混合动力车辆的制作方法

专利名称：混合动力车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力输出设备，该动力输出设备的控制方法，以及配备有 该动力输出设备的车辆。
背景技术：
动力输出设备的一种提出的结构包括发动机、包括分别与发动机的 曲轴相连接以及与连接到车辆的车轴的驱动轴相连接的行星轮架以及齿圈 的行星齿轮单元、设置成对行星齿轮单元的太阳轮输入和输出动力的第一 电机、设置成对驱动轴输入和输出动力的第二电机、以及设计成向第一电 机及第二电机输入和输出电力的蓄电池(例如参见日本专利公开公报号
2005-39880)。上述提出的动力输出设备基于从发动机向行星轮架输入的 动力以及从第一电机向太阳轮输入的动力、来经由齿圈对驱动轴输入和输 出动力，同时控制第二电机向驱动轴输入和输出动力。

发明内容
在驱动轴所需的驱动力需求突然改变的情况下，上述现有技术动力输 出设备响应于此突然改变而迅速地改变第二电机的驱动力水平。但是，向 第一电机及第二电机输入和输出电力的蓄电池的预设输入和输出限制可能 不允许第二电机的驱动力水平的上述迅速改变。在此状态下，该动力输出 设备就不能够对驱动轴所需的驱动力需求的突然改变进行响应。 一种用于 对驱动轴所需的驱动力需求的突然改变进行响应的可用措施对第一电机进 行控制以迅速地改变发动机的转速，由此立即改变经由行星齿轮单元对驱 动轴的动力输入和输出。但是，因为发动机以及其他相关装置的性能限 制，可能不允许发动机转速的迅速改变。在此情况下，就不能采用迅速改 变发动机转速的方法作为对驱动轴所需的驱动力需求的突然改变的响应。
因此，本发明的动力输出设备、配备有该动力输出设备的机动车辆、 以及该动力输出设备的控制方法旨在对驱动力需求的突然改变进行迅速的 响应。本发明的动力输出设备、配备有该动力输出设备的机动车辆、以及 该动力输出设备的控制方法还旨在根据诸如二次电池之类的蓄电单元的状 态来为驱动力需求的突然改变做好准备。
为了实现上述及其他相关目的的至少一部分，本发明的动力输出设 备、配备有该动力输出设备的机动车辆、以及该动力输出设备的控制方法 具有以下所描述的构造。
本发明涉及一种动力输出设备，其向驱动轴输出动力。该动力输出设 备包括内燃机；电力-机械动力输入输出机构，其与所述内燃机的输出轴 连接并与所述驱动轴连接，并且通过电力和机械动力的输入和输出对所述 输出轴以及所述驱动轴输入和输出动力；电机，其能够对所述驱动轴输入
和输出动力；蓄电单元，其对所述电力-机械动力输入输出机构以及所述电 机输入和输出电力；输入/输出限制设定模块，其根据所述蓄电单元的充电 状态来设定所述蓄电单元的输入和输出限制，所述蓄电单元的所述输入和 输出限制是可对所述蓄电单元充电和放电的最大和最小电力；最大/最小控 制转速设定模块，其基于所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制来设 定最大和最小控制转速，所述最大和最小控制转速是所述内燃机的上限和 下限控制转速；驱动力需求规定模块，其规定所述驱动轴所需的驱动力需 求；以及控制模块。当在由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以 及所述设定的最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在所 述内燃机的转速改变的情况下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求 时，所述控制模块对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及 所述电机进行控制，使得在所述控制约束范围内将所述规定的驱动力需求 输出至所述驱动轴。当在所述控制约束范围内不能够实现在所述内燃机的 转速改变的情况下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，所述控制 模块对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行 控制，使得在基于性能的约束范围内将取决于所述规定的驱动力需求的预 设驱动力输出至所述驱动轴，其中由所述蓄电单元的所述设定的输入和输
出限制以及基于性能的最大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范 围，所述基于性能的最大和最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转 速和下限转速。
本发明的动力输出设备根据所述蓄电单元的充电状态来设定输入和输 出限制作为可向所述蓄电单元充电的最大及最小电力以及可从所述蓄电单 元放电的最大及最小电力，并基于所述设定的输入和输出限制来设定最大 和最小控制转速作为所述内燃机的上限和下限控制转速。当在所述内燃机 的转速改变的情况下、在由蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所 述设定的最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在内燃机 的转速改变的情况下向驱动轴输出规定的驱动力需求时，对内燃机、电力-机械动力输入输出机构、以及电机进行控制，使得在所述控制约束范围内 将所述规定的驱动力需求输出至驱动轴。在该控制模式下，可以在控制约 束范围内向驱动轴输出规定的驱动力需求。另一方面，当在所述控制约束 范围内不能够实现向所述驱动轴输出规定的所述驱动力需求时，对内燃 机、电力-机械动力输入输出机构、以及电机进行控制，使得在基于性能的 约束范围内、在所述内燃机的转速改变的情况下将取决于所述规定的驱动 力需求的预设驱动力输出至驱动轴。由蓄电单元的所述设定的输入和输出 限制以及基于性能的最大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范围， 所述基于性能的最大和最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转速和 下限转速。在该控制模式中，可以在基于性能的约束范围内向驱动轴输出 与规定的驱动力需求相对应的预设驱动力。基于性能的约束范围比控制约 束范围宽。在驱动力需求突然改变的情况下，可能在控制约束范围内不能 够实现向驱动轴输出突然改变的驱动力需求。在此情况下，对内燃机、电 力-机械动力输入输出机构、以及电机进行控制，以确保在基于性能的约束 范围内向驱动轴输出更接近驱动力需求的驱动力。当在控制约束范围内能 够实现向驱动轴输出驱动力需求时，进行控制以确保处于控制约束范围内 的输出。这样可有效地在控制约束范围内为向驱动轴输出驱动力需求时可 能发生的故障做好准备。根据蓄电单元的输入限制和输出限制来设定控制 约束范围。即，上述设置基于蓄电单元的输入限制和输出限制。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制模块对所述内燃机、所述电 力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，以在所述内燃机的转 速改变的情况下利用动力输入或输出来确保向所述驱动轴输出所述驱动力 需求。该动力输出设备在内燃机的转速改变的情况下利用动力输入或输出 来确保向驱动轴输出驱动力需求。从控制约束范围内的控制模式向基于性 能的约束范围内的控制模式的控制状态的转换扩展了内燃机的转速的可允 许改变范围，由此提高了输入和输出动力水平。上述设置确保了向驱动轴 输出更接近驱动力需求的驱动力。
