專利名稱：動力輸出裝置、控制動力輸出裝置的方法以及汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力輸出裝置和對應(yīng)的方法以及汽車。更具體地，本發(fā)明涉及向驅(qū)動軸輸出動力的動力輸出裝置和控制該動力輸出裝置的方法，以及安裝有內(nèi)燃機(jī)的汽車。
背景技術(shù)：
一種已提出的動力輸出裝置具有發(fā)動機(jī)、包括與發(fā)動機(jī)的曲軸相連的行星架和與機(jī)械連接到車軸的驅(qū)動軸相連的齒圈的行星齒輪裝置、從行星齒輪裝置的太陽齒輪輸入動力和向該太陽齒輪輸出動力的第一電機(jī)、從驅(qū)動軸輸入動力和向驅(qū)動軸輸出動力的第二電機(jī)以及向第一電機(jī)及第二電機(jī)提供電力和從第一電機(jī)及第二電機(jī)接收電力的蓄電池(例如，見日本專利公開公報(bào)No.11-187577)。該動力輸出裝置基于蓄電池的溫度和充電狀態(tài)設(shè)定蓄電池的輸入限制和輸出限制，并在輸入限制和輸出限制的設(shè)定范圍內(nèi)驅(qū)動和控制第一電機(jī)和第二電機(jī)。
在現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動和控制第一電機(jī)以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)的動力輸出裝置中，根據(jù)將輸出至驅(qū)動軸的目標(biāo)動力和將用于對蓄電池充電或?qū)男铍姵胤烹姷哪繕?biāo)充電-放電電力來設(shè)定發(fā)動機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動點(diǎn)。控制發(fā)動機(jī)、第一電機(jī)以及第二電機(jī)，以在目標(biāo)驅(qū)動點(diǎn)下驅(qū)動發(fā)動機(jī)并將目標(biāo)動力輸出至驅(qū)動軸?？赡苄枰淖儼l(fā)動機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動點(diǎn)，以在蓄電池的輸入限制和輸出限制的范圍內(nèi)驅(qū)動第一電機(jī)和第二電機(jī)。
本發(fā)明的動力輸出裝置包括通過電力的輸入和輸出來控制內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的電力輸入輸出單元以及能夠向驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)。本發(fā)明的動力輸出裝置、控制動力輸出裝置的方法以及對應(yīng)的汽車旨在基于蓄電裝置例如二次電池的輸出限制和輸入限制控制內(nèi)燃機(jī)、電力輸入輸出單元以及電機(jī)。本發(fā)明還旨在防止蓄電裝置例如二次電池過充電或過放電。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)上述目的的至少一部分，本發(fā)明的動力輸出裝置、控制動力輸出裝置的方法以及相應(yīng)的汽車構(gòu)造為如下。
本發(fā)明涉及一種向驅(qū)動軸輸出動力的動力輸出裝置，該動力輸出裝置包括內(nèi)燃機(jī)；與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸和所述驅(qū)動軸相連、通過電力和機(jī)械動力的輸入和輸出保持或改變所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)并將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸的電力-機(jī)械動力輸入輸出單元；能夠從所述驅(qū)動軸輸入動力和向所述驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)；能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器；以及控制器，該控制器包括設(shè)定所述蓄電器的輸入限制和輸出限制的輸入-輸出限制設(shè)定單元；基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍的可驅(qū)動范圍設(shè)定單元；響應(yīng)操作者的操作設(shè)定對所述驅(qū)動軸所要求的要求動力的要求動力設(shè)定單元；以及控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸的驅(qū)動控制單元。
本發(fā)明的動力輸出裝置設(shè)定能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器的輸入限制和輸出限制，并基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍。該動力輸出裝置控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于響應(yīng)操作者的操作所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。即，控制所述內(nèi)燃機(jī)和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以在可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元，同時(shí)控制所述電機(jī)以將對應(yīng)于要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。因此，所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)的控制在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。該布置能有效地防止向蓄電器輸入的電力或從蓄電器輸出的電力過量。
在本發(fā)明的動力輸出裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、將輸入至所述電機(jī)和將從所述電機(jī)輸出的電機(jī)要求電力、將從所述蓄電器供至輔機(jī)的輔機(jī)電力以及所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定可驅(qū)動范圍。該布置確保了適當(dāng)?shù)卦O(shè)定可驅(qū)動范圍。在該實(shí)施例中，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元可將由所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元限定的所述內(nèi)燃機(jī)的可允許驅(qū)動范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。因此，內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。在該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元，基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、電機(jī)要求電力以及輔機(jī)電力規(guī)定可輸入至所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元和可從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許輸入-輸出電力范圍，根據(jù)所規(guī)定的可允許輸入-輸出電力范圍和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)計(jì)算可從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許轉(zhuǎn)矩范圍，并基于所計(jì)算的可允許轉(zhuǎn)矩范圍設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍。在該實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，可驅(qū)動范圍設(shè)定單元將內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速能夠使內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。
