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，涉及一种将动力向驱动轴输出的动力输出装置及其控制方法和带有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、将该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电机的装置(例如，日本特开2000-197208号公报等)。在这种装置中，为了在目标转速下运转发动机，由发动机的目标转速和第2电机的转速算出第1电机的目标转速，以用该算出的目标转速来使第1电机转动的方式反馈控制第1电机。
发明内容
电机的转速控制通过反馈控制进行，该反馈控制使用在将电机的实际转速与目标转速的偏差消除方向上作用的比例项和消除正常误差的积分项。如此反馈控制用于上述装置中的第1电机的控制时，如发动机起动时那样，在作用于第1电机上的扭矩从正扭矩快速转换为负扭矩并且发动机的目标转速急变时，对于积分项，产生不能顺畅地转换或急变的情况，并且产生对于第2电机的驱动的必要电力的供给迟缓的情况。为了消除如此的电力供给的迟缓，在发动机起动时或发动机的目标转速急变时，考虑了例外处理的对策，但例外处理变多，并且控制也复杂。另外，因对于第1电机，由设定的扭矩指令中的反馈所致的补正量变大，很难兼容/兼顾响应性和收敛性，考虑到过调节(オ-バシユ-ト)时，由于必须确保第1电机控制上的上限转速要有余量，也必须设定得较低。
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将运转内燃机用的电动机控制中的响应性与收敛性相兼容。另外，本发明的动力输出装置及其控制方法和汽车的另一目的在于在用于运转内燃机的电动机的控制中，使例外处理减少，以简化控制。
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的至少一个，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，可相对所述第3轴输入和输出动力的第1电动机，可相对所述驱动轴输入和输出动力的第2电动机，可与所述第1电动机和所述第2电动机交换电力的蓄电装置，根据操作者的操作设定所述驱动轴要求的要求动力的要求动力设定装置，根据该设定的要求动力设定应从所述内燃机输出的目标动力的目标动力设定装置，以输出该设定的目标动力的方式运转控制所述内燃机的内燃机运转控制装置，根据所述设定的目标动力设定应从所述第1电动机输出的基准扭矩的基准扭矩设定装置，根据所述设定的目标动力设定所述第1电动机的目标转速的电动机目标转速设定装置，检测出所述第1电动机的转速的转速检测装置，根据该检测出的转速和所述设定的目标转速设定补正扭矩的补正扭矩设定装置，和以从所述第1电动机输出所述设定的基准扭矩与所述设定的补正扭矩之和的扭矩的方式驱动控制该第1电动机的同时、以向所述驱动轴输出根据所述设定的要求动力的动力的方式驱动控制所述第2电动机的电动机控制装置。
在本发明的动力输出装置中，根据操作者的操作、设定驱动轴要求的要求动力的同时，根据该设定的要求动力、设定应从内燃机输出的目标动力，以输出该设定的目标动力的方式运转控制内燃机。另外，根据设定的目标动力，通过电力动力输入输出装置，设定应从可调整内燃机的转速的第1电动机输出的基准扭矩，同时，根据基于目标动力设定的目标转速和检测出的第1电动机的转速，设定补正扭矩，以设定的基准扭矩与设定的补正扭矩之和的扭矩从第1电动机输出的方式、驱动控制该第1电动机，同时，以向驱动轴输出根据设定的要求动力的动力的方式驱动控制第2电动机。即，以将根据目标动力设定的基准扭矩与根据目标转速和检测出的转速设定的补正扭矩之和的扭矩输出的方式驱动控制第1电动机。因此，通过成为基准(ベ-ス)的基准扭矩，可将第1电动机的转速迅速地接近目标转速，而通过补正扭矩，可将第1电动机的转速与目标转速一致。结果，可兼顾第1电动机控制中的响应性和收敛性这两者的同时，即使目标动力急速变化时，也可实现无例外处理的处理。
在如此本发明的动力输出装置中，所述基准扭矩设定装置也可为根据所述设定的目标动力和在该目标动力下运转所述内燃机时的响应滞后，推定从该内燃机输出的内燃机扭矩，并且，为了从该内燃机输出该推定的内燃机扭矩，作为应从所述第1电动机输出的扭矩来设定所述基准扭矩的装置。如此，可将内燃机顺畅地过渡到输出目标动力的工作点。此时，所述基准扭矩设定装置也可为作为所述响应滞后使用浪费时间和一次响应滞后的时间常数，推定所述内燃机扭矩的同时，使用该推定的内燃机扭矩，设定所述基准扭矩的装置。