在本发明的另一优选实施例中，所述最大/最小控制转速设定模块将所 述最小控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输出限制的绝对值 的减小而升高。所述动力输出设备将所述最小控制转速设定为随着所述蓄 电单元的所述设定的输出限制的绝对值的减小而升高。这样增大了最小控 制转速与基于性能的最小转速之间的转速差，由此为以最小控制转速驱动 的内燃机的转速的突然降低设置了更大的容限。内燃机的转速的突然降低 迅速地提高了输出到驱动轴的驱动力。在由于蓄电单元的输出限制而未能 在控制约束范围内向驱动轴输出驱动力需求的情况下，在基于性能的约束 范围内的上述控制使得更加接近驱动力需求的驱动力被输出至驱动轴。
在本发明的另一优选实施例中，所述最大/最小控制转速设定模块将所 述最大控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输入限制的绝对值 的减小而降低。该动力输出设备将所述最大控制转速设定为随着所述蓄电 单元的所述设定的输入限制的绝对值的减小而降低。这样增大了最大控制 转速与基于性能的最大转速之间的转速差，由此为以最大控制转速驱动的 内燃机的转速的突然升高设置了更大的容限。内燃机的转速的突然升高迅 速地减小了输出到驱动轴的驱动力。在由于蓄电单元的输入限制而未能在 控制约束范围内向驱动轴输出驱动力需求的情况下，在基于性能的约束范 围内的上述控制使得更加接近驱动力需求的驱动力被输出至驱动轴。
在本发明的另一优选实施例中，所述电力-机械动力输入输出机构包 括三轴式动力输入输出模块，其连接至三根轴，即所述内燃机的所述输 出轴、所述驱动轴、以及旋转轴，所述三轴式动力输入输出模块基于对所
述三根轴中任意两根轴的动力输入和输出来对剩余一根轴输入和输出动 力；以及发电机，其对所述旋转轴输入和输出动力。
本发明还涉及一种车辆。所述车辆包括内燃机；电力-机械动力输入 输出机构，其与所述内燃机的输出轴连接并与连接至车轴的驱动轴连接， 并且通过电力和机械动力的输入和输出对所述输出轴以及所述驱动轴输入 和输出动力；电机，其能够对所述驱动轴输入和输出动力；蓄电单元，其 对所述电力-机械动力输入输出机构以及所述电机输入和输出电力；输入/ 输出限制设定模块，其根据所述蓄电单元的充电状态来设定所述蓄电单元 的输入和输出限制，所述蓄电单元的所述输入和输出限制是可对所述蓄电 单元充电和放电的最大和最小电力；最大/最小控制转速设定模块，其基于 所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制来设定最大和最小控制转速， 所述最大和最小控制转速是所述内燃机的上限和下限控制转速；驱动力需 求规定模块，其规定所述驱动轴所需的驱动力需求；以及控制模块。当在 由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所述设定的最大和最小 控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在所述内燃机的转速改变的情 况下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，所述控制模块对所述内 燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在 所述控制约束范围内将所述规定的驱动力需求输出至所述驱动轴。当在所 述控制约束范围内不能够实现在所述内燃机的转速改变的情况下向所述驱 动轴输出所述规定的驱动力需求时，所述控制模块对所述内燃机、所述电 力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在基于性能的约 束范围内将取决于所述规定的驱动力需求的预设驱动力输出至所述驱动 轴，其中由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及基于性能的最 大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范围，所述基于性能的最大和 最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转速和下限转速。
本发明的车辆根据所述蓄电单元的充电状态来设定输入和输出限制作 为可向所述蓄电单元充电的最大及最小电力以及可从所述蓄电单元放电的 最大及最小电力，并基于所述设定的输入和输出限制来设定最大和最小控 制转速作为所述内燃机的上限和下限控制转速。当在所述内燃机的转速改
变的情况下、在由蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所述设定的 最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在内燃机的转速改 变的情况下向驱动轴输出规定的驱动力需求时，对内燃机、电力-机械动力 输入输出机构、以及电机进行控制，使得在所述控制约束范围内将所述规 定的驱动力需求输出至驱动轴。在该控制模式下，可以在控制约束范围内 向驱动轴输出规定的驱动力需求。另一方面，当在所述控制约束范围内不 能够实现向所述驱动轴输出规定的所述驱动力需求时，对内燃机、电力-机 械动力输入输出机构、以及电机进行控制，使得在基于性能的约束范围 内、在所述内燃机的转速改变的情况下将取决于所述规定的驱动力需求的 预设驱动力输出至驱动轴。由蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及 基于性能的最大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范围，所述基于 性能的最大和最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转速和下限转 速。在该控制模式中，可以在基于性能的约束范围内向驱动轴输出与规定 的驱动力需求相对应的预设驱动力。基于性能的约束范围比控制约束范围 宽。在驱动力需求突然改变的情况下，可能在控制约束范围内不能够实现 向驱动轴输出突然改变的驱动力需求。在此情况下，对内燃机、电力-机械 动力输入输出机构、以及电机进行控制，以确保在基于性能的约束范围内 向驱动轴输出更接近驱动力需求的驱动力。当在控制约束范围内能够实现 向驱动轴输出驱动力需求时，进行控制以确保处于控制约束范围内的输 出。这样可有效地在控制约束范围内为向驱动轴输出驱动力需求时可能发 生的故障做好准备。根据蓄电单元的输入限制和输出限制来设定控制约束 范围。即，上述设置基于蓄电单元的输入限制和输出限制。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制模块对所述内燃机、所述电 力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，以在所述内燃机的转 速改变的情况下利用动力输入或输出来确保向所述驱动轴输出所述驱动力 需求。该动力输出设备在内燃机的转速改变的情况下利用动力输入或输出 来确保向驱动轴输出驱动力需求。从控制约束范围内的控制模式向基于性 能的约束范围内的控制模式的控制状态的转换扩展了内燃机的转速的可允 许改变范围，由此提高了输入和输出动力水平。上述设置确保了向驱动轴
输出更接近驱动力需求的驱动力。
在本发明的另一优选实施例中，所述最大/最小控制转速设定模块将所 述最小控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输出限制的绝对值 的减小而升高。所述动力输出设备将所述最小控制转速设定为随着所述蓄 电单元的所述设定的输出限制的绝对值的减小而升高。这样增大了最小控 制转速与基于性能的最小转速之间的转速差，由此为以最小控制转速驱动 的内燃机的转速的突然降低设置了更大的容限。内燃机的转速的突然降低 迅速地提高了输出到驱动轴的驱动力。在由于蓄电单元的输出限制而未能 在控制约束范围内向驱动轴输出驱动力需求的情况下，在基于性能的约束 范围内的上述控制使得更加接近驱动力需求的驱动力被输出至驱动轴。
