专利名称：动力输出装置及其控制方法和汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力输出装置及其控制方法和汽车，更详细地说，涉及一种将动力向输出轴输出的动力输出装置及其控制方法和带有该动力输出装置的汽车。
背景技术：
以往，作为这种动力输出装置，提出了一种装载有发动机、将发动机的曲轴与行星齿轮架相连的同时将与车轴机械连接的驱动轴与齿圈相连的行星齿轮、将动力相对该行星齿轮的太阳齿轮输入和输出的第1电机、将动力相对驱动轴输入和输出的第2电机的混合动力汽车(例如，日本特开平10-212983号公报等)。在这种混合动力汽车中，在停止发动机并靠来自第2电机的动力行驶期间，具有发动机的起动指令时，根据要求功率或蓄电池的剩余容量(SOC)设定发动机的工作点，将在该工作点下运转发动机的必要的扭矩从第1电机输出的同时，与该输出同步地、将驱动轴要求的扭矩与作为从第1电机输出的扭矩的反力的扭矩之和从第2电机输出，以转动发动机的曲轴。并且，发动机接近设定的工作点下的转速时，通过燃料喷射和点火，起动发动机。
发明内容
在装载于如此汽车等上的动力输出装置中，考虑的一个课题就是，由于装载于有限的空间中，希望其小型化，而对于构成装置的机器也谋求小型化。例如，装载于混合动力汽车中的二次电池等的蓄电装置因体积大且重量重，因此希望其最好尽可能小。装载有如此小型的蓄电装置时，随之，因蓄电装置的容量或额定输出电力也较小，在考虑装置的电力收支或电力平衡的同时、提高构成装置的机器的使用效率成为要考虑的一个课题。
本发明的动力输出装置及其控制方法和汽车的一个目的在于，考虑电力收支或电力平衡的同时，提高构成机器的使用效率。
本发明的动力输出装置及其控制方法和汽车为了实现上述目的，采用了如下的技术方案。
本发明的动力输出装置为，一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，其中，具有内燃机；与所述内燃机的输出轴和所述驱动轴连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出装置；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；可与所述电力动力输入输出装置和所述电机交换电力的蓄电装置；和在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间、具有该内燃机的起动指令时，以通过所述电力动力输入输出装置和所述电机转动所述内燃机的曲轴，并且，以通过所述电机，使用作为所述蓄电装置的输出限制电力与随着转动所述内燃机的曲轴而由所述电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与所述驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式对所述内燃机和所述电力动力输入输出装置以及所述电机进行起动阶段控制(起动时控制)的起动阶段控制装置。
在本发明的动力输出装置中，在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间、具有该内燃机的起动指令时，以通过随着电力与动力的输入输出而将来自内燃机的动力的至少一部分向驱动轴输出的电力动力输入输出装置和将动力向驱动轴输出的电机，使内燃机的曲轴转动的同时，以通过电机，使用作为蓄电装置的输出限制电力与随着内燃机的转动曲轴而由电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式控制内燃机和电力动力输入输出装置以及电机。即，转动内燃机的曲轴时，考虑到由装置消耗的电力或发生的电力、蓄电装置的输出限制，驱动电力动力输入输出装置和电机。结果，能够提高蓄电装置和电力动力输入输出装置以及第2电机的使用效率。
在本发明的如此动力输出装置中，所述电力动力输入输出装置可以为停止所述内燃机的输出轴的旋转并使所述驱动轴正转的状态下、转动该内燃机的曲轴时，伴随有电力的输出的装置。如此，由于电力动力输入输出装置作为发电机功能，可在其发生的电力与蓄电装置的输出限制电力之和的范围内驱动电机。
在这种形态的本发明的动力输出装置中，可具有通过所述转动曲轴而使所述内燃机的转速到达起动开始转速时，开始包含该内燃机的燃料喷射和点火的运转控制的内燃机运转装置，和检测出所述驱动轴的转速的转速检测装置；所述起动阶段控制装置为当所述转速检测装置在通过所述转动曲轴使所述内燃机到达起动开始转速时、检测出由所述电力动力输入输出装置产生的电力或动力的输入输出成为基本为0值的、作为所述驱动轴的转速的控制用转速以上的转速时，进行所述起动阶段控制的装置。即，在直到结束内燃机起动的整个期间，电力动力输入输出装置作为发电机功能时，执行起动阶段控制。因此，在起动内燃机期间，可在电力动力输入输出装置产生的发电电力和蓄电装置的输出限制电力之和的范围内驱动电机。
