DE102010060629A1

DE102010060629A1 - Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102010060629A1
Application number: DE102010060629A
Authority: DE
Inventors: Takenori Hashimoto; Atsuhi Namba
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: DE102010060629B4; JP2011109855A; JP5520578B2; CN102069729B; CN102069729A; US8430191B2; US20110115318A1

Abstract

Ein Kupplungsmechanismus (65) ist zwischen einem Antriebsrad (16) und einem Elektromotor (13) vorgesehen, und in einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Elektromotor (13) von dem Antriebsrad (16) abgekoppelt, um eine übermäßig hohe Drehzahl des Elektromotors (13) zu verhindern. In dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit, in dem der Kupplungsmechanismus (65) in einen ausgerückten Zustand geschaltet wird, wird eine Drehzahlsteuerung an dem Elektromotor (13) ausgeführt, wenn ein Ladezustand SOC unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert Smin (Bezugszeichen b) fällt, und infolgedessen wird die Motordrehzahl auf einer Solldrehzahl Nr auf der niedrigeren Drehzahlseite von einer Obergrenzen-Drehzahl Nmax gehalten. Ferner wird der Kupplungsmechanismus (65) von dem ausgerückten Zustand in einen Schlupfzustand geschaltet. Somit wird dem Elektromotor (13) ein begrenztes Energieerzeugungs-Drehmoment zugeführt, und infolgedessen kann der Elektromotor (13) in einen Regenerierungszustand gesteuert werden, während die Motordrehzahl auf die oder unter die Obergrenzen-Drehzahl Nmax herabgedrückt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge, die einen mit einem Antriebsrad gekoppelten Elektromotor aufweisen.
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
In der Entwicklung befinden sich hybridelektrische Kraftfahrzeuge, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor als Antriebsquelle verwenden, und Elektrofahrzeuge, die nur einen Elektromotor als Antriebsquelle verwenden. Der in diesen Elektrofahrzeugen installierte Elektromotor ist mit einem Antriebsrad derart gekoppelt, daß sich die Drehzahl des Elektromotors in Verbindung mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.
Mit anderen Worten, es steigt die Drehzahl des Fahrzeugs in einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit an, und daher kann eine exzessive induzierte Spannung von dem Elektromotor erzeugt werden. Als Antwort auf dieses Problem ist ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen worden, bei dem ein Kupplungsmechanismus zwischen dem Antriebsrad und dem Elektromotor vorgesehen ist, so daß der Elektromotor bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Antriebsrad entkoppelt wird (siehe z. B. japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP-A-2007-331632 und japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP-A-2008-239041 ). Auf diese Weise kann das Auftreten einer übermäßigen Drehzahl bei dem Elektromotor verhindert werden, und infolgedessen kann das Entstehen einer exzessiven induzierten Spannung verhindert werden.
Bei den in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP-A-2007-331632 und der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP-A-2008-239041 beschriebenen Elektrofahrzeugen wird jedoch der Elektromotor bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit gestoppt, was die Erzeugung von Energie unmöglich macht.
Wenn somit während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit der Kupplungsmechanismus für eine lange Zeitdauer ausgerückt bzw. außer Eingriff ist, kann ein kontinuierliches Entladen stattfinden, das zum Aufbrauchen der Batterieenergie führen kann, und eine Regenerierung kann möglicherweise unzulänglich sein, so daß sich eine Verminderung der Energieeffizienz des Elektrofahrzeugs ergibt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu gewährleisten, daß ein Elektrofahrzeug die Energieerzeugung in einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit, in dem ein Kupplungsmechanismus ausgerückt ist, durchführen kann.
Eine Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem mit einem Antriebsrad gekoppelten Elektromotor versehen und weist folgendes auf: einen Kupplungsmechanismus, der zwischen dem Antriebsrad und dem Elektromotor vorgesehen ist, um den Elektromotor in einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Elektromotor abzukoppeln; und eine Kupplungssteuereinrichtung zum Steuern des Kupplungsmechanismus in einen Schlupfzustand, wenn der Elektromotor in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von elektrischer Energie gesteuert wird, wobei bei der Steuerung des Elektromotors zum Erzeugen von elektrischer Energie in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Motordrehzahl auf eine oder unter eine vorbestimmte Obergrenzen-Drehzahl herabgedrückt wird.
Die Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ferner eine Motorsteuereinrichtung zum Steuern eines Betriebszustands des Elektromotors, wobei bei der Steuerung des Elektromotors zum Erzeugen von elektrischer Energie in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Motorsteuereinrichtung eine Drehzahlsteuerung ausführt, um die Motordrehzahl auf einer vorbestimmten Solldrehzahl zu halten.
Wenn bei der Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung der Elektromotor in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von elektrischer Energie gesteuert wird, gibt die Motorsteuereinrichtung eine Rückkopplungsregelungs-Verstärkungskonstante höher als normal vor.
