专利名称：车辆和车辆的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆以及车辆的控制方法。
背景技术：
一种已提出的车辆，根据外部空气温度和布置在车辆乘员车厢中用于加热的空气出口处的空气吹出温度，设定发动机的怠速停止的允许和禁止(例如，见日本专利待审公开公报No.2001-341515)。当外部空气温度低于预设第一温度时或当空气出口处的空气吹出温度低于预设第二温度时，该已经提出的车辆禁止发动机的怠速停止。这种禁止确保安装在车辆上的空调系统的充分加热性能的发挥。
现有技术车辆通过用空调系统加热乘员车厢的要求而禁止发动机的怠速停止，以确保空调系统的充分加热性能。然而，发动机的连续运行不利地降低了车辆的燃料消耗。在除发动机外还装有驱动电机作为动力源的混合动力车辆中，在寒冷状态下车辆刚刚启动后的电机驱动模式下，低电池温度可能妨碍电池的充分性能的发挥。在寒冷状态下车辆刚刚启动后的电机驱动模式下，低电机温度也可能妨碍电机的充分性能的发挥。
发明内容
因此本发明的车辆和车辆控制方法的目的是，甚至在伴随用空调系统加热乘员车厢的要求的内燃机的连续运行下，改善车的燃料消耗。本发明的车辆和车辆控制方法的目的还在于，在寒冷状态下车辆刚刚启动后，迅速加热蓄电器(例如蓄电池/二次电池)，以及电机(电动机)。
为了实现上述和其他所涉及目的中的至少一部分，本发明的车辆和车辆控制方法具有下述构造。
本发明涉及一种车辆。该车辆包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的内燃机；消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能的发电机；可利用由所述发电机产生的电能充电的蓄电单元；加热系统，所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热，并且基于预设条件的满足与否来设定作为所述内燃机的一种驱动要求的加热驱动要求；以及包括动力驱动要求设定模块和控制模块的控制装置。所述动力驱动要求设定模块基于包括驱动力的预设车辆动力要求来设定作为所述内燃机的另一种驱动要求的动力驱动要求。在由所述动力驱动要求设定(on)模块设定动力驱动要求的动力驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。在未(off)由所述动力驱动要求设定模块设定动力驱动要求而由加热系统设定加热驱动要求的加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以启动所述内燃机的负载运行。在未由所述动力驱动要求设定模块设定所述动力驱动要求和未由所述加热系统设定所述加热驱动要求的非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以停止所述内燃机的运行。
在本发明的车辆中，内燃机输出用于驱动所述车辆的驱动力，并且发电机消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能。加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热。在作为所述内燃机的一种驱动要求设定动力驱动要求以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的动力驱动要求状态下，本发明的车辆控制所述内燃机和所述发电机使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。这种控制能使得内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。在未设定动力驱动要求而由加热系统设定加热驱动要求作为所述内燃机的另一种驱动要求的加热驱动要求状态下，本发明的车辆控制所述内燃机和所述发电机以启动所述内燃机的负载运行。与内燃机的简单独立运行(例如，怠速运行)相比较，内燃机的负载运行有利地改善车辆的燃料消耗。在寒冷状态中车辆刚刚启动之后，内燃机的负载运行快速加热蓄电单元。这种控制能够使蓄电单元的温度快速升高从而能够发挥蓄电单元的充分性能。在未设定所述动力驱动要求和未设定所述加热驱动要求的非要求状态下，本发明的车辆控制所述内燃机和所述发电机以停止所述内燃机的运行。这种控制引起车辆燃料消耗中的进一步改进。
在本发明的车辆中，优选地，在加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以在所述内燃机的负载运行的同时为所述蓄电单元充电。还优选地，在加热驱动要求状态下，所述控制模块增加所述蓄电单元的充电要求以启动所述内燃机的负载运行。充入并储存在蓄电单元中的电能根据随后的要求被放出。与内燃机的简单独立运行相比较，这种条件下内燃机的负载运行进一步改进了车辆的燃料消耗。
在本发明的车辆中，优选地，在所述动力驱动要求状态和所述非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以将预设第一充电水平作为上限对所述蓄电单元充电，而在所述加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以将高于所述预设第一充电水平的充电水平作为上限对所述蓄电单元充电。这种布置能使更大量的电能充入蓄电单元中。
在本发明的一个优选实施例中，所述车辆还包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的电动机。所述蓄电单元可充电以向所述电动机提供电能。在所述动力驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力并且确保驱动力的输出。在所述加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以启动所述内燃机的负载运行并且确保驱动力的输出。在所述非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以停止所述内燃机的运行并且确保驱动力的输出。这种布置确保任何状态中驱动力的输出。所述加热驱动要求状态下内燃机的负载运行，能够在寒冷状态中刚刚启动车辆之后快速升高电动机的温度从而确保电动机充分性能的发挥。
