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CN104684781B - 用于车辆的控制设备 - Google Patents

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Abstract

在车辆上，安装有包括太阳齿轮、环形齿轮和齿轮架的差动设备(310)，耦合到太阳齿轮的第一电动发电机(311)，耦合到环形齿轮的第二电动发电机(312)，设置在环形齿轮和驱动轮之间的自动变速器(400)，耦合到齿轮架的发动机(200)，和抑制齿轮架旋转的制动器(330)。在该车辆中，从第一模式和第二模式选择行驶模式，在第一模式中，在制动器接合的状态下，通过使用从第一和第二电动发电机输出的扭矩来执行行驶，在第二模式中，在制动器分离的状态下，通过操作发动机来执行行驶。当行驶模式从第一模式切换到第二模式时，在将自动变速器降档之后，将行驶模式切换为第二模式。

Description

用于车辆的控制设备
技术领域
本发明涉及用于车辆的控制设备，具体地涉及用于在车辆中从发动机被停止的行驶模式切换到发动机被操作的行驶模式的技术，电动机和发动机作为驱动源被安装在该车辆中。
背景技术
在其中安装电动机和发动机作为驱动源的车辆，是在商业上可获得的。这样的车辆被称为混合动力车辆或具有増程器的电动车辆。
作为上述车辆的一个例子，日本专利申请公开No.2008-265598(JP2008-265598A)公开了一种能够在发动机停止操作且使固定到曲轴的离合器进入ON状态的情况下使用两个电动机来行驶的车辆。
在JP2008-265598A公开的车辆中，当发动机被启动时，使用两个电动机中的一个起动发动机。结果，当发动机被启动时，能够减小用于车辆行驶的驱动扭矩。
发明内容
本发明提供一种用于车辆的控制设备，其能够在切换行驶模式时抑制驱动扭矩的改变。
本发明的一方面涉及一种用于车辆的控制设备。在该车辆上安装有：包括第一旋转元件、第二旋转元件、和第三旋转元件的差动设备；耦合到第一旋转元件的第一电动机；耦合到第二旋转元件的第二电动机；设置在第二旋转元件和驱动轮之间的变速器；耦合到第三旋转元件的发动机；和抑制第三旋转元件的旋转的接合元件。用于车辆的控制设备包括控制器。该控制器配置为将车辆的行驶模式从第一模式切换到第二模式，在第一模式中，车辆在接合元件接合的状态下，通过使用从第一电动机输出的扭矩和从第二电动机输出的扭矩来行驶，在第二模式中，车辆在接合元件分离的状态下，通过操作发动机来行驶。控制器被配置为在将变速器降档之后，将行驶模式切换为第二模式。
由于变速器在行驶模式切换之前降档，所以可以通过由降档导致的驱动扭矩增加来对可能由行驶模式的切换导致的驱动扭矩的减小进行补偿。因此，能够在行驶模式被切换时抑制驱动扭矩的改变。
在控制设备中，控制器可以被配置为，在仅通过从第二电动机输出的扭矩可获得车辆的目标驱动扭矩的情况下，将行驶模式切换为第二模式而不将变速器降档。由此，在不需要降档时省略降档，从而能够减小行驶模式切换所需的时间。
在控制设备中，控制器可以被配置为在降档期间，将从第一电动机输出的扭矩减小。由此，能够在行驶模式切换期间抑制驱动扭矩的波动。
在控制设备中，控制器可以被配置为在降档期间，维持接合元件的接合力恒定。由此，能够防止由发动机输出轴的旋转导致在降档期间驱动扭矩的随机波动。
在控制设备中，控制器可以被配置为在降档完成之后启动发动机。由此，在驱动扭矩可能由于降档而波动的情况下，能够避免由于发动机的启动而导致的驱动扭矩的进一步的随机波动。
在控制设备中，控制器可以被配置为保持变速器的变速比不变，同时将接合元件从接合元件被接合的状态切换为接合元件被分离的状态。由此，在驱动扭矩可能由于接合元件的分离而被改变的状态下，能够防止由于变速导致的驱动扭矩的进一步改变。
在控制设备中，控制器可以被配置为在将行驶模式切换到第二模式之后将变速器升档。由此，能够通过降低发动机的转速等来提高燃料效率。
附图说明
在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术和工业重要性，在这些附图中，相同的附图标记指示相同的元件，其中：
图1是示出混合动力车辆的示意性结构图；
图2是示出混合动力系统和自动变速器的视图；
图3是示出操作表的视图；
图4是示出变速图表的视图；
图5是示出液压控制设备的视图；
