电池电压的控制装置及电池电压的控制方法_3

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于目标电压进行实际的升压之前会产生200ms左右的延迟时间。因此,即使在车辆起动时进行升压,实际的升压也会比起动时发生延迟,因此产生加速的迟滞感和/或驾驶性能的变差。特别是,寻求通过根据驱动马达的输出特性相关的行驶模式最适地控制电池电压的升压,从而将因升压而导致的损失抑制到最小限度,并且提高驾驶性能的手段。
[0117]驱动力切换开关2100是搭载于车辆内的驾驶员能够操作的位置,并根据驾驶员的操作而切换行驶模式的开关。在本实施方式中,作为一个例子,通过驱动力切换开关2100的操作,能够切换并设定超级运动(#)模式、运动模式、智能模式这三种模式。具体而言,超级运动(#)模式是更灵敏地设定对驾驶员的加速操作的反应,并且可在高转速区有效地利用的与主动驾驶对应的模式。运动模式是具有忠实于加速操作的输出特性,在广泛用途中舒适且能够提升运动驾驶乐趣的模式。智能模式是设定有在市区行驶等实用区域顺畅且很实用的输出特性,实现便于操作和优异的实用油耗性能的模式。驱动力切换开关2100将驾驶员选择的行驶模式发送到混合动力E⑶2300。
[0118]加速器踏板2200包括检测驾驶员的加速操作的传感器。将驾驶员的加速操作作为驾驶员的需求驱动力而发送到混合动力E⑶2300。
[0119]混合动力E⑶2300具有获取与驱动力切换开关2100的操作对应的行驶模式的行驶模式获取部2302、获取加速器开度的加速器开度获取部2304、将来驾驶需求驱动力计算部2310和目标升压电压计算部2350而构成。另外,由将来驾驶需求驱动力计算部2310和目标升压电压计算部2350构成升压控制部2306。
[0120]升压转换器2600设置在高电压电池2500与逆变器2700之间,将高电压电池2500的电压升高,并将升高的电压施加到逆变器2700。在此,将升高的电压相对于高电压电池2500的电压的比例称为升压比。
[0121 ] 升压转换器2600根据来自混合动力E⑶2300的升压指令而升高高电压电池2500的电压,并将升高的电压施加到逆变器2700。逆变器2700利用由升压转换器2600升高的电压,将直流电压变换成交流而施加到驱动马达2800,从而使驱动马达2800的马达绕组中流通电流。驱动马达2800利用通过逆变器2700在马达绕组中流通的电流所产生的磁场和设置在驱动马达2800内部的磁体的磁力所产生的电磁力来产生用于驱动车辆的驱动力。
[0122]在本实施方式中,混合动力E⑶2300通过根据驱动力切换开关2100的状态计算将来驾驶需求驱动力,并根据将来驾驶需求驱动力计算最适的目标升压电压,从而将由升压转换器2600进行的升压控制到所需的最小限度。在此,将来驾驶需求驱动力是指将来驾驶可能要求的驱动力的最大值。将来驾驶需求驱动力是根据驱动力映射关系算出的最大驱动力或者(目前的驱动力+驱动力变化率上限)中的数值小的一方的值。
[0123]图10A、图10B、图1OC是用于说明行驶模式与电压裕度的大小的关系的图。应予说明,“目标升压电压”是指升压转换器2600进行升压时的目标值。作为一个例子,如上所述,目标升压电压为200V?650V左右。“必要升压电压”是指为了输出目标驱动力而需要的最低限度的升压电压,“实际升压电压”是指升压转换器实际输出的电压。如果实际升压电压低于必要升压电压,则无法输出目标驱动力。另外,虽然将实际升压电压控制到与目标升压电压几乎相同的值,但存在实际升压电压相对于目标升压电压发生响应延迟的情况。另外,“目标驱动力(=需求驱动力)”表示驾驶员的加速操作所要求的驱动力,“实际驱动力”表示驱动马达2800实际产生的驱动力。对于“实际驱动力”,只要确保必要升压电压,就能够在不产生响应延迟的情况下输出。
