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，涉及一种具有内燃机、与内燃机的输出轴和驱动轴连接并随着电力与动力的输入和输出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、可相对驱动轴输入和输出动力的电机、可与电力动力输入输出装置和电机进行电力交换的蓄电装置的动力输出装置及其控制方法和装载有如此设置的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接的同时将与车轴机械连接的驱动轴与齿圈相连接的行星齿轮、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，可与第1电机和第2电机交换电力的蓄电池的装置(例如，日本特开2000-184506号公报等)。在这种装置中，为了在目标转速下运转发动机，要从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，反馈控制第1电机以使第1电机在该算出的目标转速下旋转。
发明内容
尽管通过如此对第1电机进行转速控制，能够迅速稳定地在目标转速下旋转发动机，但在起动发动机后，存在着发动机不能稳定地运转的现象，在这种情况下，也存在着对第1电机进行转速控制时，第1电机的扭矩(转矩)变动较大的情况。通常，起动发动机后的第1电机为了将来自发动机的扭矩传递到驱动轴侧而要输出发电扭矩，但起动后的发动机转速的提升滞后时，第1电机为了使发动机的转速达到目标转速而要输出使发动机电动旋转的扭矩。此时，第1电机消耗的电力由蓄电池供给。起动发动机后，驱动轴上可作用原本从发动机向驱动轴传递的动力与使用来自蓄电池的电力和来自第1电机的发电电力以从第2电机向驱动轴输出的动力之和的动力，但在由第1电机电动旋转发动机时，使用由来自蓄电池的可供给的最大电力扣除由第1电机消耗的电力的电力，而只能作用从第2电机向驱动轴输出的动力。在此，存在着要求的动力不能向驱动轴输出的场合。
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，即使在内燃机起动后也可稳定地向驱动轴输出增加的动力。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，兼顾内燃机起动后的控制和通常时刻的控制这两者的同时能够由简易的控制加以实现。
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，和可与所述电力动力输入输出装置和所述电机进行电力交换的蓄电装置，其中，具有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所述内燃机的目标工作点的目标工作点设定装置；从起动所述内燃机后直到经过规定时间，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用第1增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，在起动所述内燃机并经过所述规定时间后，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用与所述第1增益不同的第2增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点的目标动作点设定装置；和控制该内燃机以使其在所述设定的目标工作点下运转、控制所述电力动力输入输出装置以使其在所述设定的目标动作点下动作、控制所述电机以将所述设定的要求动力向所述驱动轴输出的控制装置。
在本发明的动力输出装置中，从起动内燃机起直到经过规定时间，为了在根据基于操作者的操作设定的要求动力而设定的目标工作点下运转内燃机，使用第1增益的反馈项来设定随着电力与动力的输入和输出、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的目标动作点，在起动内燃机并经过规定时间后，为了在设定的目标工作点下运转内燃机，使用与第1增益不同的第2增益的反馈项来设定电力动力输入输出装置的目标动作点。并且，控制该内燃机以使其在设定的目标工作点下运转，控制电力动力输入输出装置以使其在设定的目标动作点下动作，控制电机以将设定的要求动力向驱动轴输出。即，从起动内燃机后直到经过规定时间，使用第1增益的反馈项设定目标动作点来控制电力动力输入输出装置，在经过规定时间后，使用第2增益的反馈项设定目标动作点以控制电力动力输入输出装置。因此，能够进行与起动后的不稳定状态的内燃机相应的控制，同时，能够进行与之后的内燃机的状态相应的控制。并且，在经过规定时间的前后，由于只使用增益不同的反馈项，无需大幅度地变更其前后的处理。即，用简易的变更就可兼顾内燃机起动后的控制和通常时刻的控制这两者。
在如此本发明的动力输出装置中，所述目标动作点设定装置可以为使用根据所述目标工作点的基础(ベ一ス)项和所述反馈项来设定所述目标动作点的装置。如此，对于基础项，在内燃机起动后和通常时刻是可共用的。此时，所述目标工作点设定装置可以为设定作为所述目标工作点的所述内燃机的目标转速和目标扭矩的装置；所述目标动作点设定装置可以为根据所述设定的目标扭矩设定所述基础项的同时，根据所述设定的目标转速设定所述反馈项，并使用该设定的基础项和反馈项来设定目标动作点的装置。如此，由于可设定与要求动力相应的基础项，能够将内燃机迅速地过渡(转移)至目标工作点。
另外，在本发明的动力输出装置中，所述目标动作点设定装置可以为从起动所述内燃机后直到经过规定时间，以所述内燃机的转速不超过所述目标转速的方式设定所述目标动作点的装置。如此，能够抑制内燃机的转速超过目标转速。
此外，在本发明的动力输出装置中，所述目标动作点设定装置可以为根据所述内燃机的响应滞后设定所述目标动作点的装置。如此，由于考虑到内燃机的响应滞后来使电力动力输入输出装置动作，能够将内燃机的运转平滑地过渡到目标工作点。