Wenn bei der Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung der Elektromotor in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von elektrischer Energie gesteuert wird, schaltet die Kupplungssteuereinrichtung den Kupplungsmechanismus abwechselnd in den Schlupfzustand und einen ausgerückten Zustand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kupplungsmechanismus in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit in den Schlupfzustand gesteuert, in dem der Elektromotor von dem Antriebsrad abgekoppelt ist, und auf diese Weise kann elektrische Energie erzeugt werden, während die Motordrehzahl selbst in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit auf die oder unter die Obergrenzen-Drehzahl herabgedrückt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Hybridfahrzeugs;
2 eine umrißartige Darstellung zur Erläuterung einer in dem Hybridfahrzeug installieren Antriebseinheit;
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines in der Antriebseinheit vorgesehen Kupplungsmechanismus;
4 eine Ansicht zur Erläuterung von Betriebszuständen eines Motors/Generators und des Kupplungsmechanismus in einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit; und
5 eine Ansicht zur Erläuterung von Betriebszuständen des Motors/Generators in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Hybridfahrzeugs 10. Eine Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in dem Hybridfahrzeug 10 vorgesehen.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Antriebseinheit 11 in Längsrichtung in einem Fahrzeugaufbau installiert. Ein Verbrennungsmotor 12 ist in einen Endbereich der Antriebseinheit 11 integriert, und ein Motor/Generator (Elektromotor) 13 ist in einen anderen Endbereich der Antriebseinheit 11 integriert.
Ein stufenlos verstellbares Getriebe 14, ein Differentialmechanismus 15 usw. sind in die Antriebseinheit 11 derart integriert, daß Verbrennungsmotor-Kraft und Elektromotor-Kraft über den Differentialmechanismus 15 zu einem Antriebsrad 16 übertragen werden.
Eine Hochspannungsbatterie 20 (beispielsweise eine Lithiumionenbatterie) ist in dem Hybridfahrzeug 10 angebracht, um dem Motor/Generator 13 elektrische Energie zuzuführen. Ein Inverter 21 ist zwischen der Hochspannungsbatterie 20 und dem Motor/Generator 13 vorgesehen, wobei der Inverter 21 durch ein Schaltelement oder dergleichen gebildet ist. Bei Verwendung des Motors/Generators 13 als Motor wird Gleichstromenergie von der Hochspannungsbatterie 20 über den Inverter 21 in Wechselstromenergie für den Motor/Generator 13 umgewandelt.
Bei Verwendung des Motors/Generators 14 als Generator dagegen wird Wechselstromenergie von dem Motor/Generator 13 über den Inverter 21 in Gleichstromenergie für die Hochspannungsbatterie 20 umgewandelt. Eine Niedrigspannungsbatterie 23 (beispielsweise ein Bleiakkumulator) ist über einen DC/DC-Wandler 22 (Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler) mit der Hochspannungsbatterie 20 verbunden, und der Niedrigspannungsbatterie 23 wird elektrische Energie von der Hochspannungsbatterie 20 über den Wandler 22 zugeführt.
Die Niedrigspannungsbatterie 23 hat die Funktion einer Stromversorgung für den Inverter 21, den Wandler 22 sowie für die im folgenden noch zu beschreibenden Steuereinheiten 24 bis 26 und hat ferner die Funktion einer Stromversorgung für eine Klimaanlagenvorrichtung, Scheinwerfer usw., die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
Weiterhin ist das Hybridfahrzeug 10 mit einer Fahrzeugsteuereinheit 24 versehen, die zur Steuerung des Hybridfahrzeugs 10 insgesamt dient. Verschiedene Arten von Information, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Gaspedal-Öffnungsausmaß, werden der Fahrzeugsteuereinheit 24 zugeführt, und auf der Basis der Information gibt die Fahrzeugsteuereinheit 24 Steuersignale an den Inverter 21, den Wandler 22 usw. ab.
Das Hybridfahrzeug 10 ist ferner mit einer Batteriesteuereinheit 25 versehen, um das Laden und Entladen der Hochspannungsbatterie 20 zu steuern. Die Batteriesteuereinheit 25 steuert die Spannung und den Strom der Hochspannungsbatterie 20 und berechnet einen Ladezustand SOC, der eine verbleibende Menge an elektrischer Energie in der Hochspannungsbatterie 20 darstellt, auf der Basis der Spannung, des Stroms, der Temperatur usw.
Weiterhin ist das Hybridfahrzeug 10 mit einer Verbrennungsmotor-Steuereinheit 26 zum Steuern der Motordrehzahl und des Motordrehmoments ausgestattet. Die Steuereinheiten 24 bis 26 sind durch einen Mikrocomputer oder dergleichen gebildet und über ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden.