[0124]图10A、图10B、图1OC的纵轴表示升压电压(相对值)和驱动力(相对值),横轴表不时间。另外,在图10A、图10B、图1OC中,表不升压电压的虚线表不目标升压电压Vol_tgt_A、Vol_tgt_B、Vol_tgt_C,实线表不实际升压电压 Vol_act_A、Vol_act_B、Vol_act_C,单点划线表示必要升压电压Vol_0_A、Vol_0_B、Vol_0_C。另外,表示驱动力的虚线表示接下来的控制周期的需求驱动力Q_tgt_A、Q_tgt_B、Q_tgt_C,实线表示目前的需求驱动力(实际驱动力)Q_act_A、Q_act_B、Q_act_C。另外,在图10A、图10B、图1OC中,电压裕度Vol_mar_A、Vol_mar_B、Vol_mar_C是实际升压电压与必要升压电压的差值。
[0125]图10A、图10B、图1OC分别表示在超级运动(#)模式、运动模式、智能模式中,本车辆由预定的驱动力变为全油门加速时,升压电压(相对值)和驱动力(相对值)变化的情况。
[0126]如图1OA所示,在超级运动(#)模式中,为了利用驱动马达2800没有延迟地输出驾驶员的加速操作所需的需求驱动力,需要升高到能够实现需求驱动力的上限值(=最大值;将来驾驶需求驱动力)的电压。因此,超级运动(#)模式的电压裕度Vol_mar_A变大。
[0127]相对于此,如图1OB所示,在运动模式中,将需求驱动力的上限值(=将来驾驶需求驱动力)设定为比超级运动(#)模式低。并且,只要能够输出比超级运动(#)模式低的将来驾驶需求驱动力即可,因此电压裕度Vol_mar_B比超级运动(#)模式的电压裕度Vol_mar_A小。由此,能够降低升压转换器2600中的电力损失。
[0128]另外,如图1OC所示,在智能模式中,除了需求驱动力的上限值以外,还通过变化率的上限来限制将来驾驶需求驱动力。因此,还限制实际升压电压Vol_act_C的变化率。此时,对于将来驾驶需求驱动力而言,由于可以在目前的驾驶需求驱动力的基础上加上与需求驱动力的变化率的上下限相当的电压裕度,所以电压裕度Vol_mar_C进一步变小。因此,能够进一步降低升压转换器2600中的电力损失。特别是,在可能发生的需求驱动力的变化率比由升压转换器2600的升压响应性能带来的变化率小的情况下,也可以使电压裕度 Vol_mar_C 为零。
[0129]如上,对于每种行驶模式,根据将来驾驶需求驱动力而设定目标升压电压,从而能够将电压裕度设定为所需的最小限度的值。由此,能够确保目标驱动力,并且能够将损失抑制到最小限度。
[0130]接下来,对计算将来驾驶需求驱动力的方法进行说明。图11是表示将来驾驶需求驱动力计算部2310的构成的示意图。如图11所示,将来驾驶需求驱动力计算部2310具备驱动力映射关系单元2312、2314、2316、绝对值计算部(ABS) 2318、最大值计算部2320、变化率限制处理部2322、最大值计算部2324、加法部2326、最小值计算部2328而构成。
[0131]各驱动力映射关系单元2312、2314、2316具有与超级运动(#)模式、运动模式、智能模式这三种模式对应的映射关系。各驱动力映射关系单元2312、2314、2316根据所输入的驱动力切换开关2100的状态选择与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系。例如,利用驱动力切换开关2100设定超级运动(#)模式时,从驱动力映射关系单元2312所具有的三个映射关系中选择与超级运动(#)模式对应的映射关系。
[0132]驱动力映射关系单元2312中输入有当前时刻的加速器开度和车速。然后,驱动力映射关系单兀2312根据与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系输出与加速器开度和车速对应的驱动力。
[0133]驱动力映射关系单元2314与加速器全部关闭时(0% )的映射关系对应。驱动力关系单元2314选择驱动力关系单元2314所具有的三个映射关系中的、与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系。另外,驱动力映射关系单元2314中输入有加速器开度(0% )和车速。并且,驱动力映射关系单元2314根据与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系而输出与O %的加速器开度和车速对应的驱动力。
