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，涉及一种向驱动轴输出动力的动力输出装置及其控制方法和具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电机的装置(例如，日本特开2000-184506号公报等)。在这种装置中，根据驱动轴要求的要求动力设定发动机的工作点，驱动控制第1电机以使发动机在该工作点下运转，并且驱动控制第2电机以输出要求动力。在第1电机的控制下，算出第1电机的瞬时的目标转速和将来的目标转速，在算出的两个目标转速均在包含0值的-R到R范围内的情况下，将目标转速固定到-R或R值，直到超过上述范围为止。由此，第1电机在0值的转速下就被锁定，防止了因流过过大的电流使得第1电机的逆变器过热的现象。
发明内容
通常，电机通过旋转角使其扭矩(转矩)产生波峰和波谷。因此，在扭矩成为波谷的旋转角下电机锁定时，在变更转速时设定的扭矩指令的变更下，会发生不能解锁的情况。为此，即使将目标转速固定为-R或R值，以使电机在包含0值的-R至R的范围内不旋转，但在比-R至R的范围小时，电机在超过该范围时，也会发生在0值被锁定的现象。
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，防止进行电动机或发电机等的电力与动力交换的驱动机器的驱动电路过热。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，抑制驱动机器在0值的转速下锁定的现象。
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部分，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；驱动该电力动力输入输出装置的第1驱动电路；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；驱动该电机的第2驱动电路；可通过所述第1驱动电路和所述第2驱动电路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；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；检测出所述电力动力输入输出装置的驱动状态的驱动状态检测装置；该检测出的驱动状态在不是诱发所述电力动力输入输出装置和/或所述第1驱动电路的发热的热负荷驱动状态时，根据所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，在所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在所述热负荷驱动状态下驱动的经过时间和所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态的目标驱动状态设定装置；和以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式运转控制该内燃机、以在所述设定的目标驱动状态下驱动所述电力动力输入输出装置的方式通过所述第1驱动电路驱动控制该电力动力输入输出装置、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通过第2驱动电路驱动控制所述电机的控制装置。
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，根据该设定的要求动力、设定内燃机的目标工作点。接着，电力动力输入输出装置的驱动状态在没有成为诱发电力动力输入输出装置或驱动该电力动力输入输出装置的第1驱动电路的发热的热负荷驱动状态时，根据设定的目标工作点，设定电力动力输入输出装置的目标驱动状态，电力动力输入输出装置的驱动状态处于热负荷驱动状态时，根据电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下驱动的经过时间和设定的目标工作点，设定电力动力输入输出装置的目标驱动状态。并且，运转控制内燃机以使其在设定的目标工作点下运转，通过所述第1驱动电路驱动控制该电力动力输入输出装置以在设定的目标驱动状态下驱动所述电力动力输入输出装置，以向驱动轴输出根据设定的要求动力的动力的方式通过驱动电机的第2驱动电路驱动控制电机。即，电力动力输入输出装置的驱动状态处于热负荷状态时，根据电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下驱动的经过时间，设定电力动力输入输出装置的目标驱动状态。因此，能够考虑电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下驱动的经过时间，来驱动控制电力动力输入输出装置，例如能够驱动控制电力动力输入输出装置，以脱离热负荷驱动状态。结果，能够抑制电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下长时间驱动的现象。
在本发明的如此动力输出装置中，所述目标驱动状态设定装置可以为所述检测出的驱动状态不处于所述热负荷驱动状态时，以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在该热负荷驱动状态下驱动的经过时间，设定在将该电力动力输入输出装置脱离该热负荷驱动状态的方向作用的补正用驱动状态，并且，根据该设定的补正用驱动状态和用于在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的所述电力动力输入输出装置的临时驱动状态，来设定目标驱动状态的装置。如此，能够驱动控制电力动力输入输出装置，以更迅速地脱离热负荷驱动状态。
在根据该补正用驱动状态和临时驱动状态、设定目标驱动状态的形式的本发明的动力输出装置中，所述目标驱动状态设定装置可以为所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，以所述电力动力输入输出装置在该热负荷驱动状态下驱动的经过时间越长则越大地设定补正用驱动状态，而设定目标驱动状态的装置。如此，能够使电力动力输入输出装置更迅速地脱离热负荷驱动状态。
