CN101468644A - 控制混合电动车的驱动力的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控制混合电动车的驱动力的***和方法，其可减小从电动操作模式转换至内燃机运转模式期间产生的离合器接合冲击。为此目的，本发明提供了混合电动车的驱动力控制***，其包括发动机、电动发电机和离合器，其中至少一个起动发电机直接与发动机相连。发动机和起动发电机的输出扭矩被控制使得发动机的转速和电动发电机的转速之间的差值达到预定阈值，并且当所述转速之间的差值达到所述阈值时离合器被接合。

Description

控制混合电动车的驱动力的***和方法
技术领域
本发明涉及混合电动车的驱动力控制。更具体地，本发明涉及一种控制混合电动车的驱动力的***和方法，其可减小在离合器接合期间在混合动力车由电动发电机驱动的同时由发动机起动所产生的接合冲击。
背景技术
通常，混合电动车的驱动***包括发动机、电动发电机和用于控制发动机和电动发电机之间的连接和分离的离合器。当车辆由发动机驱动或者同时被发动机和电动发电机驱动时，离合器处于连接状态或者处于滑动状态。同时，当车辆仅由电动发电机驱动而没有使用发动机时，离合器打开从而使发动机与电动发电机分离。当车辆仅由电动发电机驱动的同时，如果有必要使用发动机的驱动力，就是说，在高速时或者在驾驶员突然压下加速踏板的情况下，如果以发动机和电动发电机相结合的方式驱动车辆更为有利，则起动发动机并且离合器与发动机连接，从而使用发动机的驱动力。
在离合器接合期间，如果发动机的转速和离合片的转速彼此不相同，则在车辆中会产生冲击或噪音。发动机对控制命令的响应低。结果，如果在发动机以低负载运转的状态下增加输出，则发动机的转速在一定时滞后会迅速增加，使得发动机的转速难以达到起动后的高转速。因此，在常规的混合电动车中，在从电动机运转模式向内燃机运转模式的转换期间，需要有用于防止离合器接合引起的冲击的装置或方法。
日本专利公开号第2006-347431号公开了一种通过在离合器接合期间停止供油、延迟点火时间或者节气门开度调节来控制发动机转速和扭矩的方法。然而所述方法存在缺陷。例如，转速的控制不足。而且，发动机的转速和离合器的转速之间的差值可能增大，从而使得在离合器接合期间产生振动和噪音。
日本专利公开号第2006-054940号公开了一种使用电动机在发动机起动期间控制发动机转速的方法。然而所述方法具有缺陷。例如，该方法包括当所述发动机的转速增大时自动接合的离心离合器，电动机的作用仅在于在发动机起动后补充不足的发动机扭矩，不可能精确地控制发动机的转速和扭矩，因此在离合器接合期间产生振动和噪音。
在背景技术中公开的上述信息仅仅是为了加强对本发明的背景的理解，因此，它可能包含不形成已经为本国本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的作出致力于解决上述与现有技术相关的问题。
在一个方面，本发明提供了一种混合电动车的驱动力控制***，其包括至少一个电动发电机；用于检测电动发电机的转速的电动发电机转速检测装置；用于控制电动发电机的电动发电机控制装置；发动机；用于检测发动机的转速的发动机转速检测装置；用于控制发动机的发动机控制装置；用于控制电动发电机和发动机之间的连接和分离的离合器；用于控制离合器的离合器控制装置；以及用于传输和中断电动发电机和发动机的驱动力的动力传输控制装置，所述***包括至少一个与发动机直接连接的起动发电机，其中，发动机和起动发电机的输出扭矩被控制成使得发动机的转速和电动发电机的转速之间的差值变小，并且当所述转速之间的差值达到预定阈值时离合器被接合。
在另一个方面，本发明提供了一种混合电动车的驱动力控制方法，该方法包括：检测电动发电机的转速和发动机的转速；检测所述转速之间的差值；当所述转速的差值达到预定阈值时将动力传输控制装置连接至发动机。
要理解的是本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括下列的机动车：例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种艇和船的船只，以及飞行器等等。
本发明的上述特征和优点从附图和下面的详细描述中将是显而易见的或者在附图和下面的详细描述中得以更加详细地阐明，附图合并入本说明书中并且形成本说明书的一部分，附图和下面的具体描述一起用于通过实施例来解释本发明的原理。
