CN100417561C - 动力输出设备和混合动力车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了动力输出设备、混合动力车以及动力输出设备与混合动力车的控制方法。发动机的怠速转速被设置为随实际车速的增大和随蓄电池的测量温度的增大而增大(步骤S160)。本发明的驱动控制控制发动机和两个电机，使得发动机在预定的怠速转速下怠速，并确保在蓄电池的输入限制和输出限制之间的范围内将与转矩需求相对应的所需动力输出到驱动轴(步骤S190至S230)。这样的控制允许发动机具有高的跟随能力，并且响应于动力需求的改变而立即改变其输出动力水平，动力需求的改变伴随转矩需求的突然变化而产生。本发明的技术由此符合期望地减小了蓄电池的充电或放电的所需水平，其充电或放电由发动机的响应延迟而触发。

Description

动力输出设备和混合动力车
技术领域
本发明涉及动力输出设备、混合动力车以及动力输出设备与混合动力车的控制方法。
背景技术
一种已知动力输出设备根据蓄电池的剩余荷电水平或当前荷电状态以及其温度，来改变作为驱动力输出源的发动机的怠速转速(例如，参见日本专利早期公开公报No.2003-206777)。当蓄电池的剩余荷电水平减小到与蓄电池温度相对应的预定参考值或者低于该值时，此现有技术的动力输出设备增大发动机的怠速转速。发动机怠速转速的增大保护蓄电池不会过度放电，并由此防止蓄电池加速劣化。
发明内容
但是，此现有技术的技术在确实防止由于蓄电池过度放电引起的劣化的同时，却没有考虑由于在容许的充电-放电范围内反复充电和放电引起的蓄电池的过早劣化。
因此，本发明的动力输出设备、混合动力车以及动力输出设备与混合动力车的控制方法意在防止诸如充电蓄电池的储能器单元过早劣化。
为了实现上述和其他相关目的的至少一部分，下述构造被应用到本发明的动力输出设备、混合动力车以及动力输出设备与混合动力车的控制方法。
本发明致力于一种输出动力到驱动轴的动力输出设备，其包括：内燃机；动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以输出动力到所述驱动轴；储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能；转速测量单元，其测量所述驱动轴的转速；和控制单元，包括：目标怠速转速设置模块，其与所述驱动轴的所述测量的转速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速；动力需求指定模块，其指定所述驱动轴所需的动力需求；目标动力设置模块，其与所述指定的动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；和控制模块，当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，本发明的动力输出设备与所述驱动轴的所述测量的转速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。另一方面，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，动力输出设备控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。内燃机在所述目标怠速转速(其被设置为与所述驱动轴的观测转速相对应)下怠速使得内燃机具有高的跟随能力，并且响应于驱动轴所需的动力需求的突然改变而立即改变其输出动力水平。此布置符合期望地减小了储能器单元的充电或放电(由内燃机的响应延迟而触发)的所需水平，并由此有效防止了储能器单元由于重复充电和放电而过早劣化。本发明的动力输出设备还确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
在本发明的动力输出设备的一个优选实施例中，所述目标怠速转速设置模块将所述目标怠速转速设置为随所述驱动轴的测量转速的增大而增大。这样的设置是由于，驱动轴的较高转速响应于驱动轴所需动力需求的突然改变而产生较大的动力差，并且较高的目标怠速转速导致内燃机输出动力水平的更快增大。
本发明致力于一种混合动力车，包括：内燃机；动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以向连接到车轴的驱动轴输出动力；储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能；车速测量单元，其测量车速；和控制单元，包括：目标怠速转速设置模块，其与所述测量的车速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速；动力需求指定模块，其指定所述驱动轴所需的动力需求；目标动力设置模块，其与所述指定的动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；和控制模块，当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，本发明的混合动力车与所述测量车速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到与车轴连接的驱动轴。另一方面，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，混合动力车控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。内燃机在所述目标怠速转速(其被设置为与观测车速相对应)下怠速使得内燃机能够具有高的跟随能力，并且响应于驱动轴所需的动力需求的突然改变而立即改变其输出动力水平。此布置符合期望地减小了蓄电池的充电或放电(由内燃机的响应延迟而触发)的所需水平，并由此有效防止了储能器单元由于重复充电和放电而过早劣化。本发明的混合动力车还确保与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