另外，在根据该补正用驱动状态和临时驱动状态、设定目标驱动状态的形式的本发明的动力输出装置中，所述目标驱动状态设定装置可以为以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态和临时驱动状态而驱动控制该电力动力输入输出装置，以及在该电力动力输入输出装置的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时以该电力动力输入输出装置处于不成为该热负荷驱动状态的驱动状态的方式设定目标驱动状态的装置。如此，能够抑制电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下驱动。
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；也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2转子相对该第1转子的旋转，通过该第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发电机。此时，所述热负荷驱动状态可以为所述发电机的转速在包含0值的规定转速范围的驱动状态。在本发明的如此形式的动力输出装置中，所述驱动状态检测装置为检测出所述发电机的转速的装置；所述目标驱动状态设定装置可以为在所述检测出的发电机的转速处于所述规定转速范围内的情况下，该检测出的转速小于为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的所述发电机要求的要求转速时，将正的补正扭矩作为所述补正用驱动状态加以设定，并且，该检测出的转速大于所述要求转速时，将负的补正扭矩作为所述补正用驱动状态加以设定，将该设定的补正扭矩与在所述要求转速下驱动所述发电机用的要求扭矩之和的目标扭矩作为所述目标驱动状态加以设定的装置。
本发明的汽车为，一种装载有本发明上述任一形式的动力输出装置，即，基本上向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述驱动轴与车轴机械连接着行驶的汽车，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；驱动该电力动力输入输出装置的第1驱动电路；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；驱动该电机的第2驱动电路；可通过所述第1驱动电路和所述第2驱动电路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；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；检测出所述电力动力输入输出装置的驱动状态的驱动状态检测装置；该检测出的驱动状态在不是诱发所述第1驱动电路的发热的热负荷驱动状态时，根据所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，在所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在所述热负荷驱动状态下驱动的经过时间和所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态的目标驱动状态设定装置；和以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式运转控制该内燃机、以在所述设定的目标驱动状态下驱动所述电力动力输入输出装置的方式通过所述第1驱动电路驱动控制该电力动力输入输出装置、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通过第2驱动电路驱动控制所述电机的控制装置。
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，例如能够驱动控制电力动力输入输出装置以脱离热负荷驱动状态，或者能够抑制电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下长时间驱动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，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；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)检测出所述电力动力输入输出装置的驱动状态，(d)该检测出的驱动状态不是处于诱发所述电力动力输入输出装置的发热的热负荷驱动状态时，根据所述设定的目标工作点设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，而在所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在所述热负荷驱动状态下驱动的经过时间和所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，(e)以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式运转控制该内燃机、而以在所述设定的目标驱动状态下驱动所述电力动力输入输出装置的方式驱动控制该电力动力输入输出装置、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电机。
根据本发明的动力输出装置的控制方法，由于根据操作者的操作，设定驱动轴要求的要求动力，同时，根据该设定的要求动力、设定内燃机的目标工作点，在电力动力输入输出装置的驱动状态没有成为诱发电力动力输入输出装置发热的热负荷驱动状态时，根据设定的目标工作点，设定电力动力输入输出装置的目标驱动状态，而在电力动力输入输出装置的驱动状态处于热负荷驱动状态时，根据电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下驱动的经过时间和设定的目标工作点，设定电力动力输入输出装置的目标驱动状态。并且，以在设定的目标工作点下运转内燃机的方式运转控制该内燃机，而以在设定的目标驱动状态下驱动电力动力输入输出装置的方式通过第1驱动电路驱动控制该电力动力输入输出装置，以向驱动轴输出根据设定的要求动力的动力的方式通过驱动电机的第2驱动电路驱动控制所述电机，因此，能够考虑电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下驱动的经过时间，来驱动控制电力动力输入输出装置，例如能够驱动控制电力动力输入输出装置，以脱离热负荷驱动状态。结果，能够抑制电力动力输入输出装置在热负荷驱动状态下长时间驱动的现象。