另外，在本发明的动力输出装置中，所述补正扭矩设定装置也可为将在消除所述检测出的转速与所述设定的目标转速的转速偏差的方向上作用的扭矩设定为所述补正扭矩的装置。此时，所述补正扭矩设定装置也可为至少使用比例项和积分项设定所述补正扭矩的装置。如此，可将第1电动机的转速更迅速地接近目标转速并使其一致。而且此时，所述补正扭矩设定装置还可以为当所述转速偏差在规定范围外时，使用第1增益的比例项和所述积分项来设定所述补正扭矩，而在所述转速偏差在所述规定范围内时，使用比所述第1增益小的第2增益的比例项和所述积分项来设定所述补正扭矩的装置。如此，第1电动机的转速在处于目标转速附近后可使转速迅速地与目标转速一致。在此，前述第2增益也可基本为0值。
在至少使用比例项和积分项来设定补正扭矩方式的本发明的动力输出装置中，所述补正扭矩设定装置可以为当所述转速偏差在所述规定范围外时，使用所述比例项和第3增益的积分项以及空白指令项来设定所述补正扭矩，而当所述转速偏差在所述规定范围内时，使用所述比例项和比所述第3增益小的第4增益和积分项以及所述空白指令项来设定所述补正扭矩的装置。如此，可使第1电动机的转速与目标转速高精度地一致。
本发明的汽车为，一种装载有上述任一形态的动力输出装置，并且所述驱动轴与车轴机械连接地行驶的汽车，其中，所述动力输出装置即，基本上为向驱动轴输出动力的动力输出装置，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，可相对所述第3轴输入和输出动力的第1电动机，可相对所述驱动轴输入和输出动力的第2电动机，可与所述第1电动机和所述第2电动机交换电力的蓄电装置，根据操作者的操作设定所述驱动轴要求的要求动力的要求动力设定装置，根据该设定的要求动力设定应从所述内燃机输出的目标动力的目标动力设定装置，以输出该设定的目标动力的方式运转控制所述内燃机的内燃机运转控制装置，根据所述设定的目标动力设定应从所述第1电动机输出的基准扭矩的基准扭矩设定装置，根据所述设定的目标动力设定所述第1电动机的目标转速的电动机目标转速设定装置，检测出所述第1电动机的转速的转速检测装置，根据该检测出的转速和所述设定的目标转速设定补正扭矩的补正扭矩设定装置，和以从所述第1电动机输出所述设定的基准扭矩与所述设定的补正扭矩之和的扭矩的方式驱动控制该第1电动机的同时、以向所述驱动轴输出根据所述设定的要求动力的动力的方式驱动控制所述第2电动机的电动机控制装置。
在本发明的汽车中，由于装载有上述任一形态的本发明的动力输出装置，可具有与本发明的动力输出装置所具有的效果，例如可兼顾第1电动机控制中的响应性和收敛性这两者的同时，即使目标动力急速变化时，也可实现无例外处理的处理的同样的效果。
对于本发明的动力输出装置的控制方法，所述动力输出装置具有内燃机，与该内燃机的输出轴和驱动轴以及第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，可相对所述第3轴输入和输出动力的第1电动机，可相对所述驱动轴输入和输出动力的第2电动机，可与所述第1电动机和所述第2电动机交换电力的蓄电装置，其中，(a)根据操作者的操作设定所述驱动轴要求的要求动力，(b)根据该设定的要求动力设定应从所述内燃机输出的目标动力，(c)以输出该设定的目标动力的方式运转控制所述内燃机，(d)根据所述设定的目标动力设定应从所述第1电动机输出的基准扭矩，(e)根据所述设定的目标动力设定所述第1电动机的目标转速，(f)检测出所述第1电动机的转速，(g)根据该检测出的转速和所述设定的目标转速设定补正扭矩，(h)以从所述第1电动机输出所述设定的基准扭矩与所述设定的补正扭矩之和的扭矩的方式驱动控制该第1电动机的同时、以向所述驱动轴输出所述设定的要求动力的方式驱动控制所述第2电动机。