在本发明的混合动力车的一个优选实施例中，所述目标怠速转速设置模块将所述目标怠速转速设置为随所述测量的车速的增大而增大。这样的设置是由于，较高的车速响应于驱动轴所需动力需求的突然改变而产生较大的动力差，并且较高的目标怠速转速导致内燃机输出动力水平的更快增大。
在本发明的另一个优选实施例中，动力输出设备或混合动力车还包括测量所述储能器单元的温度的温度测量单元。所述目标怠速转速设置模块与所述储能器单元的所述测量温度相对应地设置所述目标怠速转速。此布置根据储能器单元的观测温度来设置内燃机的目标怠速转速，由此有效地防止了储能器单元的过早劣化。所述目标怠速转速设置模块可以将所述目标怠速转速设置为随所述储能器单元的所述测量温度的增大而增大。此布置是由于较高的温度通常加速储能器单元的劣化的事实。
在本发明的动力输出设备或混合动力车中，所述动力转换机构可以被连接到所述内燃机的输出轴和所述驱动轴，并通过电能和机械能的输入和输出将所述内燃机的至少部分所述输出动力输出到所述驱动轴。在此情况下，所述动力转换机构可以包括：三轴式动力输入输出模块，其被连接到三个轴即所述内燃机的所述输出轴、所述驱动轴和一个旋转轴，并且并且基于从所述三个轴中任何两个轴输入和向所述三个轴中任何两个轴输出的动力，而自动地确定从剩余一个轴输入和向剩余一个轴输出的动力；和发电机，其从所述旋转轴输入动力并向所述旋转轴输出动力。在另一种情况下，所述动力转换机构可以包括双转子电机，所述双转子电机具有连接到所述内燃机的所述输出轴的第一转子和连接到所述驱动轴的第二转子，并且通过所述第一转子相对于所述第二转子的旋转而被驱动。
本发明致力于一种动力输出设备的控制方法，所述动力输出设备包括：内燃机；动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以输出动力到驱动轴；和储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能，并且所述控制方法包括以下步骤：与所述驱动轴所需的指定动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；并且当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，与所述驱动轴的测量转速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，本发明的动力输出设备的控制方法与所述驱动轴的所述测量的转速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。另一方面，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，动力输出设备的控制方法控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。内燃机在所述目标怠速转速(其被设置为与所述驱动轴的观测转速相对应)下怠速使得内燃机能够具有高的跟随能力，并且响应于驱动轴所需的动力需求的突然改变而立即改变其输出动力水平。此布置符合期望地减小了储能器单元的充电或放电(由内燃机的响应延迟而触发)的所需水平，并由此有效地防止了储能器单元由于重复充电和放电而过早劣化。本发明的动力输出设备的控制方法还确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
本发明致力于一种混合动力车的控制方法，所述混合动力车包括：内燃机；动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以输出动力到驱动轴；和储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能，并且所述控制方法包括以下步骤：与车轴所需的指定动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；并且当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，与测量的车速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述车轴，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述车轴。
