专利名称：车辆及其控制方法
技术领域：
本发明涉及车辆及其控制装置，具体来说，涉及装载有至少具有可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置的车辆及其控制方法。
背景技术：
在过去，作为这种车辆，人们提出有一种车辆，其在从制动驱动电动机到牵引驱动电动机之际，改变指令速度的变化率而对电动机进行驱动控制(比如，参照特开2000-50420号公报)。在该车辆中，在外加于电动机的电流值超过规定值以前，以较小的变化率使指令速度变化，在电流值超过规定值时，以较大的变化率使指令值变化，从而驱动电动机。由此，可平滑地进行加速。
发明内容
在这样的车辆中，在电动机进行制动驱动时，即使驾驶者要求较大的加速度的牵引驱动，也仍然以较小的变化率使指令速度变化而对电动机进行驱动控制，直至电流值超过规定值，因此，无法反映驾驶者的要求。
本发明的车辆及其控制方法，其一个目的在于平滑地进行从车辆的制动状态向驱动状态的转移。另外，本发明的车辆及其控制方法的另一目的在于能够更加反映驾驶者的要求。
为了实现上述目的的至少一部分，本发明的车辆及其控制方法采用下述的方案。
本发明的车辆，是装载有至少具备可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置的车辆，其特征在于，具备要求驱动力设定装置，其根据驾驶者的驱动力要求操作设定要求驱动力；变化允许值设定装置，其在当前从上述驱动装置输出的当前驱动力在包括0值的规定驱动力范围内时，根据该当前驱动力与上述所设定的要求驱动力之间的驱动力偏差和该当前驱动力的时间上的变化，设定从该驱动装置输出的驱动力的变化允许值，在上述当前驱动力在上述规定驱动力范围之外时，以规定值设定上述变化允许值；目标驱动力设定装置，其通过将上述所设定的要求驱动力限制在上述所设定的变化允许值的范围内，设定应从上述驱动装置输出的目标驱动力；控制装置，其以输出该所设定的目标驱动力的方式控制上述驱动装置。
在本发明的车辆中，在从至少具有可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置当前输出的当前驱动力在包括0值的规定驱动力范围内时，根据该当前驱动力和基于由驾驶者作出的驱动力要求操作而设定的要求驱动力之间的驱动力偏差、和当前驱动力的时间上的变化，来设定从驱动装置输出的驱动力的变化允许值，在当前驱动力在规定驱动力范围之外时，以规定值设定变化允许值。然后，通过将所设定的要求驱动力限制在所设定的变化允许值的范围内而设定应从驱动装置输出的目标驱动力，以输出所设定的目标驱动力的方式对驱动装置进行控制。因此，可根据当前从驱动装置输出的当前驱动力是否在包括0值的规定驱动力范围内来进行更适合的控制。其结果是，能够平滑地进行从车辆的制动状态向驱动状态的转移，并且能够更加反映驾驶者的要求。在这里，“驱动力”包括正的驱动力和负的驱动力(制动力)。另外，“当前驱动力的时间上的变化”包括从此前较短时间开始到当前为止的当前驱动力的变化轨迹、以及从当前开始推定到此后较短时间内的当前驱动力的变化(推定的轨迹)等。
在这样的本发明的车辆中，上述变化允许值设定装置，在上述当前驱动力在上述规定驱动力范围内时，并且上述当前驱动力的时间上的变化跨过0值地变化时，并且在上述动力偏差小于规定偏差时，按照该当前驱动力越接近0值则越小的倾向，设定上述变化允许值，在虽然上述当前驱动力在上述规定驱动力范围内，但上述当前驱动力的时间上的变化不会跨过0值地变化时，或上述动力偏差大于或等于上述规定偏差时，以上述规定值设定上述变化允许值。即，在驾驶者的加减速要求较平稳，作用在车辆上的驱动力跨过0值地变化的情况下，在当前驱动力在接近0值的规定驱动力范围内时，按照当前驱动力越接近0值则使其越小的倾向设定变化允许值，在除此以外的情况下，比如，在驾驶者的加速要求较紧急时等情况下，将变化允许值设定为规定值。由此，能够根据较平缓加减速要求而在驱动力超过0值时平滑地进行车辆的加减速，并且相对于较紧急的加减速要求能够更加确实地反映驾驶者的要求。在这里，所谓“当前驱动力的时间上的变化跨过0值地变化时”，包括当前驱动力此后将要跨过0值时，以及当前驱动力已经跨过0值时。
在该与较平稳的加减速要求与较紧急的加减速要求相对应的形式的本发明的车辆中，上述变化允许值设定装置是相对上述当前驱动力的变化以基本平滑的变化设定上述变化允许值的装置。如果这样，能够更平滑地进行车辆的加减速。
另外，在该与较平稳的加减速要求与较紧急的加减速要求相对应的形式的本发明的车辆中，还具备根据上述驱动力要求操作的操作速度以及车速来设定上述规定偏差的规定偏差设定装置。这样，能够进行与驱动力要求操作的操作速度、车速相对应的车辆的加减速。在这种情况下，上述规定偏差设定装置，是按照上述驱动力要求操作的操作速度越大则其越小的倾向及上述车速越大则其越小的倾向来设定上述规定偏差的装置。这是因为驱动力要求操作的操作速度越大，则由驾驶者作出的加减速要求越急，车速越大则加减速的平滑度给乘客带来的影响越小。
在本发明的车辆中，上述当前驱动力是在通过上述要求驱动力设定装置设定上述要求驱动力时所设定的目标驱动力。这样则不必检测当前驱动力。