在本发明的另一优选实施例中，所述最大/最小控制转速设定模块将所 述最大控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输入限制的绝对值 的减小而降低。该动力输出设备将所述最大控制转速设定为随着所述蓄电 单元的所述设定的输入限制的绝对值的减小而降低。这样增大了最大控制 转速与基于性能的最大转速之间的转速差，由此为以最大控制转速驱动的 内燃机的转速的突然升高设置了更大的容限。内燃机的转速的突然升高迅 速地减小了输出到驱动轴的驱动力。在由于蓄电单元的输入限制而未能在 控制约束范围内向驱动轴输出驱动力需求的情况下，在基于性能的约束范 围内的上述控制使得更加接近驱动力需求的驱动力被输出至驱动轴。
在本发明的另一优选实施例中，所述电力-机械动力输入输出机构包 括三轴式动力输入输出模块，其连接至三根轴，即所述内燃机的所述输 出轴、所述驱动轴、以及旋转轴，所述三轴式动力输入输出模块基于对所 述三根轴中任意两根轴的动力输入和输出来对剩余一根轴输入和输出动 力；以及发电机，其对所述旋转轴输入和输出动力。
本发明还涉及一种动力输出设备的控制方法。所述动力输出设备包 括内燃机；电力-机械动力输入输出机构，其与所述内燃机的输出轴连接 并与驱动轴连接，并且通过电力和机械动力的输入和输出对所述输出轴以 及所述驱动轴输入和输出动力；电机，其能够对所述驱动轴输入和输出动 力；以及蓄电单元，其对所述电力-机械动力输入输出机构以及所述电机输
入和输出电力。所述控制方法包括以下步骤(a)根据所述蓄电单元的 充电状态来设定所述蓄电单元的输入和输出限制，所述蓄电单元的所述输 入和输出限制是可对所述蓄电单元充电和放电的最大和最小电力，并基于 所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制来设定最大和最小控制转速， 所述最大和最小控制转速是所述内燃机的上限和下限控制转速；并且 (b)当在由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所述设定的 最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在所述内燃机的转 速改变的情况下向所述驱动轴输出规定驱动力需求时，对所述内燃机、所 述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在所述控制 约束范围内将所述规定的驱动力需求输出至所述驱动轴，当在所述控制约 束范围内不能够实现在所述内燃机的转速改变的情况下向所述驱动轴输出 所述规定的驱动力需求时，对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机 构、以及所述电机进行控制，使得在基于性能的约束范围内将取决于所述 规定的驱动力需求的预设驱动力输出至所述驱动轴，其中由所述蓄电单元 的所述设定的输入和输出限制以及基于性能的最大和最小转速，来界定所 述基于性能的约束范围，所述基于性能的最大和最小转速是所述内燃机的 取决于性能的上限转速和下限转速。
本发明的动力输出设置的控制方法根据所述蓄电单元的充电状态来设 定输入和输出限制作为可向所述蓄电单元充电的最大及最小电力以及可从 所述蓄电单元放电的最大及最小电力，并基于所述设定的输入和输出限制 来设定最大和最小控制转速作为所述内燃机的上限和下限控制转速。当在 所述内燃机的转速改变的情况下、在由蓄电单元的所述设定的输入和输出 限制以及所述设定的最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实 现在内燃机的转速改变的情况下向驱动轴输出规定的驱动力需求时，对内 燃机、电力-机械动力输入输出机构、以及电机进行控制，使得在所述控制 约束范围内将所述规定的驱动力需求输出至驱动轴。在该控制模式下，可 以在控制约束范围内向驱动轴输出规定的驱动力需求。另一方面，当在所 述控制约束范围内不能够实现向所述驱动轴输出规定的所述驱动力需求 时，对内燃机、电力-机械动力输入输出机构、以及电机进行控制，使得在 基于性能的约束范围内、在所述内燃机的转速改变的情况下将取决于所述 规定的驱动力需求的预设驱动力输出至驱动轴。由蓄电单元的所述设定的 输入和输出限制以及基于性能的最大和最小转速，来界定所述基于性能的 约束范围，所述基于性能的最大和最小转速是所述内燃机的取决于性能的 上限转速和下限转速。在该控制模式中，可以在基于性能的约束范围内向 驱动轴输出与规定的驱动力需求相对应的预设驱动力。基于性能的约束范 围比控制约束范围宽。在驱动力需求突然改变的情况下，可能在控制约束 范围内不能够实现向驱动轴输出突然改变的驱动力需求。在此情况下，对 内燃机、电力-机械动力输入输出机构、以及电机进行控制，以确保在基于 性能的约束范围内向驱动轴输出更接近驱动力需求的驱动力。当在控制约 束范围内能够实现向驱动轴输出驱动力需求时，进行控制以确保处于控制 约束范围内的输出。这样可有效地在控制约束范围内为向驱动轴输出驱动 力需求时可能发生的故障做好准备。根据蓄电单元的输入限制和输出限制 来设定控制约束范围。即，上述设置基于蓄电单元的输入限制和输出限 制。


图1示意性地示出了本发明一个实施例中的混合动力车辆的构造；
图2是流程图的前一部分，示出了由安装在本实施例的混合动力车辆 上的混合动力电子控制单元执行的驱动控制例程；
图3是流程图的后一部分，示出了由安装在本实施例的混合动力车辆 上的混合动力电子控制单元执行的驱动控制例程；
图4示出了输入限制Win和输出限制Wout随蓄电池的蓄电池温度Tb
的变化；
图5示出了输入限制修正系数以及输出限制修正系数随蓄电池的充电 状态SOC的变化；
图6示出了转矩需求设定映射图的一个示例；
图7示出了最大控制转速设定映射图的一个示例；
图8示出了最小控制转速设定映射图的一个示例；
图9示出了处于常规状态的发动机的工作曲线，用于设定目标转速
Ne巧n目标转矩Te、
图10是列线图，示出了包含在本实施例的混合动力车辆中的动力分 配集成机构的各个旋转元件的转矩-转速动力学；
图ll是列线图，示出了在发动机以接近最小控制转速Necmin的转速 情况下工作期间动力分配集成机构的各个旋转元件的转矩-转速动力学；
图12是列线图，示出了在发动机以接近最大控制转速Necmax的转速 情况下工作期间动力分配集成机构的各个旋转元件的转矩-转速动力学；
图13示意性地示出了在一个修改示例中另一种混合动力车辆的构 造；并且
图14示意性地示出了在另一修改示例中另一种混合动力车辆的构造。
具体实施例方式
作为优选实施例，以下描述实现本发明的一种模式。图1示意性地示 出了在本发明的一个实施例中其上安装有动力输出设备的混合动力车辆20 的构造。如图所示，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22;三轴式 动力分配集成机构30，其经由减震器28连接至作为发动机22输出轴的曲 轴26;电机MG1，其连接至动力分配集成机构30并能够产生电力；减速 齿轮35，其安装至齿圏轴32a (起与动力分配集成机构30连接的驱动轴的 作用)；另一电机MG2，其与减速齿轮35连接；以及混合动力电子控制 单元70，其控制整个动力输出设备。
发动机22是使用碳氢燃料(例如汽油或轻油)来输出动力的内燃 机。发动机电子控制单元(以下称作发动机ECU) 24从检测发动机22的 工作状况的各个传感器接收信号，并负责发动机22的工作控制(例如燃 料喷射控制、点火控制和进气流量调节)。发动机24与混合动力电子控 制单元70通讯，以响应于从混合动力电子控制单元70发送的控制信号来 控制发动机22的工作，同时根据需求向混和动力电子控制单元70输出与 发动机22的工作状况相关的数据。