当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，本发明的混合动力车的控制方法与所述测量车速相对应地设置所述内燃机的目标怠速转速，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到与车轴连接的驱动轴。另一方面，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，混合动力车的控制方法控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。内燃机在所述目标怠速转速(其被设置为与观测车速相对应)下怠速使得内燃机能够具有高的跟随能力，并且响应于驱动轴所需的动力需求的突然改变而立即改变其输出动力水平。此布置符合期望地减小了储能器单元的充电或放电(由内燃机的响应延迟而触发)的所需水平，并由此有效地防止了储能器单元由于重复充电和放电而过早劣化。本发明的混合动力车的控制方法还确保与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
附图说明
图1示意性地图示了本发明一个实施例中混合动力车的构造；
图2是示出由此实施例的混合动力车中所包括的混合动力电子控制单元所执行的驱动控制例程的流程图；
图3示出了输入限制Win和输出限制Wout对蓄电池温度Tb的变化；
图4示出了输出限制校正系数和输入限制校正系数对蓄电池的当前荷电状态(SOC)的变化；
图5示出了转矩需求设置图的一个示例；
图6示出了设置发动机的目标转速Ne*和目标转矩Te*的高效操作线；
图7是示出动力分配集成机构中所包括的各个旋转元件的转矩-转速动力学的列线图；
图8示出了怠速转速Nidl对车速V的变化；
图9示出了怠速转速Nidl对蓄电池温度Tb的变化；
图10示出了动力需求P*、发动机的输出动力水平和蓄电池的充电-放电功率水平响应于加速踏板开度Acc变化的时间变化；
图11示意性地图示了在本发明一个修改示例中的另一种混合动力车的构造；和
图12示意性地图示了在本发明另一个修改示例中又一种混合动力车的构造。
具体实施方式
下面将作为优选实施例来讨论执行本发明的一种模式。图1示意性地图示了在本发明一个实施例中，其上安装有动力输出设备的混合动力车20的构造。如图所示，本实施例的混合动力车20包括发动机22、经由阻尼器28与用作发动机22输出轴的曲轴26相连接的三轴式动力分配集成机构30、与动力分配集成机构30相连接并且能够产生电能的电机MG1、安装到与动力分配集成机构30相连而用作驱动轴的齿圈轴32a的减速齿轮35、与减速齿轮35相连接的另一个电机MG2、以及控制整个动力输出设备的混合动力电子控制单元70。
发动机22是使用例如汽油或轻油的碳氢化合物燃油来输出动力的内燃机。发动机电子控制单元(以下称为发动机ECU)24从检测发动机22操作状况的不同传感器接收信号，并负责发动机22的操作控制，例如喷油控制、点火控制和进气流调节。发动机ECU 24与混合动力电子控制单元70通信，以在按照需要向混合动力电子控制单元70输出与发动机22的操作状况相关的数据的同时，响应于从混合动力电子控制单元70传送来的控制信号而控制发动机22的操作。
动力分配集成机构30具有作为外齿轮的太阳轮31、作为内齿轮并且与太阳轮31同轴布置的齿圈32、与太阳轮31和齿圈32啮合的多个行星齿轮33、和以允许其自由公转和绕其各自的轴自由旋转的方式保持多个行星齿轮33的行星轮架34。也就是说，动力分配集成机构30被构造成允许太阳轮31、齿圈32和行星轮架34作为旋转元件来进行差速运动的行星齿轮机构。动力分配集成机构30的行星轮架34、太阳轮31和齿圈32经由齿圈轴32a分别与发动机22的曲轴26、电机MG1和减速齿轮35耦合。在电机MG1用作发电机时，从发动机22输出并通过行星轮架34输入的动力按照传动比被分配到太阳轮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输出并通过行星轮架34输入的动力与从电机MG1输出并通过太阳轮31输入的动力相结合，并且合成的动力被输出到齿圈32。输出到齿圈32的动力由此从齿圈轴32a经由齿轮机构60和差速器62而最终传递到驱动车轮63a和63b。
电机MG1和MG2两者都是被驱动作为发电机和作为电动机的公知同步式电动发电机。电机MG1和MG2经由逆变器41和42传递电能到蓄电池50或者从其获得电能。将逆变器41和42与蓄电池50连接起来的电线54被构造为由逆变器41和42共享的正电极母线和负电极母线。此布置使得由电机MG1和MG1之一产生的电能能够被另一个电机所消耗。两个电机MG1和MG2的操作都由电机电子控制单元(以下称为电机ECU)40所控制。电机ECU 40接收控制电机MG1和MG2的操作所需要的各种信号，例如从检测电机MG1和MG2转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43和44的信号，以及施加到电机MG1和MG2并由电流传感器(未示出)测量的相位电流。电机ECU 40输出切换控制信号到逆变器41和42。电机ECU 40与混合动力电子控制单元70通信，以在按照需要向混合动力电子控制单元70输出与电机MG1和MG2的操作状况相关的数据的同时，响应于从混合动力电子控制单元70传送来的控制信号而控制电机MG1和MG2的操作。