在装有电动机的本发明的车辆中，优选地，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以在加热驱动要求状态下的负载运行下使得所述内燃机的至少部分输出动力用作驱动力。这种布置能使得所述内燃机的输出动力用作驱动力，以及用于为蓄电单元充电。
在装有电动机的本发明的车辆中，优选地，在加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以在所述内燃机的负载运行的同时为所述蓄电单元充电。优选地，在加热驱动要求状态下，所述控制模块增加所述蓄电单元的充电要求以启动所述内燃机的负载运行。另外，优选地，在所述动力驱动要求状态和所述非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机从而以预设第一充电水平作为上限对所述蓄电单元充电，而在所述加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机从而以将高于所述预设第一充电水平的充电水平作为上限对所述蓄电单元充电。
此外，在装有电动机的本发明的车辆中，优选地，所述车辆还包括与三个轴连接的三轴类型动力输入输出机构，所述三个轴为所述内燃机的输出轴、与所述车辆的车轴相连的驱动轴和所述发电机的转动轴，该三轴类型动力输入输出机构基于从所述三个轴中的任两个轴输入的动力和输出到该两个轴的动力自动地从剩下的一个轴输入动力和向该剩下的一个轴输出动力。在这种情况下，电动机还被连接以将动力输出到与所述驱动轴相连的车轴或者所述车辆的另一车轴。
在装有电动机的本发明的车辆中，优选地，所述发电机为双转子发电机，所述双转子发电机具有与所述内燃机的输出轴相连的第一转子和与所述车辆的车轴相连的驱动轴相连的第二转子，并且由所述第一转子和所述第二转子之间的相对转动来驱动转动。在这种情况下，电动机可被连接以将动力输出到与所述驱动轴相连的车轴或者所述车辆的另一车轴。
本发明还涉及一种车辆的第一控制方法。所述车辆包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的内燃机；消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能的发电机；可利用由所述发电机产生的电能充电的蓄电单元；加热系统，所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热。在存在用以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第一控制方法控制所述内燃机和所述发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求、但存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第一控制方法控制所述内燃机和所述发电机以启动所述内燃机的负载运行。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求和不存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第一控制方法控制所述内燃机和所述发电机以停止所述内燃机的运行。
在本发明的第一控制方法中，内燃机输出用于驱动所述车辆的驱动力，并且发电机消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能。所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热。在存在用以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第一控制方法控制所述内燃机和所述发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。这种控制能使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求、但存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第一控制方法控制所述内燃机和所述发电机以启动所述内燃机的负载运行。与内燃机的简单独立运行(例如，怠速运行)相比较，内燃机的负载运行有利地改善车辆的燃料消耗。在寒冷状态中车辆刚刚启动之后，内燃机的负载运行快速加热蓄电单元。这种控制能够使蓄电单元的温度快速升高从而能够确保发挥蓄电单元的充分性能。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求和不存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第一控制方法控制所述内燃机和所述发电机以停止所述内燃机的运行。这种控制引起车辆燃料消耗中的进一步改进。
