混合动力车及其控制方法

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，该混合动力车具备内燃 机；电力动力输入输出器，其与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴 连接，能够使用该驱动轴侧的反力、通过电力和动力的输入输出而向所述
驱动轴输入动力或从所述驱动轴输出动力的电动机；能够与所述电力动力 输入输出器和所述电动机进行电力的交换的蓄电器。
背景技术：
以往，作为此种混合动力车，提出了一种车辆，其具备发动机、连 接于发动机的输出轴并连接于驱动轴的行星齿轮机构、连接于行星齿轮机 构的第1电机、向驱动轴输出动力的第2电机、和与两个电机进行电力交 换的蓄电池，该车辆在蓄电池的温度低于预定温度时禁止发动机的运行停 止(例如，参照专利文献l)。该混合动力车，通过在蓄电池的温度低于阈 值时继续发动机的运行，避免在蓄电池能输出的电力不足的状态下再起动 发动机，抑制发动机的再起动的延迟(response delay,响应延迟)。
专利文献1:日本特开2004-44469号公才艮

发明内容
上述混合动力车，虽然能够抑制禁止发动机的运行停止的发动机的再 起动的延迟，但直到蓄电池的温度成为预定温度以上都持续发动机的运行， 其结果是往往发动机以低效率的运行点运行，车辆整体的能量效率低下。 对于混合动力车，与发动机的顺利再起动性能相比，有的用户更希望燃料 消耗率低，所以也能对应这种需求是所希望的。
本发明的混合动力车及其控制方法，主要的目的在于确保再起动性能并应对燃料消耗率方面的要求。
本发明的混合动力车及其控制方法，为了达到上述的主要目的，采用 了如下方案。
本发明的第l混合动力车，其要点是，具备 内燃机，
电力动力输入输出器，其与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴 连接，能够使用该驱动轴侧的反力，通过电力和动力的输入输出，向所述
机的输出轴输入输出转矩)，
电动机，其能够向所述驱动轴输入动力和从所述驱动轴输出动力(相 对于驱动轴输入输出动力)，
蓄电器，其能够与所述电力动力输入输出器和所述电动机进行电力的 交换，
温度检测器，其检测该蓄电器的温度，
最大容许电力设定部，其基于该检测出的蓄电器的温度设定可以从该 蓄电器充放电的最大容许电力，
燃料消耗率优先开关，其能够指示燃料消耗率优先的行驶，和 间歇运行可否部，其在没有由该燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率 优先的行驶时，当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于第1电力时禁止 所述内燃机的间歇运行，当所述设定的蓄电器的最大容许电力为所述笫1 电力以上时允许所述内燃机的间歇运行；在由所述燃料消耗率优先开关指 示了燃料消耗率优先的行驶时，当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于 比所述第1电力小的第2电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述设定 的蓄电器的最大容许电力为所述第2电力以上时允许所述内燃^/L的间歇运 行。
本发明的第1混合动力车，在没有由燃料消耗率优先开关指示燃料消 耗率优先的行驶时，当基于蓄电器的温度所设定的蓄电器的最大容许电力 小于第1电力时禁止内燃机的间歇运行，当蓄电器的最大容许电力为第1电力以上时允许内燃机的间歇运行；在通过燃料消耗率优先开关指示了燃 料消耗率优先的行驶时，当蓄电器的最大容许电力小于比第1电力小的第 2电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当设定的蓄电器的最大容许电力为 第2电力以上时允许所述内燃机的间歇运行。因而，能够在通常时确保再 起动性能，并能够应对来自操作者的燃料消耗率优先的行驶的指示。
本发明的第2混合动力车，其要点是，具备
内燃机，
电力动力输入输出器，其与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴 连接，能够使用该驱动轴侧的反力，通过电力和动力的输入输出，向所述
电动机，其能够向所述驱动轴输入动力和从所述驱动轴输出动力， 蓄电器，其能够与所述电力动力输入输出器和所述电动机进行电力的 交换，
温度检测器，其检测该蓄电器的温度， 燃料消耗率优先开关，其能够指示燃料消耗率优先的行驶， 间歇运行可否部，其在没有由该燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率 优先的行驶时，当所述检测出的蓄电器的温度小于第l温度时禁止所述内 燃^L的间歇运行，当所述检测出的蓄电器的温度为所述第l温度以上时允
许所述内燃机的间歇运行；在由该燃料消耗率优先开关指示了燃料消耗率 优先的行驶时，当所述检测出的蓄电器的温度小于比所述第l温度小的第 2温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述检测出的蓄电器的温度为所 述第2温度以上时允许所述内燃机的间歇运行。
本发明的第2混合动力车，在没有由燃料消耗率优先开关指示燃料消 耗率优先的行驶时，当蓄电器的温度小于第l温度时禁止所述内燃机的间 歇运行，当蓄电器的温度为所述第l温度以上时允许所述内燃机的间歇运 行；在由该燃料消耗率优先开关指示了燃料消耗率优先的行驶时，当蓄电 器的温度小于比第1温度小的第2温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当 蓄电器的温度为第2温度以上时允许内燃机的间歇运行。因而，能够在通常时确保再起动性能，并能够应对来自操作者的燃料消耗率优先的行驶的 指示。
在本发明的第l或第2混合动力车中，所述间歇运行可否部，还可以 作为当所述内燃机在冷态时已^L^动时进行判定的单元。