在本发明的车辆中，上述原动机也可为电动机。在这种情况下，上述驱动装置也可包括内燃机、可利用上述内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置、以及可与该发电装置和上述电动机进行电力交换的蓄电装置。
在该驱动装置包括发电装置的形式的本发明的车辆中，其中上述发电装置，是与上述内燃机的输出轴和连结在上述车轴上的驱动轴相连接，随着电力和动力的输入输出而将来自该内燃机的动力的至少一部分输出给该驱动轴的装置。在此情况下，上述发电装置是具备三轴式动力输入输出装置和发电机的装置，该三轴式动力输入输出装置，是与上述内燃机的输出轴、上述驱动轴和第三轴这三根轴相连接、且根据相对于该三根轴之中的任意的2根轴输入输出的动力而对剩余的轴进行动力的输入输出的三轴式动力输入输出装置，该发电机是相对于第三根轴进行动力的输入输出的发电机；还可以设为上述发电装置是成对转子电机，该成对转子电机，具有安装在上述内燃机的输出轴上的第1转子和安装在上述驱动轴上的第2转子，伴随由该第1转子和该第2转子的电磁作用进行的电力的输入输出，将来自该内燃机的动力的至少一部分输出给该驱动轴。
本发明的车辆的控制方法，是装载有至少具备可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置的车辆的控制方法，其包括下述步骤(a)根据驾驶者的驱动力要求操作设定要求驱动力；(b)在当前从上述驱动装置输出的当前驱动力在包括0值的规定驱动力范围内时，根据该当前驱动力与上述所设定的要求驱动力之间的驱动力偏差和该当前驱动力的时间上的变化，设定从该驱动装置输出的驱动力的变化允许值，在该当前驱动力在上述规定驱动力范围之外时，以规定值设定上述变化允许值；(c)通过将上述所设定的要求驱动力限制在上述所设定的变化允许值的范围内，设定应从上述驱动装置输出的目标驱动力；(d)以输出该所设定的目标驱动力的方式控制上述驱动装置。
在本发明的车辆的控制方法中，当从至少具有可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置当前输出的当前驱动力在包括0值的规定驱动力范围内时，根据该当前驱动力与基于由驾驶者作出的驱动力要求操作而设定的要求驱动力之间的驱动力偏差、和当前驱动力的时间上的变化，设定从驱动装置输出的驱动力的变化允许值，在该当前驱动力在规定驱动力范围之外时，以规定值设定变化允许值。然后，通过将所设定的要求驱动力限制在所设定的变化允许值的范围内，从而设定应从驱动装置输出的目标驱动力，以输出该所设定的目标驱动力的方式对驱动装置进行控制。因此，可根据当前从驱动装置输出的当前驱动力是否在包括0值的规定驱动力范围内，来进行更适合的控制。其结果是，可平滑地从车辆的制动状态向驱动状态的转移，并且可更加反映驾驶者的要求。在此，“驱动力”包括正的驱动力和负的驱动力(制动力)。另外，“当前驱动力的时间上的变化”包括从此前较短的时间开始到当前的当前驱动力的变化轨迹，以及从当前向此后推定较短时间的推定的当前驱动力的变化(推定的轨迹)等。
图1为简要表示本发明的一个实施例的混合动力汽车(复合式汽车)20的结构的结构图；图2为表示由实施例的混合用电子控制单元70执行的驱动控制程序的一例的流程图。
图3为表示蓄电池50的电池温度Tb和输入输出限制Win、Wout之间的关系的一例的说明图。
图4为表示蓄电池50的剩余容量(SOC)与输入输出限制Win、Wout的修正系数之间的关系的一例的说明图。
图5为表示要求转矩设定用图表的一例的说明图。
图6为表示设定相对车速V的判定值Tj1的判定值设定图表的一例的说明图。
图7为表示设定相对加速器变化速度ΔAcc的判定值Tj2的判定值设定图表的一例的说明图。
图8为表示缓慢变化用图表的一例的说明图。
图9为表示用于在力学上说明动力分配统合机构30的旋转部的共线图的一例的说明图。
图10为表示设定发动机22的动作线的一例与目标转速Ne*及目标转矩Te*的状态的说明图。
图11为表示从制动状态到加速状态时的执行转矩T*的时间上的变化的一例的说明图。
图12为表示在从加速状态减速执行转矩T*即将跨过0值之前、处于加速状态时的执行转矩T*的时间上的变化的一例的说明图。
图13为表示变形例的缓慢变化用图表的一例的说明图。
图14为表示采用变形例的缓慢变化用图表时的从制动状态到加速状态之际的执行转矩T*的时间上的变化的一例的说明图。
图15为简要表示变形例的混合动力汽车120的结构的结构图。
图16为简要表示变形例的混合动力汽车220的结构的结构图。
具体实施例方式
下面通过实施例，对本发明的具体实施方式
进行描述。图1为简要表示本发明的一个实施例的、装载有动力输出装置的混合动力汽车20的结构的结构图。实施例的混合动力汽车20，如图所示，包括发动机22、经由减震器28而与作为发动机22的输出轴的曲轴26相连接的3轴式的动力分配统合机构30、与上述动力分配统合机构30相连接的可发电的电机MG1、安装在作为与动力分配统合机构30连接的驱动轴的环形齿轮轴32a上的减速齿轮35、与该减速齿轮35连接的电机MG2、对动力输出装置整体进行控制的混合用电子控制单元70。
