УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ГИБРИДНОГО АВТОМОБИЛЯ
HYBRID VEHICLE STARTER CONTROL DEVICE

Область техники, к которой относится изобретения
Настоящее изобретение касается устройства управления запуском двигателя, которое предназначено для запуска двигателя гибридного автомобиля, снабженного двигателем внутреннего сгорания (здесь и далее называется «двигатель») и электродвигателем (электродвигатель/генератор) (здесь и далее называется «электродвигателем») и содержащего устройство зацепления между двигателем и электродвигателем.
Уровень техники
До настоящего времени были известны следующие технологии запуска двигателя, когда упомянутый выше гибридный автомобиль передвигается с помощью силы тяги только электродвигателя (здесь и далее называется «передвижением на электрической тяге»).
В патентном документе 1 описан способ запуска двигателя для гибридного автомобиля. В соответствии со способом запуска двигателя, команду о запуске двигателя подают тогда, когда скорость вращения двигателя достигает скорости вращения, при которой возможен запуск, и далее вибрации, сопровождающиеся отклонениями крутящего момента, образующимися при запуске двигателя, сдерживают путем постепенного уменьшения силы зацепления муфты, служащей устройством зацепления.
В патентном документе 2 описано устройство управления запуском двигателя для гибридного автомобиля, снабженного системой гибридного привода, в которой первая муфта расположена между двигателем и электродвигателем и служит в качестве устройства зацепления и в которой вторая муфта расположена между электродвигателем и ведущими колесами. В соответствии с устройством управления запуском двигателя, когда двигатель запускают во время передвижения на электрической тяге, когда гибридный автомобиль передвигается с помощью электродвигателя, требуемая сила тяги находится в диапазоне сил тяги, которые могут быть достигнуты при передвижении на электрической тяге; более того, благодаря креплению с перемещением первой муфты с целью осуществления запуска двигателя, во время запуска двигателя можно предотвратить потерю силы тяги вопреки желанию водителя.
Документы существующего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: Опубликованный японский патент №3912368.
Патентный документ 2: Опубликованный японский патент №2007-69790.
Раскрытие изобретения
Задачи, которые должно решить изобретение
Тем не менее, в упомянутых выше обычных технологиях существуют следующие проблемы.
В технологии из патентного документа 1 после подачи команды о запуске двигателя, силу зацепления муфты постепенно уменьшают; следовательно, если нагрузка возрастет до фактического запуска двигателя, уменьшится скорость вращения двигателя, что может воспрепятствовать запуску двигателя.
В технологии из патентного документа 2, чтобы достичь силы тяги, нужной для запуска двигателя, способность первой муфты по передаче крутящего момента определяют как способность передать минимальный крутящий момент, требуемый для запуска двигателя, и сумму способности по передачи крутящего момента и крутящего момента, нужного для генерации требуемой силы тяги, устанавливают как выход электродвигателя. Таким образом, необходимо вычислить передаваемый максимальный крутящий момент первой муфты, что в свою очередь увеличивает обработку для устройства управления запуском двигателя.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом упомянутых выше проблем и, следовательно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство управления запуском двигателя для гибридного автомобиля, способное предотвратить уменьшение скорости вращения двигателя даже при увеличении нагрузки до фактического запуска двигателя после подачи команды о запуске двигателя и сохранении необходимости вычисления требуемой для запуска двигателя способности по передачи крутящего момента (возможности зацепления) устройства зацепления.
Средство решения задачи
В настоящем изобретении предложено устройство управления запуском двигателя для гибридного автомобиля, снабженного двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем, которые являются источниками энергии, при этом упомянутое устройство управления запуском двигателя зацепляет устройство зацепления, которое установлено между электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, и запускает двигатель внутреннего сгорания с помощью силы тяги от электродвигателя во время передвижения гибридного автомобиля, осуществляемого только с помощью силы тяги от электродвигателя. Устройство управления запуском двигателя, соответствующее настоящему изобретению, разделено на 3 аспекта в соответствии со способом управления запуском.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, когда во время передвижения на электрической тяге подают команду о запуске двигателя, устройство управления запуском двигателя определяет, является ли скорость (Ms) вращения электродвигателя, переданная от электродвигателя на устройство зацепления, меньшей или равной скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания, если определено, что скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода, то устройство управления запуском двигателя управляет запуском двигателя внутреннего сгорания в режиме низкой скорости, при котором возможности зацепления устанавливают тем больше, чем меньше отношение зацепления, определяемое как отношение скорости (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания к скорости (Ms) вращения электродвигателя, при условии, что отношение зацепления меньше 1, и возможности зацепления устанавливают равными 0, если отношение зацепления больше или равно 1, и если определено, что скорость (Ms) вращения электродвигателя больше скорости (Ei) вращения холостого хода, то устройство управления запуском двигателя управляет запуском двигателя внутреннего сгорания в режиме высокой скорости, при котором возможности зацепления устанавливают тем больше, чем меньше отношение вращений холостого хода, определяемое как отношение скорости (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания к скорости (Ei) вращения холостого хода, при условии, что отношение вращений холостого хода меньше 1, и возможности зацепления устанавливают равными 0, если отношение вращений холостого хода больше или равно 1.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, когда во время передвижения на электрической тяге подают команду о запуске двигателя, устройство управления запуском двигателя определяет, является ли скорость (Ms) вращения электродвигателя, переданная от электродвигателя на устройство зацепления, меньшей или равной скорости (Ei) вращения холостого хода, если определено, что скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода, то устройство управления запуском двигателя управляет запуском двигателя внутреннего сгорания в режиме низкой скорости, при котором возможности зацепления устанавливают тем больше, чем меньше отношение зацепления, определяемое как отношение скорости (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания к скорости (Ms) вращения электродвигателя, при условии, что отношение зацепления меньше 1, и возможности зацепления устанавливают равными 0, если отношение зацепления больше или равно 1.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, когда во время передвижения на электрической тяге подают команду о запуске двигателя, устройство управления запуском двигателя определяет, является ли скорость (Ms) вращения электродвигателя, переданная от электродвигателя на устройство зацепления, меньшей или равной скорости (Ei) вращения холостого хода, если определено, что скорость (Ms) вращения электродвигателя больше скорости (Ei) вращения холостого хода, то устройство управления запуском двигателя управляет запуском двигателя внутреннего сгорания в режиме высокой скорости, при котором возможности зацепления устанавливают тем больше, чем меньше отношение вращений холостого хода, определяемое как отношение скорости (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания к скорости (Ei) вращения холостого хода, при условии, что отношение вращений холостого хода меньше 1, и возможности зацепления устанавливают равными 0, если отношение вращений холостого хода больше или равно 1.
В соответствии с настоящим изобретением, когда во время передвижения на электрической тяге подают запрос о запуске двигателя, предотвращают уменьшение скорости вращения двигателя внутреннего сгорания даже при увеличении нагрузки до фактического запуска двигателя внутреннего сгорания и необязательно вычислять возможности зацепления, требуемые для запуска двигателя внутреннего сгорания; соответственно возможно получить эффект уменьшения нагрузки на управление запуском двигателя.
Более конкретно, в первом аспекте настоящего изобретения, когда скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания, если отношение зацепления меньше 1, то чем меньше отношение зацепления, тем большими устанавливают возможности зацепления. Когда скорость (Ms) вращения электродвигателя больше скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания, если отношение вращений холостого хода меньше 1, то чем меньше отношение вращений холостого хода, тем большими устанавливают возможности зацепления. Таким образом, даже при увеличении нагрузки до фактического запуска двигателя внутреннего сгорания, электродвигатель может выдавать соответствующий крутящий момент, чтобы предотвратить уменьшение скорости (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания. Более того, если возможности зацепления установлены как упомянуто выше, то не нужно вычислять возможности зацепления, требуемые для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Когда скорость (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания увеличивается постепенно и становится равной скорости (Ms) вращения электродвигателя, устройство зацепления устанавливают в расцепленное состояние с целью запуска двигателя внутреннего сгорания; следовательно, даже хотя от электродвигателя не передают крутящий момент, возможно запустить двигатель внутреннего сгорания.
Упомянутый выше эффект настоящего изобретения может быть получен или путем установки больших возможностей зацепления при уменьшении отношения зацепления при условии, что отношение зацепления меньше 1, или путем установки больших возможностей зацепления при уменьшении отношения вращений холостого хода при условии, что отношение вращений холостого хода меньше 1.
Другими словами в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, если определено, что скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода, устройство управления запуском двигателя управляет запуском двигателя внутреннего сгорания в режиме низкой скорости, в котором возможности зацепления устанавливают тем больше, чем меньше становится отношение зацепления при условии, что отношение зацепления меньше 1, и возможности зацепления устанавливают равными 0, если отношение зацепления больше или равно 1. В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, если определено, что скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода, устройство управления запуском двигателя управляет запуском двигателя внутреннего сгорания в режиме высокой скорости, в котором возможности зацепления устанавливают тем больше, чем меньше становится отношение вращений холостого хода при условии, что отношение вращений холостого хода меньше 1, и возможности зацепления устанавливают равными 0, если отношение вращений холостого хода больше или равно 1. В соответствии или со вторым аспектом или третьим аспектом настоящего изобретения, даже при увеличении нагрузки до фактического запуска двигателя внутреннего сгорания, электродвигатель может выдавать соответствующий крутящий момент, чтобы предотвратить уменьшение скорости (Ne) вращения двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии или со вторым аспектом или третьим аспектом настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы устройство управления запуском двигателя управляло электродвигателем так, чтобы он генерировал крутящий момент при установленных возможностях зацепления в режиме низкой скорости или в режиме высокой скорости, добавленных к требуемой силе тяги, необходимой для запуска двигателя внутреннего сгорания во время передвижения на электрической тяге (четвертый аспект).
