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DE60319683T2 - Steuervorrichtung für hybridfahrzeug - Google Patents

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DE60319683T2
DE60319683T2 DE60319683T DE60319683T DE60319683T2 DE 60319683 T2 DE60319683 T2 DE 60319683T2 DE 60319683 T DE60319683 T DE 60319683T DE 60319683 T DE60319683 T DE 60319683T DE 60319683 T2 DE60319683 T2 DE 60319683T2
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DE
Germany
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reduction ratio
electric machine
vehicle
transmission
rotary electric
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DE60319683T
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Ikurou Ageo-shi NOTSU
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UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
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Publication date
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug entsprechend des Oberbegriffabschnittes von Anspruch 1, das mit einem Motor und einer rotierenden elektrischen Maschine (einem Motorgenerator) als eine Antriebsquelle ausgerüstet ist.
  • Eines der Hybridsysteme für Fahrzeuge ist ausgerüstet mit einem Getriebe zum Verändern der Drehzahl einer Eingangswelle und zum Übertagen der der veränderten Drehzahl von einer Ausgangswelle auf die Räder, einer Kupplung zum Eingreifen oder Lösen zwischen einer Ausgangswelle eines Motors und der Eingangswelle des Getriebes, einer rotierenden elektrischen Maschine, die als ein Motor und ein Generator dient, einer Leistungsübertragungsvorrichtung (einer Getriebevorrichtung) zum Eingreifen der Eingangs-/der Ausgangswelle der rotierenden elektrischen Maschine und der Eingangswelle des Getriebes, und einem elektrischen Speicherelement zum Speichern von zu der rotierenden elektrischen Maschine zugeführter Elektroenergie. Solch ein Hybridsystem für ein Fahrzeug ist in der ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-34 3965A gezeigt.
  • In dem Hybridsystem ist ein Übersetzungsverhältnis der Leistungsübertragungsvorrichtung zum Eingreifen der Eingangs-/der Ausgangswelle der rotierenden elektrischen Maschine und der Eingangswelle des Getriebes bei einem Untersetzungsverhältnis, das für die rotierende elektrische Maschine erforderlich ist, feststehend, um ein Drehmoment zu erzeugen, das notwendig ist, die Bewegung des Fahrzeuges zu starten. Daher wird die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine während der normalen Fahrt in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Zeit bestimmt. Demzufolge kann möglicherweise ein hoch- effizienter Bereich der rotierenden elektrischen Maschine nicht erhalten werden. Dies ist vom Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchscharakteristika des Fahrzeugs nachteilig.
  • Aus US 6,359,404 B1 ist ein Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug entsprechend des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug, wie oben angezeigt, zu schaffen, das mit einer Untersetzungsverhältnis-Ver änderungseinrichtung für die Übertragung der Leistung zwischen der Eingangs-/der Ausgangswelle einer rotierenden elektrischen Maschine mittels eines stufenlosen Drehzahlveränderung ausgerüstet ist, um zu ermöglichen, die rotierende elektrische Maschine mit Effizienz zu betreiben.
  • Diese Aufgabe wird in einer erfinderischen Weise durch ein Steuerungssystem mit den Ansprüchen von Anspruch 1 gelöst.
  • Demzufolge ist ein Hybridfahrzeug mit einem Motor vorgesehen und eine rotierende elektrische Maschine weist ein Getriebe auf, das eine Ausgangsdrehung des Motors auf die Antriebsräder überträgt, eine Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung, eingesetzt zwischen der rotierenden elektrischen Maschine und einer Eingangswelle des Getriebes, ein elektrisches Speicherelement, das Elektroenergie zum Zuführen zu der rotierenden elektrischen Maschine speichert, und eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern einer Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine und des Motors in Übereinstimmung mit den Fahrzeugbetriebsbedingungen und Steuern eines Untersetzungsverhältnisses der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung. Die Steuerungsvorrichtung steuert ein Drehmoment und eine Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage einer Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine, um optimale Werte auf der Grundlage der optimalen Effizienzcharakteristika der rotierenden elektrischen Maschine zu erhalten. Die Steuerungsvorrichtung steuert gleichzeitig ein Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Zeit.