在本發(fā)明的動力輸出裝置的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制器還包括基于所設(shè)定的要求動力設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元。所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。該布置能有效地防止由于沒有對內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)校正而可能出現(xiàn)向蓄電器輸入的電力或從蓄電器輸出的電力過量。在該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，所述目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元至少將所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)。所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)轉(zhuǎn)速下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
在本發(fā)明的動力輸出裝置的又一優(yōu)選實(shí)施例中，所述驅(qū)動控制單元控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在輸入限制和輸出限制的設(shè)定范圍內(nèi)將對應(yīng)于要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。該布置能夠在蓄電器的輸入限制和輸出限制的范圍內(nèi)將對應(yīng)于要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。
在本發(fā)明的動力輸出裝置中，所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元可包括三軸動力輸入輸出組件，該組件與三個(gè)軸即所述內(nèi)燃機(jī)的所述輸出軸、所述驅(qū)動軸以及第三軸相連，并基于從所述三個(gè)軸中的兩個(gè)軸輸入的動力和輸出至所述兩個(gè)軸的動力規(guī)定從所述三個(gè)軸中剩余的一個(gè)剩余軸輸入的動力和輸出至該剩余軸的動力；以及從所述第三軸輸入動力和向所述第三軸輸出動力的發(fā)電機(jī)。所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元可包括具有第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的雙轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，該第一轉(zhuǎn)子與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連，該第二轉(zhuǎn)子與所述驅(qū)動軸相連并相對于第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，所述雙轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)通過第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子之間的電磁相互作用所產(chǎn)生的電力的輸入和輸出將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸。
本發(fā)明還涉及一種安裝有內(nèi)燃機(jī)的汽車，該汽車包括與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連并與和車軸機(jī)械連接的驅(qū)動軸相連、通過電力和機(jī)械動力的輸入和輸出保持或改變所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)并將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸的電力-機(jī)械動力輸入輸出單元；能夠從所述驅(qū)動軸輸入動力和向所述驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)；能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器；以及控制器，該控制器包括設(shè)定所述蓄電器的輸入限制和輸出限制的輸入-輸出限制設(shè)定單元；基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍的可驅(qū)動范圍設(shè)定單元；響應(yīng)操作者的操作設(shè)定對所述驅(qū)動軸所要求的要求動力的要求動力設(shè)定單元；以及控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸的驅(qū)動控制單元。
本發(fā)明的汽車設(shè)定能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器的輸入限制和輸出限制，并基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍。本發(fā)明的汽車還控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于響應(yīng)操作者的操作所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。即，控制所述內(nèi)燃機(jī)和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以在可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元，同時(shí)控制所述電機(jī)以將對應(yīng)于要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。因此，所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)的控制在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。該布置能有效地防止向蓄電器輸入的電力或從蓄電器輸出的電力過量。
在本發(fā)明的汽車的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、將輸入至所述電機(jī)和將從所述電機(jī)輸出的電機(jī)要求電力、將從所述蓄電器供至輔機(jī)的輔機(jī)電力以及所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定可驅(qū)動范圍。該布置確保了適當(dāng)?shù)卦O(shè)定可驅(qū)動范圍。在該實(shí)施例中，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元可將由所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元限定的所述內(nèi)燃機(jī)的可允許驅(qū)動范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。因此，內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。在該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、電機(jī)要求電力以及輔機(jī)電力規(guī)定可輸入至所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元和可從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許輸入-輸出電力范圍，根據(jù)所規(guī)定的可允許輸入-輸出電力范圍和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)計(jì)算可從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許轉(zhuǎn)矩范圍，并基于所計(jì)算的可允許轉(zhuǎn)矩范圍設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍。在該實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，可驅(qū)動范圍設(shè)定單元將內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速能夠使內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。