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, электродвигатель может выдавать крутящий момент с возможностями зацепления, добавленными к требуемой силе тяги; таким образом, даже сравнительно для большой нагрузки может быть предотвращено уменьшение скорости вращения двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с любым из аспектов настоящего изобретения с первого по четвертый, запрос о запуске двигателя подают, например, тогда, когда скорость передвижения автомобиля больше заданной допустимой скорости запуска двигателя (пятый аспект). Соответственно, управление запуском осуществляют после того, как скорость автомобиля стала большей или равной допустимой скорости запуска двигателя, что дополнительно обеспечивает запуск двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с любым из аспектов настоящего изобретения с первого по пятый, предпочтительно, чтобы гибридный автомобиль был снабжен силовым агрегатом, предназначенным для передачи силы тяги от источников привода на ведущие колеса через два пути с различными передаточными отношениями, электродвигатель соединен по любому из этих двух путей, и если определяют, что скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания, устройство управления запуском двигателя изменяет путь соединения электродвигателя на другой и определяет, является ли скорость (Ms) вращения электродвигателя, переданная от электродвигателя через путь соединения, меньшей или равной скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания (шестой аспект).
Соответственно силовой агрегат передает силу тяги от источников привода на ведущие колеса по двум путям. Так как передаточное отношение различно для двух путей, скорость (Ms) вращения электродвигателя, переданная от электродвигателя на двигатель внутреннего сгорания в соответствии с путем, также меняется. Таким образом, даже если скорость (Ms) вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания, благодаря определению, является ли скорость (Ms) вращения электродвигателя, передаваемая на двигатель внутреннего сгорания от электродвигателя через другой путь, который еще не был соединен, меньшей или равной скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания, возможно запустить двигатель внутреннего сгорания при надлежащей скорости вращения.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения в любом из случаев, когда СЗ (состояние заряда) источника энергии электродвигателя меньше или равно заданному значению, или когда температура электродвигателя больше или равна заданному значению или электродвигатель работает со сбоями, или в обоих случаях, предпочтительно, чтобы устройство управления запуском двигателя изменяло путь соединения, по которому соединяют электродвигатель, и запускало двигатель внутреннего сгорания через этот путь соединения (седьмой аспект).
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения, в состоянии, когда электродвигатель не может работать обычным образом (например, в случае, когда СЗ источника энергии электродвигателя меньше или равно заданному значению, или в случае, когда температура электродвигателя больше или равна заданному значению или электродвигатель работает со сбоями), устройство управления запуском двигателя изменяет путь соединения на путь, по которому еще не был соединен электродвигатель, и запускает двигатель внутреннего сгорания через этот путь соединения. Соответственно, независимо от состояния электродвигателя, возможно установить скорость (Ms) вращения электродвигателя, которую передают на двигатель внутреннего сгорания, равной надлежащему значению для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Краткое описание чертежей
фиг.1 - вид, показывающий конфигурацию силового агрегата гибридного автомобиля, содержащего устройство управления запуском двигателя, соответствующее настоящему изобретению;
фиг.2 - вид, показывающий диаграмму скоростей механизма переключения, расположенного в силовом агрегате, показанном на фиг.1;
фиг.3 - вид, показывающий блок-схему, иллюстрирующую процесс определения условий для управления запуском двигателя;
фиг.4 - вид, показывающий блок-схему, иллюстрирующую процесс управления запуском двигателя в режиме низкой скорости, когда скорость вращения электродвигателя меньше или равна скорости вращения холостого хода;
фиг.5 - вид, показывающий блок-схему, иллюстрирующую процесс управления запуском двигателя в режиме высокой скорости, когда скорость вращения электродвигателя больше скорости вращения холостого хода;
фиг.6 - вид, показывающий зависимость от времени требуемой силы тяги, отношения зацепления, возможностей зацепления и подобных характеристик соответственно при запуске двигателя внутреннего сгорания, осуществляемого в процессе управления запуском двигателя, который показан на фиг.4;
фиг.7 - вид, показывающий зависимость от времени требуемой силы тяги, отношения зацепления, возможностей зацепления и подобных характеристик соответственно при запуске двигателя внутреннего сгорания, осуществляемого в процессе управления запуском двигателя, который показан на фиг.5;
фиг.8 - вид, показывающий блок-схему, иллюстрирующую процесс определения условий для управления запуском двигателя в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения; и
фиг.9 - вид, показывающий другую конфигурацию силового агрегата гибридного автомобиля.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
На фиг.1 показана конфигурация силового агрегата, установленного на гибридный автомобиль и снабженного устройством управления запуском двигателя, которое соответствует настоящему изобретению.
Силовой агрегат снабжен автоматической коробкой 31 передач, двигателем ENG внутреннего сгорания (двигателем), электродвигателем MG (электродвигатель/генератор) и приспособлен для передачи мощности от двигателя ENG через входной вал 32 на коробку 31 передач и при этом приспособлен для передачи мощности от электродвигателя MG через планетарный зубчатый механизм PG на коробку 31 передач так, чтобы была возможность приводить в движение вал колеса, который приводят во вращательное движение в соответствии с выходной мощностью выходного элемента 33 коробки 31 передач через блок дифференциала.
Двигатель ENG в силовом агрегате представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который приспособлен для выработки мощности (крутящего момента) благодаря сгоранию топлива, такого как бензин, дизельное топливо, спирт и подобные вещества, и который содержит выходной вал (коленчатый вал), предназначенный для вывода наружу сгенерированной мощности. Аналогично обычному двигателю автомобиля, этот двигатель управляет степенью открытия дроссельной заслонки, расположенной в проходе для всасываемого воздуха (не показан) (другими словами управляет количеством всасываемого воздуха для двигателя), что делается с целью регулирования выходной мощности двигателя, выдаваемой через выходной вал.
Автоматическая коробка 31 передач снабжена входным валом 32, приспособленным для передачи силы тяги (выходного крутящего момента) от двигателя ENG, выходным элементом 33, состоящим из выходных шестерен, нужных для вывода мощности на расположенные сбоку передние колеса, служащие ведущими колесами, через блок дифференциала (не показан), зубчатой передачи из нескольких шестерен G2-G5 с различными передаточными числами.
Автоматическая коробка 31 передач также снабжена первым входным валом 34, приспособленным для поддержки с возможностью вращения ведущих шестерен G3a и G5a соответствующих нечетных зубчатых передач G3 и G5 с целью установки нечетных скоростей в порядке передаточных чисел, вторым входным валом 35, приспособленным для поддержки с возможностью вращения ведущих шестерен G2a и G4a соответствующих четных зубчатых передач G2 и G4 с целью установки четных скоростей в порядке передаточных чисел, и валом 36 заднего хода, приспособленным для поддержки с возможностью вращения шестерни GR заднего хода. Первый входной вал 34 расположен в той же самой линии валов, что и выходной вал двигателя. Второй входной вал 35 и вал 36 заднего хода расположены параллельно первому входному валу 34.
Автоматическая коробка 31 передач дополнительно снабжена зубчатой передачей Gi холостого хода, состоящей из ведущей шестерни Gia холостого хода, поддерживаемой с возможностью вращения на первом входном валу 34, первой ведомой шестерни Gib холостого хода, которая закреплена на валу 37 холостого хода и приспособлена для зацепления с ведущей шестерней Gia холостого хода, второй ведомой шестерни Gic холостого хода, которая закреплена на втором входном валу 35, и третьей ведомой шестерни Gid холостого хода, которая закреплена на валу 36 заднего хода и приспособлена для зацепления с первой ведомой шестерней Gib холостого хода. Вал 37 холостого хода расположен параллельно первому входному валу 34.
Автоматическая коробка 31 передач дополнительно снабжена первой муфтой С1 и второй муфтой С2, каждая из которых является муфтой сухого трения с гидравлическим управлением или муфтой мокрого трения с гидравлическим управлением. Первая муфта С1 приспособлена для переключения между состоянием зацепления, при котором силу тяги, переданную от двигателя ENG на выходной вал двигателя, передают на первый входной вал 34 после изменения передаточного отношения, и расцепленным состоянием, при котором силу тяги не передают. Вторая муфта С2 приспособлена для переключения между состоянием зацепления, при котором силу тяги, передаваемую от двигателя ENG на выходной вал двигателя, передают на второй входной вал 35 после изменения передаточного отношения, и расцепленным состоянием, при котором силу тяги не передают. Когда вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления, выходной вал двигателя соединен со вторым входным валом 35 через первую ведомую шестерню Gib холостого хода и вторую ведомую шестерню Gic холостого хода.
Предпочтительно, чтобы обе муфты С1 и С2 приводились в действие с помощью электрического привода, чтобы они быстро переключались из одного состояния в другое. Кроме того, приемлемо, чтобы обе муфты С1 и С2 приводились в действие с помощью гидравлического привода.
Автоматическая коробка 31 передач снабжена планетарным зубчатым механизмом PG, который представляет собой механизм дифференциального вращения, расположенный соосно с выходным валом двигателя. Планетарный зубчатый механизм PG является зубчатым механизмом с единственным сателлитом, и состоит из солнечной шестерни Sa, кольцевой шестерни Ra и водила Ca, которое с возможностью вращения поддерживает сателлит Pa, зацепленный за солнечную шестерню Sa и кольцевую шестерню Ra.
Если три вращающихся элемента, представляющих собой солнечную шестерню Sa, водило Ca и кольцевую шестерню Ra планетарного зубчатого механизма PG, определить как первый вращающийся элемент, второй вращающийся элемент и третий вращающийся элемент в порядке слева направо, в котором они расположены с интервалами, соответствующими передаточным числам на диаграмме скоростей (на которой относительная скорость вращения каждого вращающегося элемента обозначена прямой линией), то первый вращающийся элемент соответствует солнечной шестерне Sa, второй вращающийся элемент соответствует водилу Ca, а третий вращающийся элемент соответствует кольцевой шестерне Ra.
Если передаточное число (количество зубьев кольцевой шестерни Ra / количество зубьев солнечной шестерни Sa) планетарного зубчатого механизма PG обозначить через g, то отношение расстояния между солнечной шестерней Sa, которая является первым вращающимся элементом, и водилом Ca, которое является вторым вращающимся элементом, и расстояния между водилом Ca, которое является вторым вращающимся элементом, и кольцевой шестерней Ra, которая является третьим вращающимся элементом, равно g:1.
Солнечная шестерня Sa, которая является первым вращающимся элементом, закреплена на первом входном валу 34. Водило Ca, которое является вторым вращающимся элементом, соединено с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости в зубчатой передаче G3 3-ей скорости. Кольцевая шестерня Ra, которая является третьим вращающимся элементом, съемно прикреплена к неподвижному элементу, такому как корпус коробки передач, с помощью стопорного механизма R1.