2 zeigt eine umrißartige Darstellung zur Erläuterung der in dem Hybridfahrzeug 10 angebrachten Antriebseinheit 11. Wie in 2 gezeigt, ist ein Getriebegehäuse 30 an dem Verbrennungsmotor 12 angebracht, und das stufenlos verstellbare Getriebe 14 ist in dem Getriebegehäuse 30 untergebracht. Das stufenlos verstellbare Getriebe 14 beinhaltet eine Primärwelle 31, die von dem Verbrennungsmotor 12 angetrieben wird, und eine Sekundärwelle 32, die parallel zu der Primärwelle 31 ist. Eine Primärriemenscheibe 33 ist auf der Primärwelle 31 vorgesehen, und die Primärriemenscheibe 33 beinhaltet eine feststehende Scheibe 33a und eine bewegliche Scheibe 33b.
Primärölkammern 34a und 34b sind auf der Seite einer rückwärtigen Oberfläche der beweglichen Scheibe 33b gebildet, und durch das Regulieren des Drucks in den Primärölkammern 34a und 34b kann einen Riemenscheiben-Nutbreite variiert werden. Eine Sekundärriemenscheibe 35 ist auf der Sekundärwelle 32 vorgesehen, und die Sekundärriemenscheibe 35 beinhaltet eine feststehende Scheibe 35a und eine bewegliche Scheibe 35b.
Eine Sekundärölkammer 36 ist auf der Seite einer rückwärtigen Oberfläche der beweglichen Scheibe 35b gebildet, und durch das Regulieren des Drucks in der Sekundärölkammer 35b kann die Riemenscheiben-Nutbreite variiert werden, Ferner kann durch Variieren der Nutbreite der Riemenscheiben 33 und 35 zum Variieren eines Umlaufdurchmessers einer Antriebskette 37 die Primärwelle 31 relativ zu der Sekundärwelle 32 kontinuierlich verschoben werden.
Ein Drehmomentwandler 41 und ein Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 42 sind zwischen einer Kurbelwelle 40 und der Primärwelle 31 vorgesehen, um die Kraft des Verbrennungsmotors 12 zu dem stufenlos verstellbaren Getriebe 14 zu übertragen. Der Drehmomentwandler 41 beinhaltet ein mit der Kurbelwelle 40 gekoppeltes Pumpenlaufrad 43 sowie einen Turbinenläufer 45, der gegenüber von dem Pumpenlaufrad 43 angeordnet ist und mit einer Turbinenwelle 44 gekoppelt ist.
Der Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 42 beinhaltet ein Planetengetriebe 46 vom Doppelritzel-Typ, eine Vorwärtskupplung 47 und eine Rückwärtsbremse 48. Durch Steuern der Vorwärtskupplung 47 und der Rückwärtsbremse 48 kann ein Verbrennungsmotor-Kraftübertragungsweg geschaltet werden, und infolgedessen kann die Rotationsrichtung der Primärwelle 31 umgeschaltet werden.
Ferner ist eine Getriebeausgangswelle 49 in dem Getriebegehäuse 30 parallel zu der Sekundärwelle 32 untergebracht, und die Getriebeausgangswelle 49 ist über einen Getriebezug 50 mit der Sekundärwelle 32 gekoppelt. Weiterhin ist ein Ritzel 51 an einem Endbereich der Getriebeausgangswelle 49 befestigt, und das Ritzel 51 kämmt mit einem Hohlrad 52 des Differentialmechanismus 15.
Somit sind das stufenlos verstellbare Getriebe 14 und der Differentialmechanismus 15 über die Getriebeausgangswelle 49 derart gekoppelt, daß der Verbrennungsmotor-Leistungsausgang von dem stufenlos verstellbaren Getriebe 14 über die Getriebeausgangswelle 49 zu dem Differentialmechanismus 15 übertragen wird.
Ferner ist ein Motorgehäuse 60 an dem Getriebegehäuse 30 angebracht, und der Motor/Generator 13 ist in dem Motorgehäuse 60 untergebracht. Der Motor/Generator 13 beinhaltet einen an dem Motorgehäuse 60 befestigten Statur 61 und einen Rotor 62, der innenseitig von dem Statur 61 frei drehbar aufgenommen ist.
Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Motor/Generator 13 handelt es sich um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (einen PM-Motor), bei dem eine Statorwicklung 63 um den Statur 51 gewickelt ist und ein Permanentmagnet in den Rotor 62 integriert ist. Zum Steuern des Motors/Generators 13 gibt die als Motorsteuereinrichtung fungierende Fahrzeugsteuereinheit 24 ein Solldrehmoment auf der Basis eines Gaspedal-Öffnungsausmaßes, einer Motordrehzahl usw. vor.