发动机22为通过汽油或轻油等的炭化氢系的燃料而输出动力的内燃机，由从检测发动机22的运转状态的各种传感器输入信号的发动机用电子控制单元(在下面称为“发动机ECU”)24来接收燃料喷射控制、点火控制、吸入空气量调节控制等的运转控制。发动机ECU24与混合用电子控制单元70通信，通过来自混合用电子控制单元70的控制信号对发动机22进行运转控制，并且根据需要将与发动机22的运转状态有关的数据输出给混合用电子控制单元70。
动力分配统合机构30作为行星齿轮机构而被构成，该行星齿轮机构是包括外齿齿轮的太阳齿轮31、与太阳齿轮31同心圆地配置的内齿齿轮的环形齿轮32、与太阳齿轮31啮合并同时与环形齿轮32啮合的多个小齿轮33、自转且公转自如地保持多个小齿轮33的架体34，将太阳齿轮31和环形齿轮32与架体34作为旋转部而进行差动作用的行星齿轮机构。在动力分配统合机构30中，在架体34上连接着发动机22的曲轴26，在太阳齿轮31上连接着电机MG，在环形齿轮32上经由环形齿轮轴32a连接着减速齿轮35，在电机MG1用作发电机时，将由架体34输入的来自发动机22的动力向太阳齿轮31侧和环形齿轮32侧按照其齿轮比分配，在电机MG1用作电动机时，将由架体34输入的来自发动机22的动力和由太阳齿轮31输入的来自电机MG1的动力综合(统合)而向环形齿轮32侧输出。向环形齿轮32输出的动力，从环形齿轮轴32a经由齿轮机构60和差动齿轮62最终被输出到车辆的驱动轮63a、63b。
电机MG1和电机MG2均由既可作为发电机而驱动又可作为电动机而驱动的众所周知的同步发电电动机构成，通过转换器41、42与蓄电池50进行电力交换。连接转换器41、42与蓄电池50的电力线54，作为各转换器41、42共用的正极母线和负极母线而被构成，由电机MG1、MG2中的任何一个发出的电力均可由另一个电机消耗。因此，蓄电池50可根据电机MG1、MG2中的任何一个产生的电力或电力的不足而进行充放电。另外，如果通过电机MG1、MG2而获得了电力输入输出的平衡，则蓄电池50就不进行充放电。电机MG1、MG2均由电机用电子控制单元(在下面称为“电机ECU”)40进行驱动控制。向该电机ECU40中输入为驱动控制电机MG1、MG2所必需的信号，例如来自检测电机MG1、MG2的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43、44的信号、通过图未示的电流传感器来检测的外加到电机MG1、MG2上的相电流等，从该电机ECU40，输出向转换器41、42输入的开关控制信号。该电机ECU40与混合用电子控制单元70进行通信，根据来自混合用电子控制单元70的控制信号对电机MG1、MG2进行驱动控制，并且根据需要将与电机MG1、MG2的运转状态有关的数据输出给混合用电子控制单元70。
蓄电池50由蓄电池用电子控制单元(在下面称为“蓄电池ECU”)52进行管理。向该蓄电池ECU52中输入控制蓄电池50所必需的信号，比如来自设置于蓄电池50的端子间的图未示的电压传感器的端子间电压、来自安装于与蓄电池50的输出端子相连接的电力线54上的图未示的电流传感器的充放电电流、来自安装于蓄电池50上的温度传感器51的电池温度Tb等，并根据需要通过通信将与蓄电池50的状态有关的数据输出给混合用电子控制单元70。另外，在蓄电池ECU52中，为了对蓄电池50进行管理，还根据通过电流传感器所检测到的充放电电流的积算值来计算剩余容量(SOC)。
混合用电子控制单元70，作为以CPU72为中心的微型处理器而构成，除CPU72以外还包括存储处理程序的ROM74、临时存储数据的RAM76、图未示的输入输出端口和通信端口。向该混合用电子控制单元70中，经由输入端口输入来自点火开关80的点火信号、来自检测变速杆81的操作位置的变速位置传感器82的变速位置SP、来自检测加速踏板83的踩下量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自检测制动踏板85的踩下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、来自车速传感器88的车速V等。混合用电子控制单元70，如前述的那样，通过通信端口与发动机ECU24、电机ECU40、蓄电池ECU52相连接，与发动机ECU24、电机ECU40、蓄电池ECU52进行各种控制信号、数据的交换。
这样构成的实施例的混合动力汽车20，根据与由驾驶者做出的对加速踏板83的踩下量相对应的加速器开度Acc和车速V，计算应向作为驱动轴的环形齿轮轴32a输出的要求转矩，按照将与该要求转矩相对应的要求功率输出给环形齿轮轴32a的方式，运转控制发动机22和电机MG1与电机MG2。作为发动机22和电机MG1与电机MG2的运转控制模式，包括有转矩转换模式，其按照从发动机22输出与要求功率相称的动力的方式运转控制发电机22，并且按照将从发动机22输出的所有动力通过动力分配统合机构30和电机MG1与电机MG2进行转矩转换而输出给环形齿轮轴32a的方式，驱动控制电机MG1和电机MG2；充放电运转模式，其以从发动机22输出与要求功率及蓄电池50的充放电所必需的电力的和相称的动力的方式对发动机22进行运转控制，并同时以随着伴随蓄电池50的充放电而将从发动机22输出的动力的全部或一部分由动力分配统合机构30以及电机MG1与MG2进行转矩转换的进行、而向环形齿轮轴32a输出要求功率的方式，来驱动控制电机MG1与电机MG2；以及电机运转模式，其以使发动机22的运转停止而向环形齿轮轴32a输出来自电机MG2的与要求功率相称的动力的方式进行运转控制。