  • Demzufolge ist die vorliegende Erfindung in der Lage, einen Bereich des hoch-effizienten Betriebs einer rotierenden elektrischen Maschine zu erweitern und die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeuges zu verbessern.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in dem abhängigen Anspruch 2 niedergelegt.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Systems in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,
  • 2 ein Ablaufdiagramm ist, das die Steuerungsinhalte darstellt, und
  • 3 ein Ausgangsleistungs-Charakteristikdiagramm, das eine optimale Linie des Wirkungsgrades für eine rotierende elektrische Maschine zeigt.
  • In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motor und 2 bezeichnet ein Zahnradgetriebe, das ein Übersetzungsverhältnis automatisch verändert. Eine Reibungskupplung 3 ist zwischen eine Motorabgangswelle und eine Getriebeeingangswelle 2a eingesetzt. Die Antriebsräder (nicht gezeigt) sind über ein Differentialzahnrad mit einer Ausgangswelle des Getriebes 2 gekuppelt. Während des Eingriffs der Kupplung 3 wird die Rotation des Motors 1 von dem Getriebe 2 auf die Antriebsräder des Fahrzeuges übertragen.
  • Eine Schaltung des Getriebes 2 wird durch eine Schalteinheit 7 durch eine elektronische Hybrid-Steuerungseinheit 10 (einen Hybrid-ECU) gesteuert. Die Kupplung 3 wird durch einen Kupplungsbetätiger 8 durch die Hybrid-ECU 10 für das Eingreifen/das Lösen der Kraft von dem Motor 1 auf das Getriebe 2 gesteuert.
  • Ein Diesel-Motor oder ein CNG-Motor (der komprimiertes Naturgas als Kraftstoff verwendet) wird als der Motor 1 verwendet.
  • Eine elektronische Motorsteuerungseinheit 15 (eine Motor-ECU) steuert eine in den Motor 1 zugeführte Kraftstoffmenge. Die Motor-ECU 15 steuert die in den Motor 1 zugeführte Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einem Drehzahlsignal durch einen Motordrehsensor 31 und einer Anforderung von der Hybrid-ECU 10.
  • Die Bezugszahl 4 bezeichnet eine rotierende elektrische Maschine (einen Motorgenerator), dessen Eingangs-/Ausgangswelle 4a mit einer Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6, der ein stufenlos veränderbares Getriebe oder dergleichen enthält, verbunden ist. Die Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 ist mit der Eingangswelle des Getriebes 2 durch eine Kraftübertragungsvorrichtung 5 gekuppelt.
  • Die Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 der Kraftübertragungsvorrichtung 5 enthält ein stufenlos veränderbares Getriebe. Eine erste Riemenscheibe 6a ist auf der Eingangs-/Ausgangswelle 4a der rotierenden elektrischen Maschine 4 montiert. Eine zweite Riemenscheibe 6b ist an einem Zahnrad der Kraftübertragungsvorrichtung 5 montiert. Die erste Riemenscheibe 6a und die zweite Riemenscheibe 6b sind durch einen Keilriemen 6c gekuppelt. Jede der ersten und der zweiten Riemenscheiben 6a und 6b kann in der Nutbreite durch eine veränderbare Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 14 variiert werden. Wenn die erste Riemenscheibe 6a in der Nutbreite erhöht wird und die zweite Riemenscheibe 6b vermindert wird, erhöht sich ein Untersetzungsverhältnis, während wenn die erste Riemenscheibe 6a in der Nutbreite vermindert wird und die zweite Riemenscheibe 6b in der Nutbreite erhöht wird, sich ein Untersetzungsverhältnis vermindert.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung 5 ist durch eine Kombination einer Mehrzahl von Zahnrädern einfach gebildet.