在本发明的动力输出装置中，所述第1增益可以基本为0值。即，反馈项的影响很小，或者全无。如此，能够不会相对起动后的内燃机的不稳定状态进行过度的电力动力输入输出装置的动作。
在本发明的动力输出装置中，所述规定时间可以设定为50～1000毫秒。起动后的内燃机的不稳定状态的继续时间取决于内燃机，但作为控制通过成为在50～1000毫秒范围内的时间足以应对的场合较多。
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，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装载有上述任一形式的本发明的动力输出装置，即基本上向驱动轴输出动力的动力输出装置，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，和可与所述电力动力输入输出装置和所述电机进行电力交换的蓄电装置，其中具有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所述内燃机的目标工作点的目标工作点设定装置；从起动所述内燃机后直到经过规定时间，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用第1增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，在起动所述内燃机并经过所述规定时间后，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用与所述第1增益不同的第2增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点的目标动作点设定装置；和控制该内燃机以使其在所述设定的目标工作点下运转、控制所述电力动力输入输出装置以使其在所述设定的目标动作点下动作、控制所述电机以将所述设定的要求动力向所述驱动轴输出的控制装置。
在本发明的汽车中，由于装载有上述任一形式的本发明的动力输出装置，能够获取与本发明的动力输出装置所具有的效果，例如能够进行与起动后的不稳定状态的内燃机相应的控制，同时能够进行与其后的内燃机的状态相应的控制的效果，或者能够获取用简易的变更就可兼顾内燃机起动后的控制和通常时刻的控制这两者的效果等相同的效果。
本发明的动力输出装置的控制方法为这样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连接、随着电力与动力的输入和输出、将来自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进行电力交换的蓄电装置，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所述内燃机的目标工作点，(c)从起动所述内燃机后直到经过规定时间，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用第1增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，在起动所述内燃机并经过所述规定时间后，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用与所述第1增益不同的第2增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，(d)控制该内燃机以使其在所述设定的目标工作点下运转、控制所述电力动力输入输出装置以使其在所述设定的目标动作点下动作、控制所述电机以将所述设定的要求动力向所述驱动轴输出。
在本发明的动力输出装置的控制方法中，从起动内燃机起直到经过规定时间，为了在根据基于操作者的操作设定的要求动力而设定的目标工作点下运转内燃机，使用第1增益的反馈项来设定随着电力与动力的输入和输出、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的目标动作点，在起动内燃机并经过规定时间后，为了在设定的目标工作点下运转内燃机，使用与第1增益不同的第2增益的反馈项来设定电力动力输入输出装置的目标动作点。并且，控制该内燃机以使其在设定的目标工作点下运转，控制电力动力输入输出装置以使其在设定的目标动作点下动作，控制电机以将设定的要求动力向驱动轴输出的控制装置。即，从起动内燃机后直到经过规定时间，使用第1增益的反馈项设定目标动作点来控制电力动力输入输出装置，在经过规定时间后，使用第2增益的反馈项设定目标动作点以控制电力动力输入输出装置。因此，能够进行与起动后的不稳定状态的内燃机相应的控制，同时，能够进行与之后的内燃机的状态相应的控制。并且，在经过规定时间的前后，由于只使用增益不同的反馈项，无需大幅度地变更其前后的处理。即，用简易的变更就可兼顾内燃机起动后的控制和通常时刻的控制这两者。
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为示出要求扭矩设定用图表的一例的说明图；图4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5为示出发动机22的动作线的一例和设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*状态的说明图；图6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7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的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。