图6是示出发动机、第一电动发电机和第二电动发电机中的每一个的转速的视图；
图7是示出在降档之后，行驶模式从第一模式切换到第二模式时的时序图；
图8是示出在没有降档的情况下，行驶模式从第一模式切换到第二模式时的时序图；
图9是示出由ECU执行的处理的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下文的描述中，相同的元件由相同的附图标记指示，并且其名称和功能也是相同的。因此，将不再重复具体的描述。
参考图1，将描述根据本发明实施例的混合动力车辆。混合动力车辆是前置发动机后驱动(FR)车辆。注意，该车辆也可以是FR以外的车辆。在本实施例中描述为混合动力车辆的车辆包括能够使用外部电源给电池充电的插入式混合动力车辆，和发动机主要用于产生电力的、具有増程器的电动车辆。
混合动力车辆包括作为驱动源的混合动力系统100，自动变速器400，推进轴500，差动齿轮600，后轮700，和电子控制单元(ECU)800。根据本实施例的控制设备例如通过执行ECU 800的只读存储器(ROM)802中记录的程序而实现。混合动力车辆的传动系包括混合动力系统100和自动变速器400。
混合动力系统100的发动机200是内燃机，其中由喷嘴202喷射的空气燃料混合物和空气在汽缸的燃烧室中燃烧。汽缸里的活塞由于燃烧而向下推，从而旋转曲轴。
自动变速器400耦合到混合动力系统100的输出轴。从自动变速器400输出的驱动力经由推进轴500和差动齿轮600传送到左右后轮700。
经由线束等连接到ECU 800上的是变速杆804的位置开关806，加速踏板808的加速器下压量传感器810，制动器踏板812的下压力传感器814，电子节流阀816的节流阀开度传感器818，发动机转速传感器820，输入轴转速传感器822，输出轴转速传感器824，油温传感器826，和温度传感器828。
变速杆804的位置由位置开关806检测，并将指示检测结果的信号传送到ECU 800。根据变速杆804的位置，自动执行自动变速器400中的变速。
加速器下压量传感器810检测加速踏板808的下压量，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。下压力传感器814检测制动踏板812的下压力(由驾驶员使用的用于下压制动踏板812的力)，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。
节流阀开度传感器818检测由致动器调整的电子节流阀816的开度，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。发动机200中进入的空气量(发动机200的输出)由电子节流阀816调整。
注意，代替电子节气阀816或除电子节气阀816之外，发动机200中进入的空气量也可以通过改变进气阀(未示出)或排气阀(未示出)的提升量，或者改变开/关相位来调整。
发动机转速传感器820检测发动机200的输出轴(曲轴)的转速(发动机转速NE)，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。输入轴转速传感器822检测自动变速器400的输入轴的转速NI，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。输出轴转速传感器824检测自动变速器400的输出轴的转速NO，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。
混合动力车辆的车速根据自动变速器400的输出轴的转速NO来计算。注意，由于传统的公共技术可以用于计算车速的方法，所以不重复其具体描述。
油温传感器826检测用于自动变速器400操作和润滑的油(自动变速器液体(ATF))的温度(油温)，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。
温度传感器828检测下述的第二电动发电机312的温度，并且将指示检测结果的信号传送到ECU 800。
ECU 800控制装备，以使得车辆基于从位置开关806、加速器下压量传感器810、下压力传感器814、节流阀开度传感器818、发动机转速传感器820、输入轴转速传感器822、输出轴转速传感器824、油温传感器826、温度传感器828等传送的信号、存储在ROM802中的图和程序，进入期望的行驶状态，