动力分配集成机构30具有作为外齿轮的太阳轮31、作为内齿轮并与
太阳轮31同心布置的齿圈32、与太阳轮31和齿圈32啮合的多个小齿轮 33、以及保持多个小齿轮33的轮架34，轮架34以允许多个小齿轮33自 由公转并绕各自的轴自由自转的方式来保持多个小齿轮33。换言之，动力 分配集成机构30被构造为允许作为旋转元件的太阳轮31、齿圈32和轮架 34的差速运动的行星齿轮机构。动力分配集成机构30中的轮架34、太阳 轮31和齿圈32分别与发动机22的曲轴26耦合、与电机MG1耦合和经由 齿圈轴32a与减速齿轮35啮合。当电机MG1起发电机的作用时，从发动 机22输出并通过轮架34输入的动力根据速比分配到太阳轮31和齿圈 32。另一方面，当电机MG1起电动机的作用时，从发动机22输出并通过 轮架34输入的动力与从电机MG1输出并通过太阳轮31输入的动力结 合，并且合成的动力输出到齿圈32。输出至齿圈32的动力由此从齿圈轴 32a经由齿轮机构60和差速齿轮62最终传递至驱动车轮63a和63b。
电机MG1和MG2两者都是公知的同步电动发电机，其可以作为发电 机或作为电动机被驱动。电机MG1和MG2经由逆变器41和42传递电力 至蓄电池50并经由逆变器41及42传递来自蓄电池50的电力。将逆变器 41和42与蓄电池50连接的电力线54被构造为由逆变器41及42共用的 正极母线和负极母线。这样的设置使得由电机MG1及MG2其中一者产生 的电力可以由另一电机消耗。蓄电池50可以用由电机MG1或MG2产生 的过剩电力来充电，也可以进行放电以补充电力的不足。当在电机MG1 与MG2之间达到电力平衡时，蓄电池即不充电也不放电。电机MG1与 MG2两者的工作由电机电子控制单元(以下称作电机ECU) 40来控制。 龟机ECU 40接收用于控制电机MG1及MG2所需的各种信号，例如来自 检测电机MG1及MG2中转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43及44 的信号以及由电流传感器(未示出)所检测的表示将施加至电机MG1及 MG2的相电流的信号。电机ECU 40向逆变器41及42输出开关控制信 号。电机ECU 40与混合动力电子控制单元70通讯以响应于从混和动力电 子控制单元70发送的控制信号来控制电机MG1及MG2的工作，同时根 据需要向混和动力电子控制单元70输出与电机MG1和MG2的工作状态
相关的数据。
蓄电池50在蓄电池电子控制单元(以下称作蓄电池ECU) 52的控制 之下。蓄电池ECU 52接收控制蓄电池50所需的各种信号，例如，由位于 蓄电池50的端子之间的电压传感器(未示出)测量的端子间电压、由安 装至与蓄电池50的输出端子相连的电力线54的电流传感器(未示出)测 量的充放电电流、以及由安装至蓄电池50的温度传感器(未示出)测量 的蓄电池温度Tb。蓄电池ECU 52根据需要通过通讯向混合动力电子控制 单元70输出与蓄电池50的状态相关的数据。为了对蓄电池50进行控制， 蓄电池ECU 52根据由电流传感器(未示出)测量的积累充放电电流来计 算蓄电池50的充电状态(SOC)。
混合动力电子控制单元70被构造为微处理器，该微处理器包括CPU 72、储存处理程序的ROM 74、临时储存数据的RAM 76、输入和输出端 口 (未示出)以及通讯端口 (未示出)。混和动力电子控制单元70经由 其输入端口接收以下各种输入来自点火开关80的点火信号、来自检测 变速杆81当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP、来自测量驾驶员 对加速踏板83的下压量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来 自检测驾驶员对制动踏板85的下压量的制动踏板位置传感器86的制动踏 板位置BP、以及来自车速传感器88的混合动力车辆20的车速V。如前所 述，混合动力电子控制单元70经由通讯端口与发动机ECU 24、电机ECU 40和蓄电池ECU 52通讯以接收上述来自发动机ECU 24、电机ECU 40和 蓄电池ECU 52的各种控制信号及数据，并向发动机ECU24、电机ECU 40和蓄电池ECU 52发送各种控制信号及数据。
如上构造的本实施例的混合动力车辆20基于车速车速V和加速器 Acc (其与加速器踏板83的驾驶员下压量对应)的观测值来计算要向起驱 动轴作用的齿圈轴32a输出的转矩需求。对发动机22以及电机MG1和 MG2进行工作控制以向齿圈轴32a输出与所计算的转矩需求对应的需求动 力水平。对发动机22以及电机MG1和MG2的工作控制选择性地实现转 矩转换驱动模式、充放电驱动模式、以及电机驱动模式中的一者。转矩转 换驱动模式对发动机22的工作进行控制以输出与需求动力水平相等的动
力量，同时驱动并控制电机MG1和MG2以使得从发动机22输出的全部 动力都通过动力分配集成机构30以及电机MG1和MG2经过转矩转换并 输出至齿圈轴32a。充放电驱动模式对发动机22的工作进行控制以输出与 需求动力水平以及因对蓄电池50充电消耗的电力或因蓄电池50放电供应 的电力的总和相等的动力量，并且在对蓄电池50充放电的同时，驱动并 控制电机MG1和MG2以使得从发动机22输出的全部或部分动力与要通 过动力分配集成机构30以及电机MG1和MG2进行转矩转换并输出至齿 圈轴32a的需求动力水平相等。电机驱动模式使发动机22的工作停止，并 驱动控制电机MG2以向齿圈轴32a输出与需求动力水平相等的动力量。
以上描述涉及具有上述构造的实施例的混合动力车辆20的工作。图2 和图3是流程图，示出了由本实施例的混合动力车辆.20中的混合动力电 子控制单元70执行的驱动控制例程。例如以每数毫秒的预设时间间隔重 复执行驱动控制例程。
在图2和图3的驱动控制例程中，混合动力电子控制单元70的CPU 72首先输入控制所需的各种数据，g卩，来自加速器踏板位置传感器84的 加速器开度Acc、来自车速传感器88的车速V、电机MG1及MG2的转 速Nml及Nm2、发动机22的转速Ne、以及蓄电池50的输入限制Win及 输出限制Wout (步骤S100)。根据安装至曲轴26的曲轴位置传感器(未 示出)的检测信号来计算发动机22的转速Ne，并通过通信从发动机ECU 24进行接收。根据由旋转位置检测传感器43及44检测的电机MG1及 MG2中各个转子的旋转位置来计算电机MG1及MG2的转速Nml及 Nm2，并通过通信从电机ECU 40接收。基于由温度传感器51测量的蓄电 池50的蓄电池温度Tb以及蓄电池50的充电状态SOC来设定蓄电池50的 输入限制Win及输出限制Wout，并通过通信从蓄电池ECU52接收。计算 蓄电池50的输入及输出限制Win及Wout的具体程序对与蓄电池温度Tb 对应的输入限制Win及输出限制Wout的基准值进行设定，规定与蓄电池 50的充电状态SOC对应的输入限制修正系数以及输出限制修正系数，并 将输入限制Win及输出限制Wout的基准值与规定的输入限制修正系数以 及输出限制修正系数相乘以确定蓄电池50的输入限制Win及输出限制
Wout。图4示出了输入限制Win及输出限制Wout相对于蓄电池温度Tb 的变化。图5示出了输入限制修正系数以及输出限制修正系数相对于蓄电 池50的充电状态SOC的变化。
在数据输入之后，CPU 72基于输入的加速器开度Acc以及输入的车 速V来设定待输出至齿圈轴32a (即，与驱动车轮63a及63b连接的驱动 轴)的作为混合动力车辆20所需转矩的转矩需求T—以及待从发动机22 输出的发动机动力需求Pe* (步骤S110)。在本实施例中设定转矩需求 T^的具体程序预先在ROM74中存储转矩需求Tr付目对于加速器开度Acc 以及车速V的变化作为转矩需求设定映射图，并从该转矩需求设定映射图 读取与给定加速器开度Acc以及给定车速V对应的转矩需求Tr*。在图6 中示出了转矩需求设定映射图的一个示例。发动机动力需求Pe^皮计算为 转矩需求T^与齿圈轴32a的转速Nr的乘积、对蓄电池50充电或从蓄电 池50放电的充放电需求Pb*、以及潜在损耗的总和。通过将车速V与预 设转换系数k相乘或通过将电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的速 比Gr来获得齿圈轴32a的转速Nr。