Стопорный механизм R1 представляет собой механизм синхронизации, который может свободно переключать кольцевую шестерню Ra между неподвижным состоянием, при котором кольцевая шестерня Ra прикреплена к неподвижному элементу, и свободным состоянием, при котором кольцевая шестерня Ra свободно вращается.
Стопорный механизм R1 не обязательно является механизмом синхронизации, он может быть механизмом, который зацеплен или расцеплен в соответствии с трением с кольцом или подобными элементами, может быть тормозом, таким как влажный многодисковый тормоз, тормозной втулкой, ручным тормозом или подобными устройствами, муфтой одностороннего вращения, муфтой двустороннего вращения или подобными устройствами. Также допустимо, чтобы планетарный зубчатый механизм PG являлся зубчатым механизмом с двумя сателлитами, состоящим из солнечной шестерни, кольцевой шестерни и водила, которое с возможностью вращения поддерживает пару сателлитов Pa и Pa', которые зацеплены друг за друга, и один из сателлитов зацеплен за солнечную шестерню, а другой сателлит зацеплен за кольцевую шестерню. В этом случае, например, допустимо, чтобы солнечная шестерня (первый вращающийся элемент) была закреплена на первом входном валу 34, кольцевая шестерня (второй вращающийся элемент) была соединена с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости зубчатой передачи G3 3-ей скорости, а водило (третий вращающийся элемент) было съемно прикреплено к неподвижному элементу через стопорный механизм R1.
Электродвигатель MG, который является полым внутри, расположен снаружи планетарного зубчатого механизма PG в радиальном направлении. Другими словами, планетарный зубчатый механизм PG расположен внутри полого электродвигателя MG. Электродвигатель MG содержит статор MGa и ротор MGb.
Электродвигателем MG управляют с помощью БСП (блок силового привода) на основе сигнала команды от БЭУ. БЭУ приспособлен для надлежащего переключения БСП между состоянием приведения в действие, когда электродвигатель MG приводят в действие путем потребления электрической энергии из аккумуляторной батареи ВАТТ, и состоянием восстановления, когда аккумуляторную батарею ВАТТ заряжают через БСП электрической энергией, сгенерированной путем ограничения силы вращения ротора MGb.
Батарея низкого напряжения (не показана) подает электрическую энергию с напряжением 12 В на автомобильные устройства. В соответствии с сигналами управления от БЭУ, возможно использовать электрическую энергию из аккумуляторной батареи ВАТТ с целью заряда батареи низкого напряжения через преобразователь постоянный ток/постоянный ток (не показан).
Датчик тока приспособлен для определения значения тока, текущего в электродвигателе MG, и БЭУ получает значение тока, определенное датчиком тока в виде сигнала через БСП.
Первая ведомая шестерня Gol, зацепленная за ведущую шестерню G2a 2-ой скорости и ведущую шестерню G3a 3-ей скорости, закреплена на выходном валу 33a, который с возможностью вращения поддерживает выходной элемент 33. Вторая ведомая шестерня Go2, зацепленная за ведущую шестерню G4a 4-ой скорости и ведущую шестерню G5a 5-ой скорости, также закреплена на выходном валу 33a.
Как упомянуто выше, благодаря тому, что одиночная шестерня Go1 является ведомой шестерней зубчатой передачи G2 2-ой скорости и зубчатой передачи G3 3-ей скорости и одиночная шестерня Go2 является ведомой шестерней зубчатой передачи G4 4-ой скорости и зубчатой передачи G5 5-ой скорости соответственно, возможно уменьшить длину вала автоматической коробки передач, благодаря чему более удобно устанавливать автоматическую коробку передач на автомобили типа ВВ (двигатель впереди, привод на передние колеса).
На первом входном валу 34 закреплена ведомая шестерня GRa заднего хода, зацепленная за шестерню GR заднего хода.
Первый входной вал 34 содержит первый механизм SM1 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, служащего как первый переключатель, предназначенный для свободного переключения в любое состояние из следующих: состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый входной вал 34, состояние бокового соединения 5-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G5a 5-ой скорости и первый входной вал 34, нейтральное состояние, при котором первый входной вал 34 не соединен ни с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости, ни с ведущей шестерней G5a 5-ой скорости, и установленное состояние первой передачи, при котором стопорный механизм R1 заблокирован.
Второй входной вал 35 содержит второй механизм SM2 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, служащего как второй переключатель, предназначенный для свободного переключения в любое состояние из следующих: состояние бокового соединения 2-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и второй входной вал 35, состояние бокового соединения 4-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G4a 4-ой скорости и второй входной вал 35, и нейтральное состояние, при котором второй входной вал 35 не соединен ни с ведущей шестерней G2a 2-ой скорости, ни с ведущей шестерней G4a 4-ой скорости.
Вал 36 заднего хода содержит третий механизм SM3 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, служащего для свободного переключения в любое состояние из следующих: соединенное состояние, при котором соединены шестерня GR заднего хода и вал 36 заднего хода, и нейтральное состояние, при котором шестерня GR заднего хода отсоединена от вала 36 заднего хода.
Автоматическая коробка 31 передач с фиг.1 является коробкой передач с 5 передачами; тем не менее, она может являться коробкой передач из 7 передач (с добавлением определенного количества шестерен).
Далее будут описаны операции автоматической коробки 31 передач с упомянутой выше конструкцией.
В автоматической коробке 31 передач, когда первая муфта С1 находится в состоянии зацепления, возможно запустить двигатель ENG путем использования силы тяги от электродвигателя MG.
1) Установка первой передачи путем использования силы тяги от двигателя ENG.
Кольцевую шестерню Ra планетарного зубчатого механизма PG блокируют с помощью стопорного механизма R1 в неподвижном состоянии и первую муфту C1 устанавливают в состояние зацепления.
Таким образом, силу тяги двигателя ENG подают на вход солнечной шестерни Sa планетарного зубчатого механизма PG через выходной вал двигателя, первую муфту C1 и первый входной вал 34 и передают на ведущую шестерню G3a 3-ей скорости через водило Ca со скоростью вращения двигателя ENG, введенной от выходного вала двигателя и составляющей 1/(g+1) от исходной скорости.
Силу тяги, переданную на ведущую шестерню G3a 3-ей скорости, выдают из выходного элемента 33 через первую ведомую шестерню Go1 и выходной вал 33а со скоростью вращения, уменьшенной в i(g+1) раз, и устанавливают первую передачу. Здесь под «i» понимается передаточное число зубчатой передачи G3 3-ей скорости, состоящей из ведущей шестерни G3a 3-ей скорости и первой ведомой шестерни Go1 (количество зубьев ведущей шестерни G3a 3-ей скорости / количество зубьев первой ведомой шестерни Go1).
Как упомянуто выше, в автоматической коробке 31 передач возможно установить первую передачу путем использования планетарного зубчатого механизма PG и зубчатой передачи 3-ей скорости, следовательно, для установки первой передачи не нужно предусматривать отдельный механизм зацепления. Таким образом, благодаря наличию в электродвигателе MG планетарного зубчатого механизма PG, способного установить первую передачу, возможно уменьшить длину вала автоматической коробки передач.
На первой передаче автомобиль находится в состоянии замедления и БЭУ осуществляет операцию замедления с восстановлением, при которой благодаря торможению электродвигателя MG генерируют электрическую энергию в соответствии с остаточной емкостью (скорость заряда) С3 аккумуляторной батареи ВАТТ. Более того, в соответствии с С3 аккумуляторной батареи ВАТТ, возможно, чтобы автомобиль осуществлял ГЭМ (гибридный электромобиль) передвижение, при котором электродвигатель MG приводят в действие для помощи силе тяги двигателя ENG, или осуществлял ЭМ (электромобиль) передвижение, при котором автомобиль передвигается с помощью силы тяги только от электродвигателя MG.
Далее, когда автомобиль находится в режиме ЭМ передвижения, допускается замедление автомобиля и скорость автомобиля больше или равна заданной скорости, то путем постепенного зацепления первой муфты С1, можно запустить двигатель ENG благодаря кинетической энергии автомобиля без использования силы тяги электродвигателя MG.
Далее, когда БЭУ прогнозирует, что передвижение автомобиля на первой передаче может быть повышено до второй передачи в соответствии с информацией об автомобиле, такой как скорость автомобиля, величина перемещения педали акселератора и подобная информация, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 2-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и второй входной вал 35, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 2-ой скорости.
2) Установка второй передачи путем использования силы тяги от двигателя ENG.
Второй механизм SM2 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 2-ой скорости, при котором ведущая шестерня G2a 2-ой скорости соединена со вторым входным валом 35, и вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления.
Таким образом, силу тяги двигателя ENG выводят от выходного элемента 33 через вторую муфту С2, зубчатую передачу Gi холостого хода, второй входной вал 35, зубчатую передачу G2 2-ой скорости и выходной вал 33a.
На второй передаче, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый входной вал 34, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 3-ей скорости.
С другой стороны, когда БЭУ прогнозирует понижение передачи, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в нейтральное состояние, при котором разъединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый входной вал 34, и стопорный механизм R1 заблокирован в неподвижном состоянии с целью установки первой скорости с помощью планетарного зубчатого механизма PG.
Таким образом, только путем установки первой муфты С1 в состояние зацепления и второй муфты С2 - в расцепленное состояние возможно осуществить плавное повышение и понижение передачи без прерывания подачи силы тяги.
На второй передаче БЭУ осуществляет операцию замедления с восстановлением в соответствии с остаточной емкостью С3 аккумуляторной батареи ВАТТ, когда автомобиль находится в состоянии замедления; тем не менее, операция замедления с восстановлением отличается от операции замедления с восстановлением, когда первый механизм SM1 зацепления находится в состоянии бокового соединения 3-ей скорости или нейтральном состоянии.
В частности, когда первый механизм SM1 зацепления находится в состоянии бокового соединения 3-ей скорости, ведущую шестерню G3a 3-ей скорости вращают с помощью первой ведомой шестерни Go1, которую вращает ведущая шестерня G2a 2-ой скорости, а ведущая шестерня G3a 3-ей скорости вращает ротор MGb электродвигателя MG через первый входной вал 34; таким образом, восстановление осуществляют с целью генерации электрической энергии путем торможения ротора MGb для сдерживания его вращения.