在本發(fā)明的汽車的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制器還包括基于所設(shè)定的要求動力設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元。所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。該布置能有效地防止由于沒有對內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)校正而可能出現(xiàn)向蓄電器輸入的電力或從蓄電器輸出的電力過量。在該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，所述目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元至少將所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)。所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)轉(zhuǎn)速下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
本發(fā)明還涉及一種控制動力輸出裝置的控制方法，所述動力輸出裝置包括內(nèi)燃機(jī)；與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸和驅(qū)動軸相連、通過電力和機(jī)械動力的輸入和輸出保持或改變所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)并將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸的電力-機(jī)械動力輸入輸出單元；能夠從所述驅(qū)動軸輸入動力和向所述驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)；以及能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器，該控制方法包括以下步驟(a)設(shè)定所述蓄電器的輸入限制和輸出限制；(b)基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、將輸入至所述電機(jī)和將從所述電機(jī)輸出的電機(jī)要求電力、將從所述蓄電器供至輔機(jī)的輔機(jī)電力以及所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍；(c)響應(yīng)操作者的操作設(shè)定對所述驅(qū)動軸所要求的要求動力；以及(d)控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元，并將對應(yīng)于所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。
本發(fā)明的控制方法設(shè)定能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器的輸入限制和輸出限制，并基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍。該方法還控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于響應(yīng)操作者的操作所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。即，控制所述內(nèi)燃機(jī)和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以在可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元，同時(shí)控制所述電機(jī)以將對應(yīng)于要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。因此，所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)的控制在蓄電器的輸入限制和輸出限制內(nèi)。該布置能有效地防止向蓄電器輸入的電力或從蓄電器輸出的電力過量。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制方法在所述步驟(d)之前還包括基于所設(shè)定的要求動力設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)的步驟。所述步驟(d)根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。


圖1示意性示出一個(gè)實(shí)施例中的混合動力車輛20的構(gòu)造；圖2是示出由混合動力電子控制單元70執(zhí)行的驅(qū)動控制例程的流程圖；圖3示出輸入限制Win和輸出限制Wout隨蓄電池50的蓄電池溫度Tb的變化；圖4示出輸出限制校正系數(shù)和輸入限制校正系數(shù)隨蓄電池50的充電狀態(tài)(SOC)的變化；圖5示出要求轉(zhuǎn)矩設(shè)定圖(map)的一個(gè)示例；
圖6示出發(fā)動機(jī)22的驅(qū)動線(動作線，driving line)的一個(gè)示例以及設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*的過程；圖7示出關(guān)于動力分配綜合機(jī)構(gòu)30(power distribution integrationmechanism)中轉(zhuǎn)動部件的動力學(xué)關(guān)系的列線圖；圖8示意性示出一個(gè)變形例的結(jié)構(gòu)中的混合動力車輛120的構(gòu)造；圖9示意性示出另一個(gè)變形例的結(jié)構(gòu)中的混合動力車輛220的構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
下面說明作為優(yōu)選實(shí)施例實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)模式。圖1示意性示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的安裝有動力輸出裝置的混合動力車輛20的構(gòu)造。如所示出的，本實(shí)施例的混合動力車輛20包括發(fā)動機(jī)22，經(jīng)由減振器28與用作發(fā)動機(jī)22的輸出軸的曲軸26相連的三軸型動力分配綜合機(jī)構(gòu)30，與動力分配綜合機(jī)構(gòu)30相連并能夠產(chǎn)生電力的電機(jī)MG1，連接到用作與動力分配綜合機(jī)構(gòu)30相連的驅(qū)動軸的齒圈軸32a的減速器35，與減速器35相連的另一個(gè)電機(jī)MG2，以及控制整個(gè)動力輸出裝置的混合動力電子控制單元70。
發(fā)動機(jī)22是消耗碳?xì)淙剂侠缙突蜉p油以輸出動力的內(nèi)燃機(jī)并受到發(fā)動機(jī)電子控制單元(下文稱為發(fā)動機(jī)ECU)24的控制。發(fā)動機(jī)ECU 24從檢測發(fā)動機(jī)22的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的各種傳感器接收輸入信號并實(shí)施包括燃料噴射控制、點(diǎn)火控制以及進(jìn)氣量調(diào)節(jié)控制的操作控制。發(fā)動機(jī)ECU 24與混合動力電子控制單元70通信并接收來自混合動力電子控制單元70的控制信號以控制發(fā)動機(jī)22的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)根據(jù)要求向混合動力電子控制單元70輸出有關(guān)發(fā)動機(jī)22的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的數(shù)據(jù)。
動力分配綜合機(jī)構(gòu)30具有為外齒輪的太陽齒輪31，為內(nèi)齒輪并與太陽齒輪31同心地設(shè)置的齒圈32，多個(gè)與太陽齒輪31和齒圈32嚙合的行星齒輪33，以及以允許行星齒輪33自由公轉(zhuǎn)和在其各自的軸上自由自轉(zhuǎn)的方式保持多個(gè)行星齒輪33的行星架34。即，動力分配綜合機(jī)構(gòu)30構(gòu)造成允許作為轉(zhuǎn)動部件的太陽齒輪31、齒圈32以及行星架34差動的行星齒輪機(jī)構(gòu)。動力分配綜合機(jī)構(gòu)30中的行星架34、太陽齒輪31以及齒圈32分別連接到發(fā)動機(jī)22的曲軸26、電機(jī)MG1以及經(jīng)由齒圈軸32a連接到減速器35。在電機(jī)MG1用作發(fā)電機(jī)時(shí)，從發(fā)動機(jī)22輸出并通過行星架34輸入的動力根據(jù)齒輪比分配給太陽齒輪31和齒圈32。另一方面，在電機(jī)MG1用作電動機(jī)時(shí)，從發(fā)動機(jī)22輸出并通過行星架34輸入的動力與從電機(jī)MG1輸出并通過太陽齒輪31輸入的動力結(jié)合，該結(jié)合的復(fù)合動力輸出至齒圈32。輸出至齒圈32的動力最終從齒圈軸32a經(jīng)由齒輪機(jī)構(gòu)60和差速器62傳遞到驅(qū)動輪63a、63b。