此外，在本发明的第l或第2混合动力车中，所述电力动力输入输出 器还可以设置成具备能够输入输出动力的发电机；和三轴式动力输入输 出器，该三轴式动力输入输出器连接于所述内燃机的输出轴、所^电机 的旋转轴和所迷驱动轴这三根轴，基于从该三根轴中的任意两轴输出的动 力和向该三才艮轴中的任意两轴输入的动力(即输入输出于该三根轴中的任 意两轴的动力)而向剩余的一轴输入动力和从剩余的一轴输出动力(即对 于剩余的一轴输入输出动力)。
在本发明的第1混合动力车的控制方法中，该混合动力车具备内燃 机、与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴连接而能够使用该驱动轴
所述内燃机的输出轴输出转矩的电力动力输入输出器、能够向所述驱动轴 输入动力和从所述驱动轴输出动力的电动机、和能够与所述电力动力输入 输出器和所述电动机进行电力交换的蓄电器；其特征在于，
(a) 基于所述蓄电器的温度设定该蓄电器可以充放电的最大容许电
力，
(b) 在没有由该燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时， 当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于第1电力时禁止所述内燃机的间 歇运行，当所述设定的蓄电器的最大容许电力为所述第1电力以上时允许 所述内燃机的间歇运行；在由所述燃料消耗率优先开关指示有燃料消耗率 优先的行驶时，当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于比所述第1电力 小的第2电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述设定的蓄电器的最大 容许电力为所述第2电力以上时允许所述内燃机的间歇运行。
根据本发明的第1混合动力车的控制方法，在没有由燃料消耗率优先 开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当基于蓄电器的温度设定的蓄电器的最大容许电力小于第1电力时禁止内燃机的间歇运行，当蓄电器的最大容
许电力为第1电力以上时允许内燃机的间歇运行；在由燃料消耗率优先开 关指示有燃料消耗率优先的行驶时，当蓄电器的最大容许电力小于比第1 电力小的第2电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当设定的蓄电器的最大 容许电力为第2电力以上时允许所述内燃机的间歇运行。因而，能够在通 常时确保再起动性能，并能够应对来自操作者的燃料消耗率优先的行驶的 指示。
在本发明的笫2混合动力车的控制方法中，该混合动力车具备内燃 机、与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴连接而能够使用该驱动轴
从所述内燃机的输出轴输出转矩的电力动力输入输出器、能够向所述驱动 轴输入动力和从所述驱动轴输出动力的电动机、和能够与所述电力动力输 入输出器和所述电动机进行电力的交换的蓄电器；其特征在于，
在没有由所述燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当 所述蓄电器的温度小于第1温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述蓄 电器的温度为所述第1温度以上时允许所述内燃机的间歇运行；在由所述 燃料消耗率优先开关指示了燃料消耗率优先的行驶时，当所述蓄电器的温
度小于比第1温度小的第2温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述蓄 电器的温度为所述第2温度以上时允许所述内燃机的间歇运行。
根据本发明的第2混合动力车的控制方法，在没有由燃料消耗率优先 开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当蓄电器的温度小于第l温度时禁止 内燃机的间歇运行，当蓄电器的温度为第l温度以上时允许内燃机的间歇 运行；在由燃料消耗率优先开关指示了燃料消耗率优先的行驶时，当蓄电 器的温度小于比第1温度小的第2温度时禁止内燃机的间歇运行，当蓄电 器的温度为第2温度以上时允许内燃机的间歇运行。因而，能够在通常时 确保再起动性能，并能够应对来自操作者的燃料消耗率优先的行驶的指示。


图1是表示本发明的一个实施例的混合动力汽车20的构成的概略的构
图2是表示蓄电池50的电池温度Tb和输入输出限制Win、 Wout之 间关系的一例的i兌明图3是表示蓄电池50的剩余容量(SOC，充电状态)和输入输出限 制Win、 Wout的补正系数之间关系的一例的说明图4是表示实施例的由混合动力用电子控制单元70执行的驱动控制例 程(routine)的一例的流程图5是表示实施例的由混合动力用电子控制单元70执行的发动机停止 可否判定例程的 一 例的流程图6是表示冷态时的电池温度Tb和蓄电池50的输出限制Wout之间 关系的i兌明图7是表示要求转矩设定用图的一例的说明图8是表示发动机22的动作线的一例和设定目标转速Ne *及目标转 矩Te承的情况的说明图9是表示在从发动机22输出动力(功率，power)的状态下行驶时 的动力分配统合机构30的旋转要素中的转速与转矩的力学关系的列线图 的一例的说明图10是表示在发动机22的起动时设定电机MG1的转矩指令Tml * 的转矩图的一例和发动机22的转速Ne的变化情况的一例的说明图11是表示在运行(motoring)发动机22的状态下行驶时的动力分配 统合机构30的旋转要素中的转速与转矩的力学关系的列线图的一例的说 明图12是表示变形例的发动机停止可否判定例程的一例的流程图； 图13是表示变形例的混合动力汽车120的构成的概略的构成图； 图14是表示变形例的混合动力汽车220的构成的概略的构成图。
具体实施方式
图1是表示作为本发明的一实施例的混合动力汽车20的构成的概略的 构成图。实施例的混合动力汽车20,如图所示，具备发动机22、介由减 震器28连接于作为发动机22的输出轴的曲轴26的三轴式动力分配统合机 构30、连接于动力分配统合机构30的能够发电的电机MG1、安装于作为 连接于动力分配统合机构30的驱动轴的齿圏轴32a的减速器35、连接于 该减速器35的电才几MG2、和控制车辆的驱动系统整体的混合动力用电子 控制单元70。