在如此本发明的动力输出装置的控制方法中，根据操作者的操作、设定驱动轴要求的要求动力的同时，根据该设定的要求动力、设定应从内燃机输出的目标动力，以输出该设定的目标动力的方式运转控制内燃机。另外，根据设定的目标动力，通过电力动力输入输出装置，设定应从可调整内燃机的转速的第1电动机输出的基准扭矩，同时，根据基于目标动力设定的目标转速和检测出的第1电动机的转速，设定补正扭矩，以设定的基准扭矩与设定的补正扭矩之和的扭矩从第1电动机输出的方式、驱动控制该第1电动机，同时，以向驱动轴输出根据设定的要求动力的动力的方式驱动控制第2电动机。即，以将根据目标动力设定的基准扭矩与根据目标转速和检测出的转速设定的补正扭矩之和的扭矩输出的方式驱动控制第1电动机。因此，通过成为基准的基准扭矩，可将第1电动机的转速迅速地接近目标转速，而通过补正扭矩，可使第1电动机的转速与目标转速一致。结果，可兼顾第1电动机控制中的响应性和收敛性这两者，并且即使目标动力急速变化时，也可实现无例外处理的处理。
在如此本发明的动力输出装置的控制方法中，所述步骤(d)可以为根据所述设定的目标动力和在该目标动力下运转所述内燃机时的该内燃机的响应滞后，推定从该内燃机输出的内燃机扭矩，并且，为了从该内燃机输出该推定的内燃机扭矩，作为应从所述第1电动机输出的扭矩来设定所述基准扭矩的步骤，所述步骤(g)为将在消除所述检测出的转速与所述设定的目标转速的转速偏差的方向上作用的扭矩设定为所述补正扭矩的步骤。如此，能够使第1电动机的转速更迅速地接近目标转速并一致。
在该形态的动力输出装置的控制方法中，所述步骤(g)可以为所述转速偏差在规定范围外时，使用包含第1增益的比例项和积分项的多个控制项来设定所述补正扭矩，而在所述转速偏差在所述规定范围内时，使用包含比所述第1增益小的第2增益的比例项和所述积分项的多个控制项来设定所述补正扭矩的步骤。如此，能够使第1电动机的转速在处于目标转速附近后，迅速地接近目标转速并一致。
图1为示意地示出本发明一实施例的混合动力汽车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执行的驱动控制例程的一例的流程图；图3为示出蓄电池50中的电池温度Tb与输入和输出限制Win、Wout的关系的一例的说明图；图4为示出蓄电池50的剩余容量(SOC)与输入和输出限制Win、Wout的补正系数的关系的一例的说明图；图5为示出要求扭矩设定用图表的一例的说明图；
图6为示出发动机22的动作线(动作ライン)的一例和设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*状态的说明图；图7为示出用于力学说明动力分配综合机构30的旋转要素的共线图的一例的说明图；图8为示出基准扭矩设定例程的一例的流程图；图9为示出补正扭矩设定例程的一例的流程图；图10为示出基准扭矩Tbs的设定的一例的框图；图11为示出使目标扭矩Te*变化时的节气门响应扭矩Tta与基准扭矩Tbs的时间变化状况的一例的说明图；图12为示出使用补正扭矩Taj以控制电机MG1时的电机MG1的转速Nm1的时间变化状况的一例的说明图；图13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14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，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。向该发动机ECU24中输入与安装到曲轴26上的曲轴位置传感器23a来的曲轴转角θ或安装到吸气系统中的吸气温度传感器23b来的吸气温度Ta，来自负压检测传感器23c的吸气压Va，来自节气门位置传感器23e的节气门23d的开度(节气门开度)TA，安装到发动机22的冷却系统中的冷却水温度传感器23f来的冷却水温Tw等。另外，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、将多个小齿轮33保持可自由地自转或公转的行星齿轮架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32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的同时，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连通端口。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，通过通信连通端口与发动机ECU24或电机ECU40、蓄电池ECU52连接，发动机ECU24或电机ECU40、蓄电池ECU52进行各种控制信号或数据的交换。