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(校正)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为示出解锁扭矩设定例程的一例的流程图；图9为示出解锁扭矩设定图表的一例的说明图；图10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11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(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且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。
如此构成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；或以和要求动力与蓄电池50的充放电所需要的电力之和相称的动力从发动机22输出的方式运转控制发动机22的同时，以随着蓄电池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，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输出的方式进行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、特别是对电机MG1的转速Nm1接近0值时的动作进行说明。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。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输入而得到。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，根据蓄电池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。
如此输入数据时，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*，和发动机22要求的要求功率Pe*(步骤S110)，对设定的要求功率Pe*执行平滑处理(步骤S120)。在此，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，导出和设定与记忆的图表相对应的要求扭矩Tr*。图5示出要求扭矩设定用图表的一例。要求功率Pe*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。相对要求功率Pe*实施平滑处理是因为要考虑发动机22相对要求功率Pe*变化的响应滞后的原因。另外，齿圈轴32a的转速Nr可通过将车速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S140)。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*的工作点下使发动机22正常运转时，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*时，判定所计算的目标转速Nm1*是否在通过阈值-Nref和阈值Nref设定的锁定区域(步骤S150)。目标转速Nm1*处于负的锁定区域时，即目标转速Nm1*大于阈值-Nref但不足(未满)0值时，将数值-Nref设定为目标转速Nm1*(步骤S160)，当目标转速Nm1*处于0值或正的锁定区域时，即目标转速Nm1*在0值以上但不足阈值Nref时，将数值Nref设定为目标转速Nm1*(步骤S170)。通过如此设定，可避免目标转速Nm1*设定于锁定区域内。目标转速Nm1*不设定于锁定区域内的理由如下。电机MG1的转速Nm1处于锁定区域内的情况下，存在着在某一瞬时电机MG1的转速Nm1在0值下(突然)被锁定的场合。此时，从电机MG1输出较大的扭矩时，在三相交流的一相中会流过过大电流，逆变器41会过热，有些情况下会破损。为了避免如此状况，调整目标转速Nm1*，以使电机MG1的转速Nm1在0值下不被锁定。因此，电机MG1的转速Nm1处于锁定区域的电机MG1的驱动状态可称作诱发电机MG1或逆变器41发热的热负荷驱动状态。
接着，根据设定的目标扭矩Te*，设定电机MG1的扭矩指令Tm1*的设定用的基准扭矩Tbs(步骤S180)。在本实施例中，从发动机22输出目标扭矩Te*时，将作用于动力分配综合机构30的太阳齿轮31上的扭矩作为抑制扭矩加以设定，并由下式(2)计算。
Tbs＝-ρ·Te*/(1+ρ)...(2)接下来，设定电机MG1的扭矩指令Tm1*设定用的解锁(脱离锁定)扭矩Tout(步骤S190)。解锁扭矩Tout的设定在本实施例中由图8所例示的解锁扭矩设定例程进行。执行该例程时，判定电机MG1的转速Nm1是否处于由阈值-Nref和阈值Nref设定的锁定区域(步骤S300)。转速Nm1不处于锁定区域时，将解锁扭矩Tout设定为0值(步骤S310)，结束本例程。转速Nm1处于锁定区域时，根据转速Nm1滞留于锁定区域的时间设定临时解锁(脱离)扭矩Ttmp(步骤S320)。临时解锁扭矩Ttmp在本实施例中，如图9的解锁扭矩设定图表所例示地，设定成滞留时间越长则数值越大。如此，以滞留时间越长则数值越大的设定方式，通过最小限度的扭矩，就可将电机MG1的转速Nm1更可靠地脱离锁定区域，对于电机MG1的转速Nm1处于锁定区域时的问题正如上述。然后，将目标转速Nm1*与转速Nm1比较(步骤S330)，当目标转速Nm1*在转速Nm1以上时，将设定的临时解锁扭矩Ttmp直接设定为解锁扭矩Tout(步骤S340)，结束本例程，在目标转速Nm1*未达到转速Nm1时，将临时解锁扭矩Ttmp乘以-1数值的结果设定为解锁扭矩Tout(步骤S350)，结束本例程。如此，通过比较目标转速Nm1*与转速Nm1，在来自于锁定区域的控制方向上设定解锁扭矩Tout的方向。
