保了正确的发动机控制。在本说明书中，术语“一个进程”表示点火电路接通到点火电路断开之间的时间间隔。
本发明的另一应用是一种车辆，其装备有具有上述任何设置的电子发动机控制装置。在对发动机控制的操作水平的学习未完成的情况下，车辆禁止目标怠速转速的改变。该设置有利地将目标怠速转速保持在预定转速范围内，或将发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值保持在预置窄范围内，因此防止了不能满足学习条件，并确保了对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。
本发明还涉及一种控制发动机的电子发动机控制方法。所述电子发动机控制方法包括以下步骤(a)在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间目标怠速转速处于预定转速范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；(b)当在所述步骤(a)中对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，禁止所述目标怠速转速响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求而改变。
非车辆驱动系统的车辆系统会频繁发出对目标怠速转速的改变请求而不考虑车辆驱动系统的当前状况。本发明的电子发动机控制方法在对发动机控制的操作水平的学习未完成的条件下有效地防止了对目标怠速转速的改变。对改变的禁止有利地将目标怠速转速保持在预定转速范围内，因此防止了不能满足学习条件并确保了对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。
本发明还涉及一种控制发动机的电子发动机控制方法。所述电子发动机控制方法包括以下步骤(a)在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间所述发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值处于预置窄范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；(b)当在所述步骤(a)中对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，禁止所述目标怠速转速响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求而改变。
非车辆驱动系统的车辆系统会频繁发出对目标怠速转速的改变请求而不考虑车辆驱动系统的当前状况。本发明的设置在对发动机控制的操作水平的学习未完成的条件下有效地防止了对目标怠速转速的改变。对改变的禁止有利地将发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值保持在预置窄范围内，因此防止了不能满足学习条件并确保了对发动机控制的操作水平的充足的学习机会。
在具有上述任何设置的本发明的电子发动机控制方法中，优选地在所述步骤(a)中对所述发动机控制的操作水平的所述学习完成之后，所述步骤(b)允许所述目标怠速转速响应于对目标怠速转速的所述改变请求而改变。该设置有效地防止了对目标怠速转速的改变的过度禁止，并仅在需要的范围内拒绝对目标怠速转速的改变请求。
图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中的混合动力车辆10的结构；图2示意性地示出了安装在混合动力车辆10上的发动机20的结构；图3是示出混合动力控制程序的流程图；图4示出了转矩要求设定图的示例；图5示出设定最佳驱动点的过程；图6是用于判定轴的转速的共线图的示例；图7是示出怠速转速控制程序的流程图；图8是示出修改的怠速转速控制程序的流程图；图9示意性地示出了在一个修改结构中的混合动力车辆的结构；及图10示意性地示出了在另一修改结构中的混合动力车辆的结构。
具体实施例方式
图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中的混合动力车辆10的结构。图2示意性地示出了安装在混合动力车辆10上的发动机20的结构。