本发明还涉及车辆的第二控制方法。所述车辆包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的内燃机；消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能的发电机；输出用于驱动所述车辆的驱动力的电动机；可利用由所述发电机产生的电能充电并且可放电以向所述电动机供给电能的蓄电单元；加热系统，所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热。在存在用以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述第二控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力并且确保驱动力的输出。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求但存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述第二控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以启动所述内燃机的负载运行并且确保驱动力的输出。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求和不存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述第二控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以停止所述内燃机的运行并且确保驱动力的输出。
在本发明的第二控制方法中，内燃机输出用于驱动所述车辆的驱动力，电动机输出用于驱动所述车辆的驱动力，发电机消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能。加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热。在存在用以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第二控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力和用于驱动车辆的驱动力。这种控制能使得内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求但存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第二控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以启动所述内燃机的负载运行并且输出用于驱动车辆的驱动力。与内燃机的简单独立运行(例如，怠速运行)相比较，内燃机的负载运行有利地改善车辆的燃料消耗。在寒冷状态中车辆刚刚启动之后，内燃机的负载运行快速加热蓄电单元。这种控制能够使蓄电单元的温度快速升高从而确保发挥蓄电单元的充分性能。在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求和不存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，本发明的第二控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以停止所述内燃机的运行以及输出驱动车辆所用的驱动力。这种控制引起车辆燃料消耗中的进一步改进。
图1示意性地示出了本发明的一个实施例中的混合动力车辆的结构；图2是示出了由包含在该实施例的混合动力车辆中的混合电子控制单元执行的驱动控制程序(例程)的流程图；图3示出了扭矩需求设定图的一个实例；图4示出了用于设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*的发动机的有效工作线；图5是列线图，示出了包含在图1的混合动力车辆中的动力分配集中机构中的各个转动元件的扭矩-转速动态关系；图6示意性地示出了在一个变型示例中的另一种混合动力车辆的结构；以及图7示意性地示出了在另一个变型示例中的另一种混合动力车辆的结构。
具体实施例方式
下面作为优选实施例描述执行本发明的一个模式。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20的结构。如图中所示的，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22、经由阻尼器28与发动机22的曲柄轴26或输出轴连接的三轴型动力分配集中机构30、与动力分配集中机构30相连接并能够产生电力的电机MG1、安装于与动力分配集中机构30相连接的齿圈轴32a或驱动轴的减速器35、与减速器35相连接的电机MG2、被致动以用于乘员车厢21中空气调节的空调系统90，以及控制混合动力车辆20的整个驱动系统的混合电子控制单元70。
发动机22是使用碳氢化合物燃料，诸如汽油或轻油，以传输动力的内燃机。发动机电子控制单元(下面称之为发动机ECU)24从各种传感器中接收表示发动机22的驱动状态的信号，例如由冷却水温度传感器23测得的在发动机22中循环的冷却水的温度Tw(冷却水温度Tw)，并控制发动机22的运行以执行例如燃料喷射控制、点火控制以及进气流量调节。发动机ECU24与混合电子控制单元70建立通信以响应于从混合电子控制单元70中接收的控制信号驱动和控制发动机22，同时根据要求将关于发动机22的驱动状态的数据输出到混合电子控制单元70。
动力分配集中机构30具有作为外部齿轮的太阳齿轮31、作为内部齿轮并与太阳齿轮31同心地布置的齿圈32、与太阳齿轮31以及与齿圈32相接合的多个小齿轮33，以及以允许其在各个轴上自由公转和自由转动这样一种方式保持多个小齿轮33的行星架34。也就是说，动力分配集中机构30被构成为允许作为转动元件的太阳齿轮31、齿圈32、行星架34的差速运动的行星齿轮机构。动力分配集中机构30中的行星架34、太阳齿轮31、齿圈32分别与发动机22的曲柄轴26、与电机MG1、以及经由齿圈轴32a与减速器35相连接。在电机MG1用作发电机时，从发动机22中输出以及通过行星架34输入的动力根据传动比被分配到太阳齿轮31和齿圈32中。另一方面，在电机MG1用作电动机时，从发动机22中输出以及通过行星架34输入的动力与从电机MG1中输出并通过太阳齿轮31输入的动力相组合，并且所合成的动力被输出到齿圈32。输出到齿圈32的动力最终从齿圈32中经由齿轮机构60和差速器62被传输到驱动轮63a和63b。