電機(jī)MG1和MG2都構(gòu)造成公知的同步發(fā)電電動機(jī)，既可被驅(qū)動作為發(fā)電機(jī)，又可被驅(qū)動作為電動機(jī)。電機(jī)MG1和MG2經(jīng)由逆變器41和42從蓄電池50傳遞電力并向蓄電池50傳遞電力。連接逆變器41和42與蓄電池50的電力線54包括這兩個(gè)逆變器41和42共用的正極母線和負(fù)極母線。這種布置允許由電機(jī)MG1和MG2中的一個(gè)產(chǎn)生的電力被另一個(gè)電機(jī)消耗。蓄電池50用電機(jī)MG1或電機(jī)MG2的過量的電力充電，或者放電以補(bǔ)充電機(jī)MG1或電機(jī)MG2的不足的電力。當(dāng)電機(jī)MG1和MG2的電力平衡時(shí)，蓄電池50既不充電也不放電。電機(jī)MG1和MG2都由電機(jī)電子控制單元(下文稱為電機(jī)ECU)40驅(qū)動和控制。電機(jī)ECU 40接收驅(qū)動和控制電機(jī)MG1和MG2所需的信號，例如來自檢測電機(jī)MG1和MG2中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置的轉(zhuǎn)動位置檢測傳感器43和44的信號以及提供給電機(jī)MG1和MG2并由未示出的電流傳感器檢測的相電流的值。電機(jī)ECU 40向逆變器41和42輸出開關(guān)(切換)控制信號。電機(jī)ECU 40與混合動力電子控制單元70通信并響應(yīng)來自混合動力電子控制單元70的控制信號驅(qū)動和控制電機(jī)MG1和MG2，同時(shí)根據(jù)要求向混合動力電子控制單元70輸出有關(guān)電機(jī)MG1和MG2的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的數(shù)據(jù)。
蓄電池50由蓄電池電子控制單元(下文稱為蓄電池ECU)52控制。蓄電池ECU 52接收控制蓄電池50所需的信號，例如，由設(shè)置在蓄電池50的端子之間的未示出的電壓傳感器檢測的端子之間間電壓的值，由連接到與蓄電池50的輸出端子相連的電力線54的未示出的電流傳感器檢測的充電放電電流的值，以及由連接到蓄電池50的未示出的溫度傳感器檢測的蓄電池溫度。蓄電池ECU 52根據(jù)要求經(jīng)由通信向混合動力電子控制單元70輸出有關(guān)蓄電池50的狀況的數(shù)據(jù)。蓄電池ECU 52從由電流傳感器檢測的充電放電電流的累積值計(jì)算充電狀態(tài)(SOC)，用于控制蓄電池50。
混合動力電子控制單元70構(gòu)造成包括CPU 72、存儲處理程序的ROM74、臨時(shí)存儲數(shù)據(jù)的RAM 76、未示出的輸入-輸出端口以及未示出的通信端口的微處理器。混合動力電子控制單元70經(jīng)由輸入端口接收各種輸入來自點(diǎn)火開關(guān)80的點(diǎn)火信號，來自檢測換檔桿81的當(dāng)前位置的換檔位置傳感器82的換檔位置SP，來自檢測加速踏板83的踩下量的加速踏板位置傳感器84的加速器開度Acc，來自檢測制動踏板85的踩下量的制動踏板位置傳感器86的制動踏板位置BP，以及來自車速傳感器88的車速V?；旌蟿恿﹄娮涌刂茊卧?0經(jīng)由通信端口與發(fā)動機(jī)ECU 24、電機(jī)ECU 40以及蓄電池ECU 52通信，以便如上文提及的那樣向發(fā)動機(jī)ECU 24、電機(jī)ECU 40以及蓄電池ECU 52傳遞各種控制信號和數(shù)據(jù)并從發(fā)動機(jī)ECU 24、電機(jī)ECU 40以及蓄電池ECU 52傳遞各種控制信號和數(shù)據(jù)。
這樣構(gòu)造的實(shí)施例的混合動力車輛20，基于對應(yīng)于駕駛員對加速踏板83的踩下量的加速器開度Acc和車速V，計(jì)算將輸出至齒圈軸32a或驅(qū)動軸的要求轉(zhuǎn)矩(所要求的轉(zhuǎn)矩)。發(fā)動機(jī)22以及電機(jī)MG1和MG2處于運(yùn)轉(zhuǎn)控制下，以能夠?qū)?yīng)于所計(jì)算的要求轉(zhuǎn)矩的動力實(shí)際輸出至齒圈軸32a。發(fā)動機(jī)22以及電機(jī)MG1和MG2的運(yùn)轉(zhuǎn)控制具有多種模式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換驅(qū)動模式、充電-放電驅(qū)動模式以及電機(jī)驅(qū)動模式。在轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換驅(qū)動模式中，發(fā)動機(jī)22處于運(yùn)轉(zhuǎn)控制下，以輸出等于要求動力(所要求的動力)的動力。電機(jī)MG1和MG2被驅(qū)動和控制，以使來自發(fā)動機(jī)22的總動力輸出經(jīng)受通過動力分配綜合機(jī)構(gòu)30以及電機(jī)MG1和MG2的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換并輸出至齒圈軸32a。在充電-放電驅(qū)動模式中，發(fā)動機(jī)22處于運(yùn)轉(zhuǎn)控制下，以輸出等于要求動力與用于蓄電池50的充電和放電的電力之和的動力。電機(jī)MG1和MG2被驅(qū)動和控制，以隨著蓄電池50的充電或放電使從發(fā)動機(jī)22輸出的動力的全部或部分經(jīng)受通過動力分配綜合機(jī)構(gòu)30以及電機(jī)MG1和MG2的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換并作為要求動力輸出至齒圈軸32a。在電機(jī)驅(qū)動模式中，發(fā)動機(jī)22的運(yùn)轉(zhuǎn)停止，而電機(jī)MG2被驅(qū)動和控制，以向齒圈軸32a輸出等于要求動力的動力。
下面說明如上所述構(gòu)造的實(shí)施例的混合動力車輛20的操作，尤其是在蓄電池50的輸入限制和輸出限制下的操作。圖2是示出由混合動力電子控制單元70執(zhí)行的驅(qū)動控制例程的流程圖。該例程以預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔(例如，每隔8毫秒)重復(fù)執(zhí)行。
當(dāng)驅(qū)動控制例程開始時(shí)，混合動力電子控制單元70的CPU 72首先輸入用于控制的各種數(shù)據(jù)，即，來自加速踏板位置傳感器84的加速器開度Acc，來自車速傳感器88的車速V，電機(jī)MG1和MG2的轉(zhuǎn)速Nm1和Nm2，蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout，以及發(fā)動機(jī)22的轉(zhuǎn)速Ne(步驟S100)。電機(jī)MG1、MG2的轉(zhuǎn)速Nm1、Nm2由通過轉(zhuǎn)動位置檢測傳感器43和44所檢測出的電機(jī)MG1和MG2中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置計(jì)算出，并經(jīng)由通信從電機(jī)ECU 40輸入。發(fā)動機(jī)22的轉(zhuǎn)速Ne響應(yīng)來自未示出的、連接到曲軸26上的曲軸位置傳感器的信號計(jì)算出，并經(jīng)由通信從發(fā)動機(jī)ECU 24輸入。蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout根據(jù)由溫度傳感器51所檢測的蓄電池50的蓄電池溫度Tb和蓄電池50的充電狀態(tài)(SOC)而設(shè)定，并經(jīng)由通信從蓄電池ECU 52輸入。一個(gè)具體的程序基于所觀測的蓄電池溫度Tb規(guī)定輸入限制和輸出限制Win、Wout的基準(zhǔn)值，基于蓄電池50的充電狀態(tài)(SOC)確定輸出限制校正系數(shù)和輸入限制校正系數(shù)，并將所規(guī)定的輸入限制和輸出限制Win、Wout的基準(zhǔn)值乘以各自的校正系數(shù)，以設(shè)定蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout。圖3示出輸入限制和輸出限制Win、Wout隨蓄電池溫度Tb的變化。圖4示出輸出限制校正系數(shù)和輸入限制校正系數(shù)隨蓄電池50的充電狀態(tài)(SOC)的變化。
在輸入這些數(shù)據(jù)之后，CPU 72基于加速器開度Acc和車速V的輸入，設(shè)定將作為車輛所需的轉(zhuǎn)矩輸出至齒圈軸32a或與驅(qū)動輪63a和63b相連的驅(qū)動軸的要求轉(zhuǎn)矩Tr*和將從發(fā)動機(jī)22輸出的要求動力Pe*(步驟S110)。在此實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，要求轉(zhuǎn)矩Tr*隨加速器開度Acc和車速V的變化被預(yù)先規(guī)定并作為要求轉(zhuǎn)矩設(shè)定圖存儲于ROM 74中。本實(shí)施例的程序?qū)?yīng)于給定的加速器開度Acc和給定的車速V從所存儲的要求轉(zhuǎn)矩設(shè)定圖讀取并設(shè)定要求轉(zhuǎn)矩Tr*。圖5示出要求轉(zhuǎn)矩設(shè)定圖的示例。要求動力Pe*被計(jì)算為所設(shè)定的要求轉(zhuǎn)矩Tr*與齒圈軸32a的轉(zhuǎn)速Nr的乘積、蓄電池50的充電-放電要求電力Pb*以及潛在的損失“Loss”之和。齒圈軸32a的轉(zhuǎn)速Nr可通過車速V乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)k或通過減速器35的傳動比Gr除電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)速Nm2獲得。