另外，在本发明的动力输出装置中，所述电力动力输入输出装置可以为具有与该内燃机的输出轴和所述驱动轴以及第3轴这3轴连接、根据相对该3轴中的任意2轴输入和输出的动力、将动力相对剩余的轴输入和输出的3轴式动力输入输出装置，和将动力相对所述第3轴输入和输出的发电机的装置。在这种形态的本发明的动力输出装置中，所述3轴式动力输入输出装置可以为所述内燃机的输出轴与行星齿轮架连接、所述驱动轴与齿圈连接、所述第3轴与太阳齿轮连接的行星齿轮。
此外，在本发明的动力输出装置中，所述电力动力输入输出装置可以为具有安装于所述内燃机的输出轴上的第1转子和安装于所述驱动轴上的第2转子，并且随着该第1转子和该第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成对转子电机。
本发明的汽车为，一种具有内燃机和可将动力向与车轴连接的驱动轴输出的电机的汽车，其中，具有与该内燃机的输出轴和所述驱动轴连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出装置；可与所述电力动力输入输出装置和所述电机交换电力的蓄电装置；和在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间、具有该内燃机的起动指令时，以通过所述电力动力输入输出装置和所述电机转动所述内燃机的曲轴的同时，以通过所述电机，使用作为所述蓄电装置的输出限制电力与随着转动所述内燃机的曲轴而由所述电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与所述驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式进行控制所述内燃机和所述电力动力输入输出装置以及所述电机的起动阶段控制的起动阶段控制装置。
在本发明的汽车中，在停止内燃机运转的状态下、将动力由电机向正转的驱动轴输出期间，具有该内燃机的起动指令时，以通过随着电力与动力的输入输出而将来自内燃机的动力的至少一部分向驱动轴输出的电力动力输入输出装置和将动力向驱动轴输出的电机，使内燃机的曲轴转动的同时，以通过电机，使用作为蓄电装置的输出限制电力与随着内燃机的曲轴转动而由电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式控制内燃机和电力动力输入输出装置以及电机。即，转动内燃机的曲轴时，考虑到由装置消耗的电力或发生的电力、蓄电装置的输出限制，驱动电力动力输入输出装置和电机。结果，能够提高蓄电装置和电力动力输入输出装置以及第2电机的使用效率。
在本发明的如此汽车中，所述电力动力输入输出装置可以为在停止所述内燃机的输出轴的旋转并使所述驱动轴正转的状态下、转动该内燃机的曲轴时，伴随有电力的输出的装置。如此，由于电力动力输入输出装置作为发电机功能，可在其发电电力与蓄电装置的输出限制电力之和的范围内驱动电机。在这种形态的本发明的动力输出装置中，可具有通过所述转动曲轴而使所述内燃机的转速到达起动开始转速时，开始包含该内燃机的燃料喷射和点火的运转控制的内燃机运转装置，和检测出车速的车速检测装置；所述起动阶段控制装置为在所述车速检测装置通过所述转动曲轴使所述内燃机到达起动开始转速时、检测出由所述电力动力输入输出装置产生的电力或动力的输入输出成为基本为0值的、作为与所述驱动轴的转速相对应的控制用车速以上的车速时，进行所述起动阶段控制的装置。即，在结束内燃机起动前的整个期间，电力动力输入输出装置作为发电机功能时，执行起动阶段控制。因此，在起动内燃机期间，可在电力动力输入输出装置产生的发电电力和蓄电装置的输出限制电力之和的范围内驱动电机。
另外，在本发明的汽车中，所述电力动力输入输出装置可以为具有与该内燃机的输出轴和所述驱动轴以及第3轴这3轴连接、根据相对该3轴中的任意2轴输入和输出的动力、将动力相对剩余的轴输入和输出的3轴式动力输入输出装置，和将动力相对所述第3轴输入和输出的发电机的装置。在这种形态的本发明的动力输出装置中，所述3轴式动力输入输出装置可以为所述内燃机的输出轴与行星齿轮架连接、所述驱动轴与齿圈连接、所述第3轴与太阳齿轮连接的行星齿轮。
此外，在本发明的汽车中，所述电力动力输入输出装置可以为具有安装于所述内燃机的输出轴上的第1转子和安装于所述驱动轴上的第2转子，并且随着该第1转子和该第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成对转子电机。
本发明的动力输出装置的控制方法为，该动力输出装置具有内燃机；与该内燃机的输出轴和所述驱动轴连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出装置；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；可与所述电力动力输入输出装置和所述电机交换电力的蓄电装置，所述控制方法为在所述动力输出装置中，在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间，具有该内燃机的起动指令时的控制方法，其中，以通过所述电力动力输入输出装置和所述电机转动所述内燃机曲轴的同时，以通过所述电机，使用作为所述蓄电装置的输出限制电力与随着转动所述内燃机的曲轴而由所述电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与所述驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式控制所述内燃机和所述电力动力输入输出装置以及所述电机。