蓄电池50由蓄电池电子控制单元(以下称为蓄电池ECU)52所控制。蓄电池ECU 52接收控制蓄电池50所需要的各种信号，例如，由布置在蓄电池50的端子之间的电压传感器(未示出)所测量的端子间电压，由安装到与蓄电池50的输出端子相连接的电线54的电流传感器(未示出)所测量的充电-放电电流，和由安装到蓄电池50的温度传感器(未示出)所测量的蓄电池温度。蓄电池ECU 52按照需要通过通信将与蓄电池50的状态相关的数据输出到混合动力电子控制单元70。蓄电池ECU 52基于累积的由电流传感器所测量的充电-放电电流，来计算蓄电池50的荷电状态(SOC)，以用于蓄电池50的控制。
混合动力电子控制单元70由包括CPU 72、存储处理程序的ROM74、暂时存储数据的RAM 76和未示出的输入输出端口在内的微处理器以及未示出的通信端口构成。混合动力电子控制单元70经由输入端口接收各种输入：来自点火开关80的点火信号；来自检测换档手柄81当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP；来自测量加速踏板83的踩压量的加速踏板位置传感器84的加速踏板开度Acc；来自测量制动踏板85的踩压量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP；和来自车速传感器88的车速V。如上所述，混合动力电子控制单元70经由通信端口与发动机ECU 24、电机ECU 40和蓄电池ECU 52通信，以向发动机ECU 24、电机ECU 40和蓄电池ECU 52传送或从其接收各种控制信号和数据。
如此构造的本实施例的混合动力车20基于车速V和加速踏板开度Acc(其对应于驾驶员对加速踏板83的踩压量)的观测值，来计算将被输出到用作驱动轴的齿圈轴32a的转矩需求。发动机22以及电机MG1和MG2受到操作控制，以向齿圈轴32a输出与计算出的转矩需求相对应的所需动力水平。发动机22以及电机MG1和MG2的操作控制选择性地实现转矩转换驱动模式、充电-放电驱动模式和电机驱动模式之一。转矩转换驱动模式控制发动机22的操作以输出等于所需要动力水平的动力量，同时驱动并控制电机MG1和MG2以使得从发动机22输出的全部动力由动力分配集成机构30以及电机MG1和MG2进行转矩转换，并输出到齿圈轴32a。充电-放电驱动模式控制发动机22的操作，以输出等于所需要动力水平加上对蓄电池50充电所消耗或者蓄电池50放电所提供的电能量之和的动力量，同时驱动并控制电机MG1和MG2，以使得从发动机22输出并等于所需要动力水平的全部或部分动力由动力分配集成机构30以及电机MG1和MG2进行转矩转换，并输出到齿圈轴32a，同时对蓄电池50充电或放电。电机驱动模式停止发动机22的操作，并驱动和控制电机MG2输出等于所需要动力水平的动力量到齿圈轴32a。
现在对如上构造的本实施例的混合动力车20的操作进行说明。图2是示出由混合动力电子控制单元70执行的驱动控制例程的流程图。此例程以预定时间间隔(例如，每隔数毫秒)反复执行。
在驱动控制例程中，混合动力电子控制单元70的CPU 72首先输入控制所需要的各种数据，即来自加速踏板位置传感器84的加速踏板开度Acc、来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、来自车速传感器88的车速V、电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、发动机22的转速Ne以及蓄电池50的温度Tb、充电-放电功率需求Pb*、输入限制Win和输出限制Wout(步骤S100)。发动机22的转速Ne从安装到曲轴26的曲轴位置传感器(未示出)所检测的表示曲轴位置的信号进行计算，并通过通信从发动机ECU 24接收到。电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2从旋转位置检测传感器43和44所检测到的电机MG1和MG2的各个转子的旋转位置进行计算，并通过通信从电机ECU 40接收到。蓄电池50的温度Tb由温度传感器51检测到并通过通信从蓄电池ECU 52接收到。蓄电池50的充电-放电功率需求Pb*、输入限制Win和输出限制Wout基于温度传感器51所检测到的蓄电池50的温度Tb和观测到的蓄电池50的当前荷电状态(SOC)来设置，并通过通信从蓄电池ECU 52接收到。例如，本实施例的过程将充电-放电功率需求Pb*设置为使得实际的荷电状态(SOC)接近目标SOC。本实施例的过程指定输入限制Win和输出限制Wout与测量到的蓄电池温度Tb相对应的参考值，确定与蓄电池50的当前荷电状态(SOC)相对应的输入限制校正系数和输出限制校正系数，并将指定的输入限制Win和输出限制Wout的参考值乘以相对应的校正系数来设置蓄电池50的输入限制Win和输出限制Wout。图3示出了输入限制Win和输出限制Wout对蓄电池温度Tb的变化。图4示出了输入限制校正系数和输出限制校正系数对蓄电池50的当前荷电状态(SOC)的变化。