电机MG1和MG2都是已知的同步电动发电机，它们作为发电机以及电动机被驱动。电机MG1和MG2经由逆变器41和42从蓄电池50中传输电力以及将电力传输到蓄电池50。电力线54将逆变器41和42与蓄电池50相连接。电机MG1和MG2两者的运行都由电机电子控制单元(在下文中称之为电机ECU)40控制。电机ECU40接收控制电机MG1和MG2的运行所需的各种信号，例如，来自于用于检测电机MG1和MG2中的转子的转动位置的转动位置检测传感器43和44的信号，以及供应到电机MG1和MG2并由电流传感器(未示出)测量的相位电流。电机ECU40将切换(开关)控制信号输出到逆变器41和42。电机ECU40与混合电子控制单元70相通信并且响应于从混合电子控制单元70传输的控制信号控制电机MG1和MG2的运行，同时根据要求将与电机MG1和MG2的运行状态有关的数据输出到混合电子控制单元70。
蓄电池50在蓄电池电子控制单元(在下文中称之为蓄电池ECU)52的控制下。蓄电池ECU52接收蓄电池50的控制所需的各种信号，例如，由设在蓄电池50的终端之间的电压传感器(未示出)测得的终端间电压、由安装于与蓄电池50的输出端相连接的电力线54的电流传感器(未示出)测得的充放电电流、以及由安装于蓄电池50的温度传感器51测得的蓄电池温度Tb。蓄电池ECU52根据要求通过通信将与蓄电池50的状态有关的数据输出到混合电子控制单元70。蓄电池ECU52根据电流传感器测得的所积累的充放电电流的累加值计算蓄电池50的充电状态(SOC)。蓄电池ECU52还根据充电状态(SOC)和蓄电池温度Tb计算蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout。
空调系统90包括布置在发动机22的冷却系统中用于与冷却水进行热交换的热交换器91、将外部空气或乘员车厢21中的内部空气吸取到热交换器91中并将通过由热交换器91的热交换加热的热空气输送到乘员车厢21中的鼓风机93、在外部空气与乘员车厢21中的内部空气之间切换鼓风机93的进气源的切换机构92、放置在乘员车厢21中的操作面板94、以及控制整个空调系统90的运行的空调电子控制单元(空调ECU)98。空调ECU98接收控制所需的各种输入信号，例如，从安装在操作面板94上的鼓风机开关94a接收表示加热器开/关的鼓风机开关信号BSW、从安装在操作面板94上的设定温度开关94b中接收作为乘员车厢21中的设定温度的设定温度T*、从安装在操作面板94上的温度传感器94c中接收作为测量的乘员车厢21的内部温度的乘员车厢温度Tin、以及从安装于乘员车厢21的外部的外部空气温度传感器95中接收的作为测得的外部空气温度的外部空气温度Tout。空调ECU98响应于这些输入信号驱动和控制鼓风机93以使得测得的乘员车厢温度Tin接近于设定温度T*，并根据测得的冷却水温度Tw设定发动机22的驱动要求EG*。可通过任何不同技术设定发动机22的驱动要求EG*。一个可适用技术在冷却水温度Tw低于预定第一参考温度，例如，60℃，的情况下将发动机驱动要求EG*设定为ON(存在驱动要求)，以及在冷却水温度Tw不低于预定第二参考温度，例如，80℃，的情况下将发动机驱动要求EG*设定为OFF(不存在驱动要求)。空调ECU98建立与混合电子控制单元70的通信以根据要求将所设定的发动机驱动要求EG*和表示空调系统90的当前状态的数据输出到混合电子控制单元70。
混合电子控制单元70被构成为包括CPU72、储存处理程序的ROM74、临时储存数据的RAM76、未示出的输入-输出端口、以及未示出的通信口的微处理器。混合电子控制单元70通过输入端口接收各种输入来自于点火开关80的点火信号、来自于用于检测变速杆81的当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP、来自于用于测量加速器踏板83的踩踏量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自于用于测量制动器踏板85的踩踏量的制动器踏板位置传感器86的制动器踏板位置BP、以及来自于车速传感器88的车速V。混合电子控制单元70通过通信端口与发动机ECU24、电机ECU40、以及蓄电池ECU52通信以将各种控制信号和数据传输到发动机ECU24、电机ECU40、和蓄电池ECU52中以及从发动机ECU24、电机ECU40、和蓄电池ECU52中传输各种控制信号和数据，如前面所述的。
下面将关于如上所述那样构成的本实施例混合动力车辆20的运行进行描述，尤其是响应于通过空调系统90的发动机驱动要求EG*的ON/OFF设定的一系列驱动控制。图2是示出了该实施例的混合动力车辆20中的混合电子控制单元70执行的驱动控制程序的流程图。该驱动控制程序在预定时间间隔，例如，每几毫秒，下重复地执行。
在该驱动控制程序中，混合电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的各种数据，即，来自于加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自于车速传感器88的车速V、电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、蓄电池50的输入极限Win及输出极限Wout、蓄电池50的充放电要求Pb*、以及发动机驱动要求EG*(步骤S100)。电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2是从转动位置检测传感器43和44所检测的电机MG1和MG2中的各个转子的转动位置中计算出来并通过通信从电机ECU40中接收的。蓄电池50的输入极限Win及输出极限Wout是根据温度传感器51测得的蓄电池50的温度Tb和蓄电池50的观察到的充电状态SOC被设定并通过通信从蓄电池ECU52中接收的。蓄电池50的充放电要求Pb*是对应于观察到的充电状态SOC与蓄电池50的目标充电状态SOC*之间的差异设定并通过通信从蓄电池ECU52中接收的。