动力分配综合机构30为行星齿轮架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(传动)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之一发电产生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，也可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(行程)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，具有以与要求动力相称的动力从发动机22输出的方式运转控制发动机22的同时，以从发动机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进行扭矩变换而向齿圈轴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；或以与要求动力与蓄电池50的充放电所需要的电力的和相称的动力从发动机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；以停止发动机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、特别是对发动机22起动后的动作进行说明。图2为示出发动机22起动后、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。该程序每隔规定的时间(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上的未图示的曲轴位置传感器来的信号所计算的数值通过通信传递由发动机ECU24输入而得到。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输入而得到。
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的应向与驱动轮63a、63b连接的、作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr*和车辆要求的车辆要求功率P*(步骤S110)。在该实施例中，要求扭矩Tr*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，可导出和设定与记忆的图表相对应的要求扭矩Tr*。图3示出要求扭矩设定用图表的一例。车辆要求功率P*可作为设定的要求扭矩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。
如此设定要求扭矩Tr*和车辆要求功率P*后，相对于设定的车辆要求功率P*实施平滑处理，而设定发动机22要求的发动机要求功率Pe*(步骤S120)。发动机22即使变更作为目标的工作点，与电机MG1或电机MG2相比，变更工作点也需要时间。步骤S120的平滑处理考虑了如此发动机22的响应滞后。
接着，根据发动机要求功率Pe*设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*(步骤S130)。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4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。
设定目标转速Ne*和目标扭矩Te*后，判定从发动机22起动是否经过规定时间(步骤S140)。在此，规定时间设定为从发动机22起动起直到可稳定运转所需要的时间，根据发动机22的特性而定。作为规定时间，为50msec～1000msec，最好为100msec～500msec，在本实施例中为200msec。下面，对发动机22起动起经过规定时间前以及之后、经过规定时间后加以考察。
从起动发动机22起经过规定时间前，将设定后述的电机MG1的扭矩指令Tm1*时使用的关系式的反馈项的增益k1、k2设定为0值(步骤S160)。然后，判定发动机22的转速Ne是否大于目标转速Ne*(步骤S170)，转速Ne大于目标转速Ne*时，将抑制发动机22转速Ne方向的规定扭矩Tset设定为补正扭矩Tα(步骤S180)，转速Ne在目标转速Ne*以下时，将补正扭矩Tα设定为0值(步骤S190)。目前，由于考虑起动发动机22并增加发动机22的转速Ne的状态，通常转速Ne小于目标转速Ne*，但由于从起动发动机22起经过规定时间前设定反馈项的增益k1、k2，也会发生发动机22的转速Ne大于目标转速Ne*的场合。补正扭矩Tα的设定对如此状态进行校正。因此，通常补正扭矩Tα设定为0值。
接着，设定根据发动机22的目标扭矩Te*设定后述的电机MG1的扭矩指令Tm1*时使用的关系式的基础项Tbase(步骤S200)。图5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。在该共线图中，向C轴输入的来自发动机22的扭矩Te按照动力分配综合机构30的齿轮比ρ(太阳齿轮的齿数/齿圈的齿数)分配成S轴的扭矩Tes和R轴的扭矩Ter。因此，为了在维持各轴的转速的状态下，可以将C轴的扭矩Te进行扭矩变换并向R轴(齿圈轴32a)输出，在S轴上，通过电机MG1作用相对扭矩Tes作为反力的扭矩Tm1，驱动电机MG2，以用S轴的转速Nm1与扭矩Tm1的积表示的功率除以R轴的转速Nr的扭矩Tm2·Gr作用于R轴上。随着蓄电池50充放电时，作用于R轴上的扭矩Tm2·Gr，即从电机MG2输出的扭矩Tm2可以变更。因此，如考虑稳定状态，应当从电机MG1输出的扭矩为，在S轴上作为相对扭矩Tes的反力的扭矩(-Tes＝-ρ·Te/(1+ρ))。在本实施例中，作为该反力的扭矩设定为基础项Tbase。
然后，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*，并且使用该计算的目标转速Nm1*、目前的转速Nm1、设定的基础项Tbase以及设定的增益k1、k2以及补正扭矩Tα，通过式(2)计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S210)。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，如使用图5所例示的共线图则可容易地导出。另外，式(2)为使电机MG1在目标转速Nm1*下旋转的关系式，正如右边各项所示，具有基础项Tbase、增益k1的比例项和增益k2的积分项构成的反馈项、和补正扭矩Tα构成的补正项。如考虑起动发动机22起经过规定时间前，将增益k1、k2设定为0值，如考虑通常的状态，也将补正扭矩Tα设定为0值，从而只由基础项Tbase设定扭矩指令Tm1*。因此，即使电机MG1的目标转速Nm1*与实际的转速Nm1产生偏差，换言之，即使发动机22的目标转速Ne*与实际的转速Ne产生偏差，也不进行消除该偏差的扭矩的设定，下面进一步说明该状态。
Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)...(1)
Tm1*＝Tbase+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt+Tα...(2)在考虑进行使起动后的不稳定状态的发动机22的转速Ne与目标转速Ne*一致的控制(反馈控制)的场合，即，式(2)右边的反馈项的增益k1、k2设定成适当的数值而设定扭矩指令Tm1*的场合的情况下，发动机22的目标转速Ne*与实际的转速Ne产生偏差时，将消除该偏差的扭矩设定为扭矩指令Tm1*。由于发动机22处于不稳定的状态，相对于目标转速Ne*，实际的转速Ne有时会成为所未预期的程度的较小的数值。此时，在反馈项中特别是比例项成为较大值，为了使发动机22的转速Ne与目标转速Ne*一致，设定与图5所例示的共线图中的扭矩Tm1相反方向的扭矩指令Tm1*，产生使电机MG1电动旋转(モ一タリンゲ)的场合。此时，将要求扭矩Tr*向齿圈轴32a输出，必须从电机MG2输出作为与从电机MG1输出的扭矩相对的反力的扭矩(Tm1*/ρ)与要求扭矩Tr*之和的扭矩。另外，从电机MG1输出的扭矩的符号在使发动机22的曲轴转动时为正值，(图5中向上为正)，紧接着起动发动机22之后为负，电动旋转时为正，其后转速Ne与目标转速Ne*一致时为负，在很短的时间内正负符号频繁地变更。如此，不能向齿圈轴32a输出稳定的扭矩。另外，在本实施例中，从起动发动机22起直到经过规定时间，即，发动机22处于不稳定状态时，将反馈项的增益k1、k2设定为0值，因此，即使发动机22的目标转速Ne*与实际的转速Ne产生偏差，电机MG1也不进行电动旋转发动机22的动作。因此，来自电机MG1的扭矩不会在很短的时间内频繁地变更其正负符号，能够向齿圈轴32a稳定地输出扭矩。
如此设定电机MG1的扭矩指令Tm1*后，通过将蓄电池50的输出限制Wout与计算的电机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输出的作为扭矩上限的扭矩限制(极限)Tmax由下式(3)算出(步骤S220)，同时，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(4)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S230)，比较计算的扭矩极限Tmax与临时电机扭矩Tm2tmp并将较小一方的数值设定为电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S240)。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的输出极限Wout的范围内限制的扭矩设定。另外，式(4)可从前述的图5的共线图容易地导出。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 ...(3)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr...(4)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S250)，结束本驱动控制例程。接受目标转速Ne*和目标扭矩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的同时，在扭矩指令Tm2*下驱动电机MG2。
在步骤S170中，发动机22的转速Ne比目标转速Ne*大时，由于将抑制发动机22的转速Ne方向的规定扭矩Tset设定为补正扭矩Tα(步骤S180)，因此，电机MG1的扭矩指令Tm1*设定为基础项Tbase与补正扭矩Tα之和。在本实施例中，由于将规定扭矩Tset设定为较小的数值，因此，从电机MG1中不能输出电动旋转发动机22的扭矩。
执行如此处理期间，从起动发动机22起经过规定时间时，在步骤S140判定为否，则将式(2)右边的反馈项的增益k1、k2设定为适当的数值k1set、k2set(步骤S150)，同时，将补正扭矩Tα设定为0值(步骤S190)，并执行步骤S200以下的处理。此时，由于发动机22成为稳定的状态，不会发生发动机22的转速Ne不会达到相对于目标转速Ne*数值的未预期到的小的数值。因此，式(2)的反馈项也不会有较大影响，发动机22的转速Ne可与目标转速Ne*迅速一致。
根据上述实施例的混合动力汽车20，从起动发动机22至直到经过作为直到可稳定运转所需时间设定的规定时间，为了使发动机22的转速Ne与目标转速Ne*一致，通过将电机MG1中设定的扭矩指令Tm1*设定用的关系式的反馈项中的增益k1、k2设定为0值，能够抑制来自电机MG1的扭矩在很短的时间内频繁地变更其正负符号，同时，能够将扭矩向齿圈轴32a稳定地输出。并且，设定电机MG1的扭矩指令Tm1*的关系式由于只变更反馈项的增益k1、k2，无论是从起动发动机22起到经过规定时间前或经过规定时间后均可使用，因此，可兼顾发动机22刚起动后的控制和之后的控制这两者，同时，可由简易的控制实现这两个控制。
在实施例的混合动力汽车20中，是将从起动发动机22起到经过规定时间内，将设定电机MG1的扭矩指令Tm1*的关系式的反馈项中的增益k1、k2设定成0值，但设定增益k1、k2的数值并不限于0值，采用绝对值比经过规定时间后设定的k1set、k2set小的任何数值均可。