如图1所示，混合动力车辆10包括将通过燃烧燃油产生的燃烧能转换为动能的发动机20、控制整个发动机系统的发动机电子控制单元(发动机ECU)50、连接至曲轴27或发动机20的输出轴的三轴式动力分配集成机构30、连接至动力分配集成机构30并能够产生电能的电机MG1及MG2、以及控制电机MG1及MG2的能量产生及致动的电机电子控制单元(电机ECU)14。混合动力车辆10还包括从电机MG1及MG2传输电能并将电能传输至电机MG1及MG2的蓄电池45、监控蓄电池45的充电状态的蓄电池电子控制单元(蓄电池ECU)46、经由链带15连接至与动力分配集成机构30相连接的轴的驱动轴17、控制整个混合动力系统的混合动力电子控制单元(混合动力ECU)70、以及控制乘客座舱内温度的空调机电子控制单元(空调机ECU)90。驱动轴17经由差动齿轮18连接至驱动轮19，19。
发动机20是消耗诸如汽油等碳氢化合物燃油以输出动力的内燃机。如图2所示，发动机20接收由空气滤清器21净化并经由节流阀22摄入的空气供应，同时接收由喷油器23喷射的汽油供应。进气与喷射汽油的供应被混合成空气燃油混合物，该空气燃油混合物经由进气阀24被引入燃烧室，并通过火花塞25的电火花被点燃爆炸燃烧。通过爆炸燃烧的燃烧能引发的活塞26的往复运动被转换为旋转曲轴27的动力能。曲柄转角传感器67被附装至曲轴27用于每10度CA曲柄转角输出脉冲。节流阀22相对于进气导管的横截面改变其倾斜角度(开度)以调节通过进气导管的气流。节流阀22的开度由致动器22a(旋转螺线管)电气地改变。对施加至螺线管的电压水平进行负荷控制以旋转节流阀22并因此调节节流阀22的开度。节流阀22的开度从节流阀位置传感器22b输出至发动机ECU50。发动机20的排气流过排气导管64并经由催化转换器(未示出)排至混合动力车辆10的外部。
发动机20构造为水冷发动机，并具有循环通路54以形成冷却水流并使发动机20的内部降温。循环通路54包括第一管道54a及第二管道54b，其中第一管道54a在吸收发动机20热量后将冷却水流引至散热器55，而第二管道54b在通过散热器55放热后将冷却水流再次循环至发动机20。冷却水循环泵56布置在第二管道54b的中间并工作以将冷却水流通过循环通路54进行循环。第一管道54a具有支路57以及加热芯91，加热芯91起连接至支路57的中间的热交换单元的作用。鼓风机92将外部空气或乘客舱的内部空气送入加热芯91。流过加热芯91的空气接收来自在发动机20中被加热的冷却水的热流的热量，并因此被加热为热空气，该热空气被吹出空气出口进入乘客舱。即，本实施例的混合动力车辆10回收在发动机20内的冷却水流的无用热量以实现加热器的功能。加热芯温度传感器93附装至加热芯91以测量在加热芯91内的冷却水流的温度。循环通路54具有用于测量冷却水的温度的冷却水温度传感器(未示出)。
发动机ECU 50构造为微处理器，其包括CPU 51、存储各种处理程序的ROM 52、临时存储数据的RAM 53、以及输入及输出端口(未示出)。发动机ECU 50经由其输入端口从各种传感器接收表示发动机20的当前状况的各种信号。例如，发动机ECU 50经由其输入端口接收来自气流计28的发动机20的进气流、来自节流阀位置传感器22b的节流阀开度、来自冷却水温传感器的发动机20的冷却水温度、来自曲柄转角传感器67的脉冲信号、以及来自空调机ECU 90的目标怠速转速Nei*的升高请求。发动机ECU 50经由其输出端口输出各种驱动信号及控制信号以驱动并控制发动机20。例如，发动机ECU 50经由其输出端口输出驱动信号至用于致动节流阀22的致动器22a及喷油器23，并输出控制信号至与用于使火花塞25点火的点火器集成的点火线圈29。发动机ECU 50电气地与混合动力ECU 70连接并接收来自混合动力ECU 70的控制信号以驱动并控制发动机20，同时根据需求向混合动力ECU 70输出关联于发动机20的驱动状况的数据。
动力分配集成机构30包括连接至电机MG1的太阳轮31、连接至电机MG2的齿圈32、与太阳轮31及齿圈32啮合的多个小齿轮33、以及连接至发动机20的曲轴27并保持多个小齿轮33以允许其公转及绕其轴线自转的行星轮架34。因此，动力分配集成机构30形成太阳轮31、齿圈32、及行星轮架34作为差速运动的旋转元件的行星齿轮机构。当电机MG1作为发电机时，动力分配集成机构30根据太阳轮31及齿圈32的速比将发动机20的输出动力分配至电机MG1及驱动轴17。另一方面，当电机MG2作为电动机时，动力分配集成机构30将发动机20的输出动力与电机MG2的输出动力相结合，并将结合后的动力输出至驱动轴17。