Die Fahrzeugsteuereinheit 24 gibt dann ein dem Solldrehmoment entsprechendes Impulssignal an den Inverter 21 ab, worauf der Inverter 21 jeder Phasenleitung der Statorwicklung 63 Wechselstrom zuführt. Die Fahrzeugsteuereinheit 24 detektiert den Wert des Stroms, der der jeweiligen Phasenleitung zugeführt wird, und führt eine Rückkopplungsregelung des Impulssignals aus, und infolgedessen wird der Motor/Generator 13 zum Abgeben des Solldrehmoments gesteuert.
Es sei erwähnt, daß ein Rotationspositionssensor 64, wie z. B. ein Resolver, an dem Rotor 62 des Motors/Generators 13 vorgesehen ist, um den Rotationswinkel des Rotors 62 zu detektieren. Der Rotationswinkel wird für die Koordinatenumwandlung zwischen einem bezüglich drei Phasen festgelegten Koordinatensystem (u-v-w) und einem rotierenden Koordinatensystem (d-q) verwendet.
Weiterhin sind ein Kupplungsmechanismus 65 und ein Getriebezug 66 zwischen dem Motor/Generator 13 und der Getriebeausgangswelle 49 vorgesehen, und die Motorleistung wird über den Kupplungsmechanismus 65 und den Getriebezug 66 auf die Getriebeausgangswelle 49 übertragen. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des in der Antriebseinheit 11 vorgesehenen Kupplungsmechanismus 65.
Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet der Kupplungsmechanismus 65 eine Kupplungsnabe 68, die auf einer sich von dem Rotor 62 weg erstreckenden Motorwelle 57 befestigt ist, und eine Kupplungstrommel 69, die mit einem Antriebszahnrad 66a des Getriebezugs 66 gekoppelt ist. Eine Vielzahl von Reibscheiben 70a sind an der Kupplungsnabe 68 angebracht, und eine Vielzahl von Reibscheiben 70b sind an der Kupplungstrommel 69 angebracht.
Ferner ist ein Kolben 71 in der Kupplungstrommel 69 untergebracht, und eine Kupplungsölkammer 72 ist durch die Kupplungstrommel 69 und den Kolben 71 gebildet. Beim Zuführen von Betriebsöl zu der Kupplungsölkammer 72 wird der Kolben 71 durch den Öldruck nach außen gedrückt, und infolgedessen werden die Reibscheiben 70a und 70b gegeneinander gedrückt, so daß der Kupplungsmechanismus 65 in einen eingerückten Zustand verbracht wird.
Wenn das Betriebsöl dagegen aus der Kupplungsölkammer 72 abgegeben wird, so wird der Kolben 71 durch ein Federelement 73 zurückgedrückt, und dadurch wird der Eingriff zwischen den Reibscheiben 70a und 70b gelöst, so daß der Kupplungsmechanismus 65 in einen ausgerückten bzw. gelösten Zustand verbracht wird. Es sei darauf hingewiesen, daß durch Regulieren eines der Kupplungsölkammer 72 zugeführten Kupplungsdrucks ein Schlupfzustand hergestellt werden kann, in dem Drehmoment übertragen wird, während die Reibscheiben 70a und 70b zum Schlupfen bzw. Durchrutschen veranlaßt werden.
Zum Steuern der Zufuhr von Betriebsöl zu der Kupplungsölkammer 72 des Kupplungsmechanismus 65 ist eine von dem Verbrennungsmotor 12 angetriebene Ölpumpe 80 in der Antriebseinheit 11 vorgesehen, wie dies in 2 gezeigt ist, und eine Ventileinheit 81 ist zwischen der Ölpumpe 80 und dem Kupplungsmechanismus 65 vorgesehen, wie dies in 1 gezeigt ist.
Die Ventileinheit 81 ist durch Magnet-Steuerventile gebildet, wie z. B. ein Ölpassagen-Umschaltventil und ein Drucksteuerventil, und der Betriebszustand der Magnet-Steuerventile wird durch die als Kupplungssteuereinrichtung wirkende Fahrzeugsteuereinheit 24 gesteuert.
In einem Bereich niedriger/mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit, in dem die Motordrehzahl nicht höher ist als eine vorbestimmte Obergrenzen-Drehzahl, wird der Kupplungsmechanismus 65 von der Fahrzeugsteuereinheit 24 in den Eingriffszustand geschaltet, so daß der Motor/Generator 13 mit dem Antriebsrad 16 gekoppelt wird.
In einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit dagegen, in dem die Motordrehzahl die Obergrenzen-Drehzahl übersteigt, wird der Kupplungsmechanismus 65 von der Fahrzeugsteuereinheit 24 in den ausgerückten Zustand geschaltet, so daß der Motor/Generator 13 von dem Antriebsrad 16 abgekoppelt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Fahrzeugsteuereinheit 24 die Motordrehzahl auf der Basis eines Signals von dem Rotationspositionssensor 64 berechnet.
In dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ist somit der Motor/Generator 13 von dem sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Antriebsrad 16 abgekoppelt, und somit kann eine übermäßige Drehzahl bei dem Motor/Generator 13 verhindert werden, und damit kann auch die Erzeugung einer übermäßigen Spannung verhindert werden. Infolgedessen kann die Stehspannung des Inverters 21 auf einen niedrigen Wert gesetzt werden, so daß sich die Kosten für das Energiesteuersystem reduzieren lassen.
Ferner kann durch das Abkoppeln des Motors/Generators 13 bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Energiemenge, die während einer Feldschwächungssteuerung verbraucht wird, vermindert werden, und somit kann wiederum der Energieverbrauch des Hybridfahrzeugs 10 herabgesetzt werden. Ferner kann durch das Abkoppeln des Motors/Generators 13 bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ein Energieverlust aufgrund eines Rotationswiderstands des Rotors 62 vermieden werden.
Im folgenden wird ein Energieerzeugungs-Steuervorgang in bezug auf den Motor/Generator 13 beschrieben. Wie vorstehend erwähnt, wird der Motor/Generator 13 in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Antriebsrad 16 abgekoppelt, um den Inverter 21 usw. zu schützen. Jedoch wirkt der Motor/Generator 13 als Energiegenerator, und somit ist in einem Zustand, in dem der Kupplungsmechanismus 65 in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich ausgerückt ist, der Energieerzeugungsvorgang des Motors/Generators 13 begrenzt.
Genauer gesagt, es kann dann, wenn der Kupplungsmechanismus 65 während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit für eine lange Zeitdauer ausgerückt ist, eine Entladung in kontinuierlicher Weise stattfinden, die zum Aufbrauchen der Energie der Hochspannungsbatterie 20 und der Niedrigspannungsbatterie 23 führen kann, wobei es infolgedessen für das Hybridfahrzeug 10 schwierig sein kann, günstige Fahreigenschaften aufrechtzuerhalten.
Als Antwort auf dieses Problem steuert die Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Kupplungsmechanismus 65 in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit in einen Schlupfzustand, um dadurch eine Energieerzeugungs-Steuerung des Motors/Generators 13 zu ermöglichen, ohne daß bei dem Motor/Generator 13 eine übermäßige Drehzahl hervorgerufen wird.
4 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung von Betriebsbedingungen des Motors/Generators 13 und des Kupplungsmechanismus 65 in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit. Wie in 4 gezeigt, ist in dem Bereich niedriger/mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit der Kupplungsmechanismus 65 eingerückt, und somit verändert sich die Motordrehzahl in Verbindung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Wenn das Hybridfahrzeug 10 in den Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit gelangt, so daß die Motordrehzahl eine vorbestimmte Ausrück-Drehzahl Nr (Bezugszeichen a) überschreitet, wird der Kupplungsmechanismus 65 in den ausgerückten Zustand geschaltet, und der Motor/Generator 13 wird von dem Antriebsrad 16 abgekoppelt.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Motor/Generator 13 keine Energie erzeugen, wenn sich der Kupplungsmechanismus 65 im ausgerückten Zustand befindet, und somit wird der Ladezustand SOC der Hochspannungsbatterie 20 allmählich geringer.
Wenn der Ladezustand SOC unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert S_min (Bezugszeichen b) fällt, wird für den Motor/Generator 13 eine derartige Drehzahlsteuerung ausgeführt, daß die Motordrehzahl auf einer Solldrehzahl Nt auf der niedrigeren Drehzahlseite von einer Obergrenzen-Drehzahl N_max gehalten wird. Bei dieser Drehzahlsteuerung wird eine Verstärkungskonstante der Rückkopplungsregelung höher vorgegeben als im Fall einer normalen Drehmomentsteuerung, die im Bereich der niedrigen/mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird.
Ferner wird der Kupplungsölkammer 72 ein vorab vorgegebener, vorbestimmter Kupplungsdruck zugeführt, so daß der Kupplungsmechanismus 65 von dem ausgerückten Zustand in den Schlupfzustand geschaltet wird. Infolgedessen wird dem Motor/Generator 13 von der Getriebeausgangswelle 49 ein begrenztes Energieerzeugungs-Drehmoment zugeführt, so daß es möglich ist, den Motor/Generator 13 in einen Regenerierungszustand zu steuern.
Da zu diesem Zeitpunkt die Drehzahlsteuerung an dem Motor/Generator 13 ausgeführt wird, überschreitet die Motordrehzahl nicht die Obergrenzen-Drehzahl N_max. Da ferner die Verstärkungskonstante der Rückkopplungsregelung während der Drehzahlsteuerung als hoher Wert vorgegeben ist, kann ein Ansprechen des Motors/Generators 13 gesteigert werden, so daß es möglich wird, eine übermäßige Drehzahl bei dem Motor/Generator 13 in zuverlässiger Weise zu verhindern.