根据本发明的动力输出装置的控制方法，由于在停止内燃机运转的状态下、将动力由电机向正转的驱动轴输出期间，具有该内燃机的起动指令时，以通过随着电力与动力的输入输出而将来自内燃机的动力的至少一部分向驱动轴输出的电力动力输入输出装置和将动力向驱动轴输出的电机，使内燃机的曲轴转动的同时，以通过电机，使用作为蓄电装置的输出限制电力与随着内燃机的曲轴转动而由电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式控制内燃机和电力动力输入输出装置以及电机，即，转动内燃机的曲轴时，考虑到由装置消耗的电力或发出的电力、蓄电装置的输出限制，而驱动电力动力输入输出装置和电机，因此，能够提高蓄电装置和电力动力输入输出装置以及第2电机的使用效率。
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；图2为示出实施例的混合动力用电子控制单元70执行的起动阶段控制例程的一例的流程图；图3为示出要求扭矩设定用图表一例的说明图；图4为示出用于力学说明发动机22起动时的动力分配综合机构30的旋转要素的共线图的一例的说明图；
图5为示出用于力学说明发动机22起动时的动力分配综合机构30的旋转要素的共线图的一例的说明图；图6为示出转动曲轴(クランキング)开始时和转动曲轴结束时的电机MG1的转速Nm1与车速V的关系的说明图；图7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8为示意地示出变形例的混合动力汽车220的构成的构成图。
具体实施例方式
下面，对本发明的具体实施方式
用实施例进行说明。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，和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、和将多个小齿轮33保持可自由地自转且公转的行星齿轮架34，太阳齿轮31和齿圈32以及行星齿轮架34作为旋转要素而构成进行差动作用的行星齿轮装置。对于动力分配综合机构30，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输出的动力从齿圈轴32a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并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，例如从检测出电机MG1、MG2的转子的旋转位置用的旋转位置检测传感器43、44来的信号或者输入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通信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交换各种控制信号或数据。
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；或要求动力与蓄电池50的充放电所需要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动力分配综合机构30与电机MG1和电机MG2所致的扭矩变换，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、特别是在通过电机运转模式行驶期间、起动发动机22之际的动作进行说明。图2为示出由混合动力用电子控制单元70执行的起动阶段控制例程的一例的流程图。该例程为，在通过电机运转模式行驶期间、从具有发动机22的起动指令起到开始发动机22的运转控制之间、每隔规定的时间(例如每隔8msec)反复地执行。
执行起动阶段控制例程时，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、发动机22的转速Ne、蓄电池50的输出限制Wout、电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2等的控制所需要的数据加以输入的处理(步骤S100)。在此，发动机22的转速Ne为，根据未示出的曲轴位置传感器来的信号并由发动机ECU24计算的数值通过通信传递输入而获得。另外，电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2为，根据由旋转位置检测传感器43、44检测出的电机MG1、MG2的转子的旋转位置计算出的结果，通过通信传递而从电机ECU40输入而获得。另外，蓄电池50的输出限制Wout为，将由蓄电池50的温度Tb和剩余容量(SOC)等求出的数值通过通信传递而从蓄电池ECU52输入而获得。