下面对这样构成的实施例的混合动力汽车20的动作，尤其是作用在作为驱动轴的环形齿轮轴32a上的转矩跨过0值而变化时的动作进行描述。图2为表示由混合用电子控制单元70进行的驱动控制程序的一例的流程图。该程序每隔规定时间(比如，每次8msec)重复执行一次。
当驱动控制程序开始执行时，混合用电子控制单元70的CPU72，首先进行输入来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、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的输入输出限制Win、Wout等的控制所必需的数据的处理(步骤S100)。在这里，对于电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2，通过将根据由旋转位置检测传感器43、44检测到的电机MG1、MG2的转子的旋转位置所计算出的结果通过通信而从电机ECU42输入而得到。另外，蓄电池50的输入输出限制Win、Wout，是通过将根据由温度传感器51所检测到的蓄电池50的电池温度Tb与蓄电池50的剩余容量(SOC)而设定的值经由通信从蓄电池ECU52输入而得到的。在这里，蓄电池50的输入输出限制Win、Wout，可根据电池温度Tb设定输入输出限制Win、Wout的基本值，根据蓄电池50的剩余容量(SOC)设定输出限制用补偿系数与输入限制用补偿系数，通过在所设定的输入输出限制Win、Wout的基本值上乘以补偿系数而设定输入输出限制Win、Wout。图3表示电池温度Tb和输入输出限制Win、Wout之间的关系的一例，图4表示蓄电池50的剩余容量(SOC)与输入输出限制Win、Wout的补偿系数之间的关系的一例。
当这样输入数据后，则根据所输入的加速器开度Acc、制动踏板位置BP和车速V，设定作为驱动时车辆所要求的转矩的驱动要求转矩Td*(步骤S110)。驱动要求转矩Td*，在本实施例中，是通过预先将加速器开度Acc、制动踏板位置BP、车速V和驱动要求转矩Td*之间的关系作成要求转矩设定用图表而预存储在ROM74中，当给出加速器开度Acc、制动踏板位置BP和车速V时就从所存储的图表中导出相对应的驱动要求转矩Td*而设定的。图5表示要求转矩设定用图表的一例。
接着，计算所设定的驱动要求转矩Td*与在上次执行本程序时所设定的执行转矩T*之间的转矩偏差ΔT(步骤S120)，根据所计算的转矩偏差ΔT、加速器开度Acc和车速V，判定针对执行转矩T*的变化的缓慢变化处理的执行的请求(步骤S130)。该缓慢变化处理的执行的请求的判定，在本实施例中，以下述方式进行。首先，利用在图6和图7中所示的判定值设定图表，导出相对于车速V的判定值Tj1与相对于加速器变化速度ΔAcc的判定值Tj2，对两个判定值Tj1、Tj2中的较小一方的判定值Tj与转矩偏差ΔT的绝对值进行比较。然后，在转矩偏差ΔT的绝对值大于或等于判定值Tj时，判断为缓慢变化处理的执行的请求为不需要，将判定标记F1设定为0值，在转矩偏差ΔT的绝对值小于判定值Tj时，判定为缓慢变化处理的执行的请求为必要，将判定标记F1设定为1值。在这里，加速器变化速度ΔAcc为由驾驶者做出的对加速踏板83的踩下的变化速度，可根据来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc的差分进行计算。设定相对于车速V的判定值Tj1的判定值设定图表，如图6所示的那样，在本实施例中，以车速V越大则导出越小的判定值Tj1的方式设定。这是因为车速V越大越会使驾驶者感受到加减速的影响。设定相对于加速器变化速度ΔAcc的判定值Tj2的判定值设定图表，如图7所示的那样，在本实施例中，以加速器变化速度ΔAcc越大则导出越小的判定值Tj2的方式设定。这是因为加速器变化速度ΔAcc越大则越会使驾驶者感受到加减速的影响。
接着，进行从此前规定时间(比如0.1秒或0.2秒等)开始到当前时刻的执行转矩T*是否跨过0值的判定(步骤S140)，与执行转矩T*在到此后规定时间(比如0.1秒、0.2秒等)为止是否跨过0值的推定的判定(步骤S150)。从此前规定时间开始到当前时刻执行转矩T*是否跨过0值，可通过对规定时间前的执行转矩T*的符号和当前时刻的执行转矩T*的符合进行比较来判定。即，在符号相同时，判定为未跨过0值，在符号不同时，判定为跨过0值。在本实施例中，在判定为未跨过0值时，将判定标记F2设定为0值，在判定为跨过0值时，将判定标记F2设定为1值。执行转矩T*到此后规定时间为止是否跨过0值的推定，例如可通过根据从此前规定时间开始的执行转矩T*的时间变化来推定到此后规定时间为止的执行转矩T*、对所推定的执行转矩T*的符号与当前时刻的执行转矩T*的符合进行比较来进行。即，在符号相同时，判定为未跨过0值，在符号不同时，判定为跨过0值。在本实施例中，在判定为未跨过0值时，将判定标记F3设定为0值，在判定为跨过0值时，将判定标记F3设定为1值。