CPU 72将发动机22的最小发动机速度Nemin以及最大发动机速度 Nemax设置为取决于蓄电池50的输入限制Win及输出限制Wout的最小控 制转速Necmin及最大控制转速Necmax，并将控制标志F设置为初始值 "0"(步骤S120)。在本实施例中规定最大控制转速Necmax的具体程 序在ROM 74中预先存储最大控制转速Necmax相对于蓄电池50的输入限 制Win的绝对值的变化作为最大控制转速设定映射图，并从该最大控制转 速设定映射图中读取与给定输入限制Win对应的最大控制转速Necmax。 在图7中示出了最大控制转速设定映射图的一个示例。在图7的映射图 中，在蓄电池50的输入限制Win的绝对值不低于预设基准值Wiref的规 定高范围内，基于发动机22以及电机MG1的性能，将最大控制转速 Necmax固定为基于性能的最大转速Nmax，作为发动机22的允许上限转 速。在蓄电池50的输入限制Win的绝对值低于预设基准值Wiref的剩余 低范围内，该最大控制转速Necmax随着输入限制Win的绝对值的增大而 趋于增大。在本实施例中规定最小控制转速Necmin的具体程序在ROM 74
中预先存储最小控制转速Necmin相对于蓄电池50的输出限制Wout的绝 对值的变化作为最小控制转速设定映射图，并从该最小控制转速设定映射 图中读取与给定输出限制Wout对应的最小控制转速Necmin。在图8中示 出了最小控制转速设定映射图的一个示例。在图8的映射图中，在蓄电池 50的输出限制Wout的绝对值不低于预设基准值Woref的规定高范围内， 基于发动机22以及电机MG1的性能，将最小控制转速Necmin固定为基 于性能的最小转速Nmin作为发动机22的允许下限转速。在蓄电池50的 输出限制Wout的绝对值低于预设基准值Woref的剩余低范围内，该最小 控制转速Necmin随着输出限制Wout的绝对值的增大而趋于减小。在图2 及图3的驱动控制例程的每个周期均在步骤S120将控制标志F重设为0。 响应于从常规控制模式(用于在最小控制转速Necmin与最大控制转速 Necmax的范围内的控制，该最小控制转速Necmin及最大控制转速 Necmax处于基于性能的最小转速Nmin与基于性能的最大转速Nmax的范 围内)到特定控制模式(用于在基于性能的最小转速Nmin与基于性能的 最大转速Nmax的范围内的控制，将在以下详述)的控制状态的转换，将 控制标志F设定为1 (步骤S230)。
CPU 72根据发动机动力需求Pef来设定发动机22的目标转速Ne4及 目标转矩Te* (步骤S130)，并将发动机22的目标转速N^与发动机22 的最小发动机速度Nemin以及最大发动机速度Nemax进行比较(歩骤 S140)。当目标转速NeM氏于最小发动机速度Nemin时(步骤S140)， CPU 72将目标转速Nel艮制为最小发动机速度Nemin，并将发动机动力需 求Pe，余以更新后的目标转速N^以重设目标转矩Te* (步骤S150)。另 一方面，当目标转速Ne》高于最大发动机速度Nemax时(步骤S140)， CPU 72将目标转速Ne^艮制为最大发动机速度Nemax，并将发动机动力 需求Pel余以更新后的目标转速Ne4以重设目标转矩Te* (步骤S160)。 根据确保发动机22高效工作的高效工作曲线以及发动机动力需求Pel勺曲 线来确定发动机22的目标转速N^以及目标转矩Te、图9示出了用于设 定目标转速N^及目标转矩T^的发动机22的高效工作曲线。如图9清楚 示出，将目标转速N^及目标转矩T^给定为高效工作曲线与常数发动机
动力需求？6* (=Ne*xTe*)的曲线的交叉点。
在设定了发动机22的目标转速Ne+及目标转矩丁6*之后，CPU 72根 据以下给出的公式(3)及(4)来计算转矩下限Tmlmin以及转矩上限 Tmlmax (步骤S170)。针对Tml ，并将转矩Tml替代为转矩下限 Tmlmin以及转矩上限Tmlmax来求解公式(1)及(2)以推出公式(3) 及(4):
-Tml/p + tm2-Gr = Tr* (1) Win ^Tml-Nml + Tm2'Nm2 SWout (2) Tmlmin = (Gr-Win-Tr*-Nm2) / (G"Nml+Nm2/p) (3) Tmlmax = (Gr-Wout-Tr承層Nm2) / (Gr-Nml+Nm2/p) (4)
公式(1)示出了通过从电机MG1的转矩Tml的输出而施加至齿圈轴32a (或驱动轴)的转矩与通过从电机MG2的转矩Tm2的输出而施加至齿圈 轴32a的转矩的总和等于转矩需求T产的状态。公式(2)示出了电机 MG1的发电(动力消耗)量与电机MG2的动力消耗(发电)量的总和处 于蓄电池50的输入限制Win与输出限制Wout的范围内的状态。CPU 72 然后根据以下给出的公式(5)计算电机MG1的暂定电机转矩Tmltmp (步骤S180):
Tmltmp = kl- (Ne*-Ne) + k2- fNe*-Ne) dt (5) 公式(5)是用于使发动机22的转速Ne达到目标转速N^的反馈控制的 关系表达式。通过将所计算的暂定电机转矩Tmltmp限制在所计算的转矩 下限Tmlmin与所计算的转矩上限Tmlmax的范围内，来设定电机MGl 的转矩命令Tml* (步骤S190)。以上给出的公式(1)是包含在动力分 配集成机构30中的旋转元件的动力学关系表达式。图IO是列线图，示出 了包含在动力分配集成机构30中的各个旋转元件的转矩-转速动力学关 系。左侧轴线"S"表示与电机MGl的转速Nml相等的太阳轮31的转 速。中间轴线"C"表示与发动机22的转速Ne相等的行星轮架34的转 速。右侧轴线"R"表示与电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的速比 Gr的结果相等的齿圈32 (齿圈轴32a)的转速Nr。在图10中轴线"R" 上的两个向上粗体箭头分别示出了通过从电机MGl的转矩Tml的输出而 施加至齿圈轴32a的转矩以及通过从电机MG2的转矩Tm2的输出而经由 减速齿轮35施加至齿圈轴32a的转矩。根据图10的列线图可容易地引入 公式(1)。在公式(1)中，"p"表示动力分配集成机构30的速比(太 阳轮31的齿数/齿圈32的齿数)。在公式(5)中，"kl"及"k2"分别 表示比例项增益及积分项增益。
在一个示例中，基于在步骤S180计算的暂定电机转矩Tmltmp处于 转矩下限Tmlmin与转矩上限Tmlmax的范围内的假设来设定电机MG1 的转矩命令Tml*。在此情况下，电机MG1的转矩命令TmP与被设定成 使发动机22的转速Ne达到目标转速N^的转矩相等。从电机MG1输出 的该转矩命令Tm"使得将以目标转速Ne"区动发动机22。在另一示例 中，基于计算的暂定电机转矩Tmltmp处于转矩下限Tmlmin与转矩上限 Tmlmax的范围之外的假设来设定电机MG1的转矩命令Tml*，由此将转 矩命令TmP限制为转矩下限Tmlmin或限制为转矩上限Tmlmax。在此情 况下，电机MG1的转矩命令Tm"与被设定为使发动机22的转速Ne达到 目标转速Ne1勺转矩不相等。从电机MG1输出的转矩命令Tm"使得将以 不同于目标转速N^的转速来驱动发动机22。当将所计算的暂定电机转矩 Tmltmp限制为转矩下限Tmlmin，且转矩下限Tmlmm被设定为转矩命令 TmP时，在图10的列线图中电机MG1的转矩Tml降低。转矩Tml的降 低引起发动机22的转速Ne升高超过目标转速Ne*。当将计算的暂定电机 转矩Tmltmp限制为转矩上限Tmlmax，并转矩上限Tmlmax被设定为转 矩命令TmP时，在图10的列线图中电机MG1的转矩Tml升高。转矩 Tml的升高引起发动机22的转速Ne降低为低于目标转速Ne*。本实施例 的控制程序增大或减小发动机22的转速Ne以越过目标转速Ne*，由此从 包括发动机22及电机MG1的旋转系统获取能量或向该旋转系统积蓄能 量，由此确保向齿圈轴32a输出转矩需求Tr、