电机MG1及MG2构造为已知的可既作为发电机又作为电动机工作的同步电动发电机。电机MG1及MG2经由逆变器41及42将电能传输至蓄电池45并从蓄电池45传输电能。将蓄电池45与逆变器41及42相连接的电线58被设置为由逆变器41及42共用的正母线及负母线。这种连接使得由电机MG1及MG2其中一者产生的电能会被电机MG1及MG2中的另一者消耗。因此，可由电机MG1及MG2中任一者产生的过剩电能对蓄电池45充电，同时蓄电池45也可放电以补充电机MG1及MG2中任一者的电能不足。电机MG1及MG2两者均由电机ECU 14驱动并控制。电机ECU14接收驱动并控制电机MG1及MG2所需的信号，例如，从旋转位置检测传感器43及44接收表示电机MG1及MG2中的转子的旋转位置的信号，以及从电流传感器(未示出)接收表示将供应至电机MG1及MG2的相电流的信号。电机ECU 14输出切换控制信号至逆变器41及42。电机ECU14执行转速计算程序(未示出)以根据旋转位置检测传感器43及44的输入信号计算电机MG1及MG2中各个转子的转速Nm1及Nm2。因为电机MG1连接至太阳轮31且电机MG2连接至齿圈32，故计算转速Nm1及Nm2分别等于太阳轮轴31a的转速Ns及齿圈轴32a的转速Nr。电机ECU14与混合动力ECU 70建立通信并从混合动力ECU 70接收控制信号以驱动并控制电机MG1及MG2，同时根据需要将关联于电机MG1及MG2的驱动状况的数据输出至混合动力ECU 70。
本实施例中使用的蓄电池45是镍氢电池，其工作以将电能供应至电机MG1及MG2并在减速期间以电能的形式积蓄来自电机MG1及MG2的再生能量。蓄电池ECU 46接收管理蓄电池45所需的信号，例如，从布置在蓄电池45的端子之间的电压传感器(未示出)接收端子间电压，从布置在与蓄电池45的输出端子连接的电线中的电流传感器(未示出)接收充电放电电流，并从附装至蓄电池45的温度传感器(未示出)接收蓄电池温度。根据需求，蓄电池ECU 46将关于蓄电池45的状况的数据通过通信输出至混合动力ECU 70。为了管理蓄电池45，蓄电池ECU 46根据由电流传感器测量的充电放电电流的累积值及由电压传感器测量的端子间电压来计算蓄电池45的剩余充电量或充电电流状态(SOC)。
混合动力ECU 70构造为微处理器，其包括CPU 72、存储处理程序的ROM 74、临时存储数据的RAM 76、以及未示出的输入输出端口。混合动力ECU 70经由输入端口接收各种输入来自换档位置传感器82(其检测换档杆81的当前位置)的换档位置SP、来自加速踏板位置传感器84(其测量加速踏板83的下踏量)的加速器开度AP、来自制动踏板位置传感器86(其测量制动踏板85的下踏量)的制动踏板位置BP、以及来自车速传感器88的车速V。混合动力ECU 70与发动机ECU 50及电机ECU 14通信。混合动力ECU 70根据由未示出的电流传感器测量的充电放电电流的累积值计算蓄电池45的充电状态(SOC)。
空调机ECU 90是车辆系统中非车辆驱动系统的其中一者，并被构造为包括CPU的微处理器。空调机ECU 90接收空调机操作面板96上的预设的温度、来自车内温度传感器97的车内温度或乘客舱温度、以及来自附装至加热芯91的加热芯温度传感器93的加热芯温度。加热芯温度表示与发动机20内的冷却水流交换热量的加热芯91的温度，并因此等于发动机20的冷却水温度。空调机ECU 90将驱动信号输出至鼓风机92以调节气流，并将目标怠速转速Nei*的升高请求输出至发动机ECU 50。空调机ECU 90与混合动力ECU 70电连接以输出空气状况相关数据至混合动力ECU 70。
以下描述在具有上述结构的实施例的混合动力车辆10中由混合动力ECU 70执行的混合动力控制程序以及由发动机ECU 50执行的发动机控制程序。
首先参考图3流程图描述由混合动力ECU 70执行的混合动力控制程序。以预定时间重复执行混合动力控制程序。在混合动力控制程序，混合动力ECU 70的CPU 72首先输入控制所需信号(即，加速器开度AP、车速V、以及由蓄电池ECU 46计算的蓄电池45的剩余充电或充电状态(SOC))(步骤S100)，并基于所输入的加速器开度AP及所输入的车速V设定要输出到齿圈轴32a的转矩要求Tr*及动力要求Pr*(步骤S110)。用于设定动力要求Pr*的本实施例的具体程序预先将转矩要求Tr*对加速器开度AP及车速V的变化作为转矩要求设定图存储在混合动力ECU 70的ROM 74中，从转矩要求设定图中读取相应于给定加速器开度AP及给定车速V的转矩要求Tr*，并计算作为转矩要求Tr*与齿圈轴32a的转速Nr(等于车速V与换算系数r的乘积)乘积的动力要求Pr*。图4示出了转矩要求设定图的一个示例。
随后，CPU 72设定蓄电池45的充电放电能量要求Pb*(正值用于充电而负值用于放电)(步骤S120)。通常设定蓄电池45的充电放电能量要求Pb*以保持蓄电池45的SOC处于恰当的范围内(例如，60％至70％)。动力要求Pr*以及充电放电能量要求Pb*两者的和为将从发动机20输出的发动机动力要求Pe*(步骤S130)。