当这样设定了判定标记F1、F2、F3后，根据所设定的判定标记F1、F2、F3与执行转矩T*，设定执行转矩T*的变化允许量T1im(步骤S170～S210)。当判定标记F1为1值、执行转矩T*的绝对值小于阈值Tref、判定标记F2或判定标记F3中的任何一个为1值时，即，在做出了缓慢变化处理的执行的请求、且执行转矩T*处于被设定在0值附近的范围内、且从此前规定时间开始到当前为止执行转矩T*跨过0值或者推定为在到此后规定时间为止执行转矩T*跨过0值时，利用图8中所例示的缓慢变化用的图表来设定变化允许量Tlim(步骤S200)。如图8的缓慢变化用图表所示，在本实施例中，将伴随执行转矩T*向0值的靠近而分两级变小的值Tlim1、Tlim2设定为变化允许值Tlim。关于这样设定的理由，将在后面进行描述。在这里，阈值Tref是用来设定执行当执行转矩T*跨过0值时的缓慢变化处理的范围的值，可根据车辆的特性等进行设定。另一方面，在判定标记F1为0值、执行转矩T*的绝对值在阈值Tref或其以上、判定标记F2和判定标记F3均为0值时，即，在没有做出缓慢变化处理的进行的请求、将执行转矩T*在被设定在0值附近的范围之外、推定从此前规定时间开始到当前为止执行转矩T*未跨过0值且到此后规定时间为止执行转矩T*未跨过0值时，将规定变化量Tlimset设定为变化允许量Tlim(步骤S210)。在这里，对于规定变化量Tlimset，是以驱动控制程序的起动间隔、作为执行转矩T*可变更的上限值附近的值来设定的，可根据发动机22的反应性、电机MG1、MG2的性能、蓄电池50的容量等来设定。
当这样设定了变化允许量Tlim后，将转矩偏差ΔT与0值进行比较(步骤S220)，在转矩偏差ΔT大于0值时，对将变化允许量lim与上次设定的执行转矩T*相加所得到的值、和驱动要求转矩Td*进行比较，将较小一方的值设定为执行转矩T*(步骤S230)，在转矩偏差ΔT在0值或其以下时，对从上次设定的执行转矩T*中减去变化允许量Tlim后所得到的值、与驱动要求转矩Td*进行比较，将较大一方的值设定为执行转矩T*(步骤S240)。即，将下述值设定为执行转矩T*，该值是指将驱动要求转矩Td*沿变化方向限制在变化允许量Tlim的范围内的值。
当设定了执行转矩T*后，计算所设定的执行转矩T*与环形齿轮轴32a的转速Nr相乘所得到的乘积、与蓄电池50要求的充放电要求功率Pb*、和损失LOSS的和，然后作为应从发动机22输出的要求功率Pe*来设定(步骤S250)。在这里，环形齿轮轴32a的转速Nr，可通过将换算系数k与车速V相乘而求出，或可通过将电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的齿轮比Gr而求出。然后，根据所设定的要求功率Pe*，设定发动机22的目标转速Ne*与目标转矩Te*(步骤S260)。该设定，根据使发动机22高效地动作的动作线与要求功率Pe*，来设定目标转速Ne*与目标转矩Te*。图9表示发动机22的动作线的一例与设定目标转速Ne*和目标转矩Te*的状态。如图示的那样，目标转速Ne*与目标转矩Te*可通过动作线和要求功率Pe*(Ne*×Te*)与一定的曲线的交点而求出。
接着，利用所设定的目标转速Ne*与环状齿轮轴32a的转速Nr(Nm2/Gr)和动力分配统合机构30的齿轮比ρ，根据下述式(1)来计算电机MG1的目标转速Nm1*，并且根据所计算出的目标转速Nm1*与当前的转速Nm1，通过下式(2)来计算电机MG1的转矩指令Tm1*(步骤S270)。在这里，式(1)为相对于动力分配统合机构30的旋转部的力学关系式。图10表示的是表示动力分配统合机构30的旋转部的转速与转矩之间的力学上的关系的共线图。在图中，左边的S轴表示作为电机MG1的转速Nm1的行星齿轮31的转速，C轴表示作为发动机22的转速Ne的架体34的转速，R轴表示将减速齿轮35的齿轮比Gr与电机MG2的转速Nm相乘所得到的环形齿轮32的转速Nr。如果采用该共线图，式(1)可较容易地导出。另外，R轴上的2个粗线箭头表示在以目标转速Ne*与目标转矩Te*的运转点(工作点)使发动机22进行常规运转时、从发动机22输出的转矩Te*被传递到环形齿轮轴32a的转矩，和从电机MG2输出的转矩Tm2*通过减速齿轮35而作用在环形齿轮轴32a上的转矩。另外，式(2)为用于使电机MG1以目标转速Nm1*旋转的反馈控制的关系式，在式(2)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)…(1)Tm1*＝上次Tm1*+k1(Nm*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt …(2)当这样计算了电机MG1的目标转速Nm1*与转矩指令Tm1*后，通过将蓄电池50的输入输出限制Win、Wout与在所设定的电机MG1的转矩指令Tm1*上乘以当前的电机MG1的转速Nm1所得到的电机MG1的消耗电力(发电电力)之间的偏差、除以MG2的转速Nm2，由此，通过下述式(3)、(4)来计算作为可以从电机MG2输出的转矩的上下限的转矩限制Tmax、Tmin(步骤S280)，并且利用执行转矩T*与转矩指令Tm1*和动力分配统合机构30的齿轮比ρ，通过式(5)来计算作为应从电机MG2输出的转矩的临时电机转矩Tm2tmp(步骤S290)，将下述值设定为电机MG2的转矩指令Tm2*，该值是指将临时电机转矩Tm2tmp限制在所计算出的转矩限制Tmax、Tmin的范围内的值(步骤S300)。