附图说明
现在参考附图中图示的某些示范性实施方式对本发明的上述和其它特征进行详细说明，以下的附图仅通过图示给出，因此不是对本发明的限定，其中：
图1是根据本发明的优选实施方式的混合电动车的驱动力控制***的侧面示意图；
图2是显示根据本发明的驱动力控制***的功能的框图；
图3是显示根据本发明在发动机起动后，时间、转速和扭矩之间关系的图表；和
图4是显示根据现有技术在发动机起动后，时间、转速和扭矩之间关系的图表。
在附图中列出的附图标记包括对将在下面进一步讨论的下列元件的参照标记：
10：驱动力控制***          20：车辆加速度
100：电动发电机             130：电池
140：逆变器                 150：电动发电机机转速
200：发动机                 220：发动机控制装置
230：发动机转速             240：发动机扭矩
250：比例控制装置           252：积分控制装置
254：微分控制装置           260：发动机摩擦扭矩
300：起动发电机             310：起动发电机控制装置
320：传送带                 330：起动发电机扭矩
400：离合器                 410：离合器控制装置
420：离合器压力             500：动力传输控制装置
应该理解附图没有必要按比例绘制，它们只是展示了图示说明本发明基本原理的各种优选特征的有些简化的表示方式。如本文公开的本发明的具体设计特征(包括，例如，具体尺寸、方向、位置以及形状)部分地将由特定目的应用以及使用环境来确定。
具体实施方式
现在将详细地描述本发明的优选实施方式，其实施例图示在后面所附的附图中，其中类似的附图标记始终表示类似的元件。下面参照附图描述各实施方式以解释本发明。
在具体实施方式和权利要求中的术语“发动机”表示内燃机，例如，其具有的可控性比电动机差。
图1是根据本发明的优选实施方式的混合电动车的驱动力控制***的侧面示意图，并且图2是显示根据本发明的驱动力控制***的配置和功能的框图。
如图1和2所示，根据本发明的驱动力控制***10包括电动操作装置、内燃机运转装置、起动发电机***和离合器***。
电动操作装置包括至少一个电动发电机100、用于检测电动发电机100的转速的电动发电机转速检测装置(未示出)，和用于控制电动发电机100的电动发电机控制装置120。
电动发电机100用作发电机以给电池130充电。而且，作为电动机的电动发电机100使用经逆变器140从电池130供应的电力来为车辆提供驱动力。
内燃机运转装置包括发动机200，用于检测发动机200的转速的发动机转速检测装置(未示出)，用于控制发动机200的发动机控制装置220。
发动机200显示对控制命令的缓慢响应。也就是说，如果在无扭矩负载的状态下增加输出，则转速可在一定时滞后迅速增大。因此，在发动机200起动后，难以在高转速下稳定地控制发动机200。
起动发电机***包括至少一个连接至发动机200的起动发电机300、起动发电机控制装置310和传送带320。
起动发电机300在低转速下显示迅速且准确的响应。然而，由于它尺寸小，因此其输出低，并且，特别是它在高转速下不能输出大扭矩。当发动机200起动期间转速低时，起动发电机300用作加速装置，并且当发动机200的转速迅速增加时，其作用是作为用于限制起动发电机300的转速的副控制装置来控制发动机200的转速和扭矩。
离合器***包括用于控制电动发电机100和发动机200之间的连接和分离的离合器400，和用于控制离合器400的离合器控制装置410。
从驱动力控制***10产生的驱动力通过动力传输控制装置500被传输至驱动轴510。
电动发电机控制装置120、发动机控制装置220、起动发电机控制装置310和离合器控制装置410由中央控制单元(未示出)控制。
如图2所示，本发明使用对应于发动机转速230和电动发电机转速150之间的差值的比例控制装置250(P控制器)、对应于所述差值的积分值的积分控制装置252(I控制器)和对应于所述差值的微分值的微分控制装置254(D控制器)来控制发动机200和起动发电机300的扭矩增益，以发动机转速230作为输入值且电动发电机转速150作为目标值。