在数据输入之后，CPU72基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，将待输出到与驱动轮63a和63b相连接的齿圈轴32a或驱动轴的扭矩要求Tr*设定为车辆所需的扭矩和驱动混合动力车辆20所需的车辆动力要求P*(步骤S110)。该实施例中设定扭矩要求Tr*的具体程序预先将扭矩要求Tr*相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为扭矩要求设定图储存在ROM74中，并从该扭矩要求设定图中读出与给定的加速器开度Acc和给定的车速V相对应的扭矩要求Tr*。图3中示出了扭矩要求设定图的一个实例。车辆动力要求P*被计算为扭矩要求Tr*与齿圈轴32a的转速Nr的乘积、蓄电池50的充放电要求Pb*以及潜在损失的合计。通过用车速V乘以预定转换因数k或用电机MG2的转速Nm2除以减速器35的传动比Gr而获得齿圈轴32a的转速Nr。
将车辆动力要求P*与预定阈值Pref相比较(步骤S120)。阈值Pref用作判定是否要求发动机22的运行以满足车辆动力要求P*的标准，并在本实施例中被设定为发动机22的有效驱动的下限或该下限左右。在步骤S120中，当车辆动力要求P*不小于预定阈值Pref时，CPU72判定要求发动机22的运行来满足车辆动力要求P*，并将车辆动力要求P*设定为发动机动力要求Pe*(步骤S130)，以及将例如为80％的普通值S1设定为最大SOC作为蓄电池50的充电状态SOC的上限(步骤S140)。混合电子控制单元70将最大SOC发送到蓄电池ECU52。蓄电池ECU52设定充放电要求Pb*以将蓄电池50的充电状态SOC限制在所接收的最大SOC值内。
之后，CPU72设定与发动机动力要求Pe*相对应的发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*(步骤S180)。根据确保发动机22有效运行的有效工作线和发动机动力要求Pe*确定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。图4示出了用于设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*的发动机22的有效工作线。在有效工作线与恒定发动机动力要求Pe*(＝Ne*×Te*)的线的交叉点给出目标转速Ne*和目标扭矩Te*。
随后，CPU72根据下面给出的等式(1)，从发动机22的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配集中机构30的传动比ρ中计算电机MG1的目标转速Nm1*，同时根据下面给出的等式(2)从所计算的目标转速Nm1*和电机MG1的当前转速Nm1中计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S190)Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ) (1)Tm1*＝先前的Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)等式(1)是包含在动力分配集中机构30中的转动元件的动态关系式。图5是列线图，示出了包含在动力分配集中机构30中的各个转动元件的扭矩-转速动态关系。左轴“S”表示相当于电机MG1的转速Nm1的太阳齿轮31的转速。中间轴“C”表示相当于发动机22的转速Ne的行星架34的转速。右轴“R”表示齿圈32(齿圈轴32a)的转速Nr，其为通过用电机MG2的转速Nm2乘以减速器35的传动比Gr而获得的。从图5的该列线图中可容易地引出等式(1)。轴“R”上的两个粗箭头分别示出了当在稳定运行中在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的特定驱动点下从发动机22中输出扭矩Te*时传输到齿圈轴32a的扭矩，以及当从电机MG2中输出扭矩Tm2*时通过减速器35施加于齿圈轴32a的扭矩。等式(2)是用于驱动电机MG1并使其在目标转速Nm1*下转动的反馈控制的关系式。在上面给出的等式(2)中，右侧的第二项中的“k1”和第三项中的“k2”分别表示比例项的增益和积分项的增益。
在计算了电机MG1的目标转速Nm1*和扭矩指令Tm1*之后，CPU72根据下面给出的等式(3)和(4)计算扭矩上限Tmax和扭矩下限Tmin，作为从电机MG2中输出的最大和最小扭矩(步骤230)Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 (3)Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2(4)用电机MG2的当前转速Nm2除蓄电池50的输出极限Wout与电机MG1的动力消耗(发电)之间的差而给出扭矩上限Tmax，其中，该动力消耗为电机MG1的扭矩指令Tm1*和当前转速Nm1的乘积。相似地，用电机MG2的当前转速Nm2除蓄电池50的输入极限Win与电机MG1的动力消耗(发电)之间的差而给出扭矩下限Tmin。之后CPU72根据以下给出的等式(5)从扭矩要求Tr*、电机MG1的扭矩指令Tm1*、动力分配集中机构30的传动比ρ、以及减速器35的传动比Gr中计算将从电机MG2中输出的假定电机扭矩Tm2tmp(步骤S240)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)CPU72将所计算的假定电机扭矩Tm2tmp限制于扭矩下限Tmin与扭矩上限Tma之间的范围以设定电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S250)。以这种方式设定电机MG2的扭矩指令Tm2*将待输出到齿圈轴32a或驱动轴的扭矩指令Tr*限制在蓄电池50的输入极限Win与输出极限Wout之间的范围。可容易地从图5的列线图中引出等式(5)。