通过从检测发动机22的运行状态的各种传感器输入信号的发动机用电子 控制单元(以下称发动机ECU) 24接受燃料喷射控制、点火控制、吸入 空气量调节控制等的运行控制。发动机ECU24，与混合动力用电子控制单 元70通信，通过来自混合动力用电子控制单元70的控制信号运行控制发 动机22，并根据需要将发动机22的运行状态的相关数据输出至混合动力 用电子控制单元70。
动力分配统合机构30,具备'，作为外齿轮的太阳轮31、与该太阳轮 31配置于同心圆上的作为内齿轮的齿圏32、啮合于太阳轮31并啮合于齿 圏32的多个小齿轮33、和自转且公转自由地保持多个小齿轮33的行星架 34;作为以太阳轮31、齿圏32和行星架34为旋转要素进行差动作用的行 星齿轮才几构而构成。动力分配统合机构30，其行星架34、太阳轮31分别 连接有发动机22的曲轴26、电机MGl,齿圏32介由齿圏轴32a连接有 减速器35，在电机MG1作为发电机发挥作用时将从行星架34输入的来自 发动机22的动力在太阳轮31侧和齿圏32侧按照其传动比分配，在电机 MG1作为电动机发挥作用时将从行星架34输入的来自发动机22的动力和 从太阳轮31输入的来自MG1的动力进行统合(联合)，输出至齿圏32侧。 输出至齿圈32的动力，从齿圏轴32a介由齿轮机构60和差速器62最终输 出至车辆的驱动轮63a、 63b。
电机MG1和电机MG2，都作为能够作发电机驱动并能够作电动机驱 动的公知的同步发电电动机而构成，介由逆变器41、 42与蓄电池50进行电力的交换。连接逆变器41、 42和蓄电池50的电力线54，作为各逆变器 41、 42共用的正极母线和负极母线构成，从而电机MG1、 MG2中任一方 发电所得电力都能够由其他电机消耗。因而，蓄电池50由于从电机MG1 和电机MG2中任一方产生的电力、不足的电力而进行充放电。另外，如 果通过电机MG1 、MG2取得电力收支的平衡，则蓄电池50不进行充放电。 电机MG1、 MG2都通过电机用电子控制单元(以下称电机ECU) 40进 行驱动控制。向电机ECU40输入用于驱动控制电机MG1、 MG2必要的 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、由没有图示的电流传感器检测的施加于电机 MG1、 MG2的相电流等；从电机ECU40输出对逆变器41、 42的开关控 制信号。电机ECU40，与混合动力用电子控制单元70通信，通过来自混 合动力用电子控制单元70的控制信号驱动控制电机MG1 、 MG2并根据需 要将电机MG1、 MG2的运行状态的相关数据输出至混合动力用电子控制 单元70。另外，电机ECU40也基于来自旋转位置检测传感器43、 44的信 号而演算电机MG1、 MG2的转速Nml、 Nm2。
蓄电池50由蓄电池用电子控制单元(以下称蓄电池ECU) 52管理。 向蓄电池ECU52输入管理蓄电池50必要的信号，例如，来自设置于蓄电 池50的端子间的未图示的电压传感器的端子间电压、来自安装在连接于蓄 电池50的输出端子的电力线54上的未图示电流传感器的充放电电流、来 自安装于蓄电池50的温度传感器51的电池温度Tb等；根据需要通过通 信将蓄电池50的状态的相关数据输出至混合动力用电子控制单元70。另 外，蓄电池ECU52，为了管理蓄电池50，基于由电流传感器检测出的充 放电电流的累计值演算剩余容量(SOC )，或基于演算出的剩余容量(SOC ) 和电池温度Tb演算蓄电池50可以充放电的最大容许电力即输入输出限制 Win、 Wout。另外，蓄电池50的输入输出限制Win、 Wout可以通过基于 电池温度Tb设定输入输出限制Win、 Wout的基本值，基于蓄电池50的 剩余容量(SOC)设定输出限制用补正系数和输入限制用补正系数，将设 定的输入输出限制Win、 Wout的基本值乘以补正系数而设定。图2中表示电池温度Tb和输入输出限制Win、 Wout之间关系的一例，图3中表示 蓄电池50的剩余容量(SOC )和输入输出限制Win、 Wout的补正系数之 间关系的一例。
混合动力用电子控制单元70作为以CPU72为中心的微处理器而构 成，除了CPU72之外，还具备存储处理程序的ROM74、暂时存储数据的 RAM76、和未图示的输入输出端口和通信端口。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的踏入量的加速踏板位置传感器84的加速踏板开度 Acc、来自检测制动踏板85的踏入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、来自使燃料消耗率优先的ECO (经济型)开关89的ECO开关信号ESW等介由输入端口输入混合动力 用电子控制单元70。混合动力用电子控制单元70,如前面所述，与发动机 ECU24 、电机ECU40 、蓄电池ECU52介由通信端口连接，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，基于对应于驾驶者的加速踏板 83的踏下量的加速开度Acc和车速V而计算应该输出至作为驱动轴的齿 圏轴32a的要求转矩，运行控制发动机22、电机MG1和电机MG2使得 对应于该要求转矩的要求动力输出至齿圏轴32a。作为发动机22、电机 MG1和电机MG2的运行控制，包括转矩转换运行模式、充放电运行模式 和电机运行模式；该转矩转换运行模式，运行控制发动机22使得从发动机 22输出与要求动力相当的动力，并驱动控制电机MG1和电机MG2使得 从发动机22输出的所有动力由动力分配统合机构30、电机MG1和电机 MG2进行转矩转换而输出至齿圏轴32a;该充放电运行模式，运行控制发 动机22使得从发动机22输出与要求动力和蓄电池50的充放电所需的电力 之和相当的动力，并且伴随着蓄电池50的充放电，驱动控制电机MG1和 电机MG2使得与从发动机22输出的动力的全部或其一部分由动力分配统 合机构30、电机MG1和电机MG2进行的转矩转换相伴随，要求动力输 出至齿圏轴32a;该电^i^行模式，进行运行控制使得停止发动机22的运行，将来自电机MG2的与要求动力相当的动力输出至齿圏轴32a。