如此输入数据后，根据输入的加速踏板开度Acc和车速V将作为车辆要求的扭矩、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*加以设定(步骤S110)。要求扭矩Tr*在实施例中，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，导出与记忆的图表相对应的要求扭矩Tr*而设定。图3示出要求扭矩设定用图表的一例。
接着，将转动曲轴扭矩Tstart设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S120)。在此，转动曲轴扭矩Tstart作为将发动机22较快速地转动直到控制开始转速Nstart的扭矩加以设定，可由发动机22的性能或电机MG1和电机MG2的性能设定。并且，正如下式(1)所示，由蓄电池50的输出限制Wout减去电机MG1的消耗电力或发电电力，来计算可供给电机MG2的电力的最大值(以下，称作可使用电力)(步骤S130)。
Pv＝Wout-(2π/60)×Nm1×Tm1*...(1)并且，将计算的可使用电力Pv除以电机MG2的转速Nm2，计算可从电机MG2输出的作为扭矩上限的扭矩限制Tmax(步骤S140)，使用要求扭矩Tr*和扭矩指令Tm1*以及动力分配综合机构30的齿轮比ρ由下式(2)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S150)，将计算的扭矩限制Tmax与临时电机扭矩Tm2tmp比较，将较小一方作为电机MG2的扭矩指令Tm2*加以设定(步骤S160)。图4示出力学说明发动机22起动时的动力分配综合机构30的旋转要素与扭矩的共线图的一例。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，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，图中，实线为在电机运转模式下行驶期间，具有(产生)发动机22的起动指令并开始发动机22的转动曲轴时的共线图，虚线为发动机22的燃料喷射控制或点火控制开始之际的共线图。R轴上的2个粗线箭头表示为用电机MG1使发动机22开始转动曲轴时、从电机MG1输出的扭矩向齿圈轴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。式(2)可从该图4的共线图容易地导出。通过如此设定电机MG2的扭矩指令Tm2*，能够将向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr*可作为考虑蓄电池50的输出限制并可向电机MG2供给的可使用电力Pv的范围内的限制扭矩加以设定。
Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr...(2)如此设定电机MG1的扭矩指令Tm1*和电机MG2的扭矩指令Tm2*后，将设定的扭矩指令Tm1*和扭矩指令Tm2*向电机ECU40传送(步骤S170)。接受扭矩指令Tm1*和扭矩指令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。即，如图4的共线图所示，以转动曲轴扭矩Tstart驱动电机MG1，以将曲轴26与行星齿轮架34连接的发动机22的转速Ne成为控制开始转速Nstart；驱动电机MG2，以在考虑蓄电池50的输出限制Wout的可使用电力Pv的范围内，获得电机MG1的转动曲轴扭矩Tstart的反力，同时，向齿圈轴32a输出要求扭矩Tr*。
然后，判定发动机22的转速Ne是否达到控制开始转速Nstart(步骤S180)，没有达到控制开始转速Nstart时，在该状态下，结束起动阶段控制例程，而在达到控制开始转速Nstart时，将发动机22的燃料喷射控制或点火控制的开始指令向发动机ECU24传送(步骤S190)，结束起动阶段控制例程。接受燃料喷射控制或点火控制的开始指令的发动机ECU24相对于在控制开始转速Nstart下旋转的发动机22，开始燃料喷射控制和点火控制，以结束发动机22的起动。如此，结束发动机22的起动时，停止起动控制例程的反复执行，通过扭矩变换运转模式或充放电运转模式之际反复执行的未图示的驱动控制例程，以控制发动机22或电机MG1、电机MG2。
在图4所示的共线图的状态下起动发动机22时，由于电机MG1在反向旋转直到发动机22的转速Ne到达控制开始转速Nstart，因此，电机MG1起发电机的功能。因此，计算可使用电力Pv的式(1)的右边第2项为负值，从而可使用电力Pv成为输出限制Wout与电机MG1的发电电力相加的值。如此，为了直到结束发电机22的起动为止使电机MG1起到发电机的功能，发动机22在控制开始转速Nstart下旋转时，可以满足电机MG1的转速Nm1成为0值以下(负值)的条件。图5示出发动机22在控制开始转速Nstart下旋转时，电机MG1的转速Nm1成为0值时的共线图。将此时的齿圈轴32a的转速作为发电起动转速Nset，将其换算为车速V的数值作为发电起动车速Vset。图6示出转动曲轴开始时和转动曲轴结束时的电机MG1的转速Nm1与车速V的关系。正如图示，如在车速V处于该发电起动车速Vset以上时起动发动机22，由于电机MG1直到发动机22的起动结束在反向旋转，能够使得可供给电机MG2的可使用电力Pv大于输出限制Wout。在本实施例中，尽管也取决于其他条件，但基本上，发动机22的起动指令在车速V处于发电起动车速Vset以上时进行，能够有效地使用发动机22起动时的蓄电池50或电机MG1和电机MG2。