С другой стороны, когда первый механизм SM1 зацепления находится в нейтральном состоянии, скорость вращения кольцевой шестерни Ra равна «0», так как эта шестерня заблокирована в неподвижном состоянии с помощью стопорного механизма R1; таким образом, восстановление осуществляют благодаря торможению водила Ca, вращающегося вместе с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости, которая зацеплена за первую ведомую шестерню Go1, чтобы электродвигатель MG, который соединен с солнечной шестерней Sa, генерировал электрическую энергию.
Для достижения ГЭМ передвижения на второй передаче, например, силу тяги электродвигателя MG передают на выходной элемент 33 через зубчатую передачу G3 3-ей скорости при условии, что каждый вращающийся элемент в планетарном зубчатом механизме PG не может осуществить относительное вращение, которого достигают путем установки первого механизма SM1 зацепления в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый входной вал 34, и путем установки стопорного механизма R1 в свободное состояние. Или путем установки первого механизма SM1 зацепления в нейтральное состояние, блокировки кольцевой шестерни Ra в неподвижном состоянии с помощью стопорного механизма R1, так что его скорость вращения равна «0», и путем передачи силы тяги электродвигателя MG на первую ведомую шестерню Go1 через путь первой передачи с целью достижения ГЭМ передвижения на второй передаче.
3) Установка третьей передачи путем использования силы тяги от двигателя ENG.
Первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором ведущая шестерня G3a 3-ей скорости соединена с первым входным валом 34, и первую муфту С1 устанавливают в состояние зацепления.
Вследствие этого, силу тяги двигателя ENG передают на выходной элемент 33 через выходной вал двигателя, первую муфту С1, первый входной вал 34, первый механизм SM1 зацепления и зубчатую передачу G3 3-ей скорости и подают на выход со скоростью вращения равной 1/i от скорости вращения двигателя.
На третьей передаче, так как первый механизм SM1 зацепления установлен в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором ведущая шестерня G3a 3-ей скорости соединена с первым входным валом 34, солнечная шестерня Sa и водило Ca планетарного зубчатого механизма PG вращаются одинаково.
Таким образом, когда каждый вращающийся элемент планетарного зубчатого механизма PG не может вращаться относительно других вращающихся элементов или когда в электродвигателе MG осуществляют замедление с восстановлением путем торможения солнечной шестерни Sa, если силу тяги электродвигателя MG можно передать на солнечную шестерню Sa, то возможно осуществить ГЭМ передвижение. Более того, возможно расцепить первую муфту С1 с целью осуществления ГЭМ передвижения только с помощью силы тяги от электродвигателя MG.
На третьей передаче, когда БЭУ прогнозирует понижение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, такой как скорость автомобиля, величина перемещения педали акселератора и подобная информация, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 2-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и второй входной вал 35, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 2-ой скорости; с другой стороны, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 4-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G4a 4-ой скорости и второй входной вал 35, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 4-ой скорости.
Таким образом, только путем установки второй муфты С2 в состояние зацепления и установки первой муфты С1 в расцепленное состояние, возможно осуществлять плавное переключение передачи без прерывания подачи силы тяги.
4) Установка четвертой передачи путем использования силы тяги от двигателя ENG.
Второй механизм SM2 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 4-ой скорости, при котором ведущая шестерня G4a 4-ой скорости соединена со вторым входным валом 35, и вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления.
Вследствие этого, силу тяги двигателя ENG выводят от выходного элемента 33 через вторую муфту С2, зубчатую передачу Gi холостого хода, второй входной вал 35, зубчатую передачу G4 4-ой скорости и выходной вал 33a.
Во время передвижения на четвертой передаче, когда БЭУ прогнозирует понижение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый входной вал 34, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 3-ей скорости.
С другой стороны, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 5-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G5a 5-ой скорости и первый входной вал 34, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 5-ой скорости. Таким образом, только путем установки первой муфты С1 в состояние зацепления и второй муфты С2 - в расцепленное состояние возможно осуществлять такое повышение или понижение передачи, что переключение проходит плавно без прерывания подачи силы тяги.
В случае осуществления замедления с восстановлением или ГЭМ передвижения во время передвижения на четвертой передаче, когда БЭУ прогнозирует понижение передачи, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый входной вал 34, достигают замедления с восстановлением, если тормозят электродвигатель MG, и достигают ГЭМ передвижения, если передают силу тяги от электродвигателя MG.
Когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 5-ой скорости, при котором ведущая шестерня G5a 5-ой скорости соединена с первым входным валом 34, достигают замедления с восстановлением, если тормозят электродвигатель MG, и достигают ГЭМ передвижения, если передают силу тяги от электродвигателя MG.
5) Установка пятой передачи путем использования силы тяги от двигателя ENG.
Первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 5-ой скорости, при котором ведущая шестерня G5a 5-ой скорости соединена с первым входным валом 34. На пятой передаче, так как первая муфта С1 установлена в состояние зацепления, двигатель ENG и электродвигатель MG соединены напрямую, если силу тяги выдают с электродвигателя MG, достигают ГЭМ передвижения; если электродвигатель MG тормозят с целью генерации электрической энергии, то достигают замедления с восстановлением.
Для получения ЭМ передвижения на пятой передаче, первая муфта С1 должна быть установлена в расцепленное состояние. Более того, во время ЭМ передвижения на пятой передаче, возможно запустить двигатель ENG путем постепенного зацепления первой муфты С1.
Когда БЭУ прогнозирует понижение до четвертой передачи в соответствии с информацией об автомобиле во время передвижения на пятой передачи, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 4-ой скорости, при котором соединены ведущая шестерня G4a 4-ой скорости и второй входной вал 35, или состояние перед переключением, близкое к состоянию бокового соединения 4-ой скорости. Таким образом, возможно плавно переключить на четвертую передачу без прерывания подачи силы тяги.
6) Установка передачи заднего хода путем использования силы тяги от двигателя ENG.
Стопорный механизм R1 устанавливают в неподвижное состояние, третий механизм SM3 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены шестерня GR заднего хода и вал 36 заднего хода, а вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления. Вследствие этого, силу тяги выходного вала двигателя выдают от выходного элемента 33 через вторую муфту С2, зубчатую передачу Gi холостого хода, шестерню GR заднего хода, ведомую шестерню GRa заднего хода, солнечную шестерню Sa, водило Са, зубчатую передачу G3 3-ей скорости и выходной вал 33а в виде вращения в обратном направлении, что нужно для установки передачи заднего хода.
Как упомянуто выше, так как автоматическая коробка 31 передач с фиг.1 приспособлена для осуществления повышения или понижения передачи без прерывания подачи силы тяги, возможно использовать шестерни, приспособленные для другого входного вала, отличающегося от входного вала, используемого в текущий момент, несмотря на то, что все передачи выбираются из передач с первой по пятую.
В соответствии с упомянутой выше автоматической коробкой 31 передач, как показано пунктирной линией на фиг.2, возможно установить передачу для запуска, выдающую скорость вращения, меньшую по сравнению с обычной первой передачей, обозначенной сплошной линией, и выбрать надлежащую передачу для запуска в соответствии с состоянием автомобиля. Таким образом, возможно улучшить способность следования командам водителя (дорожные качества автомобиля) и величину пробега автомобиля.
Далее будет описано устройство управления запуском двигателя, соответствующее варианту осуществления настоящего изобретения.
Устройство управления запуском двигателя, соответствующее варианту осуществления настоящего изобретения, состоит из БЭУ, в котором хранится компьютерная программа, предназначенная для осуществления следующих процессов управления, когда подают запрос на запуск двигателя во время передвижения на электрической тяге, когда гибридный автомобиль, снабженный двигателем ENG и электродвигателем MG, которые показаны на фиг.1, передвигается только на силе тяги от электродвигателя MG.
Сначала будет описан процесс определения условий, нужный для осуществления управления запуском двигателя.
Как показано на фиг.3, сначала определяют, находится ли автомобиль в состоянии передвижения на электрической тяге (ST1). Если результат определения отрицательный, процесс находится в состоянии бездействия до следующего определения. С другой стороны, если определяют, что автомобиль находится в состоянии передвижения на электрической тяге, то определяют, подан ли запрос на запуск двигателя (ST2). В варианте осуществления настоящего изобретения считают, что запрос на запуск двигателя подан тогда, когда скорость V автомобиля, которую определяет обычное устройство измерения и которую подают в БЭУ, больше допустимой скорости Vs запуска двигателя; тем не менее, допустимо определять запрос на запуск двигателя по другим условиям.
Если на этапе ST2 выполняется неравенство V≥Vs, то определяют, что подан запрос на запуск двигателя. Далее БЭУ определяет, справедливо или нет, что скорость Ms вращения (называется «скоростью вращения электродвигателя»), переданная от электродвигателя MG на первую муфту C1 через первый входной вал 34, меньше или равна скорости Ei вращения холостого хода двигателя ENG (ST3). Если в результате определения выясняют, что Ms≤Ei, то управление запуском двигателя осуществляют в режиме низкой скорости (ST4); если в результате определения выясняют, что Ms>Ei, то управление запуском двигателя осуществляют в режиме высокой скорости (ST5). Далее, приведено описание управления запуском двигателя.
При управлении запуском двигателя в режиме низкой скорости, если отношение зацепления муфты (отношение зацепления для устройства зацепления), определяемое как отношение скорости Ne вращения двигателя и скорости Ms вращения электродвигателя, меньше 1, то чем меньше отношение зацепления муфты, тем больше устанавливают возможности муфты (возможности зацепления); если отношение зацепления больше или равно 1, то возможности муфты устанавливают равными 0.
В частности, как показано на фиг.4, сначала вычисляют отношение зацепления (ST41). Другими словами, отношение зацепления получают по скорости Ms вращения электродвигателя, которую определяют заданным устройством определения и которую подают на БЭУ, и скорости Ne вращения двигателя.
