ГИБРИДНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ
HYBRID VEHICLE AND METHOD OF ITS CONTROL

Область техники
Настоящее изобретение относится к гибридному транспортному средству, в котором осуществляется управление отсоединением блока подсоединения/отсоединения передачи энергии, происходящее тогда, когда транспортное средство переходит из последовательного режима движения, в котором в качестве движущего источника используется электродвигатель, в другой режим движения, в котором в качестве движущего источника используется по меньшей мере двигатель внутреннего сгорания, и способу управления им.
Известный уровень техники
В комбинированном последовательно-параллельном гибридном электрическом транспортном средстве (SPHV), раскрытом в Патентной литературе 1, в случае уменьшения скорости вращения электродвигателя до величины ниже, чем заранее заданная величина, при движении транспортного средства в режиме параллельного транспортного средства (PHV) механическая связь между электрогенератором и электродвигателем отключается разъединением муфты. Тем самым транспортное средство переходит в режим последовательного гибридного транспортного средства (SHV). Когда транспортное средство движется в режиме PHV, колеса приводятся механической выходной величиной от двигателя внутреннего сгорания, а когда транспортное средство начинает двигаться, ускоряется, замедляется или останавливается с использованием тормозов, разность между требуемой выходной величиной и механической выходной величиной двигателя внутреннего сгорания компенсируется электродвигателем. В свою очередь, когда транспортное средство движется в режиме SHV, электрогенератор приводится в движение механической выходной энергией двигателя внутреннего сгорания, а электродвигатель приводится в движение электрической энергией, генерируемой электрогенератором, и электрической энергией, поступающей от аккумуляторной батареи, и за счет этого электродвигателем приводятся в движение колеса транспортного средства.
Литература родственной области техники
Патентная литература
Патентная литература 1: JP-3052753-B
Краткое изложение сущности изобретения
Проблемы, которые должны быть решены изобретением
Когда SPHV по описанной выше Патентной литературе 1 движется в режиме PHV, требуемая выходная величина обеспечивается механической выходной величиной от двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает и необходимую мощность на выходе электродвигателя в соответствии с условиями движения. С другой стороны, при движении в режиме SHV требуемая выходная величина получается только от электродвигателя. Следовательно, даже в случае когда возникают условия для немедленного разъединения муфты при переходе транспортного средства из режима PHV в режим SHV, может возникнуть такая ситуация, при которой требуемая выходная величина не сможет немедленно соответствовать этим условиям, если изменение на выходе электродвигателя, требуемое в этом случае, является слишком большим.
Например, в случае когда состояние заряда аккумуляторной батареи при переходе транспортного средства к режиму SHV является низким, то необходимо, чтобы электрогенератор приводился в движение механической выходной величиной от двигателя внутреннего сгорания, а электродвигатель приводился в движение электрической энергией, вырабатываемой электрогенератором. Однако переходные процессы двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя не являются достаточно быстрыми, что может привести к ситуации, при которой электрическая энергия, соответствующая требуемой выходной величине, не сможет быть немедленно подана на электродвигатель после того, как муфта сцепления будет отсоединена. Если это происходит, то электродвигатель не сможет выдавать движущую силу, соответствующую требуемой выходной величине, и поэтому при отсоединении муфты сцепления образуется удар, что в результате приведет к возникновению у водителя чувства физического дискомфорта. Кроме того, необходимо, чтобы аккумуляторная батарея имела достаточную емкость, которая позволяла бы немедленно компенсировать разность между электрической энергией, необходимой электродвигателю для обеспечения требуемой выходной величины после отсоединения муфты, и электрической энергией, которую может выдавать электрогенератор.
Целью настоящего изобретения является предоставление гибридного транспортного средства, в котором может отсоединяться блок подсоединения/отсоединения передачи энергии, обеспечивая при этом требуемую выходную величину, когда транспортное средство переходит из режима движения, в котором в качестве движущего источника используется по меньшей мере двигатель внутреннего сгорания, на последовательный режим движения, в котором в качестве движущего источника используется электродвигатель, и предоставление способа управления таким гибридным транспортным средством.
