CN101175657B

CN101175657B - 动力输出装置、驱动系统以及动力输出装置的控制方法

Info

Publication number: CN101175657B
Application number: CN2006800161331A
Authority: CN
Inventors: 远藤弘淳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP4265570B2; EP1883553A1; DE602006013447D1; EP1883553B1; US20080318730A1; WO2006121184A1; US8123655B2; CN101175657A; JP2006315451A

Abstract

本发明技术用于机动车辆，其中发动机和第一电机经行星齿轮机构连接到驱动轴，第二电机经变速器连接到驱动轴，电池从和向第一和第二电机接收和传送电力。响应于升档期间电池充放电状态偏离作为电池的容许充电状态范围设定的容许控制范围，本发明变速控制设定切替状态改变标志F1为1并设定第二电机的目标转速变化ΔNm2^*为绝对值小于值N1的值N2。本发明变速控制接着设定包括在变速器内的制动器B1的液压指令Pb1^*以使第二电机的实际转速变化ΔNm2接近目标转速变化ΔNm2^*。这种设置减小第二电机的转速变化ΔNm2的变化速率。减小后的转速Nm2的变化速率防止由例如延迟检测，延迟计算，延迟通讯引起的第二电机电力消耗的持续减小或增大，有效防止电池的过度电力输入或过度电力输出。

Description

动力输出装置、驱动系统以及动力输出装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种动力输出装置，一种配置有该动力输出装置的机动车辆，一种包括该动力输出装置的驱动系统，以及一种动力输出装置的控制方法。

背景技术

在一种现有的动力输出装置结构中，发动机和第一电动发电机通过行星齿轮机构连接到输出轴，第二电动发电机通过变速器连接到输出轴，电池被设定为从和向第一和第二电动发电机接收和传送电力(例如，参见日本专利文件特开2004-204960)。这种现有的动力输出装置充分地补正和更新了第二电动发电机的输出转矩，以补偿变速器变速比切替期间输出轴输出转矩的减少。

发明内容

现有技术中的动力输出装置可以防止变速器变速比切替(改变)期间输出轴的输出转矩显著减小，但是，没有考虑到向和从电池输入和输出电力。例如，由于传感器对第二电动发电机转速延迟检测而引起的第二电动发电机的电力消耗的变化，可能导致过度的电力输入电池或从电池过度的电力输出。

因此，本发明动力输出装置，配备有该动力输出装置的机动车辆，包括该动力输出装置的驱动系统，以及动力输出装置的控制方法目的是防止蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。本发明动力输出装置，配备有该动力输出装置的机动车辆，包括该动力输出装置的驱动系统，以及动力输出装置的控制方法另一目的是根据施加到离合器的液压状态来调节变速器变速比切替期间电机转速的变化速率。

至少上述的部分目的以及其它相关目的可由本发明具有下述结构的动力输出装置，配备有该动力输出装置的机动车辆，包括该动力输出装置的驱动系统，以及动力输出装置的控制方法来实现。

本发明公开了一种向驱动轴输出动力的动力输出装置。该动力输出装置包括：接受燃料供给以发电的发电结构；输入和输出动力的电机；变速传递机构，该变速传递机构设置在所述电机的转动轴和所述驱动轴之间，以伴随变速比的切替来变换输入动力并传递变换的动力；向和从所述发电结构和所述电机传输电力的蓄电装置；检测所述蓄电装置的充放电状态的充放电状态检测装置；设定所述驱动轴所需的要求动力的要求动力设定装置；以及控制装置，该控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所述要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。

本发明动力输出装置在变速传递机构的变速比切替期间控制发电结构、电机以及变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所述要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。不同的变速比切替状态是为了在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。本发明动力输出装置实现变速传递机构的变速比切替，同时保持蓄电装置的充放电状态处于容许控制范围之内。这种布置有效地防止了蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。

在本发明动力输出装置的一个优选实施例中，在蓄电装置的所检测的充放电状态处于容许控制范围之内时，控制装置以第一变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比。在蓄电装置的所检测的充放电状态偏离容许控制范围时，控制装置以低于所述第一变化速率的第二变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比。如果蓄电装置的充放电状态偏离容许控制范围，本优选实施例的动力输出装置会减小电机转速的变化速率，因而有效地防止蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。

在本优选实施例的动力输出装置的一个应用中，变速传递机构改变至少一个液压驱动离合器的接合状态来切替变速比。在蓄电装置的充放电状态偏离蓄电装置充放电的容许控制范围时，控制装置调节供给到离合器的液压状态并相应地改变变速传递机构的变速比的切替状态。通过调节供给到离合器的液压状态，变速传递机构变速比切替状态得以充分改变。这里的术语“离合器”包括互连两个转动系统的传统离合器，以及将一个转动系统固定到非转动系统例如壳体的制动器。在这种应用中，在蓄电装置的所检测的充放电状态偏离容许控制范围时，控制装置可基于电机的转速调节供给到离合器的液压状态，以将所述第二变化速率设定为电机的转速的变化速率。这种布置确保了电机转速变化速率的适当调节。

在本发明动力输出装置的一个优选应用中，当蓄电装置的所检测的充放电状态偏离容许控制范围以及之后重新进入容许控制范围时，控制装置在完成变速传递机构的变速比的当前切替之后，将变速传递机构的变速比的切替状态返回前一切替状态。这种布置很好地减小在变速传递机构变速比切替期间由返回的切替状态引起的潜在冲击。在本发明动力输出装置的另一个优选实施例中，在蓄电装置的所检测的充放电状态偏离容许控制范围时，控制装置在完成变速传递机构的变速比的当前切替之后，在变速传递机构的变速比的下一切替开始时，改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。这种布置很好地减小在变速传递机构变速比切替期间由改变的切替状态引起的潜在冲击。

在本发明动力输出装置的一个优选实施例中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离容许控制范围时，控制装置基于所述蓄电装置的充放电状态，设定改变所述变速传递机构的变速比的切替状态的条件。因此变速传递机构变速比的切替状态可以根据蓄电装置的充放电状态充分地改变。在本发明动力输出装置的另一个优选实施例中，所述充放电状态检测装置基于所述蓄电装置的输出端子之间的电压和所述蓄电装置的输出端子之间的电流中的至少一方，检测所述蓄电装置的充放电状态。这种布置确保了蓄电装置充放电状态检测的高度准确性。

在本发明动力输出装置的一个优选实施例中，所述控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机以及所述变速传递机构，以减小所述电机的转速。这种布置可以有效地防止蓄电装置的过度电力输入。在本发明动力输出装置的另一个优选结构中，所述控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机以及所述变速传递机构，以增大所述电机的转速。这种布置可以有效地防止蓄电装置的过度电力输出。

在本发明动力输出装置的一个优选实施例中，动力输出装置还包括一个学习装置，该学习装置学习所述变速传递机构的变速比的切替时的所述电机的转速的变化，所述控制装置参阅所述学习装置的学习结果，并基于所述学习结果切替所述变速传递机构的变速比。这种布置可以保证变速传递机构变速比的充分切替。例如和电机转速变化一样，该学习装置可以学习电机转速的变化速率，或者在带有液压驱动离合器的结构中，该学习装置可以学习离合器的接合状态或供给到离合器的液压状态。