Далее, определяют, отношение зацепления больше 1 или нет (ST42). Если отношение зацепления меньше 1, возможности муфты определяют в соответствии с заданной взаимосвязью между отношением зацепления и возможностями муфты (ST43). Как показано на графике из блока этапа ST43, когда отношение зацепления составляет от 0 до 1, возможности муфты и отношение зацепления обратно пропорциональны (сплошная линия), когда возможности муфты уменьшаются вдоль прямой линии при увеличении отношения зацепления. Также допустимо, чтобы возможности муфты уменьшались вдоль изогнутой линии (2 пунктирные линии), а не вдоль прямой линии. Взаимосвязь может быть установлена надлежащим образом в соответствии с результатом осуществленного заранее эксперимента. В любом случае, возможности муфты устанавливают равными значению, которое тем больше, чем меньше отношение зацепления при условии, что отношение зацепления меньше 1, в соответствии с взаимосвязью между отношением зацепления и возможностями муфты, что показано на графике из чертежа.
С другой стороны, если отношение зацепления больше или равно 1, возможности муфты устанавливают равными 0 (ST44).
Далее, возможности муфты, определенные выше, добавляют к силе тяги, требуемой для запуска двигателя (требуемая сила тяги), и сумму устанавливают как мощность электродвигателя (крутящий момент) (ST45) и управляют электродвигателем MG с целью выдачи крутящего момента.
В соответствии с управлением запуском двигателя в упомянутом выше режиме низкой скорости, при запуске двигателя требуемая сила тяги, отношение зацепления, возможности муфты, крутящий момент электродвигателя, крутящий момент двигателя, скорость вращения двигателя, скорость вращения электродвигателя изменяются в зависимости от времени соответствующим образом, как показано на фиг.6.
С другой стороны, если отношение вращений холостого хода, определяемое как отношение скорости Ne вращения двигателя и скорости Ei вращения холостого хода, меньше 1, то чем меньше отношение вращений холостого хода, тем больше устанавливают возможности муфты; если отношение вращений холостого хода больше или равно 1, то возможности муфты устанавливают равными 0.
В частности, как показано на фиг.5, сначала вычисляют отношение вращений холостого хода (ST51). Другими словами, отношение вращений холостого хода получают по скорости Ei вращения холостого хода, которую определяют заданным устройством определения и которую подают на БЭУ, и скорости Ne вращения двигателя.
Далее, определяют, отношение вращений холостого хода больше 1 или нет (ST52). Если отношение вращений холостого хода меньше 1, то возможности муфты определяют в соответствии с заданной взаимосвязью между отношением вращений холостого хода и возможностями муфты (ST53). Как показано на графике из блока этапа ST53, когда отношение вращений холостого хода составляет от 0 до 1, возможности муфты и отношение вращений холостого хода обратно пропорциональны (сплошная линия), когда возможности муфты уменьшаются вдоль прямой линии при увеличении отношения вращений холостого хода. Также допустимо, чтобы возможности муфты уменьшались вдоль изогнутой линии (2 пунктирные линии), а не вдоль прямой линии. В любом случае, возможности муфты устанавливают равными значению, которое тем больше, чем меньше отношение вращений холостого хода при условии, что отношение зацепления меньше 1, в соответствии с взаимосвязью между отношением вращений холостого хода и возможностями муфты, что показано на графике из чертежа.
С другой стороны, если отношение вращений холостого хода больше или равно 1, возможности муфты устанавливают равными 0 (ST54).
Далее, возможности муфты, определенные выше, добавляют к силе тяги, требуемой для запуска двигателя (требуемая сила тяги), и сумму устанавливают как мощность электродвигателя (ST55) и управляют электродвигателем MG с целью выдачи соответствующего крутящего момента.
В соответствии с управлением запуском двигателя в описанном выше режиме высокой скорости, при запуске двигателя требуемая сила тяги, отношение зацепления, возможности муфты, крутящий момент электродвигателя, крутящий момент двигателя, скорость вращения двигателя, скорость вращения электродвигателя изменяются в зависимости от времени соответствующим образом, как показано на фиг.7.
Хотя выше был описан вариант осуществления настоящего изобретения, устройство управления запуском двигателя, соответствующее настоящему изобретению, не обязательно осуществляет как управление запуском двигателя в режиме низкой скорости (фиг.4), так и управление запуском двигателя в режиме высокой скорости (фиг.5), допустимо осуществлять, по меньшей мере, один из этих процессов управления запуском двигателя.
В соответствии с устройством управления запуском двигателя, когда скорость Ms вращения электродвигателя меньше или равна скорости Ei вращения холостого хода, если отношение скорости Ne вращения двигателя и скорости Ms вращения электродвигателя равно 1, то муфту устанавливают в разъединенное состояние. Тем не менее, путем подачи топлива и сжигания поданного топлива возможно изменить скорость Ne вращения двигателя от скорости вращения в момент, когда муфта была разъединена до скорости вращения, при которой возможна устойчивая работа. Так как муфта находится в разъединенном состоянии, изменение крутящего момента двигателя ENG не будет передано на ведущее колесо (например, колеса); более того, возможно установить скорость Ne вращения двигателя равной любому значению, которое не меньше скорости Ms вращения электродвигателя.
Когда скорость Ms вращения электродвигателя больше скорости Ei вращения холостого хода, нужно только определить скорость Ei вращения холостого хода, возможную для устойчивой работы, благодаря чему легко осуществить управление. Таким образом, при управлении запуском двигателя не обязательно вычислять передаваемый максимальный крутящий момент муфты, что в свою предотвращает увеличение нагрузки на устройство управления запуском двигателя.
Когда скорость Ms вращения электродвигателя больше скорости Ei вращения холостого хода, путем перевода муфты в разъединенное состояние возможно предотвратить передачу изменения крутящего момента двигателя ENG на вал колес.
Далее будет описан другой вариант осуществления процесса определения условий, нужный для реализации управления запуском двигателя в силовом агрегате, выполненном так, как описано выше.
На фиг.8 показана блок-схема, иллюстрирующая процесс определения условий в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Здесь, так как этапы ST101-ST103 блок-схемы аналогичны этапам ST1-ST3 с фиг.3, их описание опущено.
Если в результате определения на этапе ST103 выясняют, что Ms>Ei, то управление запуском двигателя осуществляют в режиме высокой скорости (ST104). Так как процесс аналогичен процессу, описанном на этапе ST5 с фиг.3, его описание опущено.
Если в результате определения на этапе ST103 выясняют, что Ms≤Ei, то вычисляют скорость Ms вращения электродвигателя в момент изменения пути передачи (ST105). В автоматической коробке 31 передач с фиг.1 существует 2 пути передачи, предназначенных для передачи силы тяги от источника привода; путь передачи через первый входной вал 34 и другой путь передачи через второй входной вал 35.
В случае запуска двигателя через путь первого входного вала 34 (здесь и далее называется первым путем), устанавливают или первую передачу, или третью передачу или пятую передачу и первую муфту устанавливают в состояние зацепления, чтобы передавать вращение электродвигателя MG на двигатель ENG. В случае запуска двигателя через путь второго входного вала 35 (здесь и далее называется вторым путем), устанавливают или вторую передачу или четвертую передачу и вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления, чтобы передавать вращение электродвигателя MG на двигатель ENG.
Как упомянуто выше, так как электродвигатель MG соединен с первым входным валом 34, скорость вращения первого входного вала 34 равна скорости Ms вращения электродвигателя. Далее, когда первая муфта С1 установлена в состояние зацепления, скорость вращения выходного вала 2 двигателя равна скорости Ms вращения электродвигателя. Таким образом, при запуске двигателя через первый путь, скорость Ms вращения электродвигателя равна скорости вращения двигателя ENG.
С другой стороны, второй входной вал 35 соединен с электродвигателем MG через первый входной вал 34, ведущую шестерню G3a 3-ей скорости или ведущую шестерню G5a 5-ой скорости, первую ведомую шестерню Go1 или вторую ведомую шестерню Go2 и ведущую шестерню G2a 2-ой скорости или ведущую шестерню G4a 4-ой скорости. Далее, когда вторая муфта С2 установлена в состояние зацепления, выходной вал 2 двигателя соединен со вторым входным валом 35 через зубчатую передачу Gi холостого хода. Вследствие этого, в случае запуска двигателя через второй путь, скорость Ms вращения электродвигателя изменяют с целью вращения выходного вала 2 двигателя, скорость Ms вращения электродвигателя отличается от скорости вращения двигателя ENG.
Таким образом, на этапе ST105 вычисляют скорость Ms вращения электродвигателя, переданную на двигатель ENG в состоянии бокового соединения 2-ой скорости или состоянии бокового соединения 4-ой скорости, и определяют, равна или меньше скорость Ms вращения электродвигателя скорости Ei вращения холостого хода двигателя ENG (ST106). Скорость Ms вращения электродвигателя вычисляют следующим образом. Каждую передачу автоматической коробки 31 передач или передаточные отношения зубчатых передач холостого хода сохраняют в памяти БЭУ заблаговременно и скорость Ms вращения электродвигателя, переданную двигателю ENG, вычисляют в соответствии с фактической скоростью вращения и передаточными отношениями электродвигателя MG.
Первый и второй пути эквивалентны двум путям, предназначенным для передачи силы тяги источников привода на ведущие колеса в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении процесс с этапов ST105 и ST106 аналогичен изменению пути, который соединен с электродвигателем, с одного пути на другой путь и определению, равна или меньше скорость вращения электродвигателя, переданная от электродвигателя через соединенный путь, относительно скорости вращения холостого хода двигателя.
Если Ms>Ei, то путь изменяют (ST107), управление запуском двигателя осуществляют в режиме высокой скорости (ST104). В момент времени, когда изменяют путь, если Ms>Ei в состоянии бокового соединения 2-ой скорости, устанавливают путь в состоянии бокового соединения 4-ой скорости; если Ms>Ei в состоянии бокового соединения 4-ой скорости, сохраняют путь в состоянии бокового соединения 4-ой скорости.
Если Ms≤Ei, то подтверждают состояние аккумуляторной батареи ВАТТ и состояние электродвигателя MG (ST108) и определяют, должен ли быть изменен путь, чтобы улучшить состояния (ST109). Далее будут описаны подробности этапов ST108 и ST109.