  • Für die rotierende elektrische Maschine 4 wird ein Permanentmagnet- Synchronmotor (ein IPM-Synchronmotor) im Hinblick eine hohe Effektivität und eine Reduzierung in der Größe und im Gewicht verwendet. Die rotierende elektrische Maschine 4 ist über einen Wandler 13 mit dem elektrischen Speicherelement 12 verbunden. Für das elektrische Speicherelement 12 wird ein elektrischer Doppellagen-Kondensator verwendet, in dem, weil die Bremsenergie mit hohem Wirkungsgrad in einer kurzen Zeit vollständig gespeichert wird, die Ausgangsleistungsdichte, die für die maximale Masse einer Batterie des Fahrzeuges erforderlich ist, leicht sicher gestellt wird.
  • Der Wandler 13 steuert die rotierende elektrische Maschine 4, um sie in entweder einem Motor-Modus oder in einen Generator-Modus in Übereinstimmung mit einer Anforderung von der Hybrid-ECU 10 zu bringen. In dem Motor-Modus wird eine Aufladungsenergie (Gleichstromenergie) des elektrischen Speicherelements 12 in eine Wechselstromenergie umgewandelt, um die rotierende elektrische Maschine 4 anzutreiben, während in dem Generator-Modus eine erzeugte Energie (Wechselstromenergie) der rotierenden elektrischen Maschine 4 in eine Gleichstromenergie umgewandelt wird, um das elektrische Speicherelement 12 aufzuladen.
  • Ein Bremsenbetätiger 21 ist vorgesehen, um den Rädern zu gestatten, eine Bremskraft zu erzeugen, und dieser wird durch Signale von einer elektronischen Bremssteuerungseinheit 20 (einer Bremsen-ECU) gesteuert. Die Bremse ECU 20 legt eine erforderliche Bremskraft auf der Grundlage während einer Größe des Niederdrückens eines Bremspedals 11 während der Fahrzeugabbremsung fest. Während der Zeit des Abbremsens bringt die Hybrid-ECU 10 die rotierende elektrische Maschine 4 in den Generator-Modus für die regenerative Energieerzeugung. Wenn die so erzeugte regenerative Bremskraft niedriger als die erforderliche Bremskraft ist, betätigt die Bremsen-ECU 20 den Bremsenbetätiger 21, um eine Bremskraft zu erzeugen, um diesen Mangel zu kompensieren.
  • Die Hybrid-ECU 10 empfängt Signale von einem Beschleunigersensor 32, die eine Größe des Niederdrückens eines Beschleunigerpedals 16 erfasst (die erforderliche Größe von dem Beschleuniger), einem Schaltpositionssensor (nicht gezeigt), der eine Gangposition des Getriebes 2 erfasst, einen Hebelpositionssensor 34 für einen Schalthebel 17, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 35, der eine Drehzahl einer Ausgangsendes des Getriebes 2 erfasst (einen Ausgangsdrehungssensor des Getriebes 2), einen zweiten Riemenscheiben-Drehsensor 36, der eine Drehzahl der zweiten Riemen scheibe 6b der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 der Kraftübertragungsvorrichtung 5 erfasst, und eine Vorrichtung (nicht gezeigt), um eine Drehzahl (die Anzahl der Drehungen) der rotierenden elektrischen Maschine 4 erfasst.
  • Auf der Grundlage der zuvor beschriebenen erfassten Signale, einer Information über den Zustand des Aufladens (SOC) des elektrischen Speicherelements 12 und verschiedener Details der Information, die von der Motor-ECU 15, der Bremsen-ECU 20 und dem Wandler 11 gesendet worden sind, sendet die Hybrid-ECU 10 Steuersignale zu der Motor-ECU 15 und der Bremsen-ECU 20, und ein Befehlssignal zu der Getriebeschalteinheit 7 des Getriebes 2, während der Kupplungsbetätiger 8 der Kupplung 3, der Wandler 13 der rotierenden elektrischen Maschine 4 und der variable Untersetzungsverhältnis-Betätiger 14 des Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 gesteuert werden.
  • Es ist zu beachten, dass beim Starten der Bewegung und beim Antreiben des Fahrzeuges nur unter Verwendung einer Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 4 die Hybrid-ECU 10 den Zustand- außer Eingriff der Kupplung 3 beibehält und den Wandler 13 steuert, um die Ausgangsleistung von dem rotierenden elektrischen Bauteil 4 in Übereinstimmung mit der erforderlichen Größe von dem Beschleuniger zu erhalten. Zu derselben Zeit steuert die Hybrid-ECU 10 ein Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 und die Gangschaltung des Getriebes 2.