然后，CPU 72基于所設(shè)定的要求動力Pe*設(shè)定發(fā)動機(jī)22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*(步驟S120)。此處，目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*根據(jù)用于有效地驅(qū)動發(fā)動機(jī)22的驅(qū)動線和所設(shè)定的要求動力Pe*而設(shè)定。圖6示出發(fā)動機(jī)22的驅(qū)動線的一個(gè)示例以及設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*的過程(處理)。如圖所示，目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*作為驅(qū)動線與恒定發(fā)動機(jī)要求動力(功率)Pe*(＝Ne*×Te*)的曲線的交點(diǎn)而獲得。
然后CPU 72設(shè)定作為從電機(jī)MG2輸出最小所需水平的機(jī)械力所要求的電力的電機(jī)要求電力Pm2，以及作為致動從蓄電池50接收電力供給的輔機(jī)(即，安裝在車輛上的輔機(jī)，如空氣壓縮機(jī))所要求的電力的輔機(jī)要求電力Pcsm(步驟S130和S140)。電機(jī)要求電力Pm2設(shè)定為將從電機(jī)MG2輸出的必要轉(zhuǎn)矩，例如作為在起動發(fā)動機(jī)22的過程中響應(yīng)從電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)矩輸出，齒圈軸32a或驅(qū)動軸所需的反作用力的轉(zhuǎn)矩。輔機(jī)要求電力Pcsm根據(jù)輔機(jī)的開關(guān)狀態(tài)和負(fù)荷狀態(tài)而設(shè)定。
在設(shè)定電機(jī)要求電力Pm2和輔機(jī)要求電力Pcsm之后，基于輸入限制和輸出限制Win、Wout、電機(jī)要求電力Pm2、輔機(jī)要求電力Pcsm、潛在的損失Ploss以及電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速Nm1，設(shè)定作為從電機(jī)MG1輸出的轉(zhuǎn)矩的上限和下限的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min(步驟S150)。該具體的程序?qū)㈦姍C(jī)MG1的電力(功率)Pm1(＝轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速Nm1)代入下面給出的方程式(1)并從方程式(1)推出下面給出的方程式(2)和(3)，以計(jì)算上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min
Win≤Pm2+Pm1+P1oss+Pcsm≤Wout...(1)Tm1min＝{Win-(Pm2+Ploss+Pesm)}/Nm1...(2)Tm1max＝{Wout-(Pm2+Ploss+Pcsm)}/Nm1...(3)然后，CPU 72根據(jù)下面給出的用于電機(jī)MG1的反饋控制的方程式(4)計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*相對于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne的變化的上限ΔNemax和下限ΔNemin(上限變化和下限變化)，以便當(dāng)發(fā)動機(jī)22當(dāng)前在相對于所設(shè)定的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min的轉(zhuǎn)速Ne下被驅(qū)動時(shí)在目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*下驅(qū)動發(fā)動機(jī)22(步驟S160)。在方程式(4)中，右側(cè)第一項(xiàng)中的Tbs、第二項(xiàng)中的k1以及第三項(xiàng)中的k2分別表示基項(xiàng)、比例項(xiàng)的增益以及積分項(xiàng)的增益。ΔNe表示目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*與當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne之間的差(Ne*-Ne)。比例項(xiàng)立即響應(yīng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*與當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne之間的差，而積分項(xiàng)在每個(gè)循環(huán)中僅有很小的變化。因此，本實(shí)施例的處理將基項(xiàng)和積分項(xiàng)作為固定值，并根據(jù)下面給出的方程式(5)和(6)計(jì)算上限變化ΔNemax和下限變化ΔNeminTm1＝Tbs+k1·ΔNe+k2·∫ΔNedt...(4)ΔNemin＝(Tm1min-Tbs-k2·∫ΔNedt)/k1...(5)ΔNemax＝(Tm1max-Tbs-k2·∫ΔNedt)/k1...(6)然后，CPU 72從目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*減去當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne以計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化ΔNe*(步驟S170)，并將所計(jì)算的目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化ΔNe*與上限變化ΔNemax和下限變化ΔNemin進(jìn)行比較(步驟S180)。當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化ΔNe*小于下限變化ΔNemin時(shí)，將當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne與下限變化ΔNemin之和設(shè)定為目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*(步驟S190)。當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化ΔNe*大于上限變化ΔNemax時(shí)，將當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne與上限變化ΔNemax之和設(shè)定為目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*(步驟S200)。當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化ΔNe*不小于下限變化ΔNemin且不大于上限變化ΔNemax時(shí)，不執(zhí)行目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*的重新設(shè)定。目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*的這種重新設(shè)定使得為將發(fā)動機(jī)22的轉(zhuǎn)速從當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne改變?yōu)槟繕?biāo)轉(zhuǎn)速Ne*所需的電機(jī)MG1的輸出轉(zhuǎn)矩在下限轉(zhuǎn)矩Tm1min到上限轉(zhuǎn)矩Tm1max的范圍內(nèi)。