Если определено, что не обязательно изменять путь, управление запуском двигателя осуществляют в режиме низкой скорости (ST110). С другой стороны, если определено, что лучше изменить путь, путь изменяют (ST111) и управление запуском двигателя осуществляют в режиме низкой скорости (ST110). Так как управление запуском двигателя в режиме низкой скорости аналогично управлению, осуществляемому на этапе ST4 с фиг.3, то его описание опущено.
Процесс управления заканчивают после окончания управления запуском двигателя в режиме низкой скорости или в режиме высокой скорости.
Далее будет описан процесс, осуществляемый на упомянутых выше этапах ST108 и ST109.
Определяют, что лучше изменить путь и двигатель ENG запускают через второй путь, если имеет место, по меньшей мере, один из следующих случаев: случай, когда СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ меньше или равно заданному значению α, случай, когда температура электродвигателя MG больше или равна заданной температуре β, случай, когда электродвигатель MG работает со сбоями.
1) Когда СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ меньше или равно заданному значению α.
Заданное значение α устанавливают как значение для определения, достаточно или нет СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ для продолжения ЭМ передвижения. В частности, если СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ меньше или равно заданному значению α, то его недостаточно для продолжения ЭМ передвижения; таким образом, предпочтительно не прикладывать большие нагрузки к электродвигателю MG. В этом случае, для облегчения нагрузки на электродвигатель MG, текущую передачу понижают до меньшей передачи и затем запускают двигатель.
Например, когда автомобиль передвигается на электрической тяге на третьей передаче, путь изменяют на вторую передачу. Так как передаточное отношение (отношение, полученное делением входной скорости вращения на выходную скорость вращения) на второй передаче больше по сравнению с третьей передачей, то даже при той же скорости вращения электродвигателя MG, скорость вращения, переданная на двигатель ENG, на второй передаче больше аналогичной скорости вращения на третьей скорости.
Таким образом, без увеличения нагрузки на электродвигатель MG возможно увеличить скорость вращения, переданную на двигатель ENG.
2) Когда температура электродвигателя MG больше или равна заданной температуре β.
В общем, при высокой температуре энергетическая отдача электродвигателя MG становится меньше. Это объясняется тем, что сила магнитного поля, предназначенная для вращения вращающегося вала (первого входного вала 34) электродвигателя MG, становится меньше при повышении температуры; таким образом, выход силы тяги с электродвигателя MG уменьшается.
В этом случае, при увеличении нагрузки на электродвигатель MG увеличиваются энергетические потери и, следовательно, потребляется больше топлива. Следовательно, для увеличения скорости вращения, переданной на двигатель ENG, без увеличения нагрузки на электродвигатель MG, текущую передачу снижают до меньшей передачи и затем запускают двигатель. Аналогично случаю, когда СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ меньше или равно заданному значению α, передаточное отношение здесь становится больше; таким образом, даже несмотря на то, что скорость вращения электродвигателя MG остается такой же, скорость вращения, переданная на двигатель ENG, становится больше.
Таким образом, без увеличения нагрузки на электродвигатель MG возможно увеличить скорость вращения, переданную на двигатель ENG, таким образом возможно предотвратить увеличение потребления топлива.
3) Когда электродвигатель MG работает со сбоями.
В качестве состояния работы электродвигателя MG со сбоями будем считать сбой, при котором путь зарядки от электродвигателя MG до аккумуляторной батареи ВАТТ невозможно открыть (сбой при открытии).
Сбои при открытии имеет место тогда, когда контактор (магнитный контактор), предназначенный для открывания или перекрывания тока к электродвигателю MG, работает со сбоями и его невозможно открыть. Другими словами, когда имеет место сбой при открытии, генерацию энергии осуществляют всегда при вращении электродвигателя MG, зарядку электроэнергией осуществляют, несмотря на СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ. Таким образом, когда СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ высокое и она продолжает заряжаться, очень вероятно повреждение аккумуляторной батареи ВАТТ из-за перезарядки.
Определение того, имеет или не имеет место сбой при открытии, осуществляют путем определения, находится ли значение тока электродвигателя MG, определенное датчиком тока (не показан), за пределами заданного диапазона. Если значение тока находится за пределами заданного диапазона, то определяют, что электродвигатель MG находится в состоянии работы со сбоями; иначе электродвигатель MG находится в нормальном состоянии.
Когда имеет место сбой при открытии, то, так как генерацию энергии всегда осуществляют при вращении электродвигателя MG, необходимо предотвратить повреждение аккумуляторной батареи ВАТТ из-за перезарядки. Таким образом, чтобы снизить СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ, для текущего передвижения двигатель запускают путем изменения передачи до более высокой передачи, чтобы увеличить нагрузку на электродвигатель MG.
Например, когда автомобиль передвигается на электрической тяге на третьей передаче, путь изменяют на четвертую передачу. Так как передаточное отношение на четвертой передаче меньше, чем на третьей передаче, даже несмотря на одинаковую скорость вращения электродвигателя MG, скорость вращения, переданная на двигатель ENG на четвертой передаче, меньше такой скорости вращения на третьей передаче. Таким образом, двигатель ENG может быть запущен при понижении СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ.
Здесь сбоем электродвигателя MG является сбой при открытии; тем не менее приемлемо изменить второй путь так, чтобы предотвратить повреждение электродвигателя MG или аккумуляторной батареи ВАТТ при возникновении других сбоев. При возникновении других сбоев, если для электродвигателя MG лучше, чтобы нагрузка на него увеличилась, то выбирают четную передачу с меньшим передаточным отношением (например, повышают передачу с третьей до четвертой передачи), или если для электродвигателя MG лучше, чтобы нагрузка на него уменьшилась, то выбирают четную передачу с большим передаточным отношением (например, понижают передачу с третьей до второй передачи).
В настоящем изобретении изменение пути на второй путь в соответствии с процессами из упомянутых выше этапов ST108, ST109 и ST110 эквивалентно факту, что и в случае, когда мощность СЗ источника энергии электродвигателя меньше или равна заданному значению, и в случае, когда температура электродвигателя больше или равна заданной температуре, или электродвигатель работает со сбоями или в обоих случаях, путь соединения с электродвигателем изменяют и двигатель запускают через путь соединения.
Как упомянуто выше, даже когда скорость Ms вращения электродвигателя меньше или равна скорости (Ei) вращения холостого хода двигателя ENG, в некоторых случаях возможно запустить двигатель ENG без увеличения нагрузки на электродвигатель MG. Более того, также возможно запустить двигатель ENG так, чтобы предотвратить повреждение электродвигателя MG и аккумуляторной батареи ВАТТ в соответствии с состоянием электродвигателя MG и аккумуляторной батареи ВАТТ.
Силовой агрегат, управляемый устройством управления запуском, которое соответствует настоящему изобретению, не обязательно имеет конструкцию, показанную на фиг.1, он может иметь конструкцию, которая показана на фиг.9.
Силовой агрегат снабжен автоматической коробкой 1 передач, двигателем внутреннего сгорания ENG (двигателем), электрическим двигателем MG (электродвигателем или генератором) и приспособлен для передачи мощности от двигателя ENG через входной вал 2 на коробку 1 передач и одновременной передачи мощности от электродвигателя MG через планетарный зубчатый механизм PG на коробку 1 передач, что нужно для приведения в действие пары ведущих колес DW и DW, закрепленных на валу колес, который приводится во вращательное движение выходной мощностью выходного элемента 3 коробки 1 передач через блок DG дифференциала.
В силовом агрегате, показанном на фиг.9, помимо входного вала 2, который вращается вместе с выходным валом двигателя и выходным элементом 3, состоящим из выходных шестерен, приспособленных для вывода мощности, автоматическая коробка 1 передач снабжена зубчатой передачей из нескольких шестерен G2-G5, которые имеют разные передаточные числа, первым валом 4 ведущих шестерен, предназначенным для поддержки с возможностью вращения ведущих шестерен G3a и G5a соответствующих зубчатых передач G3 и G5 с нечетными номерами в порядке передаточных чисел, вторым валом 5 ведущих шестерен, предназначенным для поддержки с возможностью вращения ведущих шестерен G2a и G4a соответствующих зубчатых передач G2 и G4 с четными номерами в порядке передаточных чисел, валом 6 заднего хода, предназначенным для поддержки с возможностью вращения шестерни GR заднего хода, и зубчатой передачей Gi холостого хода.
Зубчатая передача Gi холостого хода состоит из ведущей шестерни Gia холостого хода, поддерживаемой с возможностью вращения на первом валу 4 ведущих шестерен, первой ведомой шестерни Gib холостого хода, которая закреплена на валу 6 заднего хода и приспособлена для зацепления за ведущую шестерню Gia холостого хода, второй ведомой шестерни Gic холостого хода, которая закреплена на втором валу 5 ведущих шестерен.
Первый вал 4 ведущих шестерен расположен на той же линии валов, что и входной вал 2. Второй вал 5 ведущих шестерен расположен параллельно первому валу 4 ведущих шестерен. Вращение входного вала 2 передают на первый вал 4 ведущих шестерен через муфту С1 или на ведущую шестерню Gia холостого хода через вторую муфту С2. Другими словами вращение входного вала 2 передают на второй вал 5 ведущих шестерен через вторую муфту С2 и зубчатую передачу Gi холостого хода.
Упомянутые выше первая муфта С1 и вторая муфта С2 представляют собой муфты (эквивалентные устройству зацепления, соответствующему настоящему изобретению), которые состоят из механизма фрикционного зацепления, который работает так, чтобы соединять или разъединять входной вал 2 коробки передач и первый вал 4 ведущих шестерен или второй вал 5 ведущих шестерен под управлением БЭУ, что будет описано ниже (способен по выбору работать или в состоянии соединения и разъединенном состоянии).
Планетарный зубчатый механизм PG расположен соосно первому валу 4 ведущих шестерен. Планетарный зубчатый механизм PG является зубчатым механизмом с единственным сателлитом, и состоит из солнечной шестерни Sa, кольцевой шестерни Ra и водила Са, которое с возможностью вращения поддерживает сателлит Ра, зацепленный за солнечную шестерню Sa и кольцевую шестерню Ra.