接下来，对这样构成的实施例的混合动力汽车20的动作，特别是在外 部空气的温度较低的冷态时(例如，-IO'C、 -20°0等)起动系统、起动发 动机22而行驶时的动作进行说明。图4是表示由混合动力用电子控制单元 70执行的驱动控制例程的一例的流程图，图5是表示由混合动力用电子控 制单元70执行的发动机停止可否判定例程的一例的流程图。为了方便说 明，首先，对图5的发动机停止可否判定例程进行说明，然后对图4的驱 动控制例程进行说明。
当执行发动机停止可否判定例程时，混合动力用电子控制单元70的 CPU72，首先，输入来自ECO开关89的ECO开关信号ESW、蓄电池 50的输出限制Wout (步骤S400)，判定输入的ECO开关信号ESW为 ON (开启)还是OFF (关闭)(步骤S410 )，在ECO开关信号ESW为 OFF (关闭)时向停止判定用阈值Wstop设定数值Wl (步骤S420 ),在 ECO开关信号ESW为ON (开启)时向停止判定用阈值Wst叩设定值 W2 (步骤S430 )。然后，比较输入的蓄电池50的输出限制Wout和停止 判定用阈值Wstop (步骤S440),当输出限制Wout为停止判定用阈值 Wst叩以上时允许发动机22的停止(步骤S"0 ),当输出限制Wout小于 停止判定用阈值Wstop时禁止发动机22的停止(步骤S"0 )，结束本例 程。在此，值Wl作为为在行驶中顺利地进行停止后的发动机22的再起动 所必要的电力值而确定，值W2作为用于在行驶中进行停止后的发动机22 的再起动的必要最小限的电力值附近的值而确定为比值Wl小的值。图6 中表示冷态时的输出限制Wout和电池温度Tb之间的关系。如图所示， 在冷态时，电池温度Tb越小则输出限制Wout越小。另一方面，停止发 动机22的状态下的行驶(电枳逸行模式)是来自蓄电池50的电力用于电 机MG2的驱动，所以如果要想从该状态再起动发动机22，则必须从蓄电 池50输出作为行驶所必需的电力和再起动所必需的电力之和的电力。因 此，在冷态时，发动机22的再起动往往会比较迟緩。在实施例中，通过在 ECO开关89为OFF (关闭)时向停止判定用阈值Wstop设定值Wl，蓄电池50充分预热直到从蓄电池50能够输出充分的电力的状态后允许发动 机22的停止，顺利地进行停止后的发动机22的再起动。另一方面，如果 禁止发动机22的停止而持续其运行，则发动机22以效率低的运行点运行 的结果是车辆整体的能量效率低下，所以通过在ECO开关89为ON (开 启)时到达能够输出在行驶中能再起动停止后的发动机22的必要最小限的 电力附近的电力的状态后允许发动机22的停止，由此确保发动机22的再 起动，并实现车辆整体的能量效率的提高。
接下来对图4的驱动控制例程进行说明。在执行驱动控制例程时，混 合动力用电子控制单元70的CPU72，首先执行输入来自加速踏板位置传 感器84的加速踏板开度Acc、来自车速传感器88的车速V、发动机22的 转速Ne、电机MG1、 MG2的转速Nml、 Nm2、蓄电池50的输入输出限 制Win、 Wout等控制所必要的数据的处理(步骤S100)。在此，发动机 22的转速Ne是将基于来自未图示的曲轴位置传感器的信号所演算出的值 通过通信从发动机ECU24输入的数据。电机MG1、 MG2的转速Nml、 Nm2，是将基于由旋转位置检测传感器43、 44检测出的电机MG1、 MG2 的转子的旋转位置而演算出的值通过通信从电机ECU40输入的数据。此 外，蓄电池50的输入输出限制Win、 Wout是将基于蓄电池50的电池温 度Tb和蓄电池50的剩余容量(SOC )设定的值通过通信从蓄电池ECU52 输入的数据。
这样输入数据后，基于输入的加速踏板开度Acc和车速V，设定作为 车辆所要求的转矩而应该输出至作为连接于驱动轮63a、 63b的驱动轴的 齿圏轴32a的要求转矩Tr *和对发动机22要求的要求动力Pe * (要求功 率，power demand)(步骤S110 )。关于要求转矩Tr * ，在实施例中，将 加速踏板开度Acc、车速V和要求转矩Ti^之间的关系预先确定，作为要 求转矩设定用图而存储于ROM74，当给出加速踏板开度Acc和车速V时 从存储的图导出对应的要求转矩Tr * 。图7中表示要求转矩设定用图的一 例。要求动力Pe *可以作为设定的要求转矩Tr *与齿圏轴32a的转速Nr 的乘积、蓄电池50要求的充方文电要求电力Pb *和损失Loss之和而计算。另外，齿圏轴32a的转速Nr，可以通过将换算系数k乘以车速V(Nr-k 'V) 而求出，或通过将电机MG2的转速Nm2除以减速器35的传动比Gr( Nr= Nm2/Gr)而求出。
接着，判定发动机22是否在运行中(步骤S120)，当发动机22在运 行中时判定所设定的要求动力Pe *是否小于用于运行停止发动机22的阈 值Pst叩(步骤Sl30 )。在此，作为阈值Pstop，可以使用能够比较高效地 运行发动机22的动力(功率)区域的下限值附近的值。
在要求动力Pe *为阈值Pstop以上时，判断为持续发动机22的运行， 基于设定的发动机22的要求动力Pe * ，设定作为应该运行发动机22的运 行点的目标转速Ne *和目标转矩Te * (步骤S150 )。该设定基于使发动机 22高效地动作的动作线和要求动力Pe *而进行。发动机22的动作线的一 例和设定目标转速Ne,和目标转矩Te,的情况表示于图8。如图所示，目 标转速Ne *和目标转矩Te * ，可以通过动作线和要求动力Pe * ( Ne * x Te* ) —定的曲线的交点而求出。