Wenn der Ladezustand SOC, der als Resultat der Energieerzeugung ansteigt, einen vorbestimmten oberen Grenzwert S_max (Bezugszeichen c) erreicht, ist somit die Energieerzeugung durch den Motor/Generator 13 nicht mehr erforderlich, und somit wird die an dem Motor/Generator 13 ausgeführte Drehzahlsteuerung gestoppt, und der Kupplungsmechanismus 65 wird in den ausgerückten Zustand zurückgeschaltet.
Es ist darauf hinzuweisen, daß es sich bei der Obergrenzen-Drehzahl N_max des Motors/Generators 13 um einen zulässigen oberen Grenzwert der Motordrehzahl handelt, der auf der Basis der Stehspannungskapazität des Inverters, der mechanischen Festigkeit des Rotors 62 usw. vorgegeben ist.
Somit wird in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Kupplungsmechanismus 65 in den Schlupfzustand gesteuert, und dadurch kann der Motor/Generator 13 in den Regenerierungszustand (Energieerzeugungszustand) gesteuert werden, während die Motordrehzahl verringert wird. Ferner wird der Motor/Generator 13 zum Beibehalten der Solldrehzahl Nt gesteuert, und dadurch kann das Auftreten einer übermäßigen Drehzahl bei dem Motor/Generator 13 in zuverlässiger Weise verhindert werden.
Da der Motor/Generator 13 selbst im Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit in den Regenerierungszustand gesteuert werden kann, läßt sich der Ladezustand SOC der Hochspannungsbatterie 20 in einem angemessenen Bereich halten, und auf diese Weise kann bei dem Hybridfahrzeug 10 in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit eine günstige Fahrleistung aufrechterhalten werden. Ferner kann ein Regenerierungsbereich des Motors/Generators 13 auf den Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ausgedehnt werden, und damit läßt sich eine Verbesserung bei der Kraftstoffeffizienz des Hybridfahrzeugs 10 erzielen.
Da ferner der Ladezustand SOC der Hochspannungsbatterie 20 innerhalb eines angemessenen Bereichs gehalten werden kann, kann auf eine Lichtmaschine bzw. einen Wechselstromerzeuger zum Laden der Niedrigspannungsbatterie 23 verzichtet werden, so daß auf diese Weise das Niedrigspannungssystem vereinfacht werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung wird eine Schlupfsteuerung des Kupplungsmechanismus 65 aufgehoben, wenn der Ladezustand SOC den vorbestimmten oberen Grenzwert S_max erreicht, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Wie z. B. in 4 mit unterbrochener Linie gezeigt ist, kann die Schlupfsteuerung des Kupplungsmechanismus 65 aufgehoben werden, wenn die Motordrehzahl unter die Obergrenzen-Drehzahl N_max sinkt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit während des Kupplungseingriffs geringer wird (Bezugszeichen d), woraufhin der Kupplungsmechanismus 65 von dem Schlupfzustand auf den Eingriffszustand umgeschaltet wird.
Ferner sind in dem in 4 gezeigten Fall die Ausrück-Drehzahl Nr und die Solldrehzahl Nt identisch, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und die Ausrück-Drehzahl Nr und die Solldrehzahl Nt können auch mit unterschiedlichen Drehzahlwerten vorgegeben werden. Die Solldrehzahl Nt des Motors/Generators 13 ist vorzugsweise in der Nähe der Obergrenzen-Drehzahl N_max vorgegeben, um einen Schlupfbetrag bei dem Kupplungsmechanismus 65 zu vermeiden und seine Lebensdauer zu verbessern.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist ferner ein Rotationssensor 82 zum Detektieren der Drehzahl des Antriebszahnrads 66a in der Antriebseinheit 11 vorgesehen, wobei der Rotationssensor 82 zum Erfassen einer antriebsradseitigen Drehzahl des Kupplungsmechanismus 65 verwendet werden kann. Die Fahrzeugsteuereinheit 24 berechnet den Schlupfbetrag des Kupplungsmechanismus 65 durch Subtrahieren einer motorseitigen Drehzahl (der Motordrehzahl) des Kupplungsmechanismus 65 von der antriebsradseitigen Drehzahl des Kupplungsmechanismus 65.
Außerdem berechnet die Fahrzeugsteuereinheit 24 ein Transmissionsdrehmoment des Kupplungsmechanismus 65 auf der Basis eines Kupplungsdrucks, der der Kupplungsölkammer 72 zugeführt wird. Die Fahrzeugsteuereinheit 24 berechnet ferner einen Wärmeerzeugungsbetrag des Kupplungsmechanismus 65 durch Multiplizieren des Schlupfbetrags mit dem Transmissionsdrehmoment und berechnet einen integrierten Wert des Wärmeerzeugungsbetrags während der Schlupfsteuerung.