根据上述实施例的混合动力汽车20，在电机运转模式下行驶时，发动机22的起动指令在车速V处于发电起动车速Vset以上时进行，将可供给电机MG2的可使用电力Pv设定为蓄电池50的输出限制Wout与由电机MG1发电的电力相加的数值，由于在该可使用电力Pv的范围内驱动电机MG2，考虑了发动机22起动时的电力收支或电力平衡，能够有效地使用发动机22起动时的蓄电池50或电机MG1以及电机MG2。并且，由于考虑了蓄电池50的输出限制Wout，能够抑制蓄电池50的过度放电。不用说，可输出与驾驶员所要求的要求扭矩Tr*相应的扭矩。
在实施例的混合动力汽车20中，是在转动发动机22的曲轴之际，将电机MG1的扭矩指令Tm1*设定成转动曲轴扭矩Tstart，但只要是可将发动机22在控制开始转速Nstart以上旋转的任何扭矩均可设定为扭矩指令Tm1*。
在实施例的混合动力汽车20中，在电机运转模式下行驶时，基本上，是将发动机22的起动指令在车速V处于发电起动车速Vset以上时进行，但也可如前所述，在其他要求下，例如具有急加速的要求或蓄电池50的充电要求等时，车速V即使未满(不足)发电起动车速Vset，也可进行发动机22的起动指令。
在实施例的混合动力汽车20中，是由减速齿轮35将电机MG2的动力变速后向齿圈轴32a输出的，但也可如图7的变形例的混合动力汽车120所例示的，也可将电机MG2的动力向同与连接齿圈轴32a的车轴(与驱动轮63a、63b连接的车轴)不同的车轴(图7中与车轮64a、64b连接的车轴)输出。
在实施例的混合动力汽车20中，是将发动机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输出的，但也可如图8的变形例的混合动力汽车220所例示的，可包括具有与发动机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、将剩余的动力变换为电力的成对转子电机230。
以上，用实施例对本发明的实施方式进行了说明，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
1.一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，其特征在于，具有内燃机；与所述内燃机的输出轴和所述驱动轴连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出装置；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；可与所述电力动力输入输出装置和所述电机交换电力的蓄电装置；和在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间、具有该内燃机的起动指令时，以通过所述电力动力输入输出装置和所述电机转动所述内燃机的曲轴，并且，以通过所述电机，使用作为所述蓄电装置的输出限制电力与随着转动所述内燃机的曲轴而由所述电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与所述驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式对所述内燃机和所述电力动力输入输出装置以及所述电机进行起动阶段控制的起动阶段控制装置。
2.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力动力输入输出装置为停止所述内燃机的输出轴的旋转并使所述驱动轴正转的状态下、转动该内燃机的曲轴时，伴随有电力的输出的装置。
3.按照权利要求2所述的动力输出装置，其特征在于，具有通过所述转动曲轴而使所述内燃机的转速到达起动开始转速时，开始包含该内燃机的燃料喷射和点火的运转控制的内燃机运转装置，和检测出所述驱动轴的转速的转速检测装置；所述起动阶段控制装置为当所述转速检测装置在通过所述转动曲轴使所述内燃机到达起动开始转速时、检测出由所述电力动力输入输出装置产生的电力或动力的输入输出成为基本为0值的、作为所述驱动轴的转速的控制用转速以上的转速时，进行所述起动阶段控制的装置。
4.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力动力输入输出装置为具有与该内燃机的输出轴和所述驱动轴以及第3轴这3轴连接、根据相对该3轴中的任意2轴输入和输出的动力、将动力相对剩余的轴输入和输出的3轴式动力输入输出装置，和将动力相对所述第3轴输入和输出的发电机的装置。
5.按照权利要求4所述的动力输出装置，其特征在于，所述3轴式动力输入输出装置为将所述内燃机的输出轴与行星齿轮架连接、所述驱动轴与齿圈连接、所述第3轴与太阳齿轮连接的行星齿轮。