Средства решения этих проблем
Для достижения целей, позволяющих решить упомянутые проблемы, настоящее изобретение в соответствии с пунктом 1 предусматривает гибридное транспортное средство, содержащее
двигатель внутреннего сгорания (например, двигатель внутреннего сгорания 111 в примере осуществления),
электрогенератор (например, электрогенератор 113 в примере осуществления), который приводится в движение упомянутым двигателем внутреннего сгорания и генерирует электроэнергию,
аккумуляторную батарею (например, аккумуляторную батарею 101 в примере осуществления), которая питает электроэнергией электродвигатель,
упомянутый электродвигатель (например, электродвигатель 109 в примере осуществления), который подсоединен к ведущим колесам (например, к ведущим колесам 133 в примере осуществления) и который приводится в движение электроэнергией, подаваемой по меньшей мере от упомянутой аккумуляторной батареи или упомянутого электрогенератора, и блок подсоединения/отсоединения передачи энергии (например, муфта сцепления 117 в примере осуществления), который расположен между упомянутым электрогенератором и упомянутыми ведущими колесами, для подсоединения и отсоединения линии передачи энергии от упомянутого двигателя внутреннего сгорания к упомянутым ведущим колесам через упомянутый электрогенератор,
при этом гибридное транспортное средство может перемещаться от энергии, передаваемой по меньшей мере от упомянутого электродвигателя или упомянутого двигателя внутреннего сгорания, а упомянутое гибридное транспортное средство также содержит блок изменения коэффициента передачи (например, блок управления ECU 123 в примере осуществления) для изменения отношения электрической передачи к механической передаче выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания,
блок управления подсоединением/отсоединением (например, блок управления ECU 123 в примере осуществления) для управления упомянутым блоком подсоединения/отсоединения передачи энергии, который отсоединяется, когда гибридное транспортное средство переходит из режима движения, при котором в качестве движущего источника используется по меньшей мере упомянутый двигатель внутреннего сгорания, на последовательный режим движения, при котором в качестве движущего источника используется упомянутый электродвигатель, и
блок вычисления требуемой выходной величины (например, блок управления ECU 123 в примере осуществления) для вычисления требуемой выходной величины, необходимой для гибридного транспортного средства, базируясь на степени открытия педали акселератора, которая соответствует усилию на педали акселератора, и скорости движения гибридного транспортного средства,
при этом, когда требуемая выходная величина, вычисленная блоком вычисления требуемой выходной величины, превосходит сумму выходной величины упомянутого электродвигателя, который движется электрической энергией, подаваемой от упомянутой аккумуляторной батареи, и выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания, когда гибридное транспортное средство перемещается в режиме движения, при котором в качестве движущего источника используется по меньшей мере упомянутый двигатель внутреннего сгорания с подсоединенным упомянутым блоком подсоединения/отсоединения передачи энергии, упомянутый блок изменения коэффициента передачи увеличивает отношение электрической передачи к механической передаче выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания, а упомянутый блок управления подсоединения/отсоединения передачи энергии управляет упомянутым блоком подсоединения/отсоединения передачи энергии и отсоединяет его в момент времени, когда механически переданная выходная величина упомянутого двигателя внутреннего сгорания становится равной нулю при подсоединенном упомянутом блоке подсоединения/отсоединения передачи энергии.
Кроме того, изобретение по пункту 2, основанное на пункте 1, предусматривает гибридное транспортное средство, содержащее также
блок управления выходной величиной аккумуляторной батареи (например, блок управления ECU 123 в примере осуществления) для управления передачей электроэнергии от упомянутой аккумуляторной батареи к упомянутому электродвигателю, и
блок управления двигателем внутреннего сгорания (например, блок управления ECU 123 в примере осуществления) для управления работой упомянутого двигателя внутреннего сгорания,
при этом после отсоединения упомянутого блока подсоединения/отсоединения передачи энергии упомянутый блок управления выходной величиной аккумуляторной батареи уменьшает подачу электроэнергии от упомянутой аккумуляторной батареи к упомянутому электродвигателю, а упомянутый блок управления двигателем внутреннего сгорания управляет работой упомянутого двигателя внутреннего сгорания так, что он остается на линии оптимального показателя потребления топлива (например, на нижней линии BSFC в примере осуществления), которая образована соединением рабочих точек, где достигается оптимальный показатель потребления топлива, тем самым выходная величина упомянутого двигателя внутреннего сгорания увеличивается, когда подача электроэнергии от упомянутой аккумуляторной батареи на упомянутый электродвигатель уменьшается.
Кроме того, изобретение по пункту 3 предусматривает, базируясь на пункте 1 или 2, гибридное транспортное средство, содержащее также
блок управления двигателем внутреннего сгорания (например, блок управления ECU 123 в примере осуществления) для управления работой упомянутого двигателя внутреннего сгорания,
при этом, когда требуемая выходная величина уменьшается, а гибридное транспортное средство перемещается в режиме движения, при котором в качестве движущего источника используется упомянутый двигатель внутреннего сгорания при подсоединенном упомянутом блоке подсоединения/отсоединения передачи энергии, упомянутый блок управления двигателем внутреннего сгорания повышает выходную величину упомянутого двигателя внутреннего сгорания до тех пор, пока рабочая точка не достигнет упомянутой линии оптимального показателя потребления топлива, которая образована соединением рабочих точек, где достигается оптимальный показатель потребления топлива, и
при этом, когда требуемая выходная величина превышает выходную величину упомянутого двигателя внутреннего сгорания, который работает в рабочей точке на упомянутой линии оптимального показателя потребления топлива, упомянутый блок управления двигателем внутреннего сгорания управляет упомянутым двигателем внутреннего сгорания так, что он остается на упомянутой линии оптимального показателя потреблении топлива, а упомянутый электродвигатель, который приводится в движение электроэнергией, подаваемой от упомянутой аккумуляторной батареи, выдает выходную величину, которая представляет собой недостающую часть выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания.
Далее, изобретение по пункту 3, основанное на пункте 1, предусматривает гибридное транспортное средство,
отличающееся тем, что упомянутый электродвигатель выдает выходную величину, которая представляет собой упомянутую недостающую часть выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания, в таком объеме, в каком упомянутый электродвигатель может ее выдавать в соответствии с состоянием упомянутой аккумуляторной батареи.