通过这样设定电机MG2的转矩指令Tm2*，能够将向作为驱动轴的环形齿轮轴32a输出的执行转矩T*，设定为限制在蓄电池50的输入输出限制Win、Wout的范围内的转矩。另外，式(5)可从前述的图10的共线图较容易地导出。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 …(3)Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2 …(4)Tm2tmp＝(T*+Tm1*/ρ)/Gr…(5)当这样设定了发动机22的目标转速Ne*、目标转矩Te*，电机MG1、MG2的转矩指令Tm1*、Tm2后，对于发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*，发送给发动机ECU24，对于电机MG1、MG2的转矩指令Tm1*、Tm2，发送给向电机ECU40(步骤S310)，然后结束驱动控制程序。接收到目标转速Ne*和目标转矩Te*的发动机ECU24，按照以由目标转速Ne*和目标转矩Te*表示的运转点使发动机22运转的方式，进行发动机22的燃料喷射控制、点火控制等的控制。另外，接收到转矩指令Tm1*、Tm2*的电机ECU40，按照以转矩指令Tm1*驱动电机MG1，并且以转矩指令Tm2*驱动电机MG2的方式，进行转换器41、42的开关元件的开关控制。
图11为表示从踩下制动踏板85进行制动的状态停止制动踏板85的踩下而转为踩下加速踏板83时的执行转矩T*的时间上的变化的一例的说明图。在图中，直线A表示以较重地踩下加速踏板83时的执行转矩T*的时间上的变化，折线B表示较轻地踩下加速踏板83时的执行转矩T*的时间上的变化。在较重地踩下加速踏板83时(图中直线A时)，由于在驱动要求转矩Td*上被设定为较大的值(步骤S110)，因此转矩偏差ΔT为较大的值，将判定标记F1设定为0值(步骤S130)。为此，不局限于执行转矩T*的值，而将变化允许量Tlim设定为规定变化量Tlimset(步骤S210)。因此，由于每一驱动控制程序的起动间隔采用规定变化量Tlimset的变化量来设定执行转矩T*，因此执行转矩T*如直线A所示的那样快速地增大。在这种情况下，虽然在执行转矩T*跨过0值时齿轮的接触部位改变之际会产生略微的振动(冲击)，但是由于驾驶者的要求为紧急加速，所以该振动是允许的。
另一方面，当较轻地踩下加速踏板83时(在图中折线B时)，驱动要求转矩T*被设定为较小值(步骤S110)，转矩偏差ΔT也为较小的值，将判定标记F1设为1值(步骤S130)。在执行转矩*达到阈值-Tref之前，由于变化允许量Tlim被设定为规定变化量Tlimset(步骤S180、S210)，因此与较重地踩下加速踏板83时同样地，每隔驱动控制程序的起动间隔采用规定变化量Tlimset的变化量来设定执行转矩T*。当执行转矩T*达到阈值-Tref时，由于在执行转矩T*跨过0值以前，推定为到此后规定时间为止执行转矩T*会跨过0值，将判定标记F3设定为1值(步骤S150)，且在执行转矩T*跨过0值后，判定为在此前规定时间内执行转矩T跨过了0值，将判定标记F2设定为1值(步骤S140)，因此，对于变化允许量Tlim，通过执行转矩T*越接近0值则导出越小的值的缓慢变化用图表来设定变化允许量Tlim(步骤S200)。因此，在执行转矩T*从阈值-Tref到阈值Tref为止的期间，变化允许量Tlim以值Tlim1、Tlim2、Tlim1的顺序被设定，每隔驱动控制程序的起动间隔采用值Tlim1、Tlim2、Tlim1的变化量来设定执行转矩T*。为此，当执行转矩T*接近0值时，执行转矩T*与较重地踩下加速踏板83时相比较缓慢地变化。通过这样使执行转矩T*缓慢地变化，能够进一步减小在执行转矩T*跨过0值时齿轮的接触部位变更之际产生的略微的振动，不会给驾驶者带来不适感。另外，当执行转矩T*越过阈值Tref后，变化允许量Tlim被设定为规定允许量Tlimset，因此，执行转矩T*，是与较重地踩下加速踏板83时同样地，每隔驱动控制程序的起动间隔加上规定变化量Tlimset这样的变化量而设定的。
以上，对从踩下制动踏板85进行制动的状态停止制动踏板85的踩下而转为踩下加速踏板83时的执行转矩T*的时间上的变化进行了描述，相反，在从踩下加速踏板83进行加速的状态停止加速踏板83的踩下而转为踩下制动踏板85时，只要按照折线B的时间变化以使时间相反地为往上溯的方式进行变化即可。