[0134]驱动力映射关系单元2316与加速器完全打开时(100% )的映射关系对应。驱动力映射关系单元2316选择驱动力映射关系单元2316所具有的三个映射关系中的、与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系。另外,驱动力映射关系2316中输入有加速器开度(100% )和车速。并且,驱动力映射关系单元2316根据与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系而输出与100%的加速器开度和车速对应的驱动力。
[0135]与驱动力映射关系单元2312所输出的加速器开度和车速对应的驱动力被输入到变化率限制处理部2322,进行变化率限制处理。变化率限制处理部2322中输入有驾驶需求驱动力的变化率的上限值和变化率的下限值。然后,在变化率限制处理部2322中,根据驾驶需求驱动力的变化率的上限值和变化率的下限值限制从驱动力映射关系单元2312输入的驱动力,并作为驾驶需求驱动力输出。通过这样的变化率限制处理来抑制因驱动力突然变化而导致的车体的前后振动。根据驾驶需求驱动力进行驱动马达2800的控制。另外,为了计算将来驾驶需求驱动力,驾驶需求驱动力还被输入到加法部2326。应予说明,变化率限制处理可以主要在智能模式下进行。
[0136]另外,驾驶需求驱动力的各变化率的上限值和变化率的下限值在绝对值计算部(ABS) 2318中取绝对值并输入到最大值计算部2324。在最大值计算部2324中,比较驾驶需求驱动力的变化率的上限值的绝对值与变化率的下限值的绝对值,将大的一方输出到加法部2326。在加法部2326中,将由变化率限制处理部2322输入的驾驶需求驱动力加上由最大值计算部2324输入的变化率的上限值的绝对值、下限值的绝对值中的大的一方。由于驾驶需求驱动力的增减量通过变化率限制处理部2322来限制,所以以下关系成立。
[0137]将来驾驶需求驱动力< 目前的驾驶需求驱动力+变化率上限
[0138]这样,可以认为在目前的驾驶需求驱动力中加上驾驶需求驱动力的变化率的最大值而得的值是被预计为将来的驾驶需求驱动力的最大值。换言之,将来驾驶需求驱动力的值是比在目前的驾驶需求驱动力中加上变化率上限而得到的值小的值。应予说明,可以认为将来驾驶需求驱动力相对于目前的控制周期,是接下来的控制周期中的最大的驾驶需求驱动力。在加法部2326中,计算上式的右边,并将计算结果输出到最小值计算部2328。
[0139]另一方面,对于与驱动力映射关系单元2314输出的0%的加速器开度和车速对应的驱动力以及与驱动力映射关系单元2316输出的100%的加速器开度和车速对应的驱动力而言,在绝对值计算部(ABS) 2318计算各自的绝对值,并输入到最大值计算部2320。在最大值计算部2320中,将所输入的绝对值中的大的一方作为需求驱动力上下限值而输出。如此,由加速器全部关闭时的驱动力映射关系单元2314和加速器完全打开时的驱动力映射关系单元2316决定驾驶需求驱动力的上下限值。由于该上下限值是加速器完全打开或完全关闭时的需求驱动力,所以将来驾驶需求驱动力无法超过该上下限值。
[0140]因此,需求驱动力的上下限值被输入到最小值计算部2328,与来自加法部2326的输出进行比较。然后,需求驱动力的上下限值和来自加法部2326的输出中的小的一方作为将来驾驶需求驱动力而输出。如此,通过加上由变化率限制处理部2322带来的变化率的限制和由“驾驶需求驱动力的上下限值”带来的限制,从而能够将将来的驾驶所要求的驱动力的上限作为将来驾驶需求驱动力而输出。
[0141]图12是表示驱动力映射关系单元2312的一个例子的示意图。如图12所示,对超级运动(#)模式(S#Mode)、运动模式(S Mode)、智能模式(I Mode)分别规定有与加速器踏板的开度对应的驱动力。另外,图12所示的映射关系基于车速而设定。因此,根据驱动力映射关系单元2312,能够求出与加速器开度和车速对应的驱动力。驱动力映射关系单元2314、2316的基本构成与驱动力映射关系单元2312相同,但驱动力映射关系单元2314根据车速规定了加速器开度为0%时的驱动力,驱动力映射关系单元2316根据车速规定了加速器开度为100%时的驱动力。