在本发明动力输出装置的另一个优选实施例中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制装置根据所述发电结构的发电量改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。变速传递机构变速比的切替状态可以因此根据发电结构的发电量充分地改变。

在本发明动力输出装置的又一个优选实施例中，发电结构包括：被驱动以输出动力的内燃机；和电力动力输入输出机构，该电力动力输入输出机构与所述内燃机的输出轴和所述驱动轴连接，并经由电力和动力的输入和输出向所述驱动轴输出所述内燃机的至少一部分动力。在这种情况下，电力动力输入输出机构包括：三轴式动力输入输出装置，该三轴式动力输入输出装置与三根轴连接，并基于从和向所述三根轴中的任意两根轴输入和输出的动力自动从和向剩余一根轴输入和输出动力，所述三根轴是所述内燃机的输出轴、所述驱动轴和转动轴；以及从和向所述转动轴输入和输出动力的发电机。此外，电力动力输入输出机构还包括双转子电机，该双转子电机具有与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子，并被驱动以经由所述第一转子与所述第二转子的相对转动而转动。在本发明动力输出装置的另一个优选实施例中，发电结构包括燃料电池。

本发明另一种应用是装备具有上述任一布置的动力输出装置的机动车辆。即，本发明还涉及一种装备有动力输出装置的机动车辆，该装置用于将动力输出给驱动轴并具有连接到驱动轴的车轴。动力输出装置主要包括：接受燃料供给以发电的发电结构；输入和输出动力的电机；变速传递机构，该变速传递机构设置在所述电机的转动轴和所述驱动轴之间，以伴随变速比的切替来变换输入动力并传递变换的动力；向和从所述发电结构和所述电机传输电力的蓄电装置；检测所述蓄电装置的充放电状态的充放电状态检测装置；设定所述驱动轴所需的要求动力的要求动力设定装置；以及控制装置，该控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所述要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。

本发明机动车辆装备有上述任意动力输出装置，以及相应地起到与上述本发明动力输出装置类似的作用。例如，本发明机动车辆能有效地防止蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。

本发明还涉及一种驱动驱动轴的驱动系统，该驱动系统包括：输入和输出动力的电机；变速传递机构，该变速传递机构设置在所述电机的转动轴和所述驱动轴之间，以伴随变速比的切替来变换输入动力并传递变换的动力；向和从所述电机传输电力的蓄电装置；检测所述蓄电装置的充放电状态的充放电状态检测装置；设定所述驱动轴所需的要求动力的要求动力设定装置；以及控制装置，该控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所述要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。

本发明驱动系统在变速传递机构的变速比切替期间控制电机以及变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所需的要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。改变变速比的切替状态目的是在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。本发明驱动系统实现了变速传递机构的变速比切替，同时保持蓄电装置的充放电状态处于容许控制范围之内。这种布置有效地防止了蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。

本发明还涉及一种动力输出装置的控制方法。该动力输出装置包括：接受燃料供给以发电的发电结构；输入和输出动力的电机；变速传递机构，该变速传递机构设置在所述电机的转动轴和驱动轴之间，以伴随变速比的切替来变换输入动力并传递变换的动力；以及向和从所述发电结构和所述电机传输电力的蓄电装置。该控制方法包括以下的控制步骤：在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所需的要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。

本发明动力输出装置的控制方法在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所需的要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。改变变速比的切替状态的目的是在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。本发明驱动系统实现变速传递机构的变速比切替，同时保持蓄电装置的充放电状态处于容许控制范围之内。这种布置有效地防止了蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。

在本发明控制方法的一个优选实施例中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态处于所述容许控制范围内时，所述控制步骤以第一变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比，以及在所述蓄电装置的所检测的充放电状态处于所述容许控制范围外时，所述控制步骤以低于所述第一变化速率的第二变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比。在蓄电装置的充放电状态偏离容许控制范围时，此优选实施例的控制方法减小电机转速的变化速率，因而有效地防止蓄电装置的过度电力输入和过度电力输出。在本发明控制方法的另一个优选实施例中，所述变速传递机构改变至少一个液压驱动离合器的接合状态，以切替所述变速比，以及在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制步骤调节供给到所述离合器的液压状态并相应地改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。因此变速传递机构变速比的切替状态可以通过调节供给到离合器的液压状态得以充分改变。这里的术语“离合器”包括互连两个转动系统的传统离合器，以及将一个转动系统固定到非转动系统例如壳体的制动器。在本发明控制方法的又一个优选实施例中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制步骤基于所述电机的转速调节供给到所述离合器的液压状态，以将所述第二变化速率设定为所述电机的转速的变化速率。这种布置确保了电机变化速率的适当调节。

附图说明

图1是装备有本发明一个实施例的动力输出装置的混合动力车辆的示意图；

图2示出本实施例混合动力车辆中的变速器的示意结构；

图3示出本实施例混合动力车辆中的液压回路的示意结构；

图4是示出本实施例混合动力车辆中的混合动力电力控制单元所执行的驱动控制例程的流程图；

图5示出转矩要求设定映射图的一个示例；

图6示出设定目标转速Ne^*和目标转矩Te^*的发动机有效操作曲线；

图7是本实施例混合动力车辆中的动力分配集成机构的各转动元件的转矩转速动力学分析的直线图；

图8是由混合动力电子控制单元执行的变速控制例程的流程图；

图9示出电机MG2的转速Nm2，转矩指令Tm2^*，电力消耗(Nm2^*Tm2)以及升档期间制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*的时间变化；

图10示出电机MG2的转速Nm2，转矩指令Tm2^*，电力消耗(Nm2^*Tm2)以及降档期间制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*的时间变化；

图11是示出一个变形示例中的变形驱动控制例程的流程图；

图12是示出另一变形示例中的另一变形驱动控制例程的流程图；

图13是示出又一变形示例中的又一变形驱动控制例程的流程图；

图14是示出另一变形示例中的变速控制例程的流程图；

图15示意性地示出一个变形示例中的另一混合动力车辆的结构；

图16示意性地示出另一变形示例中的又一混合动力车辆的结构；以及

图17示意性地示出另一变形示例中的机动车辆的结构。

具体实施方式

以下将结合附图来说明作为优选实施例的本发明实施方式。图1示意性示出配备有本发明一个实施例的动力输出装置的混合动力车辆20的结构。如图所示，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22、经减振器28连接到曲轴26或发动机22输出轴的三轴式动力分配集成装置30、连接到动力分配集成装置30并可发电的电机MG1、经变速器60连接到动力分配集成装置30的电机MG2，以及控制整个混合动力车辆20运转的混合动力电子控制单元70。

发动机22是消耗烃类燃料，例如汽油或轻油，以输出动力的内燃机。发动机22受发动机电子控制单元24(以下称为发动机ECU24)的控制。发动机ECU24接收测量和检测发动机22运转状况的多个传感器的不同信号，例如，附连到曲轴26的曲柄位置传感器23的检测信号，ECU24还实施燃料喷射控制、点火控制和发动机22中的进气气流调节。发动机ECU24建立起与混合动力电子控制单元70之间的通讯并响应从混合动力电子控制单元70接收的控制信号来驱动和控制发动机22，并根据需要将关于发动机22运转状况的数据输出到混合动力电子控制单元70。

