车辆的控制装置 |
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| 申请号 | CN201180069541.4 | 申请日 | 2011-03-24 | 公开(公告)号 | CN103476652A | 公开(公告)日 | 2013-12-25 |
| 申请人 | 丰田自动车株式会社; | 发明人 | 天野贵士; | ||||
| 摘要 | ECU（400）搭载于包括 电动机 及具有EGR装置的缸内喷射式的 发动机 的车辆。ECU基于使用者的 油 门 踏板 操作量等而算出车辆要求功率Preq（410），基于车辆要求功率Preq而算出要求发动机工作点OPreq（420），在要求发动机工作点OPreq包含于EGR区域时，将要求发动机工作点OPreq原封不动地设定为指令发动机工作点OPcom，在要求发动机工作点OPreq包含于非EGR区域时，将要求发动机工作点OPreq以包含于EGR区域的方式校正，并将校正后的发动机工作点设定为指令发动机工作点OPcom（440）。并且，ECU以满足车辆要求功率Preq并使实际发动机工作点与指令发动机工作点OPcom一致的方式控制发动机及电动机（450）。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种车辆的控制装置，所述车辆具备： |
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| 说明书全文 | 车辆的控制装置技术领域背景技术[0002] 在近年来的发动机中，以燃油经济性提高等为目的，而具备用于使排气的一部分向吸气流路再循环的排气再循环装置（以下，也称为“EGR装置”）。 [0003] 在日本特开平11-223138号公报（专利文献1）中，公开了如下的技术：在通过具有EGR装置的缸内喷射式发动机的输出来控制行驶状态的车辆中，在需要减少发动机的输出的情况下，在发动机的运转状态为规定状态时，抑制排气再循环。 [0004] 在先技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本特开平11-223138号公报 [0007] 专利文献2：日本特开2009-262758号公报 [0008] 专利文献3：日本特开2010-53716号公报 [0009] 专利文献4：日本特开2010-174859号公报 [0010] 专利文献5：日本特开2010-222978号公报 发明内容[0011] 然而，在专利文献1中，对于在包括电动机及具有EGR装置的发动机的车辆（所谓混合动力车辆）中如何控制EGR装置没有进行任何具体研究。 [0012] 本发明为了解决上述的课题而作出，其目的在于提高包括电动机及具有EGR装置的发动机的车辆的燃油经济性。 [0013] 本发明的控制装置对车辆进行控制，该车辆具备：发动机，具备用于使排气的一部分向吸气通路返回的再循环装置；及电动机，与发动机一起产生车辆驱动力。再循环装置在发动机在再循环区域运转时工作，在发动机在转矩比再循环区域的转矩低的非再循环区域运转时停止。控制装置具备：计算部，算出车辆要求的车辆要求功率；及控制部，控制发动机及电动机以满足车辆要求功率且使发动机在再循环区域运转。 [0015] 优选的是，控制部控制由发动机的实际转速及实际转矩决定的实际发动机工作点，以使实际发动机工作点包含于再循环区域。 [0016] 优选的是，控制部基于车辆要求功率而算出要求发动机工作点，在要求发动机工作点包含于再循环区域时，将要求发动机工作点设为实际发动机工作点，在要求发动机工作点不包含于再循环区域时，将校正发动机工作点设为实际发动机工作点，所述校正发动机工作点为使要求发动机工作点以包含于再循环区域的方式向高转矩侧移动后的发动机工作点。 [0017] 优选的是，校正发动机工作点与要求发动机工作点相比，转速低，转矩高，且功率相同。 [0018] 优选的是，校正发动机工作点与要求发动机工作点相比，转速相同且功率高。 [0019] 优选的是，校正发动机工作点与要求发动机工作点相比，转速低，转矩高，且功率高。 [0020] 优选的是，控制部在使校正发动机工作点的功率比要求发动机工作点的功率增加时，对应于校正发动机工作点的功率的增加而使电动机的功率降低，以满足车辆要求功率。 [0021] 发明效果 [0023] 图1是表示车辆的结构的图（其1）。 [0024] 图2是示意性地表示发动机的结构的图。 [0025] 图3是ECU的功能框图。 [0026] 图4是表示指令发动机工作点OPcom的设定方法的图（其1）。 [0027] 图5是表示发动机、第一MG、第二MG的控制方式的图（其1）。 [0028] 图6是表示ECU的处理步骤的流程图。 [0029] 图7是表示指令发动机工作点OPcom的设定方法的图（其2）。 [0030] 图8是表示指令发动机工作点OPcom的设定方法的图（其3）。 [0031] 图9是表示发动机、第一MG、第二MG的控制方式的图（其2）。 [0032] 图10是表示指令发动机工作点OPcom的设定方法的图（其4）。 [0033] 图11是表示车辆的结构的图（其2）。 具体实施方式[0034] 以下，参照附图，说明本发明的实施例。在以下的说明中，对同一部件标注同一标号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复关于它们的详细说明。 [0035] 图1是表示搭载有基于本实施例的控制装置的车辆10的结构的图。车辆10是利用发动机100及第二电动发电机（以下称为“第二MG”）300B中的至少任一者的动力进行行驶的混合动力车辆。 [0036] 车辆10除了上述的发动机100及第二MG300B之外，还包括第一电动发电机（以下称为“第一MG”）300A、动力分割装置200、驱动轮12、减速器14、蓄电池310、升压转换器320、逆变器330、发动机ECU406、MG_ECU402、HV_ECU404等。 [0037] 动力分割装置200由包括太阳齿轮、小齿轮、行星轮架、齿圈在内的行星齿轮构成。小齿轮与太阳齿轮及齿圈配合。行星轮架将小齿轮支承为能够自转，并与发动机100的曲轴连结。太阳齿轮与第一MG300A的旋转轴连结。齿圈经由输出轴212而与第二MG300B的旋转轴及减速器14连结。如此，发动机100、第一MG300A及第二MG300B通过由行星齿轮构成的动力分割装置200而连结，由此，发动机转速Ne、第一MG转速Nm1及第二MG转速Nm2在共线图中成为由直线连结的关系（参照后述的图5）。 [0038] 减速器14将由发动机100、第一MG300A、第二MG300B产生的动力向驱动轮12传递，或将驱动轮12的驱动向发动机100或第一MG300A、第二MG300B传递。 [0039] 蓄电池310蓄积用于对第一MG300A及第二MG300B进行驱动的电力。升压转换器320在蓄电池310与逆变器330之间进行电压转换。逆变器330对蓄电池310的直流和第一MG300A、第二MG300B的交流进行转换并同时进行电流控制。 [0040] 发动机ECU406控制发动机100的动作状态。MG_ECU402根据车辆10的状态而控制第一MG300A、第二MG300B、逆变器330、及蓄电池310的充放电状态等。HV_ECU404对发动机ECU406及MG_ECU402等相互地进行管理控制，以车辆10能够最高效地运行的方式控制混合动力系统整体。需要说明的是，在图1中，将各ECU设为不同结构，但也可以构成为将2个以上的ECU合并成的ECU。例如，在图1中，如虚线所示，将MG_ECU402，HV_ECU404及发动机ECU406合并成的ECU400的情况为其一例。在以下的说明中，不对MG_ECU402、HV_ECU404及发动机ECU406进行区别而记载为ECU400。 [0041] 来自车速传感器、油门开度传感器、节气门开度传感器、发动机转速传感器、第一MG转速传感器、第二MG转速传感器（均未图示）、对蓄电池310的状态进行监控的监控单元340等的信号向ECU400输入。 [0043] 发动机主体110具备多个气缸111（在图1中为4气缸）、对应于多个气缸111而分别设置的多个进气口112、多个排气口113、多个缸内喷射器114。在该发动机100中，从空气滤清器（未图示）吸入的空气在进气管120中流动（参照箭头A），向带平衡箱的进气歧管130中的平衡箱131导入。在进气管120中的与平衡箱131连接的连接部分附近，设有根据来自ECU400的控制信号而被控制的电子节气门121。