Wenn der Wärmeerzeugungsbetrag einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet oder der integrierte Wert des Wärmeerzeugungsbetrags einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet, hebt die Fahrzeugsteuereinheit 24 die Schlupfsteuerung auf und schaltet den Kupplungsmechanismus 65 in den ausgerückten Zustand. Infolgedessen kann einem Festsetzen des Kupplungsmechanismus 65 zuvorgekommen werden, so daß sich die Haltbarkeit des Kupplungsmechanismus 65 verbessern läßt.
Bei der vorstehenden Beschreibung wird der Motor/Generator 13 in den Regenerierungszustand gesteuert, während der Kupplungsmechanismus 65 im Schlupfzustand gehalten ist, wenn der Ladezustand SOC im Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit geringer wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern der Kupplungsmechanismus 65 kann auch in intermittierender Weise zwischen dem Schlupfzustand und dem ausgerückten Zustand umgeschaltet werden.
5 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung von Betriebsbedingungen des Motors/Generators 13 und des Kupplungsmechanismus 65 im Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit.
Wie in 5 gezeigt, wird bei Eintritt des Hybridfahrzeugs 10 in den Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit, so daß die Motordrehzahl die vorbestimmte Ausrück-Drehzahl Nr (Bezugszeichen a) überschreitet, der Kupplungsmechanismus 65 in den ausgerückten Zustand geschaltet, und der Motor/Generator 13 wird von dem Antriebsrad 16 abgekoppelt.
Wenn sich der Kupplungsmechanismus 65 im ausgerückten Zustand befindet, kann der Motor/Generator 13 keine Energie bzw. Strom erzeugen, und daher wird der Ladezustand SOC der Hochspannungsbatterie 20 allmählich geringer.
Wenn der Ladezustand SOC unter den vorbestimmten unteren Grenzwert S_min (Bezugszeichen b) sinkt, wird die Drehzahlsteuerung an dem Motor/Generator 13 derart ausgeführt, daß die Motordrehzahl auf der Solldrehzahl Nt auf der niedrigeren Drehzahlseite von der Obergrenzen-Drehzahl N_max gehalten wird.
Bei der Drehzahlsteuerung wird die Verstärkungskonstante der Rückkopplungsregelung höher vorgegeben als die Verstärkungskonstante bei der normalen Drehzahlsteuerung, die in dem Bereich niedriger/mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird. Ferner wird der Kupplungsölkammer 72 ein vorbestimmter, vorab vorgegebener Kupplungsdruck zugeführt, so daß der Kupplungsmechanismus 65 von dem ausgerückten Zustand in den Schlupfzustand geschaltet wird.
Wenn der Schlupfzustand bei dem Kupplungsmechanismus 65 in kontinuierlicher Weise für eine vorbestimmte Zeit hergestellt worden ist, dann wird eine intermittierende Steuerung an dem Kupplungsmechanismus 65 ausgeführt. Bei der intermittierenden Steuerung des Kupplungsmechanismus 65 handelt es sich um eine Steuerung, die den Kupplungsmechanismus 65 abwechselnd in den Schlupfzustand und den ausgerückten Zustand schaltet.
Somit wird dem Motor/Generator 13 Energieerzeugungs-Drehmoment von der Getriebeausgangswelle 49 auch dann zugeführt, wenn der Kupplungsmechanismus 65 in dieser Weise abwechselnd in den Schlupfzustand und den ausgerückten Zustand geschaltet wird, und somit kann der Motor/Generator 13 in den Regenerierungszustand gesteuert werden.
Durch das abwechselnde Schalten des Kupplungsmechanismus 65 in den Schlupfzustand und den ausgerückten Zustand, kann ferner eine übermäßige Wärmeerzeugung durch den Kupplungsmechanismus 65 verhindert werden, und infolgedessen läßt sich die Haltbarkeit des Kupplungsmechanismus 65 verbessern. Die Zeitdauer, für die der Kupplungsmechanismus 65 während der intermittierenden Steuerung im Schlupfzustand bzw. im ausgerückten Zustand gehalten wird, wird auf der Basis des Wärmeerzeugungsbetrages des Kupplungsmechanismus 65 vorgegeben.
Wenn z. B. der Wärmeerzeugungsbetrag gering ist, wird die Zeitdauer, für die der Kupplungsmechanismus 65 im Schlupfzustand gehalten wird, als lange Zeitdauer vorgegeben, während bei einem hohen Wärmeerzeugungsbetrag die Zeitdauer, für die der Kupplungsmechanismus 65 im ausgerückten Zustand gehalten wird, als lange Zeitdauer vorgegeben wird. Wie vorstehend erwähnt, wird der Wärmeerzeugungsbetrag des Kupplungsmechanismus 65 durch Multiplizieren des Schlupfbetrags des Kupplungsmechanismus 65 mit dem Transmissionsdrehmoment berechnet.