动力分配集成装置30具有作为外齿轮的太阳齿轮31、与太阳齿轮31同心设定作为内齿轮的齿圈32、与太阳齿轮31和齿圈32啮合的多个小齿轮33，以及支承多个小齿轮33的行星架34，这种方式可容许小齿轮自由公转和相对各自的轴自由地自转。即动力分配集成装置30构造成行星齿轮机构，其容许作为转动元件的太阳齿轮31、齿圈32和行星架34的差速运动。动力分配集成装置30中的行星架34、太阳齿轮31和轮圈32分别经齿圈轴32a与发动机22的曲轴26、电机MG1，以及减速齿轮35结合。当电机MG1用作发电机时，从发动机22输出的动力和经行星架34输入的动力根据变速比被分配到太阳齿轮31和齿圈32。另一方面，当电机MG1用作电动机时，从发动机22输出的动力和经行星架34输入的动力与从电机MG1输出的动力和经太阳齿轮31输入的动力结合，结合的动力输出到齿圈32。因此，输出到齿圈32的动力最终经齿轮机构37传递到驱动轮39a和39b，并从齿圈轴32a传递到差速齿轮38。

电机MG1和MG2被构造为公知的可作为发电机和电动机的同步电动发电机。电机MG1和MG2经逆变器41和42向和从电池50传输电力。连接电池50和逆变器41及42的电力线54被构造为由逆变器41及42共有的公用正总线和负总线。这种连接能使由电机MG1和MG2之一产生的电力被另一个电机MG2或MG1所消耗。因而电池50可以充入由电机MG1和MG2之一产生的过剩电力，并且可以放电以补偿电机MG1和MG2之一产生的不足电力。当电机MG1和MG2之间的电力输入和输出平衡时电池50既不充电也不放电。电机MG1和MG2两者都由电机电子控制单元40(以下称为电机ECU40)驱动和控制。电机ECU40接收驱动和控制电机MG1和MG2所需的信号，例如，来自转动位置检测传感器43和44的表示电机MG1和MG2的转子转动位置的信号和来自电流传感器(未示出)的表示用于电机MG1和MG2上的相电流的信号。电机ECU40向逆变器41和42输出切换控制信号。电机ECU40从转动位置检测传感器43和44获得输入信号以执行转速计算程序(未示出)来计算电机MG1和MG2的转子的转速Nm1和Nm2。电机ECU40建立与混合动力电子控制单元70之间的通讯，以响应从混合动力电子控制单元70接收的控制信号来驱动和控制电机MG1和MG2，并根据需要向混合动力电子控制单元70输出关于电机MG1和MG2的运转状况数据。

变速器60被设计成使电机MG2的转动轴48与齿圈轴32a连接或断开。在连接状态，变速器60可通过两种不同的齿轮减速比减小电机MG2的转动轴48的转速，并将减小的转速传递至齿圈轴32a。图2示出变速器60的一个典型结构。图2中示出的变速器60具有双小齿轮型行星齿轮机构60a、单小齿轮型行星齿轮机构60b和两个制动器B1和B1。双小齿轮型行星齿轮机构60a包括作为外齿轮的太阳齿轮61、与太阳齿轮61同心设定的作为内齿轮的齿圈62、与太阳齿轮61啮合的多个第一小齿轮63a、与多个第一小齿轮63a及齿圈62啮合的多个第二小齿轮63b，以及行星架64，行星架64用于支承第一小齿轮63a与第二小齿轮63b啮合并容许其公转和在其轴上自转。制动器B1的接合和脱开阻止和容许太阳齿轮61的转动。单小齿轮型行星齿轮机构60b包括作为外齿轮的太阳齿轮65、与太阳齿轮65同心设定的作为内齿轮的齿圈66、与太阳齿轮65和齿圈66啮合的多个小齿轮67，以及行星架68，行星架68支承多个小齿轮67以容许其公转和在其轴上自转。太阳齿轮65和行星架68分别连接电机MG2的转动轴48和齿圈轴32a。制动器B2的接合和脱开阻止和容许齿圈66的转动。双小齿轮型行星齿轮机构60a和单小齿轮型行星齿轮机构60b通过各自的齿圈62和66的连接及各自的行星架64和68的连接而啮合。在变速器60中，同时脱开制动器B1和B2将电机MG2的转动轴48从齿圈轴32a断开。脱开制动器B1并接合制动器B2以相对高的减速比Ghi减小电机MG2的转动轴48的转动，并把减速转动传递至齿圈轴32a。这一状态被称为Lo档位。接合制动器B1并脱开制动器B2以相对低的减速比Glo减小电机MG2的转动轴48的转动，并把减速转动传递至齿圈轴32a。这一状态被称为Hi档位。接合的制动器B1和B2阻止转动轴48和齿轮圈32a的转动。

图3示出制动器B1和B2通过液压回路100的作用而接合和脱开。液压回路100包括由发动机22的转动而驱动的机械泵102、具有内置电动机(未示出)的电动泵104、共同作用以调节机械泵102或电动泵104的管路液压PL的三通电磁阀106和压力控制阀108，线性螺线管110和111、控制阀112和113，以及共同作用以利用管路液压PL并调节制动器B1和B2的接合力的蓄能器114和115。在液压回路100中，三通电磁阀106的动作控制压力控制阀108的开-关位置从而调节管路液压PL。用于线性螺线管110和111的调节电流操控控制阀112和113的开-关位置，将管路液压PL传递至制动器B1和B2，从而调节制动器B1和B2的接合力。

电池50受电池电子控制单元52(以下称为电池ECU52)的管理和控制。电池ECU52输入管理和控制电池50所需的多种信号，例如，来自设于电池50端子之间的电压传感器51a的端子间电压Vb，来自设在连接电池50输出端子的电力线54的电流传感器51b的充放电电流Ib，和来自附连于电池50上的温度传感器51c的电池温度Tb。电池ECU52根据需要通过线路将关于电池50的情况的数据输出至混合动力电子控制单元70。为了管理和控制电池50，电池ECU52根据对电流传感器51b测量的充放电电流Ib的积分来计算电池50的剩余充电水平或电流充电状态(SOC)。

混合动力电子控制单元70被构造为包括CPU72、存储处理程序的ROM74、临时存储数据的RAM74、输入和输出端口(未示出)，以及通讯端口(未示出)的微处理器。混合动力电子控制单元70通过其输入端口，接收来自点火开关80的点火信号，来自变速位置传感器82的变速位置SP或者变速杆81的当前位置，来自加速踏板位置传感器84的加速器开度大小Acc或驾驶员对加速踏板83的踩下量，来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP或驾驶员对制动踏板85的踩下量，和来自车速传感器88的车速V。混合动力电子控制单元70通过其输出端口，输出信号至电机以启动电动泵104，并输出至三通电磁阀106，以及线性螺线管110和111。混合动力电子控制单元70通过其通讯端口与发动机ECU24、电机ECU40，以及电池ECU52建立通讯，以与上述的发动机ECU24、电机ECU40HE电池ECU52接收和发送多种控制信号和数据。