在数据输入后，CPU 72基于输入的加速踏板开度Acc和输入的车速V，设置将作为车辆所需要转矩而被输出到连接到驱动车轮63a和63b的齿圈轴32a或驱动轴的转矩需求Tr*，和驱动混合动力车所需要的动力需求P*(步骤S110)。本实施例中设置转矩需求Tr*的具体过程是，预先将转矩需求Tr*对加速踏板开度Acc和车速V的变化作为转矩需求设置图存储到ROM 74中，并且从该图读取与给定加速踏板开度Acc和给定车速V相对应的转矩需求Tr*。图5示出了转矩需求设置图的一个示例。该图包括制动转矩变化，虽然此部分与本实施例的控制过程没有直接关系。动力需求P*如下计算，即作为转矩需求Tr*与齿圈轴32a或驱动轴的转速Nr的乘积、蓄电池50的充电-放电功率需求Pb*、以及电势损失之和。通过将车速V乘以转换系数k或者将电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的传动比Gr，来获得齿圈轴32的转速Nr。
在步骤S110处设置转矩需求Tr*和动力需求P*之后，将设置的动力需求P*与预定阈值Pref进行比较(步骤S120)。阈值Pref被设置成发动机22的高效率动力输出的下限或者设置在该下限附近。当动力需求P*不小于预定阈值Pref时，CPU 72设置与动力需求P*相对应的发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*(步骤S130)。发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*根据确保发动机22高效操作的高效操作线和动力需求P*来确定。图6示出了设置目标转速Ne*和目标转矩Te*的发动机22的高效操作线。如图6清楚可见，目标转速Ne*和目标转矩Te*被给定为高效操作线和常数动力需求P*(＝Ne*×Te*)线的交点。
CPU 72根据以下给出的方程式(1)从发动机22的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)和动力分配集成机构30的传动比ρ来计算电机MG1的目标转速Nm1*，同时根据以下给出的方程式(2)从计算出的目标转速Nm1*和电机MG1的当前转速Nm1来计算电机MG1的转矩命令Tm1*(步骤S140)：
Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)(1)
Tm1*＝前一Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt  (2)
方程式(1)是动力分配集成机构30中包括的旋转元件的动力学关系表达式。图7是示出动力分配集成机构30中所包括的各个旋转元件的转矩-转速动力学的列线图。左轴‘S’表示太阳轮31的转速，其等于电机MG1的转速Nm1。中间轴‘C’表示行星轮架34的转速，其等于发动机22的转速Ne。右轴‘R’表示齿圈32(齿圈轴32a)的转速Nr，其通过将电机MG2的转速Nm2乘以减速齿轮35的传动比Gr而获得。方程式(1)很容易从图7的列线图推导出。轴‘R’上的两个粗箭头分别表示，当在目标转速Ne*和目标转矩Te*的特定驱动点处的稳态操作下从发动机22输出转矩Te*时被传递到齿圈轴32a的转矩，以及当从电机MG2输出转矩Tm2*时经由减速齿轮35施加到齿圈轴32a的转矩。方程式(2)是在目标转速Nm1*处驱动并旋转电机MG1的反馈控制的关系表达式。在上面给出的方程式(2)中，右侧的第二项中的‘k1’和第三项中的‘k2’分别指比例项增益和积分项增益。
在计算出电机MG1的目标转速Nm1*和转矩命令Tm1*后，CPU 72根据以下给出的方程式(3)和(4)计算作为从电机MG2输出的最小和最大转矩的下转矩限制Tmin和上转矩限制Tmax(步骤S200)：
Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2(3)
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2(4)
下转矩限制Tmin和上转矩限制Tmax通过将以下两者除以电机MG2的输入的当前转速Nm2而分别给出，即蓄电池50的输入限制Win和电机MG1的动力消耗(或者动力生成)(其是电机MG1的转矩命令Tm1*和输入的当前转速Nm1的乘积)之间的差，以及蓄电池50的输出限制Wout和电机MG1的动力消耗(动力生成)之间的差。CPU 72然后计算根据以下给出的方程式(5)，从转矩需求Tr*、电机MG1的转矩命令Tm1*、动力分配集成机构30的传动比ρ和减速齿轮35的传动比Gr，来计算将从电机MG2输出的试用电机转矩Tm2tmp(步骤S210)：
Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr    (5)
CPU 72将试用电机转矩Tm2tmp限制在计算出的下转矩限制Tmin和上转矩限制Tmax之间的范围，来设置电机MG2的转矩命令Tm2*(步骤S220)。以此方式设置电机MG2的转矩命令Tm2*将输出到齿圈轴32a或驱动轴的转矩需求Tr*限制在蓄电池50的输入限制Win和输出限制Wout之间。方程式(5)容易从图7的列线图推导出来。
在退出驱动控制例程之前，CPU 72向发动机ECU 24发送发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*，同时向电机ECU 40发送电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*(步骤S230)。发动机ECU 24接收目标转速Ne*和目标转矩Te*，并执行发动机22的喷油控制和点火控制，以在目标转速Ne*和目标转矩Te*的特定驱动点处驱动发动机22。电机ECU40接收转矩命令Tm1*和Tm2*，并执行包括在各个逆变器41和42中的切换元件的切换控制，以利用转矩命令Tm1*驱动电机MG1并利用转矩命令Tm2*驱动电机MG2。