Далее, изобретение по пункту 4 предусматривает способ управления гибридным транспортным средством для гибридного транспортного средства, содержащего
двигатель внутреннего сгорания (например, двигатель внутреннего сгорания 111 в примере осуществления),
электрогенератор (например, электрогенератор 113 в примере осуществления), который приводится в движение упомянутым двигателем внутреннего сгорания и генерирует электроэнергию,
аккумуляторную батарею (например, аккумуляторная батарея 101 в примере осуществления), которая питает электроэнергией электродвигатель,
упомянутый электродвигатель (например, электродвигатель 109 в примере осуществления), который подсоединен к ведущим колесам (например, ведущим колесам 133 в примере осуществления) и который приводится в движение электроэнергией, подаваемой по меньшей мере от упомянутой аккумуляторной батареи или упомянутого электрогенератора, и
блок подсоединения/отсоединения передачи энергии (например, муфта 117 в примере осуществления), который расположен между упомянутым электрогенератором и упомянутыми ведущими колесами, для подсоединения и отсоединения линии передачи энергии от упомянутого двигателя внутреннего сгорания к упомянутым ведущим колесам через упомянутый электрогенератор, при этом гибридное транспортное средство может перемещаться от энергии, передаваемой по меньшей мере от упомянутого электродвигателя или упомянутого двигателя внутреннего сгорания,
а упомянутый способ управления включает
вычисление требуемой выходной величины, необходимой гибридному транспортному средству, базируясь на величине открытия педали акселератора, которая соответствует усилию на педали акселератора, и скорости движения гибридного транспортного средства, и
когда так вычисленная требуемая выходная величина превышает сумму выходной величины упомянутого электродвигателя, который приводится в движение электроэнергией, подаваемой от упомянутой аккумуляторной батареи, и выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания при перемещении гибридного транспортного средства в режиме движения, при котором в качестве движущего источника используется упомянутый двигатель внутреннего сгорания с подсоединенным упомянутым блоком подсоединения/отсоединения передачи энергии, увеличивается отношение электрической передачи к механической передаче выходной величины упомянутого двигателя внутреннего сгорания и отсоединяется упомянутый блок подсоединения/отсоединения передачи энергии в момент времени, когда механически переданная выходная величина упомянутого двигателя внутреннего сгорания становится равной нулю при подсоединенном упомянутом блоке подсоединения/отсоединения передачи энергии.
Преимущества изобретения
В соответствии с пунктами 1-3 гибридного транспортного средства настоящего изобретения и в соответствии с пунктом 4 способа управления гибридным транспортным средством настоящего изобретения блок подсоединения/отсоединения передачи энергии может быть отсоединен, обеспечивая при этом требуемую выходную величину, когда транспортное средство переходит из режима движения, при котором в качестве движущего источника используется по меньшей мере двигатель внутреннего сгорания, на последовательный режим движения, в котором в качестве движущего источника используется электродвигатель.
В соответствии с пунктом 1 гибридного транспортного средства настоящего изобретения двигатель внутреннего сгорания работает на рабочих точках на линии оптимального показателя потребления топлива, когда гибридное транспортное средство переходит на последовательный режим движения, и поэтому показатель потребления топлива двигателя внутреннего сгорания не уменьшается.
В соответствии с пунктами 2 и3 гибридного транспортного средства настоящего изобретения выходная величина двигателя внутреннего сгорания может механически передаваться до тех пор, пока упомянутый электродвигатель не будет готов выдавать выходную величину, которая представляет собой недостающую часть выходной величины двигателя внутреннего сгорания, и поэтому гибридное транспортное средство может перемещаться с хорошим полным коэффициентом полезного действия.
Краткое описание фигур чертежей
Фиг.1 - показывает внутреннюю блок-схему последовательно/параллельного HEV.
Фиг.2 - показывает графики характеристик двигателя внутреннего сгорания 111 в зависимости от теплового коэффициента полезного действия.
Фиг.3 - показывает переход рабочей точки двигателя внутреннего сгорания 111, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с повышением требуемой выходной величины.
Фиг.4 - показывает изменения в соответствующих выходных значениях, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с повышением требуемой выходной величины.
Фиг.5 - показывает переход рабочей точки двигателя внутреннего сгорания 111, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с изменением состояния аккумуляторной батареи 101.
Фиг.6 - показывает изменения в соответствующих выходных значениях, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с изменением состояния аккумуляторной батареи 101.
Фиг.7А - показывает зависимость между SOC и верхним пределом выходной величины аккумуляторной батареи, а Фиг.7В - показывает зависимость между температурой аккумуляторной батареи и верхним пределом выходной величины аккумуляторной батареи.
Фиг.8 - блок-схема, которая показывает работу блока управления ECU 123.
Фиг.9 - блок-схема, которая показывает работу блока управления ECU 123.
Формы осуществления изобретения
Далее будут описаны примеры осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей.
HEV (Hybrid Electric Vehicle - гибридное транспортное средство) содержит электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания и перемещается движущей силой электродвигателя и/или двигателя внутреннего сгорания в зависимости от условий движения транспортного средства. Все HEV можно грубо классифицировать по двум типам: последовательный тип HEV и параллельный тип HEV. HEV последовательного типа перемещается движущей силой электродвигателя. При этом двигатель внутреннего сгорания используется только для генерации электрической энергии, а электрическая энергия, сгенерированная при использовании движущей силы двигателя внутреннего сгорания, накапливается аккумуляторной батареей или подается на электродвигатель. С другой стороны, HEV параллельного типа перемещается движущей силой только электродвигателя или только двигателя внутреннего сгорания или же обоих двигателей.
Известен также последовательно/параллельный HEV, в котором комбинируются обе конфигурации - последовательная и параллельная. В этом типе HEV муфта сцепления подсоединяется или отсоединяется (подсоединяется/отсоединяется) в зависимости от условий движения транспортного средства, при этом система передачи движущей силы переключается на последовательную или параллельную конфигурацию. В частности, когда транспортное средство движется при малой скорости, муфта сцепления отсоединяется для перехода на последовательную конфигурацию, а когда транспортное средство движется при средней или высокой скорости, муфта сцепления подсоединяется для перехода на параллельную конфигурацию. В последующем описании режим движения, использующий последовательную конфигурацию, будет именоваться как "последовательный режим движения".