因此，本实施例构造的混合动力车辆20基于车速V和对应于驾驶员对加速踏板83的踩下量的加速器开度Acc的观测值，计算将输出至作为驱动轴的齿圈轴32a的转矩要求。发动机22以及电机MG1和MG2受到操控以将与算出的转矩要求相当的所需水平的动力输出给齿圈轴32a。发动机22以及电机MG1和MG2的操控选择性地完成转矩转换驱动模式、充放电驱动模式和电机驱动模式中的一种。转矩转换驱动模式控制发动机22的运转以输出与所需动力的水平相当的动力，同时驱动和控制电机MG1和MG2将从发动机22获得的所有动力输出通过动力分配集成装置30和电机MG1和MG2经过转矩转换输出至齿圈轴32a。充放电驱动模式控制发动机22的操作以输出与所需动力的水平和为电池50充电消耗或由电池50放电供给的电力量之和相当的动力量，同时驱动和控制电机MG1和MG2将产生于发动机22的等于所需动力水平量的全部或部分的动力输出通过动力分配集成装置30和电机MG1和MG2进行转矩转换并输出至齿圈轴32a，同时向电池50充电或放电。电机驱动模式阻止发动机22的运转，驱动和控制电机MG2输出等于所需动力水平量的动力至齿圈轴32a。

关于具有上述结构的本实施例的混合动力车辆20的运行说明。图4示出本实施例的混合动力车辆20中的混合动力电子控制单元70执行的驱动控制程序流程图。该驱动控制程序在预定时间间隔内重复运行，例如，每隔几兆秒。

在图4的驱动控制程序中，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的多种数据，即，来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自车速传感器88的车速V、电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、电池50的端子间电压Vb，以及电池50的输入限值Win及输出限值Wout(步骤S100)。电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2由转动位置检测传感器43和44测得的电机MG1和MG2各自转子的转动位置算出并通过通讯从电机ECU40接收。电池50的端子间电压Vb由电压传感器51a测得并通过通讯从电池ECU52接收。电池50的输入限值Win和输出限值Wout基于温度传感器51c测得的电池温度Tb以及电池50的充电状态SOC设定并通过通讯从电池ECU52接收。

数据输入后，CPU72基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，设定将要输出至齿圈轴32a或与驱动轮39a和39b连接的驱动轴的转矩要求Tr^*以及将要输出至发动机22的发动机动力要求Pe^*(步骤S110)。本实施例中，设定转矩要求Tr^*的具体步骤依照转矩要求Tr^*相对于加速器开度Acc和车速V的变化以转矩要求设定映射图预先存储在ROM74中，并从该转矩要求设定映射图中读取与给定加速器开度Acc和给定车速V相对应的转矩要求Tr^*。图5示出转矩要求设定映射图的一个示例。发动机动力要求Pe^*被计算为转矩要求Tr^*和齿圈轴32a的转速Nr的乘积、为电池50充电和从电池50放电的充放电功率要求Pb^*，以及潜在损失的和。齿圈轴32a的转速Nr通过车速V和预定换算系数K的乘积获得。

然后CPU72设定与发动机动力要求Pe^*相对应的发动机22的目标转速Ne^*和目标转矩Te^*(步骤S120)。发动机22的目标转速Ne^*和目标转矩Te^*根据确保发动机22有效操作的有效操作曲线和发动机动力要求Pe^*曲线确定。图6示出设定目标转速Ne^*和目标转矩Te^*的发动机22的有效操作曲线。在图6中清楚地示出，目标转速Ne^*和目标转矩Te^*限定为有效操作曲线和恒定发动机动力要求Pe^*的曲线的交点(＝Ne^*×Te^*)。

设定发动机22的目标转速Ne^*和目标转矩Te^*之后，CPU72根据发动机22的目标转速Ne^*、齿圈轴32a的转速Nr(＝V·k)，以及动力分配集成装置30的齿轮比ρ通过下面给出的式(1)计算电机MG1的目标转速Nm1^*，而根据电机MG1的计算获得到的目标转速Nm1^*和当前转速Nm1通过下面给出的式(2)计算电机MG1的转矩指令Tm1^*(步骤S130)：

Nm1^*＝Ne^*·(1+ρ)/ρ-V·k/ρ (1)

Tm1^*＝前一Tm1^*+k1(Nm1^*-Nm1)+k2∫(Nm1^*-Nm1)dt (2)

式(1)是动力分配集成装置30中的转动元件的动力学关系表达式。图7示出动力分配集成装置30中的各转动元件的转矩转速动力学分析的直线图。左轴线‘S’表示太阳齿轮31的转速，其等于电机MG1的转速Nm1。中轴线‘C’表示行星架34的转速，其等于发动机22的转速Ne。右轴线‘R’表示齿圈32的转速Nr。从图7的直线图中很容易得出式(1)。轴线‘R’处的两个向上的粗箭头分别表示当从在目标转速Ne^*和目标转矩Te^*的特定驱动点稳定操作的发动机22输出转矩Te^*时传递到齿圈轴32a的转矩，和当从电机MG2输出转矩Tm2^*时经变速器60施加给齿圈轴32a的转矩。式(2)是在目标转速Nm1^*时驱动电机MG1转动的反馈控制的关系表达式。在上面给出的式(2)中，右边第二项中的‘k1’和第三项中的‘k2’分别表示比例项增益和积分项增益。

在计算电机MG1的目标转速Nm1^*和转矩指令Tm1^*后，CPU72根据下面给出的式(3)和(4)计算下转矩限制Tmin和上转矩限制Tmax作为从电机MG2输出的最小和最大转矩(步骤S140)：

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分别得自于电池50的输入限值Win与作为电机MG1的转矩指令Tm1^*和电流转速Nm1的乘积的电机MG1的电力消耗(发电)之间的差值除以电机MG2的当前转速Nm2，以及电池50的输出限值Wout与电机MG1的电力消耗(发电)之间的差值除以电机MG2的当前转速Nm2。然后CPU72将电机MG2的当前转速Nm2除以齿圈轴32a或驱动轴的转速Nr(＝V·k)来计算变速器60的变速比Gr(步骤S150)。然后CPU72根据下面给出的式(5)基于转矩要求Tr^*、电机MG1的转矩指令Tm1^*、动力分配集成装置30的齿轮比ρ，以及变速器60的变速比Gr计算将从电机MG2输出的暂定电机转矩Tm2tmp(步骤S160)：

Tm2tmp＝(Tr^*+Tm1^*/ρ)/Gr (5)

CPU72将暂定电机转矩Tm2tmp限制在计算获得的下转矩限制Tmin和上转矩限制Tmax之间的范围以设定电机MG2的转矩指令Tm2^*(步骤S170)。以这种方式设定电机MG2的转矩指令Tm2^*将输出到齿圈轴32a或驱动轴的转矩要求Tr^*限制在电池50的输入限值Win和输出限值Wout之间的范围。从图7的直线图中可以很容易地得到式(5)。