将发动机20的发动机动力要求Pe*与预定最小动力水平Pref相比较(步骤S140)。基于低于最小动力水平Pref的发动机20的输出动力水平会降低混合动力车辆10的整个系统效能，最小动力水平Pref根据经验确定。在步骤S140，当发动机动力要求Pe*不低于预定最小动力水平Pref时，在用于输出发动机动力要求Pe*的发动机20的可能驱动点(由转矩及转速的结合所确定的驱动点)中，将确保发动机20最高效工作的最佳驱动点设定为发动机20的目标转矩Te*及目标转速Ne*(步骤S150)。图5示出在用于输出发动机动力要求Pe*的发动机20的可能驱动点中，将确保发动机20最高效工作的最佳驱动点设定为目标转矩Te*及目标转速Ne*的过程。曲线A表示最佳发动机工作线，而曲线B表示发动机动力要求Pe*的恒定动力曲线。动力由转矩与转速的乘积表示。因此，恒定动力曲线B具有反比例轮廓。由该图清楚可见，发动机20在最佳驱动点工作(最佳发动机工作线A与发动机动力要求Pe*的恒定动力曲线B之间的交点)确保了从发动机20高效输出发动机动力要求Pe*。本实施例的具体程序预先以实验或其它方式规定最佳驱动点对发动机动力要求Pe*的变化，并将该变化作为图存储在混合动力ECU 70的ROM 74中。从图中读取在相应于给定发动机动力要求Pe*的最佳驱动点的转速及转矩，并将其设定为目标转速Ne*及目标转矩Te*。
在设定了目标转矩Te*及目标转速Ne*之后，根据以下给出的公式(1)，CPU 72基于发动机20的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr、以及动力分配集成机构30的速比ρ(ρ＝太阳轮31的齿数/齿圈32的齿数)计算电机MG1的目标转速Nm1*(步骤S160)。根据以下给出的公式(2)，CPU 72基于发动机20的目标转矩Te*及动力分配集成机构30的速比ρ还计算电机MG1的目标转矩Tm1*，同时根据以下给出的公式(3)，CPU 72基于发动机20的目标转矩Te*、动力分配集成机构30的速比ρ、以及转矩要求Tr*计算电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S170)Nm1*＝(1+ρ)×Ne*/ρ-Nr/ρ (1)Tm1*＝-Te*×ρ/(1+ρ) (2)Tm2*＝Tr*-Te*×1/(1+ρ) (3)图6是各个转轴的转速作为纵坐标而各个齿轮的速比作为横坐标的共线图。曲轴27或行星轮架轴(由C表示)布置在将太阳轮轴31a(由S表示)与齿圈轴32a(由R表示)的两个端部位置之间的间隔内分为1比ρ的位置处。转速Ns、Nc、及Nr相应于各个位置S、C、及R绘制。如上所述，动力分配集成机构30是行星齿轮机构，因此这三个位置是共线的。该直线被称为共线直线。利用该共线直线基于三个转轴中任意两个的预设转速自动地确定剩余轴的转速。齿圈轴32a的转速Nr(等于电机MG2的转速Nm2)依赖于车速V。因此，通过以上给出的公式(1)，对行星轮架轴的转速Nc(等于发动机20的转速Ne)的确定通过成比例分配自动地设定太阳轮轴31a的转速Ns(等于电机MG1的转速Nm1)。由作用在共线直线上的力代替施加至各个转轴上的转矩表明共线直线作为刚性体达到平衡。在这里，假定施加至发动机20的曲轴27上的转矩Te由位置C处的相对于共线直线的向上矢量表示，并假定施加至齿圈轴32a上的转矩Tr由位置R处的向下矢量表示。各个矢量的方向表示转矩的作用方向。基于施加在刚性体上的力的分配定律，转矩Te分配至两个端部位置S及R。位置S处的分配转矩Tes由具有Te×ρ/(1+ρ)大小的向上矢量表示，而位置R处的分配转矩Ter由具有Te×1/(1+ρ)大小的向上矢量表示。在这种状态下，共线直线作为刚性体处于平衡。因此，将施加至电机MG1的转矩Tm1与分配转矩Tes大小相同但方向相反。将施加至电机MG2的转矩Tm2等于转矩Tr与分配转矩Ter之间的差值。
在设定了发动机20的目标转速Ne*及目标转矩Te*、电机MG1的目标转速Nm1*及目标转矩Tm1*、电机MG2的目标转矩Tm2*之后，CPU72将这些目标值发送至发动机ECU 50及电机ECU 14(步骤S190)，并结束混合动力控制程序。发动机ECU 50及电机ECU 14基于接收的目标值分别驱动并控制发动机20及电机MG1及MG2。发动机ECU 50的驱动控制设定发动机20以目标转速Ne*旋转并输出目标转矩Te*所需的气流量，基于所需气流量计算发动机20每次旋转的进气量，并控制致动器22a以旋转节流阀22并相应于计算的进气量调整节流阀开度。发动机ECU 50的驱动控制还基于预定目标空燃比(例如，化学计算空燃比)计算相应于所计算的进气量的喷油器23的所需的燃油喷射量或燃油喷射时间，然后打开喷油器23的阀以允许燃油被喷射所计算的燃油喷射时间，并向点火线圈29施加高电压以使火花塞25产生火花并点燃由进气阀24摄入的空气燃油混合气。活塞26通过所产生的燃烧能上下移动。活塞26的竖直运动转化为曲轴27的旋转运动。