st
nd
В приведенном ниже примере осуществления гибридное транспортное средство в соответствии с настоящим изобретением будет описываться как последовательно/параллельное HEV (именуемое далее как "гибридное транспортное средство"). На Фиг.1 показана конфигурация внутренних блоков последовательно/параллельного HEV. Гибридное транспортное средство, показанное на Фиг.1, содержит аккумуляторную батарею (ВАТТ) 101, датчик температуры (TEMP) 103, преобразователь (CONV) 105, первый инвертор (1 INV) 107, электродвигатель (МОТ) 109, двигатель внутреннего сгорания (ENG) 111, электрогенератор (GEN) 113, второй инвертор (2 INV) 115, муфту сцепления (в дальнейшем именуемая просто как "муфта") 117, коробку передач (в дальнейшем именуемая просто как "шестерня") 119, датчик скорости транспортного средства 121, блок управления ECU (FI/MG ECU) 123, ECU электродвигателя (MOT/GEN ECU) 125 и ECU аккумуляторной батареи (ВАТТ ECU) 127. Далее, транспортное средство содержит датчик (не показан) для измерения скорости вращения электродвигателя 109 и датчик (не показан) для измерения скорости вращения двигателя внутреннего сгорания 111.
Аккумуляторная батарея 101 имеет несколько аккумуляторных элементов, которые соединены последовательно и обеспечивают на выходе высокое напряжение, например, от 100 В до 200 В. Аккумуляторные элементы являются ионно-литиевыми батареями или гибридными никелевыми батареями. Датчик температуры 103 измеряет температуру аккумуляторной батареи 101 (в дальнейшем именуемую как "температура аккумуляторной батареи"). Сигнал, указывающий температуру аккумуляторной батареи, которая измерена датчиком температуры 103, посылается на ECU аккумуляторной батареи 127.
Преобразователь 105 повышает или понижает выходное напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи 101. Первый инвертор 107 преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока и питает трехфазным током электродвигатель 109. Кроме того, первый инвертор 107 преобразует напряжение переменного тока, выдаваемое электродвигателем 109, когда он работает в режиме рекуперации, в напряжение постоянного тока, который запасается в аккумуляторной батарее 101.
Электродвигатель 109 генерирует движущую силу, которая обеспечивает перемещение транспортного средства. Механический момент, созданный электродвигателем 109, передается на ведущие валы 131 через шестерню 119. Заметим, что ротор электродвигателя 109 подсоединен непосредственно к шестерне 119. Кроме того, электродвигатель 109 работает как электрогенератор при воздействии на него рекуперативных тормозов, и электрическая энергия, генерируемая электродвигателем 109, запасается в аккумуляторной батарее 101.
Когда гибридное транспортное средство перемещается в последовательном режиме движения с отсоединенной муфтой 117, то двигатель внутреннего сгорания 111 используется только для электрогенератора 113. Однако когда муфта 117 подсоединяется, то выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111 передается на ведущие валы 131 через электрогенератор 113, муфту 117 и шестерню 119 как механическая энергия, которая необходима для перемещения гибридного транспортного средства. Двигатель внутреннего сгорания 111 подсоединен непосредственно к ротору электрогенератора 113.
Электрогенератор 113 генерирует электрическую энергию, используя для этого механическую энергию двигателя внутреннего сгорания 111. Электрическая энергия, сгенерированная электрогенератором 113, накапливается в аккумуляторной батарее 101 или подается на электродвигатель 109. Второй инвертор 115 преобразует переменный ток, сгенерированный в электрогенераторе 113, в напряжение постоянного тока. Электрическая мощность, преобразованная вторым инвертором 115, накапливается в аккумуляторной батарее 101 или подается на электродвигатель 109 через первый инвертор 107.
Муфта 117 подсоединяет или отсоединяет линию передачи движущей силы от двигателя внутреннего сгорания 111 к ведущим колесам 133, базируясь на команде от блока управления ECU 123. Шестерня 119 является односкоростной фиксированной шестерней, которая соответствует, например, пятой скорости. Следовательно, шестерня 119 преобразует движущую силу от двигателя внутреннего сгорания 111 через электрогенератор 113 или движущую силу от электродвигателя 109 в скорость вращения и механический момент при определенном передаточном числе для передачи на ведущие валы 131. Датчик скорости транспортного средства 121 измеряет скорость движения транспортного средства (скорость транспортного средства). Сигнал, показывающий скорость транспортного средства, которая измерена датчиком скорости транспортного средства 121, посылается на блок управления ECU 123.
Блок управления ECU 123 вычисляет требуемую выходную величину, базируясь на степени открытия педали акселератора, которая соответствует усилию на педали акселератора, создаваемому водителем гибридного транспортного средства, и скорости транспортного средства, переключает систему передачи движущей силы, управляет подсоединением или отсоединением муфты 117 и управляет двигателем внутреннего сгорания 111. Процесс управления двигателем внутреннего сгорания 111 блоком управления ECU 123 показывается чередующимися длинными и короткими пунктирами на Фиг.1. Подробное описание блока управления ECU 123 будет представлено позднее.
ECU электродвигателя 125 управляет переключением переключающих элементов, которые являются частью преобразователя 105, первого инвертора 107 и второго инвертора 115, управляя тем самым работой электродвигателя 109 или электрогенератора 113. Управление преобразователем 105, первым инвертором 107 и вторым инвертором 115, осуществляемое ECU электродвигателя 125, показывается чередующимися длинными и короткими пунктирами на Фиг.1.
ECU аккумуляторной батареи 127 вычисляет состояние заряда (SOC) аккумуляторной батареи 101, базируясь на информации о температуре аккумуляторной батареи, которая получена от датчика температуры 103, токах заряда и разряда и напряжения на клеммах аккумуляторной батареи 101.