Если три вращающихся элемента, представляющих собой солнечную шестерню Sa, водило Са и кольцевую шестерню Ra планетарного зубчатого механизма PG, определить как первый вращающийся элемент, второй вращающийся элемент и третий вращающийся элемент в порядке слева направо, в котором они расположены с интервалами, соответствующими передаточным числам в диаграмме скоростей с фиг.2, то первый вращающийся элемент соответствует солнечной шестерне Sa, второй вращающийся элемент соответствует водилу Са, а третий вращающийся элемент соответствует кольцевой шестерне Ra.
Солнечная шестерня Sa, которая является первым вращающимся элементом, закреплена на первом валу 4 ведущих шестерен. Водило Са, которое является вторым вращающимся элементом, соединено с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости зубчатой передачи G3 3-ей скорости. Кольцевая шестерня Ra, которая является третьим вращающимся элементом, съемно прикреплена к корпусу коробки передач (не показан), с помощью тормоза.
Тормоз состоит из двусторонней муфты, которая может быть переключена между состоянием, при котором разрешено обычное вращение (вращение в направлении вперед) и запрещено вращение назад (вращение в направлении назад), и состоянием, при котором запрещено обычное вращение и разрешено вращение назад. Тормоз В1 не обязательно является двусторонней муфтой и в качестве альтернативы может быть другим, в том числе жидкоохлаждаемым тормозом с несколькими дисками, ручным тормозом и подобным устройством.
Электродвигатель MG расположен на внешней стороне планетарного зубчатого механизма PG в радиальном направлении. Другими словами, планетарный зубчатый механизм PG расположен на внутренней стороне полого электродвигателя MG. В варианте осуществления настоящего изобретения электродвигатель MG является трехфазным бесщеточным электродвигателем постоянного тока и снабжен ротором MGb (вращающийся элемент), поддерживаемым с возможностью вращения в полом корпусе электродвигателя MG, и статором MGa, закрепленным в корпусе вокруг ротора. В роторе MGb установлено несколько постоянных магнитов, а в статоре MGa установлены катушки (обмотка якоря) для трех фаз. Корпус электродвигателя MG прикреплен к неподвижному элементу, который стационарно расположен относительно корпуса автомобиля и который является, например, внешним корпусом силового агрегата или подобным устройством.
Катушки электродвигателя MG электрически соединены с аккумуляторной батареей (ВАТТ), которая является источником постоянного тока, через блок силового привода (БСП), который является приводным контуром, содержащим инверторную схему. БСП электрически соединен с блоком электронного управления (БЭУ), предназначенным для управлением работой силового агрегата, содержащего электродвигатель MG. БЭУ приспособлен для управления током в катушках через БСП, чтобы регулировать мощность (крутящий момент), выдаваемую электродвигателем MG от ротора MGB. В соответствии с управлением БСП возможно, чтобы электродвигатель MG осуществлял операцию с нагрузкой, при которой в роторе MGb генерируют крутящий момент в соответствии с электрической энергией, поданной от аккумуляторной батареи, и операцию восстановления, при которой генерируют мощность в соответствии с механической энергией (энергия вращения), поданной снаружи на ротор MGb через планетарный зубчатый механизм PG, при одновременной зарядке аккумуляторной батареи сгенерированной энергией, и при которой в роторе генерируют восстановительный крутящий момент (тормозящий крутящий момент генерации энергии).
Как упомянуто выше, электродвигателем MG управляют через БСП на основе командного сигнала от БЭУ, который служит в качестве контроллера. БЭУ предназначен для надлежащего переключения БСП между состоянием приведения в действие, когда электродвигатель MG приводят в действие путем потребления электрической энергии из аккумуляторной батареи (ВАТТ), и состоянием восстановления, когда аккумуляторную батарею ВАТТ заряжают через БСП электрической энергией, сгенерированной путем ограничения силы вращения ротора MGb.
БЭУ является блоком электронной схемы, содержащим ЦП, ОЗУ, ПЗУ, схему интерфейса и подобное, и приспособленным для управления работой силового агрегата путем выполнения процесса управления, который определен заранее установленной программой. В качестве функций, осуществляемых в процессе управления БЭУ, помимо функции управления работой электродвигателя MG через БСП (в том числе осуществляемое при этом управление запуском двигателя), можно называть функции управления работой двигателя через исполнительный механизм управления двигателем, такой как исполнительный механизм дроссельной заслонки (не показана) или подобный механизм, функцию управления работой первой муфты С1 и второй муфты С2 через исполнительный механизм или приводной контур (не показан).
Шестерня GR заднего хода с возможностью вращения установлена на вале 6 заднего хода. Первая ведомая шестерня Go1, зацепленная за ведущую шестерню G2a 2-ой скорости и ведущую шестерню G3a 3-ей скорости, с возможностью вращения установлена на выходном валу 3a, который с возможностью вращения поддерживает выходной элемент 3. Вторая ведомая шестерня Go2, зацепленная за ведущую шестерню G4a 4-ой скорости и ведущую шестерню G5a 5-ой скорости, также закреплена на выходном валу 3a.
Как упомянуто выше, благодаря наличию единственной ведомой шестерни Go1 для зубчатой передачи G2 2-ой скорости и зубчатой передачи G3 3-ей скорости и соответственно единственной ведомой шестерни Go2 для зубчатой передачи G4 4-ой скорости и зубчатой передачи G5 5-ой скорости, возможно уменьшить длину вала автоматической коробки передач, благодаря чему более удобно устанавливать автоматическую коробку передач на автомобили типа ВВ (двигатель впереди, привода на передние колеса).
Первый вал 4 ведущих шестерен снабжен первым механизмом SM1 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, предназначенного для свободного переключения в любое состояние из следующих трех: соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен; соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G5a 5-ой скорости и первый вал 4 ведущих шестерен; и разъединенное состояние, при котором первый вал 4 ведущих шестерен не соединен ни с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости, ни с ведущей шестерней G5a 5-ой скорости.
Второй вал 5 ведущих шестерен снабжен вторым механизмом SM2 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, предназначенного для свободного переключения в любое состояние из следующих трех: соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен; соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G4a 4-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен; и разъединенное состояние, при котором второй вал 5 ведущих шестерен не соединен ни с ведущей шестерней G2a 2-ой скорости, ни с ведущей шестерней G4a 4-ой скорости.
Выходной вал 3a содержит третий механизм SM3 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, служащего для свободного переключения в любое состояние из следующих: соединенное состояние, при котором соединены первая ведомая шестерня Go1 и выходной вал 3a, и разъединенное состояние, при котором первая ведомая шестерня Go1 отсоединена от выходного вала 3a. Вал 6 заднего хода содержит четвертый механизм SM4 зацепления, который состоит из механизма синхронизации, служащего для свободного переключения в любое состояние из следующих: соединенное состояние, при котором соединены шестерня GR заднего хода и вал 6 заднего хода, и разъединенное состояние, при котором шестерня GR заднего хода отсоединена от вала 6 заднего хода.
Далее будут описаны операции автоматической коробки 1 передач с упомянутой выше конструкцией. Операции, описанные ниже, осуществляют под управлением БЭУ.
Сначала при установке первой передачи с использованием силы тяги двигателя ENG, соединяют первую ведомую шестерню Go1 и выходной вал 3a с помощью третьего механизма SM3 зацепления и первую муфту С1 устанавливают в состояние зацепления. Таким образом, силу тяги двигателя ENG передают от входного вала 2 на солнечную шестерню Sa планетарного зубчатого механизма PG через первую муфту С1 и первый вал 4 ведущих шестерен.
Здесь, если передаточное число планетарного зубчатого механизма PG (количество зубьев кольцевой шестерни Ra / количество зубьев солнечной шестерни Sa) обозначить через «g», то скорость вращения двигателя, поданная на входной вал 2, составит 1/(g+1) от исходной и будет передана на ведущую шестерню G3a 3-ей скорости через водило Ca. Если передаточное число зубчатой передачи G3 3-ей скорости, состоящей из ведущей шестерни G3a 3-ей скорости и первой ведомой шестерни Go1 (количество зубьев ведущей шестерни G3a 3-ей скорости / количество зубьев первой ведомой шестерни Go1), обозначить через «i», то скорость вращения двигателя составит 1/i(g+1) от исходной и ее выдадут через выходной элемент 3. Таким образом устанавливают первую передачу.
В этой ситуации операцию восстановления осуществляют путем торможения электродвигателя MG.
Возможно осуществить передвижение с поддержкой, при котором электродвигатель MG помогает силе тяги двигателя ENG, или передвижение на электрической тяге (ЭМ передвижение), при котором автомобиль передвигается только на силе тяги от электродвигателя MG. Как будет описано ниже, при передвижении на электрической тяге, когда скорость (V) автомобиля больше или равна допустимой скорости Vs запуска двигателя, определяют, что подан запрос на запуск двигателя и может быть осуществлено управление запуском двигателя. В варианте осуществления настоящего изобретения запуска двигателя ENG соответствует запуску двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Водило Ca, соединенное с выходным элементом 3, обладает значительно большей инерцией по сравнению с кольцевой шестерней Ra, соединенной с ротором MGb электродвигателя MG; следовательно, как показано пунктирной линией на фиг.2 (диаграмма скорости планетарного зубчатого механизма PG), при запуске по отношению к скорости Ne вращения солнечной шестерни Sa, на которую передают мощность двигателя ENG, скорость вращения водила Ca приблизительно равна 0 и кольцевая шестерня Ra вращается в обратном направлении (вращение в направлении назад, см. N1 на фиг.2). Далее, электродвигатель MG тормозят так, что скорость вращения кольцевой шестерни Ra изменяется от N1 до N2, что нужно для осуществления операции восстановления, направленной на генерацию энергии, в водиле Ca (см. штрихпунктирная линия на фиг.2) генерируют силу тяги, направленную в сторону обычного вращения (вращения вперед). Таким образом, устанавливают передачу запуска, для которой выходная скорость меньше, а сила тяги (крутящий момент) больше по сравнению с обычной первой передачей.
Если электродвигатель MG генерирует силу тяги, направленную в сторону обычного вращения, то в водиле Ca объединяют силу тяги двигателя ENG и силу тяги электродвигателя MG и подают на выход от выходного элемента 3. Таким образом, легко подать на выход большую силу тяги, что улучшает способность следовать командам водителя (дорожные качества автомобиля).