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；或与要求动力和需要蓄电池50的充放电所需的电力的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、特别是随着发动机22的工作点变更之际的动作进行说明。图2为示出扭矩变换运转模式或充放电运转模式时、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。该例程每隔规定的时间(例如每隔8msec)反复地执行。
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，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，电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2，发动机22的转速Ne，蓄电池50的输入输出限制Win、Wout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为根据安装到曲轴26上的曲轴位置传感器23a来的信号所计算的数值通过通信传递由发动机ECU24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的输入输出限制Win、Wout为将根据由温度传感器51检测出的蓄电池50的电池温度Tb和蓄电池50的剩余容量(SOC)设定的数值通过通信传递而从蓄电池ECU52输入而获得。在此，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，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来设定输入输出限制Win、Wout。图3示出电池温度Tb与输入输出限制Win、Wout的关系的一例，图4示出蓄电池50的剩余容量(SOC)与输入输出限制Win、Wout的补正系数的关系的一例。
如此输入数据后，根据输入的加速踏板开度Acc和车速V设定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*，和发动机22要求的发动机要求功率Pe*(步骤S110)。要求扭矩Tr*在实施例中，以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，由记忆的图表导出和设定相对应的要求扭矩Tr*。图5示出要求扭矩设定用图表的一例。发动机要求功率Pe*可作为将设定的要求扭矩Tr*乘以齿圈轴32a的转速Nr的数值与蓄电池50要求的充放电要求功率Pb*和损耗Loss之和而算出。另外，齿圈轴32a的转速Nr通过将车速V乘以换算系数k而求出，并且可用电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的齿轮比Gr求出。
接着，根据设定的要求功率Pe*设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*(步骤S120)。该设定为根据使发动机22有效动作的动作线和要求功率Pe*来设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*。图6示出发动机22的动作线的一例和设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*的状况。正如图示，目标转速Ne*和目标扭矩Te*可通过动作线和要求功率Pe*(Ne*×Te*)为常数的曲线的交点求出。
接着，使用设定的目标转速Ne*和齿圈轴32a的转速Nr(Nm2/Gr)和动力分配综合机构30的齿轮比ρ由下式(1)计算电机MG1的目标转速Nm1*(步骤S130)。在此，式(1)为相对动力分配综合机构30的旋转要素的力学关系式。图7示出动力分配综合机构30的旋转要素中的转速与扭矩的力学关系的共线图。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。式(1)如使用该共线图，则很容易导出。另外，R轴上的2个粗线箭头表示为，在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的工作点下，将发动机22正常(稳定)运转时，从发动机22输出的扭矩Te*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。
Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)...(1)如此计算电机MG1的目标转速Nm1*后，设定电机MG1的扭矩指令Tm1*的设定用的基准扭矩Tbs和补正扭矩Taj(步骤S140，S150)。在本实施例中，基准扭矩Tbs的设定由图8所例示的基准扭矩设定例程实现，而补正扭矩Taj由图9所例示的补正扭矩设定例程实现。下面，中断驱动控制例程的说明，对基准扭矩Tbs和补正扭矩Taj的设定进行说明。
执行基准扭矩设定例程时，首先，根据目标扭矩Te*和目标转速Ne*计算目标节气门开度TA*(步骤S300)，同时，对计算的目标节气门开度TA*实施平滑处理(なまし处理)，计算执行的节气门开度(步骤S310)，根据计算的执行节气门开度TA和转速Ne，计算节气门响应扭矩Tta(步骤S320)。目标节气门开度TA*为将发动机22在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的工作点下运转的节气门开度TA，在本实施例中，目标转速Ne*和目标扭矩Te*与节气门开度TA的关系通过实验等预先求出，并作为图表记忆于ROM74中，从图表中导出与目标转速Ne*和目标扭矩Te*相对应的节气门开度TA，并作为目标节气门开度TA*求出。在步骤S310中执行平滑处理是考虑到了节气门响应滞后的缘故。另外，在本实施例中，节气门响应滞后作为一次响应滞后处理。节气门响应扭矩Tta的计算，在本实施例中通过倒序使用由目标节气门开度TA*导出中采用的图表进行。如此计算节气门响应扭矩Tta后，将发动机22的空气滞后考虑为浪费时间+一次响应滞后的处理适用于计算的节气门响应扭矩Tta，而计算基准扭矩Tbs(步骤S330)，结束基准扭矩设定例程。在此，浪费时间和一次响应滞后时间常数通过实验等，作为发动机22的转速Ne的一维图表预先求出，并记忆于ROM74中，根据发动机22的转速Ne导出后使用。图10示出基准扭矩Tbs设定中的框图，图11示出使目标扭矩Te*变化时、节气门响应扭矩Tta与基准扭矩Tbs的时间变化状况的一例。如此基准扭矩Tbs的设定为计算随着目标扭矩Te*的变更而推定为从发动机22输出的扭矩(发动机扭矩)而设定。
执行图9的补正扭矩设定例程时，首先，计算电机MG1的目标转速Ne*和转速Nm1的偏差(转速偏差)ΔNm1(步骤S400)，判定计算的转速偏差ΔNm1的绝对值是否不足阈值Nref(步骤S410)。该阈值Nref为用于使转速Ne与目标转速Ne*一致而作为必要程度微调的转速差设定的数值。现在考虑在相对转速Nm1设定比阈值Nref大的目标转速Nm1*时。此时，由于转速偏差ΔNm1的绝对值在阈值Nref以上，在步骤S410中判断为否定，将后述的设定补正扭矩Taj的式中比例项和积分项的增益k1、k2设定为规定值k1set、k2set(步骤S420)，并且，将空白指令(スキツプ)项Tskp设定为0值(步骤S430)，使用设定的增益k1、k2和空白指令项Tskp由下式(2)作为比例项和积分项和空白指令项之和计算设定补正扭矩Taj(步骤S480)。由式(2)可知，补正扭矩Taj为反馈控制中的关系式。因此，如将比例项和积分项的增益k1、k2设定为适当值，能够将转速Nm1迅速地接近目标转速Nm1*。在本实施例中，作为规定值k1set、k2set，可设定为适当的增益。
Taj＝k1·ΔNm1+k2·∫ΔNm1dt+Tskp...(2)如此，转速Nm1接近目标转速Nm1*，并且转速偏差ΔNm1的绝对值不足阈值Nref时，将比例项的增益k1设定为0值，同时，将积分项的增益设定为比规定值k2set小的规定值k2low(步骤S440)，判定转速偏差ΔNm1的符号是否反转(步骤S445)。转速偏差ΔNm1的符号没有反转/颠倒时，通过使用设定的增益k1、k2和至此设定的空白指令项Tskp由式(2)计算并设定补正扭矩Taj(步骤S480)。转速偏差ΔNm1的符号反转时，检查转速偏差ΔNm1的值(步骤S450)，转速偏差ΔNm1大于0值时，将空白指令项Tskp设定为规定值Tskpset乘以负1(步骤S460)，转速偏差ΔNm1在0值以下(包含其本数)时，将空白指令项Tskp设定为规定值Tskpset(步骤S470)，使用设定的增益k1、k2和空白指令项Tskp由式(2)计算并设定补正扭矩Taj(步骤S480)。