На Фиг.2 показываются характеристики двигателя внутреннего сгорания 111 в зависимости от его теплового коэффициента полезного действия. На Фиг.2 по оси ординат показывается механический момент двигателя внутреннего сгорания 111, а по оси абсцисс показывается скорость вращения двигателя внутреннего сгорания 111. Толстая сплошная линия на Фиг.2 является линией, которая соединяет рабочие точки двигателя внутреннего сгорания 111, где достигается оптимальный показатель потребления топлива (нижняя линия BSFC). Муфта 117 подсоединяется и отсоединяется в соответствии с выбранной системой передачи движущей силы. А именно, муфта 117 отсоединяется, когда транспортное средство движется в последовательном режиме движения, и подсоединяется, когда выходная энергия двигателя внутреннего сгорания 111 используется в качестве механической энергии.
Как описано выше, энергия на выходе двигателя внутреннего сгорания 111 является механической энергией. Однако когда муфта 117 отсоединяется, механическая энергия, выдаваемая двигателем внутреннего сгорания 111, преобразуется в электрическую энергию электрогенератором 113 и после этого используется для перемещения транспортного средства. Форма передачи энергии, принятая здесь, именуется как "электрическая передача". С другой стороны, механическая энергия, выдаваемая двигателем внутреннего сгорания 111, когда муфта 117 подсоединяется, потребляется к тому же через электрогенератор 113 и шестерню 119 для перемещения транспортного средства. Форма передачи энергии, принятая здесь, именуется как "механическая передача".
Далее со ссылками на Фиг.3 - Фиг.6 будет описано управление, осуществляемое блоком управления ECU 123 в случае отсоединения муфты 117 в то время, когда гибридное транспортное средство настоящего примера осуществления перемещается в режиме движения, в котором в качестве движущего источника используется двигатель внутреннего сгорания 111 с подсоединенной муфтой 117. На Фиг.3 показывается переход рабочей точки двигателя внутреннего сгорания 111, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с повышением требуемой выходной мощности. На Фиг.4 показывается изменение соответствующей выходной величины, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с повышением требуемой выходной мощности. На Фиг.5 показывается переход рабочей точки двигателя внутреннего сгорания 111, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с изменением состояния аккумуляторной батареи 101. На Фиг.6 показывается изменение соответствующей выходной величины, когда муфта 117 отсоединяется в соответствии с изменением состояния аккумуляторной батареи 101. Заметим о необходимости понимания того, что при передаче энергии в случаях, показанных на Фиг.4-Фиг.6, потерь не возникает.
(Пример осуществления 1)
Далее со ссылками на Фиг.3 и Фиг.4 будет описано управление, исполняемое блоком управления ECU 123 при отсоединении муфты 117 в соответствии с повышением требуемой выходной величины (выходной мощности). Двигатель внутреннего сгорания 111 работает на рабочей точке А, показанной на Фиг.3, когда требуемая выходная величина при подсоединенной муфте 117 равна выходной величине, показанной линией из чередующихся длинных и коротких пунктиров, обозначенной ссылочной цифрой 201. В это время электродвигатель 119 не приводится в движение. Когда требуемая выходная величина превышает величину, требуемую в этом состоянии, например, из-за действий водителя с педалью акселератора, то блок управления ECU 123 управляет двигателем внутреннего сохранения 111 так, что повышается механический момент при одновременном сохранении скорости вращения. В этом случае рабочая точка двигателя внутреннего сгорания 111 сдвигается вверх от рабочей точки А, показанной на Фиг.3. Заметим, что верхняя граница рабочей точки двигателя внутреннего сгорания 111 задается на нижней линии BSFC.
Следовательно, когда, например, выходная величина, показанная линией из чередующихся длинных и коротких пунктиров и обозначенная ссылочной цифрой 203, является требуемой выходной величиной, блок управления ECU 123 управляет двигателем внутреннего сгорания 111 так, что механический момент повышается, при этом поддерживается такая скорость вращения, при которой работа ведется на рабочей точке В нижней линии BCFS. Однако, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, который работает на рабочей точке В, недостаточно соответствует требуемой выходной величине. По этой причине блок управления ECU 123 выдает команду на ECU электродвигателя 125, в соответствии с которой электродвигатель 109 выдает электрическую энергию, соответствующую недостающей части выходной величины (=требуемая выходная величина - выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111), без которой выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111 не является требуемой выходной величиной.
В этот момент времени электродвигатель 109 приводится в движение электрической энергией, подаваемой от аккумуляторной батареи 101. Однако здесь может возникнуть такая ситуация, что зависит от состояния аккумуляторной батареи 101, при которой электродвигатель 109 не может выдавать электрическую энергию, соответствующую недостающей части выходной величины. Ситуация, при которой аккумуляторная батарея 101 не сможет выдавать электрическую энергию, необходимую для электродвигателя 109, может возникнуть, например, тогда, когда остаточная емкость (SOC: состояние заряда батареи) аккумуляторной батареи 101 является небольшой. Кроме того, когда температура аккумуляторной батареи 101 является низкой, электрическая энергия, выдаваемая от аккумуляторной батареи 101, уменьшается. Следовательно, ECU аккумуляторной батареи 127 вычисляет верхнюю границу выходной величины аккумуляторной батареи 101 (верхняя граница выходной величины аккумуляторной батареи), базируясь на SOC и температуре аккумуляторной батареи 101, а блок управления ECU 123 выдает команду на ECU электродвигателя 125, по которой электродвигатель 109 выдает электрическую энергию, соответствующую недостающей части выходной величины, насколько это возможно в диапазоне доступной выходной мощности (диапазон возможной поддержки).
