专利名称：混合动力车及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种混合动力车及其控制方法，更详细地说，涉及一种具有内燃机和可向车轴输出动力的电动机的混合动力车及其控制方法。
背景技术：
以往，作为这种混合动力车，提出了一种具有发动机、将该发动机的曲轴与行星齿轮架连接的同时将齿圈与同车轴机械连接的驱动轴相连的行星齿轮、向该行星齿轮的太阳齿轮输入和输出动力的第1电机、向驱动轴输入和输出动力的第2电机、和可与第1电机和第2电机交换电力的蓄电池的技术(例如，日本特开平10-326115号公报等)。在这种混合动力车中，要根据加速踏板开度和车速求出要求的驱动功率，同时，根据蓄电池的剩余容量(SOC)求出充放电功率，基于该要求的驱动功率和充放电功率，求出车辆要求功率来设定来自发动机的输出。例如，车辆要求功率较小时，停止发动机的运转，通过来自第2电机的动力向与车轴连接的驱动轴输出而行驶，车辆要求功率较大时，发动机运转的同时，将来自该发动机的动力随着蓄电池的充放电进行扭矩(转矩)变换，并通过向驱动轴输出而行驶。
发明内容
在混合动力车中，并不限于上述的以往例，大多进行只由来自电机的动力行走的电机行走和使发动机运转的同时行走的发动机运转行走，在如此的混合动力车中，判断发动机的起动和运转停止时，会有些许滞后。特别是，发动机的起动和运转的停止根据车辆要求的车辆要求功率判定时，根据运转状态，发动机的起动和运转的停止会频繁反复地发生。此时，由于蓄电池的充放电频繁地重复进行，以及在效率低的运转点下，发动机的起动和运转的停止频繁地反复进行，会导致整车的能效的降低。
本发明的混合动力车及其控制方法的一个目的在于使内燃机的起动和运转的停止不会频繁发生。本发明的混合动力车及其控制方法的另一目的在于可提高整车的能效。
本发明的混合动力车及其控制方法为了实现上述目的中的至少一个，采用了如下的技术方案。
本发明的混合动力车为具有内燃机和可向车轴输出动力的电动机的混合动力车，其中，具有使用来自所述内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置；使所述发电装置和所述电动机的电力交换的可充放电的蓄电装置；和控制装置，所述控制装置具有根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率的要求驱动功率设定部，根据所述蓄电装置的状态将该蓄电装置充放电的充放电功率的充放电功率设定部，根据所述设定的要求驱动功率设定补正(校正)功率的补正功率设定部，根据所述设定的要求驱动功率、所述设定的充放电功率和所述设定的补正功率设定车辆要求的车辆要求功率的车辆要求功率设定部，根据该设定的车辆要求功率判定所述内燃机的运转和运转停止的运转-停止判定部，和在由所述运转-停止判定部判定为运转时、以从所述内燃机输出所述车辆要求功率的同时将所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式、控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机、而在由所述运转-停止判定部判定为运转停止时、以将所述内燃机运转停止的同时将所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式、控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机的控制部。
在本发明的混合动力车中，根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率的同时，根据蓄电装置的状态设定对蓄电装置充放电用的充放电功率，并根据设定的要求驱动功率设定补正功率。并且，根据设定的要求驱动功率和设定的充放电功率以及设定的补正功率，设定车辆要求的车辆要求功率，根据设定的车辆要求功率判定内燃机的运转和运转停止。在该判定中，判定为内燃机运转时，以从内燃机输出车辆要求功率的同时要求驱动功率向车轴输出的方式，控制内燃机和使用来自内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置以及可向车轴输出动力的电动机，在判定中，判定为内燃机的运转停止时，在使内燃机的运转停止的同时以使要求驱动功率向车轴输出的方式控制内燃机和发电装置以及发动机。由于使用反映要求驱动功率的补正功率来设定车辆要求功率，根据该车辆要求功率来判定内燃机的起动和运转的停止，所以通过补正功率能够使内燃机的起动和运转的停止不会频繁地反复进行。结果，能够使整车的能效提高。另外，作为判定为内燃机的运转停止时的内燃机的控制为进行例如维持燃料喷射控制的停止的控制等的、维持内燃机的运转停止状态的控制。