图12示出使用如此补正扭矩Taj，控制电机MG1时的电机MG1的扭矩指令Nm1*和转速Nm1的时间变化状况的一例。图中所示的转变(过渡)区域为以目标转速Nm1*为中心沿上下设置阈值Nref的转速差的区域。电机MG1的转速Nm1为，在进入转变区域前，由于将比例项和积分项的增益k1、k2设定为规定值k1set、k2set，从而可迅速地接近目标转速Nm1*(粗调区域)。电机MG1的转速Nm1在进入转变区域后，由于将比例项和积分项的增益k1、k2设定为0值和规定值k2low，从而可缓慢地接近目标转速Nm1*(微调区域)。并且，电机MG1的转速Nm1至目标转速Nm1*时，由于转速偏差ΔNm1的符号反转/颠倒，设定空白指令项Tskp。之后，每当电机MG1的转速Nm1超过目标转速Nm1*或在其以下即每当转速偏差ΔNm1的符号反转时，设定不同符号的空白指令项Tskp，最终，收敛于空白指令项Tskp的上下左右(调整结束)。
返回图2的驱动控制例程。如此设定基准扭矩Tbs和补正扭矩Taj后，将设定的基准扭矩Tbs和补正扭矩Taj之和设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S160)。然后，通过将蓄电池50的输入输出限制Win、Wout与设定的电机MG1的扭矩指令Tm1*乘以目前电机MG1的转速Nm1获得的电机MG1的消耗电力(发电电力)的偏差除以电机MG2的转速Nm2，而可从电机MG2输出的作为扭矩上下限的扭矩限制(极限)Tmax、Tmin由下式(3)、(4)算出(步骤S170)，并且，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，用式(5)计算作为应当从电机MG2输出的扭矩的临时电机扭矩Tm2tmp(步骤S180)，在计算的扭矩限制Tmax、Tmin的范围内，将限制电机扭矩Tm2tmp的数值设定为电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S190)。通过如此设定电机MG2的扭矩指令Tm2*，向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr*可作为在蓄电池50的输入输出限制Win、Wout的范围内限制的扭矩设定。另外，式(5)可从前述的图7的共线图容易地导出。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 ...(3)Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2 ...(4)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr ...(5)如此设定发动机22的目标转速Ne*或目标扭矩Te*，电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*后，将发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*向发动机ECU24传送的同时，将电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*向电机ECU40传送(步骤S200)，结束本驱动控制例程。接受目标转速Ne*或目标扭矩Te*的发动机ECU24以发动机22在由目标转速Ne*和目标扭矩Te*所示的工作点运转的方式，进行发动机22中的燃料喷射控制或点火控制等的控制。另外，接受扭矩指令Tm1*、Tm2*的电机ECU40进行逆变器41、42的开关元件的开关控制，以在扭矩指令Tm1*下驱动电机MG1，同时，在扭矩指令Tm2*下驱动电机MG2。