比例控制装置250通过根据作为输入值的发动机转速230和作为目标值的电动发电机转速150之间的差值将输出值设为预定速率来控制发动机200的转速。由于发动机200具有这样的特征，即如果负载低则转速迅速增加，因此在比例控制装置250中需要具有高响应频率的快速响应。同时，尽管起动发电机控制装置310在低转速区域呈现快速且准确的响应，但由于起动发电机300的尺寸小而输出低，并且尤其是它在高转速下不能输出大扭矩。在本发明中，比例控制装置250设置将起动发电机300的扭矩增益设为大于发动机200的扭矩增益。
积分控制装置252通过相应地将目标输出值改变为电动发电机转速150和发动机转速230之间的差值的时间积分来控制发动机转速230。如果所述差值变小，则目标输出值和所述发动机转速230之间的差值也减小，因此积分控制装置252的响应频率相对较低。在本发明中，积分控制装置252将起动发电机300的扭矩增益设为小于发动机200的扭矩增益。
微分控制装置254是对应于电动发电机转速150和发动机转速230之间的差值的微分值的控制装置。如果电动发电机100的转速和发动机200的转速之间的差值有快速变化，则微分控制装置254通过设置与该变化对应的输出值来控制发动机200的转速。由于如果响应慢，微分控制装置254不能阻止该快速变化，则需要具有高响应频率的快速响应。在本发明中，微分控制装置254将起动发电机300的扭矩增益设为大于发动机200的扭矩增益。
根据附图2，将电动发电机转速150和发动机转速230输入至发动机控制装置220和起动发电机控制装置310。然后，分别对应于比例控制装置250、积分控制装置252和微分控制装置254，发动机控制装置220和起动发电机310输出发动机扭矩240和起动发电机扭矩330，由此控制发动机200和起动发电机300。
如果比例控制装置250、积分控制装置252和微分控制装置254的总和达到起动发电机300的输出限制，则起动发电机300可不再执行控制输出。因此，用于确保比例项和微分项足够输出的积分项被设置得极小。
如上所述，由于发动机200具有这样的特征，即，如果它在无负载怠速运转，转速迅速增加，转矩增益小，则施加根据起动发电机300的转速使得发动机200怠速运转的发动机摩擦扭矩260，以控制发动机200的扭矩。
将发动机摩擦扭矩260施加到发动机200有可能使发动机控制装置220和起动发电机控制装置310的低输出值可以很小，并且减小各个控制装置的输出值。结果，有可能提高控制响应而没有控制稳定性的任何损失。
离合器控制装置410决定发动机200的转速和电动发电机100的转速之间的差值，且如果所述差值低于预定阈值，则打开液压装置(未示出)以接合离合器。
下面的实施例参照图3说明本发明但并不打算限制本发明。
实施例
如果加速器踏板在车辆运行时在t0时刻被压下，电动发电机100立即对其响应；然而，由于输出低，转速缓慢增大。
为了满足驾驶员的指令，中央控制单元520指令发动机200起动并使得发动机200从t1时刻到t2时刻以低扭矩和低转速旋转以使燃烧稳定。接着，中央控制单元520与起动发电机300的比例控制装置250一同增加发动机200的转速。
在t3时刻，如果发动机转速230达到电动发电机转速150，则所述差值从负迅速变正。因此，起动发电机300的微分控制装置254的作用是减小发动机转速230。从t3时刻到t4时刻，发动机200和起动发电机300通过如图2所示各个控制装置根据发动机200和电动发电机100的转速旋转，并且同时，稳定使发动机200怠速运转的摩擦扭矩负荷。
离合器控制装置410决定发动机转速230和电动发电机转速150之间的差值，并且如果所述差值低于预定阈值，则在t4时刻施加离合器压力420使得在t4时刻和t5时刻之间车辆加速度20的变化变小。像这样，由于发动机200和快速响应于发动机200的起动发电机300都用于控制发动机200的转速，因此有可能减小在从电动操作模式转变为内燃发动机运行模式期间产生的离合器接合冲击。
将参照附图4描述比较实施例，在该实施例中从实施例的配置中去除了起动发电机300。
比较实施例
由于直到t2时刻上述操作与上述实施例相同，因此省略这些描述。在t2时刻，使用发动机控制装置220增加发动机转速230。尽管发动机200的转速在t3时刻达到电动发电机100的转速，但由于发动机200对控制指令的响应低，因此发动机转速230超过电动发电机转速150，并且随后转速控制变得不足。此外，由于转速不稳定，因此摩擦扭矩也不稳定。