在本发明的如此混合动力车中，所述运转-停止判定部可在从所述车辆要求功率到第1规定功率以上(在本申请中“以上”包括其前面的本数)继续到比该第1规定功率要小的第2规定功率以上时、判定为所述内燃机的运转，而在从所述车辆要求功率至不足(未满)所述第2规定功率继续到不足所述第1规定功率时、判定为所述内燃机的运转停止；所述补正功率设定部可在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以使所述车辆要求功率超过所述第2规定功率的方式设定所述补正功率，而在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率不足所述第3规定功率时，或者在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转停止期间时，将所述补正功率设定为0值。此时，所述补正功率设定部可在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以使所述车辆要求功率成为比所述第2规定功率大且比所述第1规定功率小的第4规定功率的方式设定所述补正功率。此外，所述补正功率设定部也可在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率在所述第3规定功率以上时，以使所述充放电功率成为第5规定功率以下(在本申请中“以下”包括其前面的本数)的方式设定所述补正功率。
另外，在本发明的混合动力车中，所述车辆要求功率设定部也可根据所述设定的充放电功率与所述设定的补正功率中较大一方的功率与所述设定的要求驱动功率来设定所述车辆要求功率。
此外，在本发明的混合动力车中，所述发电装置可与所述内燃机的输出轴和连接到所述车轴上的驱动轴连接，随着电力和动力的输入和输出，可将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出。此时，所述发电装置也可具有与所述内燃机的输出轴和所述驱动轴以及第3轴这3个轴连接、根据由这3个轴中的任意2轴输入和向其输出(相对该任意2轴输入和输出)的动力、将动力由剩余轴输入和向其输出的3轴式动力输入输出部；和将动力由所述第3轴输入和向其输出的发电机。另外，所述发电装置也可以为具有安装到所述内燃机的输出轴上的第1转子和安装到所述驱动轴上的第2转子、随着该第2转子相对该第1转子的相对回转、通过该第1转子与该第2转子的电磁作用产生的电力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的发电机。
本发明的混合动力车的控制方法，其中，该混合动力车具有内燃机、可向车轴输出动力的电动机、使用来自所述内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置、将该发电装置和所述电动机的电力交换的可充放电蓄电装置，具有如下步骤(a)根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率，(b)根据所述蓄电装置的状态，设定将该蓄电装置充放电用的充放电功率，(c)根据所述设定的要求驱动功率设定补正功率，(d)设定车辆要求功率作为包含所述设定的要求驱动功率和所述设定的充放电功率以及所述设定的补正功率总和的功率，(e)根据所述设定的车辆要求功率，判定所述内燃机的运转和运转停止，(f)在该判定结果为所述内燃机处于运转状态时，以从所述内燃机输出所述车辆要求功率的同时使所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机，在所述判定结果为所述内燃机处于运转停止状态时，以所述内燃机运转停止的同时使所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机。
在本发明的混合动力车的控制方法中，根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率的同时，根据蓄电装置的状态设定对蓄电装置充放电用的充放电功率，并根据设定的要求驱动功率设定补正功率，并且，根据设定的要求驱动功率和设定的充放电功率以及设定的补正功率设定车辆要求的车辆要求功率，根据设定的车辆要求功率判定内燃机的运转和运转停止。在该判定中判定为内燃机运转时，以从内燃机输出车辆要求功率的同时、将要求驱动功率向车轴输出的方式，控制内燃机和使用来自该内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置以及可向车轴输出动力的电动机，在判定中判定为内燃机的运转停止时，在使内燃机的运转停止的同时以使要求驱动功率向车轴输出的方式控制内燃机和发电装置以及发动机。即，使用反映要求驱动功率的补正功率设定车辆要求功率，并根据该车辆要求功率判定内燃机的起动和运转的停止。因此，通过补正功率，能够使内燃机的起动和运转的停止不会频繁地反复进行。结果，能够使整车的能效提高。
在本发明的如此的混合动力车的控制方法中，所述步骤(e)也可为在从所述车辆要求功率至第1规定功率以上继续到比该第1规定功率要小的第2规定功率以上时判定为所述内燃机的运转，在从所述车辆要求功率至不足所述第2规定功率继续到不足所述第1规定功率时，判定为所述内燃机的运转停止，所述步骤(c)也可为在通过所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以所述车辆要求功率超过所述第2规定功率的方式设定所述补正功率；在通过所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率不足所述第3规定功率时，或者通过所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转停止期间时，将所述补正功率设定为0值。此时，所述步骤(c)也可为在所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以所述车辆要求功率成为比所述第2规定功率大且比所述第1规定功率小的第4规定功率的方式设定所述补正功率。还在此时，所述步骤(c)也可为在所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率在所述第3规定功率以上时，以使所述充放电功率成为第5规定功率以下的方式设定所述补正功率。