在实施例的混合动力汽车20中，作为设定电机MG1的扭矩指令Tm1*的关系式的反馈项是由比例项和积分项构成的，但也可无积分项而只由比例项构成反馈项。
在实施例的混合动力汽车20中，是从发动机22起动起直到经过规定时间内发动机22的实际的转速Ne大于目标转速Ne*时，将抑制发动机22的转速Ne的方向的规定扭矩Tset设定为补正扭矩Tα，但也可不如此设定补正扭矩Tα。
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6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6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7的变形例的混合动力汽车220所例示的，可具有具有与发动机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形态进行了说明，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
1.一种动力输出装置，具有内燃机，与该内燃机的输出轴和驱动轴连接、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，和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，其特征在于，具有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所述内燃机的目标工作点的目标工作点设定装置；从起动所述内燃机后直到经过规定时间，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用第1增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，在起动所述内燃机并经过所述规定时间后，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用与所述第1增益不同的第2增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点的目标动作点设定装置；和控制该内燃机以使其在所述设定的目标工作点下运转、控制所述电力动力输入输出装置以使其在所述设定的目标动作点下动作、控制所述电机以将所述设定的要求动力向所述驱动轴输出的控制装置。
2.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标动作点设定装置为使用根据所述目标工作点的基础项和所述反馈项来设定所述目标动作点的装置。
3.按照权利要求2所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标工作点设定装置为设定作为所述目标工作点的所述内燃机的目标转速和目标扭矩的装置；所述目标动作点设定装置为根据所述设定的目标扭矩设定所述基础项的同时，根据所述设定的目标转速设定所述反馈项，并使用该设定的基础项和反馈项来设定目标动作点的装置。
4.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标动作点设定装置为从起动所述内燃机后直到经过规定时间，以所述内燃机的转速不超过所述目标转速的方式设定所述目标动作点的装置。
5.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标动作点设定装置为根据所述内燃机的响应滞后设定所述目标动作点的装置。
6.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述第1增益基本为0值。
7.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述规定时间设定为50～1000毫秒。
8.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所述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。
9.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。
10.一种装载有权利要求1～9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。
11.一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，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所述内燃机的目标工作点，(c)从起动所述内燃机后直到经过规定时间，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用第1增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，在起动所述内燃机并经过所述规定时间后，为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机，使用与所述第1增益不同的第2增益的反馈项来设定所述电力动力输入输出装置的目标动作点，(d)控制该内燃机以使其在所述设定的目标工作点下运转、控制所述电力动力输入输出装置以使其在所述设定的目标动作点下动作、控制所述电机以将所述设定的要求动力向所述驱动轴输出。
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。本发明的目的在于在内燃机起动后也可向驱动轴输出增加的动力，同时兼顾内燃机起动后的控制和通常时间的控制这两者。为了使发动机的转速Ne与目标转速Ne
文档编号B60L11/02GK1772539SQ20041009097
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
发明者干场健 申请人:丰田自动车株式会社