  • Wenn das Fahrzeug nur durch die Verwendung einer Ausgangsleistung des Motors 1 bewegt wird, sendet die Hybrid-ECU 10 eine Anforderung zu der Motor-ECU 15 (die Motor-ECU 15 steuert die zu dem Motor 1 zugeführte Kraftstoffmenge, um eine Ausgangsleistung entsprechend der von dem Beschleuniger angeforderten Größe zu erhalten), und steuert auch den Eingriff der Kupplung 3 und das Gangschalten des Getriebes 2.
  • Beim Bewegen des Fahrzeuges durch die Verwendung von sowohl einer Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 4, als auch einer Ausgangsleistung des Motors 1, sendet die Hybrid-ECU 10 zu der Motor-ECU 15 ein Signal, dass die Erzeugung einer Ausgangsleistung anfordert, die einer zu dem Motor 1 zugewiesene Quote entspricht, und gleichzeitig den Wandler 13 steuert, um eine Ausgangsleistung entsprechend einer der rotierenden elektrischen Maschine 4 zugewiesenen Quote zu erhalten. Zusätzlich steuert die Hybrid-ECU 10 ein Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6, den Eingriff der Kupplung 3 und die Gangschaltung des Getriebes 2.
  • Als nächstes wird in Bezug auf das Ablaufdiagramm in der 2 eine Beschreibung der Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 4 und eine Steuerung der Inhalte der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 gegeben, die durch die Hybrid-ECU 10 ausgeführt wird, wenn das Starten und Antreiben des Fahrzeuges nur durch den Gebrauch der Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 4 und der Gebrauch von sowohl der Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 4, als auch der Ausgangsleistung des Motors 1 vorgenommen wird.
  • In einem Schritt S1 wird es bestimmt, ob oder nicht das Fahrzeug in einem Bewegungsstart-(in einem Beschleunigungs-)zustand ist.
  • Falls das Fahrzeug in einem Bewegungsstartzustand ist, geht die Hybrid-ECU 10 zu dem Schritt S2, um die Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 auf ein maximales Untersetzungsverhältnis festzulegen, und dann zu dem Schritt S3, um das Antriebsdrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 4 auf ein Maximum in Bezug auf eine Ausgangsleistung festzulegen, die für die rotierende elektrische Maschine 4 für die Beschleunigung erforderlich ist, so dass die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 4 gesteuert wird, um sich zu erhöhen. Wenn ein Hochstart-Beschleunigungsdrehmoment, z. B. beim Starten, erforderlich ist, wird das Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 erhöht, so dass das in das Getriebe 2 eingegebene Drehmoment erhöht wird. Dadurch wird das für das Starten erforderliche Drehmoment adäquat geschaffen.
  • Mit der Ausnahme für den Fahrzeugbewegungs-Startzustand, d. h., in einem normalen Fahrzustand, geht die Hybrid-ECU 10 zu dem Schritt S4, um eine optimale Betriebssteuerung für den Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine 4 auf der Grundlage einer optimalen Linie des Wirkungsgrades auszuführen.
  • In dieser Steuerung werden ein Antriebsdrehmoment und eine Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 4 in Bezug auf die Ausgangsleistung, die für die rotierende elektrische Maschine 4 erforderlich ist, derart gesteuert, dass das Antriebsdrehmoment und die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 4 die optimale Linie des Wirkungsgrades treffen, auf der, wie in der 3 gezeigt, die rotierende elektrische Maschine 4 eine optimale Betriebseffizienz erreicht. Gleichzeitig wird ein Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 gesteuert.