CPU72将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*输送到发动机ECU24，同时将电机MG1和MG2的扭矩指令Tm1*和Tm2*输送到电机ECU40(步骤S260)，之后从驱动控制程序中退出。在发动机22的运行状态中，响应于目标转速Ne*和目标扭矩Te*的接收，发动机ECU24执行燃料喷射控制和点火控制以在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的指定驱动点下驱动发动机22。另一方面，在发动机22的停止状态中，发动机ECU24执行燃料喷射控制和点火控制以启动发动机22并在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的指定驱动点下驱动发动机22。电机ECU40接收扭矩指令Tm1*和Tm2*并执行包含在各个逆变器41和42中的切换元件的切换控制从而通过扭矩指令Tm1*驱动电机MG1以及通过扭矩指令Tm2*驱动电机MG2。
当在步骤S120中车辆动力要求P*小于预定阈值Pref时，CPU72检查发动机驱动要求EG*(步骤S150)。响应于发动机驱动要求EG*的OFF设定，CPU72判定不要求发动机22的运行并将数值“0”设定为目标转速Ne*和目标扭矩Te*以停止发动机22(步骤S200)。接着，CPU72将普通值S1设定为蓄电池50的最大SOC(充电状态)(步骤S210)并将数值“0”设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S220)。CPU72基于电机MG1的扭矩指令Tm1*设定电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S230至S250)，将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*输送到发动机ECU24，并将电机MG1和MG2的扭矩指令Tm1*和Tm2*输送到电机ECU40(步骤S260)，之后从驱动控制程序中退出。在发动机22的运行状态中，响应于设定为0的目标转速Ne*和目标扭矩Te*的接收，发动机ECU24执行燃料喷射控制和点火控制以停止发动机22。另一方面，在发动机22的停止状态中，发动机ECU24保持发动机22的运行停止。由于电机MG1的扭矩指令Tm1*等于0，因此电机MG2的扭矩指令Tm2*基本被设定为扭矩指令Tr*。
当在步骤S120中车辆动力要求P*小于预定阈值Pref并且在步骤S150中发动机驱动要求EG*为ON时，CPU72判定不要求发动机22的运行来满足车辆动力要求P*而是用于满足通过空调系统90的加热。因此CPU72将预定阈值Pref设定为发动机动力要求Pe*(步骤S160)以及将高于普通值S1例如85％的较高值S2设定为蓄电池50的最大SOC(充电状态)(步骤S170)。将预定阈值Pref设定为发动机动力要求Pe*能够进行发动机22的较有效的负载运行。将高于普通值S1的较高值S2设定为最大SOC能够使得蓄电池50被充电至较高电荷水平。CPU72对应于发动机动力要求Pe*设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*(步骤S180)并从发动机22的目标转速Ne*计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S190)。之后CPU72基于电机MG1的扭矩指令Tm1*设定电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S230至S250)，将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*输送到发动机ECU24，并将电机MG1和MG2的扭矩指令Tm1*和Tm2*输送到电机ECU40(步骤S260)，之后从驱动控制程序中退出。与不低于预定阈值Pref的车辆动力要求P*的情况下的流程相似，在发动机22的运行状态中，响应于目标转速Ne*和目标扭矩Te*的接收，发动机ECU24执行燃料喷射控制和点火控制以在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的指定驱动点下驱动发动机22。另一方面，在发动机22的停止状态中，发动机ECU24执行燃料喷射控制和点火控制以启动发动机22并在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的指定驱动点下驱动发动机22。
在寒冷状态中，假定充放电要求Pb*等于0以及假定不要求发动机22运行来满足车辆动力要求P*而是用来满足通过空调系统90的加热。也就是说，假定车辆动力要求P*小于预定阈值Pref以及假定发动机驱动要求EG*为ON。在该状态中，由于充放电要求Pb*等于0，因此驱动混合动力车辆20所需的驱动力要求(Tr*·Nm2/Gr)小于预定阈值Pref。由于预定阈值Pref被设定为发动机动力要求Pe*，因此发动机22的输出动力大于驱动力要求。因此电机MG1产生的电力高于电机MG2消耗的电力，并且蓄电池50由剩余的电力充电。在这种状态下，高于普通值S1的较高值S2被设定为蓄电池50的最大SOC，以使得更大部分的剩余的电力充入到蓄电池50中。当不要求发动机22的运行满足车辆动力要求P*而是满足通过空调系统90的加热时，本实施例的驱动控制通过蓄电池50的充电启动发动机22的负载运行。在高冷却水温度Tw的情况下充入并积聚在蓄电池50中的电力响应于充放电要求Pb*被放电并用作驱动力。发动机22的负载运行快速加热发动机22并能够使得蓄电池50由发动机22中释放的热量快速加热。在车辆在寒冷状态下刚刚启动之后，本实施例的驱动控制能够使得蓄电池50的温度快速升高，从而确保蓄电池50的充分性能的发挥。