离合器控制装置410决定发动机转速230和电动发电机转速150之间的差值，并且如果所述差值低于预定阈值，在t4时刻施加离合器压力420以致在t4时刻至t5时刻之间接合离合器。然而，由于转速差值大并且发动机200的扭矩不稳定，因此在t4时刻至t5时刻之间车辆加速度20的变化很大，导致离合器接合冲击。
如上所述，根据本发明的用于控制混合电动车的驱动力的***和方法，由于发动机和快速响应于发动机的电动发电机都用于控制发动机的转速，因此有可能减小从电动操作模式转换成内燃机运转模式期间所产生的离合器接合冲击。
此外，通过在P控制器和D控制器中将起动发电机的扭矩增益设置为大于发动机的扭矩增益，同时在I控制器中将其设置为更小，发动机和起动发电机的控制响应频率可彼此不相同，从而避免共振或者扭矩输出的干扰。
而且，由于起动发电机的扭矩增益在I控制器中被设置为小于发动机的扭矩增益，因此发动机和起动发电机相互平衡在这样一个状态，即，以发动机的相反方向输出扭矩，从而有可能减小不必要的输出。
另外，由于电动发电机的扭矩受根据起动发电机的转速使电动发电机怠速运转的摩擦扭矩控制，因此有可能将用于控制发动机和起动发电机的控制装置的输出值设置为较小，从而提高了控制响应而没有控制稳定性的任何损失。
已经参照本发明的优选实施方案对本发明进行了详细说明。然而本领域的技术人员应该理解在不偏离本发明的原理和精神下可在这些实施方案中做出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等价形式限定。

Claims (8)

1.一种混合电动车的驱动力控制***，其包括至少一个电动发电机；用于检测所述电动发电机的转速的电动发电机转速检测装置；用于控制所述电动发电机的电动发电机控制装置；发动机；用于检测所述发动机的转速的发动机转速检测装置；用于控制所述发动机的发动机控制装置；用于控制所述电动发电机和所述发动机之间的连接和分离的离合器；用于控制所述离合器的离合器控制装置；以及用于传输和中断所述电动发电机和所述发动机的驱动力的动力传输控制装置，
所述***包括至少一个与所述发动机直接连接的起动发电机，
其中，所述发动机和所述起动发电机的输出扭矩被控制成使得所述发动机的转速和所述电动发电机的转速之间的差值变小，并且当所述转速之间的所述差值达到预定阈值时所述离合器被接合。
2.如权利要求1所述的***，其中，通过对应于所述转速差值的控制器(P控制器)、对应于所述转速差值的微分值的控制器(D控制器)和对应于所述转速差值的积分值的控制器(I控制器)中的至少一个来执行对所述输出扭矩的控制，所述P和D控制器被执行为使得所述起动发电机的扭矩增益大于所述发动机的扭矩增益，并且所述I控制器被执行为使得所述起动发电机的扭矩增益小于所述发动机的扭矩增益。
3.如权利要求2所述的***，其中，通过所述转速差值和根据所述起动发电机的转速使所述发动机怠速旋转所需要的摩擦扭矩来控制所述发动机的输出扭矩。
4.如权利要求1所述的***，其中，通过所述转速差值和根据所述起动发电机的转速使所述发动机怠速旋转所需要的摩擦扭矩来控制所述发动机的输出扭矩。
5.一种混合电动车的驱动力控制方法，所述方法包括：
检测电动发电机的转速和发动机的转速；
检测所述转速之间的差值；和
当所述转速的差值达到预定阈值时将动力传输控制装置连接至所述发动机。
6.如权利要求5所述的方法，其中，通过对应于所述转速差值的控制器(P控制器)、对应于所述转速差值的微分值的控制器(D控制器)和对应于所述转速差值的积分值的控制器(I控制器)中的至少一个来控制所述发动机和所述起动发电机的输出扭矩，所述P和D控制器被执行为使得所述起动发电机的扭矩增益大于所述发动机的扭矩增益，并且所述I控制器被执行为使得所述起动发电机的扭矩增益小于所述发动机的扭矩增益。
7.如权利要求6所述的方法，其中，通过根据所述起动发电机的转速使所述发动机怠速旋转所需要的摩擦扭矩来控制所述发动机的输出扭矩。
8.如权利要求5所述的方法，其中，通过根据所述起动发电机的转速使所述发动机怠速旋转所需要的摩擦扭矩来控制所述发动机的输出扭矩。
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