CPU 72根據(jù)上面給出的方程式(4)由發(fā)動機(jī)22的預(yù)設(shè)定或重新設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*與當(dāng)前轉(zhuǎn)速Ne之間的差計(jì)算電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)矩指令Tm1*(步驟S210)。然后，CPU 72根據(jù)下面給出的方程式(7)，用電機(jī)MG2的當(dāng)前轉(zhuǎn)速Nm2除蓄電池50的輸出限制Wout與電機(jī)MG1的電力消耗(發(fā)生的電力)之差，以計(jì)算作為從電機(jī)MG2輸出的上限轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩限制Tmax(步驟S220)，其中電機(jī)MG1的電力消耗為計(jì)算出的電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)矩指令Tm1*與電機(jī)MG1的當(dāng)前轉(zhuǎn)速Nm1的乘積。CPU 72還根據(jù)下面給出的方程式(8)，由要求轉(zhuǎn)矩Tr*、轉(zhuǎn)矩指令Tm1*以及動力分配綜合機(jī)構(gòu)30的傳動比ρ，計(jì)算作為將從電機(jī)MG2輸出的轉(zhuǎn)矩的假定電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tm2tmp(步驟S230)，并將計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩限制Tmax與計(jì)算出的假定電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tm2tmp中較小的一個(gè)設(shè)定為電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)矩指令Tm2*(步驟S240)。方程式(8)示出動力分配綜合機(jī)構(gòu)30中的轉(zhuǎn)動部件的動力學(xué)關(guān)系。圖7是示出關(guān)于動力分配綜合機(jī)構(gòu)30中的轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的動力學(xué)關(guān)系的列線圖。軸線S示出等于電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速Nm1的太陽齒輪31的轉(zhuǎn)速。軸線C示出等于發(fā)動機(jī)22的轉(zhuǎn)速Ne的行星架34的轉(zhuǎn)速。軸線R示出由電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)速Nm2乘以減速器35的傳動比Gr所得的齒圈32的轉(zhuǎn)速Nr。從此列線圖可以容易地推出方程式(8)。軸線R上的兩個(gè)粗箭頭分別表示當(dāng)發(fā)動機(jī)22在由目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*限定的具體驅(qū)動點(diǎn)穩(wěn)定地驅(qū)動時(shí)由于從發(fā)動機(jī)22輸出的轉(zhuǎn)矩Te*經(jīng)由動力分配綜合機(jī)構(gòu)30傳遞而作用在齒圈軸32a上的轉(zhuǎn)矩，以及由于從電機(jī)MG2輸出的轉(zhuǎn)矩Tm2*經(jīng)由減速器35傳遞而作用在齒圈軸32a上的轉(zhuǎn)矩。以這種方式設(shè)定電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)矩指令Tm2*使得將輸出至齒圈軸32a或驅(qū)動軸的要求轉(zhuǎn)矩Tr*被設(shè)定為在蓄電池50的輸出限制范圍之內(nèi)的受限制轉(zhuǎn)矩。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2...(7)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr...(8)在設(shè)定發(fā)動機(jī)22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*以及電機(jī)MG1和MG2的轉(zhuǎn)矩指令Tm1*和Tm2*之后，CPU72將發(fā)動機(jī)22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*發(fā)送到發(fā)動機(jī)ECU 24，并將電機(jī)MG1和MG2的轉(zhuǎn)矩指令Tm1*和Tm2*發(fā)送到電機(jī)ECU 40(步驟S250)，然后退出此驅(qū)動控制例程。發(fā)動機(jī)ECU 24接收目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*并執(zhí)行發(fā)動機(jī)22的燃料噴射控制和點(diǎn)火控制，以在由目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Te*限定的驅(qū)動點(diǎn)處驅(qū)動發(fā)動機(jī)22。電機(jī)ECU 40接收轉(zhuǎn)矩指令Tm1*和Tm2*并執(zhí)行逆變器41和42中的開關(guān)元件的開關(guān)控制，以利用轉(zhuǎn)矩指令Tm1*驅(qū)動電機(jī)MG1并利用轉(zhuǎn)矩指令Tm2*驅(qū)動電機(jī)MG2。
如上所述，本實(shí)施例的混合動力車輛20基于蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout、電機(jī)MG2的電機(jī)要求電力Pm2、輔機(jī)要求電力Pcms、潛在的損失Ploss以及電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速Nm1，設(shè)定從電機(jī)MG1輸出的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min?；旌蟿恿囕v20重新設(shè)定發(fā)動機(jī)22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*，以使得電機(jī)MG1的輸出轉(zhuǎn)矩在下限轉(zhuǎn)矩Tm1min到上限轉(zhuǎn)矩Tm1max的范圍內(nèi)，并驅(qū)動發(fā)動機(jī)22，同時(shí)致動電機(jī)MG1和MG2。從而，發(fā)動機(jī)22的驅(qū)動和電機(jī)MG1和MG2的致動都在蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout下。此布置有效地防止了蓄電池50過充電或過放電。駕駛員所要求的要求轉(zhuǎn)矩Tr*作為在蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout范圍內(nèi)的受限制轉(zhuǎn)矩輸出至齒圈軸32a或驅(qū)動軸。因此，本實(shí)施例的布置可在有效地防止蓄電池50過充電或過放電的同時(shí)，確保對應(yīng)于駕駛員所需水平的轉(zhuǎn)矩輸出。
在本實(shí)施例的混合動力車輛20中，基于蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout、電機(jī)MG2的電機(jī)要求電力Pm2、輔機(jī)要求電力Pcms、潛在的損失Ploss以及電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速Nm1，設(shè)定從電機(jī)MG1輸出的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min。將電機(jī)要求電力Pm2計(jì)算作為從電機(jī)MG2輸出最小所需水平的機(jī)械動力所要求的電力不是必須的。電機(jī)要求電力Pm2可由從電機(jī)MG2輸出最小所需水平的機(jī)械動力所要求的最小要求電力計(jì)算出，例如通過將最小要求電力加上校正電力，或通過將最小要求電力乘以校正系數(shù)而計(jì)算出。電機(jī)要求電力Pm2也可通過任何其它技術(shù)設(shè)定，例如設(shè)定為等于電機(jī)MG2的當(dāng)前電力消耗或通過將當(dāng)前電力消耗乘以校正系數(shù)而計(jì)算出。
本實(shí)施例的混合動力車輛20基于蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout設(shè)定從電機(jī)MG1輸出的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min，并重新設(shè)定發(fā)動機(jī)22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*，以使電機(jī)MG1的輸出轉(zhuǎn)矩在下限轉(zhuǎn)矩Tm1min到上限轉(zhuǎn)矩Tm1max的范圍內(nèi)。一個(gè)變形例的程序可基于蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout直接設(shè)定發(fā)動機(jī)22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*，而不規(guī)定上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min。