接着，使用发动机22的目标转速Ne * 、电机MG2的转速Nm2和动 力分配统合机构30的传动比p ，通过下式(1)计算电机MG1的目标转 速Nml * ，并基于计算出的目标转速Nml *和输入的电才几MG1的转速 Nml，通过式(2)计算应该从电机MG1输出的转矩指令Tml * (步骤 S160)。在此，式(1)是动力分配统合机构30的旋转要素的力学关系式。 表示在从发动机22输出动力的状态下行驶时的动力分配统合机构30的旋 转要素中的转速和转矩之间的力学关系的列线图示于图9。图中，左边的S 轴表示电机MG1的转速Nml即太阳轮31的转速，C轴表示发动机22的 转速Ne即行星架34的转速，R轴表示将电机MG2的转速Nm2除以减速 器35的传动比Gr所得的齿圏32的转速Nr。使用该列线图能够很容易地 导出式(l)。另外，R轴上的两个粗线箭头，表示从电机MG1输出的转 矩Tml作用于齿圏轴32a的转矩、和从电机MG2输出的转矩Tm2介由 减速器35作用于齿圏轴32a的转矩。此外，式(2)是用于使电机MG1 以目标转速Nml *;旋转的反馈控制的关系式，式(2)中，右边第二项的"kl"是比例项的增益，右边第三项的"k2"是积分项的增益。
Nral*=Ne* (1+p)/p-Nm2/p (1)
Tml"p Te*/(l+p)+kl (Nml*-Nml)+k2 S (Nml*-Nml) dt (2)
然后，要求转矩Tr *加上将转矩指令Tml *除以动力分配统合机构 30的传动比p的所得值，通过下式(3 )计算应该从电机MG2输出的转矩 的暂定值即暂定转矩Tm2tmp (步骤S170 )，通过将蓄电池50的输入输出 限制Win、 Wout与将当前的电机MG1的转速Nml乘以设定的转矩指令 Tml *所得的电机MG1的消耗电力(发电电力)的偏差除以电机MG2 的转速Nm2，由下式(4)和式(5)计算作为可以从电机MG2输出的转 矩的上下限的转矩限制Tm2min、 Tm2max (步骤S180 ),并将设定的暂 定转矩Tm2tmp通过式(6)以转矩限制Tm2min、 Tm2max进4亍限制， 设定电机MG2的转矩指令Tm2 * (步骤S190 )。在此，式(3)可以从图
9的列线图很容易地导出。
Tm2Up=(Tr*+Tml*/p)/Gr (3)
Tm2min= (Win-Tml* Nml)/Nm2 (4) Tm2腿:(Wout-Tml* . Nml) /Nm2 (5) Tm2"niax (min (Tm2t即，Tm2max) ， Tm2min) (6)
这样设定发动机22的目标转速Ne * 、目标转矩Te * 、电机MG1 、 MG2的转矩指令Tml * 、 Tm2承后，分别向发动机ECU24、电机ECU40 发送发动机22的目标转速Ne *和目标转矩Te * 、电才几MG1 、 MG2的转 矩指令Tml、 Tm2* (步骤S200 )，结束驱动控制例程。接收了目标转 速Ne *和目标转矩Te *的发动机ECU24进行发动机22的吸入空气量控 制、燃料喷射控制、点火控制等的控制使得发动机22以目标转速Ne承和 目标转矩Te-所示的运行点运行。此外，接收了转矩指令Tml * 、 Tm2 *的电机ECU40进行逆变器41 、42的开关元件的开关控制使得电机MG1 以转矩指令Tml *驱动且电机MG2以转矩指令Tm2 *驱动。通过这样的 控制，能够在蓄电池50的输入输出限制Win、 Wout的范围内高效地运行 发动机22,将要求转矩Tr *输出至作为驱动轴的齿圏轴32a而行驶。当在步骤S130中判定为要求动力Pe *小于(不到)阈值Pstop时， 通过前述的图5的发动机停止可否判定例程判定发动机22的停止是否被禁 止(步骤S140)，当发动机22的停止被禁止时，则判断为应该继续发动机 22的运行，执行上述的步骤S150 S200的处理。
另一方面，当在步骤SU0中判定为要求动力Pe*小于阈值Pstop且 判定为允许发动机22的停止，则判断为应该停止发动机22的运行，停止 燃料喷射控制、点火控制，将停止发动机22的运行的控制信号发送至发动 机ECU24而停止发动机22 (步骤S210)，并且将电机MG1的转矩指令 Tml *设定为数值0 (步骤S220 )。然后，将要求转矩Tr *除以减速器35 的传动比Gr所得的值作为应该从电机MG2输出的转矩的暂定值即暂定转 矩Tm2tmp而设定(步骤S230 ),将值为0的转矩指令Tml *代入上述的 式(4)和式(5),计算电机MG2的转矩限制Tm2min、 Tm2max (步骤 S240)，并且通过式(6)以转矩限制Tm2min、 Tm2max限制暂定转矩 Tm2tmp，设定电机MG2的转矩指令Tm2 * (步骤S250 ),将设定的转矩 指令Tml * 、 Tm2 *发送至电才几ECU40 (步骤S260 )，结束本例程。通过 这样的控制，能够停止发动机22的运行，在蓄电池50的输入输出限制 Win 、 Wout的范围内从电机MG2向作为驱动轴的齿圏轴32a输出要求转 矩Tr *而行驶。
如果在步骤S120中判定为发动机22不在运行中，即发动机22停止 运行，则判定发动机22是否在起动中(步骤S270),要求动力Pe,是否 为用于起动发动才几22的阈值Pstart以上(步骤S280 )。在此，作为阈值 Pstart，可以使用能够比较高效地运行发动机22的动力区域的下限值附近 的值，但优选比上述的用于运行停止发动机22的阈值Pstop大的值使得不 会发生频繁的发动机22的运行停止和起动。当发动机22不在起动中、要 求动力Pe *小于阈值Pstart时，判断为应该继续发动4几22的运^f亍停止状 态，执行上述的步骤S220-S260的处理。
当在步骤S120中判定为发动机22运行停止、在步骤S270中判定为 发动机22不在起动中，在步骤S280中判定为要求动力Pe *为阈值Pstart以上时，判断为应该起动发动机22，基于起动时的转矩图和从发动机22 的起动开始的经过时间t设定电机MGl的转矩指令Tml * (步骤S290)。 在发动机22的起动时设定电机MGl的转矩指令Tml *的转矩图的一例和 发动机22的转速Ne的变化的情况的一例表示于图10。实施例的转矩图， 从发动机22的起动指示刚发出的时间tll后使用变化率处理(rating process )将转矩指令Tml *设定为比较大的转矩，使发动机22的转速Ne 迅速地增加。在发动机22的转速Ne已经通过了共振转速带或通过共振转 速带所需的时间以后的时间tl2对转矩指令Tml *设定为能够稳定发动机 22而以转速Nref以上的转速运行的转矩，使电力消耗和作为驱动轴的齿 圏轴32a的反力变小。然后，>^动机22的转速Ne达到转速Nref的时 间t13开始，使用变化率处理设转矩指令Tml *为值0，从判定发动机22 完成完全爆炸燃烧(complete explosive combustion )的时间t15开始，向 转矩指令Tml *设定发电用转矩。在此，转速Nref是开始发动机22的燃 料喷射控制、点火控制的转速。另外，现在考虑的A^动发动机22时，所 以对电机MG1的转矩指令Tml *设定用于变化率处理的变化率值。