进一步地，将参考图2，描述混合动力系统100和自动变速器400。
混合动力系统100包括发动机200，动力分割机构310，第一电动发电机311，和第二电动发电机312。动力分割机构310将输入到输入轴302的发动机200的输出分成用于第一电动发电机311的部分和用于输出轴304的部分。动力分割机构310由行星齿轮320构成。
行星齿轮320包括太阳齿轮322、小齿轮324、齿轮架326、和环形齿轮328，其中，该齿轮架支撑小齿轮324以使得小齿轮324能够旋转和回转，该环形齿轮经由小齿轮324与太阳齿轮322接合。
在动力分割机构310中，齿轮架326耦合到输入轴302，即发动机200。齿轮架236的旋转能够由制动器330抑制。也就是，通过接合制动器330，可以将齿轮架326的转速和发动机200的输出轴的转速都减小到零。作为一个例子，通过供应油压来致使制动器330操作。太阳齿轮332耦合到第一电动发电机311。环形齿轮328耦合到输出轴304。
动力分割机构310通过与太阳齿轮322、齿轮架326和环形齿轮328的相对旋转而用作差动设备。通过动力分割机构310的差动功能，将发动机200的输出分成用于第一电动发电机311的部分和用于输出轴304的部分。
第一电动发电机311通过使用由分割形成的、发动机200的输出的一部分来产生电力，使用由第一电动发电机311产生的电力来旋转驱动第二电动发电机312，从而将动力分割机构310用作连续可变变速器。
第一电动发电机311和第二电动发电机312每个都是三相交流(AC)电机(dynamo-electric machine)。第一电动发电机311耦合到动力分割机构310的太阳齿轮322。第二电动发电机312设置为使得转子与输出轴304整体地旋转。
由电池(未示出)将电力供应到第一电动发电机311和第二电动发电机312。电池能够通过使用发动机200驱动第一电动发电机311来充电，以使第一电动发电机311作为发电机来操作。此外，在再生制动期间，电池通过由第二电动发电机312产生的电力充电。
控制发动机200、第一电动发电机311和第二电动发电机312，以使例如由加速器下压量和车速计算的车辆的目标驱动扭矩得到满足，并且在发动机200中实现最佳燃料效率。
自动变速器400包括作为输入旋转元件的输入轴404和作为输出旋转元件的输出轴406，它们设置在壳体402中与附接到车辆本体上的非旋转元件相同的轴上。
输入轴404耦合到动力分割机构310的输出轴304上。因此，自动变速器400的输入轴的转速NI等于动力分割机构310的输出轴的转速，即环形齿轮328的转速(第二电动发电机312的转速)NR。
自动变速器400包括三个单一小齿轮型行星齿轮411至413，和五个摩擦接合元件，即C1离合器421、C2离合器422、B1制动器431、B2制动器432、和B3制动器433。
通过根据在图3的操作表中示出的组合，接合自动变速器400的摩擦接合元件，在传动系中建立第一至第五变速段这五个前进变速段。也就是，在传动系中，变速比根据这五个前进变速段而改变。
在自动变速器400中建立变速段的状态下，从动力分割机构310的环形齿轮328输入到自动变速器400的扭矩(混合动力系统100的输出扭矩)被传送到作为驱动轮的后轮700。
在自动变速器400的空档状态，所有的摩擦接合元件被带入分离状态。在空档状态下，从动力分割机构310的环形齿轮328到后轮700的扭矩传送被中断。
在建立第四变速段时接合的摩擦接合元件与在建立第五变速段时接合的摩擦接合元件相同。也就是，在第四变速段时自动变速器400的变速比与第五变速段相同。然而，动力分割机构310中的变速比是不同的。
当建立第四变速段时，在动力分割机构310中允许第一电动发电机311旋转，使发动机转速等于输出轴304的转速，并且变速比变成“1”。另一方面当建立第五变速段时，通过将第一电动发电机311的转速设定为“0”，可以使输出轴304的转速大于发动机转速，并且使变速比小于“1”。
例如基于图4中示出的变速图表，控制传动系中的变速。本实施例中的变速图表通过使用由加速器下压量、车速等计算的目标驱动扭矩，以及车速作为参数来确定。注意，变速图表的参数不限于此。