图12为表示在从踩下加速踏板83的状态带上松开加速踏板83，在执行转矩T*即将跨过0值之前再次踩下加速踏板83时的执行转矩T*的时间上的变化的一例的说明图。如折线C所示的那样，在执行转矩T*即将到达0值之前，执行转矩T*以图11的折线B的逆时间变化的方式变化。当再次踩下松开的加速踏板83时，虽然执行转矩T*位于阈值-Tref～阈值Tref之间，但判定为在此前规定时间内执行转矩T*未跨过0值而将判定标记F2设定为0值(步骤S140)，且推定为直至此后规定时间为止执行转矩T*不会跨过0值而将判定标记F3设定为0值(步骤S150)，因此，将变化允许量Tlim设定为规定允许量Tlimset。因此，在执行转矩T*每隔驱动控制的起动间隔采用规定变化量Tlimset的变化量而被设定，所以能够迅速地使执行转矩T*增加而不是缓慢地变化。
根据以上所描述的实施例的混合动力汽车20，在以在制动状态下驾驶者轻踩加速踏板83时的那样、以驾驶者不希望加减速有过大的变化的程度使执行转矩T*跨过0值之际，在执行转矩T*为0值的附近缓慢地改变执行转矩T*，由此能够进一步减小在执行转矩T*跨过0值时齿轮的接触部位发生改变的情况下产生的略微的振动，不会给驾驶者带来不适感。即，能够从制动状态向驱动状态平滑地转移。另一方面，在以在制动状态下驾驶者较重地踩下加速踏板83时的那样、驾驶者希望加减速较大地变化的情况下、执行转矩T*跨过0值之际，即使执行转矩T*在0值附近，也以不进行缓慢变化处理的方式改变执行转矩T*，由此能够快速反映驾驶者的意愿。
此外，按照实施例的混合动力汽车20，由于是根据在此前规定时间内执行转矩T*是否跨过了0值的判定、及到此后规定时间内执行转矩T*是否会跨过0值的推定，来执行缓慢变化处理，所以，在从踩下加速踏板83的状态松开加速踏板83、执行转矩T*即将跨过0值之前再次踩下加速踏板83时，不执行缓慢变化处理，而能够迅速地反映驾驶者的意愿。进而，按照实施例的混合动力汽车20，由于根据车速V、加速器变化速度Δacc来判定缓慢变化处理的执行的请求，因此能够进行与车速、驾驶者的加速操作相对应的加减速。即更加能够反映驾驶者的意愿。
在实施例的混合动力汽车20中，作为缓慢变化用图表，设定为如图8所示的那样随着执行转矩T*向0值的接近而分两级(呈两阶段状)地使变化允许量Tlim变化，但变化允许量Tlim的变化的级数(阶段数)，既可为1级也可为2级或更多级。另外，也可按照无级方式变化。比如，也可以采用如图13的变形例的缓慢变化用图表所示的那样，以平滑的曲线设定执行转矩T*越靠近0值则越小的变化允许量Tlim。图14表示这种情况下的加速时的执行转矩T*的变化状态。在图中，折曲线C表示以平滑的曲线设定了变化允许量Tlim的情况下的执行转矩T*的时间变化。如图示的那样，由于执行转矩T*平滑地变化，所以能够进一步减小执行转矩T*跨过0值时产生的略微的振动。
在本实施例的混合动力汽车20中，设定为根据在此前规定时间内执行转矩T*是否跨过了0值的判定、及在此后规定时间内执行转矩T*是否会跨过0值的推定，来进行缓慢变化处理，但也可以设定为只要执行转矩T*在阈值-Tref到阈值Tref之间，不局限于在此前规定时间内执行转矩T*是否跨过了0值或在此后规定时间内执行转矩T*是否会跨过0值，都进行缓慢变化处理。
在本实施例的混合动力汽车20中，是根据基于车速V、加速器变化速度ΔAcc而设定的判定值Tj与转矩偏差ΔT来判定缓慢变化处理的执行的请求的，但也可以设为不考虑加速器变化速度ΔAcc而仅根据车速V来设定判定值Tj，从而判定缓慢变化处理的执行的请求，或相反地，设为不考虑车速V而仅根据加速器变化速度Δacc来设定判定值Tj，从而判定缓慢变化处理的执行的请求，还可以是车速V和加速器变化速度ΔAcc均不考虑，而通过作为规定值而设定的判定值Tj与转矩偏差ΔT来判定缓慢变化处理的执行的请求。
在本实施例的混合动力汽车20中，是通过减速齿轮35而对电机MG2的动力进行变速然后向环形齿轮轴32a输出，但也可以是如图15的变形例的混合动力汽车120所例示的那样，电机MG2的动力与不同于连接着环形齿轮轴32a的车轴(连接着驱动轮63a、63b的车轴)的车轴(与图15中的车轮64a、64b相连接的车轴)相连接。
在本实施例的混合动力汽车20中，是将发动机22的动力经由动力分配统合机构30而向与驱动轮63a、63b相连接的作为驱动轴的环形齿轮轴32a输出，但也可以如图16的变形例的混合动力汽车220所例示的那样，设置成对转子电机230，该成对转子电机230是具有与发动机22的曲轴26相连接的内转子232、和与向驱动轮63a、63b输出动力的驱动轴相连接的外转子234的，将发动机22的动力的一部分传递给驱动轴并且将剩余的动力转换为电力的成对转子电机。
这样，本发明虽然可适用于能够将来自内燃机的动力和来自电动机的动力输出给驱动轴的混合动力汽车，但并不限于这样的混合动力汽车，也可适用于仅通过来自内燃机的动力而行驶的汽车、仅通过来自电动机的动力而行驶的汽车。另外，还可适用于汽车以外的车辆，比如列车等。
以上，通过实施例对本发明的具体的实施方式进行了描述，但本发明不受这样的实施例任何限制，显然在不脱离本发明的实质的范围内，可按照各种方式加以实施。
权利要求