[0142]如上所述,在混合动力E⑶2300的将来驾驶需求驱动力计算部2310中,能够根据通过驱动力切换开关2100设定的行驶模式、加速器踏板开度、车速求出将来驾驶需求驱动力。
[0143]接下来,对在混合动力E⑶2300的目标升压电压计算部2350进行的处理进行说明。图13是表示目标升压电压计算部2350的构成例的示意图。如图13所示,目标升压电压计算部2350中输入有将来驾驶需求驱动力和驱动马达2800的转速。在目标升压电压计算部2350中,根据将来驾驶需求驱动力和驱动马达2800的转速计算升压转换器2600的目标升压电压。
[0144]图14是表示在目标升压电压计算部2350计算升压转换器2600的目标升压电压时使用的映射关系的示意图。在图14中,横轴表示驱动马达2800的转速,纵轴表示驱动马达2800的驱动力(将来驾驶需求驱动力)。在图14所示的映射关系中,根据驱动马达2800的转速和驱动马达2800的驱动力(将来驾驶需求驱动力)规定目标升压电压(200V、300V、400V、500V、600V、650V)。
[0145]目标升压电压计算部2350将所输入的将来驾驶需求驱动力和驱动马达2800的转速拟合到图14的映射关系中,计算与所输入的将来驾驶需求驱动力和驱动马达2800的转速对应的目标升压电压。然后,混合动力ECU2300的升压控制部2306利用目标升压电压计算部2350算出的目标升压电压而向升压转换器2600发送升压指令。
[0146]如上所述,目标升压电压计算部2350可以根据将来驾驶需求驱动力和驱动马达2800的转速计算升压转换器2600的目标升压电压,将升压转换器2600升高到目标升压电压。通过将能够实现将来驾驶需求驱动力的升压电压作为目标电压计算出来,从而无论驾驶员进行何种加速操作,均能够没有延迟地输出驱动力。
[0147]如上所述,在本实施方式中,根据驱动力切换开关2100的操作状态和变化率限制处理推断驾驶需求驱动力将来取得的值(将来驾驶需求驱动力)。然后,在为了输出目前的驱动力而所需的电压(=必要升压电压)中加上电压裕度,将能够输出将来驾驶需求驱动力的电压设定为目标升压电压,从而进行升压控制。这样,如果实现(必要升压电压+电压裕度)的电压,则无论驾驶员进行何种加速操作,均能够没有延迟地输出驱动力。
[0148]另外,根据所输入的驱动力切换开关2100的状态,可以从各驱动力映射关系单元2312、2314、2316中选择与驱动力切换开关2100的状态对应的映射关系。由此,能够根据行驶模式计算将来驾驶需求驱动力,如图10A、图10B、图1OC所示,能够根据行驶模式改变目标升压电压与实际升压电压的裕度。
[0149]由此,在具备相对于加速器踏板量而使需求驱动力可变的驱动力切换开关2100,驾驶员本身可以选择车辆的加速特性的系统中,由于在加速特性低的行驶模式的被选择情况下需求驱动力的响应性低也可以,所以通过以升压的电压裕度变小的方式进行控制,从而能够降低升压损失。另外,在加速特性高的行驶模式被选择的情况下,通过以升压的电压裕度变大的方式进行控制,从而能够瞬间可靠地发挥需求驱动力。
[0150]如以上所说明,根据第二实施方式,根据与行驶模式对应的将来驾驶需求驱动力和驱动马达的转速计算升压转换器2600的目标升压电压。由此,能够与行驶模式对应地将升压转换器2600的升压的电压裕度确保在所需的最小限度,能够将升压损失抑制到最小限度,并且能够可靠地应对驾驶的要求。因此,根据本实施方式,通过与驱动马达的输出特性相关的行驶模式对应而最适地控制电池电压的升压,从而能够将因升压而导致的损失抑制到最小限度,并能够提尚驾驶性能。
[0151]3.第三实施方式
[0152]接下来,参照图15,对本发明的第三实施方式的系统3000的构成进行说明。图15是
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