根据上述实施例的混合动力汽车20，由于将基于目标转速Ne*和目标扭矩Te*(即，发动机要求功率Pe*)设定的基准扭矩Tbs与基于电机MG1的目标转速Nm1*和转速Nm1设定的补正扭矩Taj之和设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*，通过成为基准的基准扭矩Tbs，可将电机MG1的转速Nm1迅速地接近目标转速Nm1*，而通过补正扭矩Taj，可将电机MG1的转速Nm1收敛为目标转速Nm1*。结果，可兼顾电机MG1控制中的响应性和收敛性这两者的同时，即使在发动机要求功率Pe*急速变化时，也可实现无例外处理的处理。并且，由于是根据发动机22的响应滞后(浪费时间和一次响应滞后)，推定输出的内燃机扭矩来设定基准扭矩Tbs，可将发动机22平稳地过渡到目标转速Ne*和目标扭矩Te*的工作点。另外，由于将补正扭矩Taj设定为比例项和积分项以及空白指令项之和，在电机MG1的转速Nm1进入以目标转速Nm1*为中心的转变区域前，将比例项和积分项的增益k1、k2设定为规定值k1set、k2set，将进入转变区域后的比例项和积分项的增益k1、k2设定为0值和规定值k2low，从而在进入转变区域前，电机MG1的转速Nm1可迅速接近目标转速Nm1*，而在进入转变区域后，可缓慢地接近目标转速Nm1*地收敛。结果，能够抑制电机MG1的转速Nm1超过目标转速Nm1*的过调节现象。
在实施例的混合动力汽车20中，是将节气门滞后和空气滞后作为发动机22的响应滞后，执行由浪费时间和一次响应滞后构成的处理来设定基准扭矩Tbs，但相对空气滞后，也可考虑吸气温度Ta或吸气压Va。另外，作为发动机22的响应滞后，也可考虑其他的滞后要素。或者，虽然精度稍低，但只考虑节气门滞后或者只考虑空气滞后也无妨。
在实施例的混合动力汽车20中，是通过比例项和积分项以及空白指令项来设定补正扭矩Taj的，但也可不考虑空白指令项，只由比例项和积分项设定补正扭矩Taj。另外，也可不考虑比例项而只由积分项和空白指令项设定补正扭矩Taj，或者既不考虑比例项也不考虑空白指令项，而只由积分项设定补正扭矩Taj。
在实施例的混合动力汽车20中，是在电机MG1的转速Nm1进入以目标转速Nm1*为中心的转变区域前，将比例项和积分项的增益k1、k2设定为规定值k1set、k2set，将进入转变区域后的比例项和积分项的增益k1、k2设定为0值和规定值k2low的，但作为对于进入转变区域后的比例项的增益k1设定的数值并不限于0值，可设定为比规定值k1set小的任何数值。另外，在进入转变区域后，也可不变更积分项的增益k2，即可将规定值k2set保持原样/直接使用。
在实施例的混合动力汽车20中，是将基准扭矩Tbs与补正扭矩Taj之和设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*的，但也可将进一步补正基准扭矩Tbs与补正扭矩Taj之和的数值设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*。
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13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13中与车轮64a、64b连接的车轴)连接。
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14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具体实施方式
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，可相对所述第3轴输入和输出动力的第1电动机，可相对所述驱动轴输入和输出动力的第2电动机，可与所述第1电动机和所述第2电动机交换电力的蓄电装置，根据操作者的操作设定所述驱动轴要求的要求动力的要求动力设定装置，根据该设定的要求动力设定应从所述内燃机输出的目标动力的目标动力设定装置，以输出该设定的目标动力的方式运转控制所述内燃机的内燃机运转控制装置，根据所述设定的目标动力设定应从所述第1电动机输出的基准扭矩的基准扭矩设定装置，根据所述设定的目标动力设定所述第1电动机的目标转速的电机目标转速设定装置，检测出所述第1电动机的转速的转速检测装置，根据该检测出的转速和所述设定的目标转速设定补正扭矩的补正扭矩设定装置，和以从所述第1电动机输出所述设定的基准扭矩与所述设定的补正扭矩之和的扭矩的方式驱动控制该第1电动机的同时、以向所述驱动轴输出根据所述设定的要求动力的动力的方式驱动控制所述第2电动机的电动机控制装置。