然后CPU72识别是否存在切替变速器60的变速比的变速要求(步骤S180)。在本实施例的混合动力车辆20中，变速器60的变速要求根据转矩要求Tr^*和车速V以预定定时给出。在步骤S180中不存在变速要求时，CPU72向发动机ECU24发送发动机的目标转速Ne^*和目标转矩Te^*，并向电机ECU40发送电机MG1和MG2的转矩指令Tm1^*和Tm2^*(步骤S270)，然后退出驱动控制程序。发动机ECU24接收目标转速Ne^*和目标转矩Te^*，执行发动机22的燃料喷射控制和点火控制，以在目标转速Ne^*和目标转矩Te^*的特定驱动点驱动发动机22。电机ECU40接收转矩指令Tm1^*和Tm2^*，执行包括在各逆变器41和42中的转换元件的切换控制，以根据转矩指令Tm1^*驱动电机MG1和根据转矩指令Tm2^*驱动电机MG2。

另一方面，在步骤S180存在变速要求时，CPU72接着判定变速器60是否处于切替变速比的变速期间(步骤S190)。在步骤S190判定变速器60没有处于变速期间时，CPU72识别切替状态恢复标志F2的值(步骤S200)。当在步骤S200切替状态恢复标志F2的值为1时，CPU72将切替状态改变标志F1和切替状态恢复标志F2都重置为0(步骤S210)，并给出变速控制的开始指令，以切替变速器60的变速比(步骤S220)。另一方面，当在步骤S200切替状态恢复标志F2的值为0时，CPU72立即给出变速控制的开始指令(步骤S220)。步骤S220的程序之后，CPU72向相关ECU分别发送数据并结束驱动控制程序(步骤S270)。切替状态改变标志F1和切替状态恢复标志F2将会在后面详细描述。响应于变速控制的开始指令，混合动力电子控制单元70执行与图4的驱动控制程序并行的图8流程图示出的变速控制程序。变速控制的细节将在后面结合图8的流程图说明。

另一方面，在步骤S190判定变速器60处于变速期间时，将电池50的端子间电压Vb与下阈值Vbmin和上阈值Vbmax进行比较(步骤S230)。下阈值Vbmin和上阈值Vbmax被设定为等于或接近于电池50的容许上限电压和下限电压，并取决于电池50的特性。当从Lo档位到Hi档位的升档以切替变速器60的变速比时，电机MG2的输出转矩Tm2的变化相对于电机MG2的转速Nm2的变化有些延迟。这一延迟变化归因于转动位置检测传感器44的检测延迟，混合动力电子控制单元70和电机ECU40的计算延迟，以及混合动力电子控制单元70和电机ECU40之间的通讯延迟。所引起的电机MG2电力消耗的减少可能会造成向电池50过度输入电力。电池50的端子间电压Vb和上阈值Vbmax之间的比较判定电池50的充放电状态是否处于电池50的容许控制范围内。与升档相反，在从Hi档位到Lo档的降档以切替变速器60的变速比时，电机MG2的电力消耗可能会增大而造成从电池50过度输出电力。端子间电压Vb和下阈值Vbmin之间的比较判定电池50的充放电状态是否处于电池50的容许控制范围内。当在步骤S230中电池50的端子间电压Vb低于下限值Vbmin或高于上限值Vbmax时，判定电池50的充放电状态偏离电池50的容许控制范围。然后CPU72将切替状态改变标志F1设定为1(步骤S260)，并在结束驱动控制程序之前执行步骤S270的程序。另一方面，当在步骤S230中电池50的端子间电压Vb不低于下限值Vbmin或不高于上限值Vbmax时，即，处于下限值Vbmin和上限值Vbmax之间的范围时，判定电池50的充放电状态处于电池50的容许控制范围内。然后CPU72识别切替状态改变标志F1的值(步骤S240)。当在步骤S240中切替状态改变标志F1的值为1时，CPU72将切替状态恢复标志F2设定为1(步骤S250)，并在结束驱动控制程序之前执行步骤S270的程序。另一方面，当在步骤S240中切替状态改变标志F1的值为0时，CPU72立即执行步骤S270的程序并结束驱动控制程序。也就是说，在变速期间，响应于电池50的端子间电压Vb减小至下阈值Vbmin以下或响应于端子间电压Vb增大至上阈值Vbmax以上，切替状态改变标志F1被设定为1。响应于端子间电压Vb随后增大或减小到下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围，切替状态恢复标志F2被设定为1。在切替状态恢复标志F2等于1的情况下，切替状态改变标志F1和切替状态恢复标志F2在变速控制的下一周期中都被设定为0。

以下参照图8的流程图说明变速控制的细节。在图8的变速控制程序中，CPU72首先判定变速器60的变速要求是否为升档要求(步骤S300)。当在步骤S300判定为升档要求时，CPU72开始向制动器B1快速填油(步骤S310)和通过从制动器B2排放油而脱开制动器B2(步骤S320)。快速填油表示向储油容器中快速供油填充空间以接触摩擦元件。快速填油的具体过程以等于或接近100％的占空比致动用于制动器B1的线性螺线管110。制动器B1的快速填油和制动器B2的脱开的结果是(步骤S330)，CPU72输入电机MG2的转速Nm2、车速V，以及在图4的驱动控制程序中设定的切替状态改变标志F1(步骤S340)。然后CPU72将齿圈轴32a或驱动轴的转速Nr(＝V·k，V：车速，k：换算系数)与变速器60的Hi档位的变速比Ghi相乘以计算变速后电机MG2的目标转速Nm2^*(步骤S350)并识别切替状态改变标志F1的值(步骤S360)。当切替状态改变标志F1为0时，CPU72将目标转速变化ΔNm2^*设定为值N1以作为在变速器60的变速比切替期间电机MG2的转速Nm2所需的变化速率(步骤S370)。此处的值N1取决于电机MG2和液压回路100的性能。CPU72从电机MG2的当前转速Nm2减去前一转速Nm2(前一Nm2)以计算作为电机MG2转速Nm2实际变化速率的实际转速变化ΔNm2(步骤S390)。然后CPU72设定制动器B1的液压指令Pb1^*以使实际转速变化ΔNm2接近目标转速变化ΔNm2^*(步骤S400)，并调节线性螺线管110的占空比以向制动器B1提供与液压指令Pb1^*相当的液压(步骤S405)。步骤S400的具体程序根据下面给出的式(6)基于实际转速变化ΔNm2和目标转速变化ΔNm2^*设定制动器B1的液压指令Pb1^*：

Pb1^*＝前一Pb1^*+PID(ANm2，ANm2^*) (6)