根据电子节气门121的工作量（节气门开度），调整向平衡箱131导入的空气量。 [0044] 带平衡箱的进气歧管130设置在进气管120与发动机主体110之间。带平衡箱的进气歧管130为将平衡箱131和进气歧管132一体设置的结构。需要说明的是，也可以将平衡箱131与进气歧管132分别设置。平衡箱131内的空气经由进气歧管132而向发动机主体110的各进气口112分配（参照箭头A1～A4）。向各进气口112分配的空气向各气缸111的内部导入。 [0045] 各缸内喷射器114向各气缸111的内部直接喷射燃料。即，该发动机100是所谓缸内喷射式的发动机。喷射到各气缸111的内部的燃料与空气混合，由未图示的点火装置点火而燃烧。燃烧后的排气向各排气口113排出。向排气口113排出的废气由排气歧管150汇集而向排气管160传送（参照箭头B、B1～B4）。 [0046] 在该发动机100搭载有使排气的一部分向吸气流路再循环的排气再循环（Exhaust Gas Recirculation，以下，也称为“EGR”）装置。通过使该EGR装置工作，而能够提高燃油经济性。EGR装置由EGR管170及EGR阀180构成。排气的一部分经由EGR管170及输送腔室140而向吸气侧返回（参照箭头C1、C21～C24）。在EGR管170设有根据来自ECU400的控制信号而被控制的EGR阀180。 [0047] 如以上那样，车辆10是具备动力传动系结构的混合动力车辆，包括：具有EGR装置的缸内喷射式的发动机100；及与发动机100一起产生车辆驱动力的第二MG300B。在这种混合动力车辆中，从应对缸内喷射器114的积垢的观点出发，EGR装置仅在车辆要求的负载高的区域工作。即，缸内喷射器114的喷口存在于气缸内且根据燃料的燃烧状态而积垢堆积于该喷口时，若车辆要求的负载高，则发动机负载也高且来自喷口的燃料喷射量也增多，因此通过燃料喷射能够将喷口附近的积垢吹飞。另一方面，若车辆要求的负载低，则发动机负载也降低，来自喷口的燃料喷射量也减少，因此难以通过燃料喷射将喷口附近的积垢吹飞。在这样的发动机负载低的状态下，若使EGR装置工作而使排气再循环，则包含于排气的未燃的烃在缸内成为焦油，会诱发积垢的进一步的堆积。因此，EGR装置仅在发动机负载高的区域工作，在发动机负载低的区域中停止（以下，将EGR装置工作的高负载区域称为“EGR区域”，将EGR装置停止的低负载区域称为“非EGR区域”）。因此，发动机100在非EGR区域运转时，无法得到基于EGR的燃油经济性提高的效果。 [0048] 因此，本实施例的ECU400以满足车辆要求功率并使发动机100在EGR区域运转的方式，控制发动机100、第一MG300A、第二MG300B。该点是本发明的最具特征的点。 [0050] ECU400包括车辆要求功率计算部410、要求工作点计算部420、交界线存储部430、指令工作点设定部440、动力控制部450。 [0051] 车辆要求功率计算部410基于使用者的油门踏板操作量等，而算出车辆要求功率Preq。 [0052] 要求工作点计算部420基于车辆要求功率Preq，算出要求发动机工作点OPreq。发动机工作点是由发动机转速Ne和发动机转矩Te决定的表示发动机100的运转状态的指标。要求发动机工作点OPreq是满足车辆要求功率Preq的发动机工作点。因此，算出要求发动机工作点OPreq实际上是算出要求发动机转速Nereq、要求发动机转矩Tereq。 [0053] 交界线存储部430存储EGR区域与非EGR区域的交界线L。 [0054] 指令工作点设定部440基于要求发动机工作点OPreq及交界线L，设定指令发动机工作点OPcom（指令发动机转速Necom、指令发动机转矩Tecom）。具体而言，指令工作点设定部440在要求发动机工作点OPreq超过交界线L且包含于EGR区域时，将要求发动机工作点OPreq原封不动地设定为指令发动机工作点OPcom。另一方面，在要求发动机工作点OPreq不超过交界线L而包含于非EGR区域时，指令工作点设定部440将要求发动机工作点OPreq校正以使其包含于EGR区域，并将校正后的发动机工作点设定为指令发动机工作点OPcom。 [0055] 图4是示意性地表示指令发动机工作点OPcom的设定方法（要求发动机工作点OPreq的校正方法）的图。