本實(shí)施例的混合動力車輛20使用所觀測的電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速Nm1以基于蓄電池50的輸入限制和輸出限制Win、Wout設(shè)定從電機(jī)MG1輸出的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min。一個(gè)變形例的程序可估計(jì)在以上討論的驅(qū)動控制例程的致動間隔或接近該致動間隔的時(shí)間段之后預(yù)期的電機(jī)MG1的將來轉(zhuǎn)速，并使用所估計(jì)的將來轉(zhuǎn)速以設(shè)定上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min。
本實(shí)施例的混合動力車輛20，使用作為包括基項(xiàng)、比例項(xiàng)以及積分項(xiàng)的反饋控制的關(guān)系表達(dá)式的方程式(4)，以由上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min計(jì)算上限變化ΔNemax和下限變化ΔNemin，或由目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和所觀測的轉(zhuǎn)速Ne設(shè)定轉(zhuǎn)矩指令Tm1*。也可為相同的目的使用其它各種反饋控制關(guān)系表達(dá)式例如，不包括積分項(xiàng)而僅包括基項(xiàng)和比例項(xiàng)的關(guān)系表達(dá)式，不包括基項(xiàng)而僅包括比例項(xiàng)和積分項(xiàng)的關(guān)系表達(dá)式，或除了基項(xiàng)、比例項(xiàng)和積分項(xiàng)之外還包括微分項(xiàng)的關(guān)系表達(dá)式。也可為相同的目的使用除反饋控制之外的任何其它合適的控制的關(guān)系表達(dá)式。
在本實(shí)施例的混合動力車輛20中，電機(jī)MG2的動力經(jīng)受減速器35變速并輸出至齒圈軸32a。在示出為圖8的混合動力車輛120的一個(gè)可能的變形例中，電機(jī)MG2的動力可輸出至不同于與齒圈軸32a相連的車軸(即，與車輪63a和63b相連的車軸)的另一車軸(即，與車輪64a和64b相連的車軸)。
在本實(shí)施例的混合動力車輛20中，發(fā)動機(jī)22的動力經(jīng)由動力分配綜合機(jī)構(gòu)30輸出至用作與驅(qū)動輪63a和63b相連的驅(qū)動軸的齒圈軸32a。在圖9的另一可能的變形例中，混合動力車輛220可具有雙轉(zhuǎn)子電機(jī)230，該雙轉(zhuǎn)子電機(jī)具有與發(fā)動機(jī)22的曲軸26相連的內(nèi)轉(zhuǎn)子232和與用于將動力輸出至驅(qū)動輪63a、63b的驅(qū)動軸相連的外轉(zhuǎn)子234，并將從發(fā)動機(jī)22輸出的動力的一部分傳遞至驅(qū)動軸，而將動力的剩余部分轉(zhuǎn)換為電力。
以上討論的實(shí)施例在所有方面都應(yīng)認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。在不脫離本發(fā)明的主要特征的精神和范圍的條件下可存在很多變形、改變和變化。本發(fā)明的精神和范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明指出。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的技術(shù)可應(yīng)用于動力輸出裝置和汽車的制造工業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種向驅(qū)動軸輸出動力的動力輸出裝置，所述動力輸出裝置包括內(nèi)燃機(jī)；與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸和所述驅(qū)動軸相連、通過電力和機(jī)械動力的輸入和輸出保持或改變所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)并將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸的電力-機(jī)械動力輸入輸出單元；能夠從所述驅(qū)動軸輸入動力和向所述驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)；能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器；以及控制器，該控制器包括設(shè)定所述蓄電器的輸入限制和輸出限制的輸入-輸出限制設(shè)定單元；基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍的可驅(qū)動范圍設(shè)定單元；響應(yīng)操作者的操作設(shè)定對所述驅(qū)動軸所要求的要求動力的要求動力設(shè)定單元；以及控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸的驅(qū)動控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、將輸入至所述電機(jī)和將從所述電機(jī)輸出的電機(jī)要求電力、將從所述蓄電器供給至輔機(jī)的輔機(jī)電力以及所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定可驅(qū)動范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元將由所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元限定的所述內(nèi)燃機(jī)的可允許驅(qū)動范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、電機(jī)要求電力以及輔機(jī)電力規(guī)定可輸入至所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許輸入-輸出電力范圍，根據(jù)所規(guī)定的可允許輸入-輸出電力范圍和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)計(jì)算可從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許轉(zhuǎn)矩范圍，并基于所計(jì)算的可允許轉(zhuǎn)矩范圍設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元將所述內(nèi)燃機(jī)的所述輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述控制器還包括基于所設(shè)定的要求動力設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元，以及所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元至少將所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，以及所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)轉(zhuǎn)速下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述驅(qū)動控制單元控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在輸入限制和輸出限制的設(shè)定范圍內(nèi)將對應(yīng)于要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元包括三軸動力輸入輸出組件，該組件與三個(gè)軸即所述內(nèi)燃機(jī)的所述輸出軸、所述驅(qū)動軸以及第三軸相連，并基于從所述三個(gè)軸中的兩個(gè)軸輸入的動力和輸出至所述兩個(gè)軸的動力規(guī)定從所述三個(gè)軸中剩余的一個(gè)剩余軸輸入的動力和輸出至該剩余軸的動力；以及從所述第三軸輸入動力和向所述第三軸輸出動力的發(fā)電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元包括具有第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的雙轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，該第一轉(zhuǎn)子與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連，該第二轉(zhuǎn)子與所述驅(qū)動軸相連并相對于第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，所述雙轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)通過第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子之間的電磁相互作用所產(chǎn)生的電力的輸入和輸出將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸。