Когда БЭУ прогнозирует, что при передвижении автомобиля на первой передаче может произойти повышение передачи до второй передачи в соответствии с информацией об автомобиле, такой как скорость автомобиля и подобная информация, второй механизм SM2 зацепления соединяет ведущую шестерню G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен в соединенное состояние или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию.
В состоянии перед переключением каждая ведущая шестерня (G2a, G3a, G4a или G5a) и каждый вал ведущих шестерен (4 или 5) соединены в соединенном состоянии, а муфта (С1 или С2), зацепляющая соединенный вал ведущих шестерен и двигатель ENG, установлена в разъединенное состояние. Например, в состоянии перед переключением второй передачи ведущую шестерню G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен соединяют с помощью второго механизма SM2 зацепления и вторую муфту С2 устанавливают в разъединенное состояние.
Для установки второй передачи с использованием силы тяги двигателя ENG, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен, третий механизм SM3 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены первая ведомая шестерня Go1 и выходной вал 3, и вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления.
На второй передаче, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию.
Когда автомобиль замедляется и состояние заряда СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ меньше заданного значения, БЭУ осуществляет операцию замедления с восстановлением. При замедлении с восстановлением на второй передаче, восстановление энергии осуществляют путем торможения водила Ca, вращающегося вместе с ведущей шестерней G3a 3-ей скорости, которая зацеплена за первую ведомую шестерню Go1, чтобы электродвигатель MG, который соединен с кольцевой шестерней Ra, генерировал электрическую энергию.
Здесь, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, замедление с восстановлением могут осуществлять путем торможения электродвигателя MG посредством установки первого механизма SM1 зацепления в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, и посредством блокировки трех элементов в планетарном зубчатом механизме PG с целью предотвращения взаимного вращения.
Таким образом, даже когда автомобиль мгновенно переходит из состояния замедления в состояние ускорения возможно быстро повысить передачу до третьей передачи.
При передвижении с поддержкой от электродвигателя MG, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, планетарный зубчатый механизм PG устанавливают в заблокированное состояние и силу тяги электродвигателя MG передают на выходной элемент 3 через зубчатую передачу G3 3-ей скорости.
Для установки третьей передачи с использованием силы тяги двигателя ENG, первый механизм SM1 зацепления соединяет ведущую шестерню G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, а первую муфту С1 устанавливают в состояние зацепления. Таким образом, силу тяги двигателя передают от входного вала 2 на выходной элемент 3 через первую муфту С1, первый вал 4 ведущих шестерен, первый механизм SM1 зацепления и ведущую шестерню G3a 3-ей скорости, и выдают, при этом скорость вращения составляет 1/i от исходной скорости вращения.
На третьей передаче, так как первый механизм SM1 зацепления установлен в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором ведущая шестерня G3a 3-ей скорости соединена с первым валом 4 ведущих шестерен, солнечная шестерня Sa и водило Ca планетарного зубчатого механизма PG вращаются одинаково. Таким образом, так как каждый вращающийся элемент планетарного зубчатого механизма PG находится в заблокированном состоянии, когда предотвращается взаимное вращение, если электродвигатель MG применяет торможение к солнечной шестерне Sa или кольцевой шестерне Ra, осуществляют замедление с восстановлением, и если силу тяги электродвигателя MG передают на солнечную шестерню Sa или кольцевую шестерню Ra, возможно осуществить передвижение с поддержкой.
Более того, возможно установить первую муфту С1 в расцепленное состояние с целью осуществления ЭМ передвижения, при котором автомобиль передвигается только с помощью силы тяги от электродвигателя MG.
Когда БЭУ прогнозирует понижение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен, или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию; с другой стороны, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G4a 4-ой скорости и вал 5 ведущих шестерен, или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию. Таким образом, только путем установки второй муфты С2 в состояние зацепления и установки первой муфты С1 в расцепленное состояние возможно осуществить такое изменение передачи, при котором скорость автомобиля изменяется плавно.
Для установки четвертой передачи с использованием силы тяги двигателя ENG, второй механизм SM2 зацепления соединяет ведущую шестерню G4a 4-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен и вторую муфту С1 устанавливают в состояние зацепления. Во время передвижения на четвертой передаче, когда БЭУ прогнозирует понижение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в состояние бокового соединения 3-ей скорости, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию, и третий механизм SM3 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены первая ведомая шестерня Go1 и выходной вал 3a.
С другой стороны, когда БЭУ прогнозирует повышение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G5a 5-ой скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию. Таким образом, только путем установки первой муфты С1 в состояние зацепления и второй муфты С2 - в расцепленное состояние возможно осуществлять такое повышение или понижение передачи, при котором осуществляется плавное изменение передачи.
Если замедление с восстановлением или передвижение с поддержкой осуществляют при передвижении на четвертой передаче, когда БЭУ прогнозирует понижение передачи, первый механизм SM1 зацепления соединяет ведущую шестерню G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, а третий механизм SM3 зацепления соединяет первую ведомую шестерню Go1 и выходной вал 3a.
Далее, если осуществляют замедление с восстановлением, электродвигатель MG тормозят с целью осуществления замедления с восстановлением. Если осуществляется передвижение с поддержкой, электродвигатель MG приводят в действие и его силу тяги передают от первого вала 4 ведущих шестерен на выходной элемент 3 через зубчатую передачу 3-ей скорости.
Когда БЭУ прогнозирует повышение передачи, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G5a 5-ой скорости и первый вал 4 ведущих шестерен. Если осуществляют замедление с восстановлением, электродвигатель MG тормозят с целью осуществления замедления с восстановлением. Если осуществляют передвижение с поддержкой, силу тяги электродвигателя MG передают на выходной элемент 3 через первый вал 4 ведущих шестерен и зубчатую передачу 5-ой скорости.
Для установки пятой передачи с использованием силы тяги двигателя ENG, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G5a 5-ой скорости и первый вал 4 ведущих шестерен.
В случае осуществления восстановления или передвижения с поддержкой с использованием электродвигателя MG или в случае осуществления ЭМ передвижения с использованием только силы тяги электродвигателя MG, первую муфту С1 устанавливают в расцепленное состояние. Во время ЭМ передвижения двигатель ENG может быть запущен так, как описано ниже.
Когда БЭУ прогнозирует понижение передачи в соответствии с информацией об автомобиле, второй механизм SM2 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G4a 4-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен, или состояние перед переключением, близкое к упомянутому выше состоянию. Таким образом, может быть плавно осуществлено понижение передачи.
С другой стороны, если понижение передачи не спрогнозировано в соответствии с информацией об автомобиле и состояние СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ меньше заданного значения и автомобиль передвигается в состоянии ускорения или стабильном состоянии (постоянная скорость), второй механизм SM2 зацепления соединяет ведущую шестерню G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен и электродвигатель MG вращает кольцевую шестерню Ra с заданной скоростью вращения. В этой ситуации путем установки второй муфты С2 в состояние зацепления и установки первой муфты С1 в расцепленное состояние силу тяги двигателя ENG передают водилу Ca планетарного зубчатого механизма PG через зубчатую передачу Gi холостого хода, второй вал 5 ведущих шестерен, второй механизм SM2 зацепления, зубчатую передачу G2 2-ой скорости и зубчатую передачу G3 3-ей скорости.
В то же время путем торможения кольцевой шестерни Ra с целью генерации электрической энергии электродвигателем MG, силу тяги двигателя распределяют на солнечную шестерню Sa, которая соединена с выходным элементом 3 и кольцевой шестерней Ra. Как показано на диаграмме скоростей на фиг.2, интервал между солнечной шестерней Sa и водилом Ca больше интервала между водилом Ca и кольцевой шестерней Ra, следовательно, силу тяги, переданную от двигателя на водило Ca, трудно передать на солнечную шестерню Sa, соединенную с выходным элементом 3. Таким образом, возможно улучшить пробег автомобиля.
Если понижение передачи не спрогнозировано в соответствии с информацией об автомобиле и состояние СЗ аккумуляторной батареи ВАТТ больше заданного значения и автомобиль передвигается в состоянии ускорения или стабильном состоянии (постоянная скорость), БЭУ может запустить двигатель путем установки первой муфты С1 в состояние зацепления.
Далее, первую муфту С1 устанавливают в расцепленное состояние, скорость вращения кольцевой шестерни Ra устанавливают равной 0 и второй механизм SM2 зацепления соединяет ведущую шестерню G2a 2-ой скорости и второй вал 5 ведущих шестерен. Далее устанавливают вторую муфту С2 в состояние зацепления, силу тяги двигателя ENG передают на водило Ca с целью осуществления передвижения с поддержкой.
Для установки передачи заднего хода с использованием силы тяги двигателя ENG, третий механизм SM3 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G2a 2-ой скорости и выходной вал 3а, четвертый механизм SM4 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены шестерня GR заднего хода и вал 6 заднего хода и вторую муфту С2 устанавливают в состояние зацепления. Таким образом, скорость вращения входного вала 2 изменяется на отрицательное вращение (вращение в обратном направлении) со скоростью вращения равной [количество зубьев ведущей шестерни Gia холостого хода / количество зубьев первой ведомой шестерни Gib холостого хода] × [количество зубьев шестерни GR заднего хода / количество зубьев первой ведомой шестерней Go1] и полученную скорость вращения подают на выход от выходного элемента 3.
В случае осуществления замедления с восстановлением или передвижения с поддержкой на задней передаче, первый механизм SM1 зацепления устанавливают в соединенное состояние, при котором соединены ведущая шестерня G3a 3-ей скорости и первый вал 4 ведущих шестерен, и планетарный зубчатый механизм PG заблокирован в заблокированном состоянии. Далее, если ротор MGb, который вращается в обратном направлении, вынудят генерировать силу тяги в обычном направлении вращения (если его затормозят), будет достигнуто замедление с восстановлением; если силу тяги генерируют в направлении обратного вращения, будет достигнуто передвижение с поддержкой.
Хотя настоящее изобретение описано выше в соответствии с вариантами осуществления изобретения, которые не ограничивают изобретение, ясно, что настоящее изобретение содержит другие возможные модификации и изменения, выполненные в рамках сущности и объема изобретения.
Промышленное применение
Устройство управления запуском двигателя, соответствующее настоящему изобретению, подходит для того, чтобы его устанавливать и использовать на гибридном автомобиле.