另外，在本发明的混合动力车的控制方法中，所述步骤(b)也可为根据所述设定的充放电功率与所述设定的补正功率中较大一方的功率与所述设定的要求驱动功率来设定所述车辆要求功率。
附图简述
图1为示意地示出本发明一实施例的混合动力汽车20的构成的构成图；图2为示出实施例的混合动力用电子控制单元70执行的驱动控制例程一例的流程图；图3为示出要求扭矩设定用图表一例的说明图；图4为示出实施例中使用的判定值P1～P4的大小关系的说明图；图5为示出将电机运转模式时的动力分配综合机构30的回转要素进行力学说明的共线图一例的说明图；图6为示出发动机22的动作线(driving line)一例和设定目标转速NE*和目标扭矩Te*状态的说明图；图7为示出将扭矩变换运转模式或充放电运转模式时的动力分配综合机构30的回转要素进行力学说明的共线图一例的说明图；图8为示出电机MG2的转速Nm2或发动机22的转速Ne、驱动要求功率Pr*、发动机要求功率Pe*、充放电要求功率Pb*的时间变化一例的说明图；图9为示意地示出变形例的混合动力汽车120的构成的构成图；图10为示意地示出变形例的混合动力汽车220的构成的构成图。
具体实施形式下面，对本发明的优选实施例进行说明。图1为示意地示出装载有本发明一实施例的动力输出装置的混合动力汽车20的构成的构成图。实施例的混合动力汽车20正如图示，具有发动机22，通过减振器(缓冲器)28而与作为发动机22的输出轴的曲轴26连接的3轴式的动力分配综合机构30，与动力分配综合机构30连接的可发电的电机MG1，在与动力分配综合机构30连接的、作为驱动轴的齿圈轴32a上安装的减速齿轮35，与该减速齿轮35连接的电机MG2，控制整个动力输出装置的混合动力用电子控制单元70。
发动机22为通过汽油或轻油等的碳氢化合物类的燃料输出动力的内燃机，通过输入从检测出发动机22运转状态的各种传感器来的信号的发动机用电子控制单元(以下称作发动机ECU)24，接受燃料喷射控制或点火控制、吸入空气量调节控制等的运转控制。发动机ECU24与混合动力用电子控制单元70通信连通，通过来自混合动力用电子控制单元70的控制信号运转控制发动机22，同时，根据需要，向混合动力用电子控制单元70输出与发动机22的运转状态有关的数据。
动力分配综合机构30具有外齿齿轮的太阳齿轮31、与该太阳齿轮31同轴设置的内齿齿轮的齿圈32、与太阳齿轮31啮合的同时与齿圈32啮合的多个小齿轮33、将多个小齿轮33保持可自由地自转或公转的行星齿轮架34，太阳齿轮31和齿圈32以及行星齿轮架34作为回转要素而构成进行差动作用的行星齿轮机构。动力分配综合机构30为，行星齿轮架34与发动机22的曲轴26连接，太阳齿轮31与电机MG1连接，减速齿轮35通过齿圈轴32a而与齿圈32连接，电机MG1作为发电机发挥功能时，从行星齿轮架34输入的、来自发动机22的动力根据其齿轮比分配于太阳齿轮31侧和齿圈32侧，而在电机MG1作为电动机发挥功能时，从行星齿轮架34输入的、来自发动机22的动力和从太阳齿轮31输入的、来自电机MG1的动力综合后向齿圈32侧输出。向齿圈32输出的动力从齿圈32开始、通过齿轮机构60和差动齿轮62，最终向车辆的驱动轮63a、63b输出。
电机MG1和电机MG2任意一个具有可作为发电机驱动的同时，可作为电动机驱动的公知的同步发电电动机的结构，通过逆变器41、42，与蓄电池50进行电力的交换。将逆变器41、42与蓄电池50连接的电力线54由各逆变器41，42共用的正极母线和负极母线构成，电机MG1、MG2之一发电产生的电力能够由另一电机消耗。因此，蓄电池50根据电机MG1、MG2任意一个发生的电力或电力不足而充放电。另外，如通过电机MG1、MG2获取电力收支的平衡，则蓄电池50就不进行充放电。电机MG1、MG2每一个均由电机用电子控制单元(以下称作电机ECU)40驱动控制。向电机ECU40输入驱动控制电机MG1，MG2用的必要信号，例如输入从检测出电机MG1、MG2的转子的回转位置用的回转位置检测传感器43、44来的信号或者由未图示的电流传感器检测出的、施加到电机MG1、MG2上的相电流等，由电机ECU40向逆变器41，42输出开关控制信号。电机ECU40与混合动力用电子控制单元70通信连通，根据来自混合动力用电子控制单元70的控制信号驱动控制电机MG1、MG2的同时，根据需要，将与电机MG1、MG2的运转状态有关的数据向混合动力用电子控制单元70输出。