返回参考图2及图3的驱动控制例程，CPU 72用如上设定的电机 MG1的转矩命令TmP来取代以上给出的公式(5)左侧的电机转矩 Tmltmp，并反演计算公式(5)中的发动机22的目标转速NeM乍为反演计 算转速Neb (步骤S200) 。 CPU 72然后判定控制标志F的值是否等于0
(步骤S210)，并将反演计算转速Neb与发动机22的最小及最大发动机 速度Nemin及Nemax进行比较(步骤S220及S240)。在从电机MG1向 齿圈轴32a (或驱动轴)输出转矩需求T一以及输出在蓄电池50的输入限 制Win与输出限制Wout的范围内设定的转矩命令Tm"的状态下，给出 反演计算转速Neb作为发动机22的转速Ne的目标值。在一种状态下，控 制标志F等于0且反演计算转速Neb处于最小发动机速度Nemin与最大发 动机速度Nemax的范围内。在此状态下，在发动机22的转速Ne被限制 在最小控制转速Necmin与最大控制转速Necmax的范围的情况下，预期 通过在蓄电池50的输入限制Win与输出限制Wout的范围内向包括发动机 22及电机MGl的旋转系统输入和输出能量，能够实现向齿圈轴32a输出 转矩需求Tr*。在另一种状态下，控制标志F等于0但反演计算转速Neb 处于最小发动机速度Nemin与最大发动机速度Nemax的范围之外。在此 状态下，在发动机22的转速Ne被限制在最小控制转速Necmin与最大控 制转速Necmax的范围的情况下，预期即使通过在蓄电池50的输入限制 Win与输出限制Wout的范围内对包括发动机22及电机MGl的旋转系统 输入和输出能量，不能够实现向齿圈轴32a输出转矩需求Tr、
当控制标志F等于0 (步骤S210:"是")并且反演计算转速Neb处 于最小发动机速度Nemin与最大发动机速度Nemax的范围内(步骤 S220:"是")时，CPU 72根据以下给出的公式(6)及(7)计算转矩 下限Tm2min以及转矩上限Tm2max作为从电机MG2输出的最小及最大 转矩(步骤S270):
Tm2min = (Win - Tml*-Nml) / Nm2 (6)
Tm2max = (Wout - Tml*'Nml) / Nm2 (7) 通过使蓄电池50的输入限制Win与电机MG1的动力消耗(发电)(其是 电机MG1的转矩命令TmP与当前转速Nml的乘积)的差值以及蓄电池 50的输出限制Wout与电机MG1的动力消耗(发电)的差值分别除以电 机MG2的当前转速Nm2来给出转矩下限Tm2min以及转矩上限 Tm2max。 CPU 72然后根据以下给出的公式(8)基于转矩需求T产、电机 MG1的转矩命令Tml*、动力分配集成机构30的齿轮传动比p、以及变速 器60的速比Gr来计算待从电机MG2输出的暂定电机转矩Tm2tmp (步骤 S280):
Tm2tmp = (Tr* + Tml* /p) / Gr (8) CPU 72将暂定电机转矩Tm2tmp限制在所计算的转矩下限Tm2min与转矩 上限Tm2max的范围以设定电机MG2的转矩命令Tm2* (步骤S290)。 以此方式设定电机MG2的转矩命令Tm2l艮制了在蓄电池50的输入限制 Win与输出限制Wout的范围内向齿圈轴32a (或驱动轴)输出的转矩需求 Tr*。可以容易地从图IO的列线图推出公式(8)。如前所述，在控制标志 F等于0且反演计算转速Neb处于最小发动机速度Nemin与最大发动机速 度Nemax的范围内时，在将发动机22的转速Ne限制在最小控制转速 Necmin与最大控制转速Necmax的范围的情况下，在蓄电池50的输入限 制Win与输出限制Wout的范围内能够实现向齿圈轴32a输出转矩需求 Tr*。将暂定电机转矩Tm2tmp设定为电机MG2的转矩命令1^2*而不受 转矩下限Tm2min以及转矩上限Tm2max的限制。g卩，当控制标志F等于 0并且反演计算转速Neb处于最小发动机速度Nemin与最大发动机速度 Nemax的范围内时，可以将暂定电机转矩Tm2tmp设定为电机MG2的转 矩命令Tm2*。
在设定了发动机22的目标转速Ne+和目标转矩Te+以及电机MG1及 MG2的转矩命令TmP及Tm2伞之后，CPU 72向发动机ECU 24发送发动 机22的目标转速Ne^^和目标转矩Te4并向电机ECU 40发送电机MG1和 MG2的转矩命令TmP和Tm2* (步骤S300)，并从图2及图3的驱动控 制例程退出。发动机ECU 24接收目标转速Nef以及目标转矩Te*，并进 行发动机22的进气气流调节、燃料喷射控制以及点火控制，以在目标转 速Ne^^与目标转矩Te^^的规定驱动点来驱动发动机22。电机ECU 40接收 转矩命令TmP及Tm2*，并进行对包括在各个逆变器41及42中的开关元 件的开关控制，以通过转矩命令Tm"驱动电机MG1并通过转矩命令 Tm2巧区动电机MG2。
当控制标志F等于0 (步骤S210:"是")但反演计算转速Neb处于 最小发动机速度Nemin与最大发动机速度Nemax的范围之外(步骤
S220:"否")时，CPU 72将基于性能的最小转速Nmin以及基于性能的 最大转速Nmax设定为最小发动机速度Nemin及最大发动机速度Nemax， 并将控制标志F设定为1 (步骤S230)。驱动控制例程然后返回至歩骤 S130以根据发动机动力需求Pes来设定发动机22的目标转速Ne^S目标转 矩Te、并重复随后步骤S130至S200的处理。此时，将基于性能的最小 转速Nmin以及基于性能的最大转速Nmax而非最小控制转速Necmin以及 最大控制转速Necmax设定为最小发动机速度Nemin及最大发动机速度 Nemax。将发动机22的目标转速NeH殳定在基于性能的最小转速Nmin与 基于性能的最大转速Nmax的范围内，该范围比最小控制转速Necmin与 最大控制转速Necmax的范围更宽。因此，在将基于性能的最小转速Nmin 以及基于性能的最大转速Nmax设定为最小发动机速度Nemin及最大发动 机速度Nemax之后返回步骤S130的处理表示控制状态的转换。在此情况 下，控制状态从常规控制模式(在发动机22的转速Ne处于最小控制转速 Necmin与最大控制转速Necmax之间的范围内并在蓄电池50的输入限制 Win与输出限制Wout的范围内，向齿圈轴32a输出转矩需求Tr"改变为 特定控制模式(在发动机22的转速Ne处于基于性能的最小转速Nmin与 基于性能的最大转速Nmax之间的范围内并在蓄电池50的输入限制Win 与输出限制Wout的范围内，向齿圈轴32a输出转矩需求T")。
CPU 72随后判定控制标志F的值是否等于0 (步骤S210)，并将反 演计算转速Neb与发动机22的最小及最大发动机速度Nemin及Nemax进 行比较(步骤S220及S240)。当前控制标志F被设定等于1 (步骤 S210:"否")。当反演计算转速Neb处于最小发动机速度Nemin与最大 发动机速度Nemax的范围内时(步骤S240:"是")，在发动机22的转 速Ne被限制在基于性能的最小转速Nmin与基于性能的最大转速Nmax的 范围的情况下，预期通过在蓄电池50的输入限制Win与输出限制Wout的 范围内对包括发动机22及电机MG1的旋转系统输入和输出能量，能够实 现向齿圏轴32a输出转矩需求Tr*。 CPU 72因此执行步骤S270及随后的 处理，并从图2及图3的驱动控制例程退出。在此情况下，将暂定电机转 矩Tm2tmp设定为电机MG2的转矩命令1^2*而不受转矩下限Tm2min及转矩上限Tm2max的限制。