  • Noch genauer, wenn die rotierende elektrische Maschine 4 das erforderliche Drehmoment erzeugt, wird ein Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 derart erhöht/vermindert, dass eine momentane Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 4 auf der optimalen Linie des Wirkungsgrades beibehalten wird. In einem bestimmten Fahrzustand wird ebenfalls, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 2 festgelegt werden, eine Drehzahl, die für die Rotation der rotierenden elektrischen Maschine 4 erforderlich ist, festgelegt. Jedoch ist die festgelegte Drehzahl nicht immer innerhalb der höchst-effizienten Betriebsbedingungen der rotierenden elektrischen Maschine 4. In diesem Fall wird die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 4 verändert, um in die höchst-effizienten Bedingungen zu gelangen, und mit dieser Veränderung der Drehzahl wird das Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 verändert, um dieselbe Fahrzeuggeschwindigkeit zu dieser Zeit zu halten.
  • Auf diese Weise ist es mittels der Steuerung des Untersetzungsverhältnisses der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6, um der rotierenden elektrischen Maschine 4 zu gestatten, um bei einer Drehzahl unter so effektiven Bedingungen wie möglich zu arbeiten, möglich, einen Bereich zu erweitern, in dem die rotierende elektrische Maschine 4 in der Lage ist, mit hoher Effektivität betrieben zu werden, was seinerseits die Belastung auf den Motor 1 reduziert, was zu einer Verbesserung in den Kraftstoffverbrauchscharakteristika des Fahrzeuges führt.
  • Es ist zu beachten, dass wenn das Fahrzeug abgebremst wird, die rotierende elektrische Maschine 4 in einen Generator-Modus gebracht wird. Noch genauer, die rotierende elektrische Maschine 4 funktioniert als ein Generator, um die Abbremsenergie, die dem Fahrzeug eigen ist, zu verwenden, um eine regenerative Energieerzeugung zu erreichen. Die sich ergebende Elektroenergie wird in dem elektrischen Speicherelement 12 gespeichert. In diesem Fall wird ähnlich das Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung 6 in Übereinstimmung mit einer Stromanforderung der Drehzahlreduzierung gesteuert, um eine Drehzahl zu halten, bei der die Effizienz der Energieerzeugung so hoch wie möglich ist.
  • Das Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug ist in der Lage, in verschiedenen Typen von Fahrzeugen, z. B. in einem Lastkraftwagen, einem Kraftfahrzeug und dergleichen verwendet zu werden.

Claims (2)

  1. Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug mit einem Motor (1) und einer rotierenden elektrischen Maschine (4), aufweisend: ein Getriebe (2), das zwischen den Motor (1) und die Antriebsräder des Fahrzeuges eingesetzt ist; eine Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung (6), die zwischen der rotierenden elektrischen Maschine (4) und einer Eingangswelle des Getriebes (2) eingesetzt ist; ein elektrisches Speicherelement (12), das Elektroenergie zur Zuführung zu der rotierenden elektrischen Maschine (4) speichert, und eine Steuerungsvorrichtung (10) zum Steuern einer Ausgangsleistung des Motors und der rotierenden elektrischen Maschine in Übereinstimmung mit den Fahrzeugbetriebsbedingungen und zum Steuern eines Untersetzungsverhältnisses der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Speicherelement ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator ist, wobei die Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung ein stufenlos veränderbares Getriebe (6) ist, das mit der Eingangswelle des Getriebes (2) durch eine Leistungsübertragungsvorrichtung (5) gekuppelt ist, und die Steuerungsvorrichtung ein Drehmoment und eine Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine steuert, auf der Grundlage eines Ausgangssignals, das für die rotierende elektrische Maschine erforderlich ist, um optimale Werte auf der Grundlage der optimalen Wirkungsgradmerkmale der rotierenden elektrischen Maschine zu erhalten und gleichzeitig das Untersetzungsverhältnis des stufenlos veränderbaren Getriebes in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Zeit steuert, und die Steuerungsvorrichtung, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, der rotierenden elektrischen Maschine gestattet, als ein Generator zu arbeiten und das Untersetzungsverhältnis des stufenlos veränderbaren Getriebes steuert, um eine Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine mit hohem Wirkungsgrad der Elektroenergieerzeugung zu erhalten.
  2. Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung das Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsverhältnis-Veränderungseinrichtung auf ein Maximum steuert, wenn das Fahrzeug gestartet und beschleunigt wird.
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