Es ist darauf hinzuweisen, daß der Motor/Generator 13 nur dann zum Erzeugen von elektrischer Energie veranlaßt werden kann, wenn der Kupplungsmechanismus 65 in den Schlupfzustand geschaltet ist, oder der Motor/Generator 13 während der Periode, in der der Kupplungsmechanismus 65 in intermittierender Weise zwischen Schlupfzustand und ausgerücktem Zustand umgeschaltet wird, kontinuierlich zum Erzeugen von elektrischer Energie veranlaßt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird dann, wenn der Ladezustand SOC den vorbestimmten oberen Grenzwert S_max (Bezugszeichen c) erreicht oder die Motordrehzahl unter die Obergrenzen-Drehzahl N_max sinkt, während die Fahrzeuggeschwindigkeit während des Kupplungseingriffs geringer wird (Bezugszeichen d), die Drehzahlsteuerung an dem Motor/Generator 13 gestoppt, und der Kupplungsmechanismus 65 wird wieder zurück in den ausgerückten Zustand geschaltet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und kann im Umfang der Erfindung verschiedenen Modifikationen unterzogen werden. In der vorstehenden Beschreibung findet die vorliegende Erfindung bei dem Hybridfahrzeug 10 Verwendung, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Elektrofahrzeug angewendet werden, das nur einen Elektromotor als Energiequelle verwendet.
Ferner wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor als Elektromotor verwendet, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und stattdessen auch ein anderer Typ von Synchronmotor oder ein Induktionsmotor verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Hybridfahrzeug
11: Antriebseinheit
12: Verbrennungsmotor
13: Motor/Generator (Elektromotor)
14: Getriebe
15: Differentialmechanismus
16: Antriebsrad
20: Hochspannungsbatterie
21: Inverter
22: DC/DC-Wandler
23: Niedrigspannungsbatterie
24: Fahrzeugsteuereinheit
25: Batteriesteuereinheit
26: Verbrennungsmotor-Steuereinheit
30: Getriebegehäuse
31: Primärwelle
32: Sekundärwelle
33: Primärriemenscheibe
33a: feststehende Scheibe
33b: bewegliche Scheibe
34a: Primärölkammer
34b: Primärölkammer
35: Sekundärriemenscheibe
36: Sekundärölkammer
37: Antriebskette
40: Kurbelwelle
41: Drehmomentwandler
42: Vorwärts-/Rückwärts-Umschaltmechanismus
43: Pumpenlaufrad
44: Turbinenwelle
45: Turbinenläufer
46: Planetengetriebe
47: Vorwärts-Kupplung
48: Rückwärts-Bremse
49: Getriebeausgangswelle
50: Getriebezug
51: Ritzel
60: Motorgehäuse
61: Stator
62: Rotor
63: Statorwicklung
64: Rotationspositionssensor
65: Kupplungsmechanismus
66: Getriebezug
66a: Antriebszahnrad
67: Motorwelle
68: Kupplungsnabe
69: Kupplungstrommel
70a: Reibscheiben
70b: Reibscheiben
71: Kolben
72: Kupplungsölkammer
73: Federelement
80: Ölpumpe
81: Ventileinheit
82: Rotationssensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-331632 A [0003, 0004]
JP 2008-239041 A [0003, 0004]

Claims

Steuervorrichtung für ein Elektrofahrzeug, das einen mit einem Antriebsrad (16) gekoppelten Elektromotor (13) aufweist, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist: – einen Kupplungsmechanismus (65), der zwischen dem Antriebsrad (16) und dem Elektromotor (13) vorgesehen ist, zum Abkoppeln des Elektromotors (13) von dem Antriebsrad (16) in einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit; und – eine Kupplungssteuereinrichtung (24) zum Steuern des Kupplungsmechanismus (65) in einen Schlupfzustand, wenn der Elektromotor (13) im Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von Energie gesteuert wird, wobei dann, wenn der Elektromotor (13) in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von Energie gesteuert wird, die Motordrehzahl auf eine oder unter eine vorbestimmte Obergrenzen-Drehzahl (N_max) herabgedrückt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Motorsteuereinrichtung (24) zum Steuern eines Betriebszustands des Elektromotors (13) aufweist, wobei dann, wenn der Elektromotor (13) in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von Energie gesteuert wird, die Motorsteuereinrichtung (24) eine Drehzahlsteuerung ausführt, um die Motordrehzahl auf einer vorbestimmten Solldrehzahl (Nt) zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei dann, wenn der Elektromotor (13) in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von Energie gesteuert wird, die Motorsteuereinrichtung (24) eine Verstärkungskonstante einer Rückkopplungsregelung höher vorgibt als normal.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dann, wenn der Elektromotor (13) in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Erzeugen von Energie gesteuert wird, die Kupplungssteuereinrichtung (24) den Kupplungsmechanismus (65) abwechselnd in den Schlupfzustand und in einen ausgerückten Zustand schaltet.