当反演计算转速Neb低于发动机22的最小发动机速度Nemin时(步 骤S240) ， CPU72将计算的暂定电机转矩TmUmp设定为电机MGl的转 矩命令Tml*，以使得发动机22的转速Ne达到最小发动机速度Nemin (步骤S250)。通过用最小发动机速度Nemin取代上述公式(5)中的目 标转速Ne^^来计算暂定电机转矩Tmltmp。 CPU 72然后执行步骤S270及 随后的处理。上述对电机MG1的转矩命令Tm"的设定有效地防止了发动 机22的转速Ne降低为低于最小发动机速度Nemin或基于性能的最小转速 Nmin。在此情况下，通过转矩下限及上限Tm2min及Tm2max对被设定为 电机MG2的转矩命令Tm2+的暂定电机转矩Tm2tmp的限制将引起向齿圈 轴32a输出的转矩与转矩需求1>*偏差与上述限制对应的改变量。
当反演计算转速Neb高于发动机22的最大发动机速度Nemax时(步 骤S240) ， CPU 72将计算的暂定电机转矩Tmltmp设定为电机MGl的转 矩命令Tml*，以使得发动机22的转速Ne达到最大发动机速度Nemax (步骤S260)。通过用最大发动机速度Nemax取代上述公式(5)中的目 标转速N^来计算暂定电机转矩Tmltmp。 CPU 72然后执行步骤S270及 随后的处理。上述对电机MG1的转矩命令TmP的设定有效地防止了发动 机22的转速Ne升高到高于最大发动机速度Nemax或基于性能的最大转 速Nmax。在此情况下，通过转矩下限及上限Tm2min及Tm2max对被设 定为电机MG2的转矩命令Tm2^勺暂定电机转矩Tm2tmp的限制也将引起 向齿圈轴32a输出的转矩与转矩需求T一偏差与上述限制对应的改变量。
在一个示例中，在根据蓄电池50的温度Tb以及充电状态SOC对蓄 电池50的输出限制Wout严格限制的情况下，在转速Ne受到最小控制转 速Necmin限制的发动机22的工作期间，驾驶员踩踏加速器踏板83以突 然增大转矩需求Tr*。在对蓄电池50的输出限制Wout严格限制的情况 下，将最小控制转速Necmin设定为高于基于性能的最小转速Nmin。在转 矩需求1>*突然增大时，在步骤S210确定控制标志F等于0之后，步骤 S220的判定结果可能是反演计算转速Neb处于最小发动机速度Nemin与 最大发动机速度Nemax的范围之外。在此情况下，将基于性能的最小转速
Nmin而非最小控制转速Necmin设定为发动机22的最小发动机速度 Nemin。这样允许在蓄电池50的输出限制Wout的范围内从包括发动机22 及电机MG1的旋转系统获取与最小控制转速Necmin和基于性能的最小转 速Nmin之间的转速差相对应的能量的量。在图11中示出了处于该状态的 一个列线图。如图所示，发动机22的转速Ne (等于轴线"C"的转速) 从最小控制转速Necmin下降至基于性能的最小转速Nmin。从旋转系统获 取与该转速下降对应的能量的量以调节向齿圈轴32a的输出转矩。
在另一示例中，在根据蓄电池50的温度Tb以及充电状态SOC受到 蓄电池50的输入限制Win的严格限制的情况下，在发动机22的转速Ne 受到最大控制转速Necmax限制的工作期间，驾驶员松开加速器踏板83以 突然减小转矩需求Tr*。在蓄电池50的输入限制Win的严格限制的情况 下，将最大控制转速Necmax设定的低于基于性能的最大转速Nmax。在 转矩需求T一突然减小时，在步骤S210确定控制标志F等于0之后，步骤 S220的判定结果可能是反演计算转速Neb处于最小发动机速度Nemin与 最大发动机速度Nemax的范围之外。在此情况下，将基于性能的最大转速 Nmax而非最大控制转速Necmax设定为发动机22的最大发动机速度 Nemax。这样允许在蓄电池50的输入限制Win的范围内向包括发动机22 及电机MG1的旋转系统蓄积与基于性能的最大转速Nmax及最大控制转 速Necmax之间的转速差相对应的能量的量。在图12中示出了处于该状态 的一个列线图。如图所示，发动机22的转速Ne (等于轴线"C"的转 速)从最大控制转速Necmax升高至基于性能的最大转速Nmax。向旋转 系统蓄积与该转速升高相对应的能量的量以调节向齿圈轴32a的输出转 矩。
如上所述，本实施例的混合动力车辆20基于蓄电池50的输出限制 Wout及输入限制Win来设定最小及最大控制转速Necmin及Necmax。在 一个示例中，在发动机22的转速Ne被限制在最小控制转速Necmin与最 大控制转速Necmax的范围的情况下，预期通过在蓄电池50的输入限制 Win与输出限制Wout的范围内向包括发动机22及电机MG1的旋转系统 输入和输出能量，能够实现向齿圈轴32a或驱动轴输出转矩需求Tr*。在
此状态下，驱动控制处理进行控制以确保在将发动机22的转速Ne限制在 最小控制转速Necmin与最大控制转速Necmax的范围的情况下向齿圈轴 32a输出转矩需求Tr*。在另一种状态下，在发动机22的转速Ne被限制 在最小控制转速Necmin与最大控制转速Necmax的范围的情况下，预期 通过在蓄电池50的输入限制Win与输出限制Wout的范围内向包括发动机 22及电机MG1的旋转系统输入和输出能量，不能够实现向齿圈轴32a或 驱动轴输出转矩需求Tr*。在此状态下，驱动控制处理进行控制以确保在 将发动机22的转速Ne限制在基于性能的最小转速Nmin与基于性能的最 大转速Nmax的范围的情况下向齿圈轴32a输出转矩需求Tr*，该范围比 最小控制转速Necmin与最大控制转速Necmax的范围更宽。即使在对蓄 电池50的输出限制Wout或输入限制Win的严格限制下，在发动机22的 转速Ne接近最小发动机速度Nemin或最大发动机速度Nemax的工作期间 突然改变转矩需求T一的情况下，上述设置也可迅速地对转矩需求Trl勺突 然改变进行快速响应，并确保向齿圈轴32a输出与转矩需求T一的突然改 变相对应的新的需求转矩的输出。基于蓄电池50的输出限制Wout及输入 限制Win而在最小控制转速Necmin与最大控制转速Necmax的范围内对 发动机22的转速Ne进行的控制可有效地为转矩需求的突然改变做准备， 因此可实现对转矩需求T"的突然改变的迅速响应。
本实施例的混合动力车辆20基于蓄电池50的输出限制Wout及输入 限制Win来设定最小及最大控制转速Necmin及Necmax。 一个可行的修改 示例可独立于蓄电池50的输出限制Wout来设定最小控制转速Necmin， 同时基于蓄电池50的输入限制Win来设定最大控制转速Necmax。另一可 行的修改示例可独立于蓄电池50的输入限制Win来设定最大控制转速 Necmax，同时基于蓄电池50的输出限制Wout来设定最小控制转速 Necmin o
在本实施例的混合动力车辆20中，电机MG2的动力经历减速齿轮35 的传动变速，并被输出至齿圈轴32a。在如图13的混合动力车辆120所示 的一个可行改变示例中，电机MG2的动力可被输出至另一车轴(即，与 车轮64a及64b连接的车轴)，其不同于与齿圈轴32a连接的车轴(即，
与车轮63a及63b连接的车轴)。
在本实施例的混合动力车辆20中，经由动力分配集成机构30向齿圈 轴32a (起与驱动车轮63a及63b连接的驱动轴的作用)输出发动机22的 动力。在图14的另一可行改变示例中，混合动力车辆220可具有转子对 电机230，其具有与发动机22的曲轴26连接的内转子232以及与用于向 驱动车轮63a及63b输出动力的驱动轴连接的外转子234，并将从发动机 22输出的一部分动力传递至驱动轴，同时将动力的剩余部分转换为电力。
对本发明的应用并不限于上述实施例中的混合动力车辆。可将本发明 的动力输出设备安装在任何移动物体(包括机动车辆以及其他各种车辆、 汽艇及舰船、以及飞行器)上，或将其设置在诸如建筑机械之类的固定设 备中。本发明的技术还可通过对动力输出设备的控制方法来实现。.