另一方面，在步骤S140，当发动机20的发动机动力要求Pe*低于预定最小动力水平Pref时，CPU 72将发动机20的目标转矩Te*及电机MG1的目标转矩Tm1*两者均设定为零，将发动机20的目标转速Ne*设定为怠速转速Ni，并将电机MG2的目标转矩Tm2*设定为转矩要求Tr*(步骤S180)。然后CPU 72将发动机20的目标转矩Te*及目标转速Ne*、电机MG1的目标转矩Tm1*、以及电机MG2的目标转矩Tm2*发送至发动机ECU 50及电机ECU 14(步骤S190)，并结束混合动力控制程序。将发动机20的目标转矩Te*设定为零使得发动机动力要求Pe*被设定为零。将电机MG1的目标转矩Tm1*设定为零引起电机MG1的无负荷工作(空载)，而将发动机20的目标转矩Te*设定为零引起发动机20的无负荷工作(空载)。因此，齿圈轴32a的目标转矩Tr*全部由电机MG2供应。调整逆变器41以将电机MG1中的转子的旋转阻力设定为零获得电机MG1的无负荷工作。发动机ECU 50根据发动机20的驱动状况适合地改变怠速转速Ni。
例如，当发动机20处于较差发动机效能的低负荷区(例如，在低车速V的范围内)时且当蓄电池45具有希望的SOC(充电状态)时，则满足发动机停止条件。当满足发动机停止条件时，发动机ECU 50执行一系列发动机停止操作以停止喷油器23的燃油喷射并禁止火花塞25点火。例如，当需要发动机20与电机MG2两者的输出能量以驱动车轮(例如，加速)时，或当蓄电池45的较低SOC要求电机MG1产生能量以对蓄电池45充电时，则满足发动机重启条件。当满足发动机重启条件时，发动机ECU 50控制电机MG1来以曲柄发动发动机20，调整喷油器23的阀打开时间以确保喷油器23的燃油喷射至重启发动机20所需的水平，并允许火花塞25点火以重启发动机20。
以下参考图7的流程图描述由发动机ECU 50执行的怠速转速控制程序。该怠速转速控制程序以预定时间(例如，以每隔数毫秒或以每隔预定曲柄转角)重复进行。在怠速转速控制程序中，发动机ECU 50(CPU51)首先判断是否满足预定反馈条件(步骤S300)。在图7的流程图中，术语“反馈”简写为F/B。例如，当由冷却水温传感器测量的发动机20的冷却水温度不低于65℃并显示发动机20得到充分暖机时，或当发动机20具有由混合动力ECU 70设定等于零的目标转矩Te*并怠速运转时，则满足反馈条件。在步骤S300，当满足预定反馈条件时，发动机ECU 50计算负荷比命令D作为致动器22a在怠速转速反馈控制中的参考操作量(步骤S302)。怠速转速的反馈控制通过对施加至致动器22a的螺线管的电压水平进行负荷控制来调节节流阀22的全闭位置，以使基于曲柄转角传感器67的输出值计算的发动机实际转速Ne接近目标怠速转速Nei*。发动机ECU 50计算用于该负荷控制的负荷比命令D。通过预定基础负荷比命令Dbase加上反馈修正值β来计算负荷比命令D。反馈修正值β可由已知PI控制根据在发动机20怠速运转期间发动机实际转速Ne与目标怠速转速Nei*之间的差值ΔNe来确定。另一方面，当在步骤S300没有满足预定反馈条件时，发动机ECU 50进行没有满足反馈条件时的程序(步骤S304)。该程序读取之前存储在RAM 53中的前次基础负荷比命令Dbase，并将该前次基础负荷比命令Dbase设定为负荷比命令D。
在完成步骤S302或步骤S304之后，发动机ECU 50接收来自冷却水温度传感器的发动机20的冷却水温度，并基于接收的冷却水温度计算水温修正值(步骤S306)。水温修正值α被设定为随着所探测的冷却水温度的上升而下降。在计算了水温修正值α之后，发动机ECU 50基于学习完成标记F判断在当前进程是否已经完成学习(步骤S308)。学习完成标记F被设定为1来表示在一个进程中完成了学习，被设定为0来表示未完成学习。学习完成标记F的初始值为0。在步骤S308，响应于学习完成标记F等于0，发动机ECU 50判断是否从空调机ECU 90接收到目标怠速转速Nei*的升高请求(步骤S310)。例如，当在寒冷气候点火时，在发动机20的冷却水温度较低且空调机的设定温度高于乘客舱的实际温度的情况下，空调机ECU 90将目标怠速转速Nei*的升高请求输出至发动机ECU50，以将发动机20的冷却水的热流引入加热芯91并提升加热芯91中的气流温度。