图4中的每条实线对应于升档线，而每条虚线对应降档线。图4中由单点划线围绕的区域指通过仅使用第二电动发电机312的驱动力、而不使用发动机200的驱动力来执行行驶的区域。图4中由单点划线和双点划线围绕的区域指通过接合制动器330、而将齿轮架326的转速和发动机200的输出轴的转速都减小到零的区域，并且通过使用第一电动发电机311的驱动力和第二电动发电机312的驱动力来执行行驶。
双点划线以外的区域指制动器330分离且通过仅使用发动机200作为驱动源，或使用发动机200和第二电动发电机312作为驱动源来执行行驶的区域。
当执行变速时，通过油压，使得C1离合器421、C2离合器422、B1制动器431、B2制动器432、和B3制动器433操作。在本实施例中，如图5中所示，混合动力车辆设置有液压控制设备900，其将油压提供到各个摩擦接合元件，以执行接合/分离控制。
液压控制设备900包括机械油泵910、电油泵920和液压回路930，该液压回路将由油泵910和920产生的油压调整为线性压力，将使用线性压力预备的油压作为源压力提供到各个摩擦接合元件，并且将用于润滑的油提供到合适的部分。
机械油泵910由发动机200驱动以产生油压。机械油泵910与齿轮架326同轴地配置，并且使其通过从发动机200接收的扭矩来操作。也就是，机械油泵910由齿轮架326的旋转来驱动，从而产生油压。
与此相反地，电油泵920由电动机(未示出)驱动。电油泵920附接到合适的部分，例如变速器壳体的外侧等。电油泵920由ECU 800控制，以产生期望的油压。例如，电油泵920的转速通过反馈控制。
液压回路930包括多个电磁阀，开关阀，或压力控制阀(未示出)，并且配置为能够电气控制油压的压力调整和供应。其控制由ECU 800执行。
注意，油泵910和920的释放侧设置有止回阀912和922，它们由油泵910和920的释放压力打开，并且由与释放压力方向相反的压力关闭，油泵910和920彼此并联地连接到液压回路930。此外，调整线性压力的阀(未示出)配置为控制线性压力，以使得线性压力通过增加释放量而增加或者通过减少释放量而减小。
如上所述地，在本实施例中，混合动力车辆具有由图6的图表中的实线指示的第一模式，其中通过接合制动器330、将齿轮架326的转速和发动机200的输出轴的转速都减小到零，并且通过使用第一电动发电机311的驱动力和第二电动发电机312的驱动力执行行驶。
此外，在电池的剩余容量降低等的情况下，为了使用第一电动发电机311作为发电机，混合动力车辆具有由图6的图表中的虚线指示的第二模式，其中通过操作发动机200来执行行驶。
当发电机200启动时，发动机200由第一电动发电机311起动。在发动机200启动之后，第一电动发电机311由发动机200驱动，并且作为发电机操作。
当行驶模式从第一模式切换到第二模式时，由第一电动发电机311输出扭矩的方向反向，并且从第一电动发电机311输出的扭矩用于起动发动机200，因此整个车辆的驱动扭矩必然能够减小。
在本实施例中，为了抑制车辆驱动扭矩的减小，在自动变速器机械400降档之后将行驶模式切换到第二模式。
例如，当在图7中示出的时间t1，电池的剩余容量变得小于阈值Sf时，在时间t2开始降档，并且第一电动发电机311的输出扭矩的绝对值开始减小。在降档期间，制动器330的接合力(油压)维持恒定。因此，通过将制动器330维持在接合状态，可以将发动机200的输出轴的转速维持在零。
在时间t3时降档完成之后，开始分离制动器330并起动发动机200，并且发动机200被启动。当制动器330从接合状态切换到分离状态时，自动变速器400的变速比保持不变。
在时间t4时发动机200启动、并且行驶模式切换为第二模式之后，自动变速器400升档。
然而，在车辆的目标驱动扭矩能够仅由从第二电动发电机312输出的扭矩获得的情况下，如图8所示，行驶模式切换到第一模式，而不使自动变速器400降档。
车辆的目标驱动扭矩根据例如具有加速器下压量和车速作为参数的图来确定。能够从第二电动发电机312输出的扭矩根据例如具有第二电动发电机312的转速作为参数的图来确定。
由ECU 800执行的处理将根据图9进行描述。当行驶模式是第一模式时，在步骤(在下文中缩写为S)100中，确定电池的剩余容量是否小于预定阈值Sf。当电池的剩余容量不小于预定阈值Sf时(在S100中为NO)，在S102中，继续第一模式。