如图4所示，在要求发动机工作点OPreq处于非EGR区域时，指令工作点设定部440使要求发动机工作点OPreq在与要求发动机工作点OPreq相同的功率线上向高转矩侧移动至超过交界线L为止，并将移动后的发动机工作点设定为指令发动机工作点OPcom。即，指令工作点设定部440如图4所示，将使要求发动机转速Nereq下降了规定转速α后的转速设定为指令发动机转速Necom，并将使要求发动机转矩Tereq增加了规定转矩β后的转矩设定为指令发动机转矩Tecom。在此，由于Nereq×Tereq=Necom×Tecom的关系成立，因此指令发动机工作点OPcom成为与要求发动机工作点OPreq相同的功率，而且也包含于EGR区域。 [0056] 返回图3，动力控制部450以满足车辆要求功率并使实际发动机工作点与指令发动机工作点OPcom一致的方式，控制发动机100、第一MG300A、第二MG300B。 [0057] 图5是在共线图上示意性地表示发动机100、第一MG300A、第二MG300B的控制方式的图。在图5中，“Tg”表示第一MG转矩，“Tm”表示第二MG转矩，“Tep”表示从发动机100经由动力分割装置200向输出轴212传递的转矩（以下，称为“发动机直行转矩”）。 [0058] 如上述那样，在要求发动机工作点OPreq为非EGR区域时，以成为Tecom>Tereq且Necom [0059] 图6是表示用于实现上述的功能的ECU400的处理步骤的流程图。 [0060] 在步骤（以下，将步骤简称为“S”）10中，ECU400基于车辆要求功率Preq，算出要求发动机工作点OPreq（即要求发动机转速Nereq及要求发动机转矩Tereq）。 [0061] 在S11中，ECU400判定要求发动机工作点OPreq是否包含于EGR区域（是否超过交界线L）。 [0062] 在要求发动机工作点OPreq包含于EGR区域时（S11为“是”），ECU400使处理向S12转移，将要求发动机工作点OPreq原封不动地设定为指令发动机工作点OPcom。即，设为Necom=Nereq，Tecom=Tereq。 [0063] 另一方面，在要求发动机工作点OPreq未包含于EGR区域时（S11为“否”），ECU400使处理向S13转移，将使要求发动机工作点Opreq以包含于EGR区域的方式向高转矩侧移动后的发动机工作点设定为指令发动机工作点OPcom。即，设为Necom=Nereq-α，Tecom=Tereq+β（参照图4）。 [0064] 在S14中，ECU400将满足车辆要求功率并使实际发动机工作点与指令发动机工作点OPcom一致的指令向发动机100、第一MG300A、第二MG300B输出。 [0065] 在S15中，ECU400使EGR装置工作。 [0066] 如以上那样，本实施例的ECU400在包括电动机及具有EGR装置的缸内喷射式发动机的车辆中，即使在车辆要求功率低时（要求发动机工作点包含于非EGR区域时），也以满足车辆要求功率并维持EGR装置的工作的方式控制发动机及电动机。因此，能够满足使用者的要求并提高燃油经济性。 [0067] [变形例1] [0068] 在上述的实施例中，在校正要求发动机工作点OPreq时，尤其是未考虑动力传递或热效率（参照图4）。相对于此，也可以考虑动力传递或热效率来校正要求发动机工作点OPreq。 [0069] 图7是示意性地表示基于本变形例的指令发动机工作点OPcom的设定方法（要求发动机工作点OPreq的校正方法）的图。如图7所示，也可以在要求发动机工作点OPreq包含于非EGR区域时，使要求发动机工作点OPreq以等功率的方式向EGR区域内移动（参照图7的箭头A），而且，使用考虑了动力传递或热效率的映射等使其在EGR区域内移动到动力传递或热效率成为最优的工作点（参照图7的箭头B），将移动后的发动机工作点设为指令发动机工作点OPcom。由此，能够维持EGR装置的工作并使动力传递或热效率也成为最优。 [0070] [变形例2] [0071] 在上述的实施例中，指令发动机工作点OPcom与要求发动机工作点OPreq相比，发动机转速低，转矩高，且功率相同（参照图4）。相对于此，指令发动机工作点Opcom也可以与要求发动机工作点OPreq相比，设定成发动机转速相同且转矩变高（即功率变高）。 [0072] 图8是示意性地表示基于本变形例的指令发动机工作点OPcom的设定方法（要求发动机工作点OPreq的校正方法）的图。如图8所示，在要求发动机工作点OPreq包含于非EGR区域时，也可以使要求发动机工作点OPreq移动到功率比要求发动机工作点Opreq的功率高且包含于EGR区域的工作点，并将移动后的发动机工作点作为指令发动机工作点OPcom。此时，将指令发动机转速Necom保持为要求发动机转速Nereq。这样的话，无需使发动机转速变化，因此即使在例如实际发动机工作点包含于非EGR区域时，也能够使实际发动机工作点提前向EGR区域移动。 [0073] 图9是在共线图上示意性地表示基于本变形例的发动机100、第一MG300A、第二MG300B的控制方式的图。如上述那样，在本变形例中，以成为Necom=Nereq且Tecom>Tereq的方式设定指令发动机工作点OPcom，因此指令发动机工作点OPcom的功率比要求发动机工作点OPreq的功率增加，从发动机100经由动力分割装置200向输出轴212传递的功率（以下，称为“发动机直行功率”）也增加。因此，ECU400使第二MG转矩Tm下降与发动机直行功率的增加量相当的量。这样的话，能够维持EGR装置的工作，并作为整体不使车辆功率变化而能够满足车辆要求功率。 [0074] [变形例3] [0075] 在上述的变形例1中，考虑最优工作点而设定指令发动机工作点OPcom，在变形例2中，使指令发动机工作点OPcom的功率比要求发动机工作点OPreq的功率增加。相对于此，也可以使变形例1、2组合，考虑最优工作点，并使指令发动机工作点OPcom的功率比要求发动机工作点OPreq的功率增加。 [0076] 图10是示意性地表示基于本变形例的指令发动机工作点OPcom的设定方法（要求发动机工作点OPreq的校正方法）的图。如图10所示，也可以在要求发动机工作点OPreq包含于非EGR区域时，使要求发动机工作点OPreq移动到功率比要求发动机工作点Opreq的功率高且包含于EGR区域的工作点（参照图10的箭头C），而且，使用考虑了动力传递或热效率的映射等而使其在EGR区域内移动到动力传递或热效率成为最优的工作点（参照图10的箭头D），并将移动后的发动机工作点作为指令发动机工作点OPcom。即便如此，也能够与变形例1同样地，维持EGR装置的工作，并使动力传递或热效率也成为最优。 [0077] 另外，在本变形例中，以与变形例2相同的方式使指令发动机工作点OPcom的功率比要求发动机工作点OPreq的功率增加。因此，如上述的图9中说明那样，只要使第二MG转矩Tm下降与发动机直行功率的增加量相当的量即可。 [0078] 以上，说明了本发明的实施例及其变形例1-3，但能够适用本发明的发动机只要是具有EGR装置的发动机（尤其是缸内喷射式的发动机）即可，并未限定为图2所示的发动机100。 [0079] 另外，能够适用本发明的车辆只要是包括电动机及具有EGR装置的发动机的混合动力车辆即可，并未限定为图1所示的车辆10。例如图11所示，可以是包括1个电动发电机300及具有EGR装置的缸内喷射式的发动机100的车辆10A。在这种车辆10A中，能够利用电动发电机300吸收发动机负载率的调整，因此为了维持EGR区域而发动机工作点或发动机负载率的控制自由度更大，因此更容易适用本发明。 [0081] 标号说明 [0082] 10、10A 车辆，12 驱动轮，14 减速器，100 发动机，110 发动机主体，111 气缸，112 进气口，113 排气口，114 缸内喷射器，120进气管，121 电子节气门，130 带平衡箱进气歧管，131 平衡箱，132进气歧管，140 输送腔室，150 排气歧管，160 排气管，170 EGR管， 180 EGR阀，200 动力分割装置，212 输出轴，300 电动发电机，310蓄电池，320 升压转换器，330 逆变器，340 监控单元，400 ECU，410车辆要求功率计算部，420 要求工作点计算部，430 交界线存储部，440 指令工作点设定部，450 动力控制部。 |
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