在步骤S310，发动机ECU 50拒绝从空调机ECU 90输入的目标怠速转速Nei*的升高请求以使目标怠速转速Nei*在当前水平保持不变(步骤S312)，并随后判断是否满足学习条件(步骤S314)。另一方面，在步骤S310，在没有从空调机ECU 90输入目标怠速转速Nei*的升高请求的情况下，发动机ECU 50直接进行步骤S314。例如，在执行怠速转速控制程序期间当冷却水温度不低于70℃、目标怠速转速Nei*进入预定转速范围(例如，900rpm至975rpm的范围)、且转速差值ΔNe处于预设窄范围内(例如，在±75rpm的范围内)时，则满足学习条件。即，当发动机20充分得到暖机且发动机20的实际转速Ne被反馈控制有利地会聚至在预定的转速范围内的目标怠速转速Nei*时，则满足学习条件。当在步骤S314满足学习条件时，在步骤S302所计算的负荷比命令D(D＝Dbase+β)被设定为临时学习值并被存储在RAM 53的规定区域中(步骤S316)。然后，发动机ECU 50判断从满足学习条件时的预置会聚时间是否已经经过(步骤S318)。会聚时间被设定为充足的时段，以确保通过对怠速转速的反馈控制，发动机20的实际转速Ne可会聚至目标怠速转速Nei*。
在步骤S318，在从满足学习条件时的预置会聚时间经过的情况下，发动机ECU 50随后判断是否已经正确执行了对怠速转速的反馈控制(步骤S320)。当转速差值ΔNe进入预置窄范围(例如，+50rpm的范围)时，就在步骤S320判断反馈控制充分正确。在步骤S320，在基于转速差值ΔNe进入预置窄范围而判断反馈控制充分正确的情况下，存储在RAM 53中的临时学习值就被设置为最终学习值，并被设定为基础负荷比命令Dbase(步骤S322)。然后，学习完成标记F被设定为1以表示学习完成(步骤S324)。另一方面，当在步骤S314没有满足学习条件时，发动机ECU 50执行在没有满足学习条件时的程序以禁止在RAM 53中存储在步骤S302计算的负荷比命令D(步骤S326)，并重设对会聚时间的计数(步骤S328)。
在步骤S324将学习完成标记F设定为1之后，或者在步骤S308响应于等于1(表示学习完成)的学习完成标记F，或者在步骤S320判定反馈控制不正确的情况下，或者在步骤S328重设了会聚时间计数之后，或者在步骤S318从满足学习条件时的预置会聚时间没有经过的情况下，，，控制流程进行至步骤S330。发动机ECU 50将在步骤S306计算的水温修正值α加至负荷比命令D以设置最终负荷比命令Dfinal(Dfinal＝D+α＝Dbase+β+α)(步骤S330)，然后用所设置的最终负荷比命令Dfinal驱动致动器22a(步骤S332)，然后结束该怠速转速控制程序。这样控制了致动器22a以调节节流阀22的全关闭位置并确保所需的进气流量流入发动机20以使发动机20的实际转速Ne接近目标怠速转速Nei*。
如上所述，作为先决条件，在发动机20怠速运行期间在目标怠速转速Nei*进入预定转速范围的条件下和在发动机20怠速运行期间在发动机20的实际转速Ne与目标怠速转速Nei*之间的差值ΔNe进入预置窄范围的条件下，本实施例的控制程序学习致动器22a的基础负荷比命令Dbase作为发动机控制的操作水平。当学习未完成时，控制程序拒绝从空调机ECU90发出的目标怠速转速Nei*的升高请求，并禁止改变目标怠速转速Nei*。空调机ECU 90会频繁地发出目标怠速转速Nei*的升高请求而不考虑车辆驱动系统的当前状况。本实施例的控制程序在对发动机控制的操作水平的学习未完成的条件下有效地禁止目标怠速转速Nei*的改变。上述对改变的禁止有利地保持了目标怠速转速Nei*处于预定转速范围内并保持了发动机20的实际转速Ne与目标怠速转速Nei*之间的差值ΔNe处于预置窄范围内，由此防止不能满足学习条件并确保对发动机控制的操作水平的充分的学习机会。
当发动机20处于较差发动机效能的较低负荷区域(例如，在较低车速V的范围内)时且在蓄电池45具有希望的SOC(充电状态)时满足发动机停止条件的情况下，本实施例的控制程序执行一系列发动机停止操作以停止喷油器23的燃油喷射并禁止火花塞25点火。当需要发动机20及电机MG2两者的输出能量以驱动车轮(例如，在加速时)，或当蓄电池45的较低SOC要求电机MG1产生能量来对蓄电池45充电时满足发动机重启条件的情况下，本实施例的控制程序控制电机MG1以曲柄发动发动机20，调整喷油器23的阀打开时间以确保喷油器23的燃油喷射至重启发动机20所需的水平，并允许火花塞25点火，以重启发动机20。发动机20的自动停止常常会导致发动机20的冷却水温度的较低水平，并使得从空调机ECU 90频繁输出目标怠速转速Nei*的升高请求。因此，本发明的技术在上述结构中特别有效，以确保对作为发动机控制的操作水平的基础负荷比命令Dbase的充分的学习机会。