这样设定电机MG1的转矩指令Tml *后，对要求转矩Tr *加上电机 MG1的转矩指令Tml *除以动力分配统合机构30的传动比的商，通过上 述式(3)计算应该从电机MG2输出的转矩的暂定值即暂定转矩Tm2tmp (步骤S300),使用上述的式(4)和式(5)计算电机MG2的转矩限制 Tm2min、 Tm2max(步骤S310 )，并通过上述的式(6 )以转矩限制Tm2min、 Tm2max限制暂定转矩Tm2tmp而设定电4几MG2的转矩指令Tm2 * (步 骤S320 )，将设定的转矩指令Tml * 、 Tm2 *发送至电机ECU40 (步骤 S330 )。
然后，判定发动机22的转速Ne是否达到了开始燃料喷射控制、点火 控制的转速Nref以上(步骤S340 ),现在考虑的是发动机22的起动开始 时，所以发动机22的转速Ne较小、没有达到转速Nref。因此，该判定得 到否定的结论，不开始燃料喷射控制、点火控制，结束本例程。
开始发动机22的起动时，在步骤S270中判定为发动机22在起动中，所以执行上述的步骤S290 S330的处理，等到发动机22的转速Ne达到开 始燃料喷射控制、点火控制的转速Nref以上(步骤S340)，将控制信号发 送至发动机ECU24使得开始燃料喷射控制、点火控制(步骤S3350)。通 过这样的控制，能够一边起动停止的发动机22， 一边在蓄电池50的输入 输出限制Win、 Wout的范围内从电机MG2向作为驱动轴的齿圏轴32a输 出要求转矩Tr *而行驶。表示在运行发动机22的状态下行驶时的动力分 配统合机构30的旋转要素中的转速和转矩的力学关系的列线图的一例表 示于图11。
根据以上说明的实施例的混合动力汽车20，在ECO开关89为OFF 时对停止判定用阈值Wstop i殳定值Wl，在ECO开关89为ON时对停止 判定用阈值Wstop设定小于值Wl的值W2;在冷态时发动机起动而行驶 时，当基于电池温度Tb设定的蓄电池50的输出限制Wout为停止判定用 阈值Wstop以上时允许发动机22的间歇运行，当输出限制Wout小于停 止判定用阈值Wst叩时禁止发动机22的间歇运行；即在ECO开关89为 OFF时等待蓄电池50预热直到成为能够从蓄电池50输出充分的电力的状 态而开始发动才几22的间歇运行，在ECO开关89为ON时能预热蓄电池 50到够从蓄电池50输出最低限的电力的状态之后开始发动机22的间歇运 行，所以能够在通常时顺利地进行发动机22的再起动，并且还能够通过操 作者的指示而应对能量效率的提高。
在实施例的混合动力汽车20中，为了顺利地进行发动机22的再起动， 比较蓄电池50的输出限制Wout和停止判定用阈值Wst叩而判定是允许 还是禁止发动机22的停止，但在停止发动机22时切断向发动机22的燃料
下降的发动机停止控制的情况下，也可以通过比较蓄电池50的输入限制 Win和停止判定阈值Wstop2而判定该发动机的停止控制能否正常进行来 判定，从而决定是许可还是禁止发动机22的停止。另外，在发动机停止控 制中，如果从电机MG1输出用于使发动机22的转速下降的转矩，则由于 与之对应的转矩作用于齿圏轴32a侧，所以基于前述的式(3) ~式(6)设定电机MG2的转矩指令Tm2 *使得消除作用于齿圏轴32a侧的该转矩 并JU吏要求转矩Tr *输出至齿圏轴32a。
在实施例的混合动力汽车20中，基于根据电池温度Tb和剩余容量 (SOC )而设定的输出限制Wout来决定是允许还是禁止发动机22的停止，
该情况下的发动机停止可否判定例程表示于图12。在图12的发动机停止 可否判定例程中，输入来自ECO开关89的ECO开关信号ESW并从电 机ECU40通过通信输入电池温度Tb (步骤S500 )，判定输入的ECO开 关信号ESW是OFF还是ON (步骤S510 )，在ECO开关信号ESW为 OFF时对停止判定用阈值Tstop设定值Tl (步骤S520 ),在ECO开关信 号ESW为ON时对停止判定用阈值Tstop设定值T2 (步骤S530 )。然后， 通过比较输入的电池温度Tb和停止判定用阈值Tstop (步骤S540 )，当电 池温度Tb为停止判定用阈值Tstop以上时允许发动机22的停止(步骤 S550 )，当电池温度Tb小于停止判定用阈值Tstop时禁止发动机22的停 止(步骤S560)而进行。在此，值Tl作为在行驶中顺利地进行停止后的 发动机22的再起动所需的蓄电池50的预热温度而确定，值T2作为为了 在行驶中进行停止后的发动机22的再起动的必要最小限的预热温度附近 的温度而确定为比值T1小的值。才艮据该变形例，与实施例同样地，也能 够在通常时顺利地进行发动机22的再起动并且还能够通过操作者的指示 而对应能量效率的提高。
在实施例的混合动力汽车20中，将电机MG2介由减速器35安装于 作为驱动轴的齿圏轴32a，但也可以将电机MG2直接安装于齿圏轴32a， 也可以代替减速器35而介由二级变速、三级变速、四级变速等的变速器将 电机MG2安装于齿圏轴32a。
在实施例的混合动力汽车20中，将电机MG2的动力通过减速器35 进行变速而输出至齿圈轴32a，但也可以如图13的变形例的混合动力汽车 120例示的那样，将电机MG2的动力连接于与连接有齿圏轴32a的车轴(连 接有驱动轮63a、 63b的车轴)不同的车轴(连接于图13中的车轮64a、64b的车轴)。
在实施例的混合动力汽车20中，将发动机22的动力介由动力分配统 合机构30输出至作为连接于驱动轮63a、 63b的驱动轴的齿圈轴32a，但 也可以是如图14的变形例的混合动力汽车220例示的那样具备双转子电动 机230的装置，该双转子电动机230具有连接于发动机22的曲轴26的内 转子232和连接于将动力输出至驱动轮63a、 63b的驱动轴的外转子234， 将发动机22的动力的一部分传递至驱动轴并将剩余的动力转换为电力。