如上所述的，当不要求发动机22的运行满足车辆动力要求P*而是满足通过空调系统90的加热时，本实施例的混合动力车辆20通过蓄电池50的充电启动发动机22的负载运行。与发动机22的独立运行(怠速运行)相比较，发动机22的负载运行有利地改进车辆的燃料消耗(能量效率)。将高于普通值S1的较高值S2设定为蓄电池50的最大SOC，使得更大部分的剩余电力充入到蓄电池50中。这导致车辆的燃料消耗的进一步改进。发动机22的负载运行快速加热发动机22并能够使得蓄电池50由发动机22中释放的热量快速加热。在车辆在寒冷状态下刚刚启动之后，本实施例的驱动控制能够使得蓄电池50的温度快速升高从而确保蓄电池50的充分性能的发挥。在蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout的范围内，扭矩要求Tr*可被输出到齿圈轴32a或驱动轴，而与要求和不要求发动机22的运行满足车辆动力要求P*或通过空调系统90的加热无关。
当不要求发动机22的运行满足车辆动力要求P*而要求满足通过空调系统90的加热时，本实施例的混合动力车辆20将预定阈值Pref设定为发动机动力要求Pe*并启动发动机22的负载运行。发动机22可在将大于或小于预定阈值Pref的数值设定为发动机动力要求Pe*的情况下执行负载运行。
当不要求发动机22的运行满足车辆动力要求P*而是满足通过空调系统90的加热时，本实施例的混合动力车辆20将预定阈值Pref设定为发动机动力要求Pe*并通过蓄电池50的充电启动发动机22的负载运行。一个可行的变形可将充放电要求Pb*重设为较大值以充电并通过增加至或超过预定阈值Pref的车辆动力要求P*启动发动机22的负载运行。充放电要求Pb*可重设为确保车辆动力要求P*增加至或超过预定阈值Pref的任意值。
当不要求发动机22的运行满足车辆动力要求P*而是满足通过空调系统90的加热时，本实施例的混合动力车辆20将高于普通值S1的较高值S2设定为蓄电池50的最大SOC。甚至在发动机22的运行状态为用于通过空调系统90加热的运行状态中，蓄电池50的最大SOC可保持在普通值S1。
在本实施例的混合动力车辆20中，在通过减速器35的扭矩变换后，电机MG2的动力被输出到齿圈轴32a。然而，本发明的技术不局限于这种构造的混合动力车辆，而是也可应用于图6中所示的修正构造的混合动力车辆120，其中电机MG2的动力被传输到不同于与齿圈轴32a相连接的车轴(即，联接于驱动轮63a和63b的车轴)的另一个车轴(联接于轮64a和64b的车轴)。在本实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力通过动力分配集中机构30被输出到齿圈轴32a或联接于驱动轮63a和63b的驱动轴。本发明的技术还可应用于另一种修正构造的混合动力车辆220，该混合动力车辆220具有双转子电机230，如图7中所示的。双转子电机230包括连接于发动机22的曲柄轴26的内部转子232和连接于向驱动轮63a和63b输出动力的驱动轴的外部转子234。发动机22的一部分输出动力被传输到驱动轴，而发动机输出动力的剩余部分被转换成电力。本发明的技术可用于任意构造的车辆中，所述车辆具有发动机以输出用于驱动车辆的动力，允许发动机的间歇运行，并装有以发动机作为热源加热乘员车厢的空调系统。当要求发动机的运行以用于通过空调系统的加热时，发动机执行负载运行。
应该在所有方面都认为上述实施例是示例性的而不是限制性的。在不脱离本发明的范围或其主要特征的精神的情况下，可存在许多修正、改变、和替换。
工业实用性优选地，本发明的技术应用于车辆制造工业。
权利要求
1.一种车辆，包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的内燃机；消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能的发电机；可利用由所述发电机产生的电能充电的蓄电单元；加热系统，所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热，并且基于预设条件的满足与否来设定作为所述内燃机的一种驱动要求的加热驱动要求；以及包括动力驱动要求设定模块和控制模块的控制装置，其中，所述动力驱动要求设定模块基于包括驱动力的预设车辆动力要求来设定作为所述内燃机的另一种驱动要求的动力驱动要求；在由所述动力驱动要求设定模块设定动力驱动要求的动力驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力，在未由所述动力驱动要求设定模块设定动力驱动要求而由加热系统设定加热驱动要求的加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以启动所述内燃机的负载运行；以及在未由所述动力驱动要求设定模块设定所述动力驱动要求和未由所述加热系统设定所述加热驱动要求的非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以停止所述内燃机的运行。
2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，在加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以在所述内燃机的负载运行的同时为所述蓄电单元充电。
3.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，在加热驱动要求状态下，所述控制模块增加所述蓄电单元的充电要求以启动所述内燃机的负载运行。
4.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，在所述动力驱动要求状态和所述非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以将预设第一充电水平作为上限对所述蓄电单元充电，而在所述加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机和所述发电机以将高于所述预设第一充电水平的充电水平作为上限对所述蓄电单元充电。