1.一种车辆，它是装载有至少具备可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置的车辆，其特征在于，具备要求驱动力设定装置，其根据驾驶者的驱动力要求操作，设定要求驱动力；变化允许值设定装置，其在当前从上述驱动装置输出的当前驱动力在包括0值的规定驱动力范围内时，根据该当前驱动力与上述所设定的要求驱动力之间的驱动力偏差和该当前驱动力的时间上的变化，设定从该驱动装置输出的驱动力的变化允许值，在上述当前驱动力在上述规定驱动力范围之外时，以规定值设定上述变化允许值；目标驱动力设定装置，其通过将上述所设定的要求驱动力限制在上述所设定的变化允许值的范围内，设定应从上述驱动装置输出的目标驱动力；控制装置，其以输出该所设定的目标驱动力的方式控制上述驱动装置。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中上述变化允许值设定装置，在上述当前驱动力在上述规定驱动力范围内时，并且上述当前驱动力的时间上的变化跨过0值地变化时，并且在上述动力偏差小于规定偏差时，按照该当前驱动力越接近0值越小的倾向，设定上述变化允许值，在虽然上述当前驱动力在上述规定驱动力范围内，但上述当前驱动力的时间上的变化不会跨过0值地变化时，或上述动力偏差大于或等于上述规定偏差时，以上述规定值设定上述变化允许值。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中上述变化允许值设定装置是相对上述当前驱动力的变化以基本平滑的变化设定上述变化允许值的装置。
4.根据权利要求2所述的车辆，其具备根据上述驱动力要求操作的操作速度以及车速设定上述规定偏差的规定偏差设定装置。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中上述规定偏差设定装置，是按照上述驱动力要求操作的操作速度越大则其越小的倾向以及上述车速越大则其越小的倾向来设定上述规定偏差的装置。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中上述当前驱动力，是在通过上述要求驱动力设定装置设定上述要求驱动力时所设定的目标驱动力。
7.根据权利要求1所述的车辆，其中上述原动机为电动机。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中上述驱动装置具备内燃机、可利用上述内燃机的动力的至少一部分发电的发电装置、和可与上述发电装置及电动机互换电力的蓄电装置。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中上述发电装置，是与上述内燃机的输出轴、和连结在上述车轴上的驱动轴相连接，随着电力和动力的输入输出将来自该内燃机的动力的至少一部分输出给该驱动轴的装置。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中上述发电装置是具备三轴式动力输入输出装置和发电机的装置，该三轴式动力输入输出装置，是与上述内燃机的输出轴、上述驱动轴和第三轴这三根轴相连接、且根据相对于该三根轴之中的任意的2根轴输入输出的动力而对剩余的轴进行动力的输入输出的三轴式动力输入输出装置，该发电机是相对于第三根轴进行动力的输入输出的发电机。
11.根据权利要求9所述的车辆，其中上述发电装置，是成对转子电机，该成对转子电机，具有安装在上述内燃机的输出轴上的第1转子和安装在上述驱动轴上的第2转子，伴随由该第1转子和该第2转子的电磁作用进行的电力的输入输出，将来自该内燃机的动力的至少一部分输出给该驱动轴。
12.一种车辆的控制方法，它是装载有至少具备可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置的车辆的控制方法，其包括下述步骤(a)根据驾驶者的驱动力要求操作设定要求驱动力；(b)在当前从上述驱动装置输出的当前驱动力在包括0值的规定驱动力范围内时，根据该当前驱动力与上述所设定的要求驱动力之间的驱动力偏差和该当前驱动力的时间上的变化，设定从该驱动装置输出的驱动力的变化允许值，在该当前驱动力在上述规定驱动力范围之外时，以规定值设定上述变化允许值；(c)通过将上述所设定的要求驱动力限制在上述所设定的变化允许值的范围内，设定应从上述驱动装置输出的目标驱动力；(d)以输出该所设定的目标驱动力的方式控制上述驱动装置。
全文摘要
本发明涉及车辆和其控制装置，具体来说涉及装载有至少具有可向车轴输出驱动力的原动机的驱动装置的车辆及其控制方法。本发明的目的在于平滑地进行从车辆的制动状态向驱动状态的转移，并且更具体地反映驾驶者的要求。在从制动状态轻踩加速踏板时，执行转矩T*在0值附近，利用缓慢变化用图表，设定执行转矩T*越接近0值则值越小的变化允许量Tlim(S200)，以变化允许量Tlim限制执行转矩T*的变化。另一方面，在从制动状态重踩加速踏板(83)时，判定为没有作出缓慢变化处理的执行的请求(S130)，将规定允许量Tlimset设定成变化允许量Tlim。
文档编号B60L15/20GK1778600SQ20041009156
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月19日 优先权日2004年11月19日
发明者干场健, 滩光博 申请人:丰田自动车株式会社