在此，对实施例的主要要素和发明内容所述的发明的主要要素的对应 关系进行说明。在实施例中，发动机22相当于"内燃机"；电机MG1和 动力分配统合机构30的组合相当于"电力动力输入输出器"；电机MG2 相当于"电动机，，；蓄电池50相当于"蓄电器"；温度传感器51相当于"温 度检测器"；根据基于由电流传感器检测的充放电电流的累计值的蓄电池 50的剩余容量(SOC)和蓄电池50的电池温度Tb而演算蓄电池50可以 充放电的最大容许电力即输入输出限制Win、 Wout的蓄电池ECU52相当 于"最大容许电力设定部，，；ECO开关89相当于"燃料消耗率优先开关，，； 执行图5的发动机停止可否判定例程的混合动力用电子控制单元70相当于 "间歇运行可否部"，该发动机停止可否判定例程，在当ECO开关89为 OFF时对停止判定用阈值Wstop设定值Wl而当ECO开关89为ON时 对停止判定用阈值Wstop设定小于值Wl的值W2、当蓄电池50的输出 限制Wout为停止判定用阈值Wst叩以上时允许发动才几22的停止而当输 出限制Wout小于停止判定用阔值Wstop时禁止发动机22的停止。此夕卜， 电机MG1相当于"发电机"，动力分配统合^L构30相当于"三轴式动力 输入输出器"。此外，双转子电动机230也相当于"动力输入输出器"。在 此，作为"内燃机"，不限于通过汽油或轻油等烃类化合物的燃料输出动力 的内燃机，也可以是氩发动机等任何类型的内燃机。作为"动力输入输出 器"，不限于动力分配统合机构30和电机MG1的组合、双转子电动机230, 也可以是连接于内燃机的输出轴和连结于车轴的驱动轴、能够使用驱动轴燃机的输出轴输出转矩的任何装置。作为"电动机"，不限于作为同步发电
电动机而构成的电机MG2，只要是感应电动机等能够向驱动轴输入动力和 从驱动轴输出动力，可以为任何类型的电动机。作为"蓄电器"，不限于作 为二次电池的蓄电池50，只要是电容器等能够与电力动力输入输出器、电 动机进行电力的交换，可以为任何装置。作为"最大容许电力设定部"，不 限于基于蓄电池50的剩余容量(SOC)和蓄电池50的电池温度Tb而演 算输入输出限制Win、 Wout,除了剩余容量(SOC )和电池温度Tb之夕卜， 只要是基于例如蓄电池50的内部电阻等演算等的基于蓄电器的状态设定 蓄电器的容许充放电的最大容许电力的任何类型可任意设定。作为"间歇 运行可否部"，不限于在当ECO开关89为OFF时对停止判定用阈值Wstop
值Wl的值W2、当发动机22在运行中时蓄电池50的输出限制Wout为 停止判定用阈值Wstop以上时允许发动机22的停止而当输出限制Wout 小于停止判定用阈值Wst叩时禁止发动机22的停止，也不限于在当ECO 开关89为OFF时对停止判定用阈值Tstop设定值Tl而当ECO开关89 为ON时对停止判定用阈值Tstop设定小于值Tl的值T2、当发动机22 在运行中电池温度Tb为停止判定用阈值Tstop以上时允许发动机22的停 止而当电池温度Tb小于停止判定用阈值Tstop时禁止发动机22的停止； 只要是在没有由燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时当蓄电 器的最大容许电力小于第1电力时禁止内燃机的间歇运行而当蓄电器的最 大容许电力为所述第1电力以上时允许内燃机的间歇运行、在由燃料消耗 率优先开关指示了燃料消耗率优先的行驶时当蓄电器的最大容许电力小于 比第1电力小的第2电力时禁止内燃机的间歇运行而当蓄电器的最大容许 电力为第2电力以上时允许内燃机的间歇运行，或者在没有由燃料消耗率 优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时当蓄电器的温度小于第1温度时禁 止内燃机的间歇运行而当蓄电器的温度为第1温度以上时允许内燃机的间 歇运行、在由燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时当蓄电器 的温度小于比第1温度小的第2温度时禁止内燃机的间歇运行而当蓄电器的温度为第2温度以上时允许内燃机的间歇运行，就可以是任何类型。作 为"发电机"，不限于作为同步发电电动机而构成的电机MG1，只要是感 应电动机等r能够输入输出动力，可以是任何类型的发电机。作为"三轴 式动力输入输出器"，不限于上述的动力分配统合机构30，可以是使用双 小齿轮式的行星齿轮机构的装置、组合多个行星齿轮机构而连接于四个以 上的轴的装置、如差速器那样具有与行星齿轮不同的工作作用的装置等的、 连接于驱动轴、输出轴和发电机的旋转轴的三根轴而基于从该三根轴中的 任意两轴输出的动力和向该三根轴中的任意两轴输入的动力而向剩余的一 轴输入动力和从剩余的一轴输出动力的任何装置。另外，关于实施例的主 要要素和发明内容所述的发明的主要要素的对应关系，实施例是用于具体 说明用于实施发明的概要栏所记载的发明的最佳方式，所以不限定发明内 容所记载的发明要素。即，对发明内容所记栽的发明的解释应该基于该栏 的记载进行，实施例只不过是发明内容所记载的发明的具体的一例。
以上，使用实施例对用于实施本发明的最佳方式进行了说明，但本发 明完全不限于这样的实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以 以各种方式实施。
本申请，以2007年11月8日申请的日本专利申请第2007-290468号 为优先权主张的1^出，通过引用，其所有内容都包含于本说明书中。
权利要求
1. 一种混合动力车，具备内燃机；电力动力输入输出器，其与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴连接，能够使用该驱动轴侧的反力，通过电力和动力的输入输出，向所述内燃机的输出轴输入转矩和从所述内燃机的输出轴输出转矩；电动机，其能够向所述驱动轴输入动力和从所述驱动轴输出动力；蓄电器，其能够与所述电力动力输入输出器和所述电动机进行电力的交换；温度检测器，其检测该蓄电器的温度；最大容许电力设定部，其基于该检测出的蓄电器的温度设定可以从该蓄电器充放电的最大容许电力；燃料消耗率优先开关，其能够指示燃料消耗率优先的行驶；和间歇运行可否部，其在没有由该燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于第1电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述设定的蓄电器的最大容许电力为所述第1电力以上时允许所述内燃机的间歇运行；在由所述燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于比所述第1电力小的第2电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述设定的蓄电器的最大容许电力为所述第2电力以上时允许所述内燃机的间歇运行。