5.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的电动机，其中，所述蓄电单元可充电以向所述电动机提供电能；以及在所述动力驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力并且确保驱动力的输出；在所述加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以启动所述内燃机的负载运行并且确保驱动力的输出；在所述非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以停止所述内燃机的运行并且确保驱动力的输出。
6.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以在加热驱动要求状态下的负载运行下使得所述内燃机的至少部分输出动力用作驱动力。
7.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，在加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机以在所述内燃机的负载运行的同时为所述蓄电单元充电。
8.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，在加热驱动要求状态下，所述控制模块增加所述蓄电单元的充电要求以启动所述内燃机的负载运行。
9.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，在所述动力驱动要求状态和所述非要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机从而以预设第一充电水平作为上限对所述蓄电单元充电，而在所述加热驱动要求状态下，所述控制模块控制所述内燃机、电动机和发电机从而以高于所述预设第一充电水平的充电水平作为上限对所述蓄电单元充电。
10.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括与三个轴连接的三轴类型动力输入输出机构，所述三个轴为所述内燃机的输出轴、与所述车辆的车轴相连的驱动轴和所述发电机的转动轴，该三轴类型动力输入输出机构基于从所述三个轴中的任两个轴输入的动力和输出到该两个轴的动力自动地从剩下的一个轴输入动力和向该剩下的一个轴输出动力。
11.如权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述电动机被连接以将动力输出到与所述驱动轴相连的车轴或者所述车辆的另一车轴。
12.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述发电机为双转子发电机，所述双转子发电机具有与所述内燃机的输出轴相连的第一转子和与所述车辆的车轴相连的驱动轴相连的第二转子，并且由所述第一转子和所述第二转子之间的相对转动来驱动转动。
13.如权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述电动机被连接以将动力输出到与所述驱动轴相连的车轴或者所述车辆的另一车轴。
14.一种车辆的控制方法，所述车辆包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的内燃机；消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能的发电机；可利用由所述发电机产生的电能充电的蓄电单元；加热系统，所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热；在存在用以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述控制方法控制所述内燃机和所述发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力；在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求、但存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述控制方法控制所述内燃机和所述发电机以启动所述内燃机的负载运行；在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求和不存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述控制方法控制所述内燃机和所述发电机以停止所述内燃机的运行。
15.一种车辆的控制方法，所述车辆包括输出用于驱动所述车辆的驱动力的内燃机；消耗所述内燃机的输出动力并且产生电能的发电机；输出用于驱动所述车辆的驱动力的电动机；可利用由所述发电机产生的电能充电并且可放电以向所述电动机供给电能的蓄电单元；加热系统，所述加热系统利用所述内燃机作为热源对所述车辆的乘员车厢加热；在存在用以满足包括驱动力的预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以使得所述内燃机输出对应于所述预设车辆动力要求的动力并且确保驱动力的输出；在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求但存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以启动所述内燃机的负载运行并且确保驱动力的输出；在不存在用以满足所述预设车辆动力要求的所述内燃机的驱动要求和不存在用以启动对所述车辆的乘员车厢加热的加热系统的所述内燃机的驱动要求的情况下，所述控制方法控制所述内燃机、电动机和发电机以停止所述内燃机的运行并且确保驱动力的输出。
全文摘要
当车辆动力要求P
文档编号F02D29/02GK101065565SQ20058004047
公开日2007年10月31日 申请日期2005年11月24日 优先权日2004年11月25日
发明者铃木雅贵 申请人:丰田自动车株式会社