上述实施例涉及将本发明的技术应用至怠速转速控制。作为先决条件，怠速转速控制通常在发动机20怠速运行期间在目标怠速转速Nei*进入预定转速范围且在发动机20怠速运行期间在发动机20的实际转速Ne与目标怠速转速Nei*之间的差值ΔNe进入预置窄范围的条件下，开始对发动机20的操作水平的学习。因此，本发明的技术在本实施例的怠速转速控制中特别有效。
本实施例的控制程序学习作为发动机控制的操作水平的致动器22a的基础负荷比命令Dbase，该基础负荷比命令Dbase是关联于节流阀开度的参数。在节流阀22中的某些空间或缝隙中积累污垢会改变进气气流量并影响通过初始设定基础负荷比命令Dbase精确地进行怠速转速控制。因此，非常需要学习致动器22a的基础负荷比命令Dbase。
在每次进程中进行一次对发动机控制的操作水平的学习。对学习值的适当重新可确保正确的发动机控制。
将电机MG1中的转子的旋转阻力设定为零引起太阳轮轴31a的怠速旋转，并将发动机20从齿圈轴32a分离(这等同于空档档位)。因此，发动机20容易地换档至无负荷运转或独立运转。
上述实施例在各方面都应被视为说明而非限制。不脱离本发明的主要特征的范围或精神，可以存在很多改变、变化、或替换。
在满足学习条件时，上述实施例的控制程序学习基础负荷比命令Dbase或致动器22a的参考操作量以调节节流阀22的开度。但是，将被学习的发动机控制的操作水平并不限于基础负荷比命令Dbase，而可以是任何关联于节流阀22的开度的参数，例如，流动通过节流阀22的开口的气流量或节流阀22的开度。
可如图8所示地改变在本实施例中执行的怠速转速控制程序。在图8的改变流程中，当在步骤S308学习完成标记F等于1(表示完成学习)时，发动机ECU 50判断是否从空调机ECU 90接收到目标怠速转速Nei*的升高请求(步骤S334)。在没有输入目标怠速转速Nei*的升高请求的情况下，发动机ECU 50直接进行至步骤S330。否则在进行至步骤S330之前，发动机ECU 50响应于输入升高请求增加目标怠速转速Nei*(步骤S336)。增加的目标怠速转速Nei*(例如，1200rpm)被用在怠速转速控制程序的下一个周期中。上述改变有效地防止了对目标怠速转速Nei*改变的过度地禁止，并仅在需要的范围内拒绝对目标怠速转速Nei*的改变请求。
在对本实施例的描述中，空调机ECU 90输出目标怠速转速Nei*的升高请求以将发动机20的冷却水的热流引入加热芯91并提升加热芯91内气流的温度。当在酷热气候空调机的设定温度低于乘客舱内的实际温度时，空调机ECU 90也可输出目标怠速转速Nei*的升高请求以增加压缩机的转速来对冷却媒介压缩并增强冷却能力。非车辆驱动系统的车辆系统并不限于空调机ECU 90，而可以是调节制动负压的车辆系统以及控制电源插座的车辆系统。发动机ECU 50可在步骤S310判断是否从这些车辆系统的任何一个接收到目标怠速转速Nei*的改变请求。
上述实施例涉及将本发明的电子发动机控制装置应用至具有并行结构与串行结构的结合的混合动力车辆。本发明的技术可应用至任何处于发动机及电机合作控制之下混合动力车辆，例如，可应用至并行混合动力车辆及串行混合动力车辆两者。本发明的技术并不限于混合动力车辆，而也可适用于在怠速停止控制下的机动车，该怠速停止控制响应于在每次短暂停车(例如，在行驶期间遇到交通灯)时驾驶员对制动踏板的一定下压程度而基本上减小至零的车速而停止发动机。在该怠速停止控制下的机动车中，希望获得类似于在上述实施例中描述的功能及效果。
在上述实施例中，电机MG2的动力输出至齿圈轴32a。在图9所示的一个可行改变中，电机MG2的动力可输出至另一车轴(即，与车轮119连接的车轴)，其不同于与齿圈轴32a连接的车轴(即，与车轮19连接的车轴)。
在上述实施例中，发动机20的动力经由动力分配集成机构30输出至作为连接至驱动轮19的驱动轴的齿圈轴32a。在图10所示的一个可行改变中，上述结构可具有成对转子电机330，该电机330具有连接至发动机20的曲轴27的内转子332以及连接至驱动轴用于将动力输出至驱动轮19的外转子334，并将来自发动机20的一部分动力输出至驱动轴，同时将动力的剩余部分转化为电能。
权利要求
1.一种控制发动机的电子发动机控制装置，所述电子发动机控制装置包括操作水平学习模组，所述操作水平学习模组在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间目标怠速转速处于预定转速范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；目标转速改变模组，所述目标转速改变模组响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求改变所述目标怠速转速；以及改变禁止模组，当由所述操作水平学习模组对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，所述改变禁止模组禁止所述目标转速改变模组改变所述目标怠速转速。