2.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述基准扭矩设定装置为根据所述设定的目标动力和在该目标动力下运转所述内燃机时的响应滞后，推定从该内燃机输出的内燃机扭矩，并且，为了从该内燃机输出该推定的内燃机扭矩，作为应从所述第1电动机输出的扭矩来设定所述基准扭矩的装置。
3.按照权利要求2所述的动力输出装置，其特征在于，所述基准扭矩设定装置为作为所述响应滞后使用浪费时间和一次响应滞后的时间常数来推定所述内燃机扭矩，并且使用该推定的内燃机扭矩设定所述基准扭矩的装置。
4.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述补正扭矩设定装置为将在消除所述检测出的转速与所述设定的目标转速的转速偏差的方向上作用的扭矩设定为所述补正扭矩的装置。
5.按照权利要求4所述的动力输出装置，其特征在于，所述补正扭矩设定装置为至少使用比例项和积分项设定所述补正扭矩的装置。
6.按照权利要求5所述的动力输出装置，其特征在于，所述补正扭矩设定装置为当所述转速偏差在规定范围外时，使用第1增益的比例项和所述积分项来设定所述补正扭矩，而在所述转速偏差在所述规定范围内时，使用比所述第1增益小的第2增益的比例项和所述积分项来设定所述补正扭矩的装置。
7.按照权利要求6所述的动力输出装置，其特征在于，所述第2增益基本为0值。
8.按照权利要求5所述的动力输出装置，其特征在于，所述补正扭矩设定装置为当所述转速偏差在所述规定范围外时，使用所述比例项和第3增益的积分项以及空白指令项来设定所述补正扭矩，而当所述转速偏差在所述规定范围内时，使用所述比例项和比所述第3增益小的第4增益和积分项以及所述空白指令项来设定所述补正扭矩的装置。
9.一种装载有权利要求1～8中任一项所述的动力输出装置，并且所述驱动轴与车轴机械连接地行驶的汽车。
10.一种动力输出装置的控制方法，所述动力输出装置具有内燃机，与该内燃机的输出轴和驱动轴以及第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，可相对所述第3轴输入和输出动力的第1电动机，可相对所述驱动轴输入和输出动力的第2电动机，可与所述第1电动机和所述第2电动机交换电力的蓄电装置，其特征在于，(a)根据操作者的操作设定所述驱动轴要求的要求动力，(b)根据该设定的要求动力设定应从所述内燃机输出的目标动力，(c)以输出该设定的目标动力的方式运转控制所述内燃机，(d)根据所述设定的目标动力设定应从所述第1电动机输出的基准扭矩，(e)根据所述设定的目标动力设定所述第1电动机的目标转速，(f)检测出所述第1电动机的转速，(g)根据该检测出的转速和所述设定的目标转速设定补正扭矩，(h)以从所述第1电动机输出所述设定的基准扭矩与所述设定的补正扭矩之和的扭矩的方式驱动控制该第1电动机的同时、以向所述驱动轴输出所述设定的要求动力的方式驱动控制所述第2电动机。
11.按照权利要求10所述的动力输出装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(d)为根据所述设定的目标动力和在该目标动力下运转所述内燃机时的该内燃机的响应滞后，推定从该内燃机输出的内燃机扭矩，并且，为了从该内燃机输出该推定的内燃机扭矩，作为应从所述第1电动机输出的扭矩来设定所述基准扭矩的步骤，所述步骤(g)为将在消除所述检测出的转速与所述设定的目标转速的转速偏差的方向上作用的扭矩设定为所述补正扭矩的步骤。
12.按照权利要求11所述的动力输出装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(g)为所述转速偏差在规定范围外时，使用包含第1增益的比例项和积分项的多个控制项来设定所述补正扭矩，而在所述转速偏差在所述规定范围内时，使用包含比所述第1增益小的第2增益的比例项和所述积分项的多个控制项来设定所述补正扭矩的步骤。
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。本发明的目的在于将运转内燃机用的电动机控制中的响应性与收敛性这两者相兼顾，同时，使例外处理减少以简化控制。将基于目标转速Ne
文档编号B60L15/20GK1772528SQ20041009096
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者滩光博 申请人:丰田自动车株式会社