上述本实施例在全部方面都应认为是解释性的，而非限制性的。在不 偏离本发明主要特征的范围或精神的情况下，可以有许多其他的修改、改 变和替换。本发明的范围和精神由所附权利要求，而非前述说明所指明。
工业实用性
本发明的技术优选地应用于动力输出设备及机动车辆的制造工业，以 及其他相关工业。
权利要求
1.一种动力输出设备，其向驱动轴输出动力，所述动力输出设备包括内燃机；电力-机械动力输入输出机构，其与所述内燃机的输出轴连接并与所述驱动轴连接，并且通过电力和机械动力的输入和输出对所述输出轴以及所述驱动轴输入和输出动力；电机，其能够对所述驱动轴输入和输出动力；蓄电单元，其对所述电力-机械动力输入输出机构以及所述电机输入和输出电力；输入/输出限制设定模块，其根据所述蓄电单元的充电状态来设定所述蓄电单元的输入和输出限制，所述蓄电单元的所述输入和输出限制是可对所述蓄电单元充电和放电的最大和最小电力；最大/最小控制转速设定模块，其基于所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制来设定最大和最小控制转速，所述最大和最小控制转速是所述内燃机的上限和下限控制转速；驱动力需求规定模块，其规定所述驱动轴所需的驱动力需求；以及控制模块，当在由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所述设定的最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在所述内燃机的转速改变的情况下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，所述控制模块对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在所述控制约束范围内将所述规定的驱动力需求输出至所述驱动轴，当在所述控制约束范围内不能够实现在所述内燃机的转速改变的情况下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，所述控制模块对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在基于性能的约束范围内将取决于所述规定的驱动力需求的预设驱动力输出至所述驱动轴，其中由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及基于性能的最大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范围，所述基于性能的最大和最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转速和下限转速。
2. 根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述控制模块对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，以在所述内燃机的转速改变的情况下利用动力输入或输出来确保向所述驱动轴 输出所述驱动力需求。
3. 根据权利要求l所述的动力输出设备，其中，所述最大/最小控制转速设定模块将所述最小控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输出限制的绝对值的减小而升高。
4.根据权利要求l所述的动力输出设备，其中，所述最大/最小控制转速设定模块将所述最大控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输入限制的绝对值的减小而降低。
5. 根据权利要求l所述的动力输出设备，其中，所述电力-机械动力输入输出机构包括三轴式动力输入输出模块，其连接至三根轴，即所述内燃机的所述输 出轴、所述驱动轴、以及旋转轴，所述三轴式动力输入输出模块基于对所 述三根轴中任意两根轴的动力输入和输出来对剩余一根轴输入和输出动力；以及发电机，其对所述旋转轴输入和输出动力。
6. —种车辆，所述车辆包括 内燃机；电力-机械动力输入输出机构，其与所述内燃机的输出轴连接并与连接至车轴的驱动轴连接，并且通过电力和机械动力的输入和输出对所述输出轴以及所述驱动轴输入和输出动力；电机，其能够对所述驱动轴输入和输出动力；蓄电单元，其对所述电力-机械动力输入输出机构以及所述电机输入和 输出电力；输入/输出限制设定模块，其根据所述蓄电单元的充电状态来设定所述蓄电单元的输入和输出限制，所述蓄电单元的所述输入和输出限制是可对 所述蓄电单元充电和放电的最大和最小电力；最大/最小控制转速设定模块，其基于所述蓄电单元的所述设定的输入 和输出限制来设定最大和最小控制转速，所述最大和最小控制转速是所述 内燃机的上限和下限控制转速；驱动力需求规定模块，其规定所述驱动轴所需的驱动力需求；以及 控制模块，当在由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所 述设定的最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在所述内 燃机的转速改变的情况下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，所 述控制模块对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电 机进行控制，使得在所述控制约束范围内将所述规定的驱动力需求输出至 所述驱动轴，当在所述控制约束范围内不能够实现在所述内燃机的转速改变的情况 下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，所述控制模块对所述内燃 机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在基 于性能的约束范围内将取决于所述规定的驱动力需求的预设驱动力输出至 所述驱动轴，其中由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及基于性能的最 大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范围，所述基于性能的最大和 最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转速和下限转速。
7. 根据权利要求6所述的车辆，其中，所述控制模块对所述内燃机、 所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，以在所述内燃 机的转速改变的情况下利用动力输入或输出来确保向所述驱动轴输出所述 驱动力需求。
8. 根据权利要求6所述的车辆，所述最大/最小控制转速设定模块将所 述最小控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输出限制的绝对值 的减小而升高。
9. 根据权利要求6所述的车辆，其中，所述最大/最小控制转速设定模 块将所述最大控制转速设定为随着所述蓄电单元的所述设定的输入限制的绝对值的减小而降低。
10. 根据权利要求6所述的车辆，其中，所述电力-机械动力输入输出 机构包括三轴式动力输入输出模块，其连接至三根轴，即所述内燃机的所述输 出轴、所述驱动轴、以及旋转轴，所述三轴式动力输入输出模块基于对所 述三根轴中任意两根轴的动力输入和输出来对剩余一根轴输入和输出动 力；以及发电机，其对所述旋转轴输入和输出动力。
11. 一种动力输出设备的控制方法，所述动力输出设备具有内燃 机；电力-机械动力输入输出机构，其与所述内燃机的输出轴连接并与驱动 轴连接，并且通过电力和机械动力的输入和输出对所述输出轴以及所述驱 动轴输入和输出动力；电机，其能够对所述驱动轴输入和输出动力；以及蓄电单元，其对所述电力-机械动力输入输出机构以及所述电机输入和输出 电力，所述控制方法包括以下步骤(a) 根据所述蓄电单元的充电状态来设定所述蓄电单元的输入和输出限制，所述蓄电单元的所述输入和输出限制是可对所述蓄电单元充电和 放电的最大和最小电力，并基于所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限 制来设定最大和最小控制转速，所述最大和最小控制转速是所述内燃机的上限和下限控制转速；并且(b) 当在由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及所述设 定的最大和最小控制转速所界定的控制约束范围内能够实现在所述内燃机 的转速改变的情况下向所述驱动轴输出规定驱动力需求时，对所述内燃 机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在所 述控制约束范围内将所述规定的驱动力需求输出至所述驱动轴，当在所述控制约束范围内不能够实现在所述内燃机的转速改变的情况 下向所述驱动轴输出所述规定的驱动力需求时，对所述内燃机、所述电力-机械动力输入输出机构、以及所述电机进行控制，使得在基于性能的约束 范围内将取决于所述规定的驱动力需求的预设驱动力输出至所述驱动轴，其中由所述蓄电单元的所述设定的输入和输出限制以及基于性能的最 大和最小转速，来界定所述基于性能的约束范围，所述基于性能的最大和 最小转速是所述内燃机的取决于性能的上限转速和下限转速。
全文摘要
驱动控制处理将基于蓄电池的输出限制Wout及输入限制Win的最小及最大控制转速Necmin及Necmax设定为发动机的最小发动机速度Nemin及最大发动机速度Nemax(步骤S120)。当在蓄电池的输入限制Win与输出限制Wout的范围内能够向驱动轴输出转矩需求Tr^*时，驱动控制处理进行控制以在将发动机的转速Ne限制在最小发动机速度Nemin及最大发动机速度Nemax的范围的情况下确保输出转矩需求Tr^*(步骤S130至S200)。Win及Wout取决于所测量的蓄电池温度及SOC。
文档编号B60W10/12GK101208230SQ20068002277
公开日2008年6月25日 申请日期2006年11月13日 优先权日2005年11月17日
发明者桥本俊哉 申请人:丰田自动车株式会社