式(6)是关于实际转速变化ΔNm2和目标转速变化ΔNm2^*之间差值的反馈控制函数表达式。函数PID包括反馈控制的比例项、积分项，以及微分项。以这种方式设定制动器B1的液压指令Pb1^*能使电机MG2的转速Nm2的变化速率得到适当调节。变速后，将电机MG2的转速Nm2与目标转速Nm2^*进行比较(步骤S410)。当在步骤S410中变速后电机MG2的转速Nm2不足以接近目标转速Nm2^*时，变速控制回到步骤S340并重复步骤S340到S410的程序。当在重复执行步骤S340至S410期间电机MG2变速后的转速Nm2充分接近目标转速Nm2^*时，CPU72调节线性螺线管110的占空比以接合制动器B1(步骤S420)并终止变速控制程序。另一方面，当在步骤S360中切替状态改变标志F1的值为1时，CPU72将目标转速变化ΔNm2^*设定为一绝对值小于值N1的值N2(步骤S380)并执行步骤S390及其后的程序。响应于升档期间切替状态改变标志F1设定为1，目标转速变化ΔNm2^*被设定为绝对值小于在切替状态改变标志F1等于0的情况下的目标转速变化ΔNm2^*的绝对值。设定小的绝对值会减小电机MG2的转速Nm2的变化速率。减小的转速Nm2变化速率防止了延迟检测、延迟计算和延迟通讯引起的电机MG2电力消耗的持续减小，因此有效防止电池50的过度电力输入。在图4驱动控制程序中的变速期间，一旦电池50的端子间电压Vb超出上阈值Vbmax和随后减小至或低于上阈值Vbmax，切替状态改变标志F1保持等于1，直至开始变速器60的下一变速(切替)。与响应于电池50的端子间电压Vb随后减小至或低于上阈值Vbmax而重置切替状态改变标志F1为0的程序相比较，即，与电机MG2转速Nm2的变化速率返回至前一水平的程序相比较，该控制程序理想地减小了电机MG2转速Nm2变化速率的变动造成的潜在冲击。

另一方面，在步骤S300判定为非升档要求而是降档要求时，CPU72开始向制动器B2快速填油(步骤S430)并通过从制动器B1排放油将制动器B1设定在半接合状态(步骤S440)。制动器B2快速填油和制动器B1半接合的结果是(步骤S450)，CPU72输入电机MG2的转速Nm2、车速V，以及在图4的驱动控制程序中设定的切替状态改变标志F1(步骤S460)。然后CPU72基于车速V、换算系数k，以及变速器60的Lo档位的变速比Glo来计算变速后电机MG2的目标转速Nm2^*(Nm2^*＝V·k·Glo)(步骤S470)，在变速后基于电机MG2的转速Nm2和计算获得的目标转速Nm2^*设定液压指令Pb2^*(步骤S490)。当在步骤S490切替状态改变标志F1的值为0时，CPU72设定目标转速变化ΔNm2^*的值为N3(步骤S500)。值N3取决于电机MG2和液压回路100的性能。另一方面，当在步骤S490切替状态改变标志F1的值为1时，CPU72设定目标转速变化ΔNm2^*为绝对值小于N3的值N4(步骤S510)。CPU72计算作为电机MG2的前一转速Nm2(前一Nm2)和当前转速Nm2之间差值的实际转速变动ΔNm2(步骤S520)，通过上面给出的式(6)设定制动器B1的液压指令Pb1^*以使实际转速变化ΔNm2接近目标转速变化ΔNm2^*(步骤S530)，并调节线性螺线管110和111的占空比，以分别向制动器B1和B2供给与液压指令Pb1^*和Pb2^*相当的液压(步骤S535)。变速后将电机MG2的转速Nm2与目标转速Nm2^*比较。在步骤S540中，当变速后电机MG2的转速Nm2不足以接近目标转速Nm2^*时，变速控制回到步骤S460并重复S460至S540的程序。当在重复执行步骤S460和S540期间变速后电机MG2的转速Nm2充分接近目标转速Nm2^*时，CPU72调节线性螺线管111的占空比以接合制动器B2，同时通过从制动器B1排放油而脱开制动器B1(步骤S550)和终止变速控制程序。在上面描述的升档操作的情况下，响应于降档操作期间切替状态改变标志F1设定为1，目标转速变化ΔNm2^*被设定为绝对值小于切替状态改变标志F1等于0的情况下的目标转速变化ΔNm2^*的绝对值。设定小的绝对值会减小电机MG2的转速Nm2的变化速率。减小的转速Nm2的变化速率防止了延迟检测、延迟计算，以及延迟通讯引起的电机MG2的电力消耗的持续增大，因此有效防止电池50的过度电力输出。在图4的驱动控制程序的变速期间，一旦电池50的端子间电压Vb减小至下阈值Vbmin以下和随后增大至或高于下阈值Vbmin，切替状态改变标志F1被保持等于1，直到开始变速器60的下一变速。与响应于电池50的端子间电压Vb随后增大至或高于下阈值Vbmin重置切替状态改变标志F1为0的程序相比较，即，与电机MG2的转速Nm2的变化速率返回至其前一水平的程序相比较，该控制程序理想地减小了电机MG2的转速Nm2的变化速率的变动所引起的潜在冲击。

图9示出升档期间电机MG2的转速Nm2、转矩指令Tm2^*、电力消耗(Tm2^*·Nm2)随时间的变化以及制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*随时间的变化。图10示出降档期间电机MG2的转速Nm2、转矩指令Tm2^*、电力消耗(Tm2^*·Nm2)随时间的变化以及制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*随时间的变化。在图9和10的时间图表中，实线表示由于响应于在时刻t1电池50的充放电状态偏离容许控制范围而改变电机MG2的转速Nm2的变化速率的控制，各个因素随时间的变化。为了进行比较，虚线表示由于即使在时刻t1电池50的充放电状态偏离容许控制范围之后仍保持电机MG2的转速Nm2的变化速率不变的控制，各个因素随时间的变化。升档期间如图9中的实线所示，这一实施例的控制程序减小要接合的制动器B1的液压指令Pb1^*，由此在电池50的充放电状态偏离容许控制范围之后，减小了电机MG2转速Nm2的变化速率。转速Nm2的变化速率的减小防止了电机MG2的电力消耗(Tm2^*·Nm2)的持续减小，因此有效防止电池50的过度电力输入。另一方面，降档期间如图10中的实线所示，这一实施例的控制程序增大了要脱开的制动器B1的液压指令Pb1^*，由此在电池50的充放电状态偏离容许控制范围之后，减小了电机MG2的转速Nm2的变化速率。转速Nm2的变化速率的减小防止了电机MG2的电力消耗(Tm2^*·Nm2)的持续增大，因此有效防止电池50的过度电力输出。

如上所述，本实施例中的混合动力车辆20在变速器60的切替期间响应于电池50的端子间电压Vb减小到下阈值Vbmin以下或者响应于电池50的端子间电压Vb增大到上阈值Vbmax以上，改变制动器B1的液压指令Pb1^*，以减小电机MG2的转速Nm2的变化速率。转速Nm2的变化速率的减小防止了因检测延迟、计算延迟、通信延迟所引起的电机MG2的电力消耗的持续减小或增大，有效防止电池50的过度电力输入或过度电力输出的缺陷。减小的转速Nm2的变化速率不会返回到前一水平，而是保持不变，即使电池50的端子间电压Vb随后增大或减小到下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围。与响应于电池50的端子间电压Vb随后增大或减小到下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围而使电机MG2转速Nm2的变化速率返回前一水平的程序相比较，这种布置有利地减小因改变电机MG2转速Nm2的变化速率而引起的潜在冲击。

在上述实施例的混合动力车辆20中，图4的驱动控制程序基于步骤S230测得的电池50的端子间电压Vb，判定电池50的充放电状态是否在容许控制范围内。关于电池50的充放电状态的容许控制范围，除了端子间电压Vb或为替代端子间电压Vb，也可基于测得的电池50的充放电电流Ib。