蓄电池50由蓄电池用电子控制单元(以下称作蓄电池ECU)52管理。管理蓄电池50的必要信号例如从设置于蓄电池50的端子间的、未图示的电压传感器来的端子间电压，从在与蓄电池50的输出端子连接的电力线54上安装的、未图示的电流传感器来的充放电电流，从安装到蓄电池50上的温度传感器51来的电池温度Tb等向蓄电池ECU52输入，根据需要，与蓄电池50的状态有关的数据通过信息传递向混合动力用电子控制单元70输出。另外，在蓄电池ECU52中，为了管理蓄电池50，也基于由电流传感器检测出的充放电电流的积算值计算剩余容量(SOC)。
混合动力用电子控制单元70由以CPU72为中心的微处理器构成，除了CPU72，还具有记忆处理程序的ROM74，暂时记忆数据的RAM76，未图示的输入和输出端口和通信端口。来自点火开关80的点火信号，从检测出变速(换档)杆81的操作位置的变速位置传感器82来的变速位置SP，从检测出加速踏板83的踩下量的加速踏板位置传感器84来的加速(踏板)开度Acc，从检测出制动踏板85的踩下量的制动踏板位置传感器86来的制动踏板位置BP，来自车速传感器88的车速V等通过输入端口向混合动力用电子控制单元70输入。混合动力用电子控制单元70正如前述，通过通信端口与发动机ECU24或电机ECU40、蓄电池ECU52连接，与发动机ECU24或电机ECU40、蓄电池ECU52进行各种控制信号或数据的交换。
如此结构的实施例的混合动力汽车20基于与驾驶员对加速踏板83的踩下量相对应的加速踏板开度Acc和车速V，计算应当向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩，运转控制发动机22和电机MG1以及电机MG2，以将与该要求扭矩相对应的要求动力向齿圈轴32a输出。作为发动机22和电机MG1以及电机MG2的运转控制，具有与要求动力相称的动力以从发动机22输出的方式运转控制发动机22的同时，从发动机22输出的动力的全部通过动力分配综合机构30与电机MG1和电机MG2进行扭矩变换，以向齿圈轴32a输出的方式驱动控制电机MG1和电机MG2的扭矩变换运转模式；或与要求动力和蓄电池50的充放电所需的电力之和相称的动力以从发动机22输出的方式运转控制发动机22的同时，随着蓄电池50的充放电，从发动机22输出的动力的全部或其一部分随着通过动力分配综合机构30与电机MG1和电机MG2所进行的扭矩变换，以要求动力向齿圈轴32a输出的方式驱动控制电机MG1和电机MG2的充放电运转模式；停止发动机22的运转，将与来自电机MG2的要求动力相称的动力以向齿圈轴32a输出的方式进行运转控制的电机运转模式等。
下面，对如此构成的实施例的混合动力汽车20的动作、特别是将与驾驶员的加速踏板83的踩下(量)相应的驱动力向作为驱动轴的齿圈轴32a输出时的动作进行说明。图2为示出由混合动力用电子控制单元70执行的驱动控制例程一例的流程图。该例程每隔规定的时间(例如每隔8msec)反复地执行。
执行驱动控制例程时，混合动力用电子控制单元70的CPU72，首先，进行对来自加速踏板位置传感器84的加速踏板开度Acc或来自车速传感器88的车速V、电机MG1、MG2的转速Nm1，Nm2、蓄电池50的充放电要求功率Pb*等的控制所需要的数据加以输入的处理(步骤S100)。在此，电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2将根据由回转位置检测传感器43、44检测出的电机MG1、MG2的转子的回转位置计算出的结果，通过通信传递而从电机ECU40输入。另外，充放电要求功率Pb*使用以蓄电池50的剩余容量(SOC)比基准值大时其越大则放电用功率就越大的方式、并且剩余容量(SOC)比基准值小时其越小则充电用的功率就越大的方式预先设定的图表，将由蓄电池ECU52设定的数据经通信传递从蓄电池ECU52输入。
如此输入数据后，根据输入的加速踏板开度Acc和车速V，设定作为车辆要求的扭矩的应向与驱动轮63a、63b连接的、作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr*，和应当向齿圈轴32a输出的、作为驱动用功率的驱动要求功率Pr*(步骤S110)。要求扭矩Tr*在实施例中，以预先设定加速踏板开度Acc、车速V和要求扭矩Tr*的关系，作为要求扭矩设定用图表记忆于ROM74中，给予加速踏板开度Acc和车速V时，导出和设定与记忆的图表相对应的要求扭矩Tr*。图3示出要求扭矩设定用图表的一例。驱动要求扭矩Pr*可将设定的要求扭矩Tr*乘以齿圈轴32a的转速Nr而算出。另外，齿圈轴32a的转速Nr通过将车速V乘以换算系数k而求出，并且可用减速齿轮35的齿轮比Gr除电机MG2的转速Nm2求出。
设定要求扭矩Tr*和驱动要求扭矩Pr*后，判定发动机22是否在运转(步骤S120)。发动机22为运转停止时，将驱动要求功率Pr*、充放电要求功率Pb*、损耗(Loss)和辅机用功率Ph之和，计算作为车辆要求的功率、应当从发动机22输出的发动机要求功率Pe*(步骤S130)，将计算出的发动机要求功率Pe*与发动机起动判定值P1比较(步骤S140)。图4示出该实施例中使用的判定值P1～P4的大小关系。P2为发动机停止判定值，P3为为了抑制发动机22频繁地起动和停止对充放电要求功率Pb*进行补正时的下限值(补正下限值)，P4为补正充放电要求功率Pb*时的补正上限值。P3，P4将在后面描述。在实施例中，基本上，发动机22在运转停止的状态下，发动机要求功率Pe*在超过发动机起动判定值P1时，使发动机22起动，而在发动机22在运转的状态下，发动机要求功率Pe*在低于发动机停止判定值P2时，停止发动机22的运转。