返回图2的驱动控制例程。如此设定解锁扭矩Tout时，使用基准扭矩Tbs和抵消目标转速Nm1*与转速Nm1的偏差的反馈项以及解锁扭矩Tout之和，用下式(3)计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S200)。在本实施例中，作为反馈项由比例项和积分项构成。式(3)中，右边第2项的“k1”为比例项的增益，右边第3项的“k2”为积分项的增益。
Tm1*＝Tbs+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt+Tout...(3)
计算扭矩指令Tm1*后，通过将蓄电池50的输入输出限制Win、Wout与计算的扭矩指令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，而可由下式(4)、(5)算出从电机MG2输出的作为扭矩上下限的扭矩极限Tmax，Tmin(步骤S210)，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(6)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S220)，在计算的扭矩限制(极限)Tmax，Tmin的范围内，将限制临时电机扭矩Tm2tmp的数值设定为电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S230)。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的输入输出极限Win、Wout的范围内限制的扭矩设定。另外，式(6)可从前述的图7的共线图容易地导出。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 ...(4)Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2 ...(5)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr ...(6)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S240)，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，并且在扭矩指令Tm2*下驱动电机MG2。
根据上述实施例的混合动力汽车20，由于目标转速Nm1*在锁定区域内的情况下，根据目标转速Nm1*的大小，将阈值-Nref或阈值Nref设定为目标转速Nm1*以使其处于锁定区域外，从而能够抑制电机MG1的转速Nm1处于0值的锁定现象。另外，由于电机MG1的转速Nm1处于锁定区域时，以其滞留时间越长则越大的方式设定解锁扭矩Tout，并可由扭矩指令Tm1*反映，从而能够迅速和可靠地使电机MG1的转速Nm1脱离锁定区域。并且，由于目标转速Nm1*处于转速Nm1以上时，向扭矩指令Tm1*反映正值的解锁扭矩Tout，目标转速Nm1*未达到转速Nm1时，向扭矩指令Tm1*反映负值的解锁扭矩Tout，从而能够更迅速地脱离锁定区域。结果，能够防止驱动电机MG1的逆变器41过热。
在实施例的混合动力汽车20中，是在目标转速Nm1*处于锁定区域内时，目标转速Nm1*为负值时，将阈值-Nref设定为目标转速Nm1*，而在目标转速Nm1*为0值或正值时，将阈值Nref设定为目标转速Nm1*，但是也可以在目标转速Nm1*通过锁定区域前，均将进入锁定区域侧的阈值设定为目标转速Nm1*。例如，在目标转速Nm1*从负侧通过锁定区域时，直到通过锁定区域前，均可将阈值-Nref设定为目标转速Nm1*。如此，也可抑制电机MG1的转速Nm1在0值下被锁定的现象。
在实施例的混合动力汽车20中，是在电机MG1的转速Nm1处于锁定区域时，其滞留时间越长则越以平滑的曲线导出数值越大的临时解锁扭矩Ttmp地设定解锁扭矩Tout，但也可以随着其滞留时间变长导出阶段性变大的临时解锁扭矩Ttmp地设定解锁扭矩Tout。此时，阶段数可以是任意数目。
在实施例的混合动力汽车20中，是在目标转速Nm1*在转速Nm1以上时设定正值的解锁扭矩Tout，而在目标转速Nm1*未达到转速Nm1时设定负值的解锁扭矩Tout，但也可以与目标转速Nm1*的符号相同的符号设定解锁扭矩Tout，也可以与转速Nm1的符号相同的符号设定解锁扭矩Tout。
在实施例的混合动力汽车20中，是将基准扭矩Tbs与反馈项以及解锁扭矩Tout之和设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*的，但也可将反馈项与解锁扭矩Tout之和设定为电机MG1的扭矩指令Tm1*。
在实施例的混合动力汽车20中，是将电机MG1的扭矩指令Tm1*计算用的基准扭矩Tbs作为在目标扭矩Te*从发动机22输出时、对作用于动力分配综合机构30的太阳齿轮31上的扭矩加以抑制的扭矩设定的，但也可以随着此时从发动机22输出的扭矩，作为对作用于太阳齿轮31上的扭矩加以抑制的扭矩设定，也可以推定发动机22的输出扭矩，随着该输出扭矩，作为对作用于太阳齿轮31上的扭矩加以抑制的扭矩设定。
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10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10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11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具体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；驱动该电力动力输入输出装置的第1驱动电路；可相对所述驱动轴输入和输出动力的电机；驱动该电机的第2驱动电路；可通过所述第1驱动电路和所述第2驱动电路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；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；检测出所述电力动力输入输出装置的驱动状态的驱动状态检测装置；该检测出的驱动状态在不是诱发所述电力动力输入输出装置和/或所述第1驱动电路的发热的热负荷驱动状态时，根据所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，在所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在所述热负荷驱动状态下驱动的经过时间和所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态的目标驱动状态设定装置；和以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式运转控制该内燃机、以在所述设定的目标驱动状态下驱动所述电力动力输入输出装置的方式通过所述第1驱动电路驱动控制该电力动力输入输出装置、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通过第2驱动电路驱动控制所述电机的控制装置。