另一方面，当在步骤S120处动力需求P*小于预定阈值Pref时，CPU72随后将输入的车速V与预定的参考车速Vref进行比较(步骤S150)。参考车速Vref被用作判断发动机2应当怠速还是停机的标准，并且被设置为相对较小的值，例如10km/h、20km/h或30km/h。当在步骤S150处输入的车速V小于预定的参考车速Vref时，将停止发动机22的操作。CPU72因此将发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*两者设置为0(步骤S180)，将电机MG1的转矩命令Tm1设置为0(步骤S190)，并且在蓄电池50的输入限制Win和输出限制Wout之间的范围内设置电机MG2的转矩命令Tm2*，以确保输出转矩需求Tr*到齿圈轴32a或者驱动轴(步骤S200至S220)。在退出驱动控制例程之前，CPU 72于是发送发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*到发动机ECU 24，同时发送电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*到电机ECU 40(步骤S230)。发动机ECU 24接收被设置为0的目标转速Ne*和目标转矩Te*，并停止发动机22的操作。
另一方面，当在步骤S150处输入车速V不低于预定参考车速Vref时，CPU 72设置与车速V和蓄电池温度Tb相对应的怠速转速Nidl(步骤S160)。图8示出了怠速转速Nidl对车速V的变化，并且图9示出了怠速车速Nidl对蓄电池温度Tb的变化。如这些图所示，怠速转速Nidl被设置为随车速V的增大和随蓄电池温度Tb的增大而增大。这些设置能够使发动机22的输出动力水平响应于转矩需求Tr*的突然变化(其由驾驶员突然踩下或者突然松开加速踏板83而引起)而迅速改变，并由此减小蓄电池50的充电-放电负荷。通过发动机22的输出动力水平的变化和蓄电池50的充电-放电功率的变化而弥补伴随转矩需求Tr*的变化引起的动力需求P*的改变。发动机22对其输出动力水平具有较差的响应，并且不能立即跟随转矩需求Tr*的突然变化(其由驾驶员突然踩下或者突然松开加速踏板83而引起)。蓄电池50的充电-放电功率水平由此被增大，以确保输出与转矩需求Tr*相对应的所需要动力到齿圈轴32a或驱动轴。甚至在输入限制Win和输出限制Wout之间的容许范围内蓄电池50的频繁充电和放电也可能导致蓄电池50的过早劣化。蓄电池50的劣化随充电-放电功率幅值的增大并随充电放电频率的增大而加速。为了防止蓄电池50的这种过早劣化，通过最大限度地改变发动机22的输出动力水平来弥补伴随转矩需求Tr*的突然变化引起的动力需求P*的突然改变。动力需求P*基本上给出为转矩需求Tr*和齿圈轴32a的转速Nr(Nr＝车速V×转换系数k)的乘积。伴随转矩需求Tr*的突然变化引起的动力需求P*的改变由此随着车速V的增大而增大。发动机22的输出动力被给出为转速Ne和转矩Te的乘积。发动机22的输出动力水平由此可以通过改变发动机转速Ne和发动机转矩Te中任一项或两者而被改变。改变发动机转矩Te所需要的时间基本上等于改变进气流和喷油量所需要的时间，并且比改变发动机转速Ne所需要的时间更短。因此通过改变发动机转矩Te比通过改变发动机转速Ne更快速地获得发动机22的输出动力水平响应于伴随转矩需求Tr*的突然变化引起的动力需求P*的改变而需要的改变。如上所述，伴随转矩需求Tr*的突然变化引起的动力需求P*的改变水平随车速V的增大而增大。由此期望有较高的发动机22的转速Ne来立即弥补动力需求P*的改变。这就是怠速转速Nidl随车速增大而增大的原因。发动机22在被设置为随较高车速V而增大的怠速转速Nidl下被驱动。这符合需求地防止了蓄电池50响应于驾驶员对加速踏板83的突然踩下而释放相对很大的电能。通常认为蓄电池50在较高蓄电池温度Tb下具有较高的内阻。在此情况下的蓄电池50的大充电-放电功率加速了蓄电池50的劣化。由此，要求随蓄电池50的温度Tb的增大而增大怠速转速Nidl并且增强发动机22的响应性。这就是怠速转速Nidl随蓄电池温度Tb增大而增大的原因。本实施例的过程将怠速转速Nidl对车速V和蓄电池温度Tb的变化作为怠速转速设置图存储在ROM 74中，并且从该图读取与给定的车速V和给定的蓄电池温度Tb相对应的怠速转速Nidl。
在设置怠速转速Nidl后，CPU 72将发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*分别设置为怠速转速Nidl和0，以使发动机22在怠速转速Nidl下怠速(步骤S170)。CPU 72随后将电机MG1的转矩命令Tm1*设置为0(步骤S190)，并在蓄电池50的输入限制Win和输出限制Wout之间的范围内设置电机MG2的转矩命令Tm2*来确保输出转矩需求Tr*到齿圈轴32a或者驱动轴(步骤S200至S220)。在退出驱动控制例程之前，CPU72于是发送发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*到发动机ECU 24，同时发送电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*到电机ECU 40(步骤S230)。发动机ECU 24接收被设置为怠速转速Nidl的目标转速Ne*和被设置为0的目标转矩Te*，并使发动机22在怠速转速Nidl下怠速。