发动机要求功率Pe*不足发动机起动判定值P1时，不进行发动机22的起动，判断为电机运转模式下的行走，将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*、电机MG1的扭矩指令Tm1设定为0值(步骤S150，S160)，将通过用电机MG2的转速Nm2除蓄电池50的输出限制值(极限值)Wout、作为可从电机MG2输出的扭矩的上限的扭矩限制值Tmax由下式(1)算出(步骤S170)，同时，用减速齿轮35的齿轮比Gr除要求扭矩Tr*、作为应当从电机MG2输出的扭矩的临时电机扭矩Tm2tmp由下式(2)算出(步骤S180)，将计算的扭矩限制值Tmax与临时电机扭矩Tm2tmp比较，将较小一方设定为电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S190)。通过如此设定电机MG2的扭矩指令Tm2*，向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr*可作为在蓄电池50的输出限制的范围内限制的扭矩来设定。
Tmax＝Wout/Nm2...(1)Tm2tmp＝Tr*/Gr...(2)如此设定发动机22的目标转速Ne*或目标扭矩Te*，电机MG1的扭矩指令Tm1*，电机MG2的扭矩指令Tm2*后，将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*向发动机ECU24传送的同时，将电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*向电机ECU40传送(步骤S300)，结束本例程。接受值为0的目标转速Ne*和目标扭矩Te*的发动机ECU24在发动机22处于运转停止状态下维持该状态，而当发动机22在运转时，为了停止发动机22的运转，停止燃料喷射或点火控制。接受扭矩指令Tm1*、Tm2*的电机ECU40进行逆变器41的6个开关元件的开关控制，以使电机MG1的扭矩成为0值，并进行逆变器42的6个开关元件的开关控制，以从电机MG2输出扭矩指令Tm2*的扭矩。通过进行如此控制，在停止发动机22运转的状态下，可将来自电机MG2的在蓄电池50的输出限制Wout范围内的要求扭矩Tr*向齿圈轴32a输出。此时，因发动机22的摩擦扭矩大于电机MG1这一方，因此电机MG1根据动力分配综合机构30的齿轮比ρ回转。图5为示出电机运转模式中的动力分配综合机构30的各回转要素的转速与扭矩的关系的共线图一例的视图。图中，左边的S轴表示为电机MG1的转速Nm1的太阳齿轮31的转速的一例，C轴表示为发动机22的转速Ne的行星齿轮架34的转速，R轴表示为电机MG2的转速Nm2乘以减速齿轮35的齿轮比Gr的齿圈32的转速Nr。
另外，在步骤S140中，发动机要求功率Pe*大于或等于发动机起动判定值P1时，根据设定的发动机要求功率Pe*设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*(步骤S250)。这种设定为根据使发动机22有效动作的动作线和发动机要求功率Pe*来设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*。图6示出设定发动机22的动作线的一例和设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*的状况。正如图示，目标转速Ne*和目标扭矩Te*可通过在动作线与发动机要求功率Pe*(Ne*×Te*)的一定曲线的交点求出。
下面，使用设定的目标转速Ne*和齿圈轴32a的转速Nr(Nm2/Gr)和动力分配综合机构30的齿轮比ρ，通过下式(3)计算电机MG1的目标转速Nm1*，同时，根据计算的目标转速Nm1*和目前的转速Nm1，用下式(4)计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S260)。在此，式(3)为相对动力分配综合机构30的回转要素的力学关系式。图7示出动力分配综合机构30的回转要素中的转速与扭矩的力学关系的共线图。式(3)如使用该共线图可容易导出。另外，R轴上的2个粗线箭头表示为在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的运转点下使发动机22正常运转时，从发动机22输出的扭矩Te*向齿圈轴32a传递的扭矩和从电机MG2输出的扭矩Tm2*通过减速齿轮35作用于齿圈轴32a上的扭矩。另外，式(4)为使电机MG1以目标转速Nm1*回转用的反馈控制中的关系式，式(4)中，右边第2项的“k1”为比例项的增益，右边第3项的“k2”为积分项的增益。
Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)...(3)Tm1*＝前次Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt...(4)如此计算电机MG1的目标转速Nm1*和扭矩指令Tm1*后，将蓄电池50的输出限制Wout与电机MG1的扭矩指令Tm1*乘以目前的电机MG1的转速Nm1获得的电机MG1的消耗电力(发电电力)的偏差通过用电机MG2的转速Nm2相除，通过下式(5)计算可从电机MG2输出的、作为扭矩上限的扭矩限制值Tmax(步骤S270)，同时，使用目标扭矩Tr*和扭矩指令Tm1*以及动力分配综合机构30的齿轮比ρ通过式(6)计算应当从电机MG2输出的作为扭矩的临时电机扭矩Tm2tmp(步骤S280)，将计算出的扭矩限制值Tmax与临时电机扭矩Tm2tmp比较，较小方设定为电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S290)。通过如此设定电机MG2的扭矩指令Tm2*，向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的目标扭矩Tr*可在蓄电池50的输出限制值范围内作为限制的扭矩来设定。另外，式(6)可容易地从前述的图7的共线图导出。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2...(5)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr...(6)如此设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*、电机MG1的扭矩指令Tm1*、电机MG2的扭矩指令Tm2*后，将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*向发动机ECU24传送，同时，将电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*向电机ECU40传送(步骤S300)，结束本例程。接受目标转速Ne*或目标扭矩Te*的发动机ECU24在使发动机22起动的同时，以使发动机22在由目标转速Ne*和目标扭矩Te*所示的运转点运转的方式进行燃料喷射控制和点火控制等。另外，接受扭矩指令Tm1*、Tm2*的电机ECU40以在扭矩指令Tm1*下驱动电机MG1的同时在扭矩指令Tm2*下驱动电机MG2的方式，进行逆变器41、42的开关元件的开关控制。
在步骤S120中，判定为发动机22处于运转状态时，判定为驱动要求功率Pr*是否在补正下限值P3以上、不足补正上限值P4(步骤S200)。驱动要求功率Pr*不足补正下限值P3时，应当停止发动机22的运转，成为电机运转模式，进行步骤S130以后的处理。对步骤S130以下的处理已进行了详述。
驱动要求功率Pr*在补正下限值P3以上、不足补正上限值P4时，将从补正上限值P4减去驱动要求功率Pr*的数值与充电限制值P5相比，将较小一方设定为补正功率Pa(步骤S220)，将充放电要求功率Pb*与补正功率Pa中较大一方设定为新的充放电要求功率Pb*(步骤S230)。在此，在补正功率Pa的设定中，考虑到从补正上限值P4减去驱动要求功率Pr*的数值为使得在补正后的充放电要求功率Pb*和驱动要求功率Pr*的和不为过大值而在补正上限值P4以下，考虑到充电限制值P5为使得不设定过大的充放电要求功率Pb*。另外，充电限制值P5如果为比使蓄电池50可充电的功率的上限值低的数值，则可以设定为任意数值。在如此设定充放电要求功率Pb*后，计算驱动要求功率Pr*、充放电要求功率Pb*、损耗Loss和辅机用功率Ph的和，以作为车辆要求的功率的、应当从发动机22输出的发动机要求功率Pe*(步骤S240)，执行步骤S250以下的处理，结束本例程。如此，驱动要求功率Pr*在补正下限值P3以上、不足补正上限值P4时，根据驱动要求功率Pr*补正充放电要求功率Pb*，可继续发动机22的运转。由此，抑制发动机22的起动和运转的停止的频繁发生。
在步骤S200中，驱动要求功率Pr*在补正上限值P4以上时，判断为不必补正充放电要求功率Pb*，执行步骤S240以下的处理，结束本例程。
图8为示出电机MG2的转速Nm2和发动机22的转速Ne，驱动要求功率Pr*，发动机要求功率Pe*，充放电要求功率Pb*的时间变化一例的说明图。驱动要求功率Pr*在时间t1附近和时间t2附近低于发动机停止判定值P2，但由于驱动要求功率Pr*在补正下限值P3以上，所以要设定补正功率Pa，对充放电要求功率Pb*进行补正。结果，设定比发动机停止判定值P2大的补正上限值P4附近的发动机要求功率Pe*，继续发动机22的运转。在时间t3附近，由于驱动要求功率Pr*低于补正下限值P3，充放电要求功率Pb*不必补正，停止发动机22的运转。图中，发动机22的转速Ne的降低较慢(延迟)是因为不能瞬时停止发动机22。另外，由电机MG2的转速Nm2的变化了解到在其间车辆继续行走。
根据上述实施例的混合动力汽车20，基于驱动要求功率Pr*设定补正功率Pa，通过使用该补正功率Pa补正充放电要求功率Pb*，能够抑制发动机22的起动和运转停止频繁地反复进行。结果，与发动机22的起动和运转停止频繁地反复进行相比，能够提高整个车辆的能效。并且，由于用充电限制值P5限制补正功率Pa，不会设定过大的充放电要求功率Pb*，蓄电池50不会由过大的充放电要求功率Pb*充电。当然，驾驶员能够将要求的驱动要求功率Pr*向作为驱动轴的齿圈轴32a输出而行走。