2.一种控制发动机的电子发动机控制装置，所述电子发动机控制装置包括操作水平学习模组，所述操作水平学习模组在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间所述发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值处于预置窄范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；目标转速改变模组，所述目标转速改变模组响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求改变所述目标怠速转速；以及改变禁止模组，当由所述操作水平学习模组对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，所述改变禁止模组禁止所述目标转速改变模组改变所述目标怠速转速。
3.根据权利要求1或2所述的电子发动机控制装置，其中所述改变禁止模组允许所述目标转速改变模组在由所述操作水平学习模组对所述发动机控制的操作水平的所述学习完成之后改变所述目标怠速转速。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子发动机控制装置，其中所述发动机具有水冷机构，且所述改变请求是从电子加热器控制单元输出的所述目标怠速转速的升高请求，所述电子加热器控制单元控制回收所述发动机内冷却水的无用热量的加热器。
5.根据权利要求4所述的电子发动机控制装置，所述电子发动机控制装置还包括停止重启控制模组，所述停止重启控制模组在满足预定发动机停止条件时停止所述发动机，而在随后满足预定发动机重启条件时重启所述发动机。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子发动机控制装置，其中所述发动机控制是怠速转速控制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子发动机控制装置，其中所述发动机控制的操作水平是用于调节节流阀开度的致动器的操作量。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子发动机控制装置，其中所述发动机控制的操作水平是在每个进程中至少学习一次得到的或者是在预定时段内至少学习一次得到的。
9.一种车辆，装备有根据权利要求1至8中任一项所述的电子发动机控制装置。
10.一种控制发动机的电子发动机控制方法，所述电子发动机控制方法包括以下步骤(a)在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间目标怠速转速处于预定转速范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；(b)当在所述步骤(a)中对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，禁止所述目标怠速转速响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求而改变。
11.一种控制发动机的电子发动机控制方法，所述电子发动机控制方法包括以下步骤(a)在作为一个先决条件的在所述发动机的怠速运转期间所述发动机的实际转速与目标怠速转速之间的差值处于预置窄范围内的条件下学习发动机控制的操作水平；(b)当在所述步骤(a)中对所述发动机控制的操作水平的所述学习未完成时，禁止所述目标怠速转速响应于从非车辆驱动系统的车辆系统发出的所述目标怠速转速的改变请求而改变。
12.根据权利要求10或11所述的电子发动机控制方法，其中在所述步骤(a)中对所述发动机控制的操作水平的所述学习完成之后，根据所述目标怠速转速的改变请求，所述步骤(b)允许所述目标怠速转速响应于所述改变请求而改变。
全文摘要
在发动机怠速运转期间目标怠速转速Nei
文档编号F02D41/24GK1957172SQ20058001642
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年5月28日
发明者西垣隆弘, 一本和宏 申请人:丰田自动车株式会社