图10示出了当发动机22在与车速V和蓄电池温度Tb相对应的怠速转速Nidl下怠速时，动力需求P*、发动机22的输出动力水平和蓄电池50的充电-放电功率水平响应于驾驶员突然踩下并随后突然松开加速踏板83的时间变化。图10中比较示例的曲线表示当发动机22在600rpm的固定怠速转速下怠速时，动力需求P*、发动机22的输出动力水平和蓄电池50的充电-放电功率水平响应于驾驶员突然踩下并随后突然松开加速踏板83的时间变化。从此曲线图清楚可见，本实施例的驱动控制使得发动机22能够具有高的跟随能力并立即弥补动力需求P*的改变，由此符合期望地减小了蓄电池50的充电-放电功率和充电-放电量两者。另一方面，比较示例的驱动控制使得发动机22具有很差的补偿动力需求P*改变的跟随能力，由此不合期望地增大了蓄电池50的充电-放电功率和充电-放电量两者。
在上述实施例的混合动力车20中，发动机22的怠速转速Nidl被设置为随车速V的增大和随蓄电池温度Tb的增大而增大。发动机22在以此方式设置的怠速转速Nidl下怠速。此布置使得发动机22具有高的跟随能力，并且响应于伴随转矩需求Tr*的突然变化引起的动力需求P*的改变而立即改变其输出动力水平。发动机22的立即跟随符合期望地减小了蓄电池50的充电或放电(由于发动机22的响应延迟而触发)的所需水平。也就是说，本实施例的驱动控制减小了蓄电池50的充电-放电功率和充电-放电量两者，由此有效地防止了蓄电池50的过早劣化。
本实施例的混合动力车20将发动机22的怠速转速Nidl设置为随车速V的增大和随蓄电池温度Tb的增大而增大。一种可能的修改可以将怠速转速Nidl设置为仅随车速V的增大而增大，而不管蓄电池温度Tb如何。
在本实施例的混合动力车20中，电机MG2的动力由减速齿轮35进行变速并被输出到齿圈轴32a。在示出为图11的混合动力车120的一种可能修改中，电机MG2的动力可以被输出到另一个车轴(即与车轮64a和64b连接的车轴)，此车轴不同于与齿圈轴32a相连的车轴(即与车轮63a和63b连接的车轴)。
在本实施例的混合动力车20中，发动机22的动力经由动力分配集成机构30输出到齿圈轴32a，齿圈轴32a用作与驱动车轮63a和63b连接的驱动轴。在图12的另一种可能修改中，混合动力车220可以具有双转子电机230，双转子电机230具有与发动机22的曲轴26连接的内转子232和与输出动力到驱动车轮63a、63b的驱动轴连接的外转子234，并且将从发动机22输出的部分动力传递到驱动轴，同时将剩余部分动力转换成电能。
上述实施例涉及配备有发动机22、电机MG1和MG2、动力分配集成机构30和蓄电池50的混合动力车20。本发明的技术还可以应用到配备有发动机22、电机MG1和MG2、动力分配集成机构30和蓄电池50并且向齿圈轴32a或驱动轴输出动力的动力输出设备。在应用到此动力输出设备时，驱动控制流程中的车速V由齿圈轴32a或驱动轴的转速所代替。发动机22的怠速转速Nidl被设置为随齿圈轴32a的转速Nr的增大和随蓄电池温度Tb的增大而增大。发动机22在以此方式设置的怠速转速Nidl下怠速。此动力输出设备可以安装在各种机动车和包括列车的其他车辆中的任何一种上，以及包括小船、轮船和飞行器的多种其他移动体上。此动力输出设备或者可以作为动力源被包括在施工装备中。
上述实施例在所有方面都被视为举例说明性的而非限制性的。可以有许多修改、变化和改造而不会背离本发明的主要特征的范围和精神。本发明的范围和精神由所附权利要求表示，而非由上述说明。

Claims (10)

1. 一种动力输出设备，其输出动力到驱动轴，所述动力输出设备包括：
内燃机；
动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；
电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以输出动力到所述驱动轴；
储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能；
转速测量单元，其测量所述驱动轴的转速；和
温度测量单元，其测量所述储能器单元的温度；
所述动力输出设备的特征在于还包括：
控制单元，包括：目标怠速转速设置模块，其将所述内燃机的目标怠速转速设置为随着所述驱动轴的测量转速增大和随着所述储能器单元的测量温度增大而增大；动力需求指定模块，其指定所述驱动轴所需的动力需求；目标动力设置模块，其与所述指定的动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；和控制模块，当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
2. 如权利要求1所述的动力输出设备，其中所述动力转换机构被连接到所述内燃机的输出轴和所述驱动轴，并通过电能和机械能的输入和输出来将所述内燃机的至少部分所述输出动力输出到所述驱动轴。