Далее, ECU аккумуляторной батареи 127 вычисляет SOC аккумуляторной батареи 101, базируясь на интегральной величине токов заряда и разряда аккумуляторной батареи 101, и напряжении на клеммах аккумуляторной батареи 101. Кроме того, ECU аккумуляторной батареи 101 выводит нижнюю величину, являющуюся верхней границей выходной величины аккумуляторной батареи, базируясь на зависимости между SOC и верхней границей выходной величины аккумуляторной батареи, показанной на Фиг.7А, и зависимости между температурой аккумуляторной батареи и верхней границей выходной величины аккумуляторной батареи, показанной на Фиг.7В.
Однако, когда в качестве требуемой выходной величины выступает выходная величина, показанная, например, линией чередующихся длинных и коротких пунктиров, обозначенная ссылочной цифрой 205, электродвигатель 109 не может выдавать электрическую энергию, соответствующую недостающей части выходной величины, на которую не обеспечивается требуемая выходная мощность двигателем внутреннего сгорания 111. Следовательно, блок управления ECU 123 осуществляет управление, в соответствии с которым транспортное средство переходит на последовательный режим движения. Когда это происходит, блок управления ECU 123 управляет соответствующей выходной величиной двигателя внутреннего сгорания 111, электрогенератора 113 и электродвигателя 109, сохраняя муфту 117 подсоединенной, как показано на Фиг.4, и после этого обеспечивается переход транспортного средства на последовательный режим движения отсоединением муфты 117. В период перехода на последовательный режим движения до момента отсоединения муфты 117 блок управления ECU 123 сдвигает рабочую точку двигателя внутреннего сгорания 111 из рабочей точки В на рабочую точку b, показанную на Фиг.3, вдоль нижней линии BSFC.
Кроме того, ECU электродвигателя 125 управляет вторым инвертором 115 так, что часть выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111, которая механически передается на ведущие валы 133, используется для генерации электрической энергии электрогенератором 113, с тем чтобы повысить отношение электрической передачи к механической передаче выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111. А именно, как показывается на Фиг.4, выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается механически, постепенно уменьшается, в то время как выходная величина, которая передается электрически, постепенно увеличивается. Выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается механически, поступает на электрогенератор 113, а выходная величина (электрическая энергия) электрогенератора 113 поступает на электродвигатель 109. Следовательно, когда электрически переданная выходная величина увеличивается, то соответствующие выходные значения электрогенератора 113 и электродвигателя 109 увеличиваются.
Выходная величина электрогенератора 113 равна выходной величине двигателя внутреннего сгорания 111, а выходная величина электродвигателя 109 равна требуемой выходной величине в момент времени, когда рабочая точка двигателя внутреннего сгорания 111 переходит на рабочую точку b, показанную на Фиг.3, так что выходная величина, которая передается механически, становится равной нулю. Когда это происходит, блок управления ECU 123 осуществляет операцию управления по отсоединению муфты 117. Однако дополнительно к выходной величине электрогенератора 113 в электрическую энергию, которая подается теперь на электродвигатель 109, входит также выходная величина аккумуляторной батареи 101. После того как муфта 117 будет отсоединена, блок управления ECU 123 сдвигает рабочую точку двигателя внутреннего сгорания 111 на рабочую точку С, показанную на Фиг.3, что приближает к нулю электрическую энергию, подаваемую от аккумуляторной батареи 101 на электродвигатель 109 (выходная величина аккумуляторной батареи 101), так что вся электрическая энергия, которая подается на электродвигатель 109, будет представлять собой выходную величину от электрогенератора 113.
Как следует из приведенного объяснения, когда транспортное средство переходит на последовательный режим движения, поскольку требуемая выходная величина при движении транспортного средства во время движения, в котором в качестве движущего источника используется двигатель внутреннего сгорания 111, превышает сумму выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111 и выходной величины электродвигателя 109, то двигатель внутреннего сгорания 111 и электродвигатель 109 совместно выдают движущую силу, которая равна требуемой выходной величине. Следовательно, когда транспортное средство переходит из режима движения, при котором в качестве движущего источника используется двигатель внутреннего сгорания 111, в последовательный режим движения, не образуется удара и у водителя не возникает чувства физического дискомфорта при отсоединении муфты 117. Кроме того, не требуется, чтобы аккумуляторная батарея 101 выдавала выходную мощность, которая превосходила бы верхнюю границу выходной величины аккумуляторной батареи, и поэтому аккумуляторная батарея 101 будет использоваться надлежащим образом. Следовательно, нет необходимости в аккумуляторной батарее большой емкости только лишь для временного разрешения такой ситуации. Далее, двигатель внутреннего сгорания 111 в период перехода на последовательный режим движения будет работать в рабочей точке на нижней линии BSFC, и поэтому потребление топлива не будет ухудшаться.
(Пример осуществления 2)
Далее со ссылками на Фиг.5 и Фиг.6 будет описано управление, которое осуществляется блоком управления ECU 123 при отсоединении муфты 117 в соответствии с изменением состояния аккумуляторной батареи 101. В начальном состоянии, показанном на Фиг.6, двигатель внутреннего сгорания 111 при подсоединенной муфте 117 управляется так, что он используется в рабочей точке D на нижней линии BSCF, показанной на Фиг.5, а электродвигатель 109 управляется так, что он выдает электрическую энергию, соответствующую той недостающей части выходной величины, которая не может выдаваться двигателем внутреннего сгорания 111 (=требуемая выходная величина - выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111), которая показывается линией чередующихся длинных и коротких пунктиров, обозначенной ссылочной цифрой 301 на Фиг.5. При этом для питания электродвигателя 109 используется электрическая энергия, подаваемая от аккумуляторной батареи 101. В это время может возникнуть ситуация, при которой верхняя граница выходной величины аккумуляторной батареи 101 (верхняя граница выходной величины аккумуляторной батареи) уменьшается из-за снижения в SOC или из-за снижения температуры аккумуляторной батареи и, следовательно, электрогенератор 113 не сможет выдавать электрическую энергию, соответствующую упомянутой недостающей части выходной величины.