在实施例的混合动力汽车20中，驱动要求功率Pr*在补正下限值P3以上、不足补正上限值P4时，设定补正功率Pa，但如果驱动要求功率Pr*在补正下限值P3以上，即使不是不足补正上限值P4，也可设定补正功率Pa。
另外，在实施例的混合动力汽车20中，将从补正上限值P4减去驱动要求功率Pr*的数值和充电限制值P5中较小一方设定为补正功率Pa，但也可通过驱动要求功率Pr*越大则越向小的倾向设定补正功率Pa等的各种方法来设定补正功率Pa。
在实施例的混合动力汽车20中，设定补正功率Pa，使用该补正功率Pa来补正充放电要求功率Pb*，但也可根据补正功率Pa来补正发动机要求功率Pe*。此时，可以计算作为驱动要求功率Pr*、充放电要求功率Pb*、补正功率Pa、损耗Loss和辅机用功率Ph之和的发动机要求功率Pe*。
在实施例的混合动力汽车20中，由减速齿轮35将电机MG2的动力变速后向齿圈轴32a输出，但也可如图9的变形例的混合动力汽车120所例示的，也可将电机MG2的动力同与连接齿圈轴32a的车轴(与驱动轮63a、63b连接的车轴)不同的车轴(图9中与车轮64a、64b连接的车轴)连接。
在实施例的混合动力汽车20中，将发动机22的动力通过动力分配综合机构30向与驱动轮63a，63b连接的、作为驱动轴的齿圈轴32a输出，但也可如图10的变形例的混合动力汽车220所例示的，可具有与发动机22的曲轴26连接的内转子232和与将动力向驱动轮63a、63b输出的驱动轴连接的外转子234，将发动机22的动力的一部分向驱动轴传递的同时、将其余的动力变换为电力的成对转子电动机230。
以上，用实施例对本发明的实施形态进行了说明，但本发明并不限于这些实施例，不用说，在不脱离本发明的要旨的范围内，可采用各种形态实施。
权利要求
1.一种具有内燃机和可向车轴输出动力的电动机的混合动力车，其特征在于，具有使用来自所述内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置；与所述发电装置和所述电动机进行电力交换的可充放电的蓄电装置；和控制装置，所述控制装置具有根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率的要求驱动功率设定部，根据所述蓄电装置的状态设定使该蓄电装置充放电的充放电功率的充放电功率设定部，根据所述设定的要求驱动功率设定补正功率的补正功率设定部，根据所述设定的要求驱动功率、所述设定的充放电功率和所述设定的补正功率设定车辆要求的车辆要求功率的车辆要求功率设定部，根据该设定的车辆要求功率判定所述内燃机的运转和运转停止的运转-停止判定部，和在由所述运转-停止判定部判定为运转时、以从所述内燃机输出所述车辆要求功率的同时将所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式、控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机、而在由所述运转-停止判定部判定为运转停止时、以将所述内燃机运转停止的同时将所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式、控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机的控制部。
2.按照权利要求1所述的混合动力车，其特征在于，所述运转-停止判定部在从所述车辆要求功率到第1规定功率以上继续到比该第1规定功率要小的第2规定功率以上时、判定为所述内燃机的运转，而在从所述车辆要求功率至不足所述第2规定功率继续到不足所述第1规定功率时、判定为所述内燃机的运转停止；所述补正功率设定部在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以使所述车辆要求功率超过所述第2规定功率的方式设定所述补正功率，而在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率不足所述第3规定功率时，或者在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转停止期间时，将所述补正功率设定为0值。
3.按照权利要求2所述的混合动力车，其特征在于，所述补正功率设定部在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以使所述车辆要求功率成为比所述第2规定功率大且比所述第1规定功率小的第4规定功率的方式设定所述补正功率。
4.按照权利要求3所述的混合动力车，其特征在于，所述补正功率设定部在所述运转-停止判定部判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率在所述第3规定功率以上时，以使所述充放电功率成为第5规定功率以下的方式设定所述补正功率。
5.按照权利要求1所述的混合动力车，其特征在于，所述车辆要求功率设定部根据所述设定的充放电功率与所述设定的补正功率中较大一方的功率与所述设定的要求驱动功率来设定所述车辆要求功率。
6.按照权利要求1所述的混合动力车，其特征在于，所述发电装置与所述内燃机的输出轴和连接到所述车轴上的驱动轴连接，随着电力和动力的输入和输出，可将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出。