6.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力动力输入输出装置为具有安装于所述内燃机的输出轴上的第1转子和安装于所述驱动轴上的第2转子，并且随着该第1转子和该第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成对转子电机。
7.一种具有内燃机和可将动力向与车轴连接的驱动轴输出的电机的汽车，其特征在于，具有与该内燃机的输出轴和所述驱动轴连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出装置；可与所述电力动力输入输出装置和所述电机交换电力的蓄电装置；和在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间、具有该内燃机的起动指令时，以通过所述电力动力输入输出装置和所述电机转动所述内燃机的曲轴的同时，以通过所述电机，使用作为所述蓄电装置的输出限制电力与随着转动所述内燃机的曲轴而由所述电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与所述驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式对所述内燃机和所述电力动力输入输出装置以及所述电机进行起动阶段控制的起动阶段控制装置。
8.按照权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述电力动力输入输出装置为在停止所述内燃机的输出轴的旋转并使所述驱动轴正转的状态下、转动该内燃机的曲轴时，伴随有电力的输出的装置。
9.按照权利要求8所述的汽车，其特征在于，具有通过所述转动曲轴而使所述内燃机的转速到达起动开始转速时，开始包含该内燃机的燃料喷射和点火的运转控制的内燃机运转装置，和检测出车速的车速检测装置；所述起动阶段控制装置为在所述车速检测装置通过所述转动曲轴使所述内燃机到达起动开始转速时、检测出由所述电力动力输入输出装置产生的电力或动力的输入输出成为基本为0值的、作为与所述驱动轴的转速相对应的控制用车速以上的车速时，进行所述起动阶段控制的装置。
10.按照权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述电力动力输入输出装置为具有与该内燃机的输出轴和所述驱动轴以及第3轴这3轴连接、根据相对该3轴中的任意2轴输入和输出的动力、将动力相对剩余的轴输入和输出的3轴式动力输入输出装置，和将动力相对所述第3轴输入和输出的发电机的装置。
11.按照权利要求10所述的汽车，其特征在于，所述3轴式动力输入输出装置为所述内燃机的输出轴与行星齿轮架连接、所述驱动轴与齿圈连接、所述第3轴与太阳齿轮连接的行星齿轮。
12.按照权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述电力动力输入输出装置为具有安装于所述内燃机的输出轴上的第1转子和安装于所述驱动轴上的第2转子，并且随着该第1转子和该第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成对转子电机。
13.一种动力输出装置的控制方法，该动力输出装置具有内燃机；与该内燃机的输出轴和所述驱动轴连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出装置；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；可与所述电力动力输入输出装置和所述电机交换电力的蓄电装置，所述控制方法为在所述动力输出装置中，在停止所述内燃机运转的状态下、将动力由所述电机向正转的所述驱动轴输出期间，具有该内燃机的起动指令时的控制方法，以通过所述电力动力输入输出装置和所述电机转动所述内燃机曲轴的同时，以通过所述电机，使用作为所述蓄电装置的输出限制电力与随着转动所述内燃机的曲轴而由所述电力动力输入输出装置输入和输出的电力之和的可使用电力范围内的电力，将与所述驱动轴要求的要求动力相对应的动力向该驱动轴输出的方式控制所述内燃机和所述电力动力输入输出装置以及所述电机。
全文摘要
本发明涉及一种动力输出装置及其控制方法和汽车。本发明的目的在于考虑电力收支或电力平衡的同时，提高构成机器的使用效率。在电机运转模式下行驶时，在车速V处于发电起动车速Vset以上时，进行发动机的起动指令，将可向驱动用电机供给的可使用电力Pv设定为蓄电池的输出限制Wout与由转动曲轴用电机发电的电力相加的数值(S130)，在该可使用电力Pv的范围内，驱动该驱动用电机(S140～S170)。由于转动曲轴用电机直到发动机的起动结束，一直作为发电机的功能，能够使可使用电力大于蓄电池的输出限制Wout。
文档编号B60W20/00GK1772526SQ200410090710
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月8日 优先权日2004年11月8日
发明者干场健, 滩光博 申请人:丰田自动车株式会社