ECU аккумуляторной батареи 123 вычисляет верхнюю границу выходной величины аккумуляторной батареи, базируясь на SOC и температуре аккумуляторной батареи 101. Когда сумма выходной величины электродвигателя 109, которая соответствует верхней границе выходной величины аккумуляторной батареи (в дальнейшем именуется как "верхняя граница выходной величины электродвигателя 109"), и выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111 превышает требуемую выходную величину, как показано на Фиг.6, блок управления ECU 123 управляет соответствующими выходными значениями электрогенератора 113 и электродвигателя 109, сохраняя при этом рабочую точку двигателя внутреннего сгорания 111 на нижней линии BSFC при подсоединенной муфте 117, а после этого отсоединяет муфту 117, так что транспортное средство переходит на последовательный режим движения.
В течение периода перехода на последовательный режим движения, пока муфта 117 не будет отсоединена, блок управления ECU 123 управляет вторым инвертором 115 так, что часть выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается механически, используется для генерации электрогенератором 113 электрической энергии, что приводит к повышению отношения электрической передачи к механической передаче выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111. А именно, как показано на Фиг.6, выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается механически, постепенно уменьшается, в то время как выходная величина, которая передается электрически, постепенно увеличивается. Выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая электрически передается на электрогенератор 113, и выходная величина (электрическая энергия) электрогенератора 113 подаются на электродвигатель 109. Следовательно, когда выходная величина, которая передается электрически, увеличивается, увеличиваются и соответствующие выходные значения электрогенератора 113 и электродвигателя 109.
В момент времени, когда выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается механически, становится равной нулю, выходная величина электрогенератора 113 равна выходной величине двигателя внутреннего сгорания 111, а выходная величина электродвигателя 109 равна требуемой выходной величине. В это время блок управления ECU 123 осуществляет управление отсоединением муфты 117. При этом в данный момент в электрическую энергию, подаваемую на электродвигатель 109, помимо выходной величины электрогенератора 113 входит выходная величина аккумуляторной батареи 101. После того как муфта 117 будет отсоединена, блок управления ECU 123 сдвигает рабочую точку двигателя внутреннего сгорания 111 на рабочую точку Е, показанную на Фиг.5, что приближает к нулю электрическую энергию, подаваемую от аккумуляторной батареи 101 на электродвигатель 109 (выходная величина аккумуляторной батареи 101), так что вся электрическая энергия, которая подается на электродвигатель 109, будет представлять собой выходную величину от электрогенератора 113.
Таким образом, когда транспортное средство переходит на последовательный режим движения, поскольку верхняя граница выходной величины аккумуляторной батареи 101 уменьшается, а сумма выходной величины электродвигателя 109, которая соответствует верхней границе выходной величины аккумуляторной батареи (верхняя граница выходной величины электродвигателя 109) и выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111 превосходит требуемую выходную величину, то двигатель внутреннего сгорания 111 и электродвигатель 109 выдают движущую силу, которая равна требуемой выходной величине. Следовательно, когда транспортное средство переходит из режима движения, в котором в качестве движущего источника используется двигатель внутреннего сгорания 111, в последовательный режим движения, не образуется удара и у водителя не возникает чувства физического дискомфорта при отсоединении муфты 117. Кроме того, не требуется, чтобы аккумуляторная батарея 101 выдавала выходную мощность, которая превосходила бы верхнюю границу выходной величины аккумуляторной батареи, и поэтому аккумуляторная батарея 101 будет использоваться надлежащим образом. Следовательно, нет необходимости в аккумуляторной батарее большой емкости только лишь для временного разрешения такой ситуации. Далее, двигатель внутреннего сгорания 111 в период перехода на последовательный режим движения будет работать в рабочей точке на нижней линии BSFC, и поэтому потребление топлива не будет ухудшаться.
Далее, со ссылками на Фиг.8 и Фиг.9 будет объяснена работа блока управления ECU 123, включая управление двигателем внутреннего сгорания 111, электрогенератором 113, электродвигателем 109 и отсоединением муфты 117. На Фиг.8 и Фиг.9 представлена блок-схема, которая показывает работу блока управления ECU 123. Когда гибридное транспортное средство движется в режиме движения, при котором в качестве движущего источника используется по меньшей мере двигатель внутреннего сгорания 111 при подсоединенной муфте 117, то, как показывается на Фиг.8, блок управления ECU 123 устанавливает, является ли скорость транспортного средства меньше или не меньше, чем заранее заданная величина (этап S101). Если устанавливается, что скорость транспортного средства будет меньше, чем заранее заданная величина, то процесс управления переходит к этапу S103, а если установлено, что скорость транспортного средства равна или больше, чем заранее заданная величина, то процесс управления переходит к этапу S105.
На этапе S103 блок управления ECU 123 осуществляет управление, в результате чего транспортное средство переходит на последовательный режим движения, показанный на Фиг.9. Подробности управления при переходе на последовательный режим движения будут описаны позднее. На этапе S105 ECU аккумуляторной батареи 127 выводит верхнюю границу выходного значения аккумуляторной батареи 101 (верхняя граница выходной величины аккумуляторной батареи), базируясь на SOC и температуре аккумуляторной батареи 101. Затем блок управления ECU 123 выводит недостающую часть выходной величины, без которой выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, работающего на линии BSFC, не является требуемой выходной величиной (=требуемая выходная величина - выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111) и которая является выходной величиной, требуемой от электродвигателя 109 (этап S107).