在上述实施例的混合动力车辆20中，图4的驱动控制程序仅响应于变速器60完成当前变速后开始下一变速时将切替状态改变标志F1重置为0，只要电池50的端子间电压Vb在切替状态改变标志F1设定为1之后持续增大或减小到下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围。但是，切替状态改变标志F1重置为0的定时并不限于变速器60下一变速的开始时刻，而可以是变速器60完成当前变速之后的任一恰当时刻。

在上述实施例的混合动力车辆20中，即使当电池50的端子间电压Vb随后增大或减小到下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围时，图4的驱动控制程序也不会将切替状态改变标志F1重置为0，而是保持切替状态改变标志F1等于1直到变速器60完成当前变速开始变速器60下一变速。驱动控制程序的一个可能变形是响应于电池50的端子间电压Vb随后增大或减小到下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围将切替状态改变标志F1重置为0。驱动控制程序的变形部分在图11的流程图中示出。在图11的变形驱动控制程序中，如果在步骤S180中存在变速器60的变速要求，且在步骤S190判定变速器60不处于变速期间，CPU72立即给出变速控制的开始指令(步骤S220)。另一方面，当在步骤S190判定变速器60处于变速期间时，将电池50的端子间电压Vb与下阈值Vbmin和上阈值Vbmax相比较(步骤S230)。当在步骤S230中电池50的端子间电压Vb处于下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围时，切替状态改变标志F1重置为0(步骤S250b)。另一方面，当在步骤S230中电池50的端子间电压Vb低于下阈值Vbmin或高于上阈值Vbmax时，切替状态改变标志F1重置为1(步骤S260)。变形的驱动控制程序可根据电池50的端子间电压Vb来改变电机MG2的转速Nm2的变化速率。

在上述实施例的混合动力车辆20中，在变速期间，图4中的驱动控制程序响应于电池50的端子间电压Vb减小到下阈值Vbmin以下或响应于电池50的端子间电压Vb增大到上阈值Vbmax以上，立即将切替状态改变标志F1重置为1。驱动控制程序的一个可能变形是响应于变速器60完成当前变速且开始下一变速，将切替状态改变标志F1重置为1。变形的这部分驱动控制程序在图12的流程图中示出。在图12的变形驱动控制程序中，如果在步骤S180中存在变速器60的变速要求，且在步骤S190中判定变速器60不处于变速期间，CPU72识别暂定切替状态改变标志F3的值(步骤S192)。当在步骤S192中暂定切替状态改变标志F3的识别值为1时，变形驱动控制程序在将切替状态改变标志F1设定为1后(步骤S194)进入步骤S200。另一方面，当在步骤S192中暂定切替状态改变标志F3的识别值为0时，变形驱动控制程序直接进入步骤S200。暂定切替状态改变标志F3示出在前一变速期间电池50的充放电状态是否偏离容许控制范围。如下所述，暂定切替状态改变标志F3最初设定为0，在步骤S260c中设定为1。 CPU72随后识别切替状态恢复标志F2的值(步骤S200)。当在步骤S200中切替状态恢复标志F2的识别值为1时，变形驱动控制程序将切替状态改变标志F1、切替状态恢复标志F2和暂定切替状态改变标志F3都重置为0(步骤S210c)，并给出变速控制的开始指令(步骤S220)。另一方面，当在步骤S200中切替状态恢复标志F2的识别值为0时，变形驱动控制程序立即给出变速控制的开始指令(步骤S220)。另一方面，当在步骤S190中判定变速器60处于变速期间时，将电池50的端子间电压Vb与下阈值Vbmin和上阈值Vbmax相比较(步骤S230)。当在步骤S230中电池50的端子间电压Vb低于下阈值Vbmin或高于上阈值Vbmax时，CPU72将暂定切替状态改变标志F3重置为1(步骤S260c)。当在步骤S230中电池50的端子间电压Vb在下阈值Vbmin和上阈值Vbmax之间的范围时，CPU72将识别切替状态改变标志F1的值(步骤S240)。当在步骤S240中切替状态改变标志F1的识别值为1时，CPU72将切替状态恢复标志F2的值设定为1(步骤S250)。在变速期间，当电池50的端子间电压Vb减小到下阈值Vbmin以下或增大到上阈值Vbmax以上时，这一变形驱动控制程序响应于变速器60完成当前变速之后开始变速器60下一变速，将切替状态改变标志F1的值设定为1。这样的程序设定有效减小变速器60变速期间由于改变电机MG2的转速Nm2的变化速率引起的潜在冲击。

驱动控制程序另一可能变形是，可以基于低于下阈值Vbmin或高于上阈值Vbmax的电池50的端子间电压Vb的大小，在紧接着电池50的端子间电压Vb减小或增大的定时与变速器60的下一变速的开始定时之间，选择将切替状态改变标志F1设定为1的定时。驱动控制程序的变形部分在图13的流程图中示出。图13中的变形驱动控制程序与图12中的相似，除了步骤S600到S603的过程代替了步骤S260c。在图13的变形驱动控制程序中，当在变速期间电池50的端子间电压Vb减小到下阈值Vbmin以下或增大到上阈值Vbmax以上时(步骤S190和S230)，CPU72用电池50的端子间电压Vb减去上阈值Vbmax，并将相减结果与基准值Vbref进行比较(步骤S600)。CPU72也可以用下阈值Vbmin减去电池50的端子间电压Vb，并将相减结果与基准值Vbref进行比较(步骤S610)。基准值Vbref用作说明电池50充放电状态偏离容许控制范围的程度的标准并且取决于电池50的性能。当步骤S600中电池50的端子间电压Vb与上阈值Vbmax的相减结果不低于基准值Vbref时，或者步骤S610中下阈值Vbmin与电池50的端子间电压Vb的相减结果不低于基准值Vbref时，可以判定电池50的充放电状态显著偏离容许控制范围。然后将切替状态改变标志F1设定为1(步骤S630)。在切替状态改变标志F1设定为1以后，图8的变速控制程序减小了电池50转速Nm2的变化速率，相应地防止了电池50的过度电力输入和输出。当步骤S600中电池50的端子间电压Vb与上阈值Vbmax的相减结果低于基准值Vbref时，或者步骤S610中下阈值Vbmin与电池50的端子间电压Vb的相减结果低于基准值Vbref时，将暂定切替状态改变标志F3重置为1(步骤S620)。在暂定切替状态改变标志F3重置为1的情况下，在变速器60完成当前变速开始下一变速时，切替状态改变标志F1设定为1。这样的程序设定有效减小了由于在变速期间改变电机MG2的转速Nm1的变化速率而引起的潜在冲击。

在上述实施例的混合动力车辆20中，当步骤S230中的比较显示电池50的端子间电压Vb减小到下阈值Vbmin以下或增大到上阈值Vbmax以上时，图4的驱动控制程序将切替状态改变标志F1设定为1，不管变速器60升档或降档。一种可能的变形可以是仅在变速器60升档期间或仅在变速器60降档期间将换挡状态变化标志F1设定为1。也就是仅在变速器60升档期间或仅在变速器60降档期间，根据电池50的充放电状态改变电机MG2的转速Nm2的变化速率。