2.按照权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标驱动状态设定装置为所述检测出的驱动状态不处于所述热负荷驱动状态时，以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在该热负荷驱动状态下驱动的经过时间，设定在将该电力动力输入输出装置脱离该热负荷驱动状态的方向作用的补正用驱动状态，并且，根据该设定的补正用驱动状态和用于在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的所述电力动力输入输出装置的临时驱动状态，来设定目标驱动状态的装置。
3.按照权利要求2所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标驱动状态设定装置为所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，以所述电力动力输入输出装置在该热负荷驱动状态下驱动的经过时间越长则越大地设定补正用驱动状态，而设定目标驱动状态的装置。
4.按照权利要求2所述的动力输出装置，其特征在于，所述目标驱动状态设定装置为以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态和临时驱动状态而驱动控制该电力动力输入输出装置，以及在该电力动力输入输出装置的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时以该电力动力输入输出装置处于不成为该热负荷驱动状态的驱动状态的方式设定目标驱动状态的装置。
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。
6.按照权利要求5所述的动力输出装置，其特征在于，所述热负荷驱动状态为所述发电机的转速在包含0值的规定转速范围的驱动状态。
7.按照权利要求6所述的动力输出装置，其特征在于，所述驱动状态检测装置为检测出所述发电机的转速的装置；所述目标驱动状态设定装置为在所述检测出的发电机的转速处于所述规定转速范围内的情况下，该检测出的转速小于为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的所述发电机要求的要求转速时，将正的补正扭矩作为所述补正用驱动状态加以设定，并且，该检测出的转速大于所述要求转速时，将负的补正扭矩作为所述补正用驱动状态加以设定，将该设定的补正扭矩与在所述要求转速下驱动所述发电机用的要求扭矩之和的目标扭矩作为所述目标驱动状态加以设定的装置。
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2转子相对该第1转子的旋转，通过该第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发电机。
9.按照权利要求8所述的动力输出装置，其特征在于，所述热负荷驱动状态为所述发电机的转速在包含0值的规定转速范围的驱动状态。
10.按照权利要求9所述的动力输出装置，其特征在于，所述驱动状态检测装置为检测出所述发电机的转速的装置；所述目标驱动状态设定装置为在所述检测出的发电机的转速处于所述规定转速范围内的情况下，该检测出的转速小于为了在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的所述发电机所要求的要求转速时，将正的补正扭矩作为所述补正用驱动状态加以设定，并且，该检测出的转速大于所述要求转速时，将负的补正扭矩作为所述补正用驱动状态加以设定，将该设定的补正扭矩与在所述要求转速下驱动所述发电机用的要求扭矩之和的目标扭矩作为所述目标驱动状态加以设定的装置。
11.一种装载有权利要求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。
12.一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；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)检测出所述电力动力输入输出装置的驱动状态，(d)该检测出的驱动状态不是处于诱发所述电力动力输入输出装置的发热的热负荷驱动状态时，根据所述设定的目标工作点设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，而在所述检测出的驱动状态处于所述热负荷驱动状态时，根据所述电力动力输入输出装置在所述热负荷驱动状态下驱动的经过时间和所述设定的目标工作点，设定所述电力动力输入输出装置的目标驱动状态，(e)以在所述设定的目标工作点下运转所述内燃机的方式运转控制该内燃机、而以在所述设定的目标驱动状态下驱动所述电力动力输入输出装置的方式驱动控制该电力动力输入输出装置、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。本发明的目的在于电动机或发电机的转速在包含0值的锁定区域时，迅速地脱离锁定区域，以防止其驱动电路过热。电机MG1的转速Nm1处于锁定区域时，以其滞留时间越长则越大地设定临时解锁扭矩Ttmp(S320)，该设定的临时解锁扭矩Ttmp在目标转速Nm文档编号B60W20/00GK1772529SQ20041009097
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