Затем блок управления ECU 123 устанавливает, является ли выходная величина, требуемая от электродвигателя 109, выведенная на этапе S107, больше или не больше, чем выходная величина электродвигателя 109, которая соответствует верхней границе выходной величины аккумуляторной батареи (верхняя граница выходной величины аккумуляторной батареи 109), выведенной на этапе S105 (этап S109). Если выходная величина, требуемая от электродвигателя 109, является больше, чем верхняя граница выходной величины электродвигателя 109, то процесс управления переходит к этапу S103. С другой стороны, если выходная величина, требуемая от электродвигателя 109, будет равна или меньше, чем верхняя граница выходной величины электродвигателя 109, то блок управления ECU 123 заканчивает работу.
На этапе S103 блок управления ECU 123 осуществляет управление переходом режима движения на последовательный режим движения, при этом муфта 117 будет оставаться в подсоединенном состоянии. Далее со ссылками на Фиг.9 будут описаны подробности этого управления. Как показано на Фиг.9, блок управления ECU выдает команду на ECU двигателя 125 и управляет выходной величиной электрогенератора 113 и электродвигателя 109 так, что отношение электрической передачи к механической передаче выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111 будет постепенно повышаться, при этом муфта 117 будет оставаться в подсоединенном состоянии (этап S201). А именно, выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается механически, постепенно уменьшается, в то время как выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается электрически, постепенно увеличивается. Выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111, которая передается электрически, поступает на электрогенератор 113, а выходная величина (электрическая энергия) электрогенератора 113 поступает на электродвигатель 109. Следовательно, как только выходная величина, которая передается электрически, увеличивается, соответственно увеличиваются и выходные значения электрогенератора 113 и электродвигателя 109.
Затем блок управления ECU 123 устанавливает, является ли выходная величина электрогенератора 113 равной или не равной выходной величине двигателя внутреннего сгорания 111 (этап S203). Если эти выходные значения равны между собой, то процесс управления переходит к этапу S205, а если они не равны между собой, то процесс управления возвращается к этапу S201. На этапе S205 блок управления ECU 123 осуществляет управление по разъединению муфты 117. Затем блок управления ECU 123 выдает команду на ECU электродвигателя 125 по управлению двигателем внутреннего сгорания 111 и аккумуляторной батареей 101 так, что выходная величина двигателя внутреннего сгорания 111 возрастает вдоль нижней линии BSFC, в то время как выходная величина аккумуляторной батареи 101 уменьшается. Тем самым вся электрическая энергия, подаваемая на электродвигатель 109, представляет собой выходную величину от электрогенератора 113 (этап S207). Затем блок управления ECU 123 устанавливает, является ли требуемая выходная величина равной или не равной выходной величине двигателя внутреннего сгорания 111, и устанавливает, является ли выходная величина аккумуляторной батареи 101 равной или не равной нулю (этап S209). Блок управления ECU 123 продолжает исполнение операции на этапе S207 до тех пор, пока эти два условия одновременно не будут выполнены, и прекращает работу этого этапа в момент времени, когда эти два условия будут выполнены.
Как было объяснено выше, если в гибридном транспортном средстве настоящего примера осуществления блоком управления ECU 123 проводится описанное управление во время перехода транспортного средства на последовательный режим движения из-за того, что требуемая выходная величина превосходит сумму выходной величины двигателя внутреннего сгорания 111 и выходной величины электродвигателя 109, как следствие повышения требуемой выходной величины или снижения верхней границы выходной величины аккумулятора, то двигатель внутреннего сгорания 111 и электродвигатель 109 создают движущую силу, которая будет равна этой требуемой выходной величине. Следовательно, когда транспортное средство переходит из режима движения, в котором в качестве движущего источника используется двигатель внутреннего сгорания 111, на последовательный режим движения, не образуется удара и у водителя не возникает чувства физического дискомфорта при отсоединении муфты 117. Кроме того, не требуется, чтобы аккумуляторная батарея 101 выдавала выходную мощность, которая превосходила бы верхнюю границу выходной величины аккумуляторной батареи, и поэтому аккумуляторная батарея 101 будет использоваться надлежащим образом. Следовательно, нет необходимости в аккумуляторной батарее большой емкости только лишь для временного разрешения такой ситуации. Далее, двигатель внутреннего сгорания 111 в период перехода на последовательный режим движения будет работать в рабочей точке на нижней линии BSFC, и поэтому потребление топлива не будет ухудшаться.
Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылками на определенные примеры осуществления, однако специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может иметь различные альтернативы и модификации без отклонения от сущности и объема изобретения.
Эта патентная заявка базируется на японской патентной заявке (№2009-285416), поданной 16 декабря 2009 г., содержание которой введено здесь ссылкой.
Описание ссылочных цифр и символов
101 - аккумуляторная батарея (ВАТТ);
103 - датчик температуры (TEMP);
105 - преобразователь (CONV);
st
107 - первый инвертор ((1 INV);
109 - электродвигатель (МОТ);
111 - двигатель внутреннего сгорания (ENG);
113 - электрогенератор (GEN);
nd
115 - второй инвертор (2 INV);
117 - муфта сцепления;
119 - коробка передач;
121 - датчик скорости транспортного средства;
123 - блок управления ECU (FI/MG ECU);
125 - ECU электродвигателя (MOT/GEN ECU);
127 - ECU аккумуляторной батареи (ВАТТ ECU);
131 - ведущий вал;
133 - ведущее колесо.