2. 如权利要求l所述的混合动力车，
3.如权利要求1或2所述的混合动力车，电力动力输入输出器具备能够输入输出动力的发电机；和三轴式动 力输入输出器，该三轴式动力输入输出器连接于所述内燃机的输出轴、所 述发电机的旋转轴和所述驱动轴这三根轴，基于从该三根轴中的任意两轴输出的动力和向该三根轴中的任意两轴输入的动力而向剩余的一轴输入动 力和从剩余的一轴输出动力。
4. 一种混合动力车，具有电池的输出性能在低温时比常温时降低的特 性的电池，且能够仅通过电动机而行驶，其中，动机的判断水平；当所述开关被选择为开启时，还根据电池温度变it良动才几起动的判断 水平。
5. —种混合动力车，具备 内燃机；电力动力输入输出器，其与该内燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴 连接，能够使用该驱动轴侧的反力，通过电力和动力的输入输出，向所述电动才几，其能够向所述驱动轴输入动力和从所述驱动轴输出动力； 蓄电器，其能够与所述电力动力输入输出器和所述电动^L进行电力的 交换；温度检测器，其检测该蓄电器的温度； 燃料消耗率优先开关，其能够指示燃料消耗率优先的行驶；和 间歇运行可否部，其在没有由所述燃料消耗率优先开关指示燃料消耗 率优先的行驶时，当所述检测出的蓄电器的温度小于第l温度时禁止所述 内燃机的间歇运行，当所述检测出的蓄电器的温度为所述第l温度以上时 允许所述内燃机的间歇运行；在由所述燃料消耗率优先开关指示燃料消耗 率优先的行驶时，当所述检测出的蓄电器的温度小于比所述第l温度小的 第2温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述检测出的蓄电器的温度为 所述第2温度以上时允许所述内燃机的间歇运行。
6. 如权利要求5所述的混合动力车，
7.如权利要求5或6所述的混合动力车，电力动力输入输出器具备能够输入输出动力的发电机；和三轴式动 力输入输出器，该三轴式动力输入输出器连接于所述内燃机的输出轴、所 述发电机的旋转轴和所述驱动轴这三根轴，基于从该三根轴中的任意两轴 输出的动力和向该三根轴中的任意两轴输入的动力而向剩余的一轴输入动 力和从剩余的 一轴输出动力。
8. —种混合动力车的控制方法，该混合动力车具备内燃机；与该内 燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴连接、能够使用该驱动轴侧的反力通机的输出轴输出转矩的电力动力输入输出器；能够向所述驱动轴输入动力 和从所述驱动轴输出动力的电动机；和能够与所述电力动力输入输出器和 所述电动机进行电力交换的蓄电器，其中，(a )基于所述蓄电器的温度设定该蓄电器可以充放电的最大容许电力，(b)在没有由燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时， 当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于第1电力时禁止所述内燃机的间 歇运行，当所述设定的蓄电器的最大容许电力为所述第1电力以上时允许 所述内燃机的间歇运行；在由所述燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优 先的行驶时，当所述设定的蓄电器的最大容许电力小于比所述第1电力小 的第2电力时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述设定的蓄电器的最大容 许电力为所述第2电力以上时允许所述内燃机的间歇运行。
9. 一种混合动力车的控制方法，该混合动力车具备内燃机；与该内 燃机的输出轴和连接于车轴的驱动轴连接、能够使用该驱动轴侧的反力通机的输出轴输出转矩的电力动力输入输出器；能够向所述驱动轴输入动力 和从所述驱动轴输出动力的电动机；和能够与所述电力动力输入输出器和 所述电动机进行电力交换的蓄电器，其中，在没有由燃料消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当所述 蓄电器的温度小于第l温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述蓄电器的温度为所述笫l温度以上时允许所述内燃机的间歇运行；在由所述燃料 消耗率优先开关指示燃料消耗率优先的行驶时，当所述蓄电器的温度小于 比所述第1温度小的第2温度时禁止所述内燃机的间歇运行，当所述蓄电 器的温度为所述第2温度以上时允许所述内燃机的间歇运行。
全文摘要
本发明涉及混合动力车及其控制方法。当ECO开关为OFF(闭)时向停止判定用阈值Wstop设定数值W1(步骤S420)，当ECO开关为ON(开)时对停止判定用阈值Wstop设定值W2(步骤S430)，当基于电池温度和剩余容量设定的蓄电池的输出限制Wout为停止判定用阈值Wstop以上时允许发动机的停止(步骤S450)，当输出限制Wout小于停止判定用阈值Wstop时禁止发动机的停止(步骤S460)。值W1作为为了在行驶中顺利地进行停止后的发动机的再起动所必要的电力值而确定，值W2作为用于在行驶中进行停止后的发动机的再起动的必要最小限的电力值附近的值而确定为比值W1小的值。
文档编号B60W10/06GK101428614SQ200810174140
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月8日
发明者松原立幸 申请人:丰田自动车株式会社