3. 如权利要求2所述的动力输出设备，其中所述动力转换机构包括：
三轴式动力输入输出模块，其被连接到三个轴即所述内燃机的所述输出轴、所述驱动轴和一个旋转轴，并且基于从所述三个轴中任何两个轴输入和向所述三个轴中任何两个轴输出的动力，而自动地确定从剩余一个轴输入和向剩余一个轴输出的动力；和
发电机，其从所述旋转轴输入动力并向所述旋转轴输出动力。
4. 如权利要求2所述的动力输出设备，其中所述动力转换机构包括双转子电机，所述双转子电机具有连接到所述内燃机的所述输出轴的第一转子和连接到所述驱动轴的第二转子，并且通过所述第一转子相对于所述第二转子的旋转而被驱动。
5. 一种混合动力车，包括：
内燃机；
动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；
电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以向连接到车轴的驱动轴输出动力；
储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能；
车速测量单元，其测量车速；和
温度测量单元，其测量所述储能器单元的温度；
所述混合动力车的特征在于还包括：
控制单元，包括：目标怠速转速设置模块，其将所述内燃机的目标怠速转速设置为随着所述驱动轴的测量转速增大和随着所述储能器单元的测量温度增大而增大；动力需求指定模块，其指定所述驱动轴所需的动力需求；目标动力设置模块，其与所述指定的动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；和控制模块，当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴，当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，所述控制模块控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
6. 如权利要求5所述的混合动力车，其中所述动力转换机构被连接到所述内燃机的输出轴和所述驱动轴，并通过电能和机械能的输入和输出来将所述内燃机的至少部分所述输出动力输出到所述驱动轴。
7. 如权利要求6所述的混合动力车，其中所述动力转换机构包括：
三轴式动力输入输出模块，其被连接到三个轴即所述内燃机的所述输出轴、所述驱动轴和一个旋转轴，并且基于从所述三个轴中任何两个轴输入和向所述三个轴中任何两个轴输出的动力，而自动地确定从剩余一个轴输入和向剩余一个轴输出的动力；和
发电机，其从所述旋转轴输入动力并向所述旋转轴输出动力。
8. 如权利要求6所述的混合动力车，其中所述动力转换机构包括双转子电机，所述双转子电机具有连接到所述内燃机的所述输出轴的第一转子和连接到所述驱动轴的第二转子，并且通过所述第一转子相对于所述第二转子的旋转而被驱动。
9. 一种动力输出设备的控制方法，所述动力输出设备包括：内燃机；动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以输出动力到驱动轴；和储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能，
所述控制方法的特征在于包括以下步骤：
与所述驱动轴所需的指定动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；并且
当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，将所述内燃机的目标怠速转速设置成随着所述驱动轴的测量转速增大和随着所述储能器单元的测量温度增大而增大，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴，
当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述驱动轴。
10. 一种混合动力车的控制方法，所述混合动力车包括：内燃机；动力转换机构，其将所述内燃机的至少部分输出动力转换成电能；电机，其消耗由所述动力转换机构所转换的所述电能以输出动力到驱动轴；和储能器单元，其将电能传送到所述动力转换机构和所述电机并从所述动力转换机构和所述电机传送电能，
所述控制方法的特征在于包括以下步骤：
与车轴所需的指定动力需求相对应地设置将从所述内燃机输出的目标动力；
当所述目标动力需要所述内燃机怠速时，将所述内燃机的目标怠速转速设置成随着所述驱动轴的测量转速增大和随着所述储能器单元的测量温度增大而增大，并控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以使所述内燃机在所述目标怠速转速下怠速并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述车轴，
当所述目标动力不需要所述内燃机怠速时，控制所述内燃机、所述动力转换机构和所述电机，以确保从所述内燃机输出所述目标动力并且确保将与所述指定的动力需求相对应的所需动力输出到所述车轴。
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