当电池的剩余容量小于预定阈值Sf时(在S100中为YES)，在S104中，确定车辆的目标驱动扭矩是否能够仅由从第二电动发电机312输出的扭矩获得。例如，当通过将由第二电动发电机312的RPM确定的最大扭矩乘以自动变速器400的当前变速比、其最终变速比等而计算的驱动扭矩不小于由加速器下压量、车速等确定的目标驱动扭矩时，确定车辆的目标驱动扭矩能够仅由从第二电动发电机312输出的扭矩获得。
在车辆的目标驱动扭矩能够仅由从第二电动发电机312输出的扭矩获得的情况下(在S104中为YES)，行驶模式切换到第二模式，而不将自动变速器400降档。
具体地，在S110中，第一电动发电机311的输出扭矩的绝对值减小，第二电动发电机312输出扭矩的绝对值增加。之后，在S112中分离制动器330，并且在S114中通过使用第一电动发电机311起动发动机200来启动发动机200。在发动机200启动之后，在S116中，自动变速器400的变速比改变以使得能够获得期望的变速比。
另一方面，在车辆的目标驱动扭矩不能仅由从第二电动发电机312输出的扭矩获得的情况下(在S104中为NO)，在将自动变速器400降档之后，行驶模式切换到第二模式。
具体地，在S120中，自动变速器400降档。此外，在S122中，来自第一电动发电机311的输出扭矩的绝对值减小。之后，在S124中，分离制动器330，并且在S126中，通过使用第一电动发电机311起动发动机200来启动发动机200。
应该理解，在此公开的实施例在每个方面都被认为是示例性的，并且是非限制性的。本发明的范围由权利要求项限定，而不是由上述说明限定，并且本发明的范围旨在包括在权利要求项的范围及其等效含义内的任意变型。

Claims (7)

1.一种用于车辆的控制设备，在所述车辆上安装有：包括第一旋转元件(322)、第二旋转元件(328)和第三旋转元件(326)的差动设备(310)，耦合到所述第一旋转元件(322)的第一电动机(311)，耦合到所述第二旋转元件(328)的第二电动机(312)，设置在所述第二旋转元件(328)和驱动轮(700)之间的变速器(400)，耦合到所述第三旋转元件(326)的发动机(200)，和抑制所述第三旋转元件(326)的旋转的接合元件(330)，所述控制设备包括：
控制器(800)，所述控制器(800)被配置为将所述车辆的行驶模式从第一模式切换到第二模式，在所述第一模式中，所述车辆在所述接合元件(330)被接合的状态下通过使用从所述第一电动机(311)输出的扭矩和从所述第二电动机(312)输出的扭矩来行驶，在所述第二模式中，所述车辆在所述接合元件(330)被分离的状态下通过操作所述发动机(200)来行驶，所述控制器(800)被配置为在将所述变速器(400)降档之后，将所述行驶模式切换为所述第二模式，
其中，
所述控制器(800)被配置为，当仅通过从所述第二电动机(312)输出的扭矩不能够获得所述车辆的目标驱动扭矩时，在将所述变速器(400)降档之后，将所述行驶模式切换为所述第二模式。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述控制器(800)被配置为，当仅通过从所述第二电动机(312)输出的扭矩能够获得所述车辆的目标驱动扭矩时，将所述行驶模式切换为所述第二模式而不将所述变速器(400)降档。
3.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述控制器(800)被配置为在所述降档期间，将从所述第一电动机(311)输出的扭矩减小。
4.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述控制器(800)被配置为在所述降档期间，维持所述接合元件(330)的接合力恒定。
5.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述控制器(800)被配置为在所述降档完成之后启动所述发动机(200)。
6.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述控制器(800)被配置为，在将所述接合元件(330)从所述接合元件(330)被接合的状态切换为所述接合元件(330)被分离的状态的同时，保持所述变速器(400)的变速比不变。
7.根据权利要求1所述的控制设备，其中
所述控制器(800)被配置为在将所述行驶模式切换为所述第二模式之后将所述变速器(400)升档。
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