7.按照权利要求6所述的混合动力车，其特征在于，所述发电装置具有与所述内燃机的输出轴和所述驱动轴以及第3轴这3个轴连接、根据由这3个轴中的任意2轴输入和向其输出的动力、将动力由剩余轴输入和向其输出的3轴式动力输入输出部；和将动力由所述第3轴输入和向其输出的发电机。
8.按照权利要求6所述的混合动力车，其特征在于，所述发电装置为具有安装到所述内燃机的输出轴上的第1转子和安装到所述驱动轴上的第2转子、随着该第2转子相对该第1转子的相对回转、通过该第1转子与该第2转子的电磁作用产生的电力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的发电机。
9.一种具有内燃机和可向车轴输出动力的电动机的混合动力车，其特征在于，具有使用来自所述内燃机的动力的至少一部分发电的发电部；使所述发电部和所述电动机的电力交换的可充放电的蓄电部；根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率的要求驱动功率设定部；根据所述蓄电部的状态设定该蓄电部充放电用的充放电功率的充放电功率设定部；根据所述设定的要求驱动功率设定补正功率的补正功率设定部；根据所述设定的要求驱动功率、所述设定的充放电功率和所述设定的补正功率来设定所述车辆要求的车辆要求功率的车辆要求功率设定部；根据该设定的车辆要求功率判定所述内燃机的运转和运转停止的运转-停止判定部；在由所述运转-停止判定部判定为运转时、以从所述内燃机输出所述车辆要求功率的同时将所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式控制所述内燃机和所述发电部以及所述电动机，而在由所述运转-停止判定部判定为运转停止时、以将所述内燃机运转停止的同时将所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式控制所述内燃机和所述发电部以及所述电动机的控制部。
10.一种混合动力车的控制方法，该混合动力车具有内燃机、可向车轴输出动力的电动机、使用来自所述内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置、使该发电装置和所述电动机的电力交换的可充放电蓄电装置，所述控制方法的特征在于，具有如下步骤(a)根据驾驶员的操作设定行走用的要求驱动功率，(b)根据所述蓄电装置的状态设定该蓄电装置充放电用的充放电功率，(c)根据所述设定的要求驱动功率设定补正功率，(d)设定车辆要求功率作为包含所述设定的要求驱动功率和所述设定的充放电功率以及所述设定的补正功率总和的功率，(e)根据所述设定的车辆要求功率判定所述内燃机的运转和运转停止，(f)在该判定结果为所述内燃机处于运转状态时，以从所述内燃机输出所述车辆要求功率的同时使所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机，在所述判定结果为所述内燃机处于运转停止状态时，以使所述内燃机运转停止的同时使所述要求驱动功率向所述车轴输出的方式控制所述内燃机和所述发电装置以及所述电动机。
11.按照权利要求10所述的混合动力车的控制方法，其特征在于，所述步骤(e)为在从所述车辆要求功率至第1规定功率以上继续到比该第1规定功率要小的第2规定功率以上时，判定为所述内燃机的运转，在从所述车辆要求功率至不足所述第2规定功率继续到不足所述第1规定功率时，判定为所述内燃机的运转停止，所述步骤(c)为在通过所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以所述车辆要求功率超过所述第2规定功率的方式设定所述补正功率；在通过所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率不足所述第3规定功率时，或者通过所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转停止期间时，将所述补正功率设定为0值。
12.按照权利要求11所述的混合动力车的控制方法，其特征在于，所述步骤(c)为在所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率为比所述第2规定功率要小的第3规定功率以上时，以所述车辆要求功率成为比所述第2规定功率大且比所述第1规定功率小的第4规定功率的方式设定所述补正功率。
13.按照权利要求12所述的混合动力车的控制方法，其特征在于，所述步骤(c)为在所述步骤(e)判定为所述内燃机的运转期间、所述要求驱动功率在所述第3规定功率以上时，以使所述充放电功率成为第5规定功率以下的方式设定所述补正功率。
14.按照权利要求10所述的混合动力车的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)为根据所述设定的充放电功率与所述设定的补正功率中较大一方的功率与所述设定的要求驱动功率来设定所述车辆要求功率。
全文摘要
由加速踏板开度Acc设定的驱动要求功率Pr
文档编号B60K6/02GK1762748SQ20041008646
公开日2006年4月26日 申请日期2004年10月20日 优先权日2004年10月20日
发明者牟田浩一郎 申请人:丰田自动车株式会社