11.一種安裝有內(nèi)燃機(jī)的汽車，所述汽車包括與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連并與和車軸機(jī)械連接的驅(qū)動軸相連、通過電力和機(jī)械動力的輸入和輸出保持或改變所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)并將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸的電力-機(jī)械動力輸入輸出單元；能夠從所述驅(qū)動軸輸入動力和向所述驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)；能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器；以及控制器，該控制器包括設(shè)定所述蓄電器的輸入限制和輸出限制的輸入-輸出限制設(shè)定單元；基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍的可驅(qū)動范圍設(shè)定單元；響應(yīng)操作者的操作設(shè)定對所述驅(qū)動軸所要求的要求動力的要求動力設(shè)定單元；以及控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元并將對應(yīng)于所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸的驅(qū)動控制單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的汽車，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、將輸入至所述電機(jī)和將從所述電機(jī)輸出的電機(jī)要求電力、將從所述蓄電器供至輔機(jī)的輔機(jī)電力以及所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定可驅(qū)動范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的汽車，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元將由所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元限定的所述內(nèi)燃機(jī)的可允許驅(qū)動范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的汽車，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、電機(jī)要求電力以及輔機(jī)電力規(guī)定可輸入至所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許輸入-輸出電力范圍，根據(jù)所規(guī)定的可允許輸入-輸出電力范圍和所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)計(jì)算可從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元輸出的可允許轉(zhuǎn)矩范圍，并基于所計(jì)算的可允許轉(zhuǎn)矩范圍設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動范圍。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的汽車，其特征在于，所述可驅(qū)動范圍設(shè)定單元將所述內(nèi)燃機(jī)的所述輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定為可驅(qū)動范圍。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的汽車，所述控制器還包括基于所設(shè)定的要求動力設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元，以及所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽車，其特征在于，所述目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定單元至少將所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，以及所述驅(qū)動控制單元根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)轉(zhuǎn)速下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
18.一種控制動力輸出裝置的控制方法，所述動力輸出裝置包括內(nèi)燃機(jī)；與所述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸和驅(qū)動軸相連、通過電力和機(jī)械動力的輸入和輸出保持或改變所述內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)并將來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力的至少一部分輸出至所述驅(qū)動軸的電力-機(jī)械動力輸入輸出單元；能夠從所述驅(qū)動軸輸入動力和向所述驅(qū)動軸輸出動力的電機(jī)；以及能夠向所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)提供電力和從所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元及所述電機(jī)接收電力的蓄電器；所述控制方法包括以下步驟(a)設(shè)定所述蓄電器的輸入限制和輸出限制；(b)基于所設(shè)定的輸入限制和輸出限制、將輸入至所述電機(jī)和將從所述電機(jī)輸出的電機(jī)要求電力、將從所述蓄電器供至輔機(jī)的輔機(jī)電力以及所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的驅(qū)動狀態(tài)，設(shè)定所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元的可驅(qū)動范圍；(c)響應(yīng)操作者的操作設(shè)定對所述驅(qū)動軸所要求的要求動力；以及(d)控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所設(shè)定的可驅(qū)動范圍內(nèi)驅(qū)動所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元，并將對應(yīng)于所設(shè)定的要求動力的動力輸出至所述驅(qū)動軸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在所述步驟(d)之前還包括基于所設(shè)定的要求動力設(shè)定所述內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)的步驟，其中，所述步驟(d)根據(jù)可驅(qū)動范圍校正所設(shè)定的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)，并控制所述內(nèi)燃機(jī)、所述電力-機(jī)械動力輸入輸出單元以及所述電機(jī)，以在所校正的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)下驅(qū)動所述內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明的技術(shù)基于蓄電池的輸入限制和輸出限制Win、Wout、電機(jī)要求電力Pm2、輔機(jī)要求電力Pcsm以及潛在的損失Ploss，設(shè)定從電動發(fā)電機(jī)輸出的上限轉(zhuǎn)矩Tm1max和下限轉(zhuǎn)矩Tm1min(步驟S150)。然后，該技術(shù)限制發(fā)動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne
文檔編號B60L11/18GK1819933SQ20048001966
公開日2006年8月16日 申請日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者干場健, 灘光博 申請人:豐田自動車株式會社