上述实施例的混合动力车辆20中，在升档期间，图8的变速控制程序将绝对值小于N1的值N2赋予目标转速变化ΔNm2^*，而在降档期间，将绝对值小于N3的值N4赋予目标转速变化ΔNm2^*。值N2和N4的设定可以考虑电机MG1的发电量。

上述实施例的混合动力车辆20中，在变速期间，响应于切替状态改变标志F1设定为1，图8的变速控制程序改变制动器B1的液压指令Pb1^*以减小电机MG2转速Nm2的变化速率。可以通过改变制动器B2的液压指令Pb2^*，或者改变制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*，来获得电机MG2转速Nm2减小的变化速率。实施例中的混合动力车辆20在制动器B1的半接合状态和制动器B2的脱开状态切替变速器60的变速比。也可以在制动器B1和B2两者的半接合状态切替变速器60的变速比。

实施例中的混合动力车辆20设定制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*，而不管在变速器60前一变速中电机MG2转速Nm2的变化速率。一个变形程序可学习在变速器60前一变速中电机MG2转速Nm2的变化速率、制动器B1和B2的接合脱开状态、供给制动器B1和B2的液压，并基于所学习的结果设定制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*。

实施例中的混合动力车辆20使用PID反馈控制的函数表达式来设定制动器B1的液压指令Pb1^*。然而，反馈控制并不限于PID控制，也可以是没有微分项的PI控制，或者是没有积分项和微分项的比例控制。制动器B1的液压指令Pb1^*的设定不限于这些反馈控制，可以通过其它控制技术来调整。

在上述实施例的混合动力车辆20中，图8的变速控制程序基于实际转速变化ΔNm2和目标转速变化ΔNm2^*设定制动器B1的液压指令Pb1^*。制动器B1的液压指令Pb1^*可以通过其它技术设定。在图14的流程图中示出变形的变速控制程序。在图14的变形变速控制程序中，当为升档要求时(步骤S300)，完成制动器B1的快速填油和制动器B2的脱开之后(步骤S310和S330)，CPU72输入电机MG2的转速Nm2、车速V以及切替状态改变标志F1(步骤S340)，并设定变速后电机MG2的目标转速Nm2^*(步骤S350)。然后CPU72基于电机MG2的转速Nm2和变速后的目标转速Nm2^*来设定制动器B1的液压指令Pb1^*(步骤S700)。当切替状态改变标志F1的识别值为1时(步骤S710)，通过从制动器B1的液压指令Pb1^*减去预定正值Δα1来补正制动器B1的液压指令Pb1^*(步骤S720)。变形的变速控制程序继续执行步骤S405及其后续步骤。另一方面，当存在降档要求时(步骤S300)，完成制动器B2的快速填油和制动器B1的半接合之后(步骤S430和S450)，CPU72输入电机MG2的转速Nm2、车速V和切替状态改变标志F1(步骤S460)，并设定变速后的电机MG2的目标转速Nm2^*(步骤S470)。然后CPU72基于电机MG2的转速Nm2和变速后的电机MG2的目标转速Nm2^*来设定制动器B1和B2的液压指令Pb1^*和Pb2^*(步骤S480和S730)。当切替状态改变标志F1的识别值为1时(步骤S740)，给制动器B1的液压指令Pb1^*加上预定正值Δα2来补正制动器B1的液压指令Pb1^*(步骤S750)。变形的变速控制程序继续执行步骤S535及其后续步骤。响应于升档期间切替状态改变标志F1设定为1，要接合的制动器B1的液压指令Pb1^*减小，以减小电机MG2的转速Nm2的变化速率。相反，响应于降档期间切替状态改变标志F1设定为1，要脱开的制动器B1的液压指令Pb1^*增大，以减小电机MG2的转速Nm2的变化速率。这样的程序设定防止在变速器60的变速比切替期间电机MG2电力消耗持续减小或增大，可以有效防止电池50的过度电力输入和输出。

在上述实施例的混合动力车辆20中，液压回路100用作制动器B1和B2的致动器。然而，液压致动器不是必需的，可以用其它任意合适的致动器来代替，例如电机致动器或螺线管致动器。

在实施例的混合动力车辆20中，电机MG2的动力用于变速器60中的变速并输出到齿圈轴32a或驱动轴。本发明技术也可以应用于图15所示实施例的混合动力车辆120。在图15的混合动力车辆120中，电机MG2的动力用于变速器60中的变速并输出到与驱动车轮39c和39d相连的车轴，所述车轴不同于与齿圈轴32a相连并连接到驱动轮39a和39b的车轴。

在实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力通过动力分配集成装置30输出到齿圈轴32a，该齿圈轴用作与驱动轮39a和39b相连的驱动轴。在图16的另一可能变形中，混合动力车辆220具有双转子电机230，其具有与发动机22的曲轴26相连的内转子232和与将动力输出到驱动轮39a和39b的驱动轴相连的外转子234，该外转子将从发动机22输出的一部分动力传输到驱动轴，同时将剩余动力转换成电力。

上述实施例涉及具有动力输出装置的混合动力车辆20，其中，发动机22和电机MG1通过动力分配集成装置30连接到齿圈轴32a或驱动轴，电机MG2通过变速器60连接到驱动轴。然而，在某种意义上这种配置不是限制性的，本发明技术也应用于除了电机MG2外，还装配有接受燃料供给以发电的发电结构的任何机动车辆。例如，图17中所示的变形实施例，本发明技术应用于装配有燃料电池FC的机动车辆320。这一变形结构中的燃料电池FC可以用发动机和发电机的组合所代替，其中发电机消耗发动机的输出动力以发电。本发明技术也可应用于不具有这样的发电结构的驱动系统，它是用变速器通过变速来变换电机MG2的输出动力，并将已变换的输出动力输出到驱动轴。

实施例涉及装配有动力输出装置的混合动力车辆。本发明动力输出装置可安装于任何汽车、其它车辆、飞机和轮船。本发明技术也可由包括动力输出装置的驱动系统或动力输出装置的控制方法来实现。

上述实施例及其改进形式在所有方面是作为说明而不是进行限制，可以有不脱离本发明主要特征之范围或实质的其它一些变形、变化和改变。

工业应用

本发明技术优选用于动力输出装置、驱动系统和机动车辆的制造业。

Claims

1.一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述动力输出装置包括：

接受燃料供给以发电的发电结构；

输入和输出动力的电机；

变速传递机构，该变速传递机构设置在所述电机的转动轴和所述驱动轴之间，以伴随变速比的切替来变换输入动力并传递变换的动力；

向和从所述发电结构和所述电机传输电力的蓄电装置；

检测所述蓄电装置的充放电状态的充放电状态检测装置；

设定所述驱动轴所需的要求动力的要求动力设定装置；以及

控制装置，该控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所述要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围，

其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态处于所述容许控制范围内时，所述控制装置以第一变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比；以及

在所述蓄电装置的所检测的充放电状态处于所述容许控制范围外时，所述控制装置以低于所述第一变化速率的第二变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比。

2.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述变速传递机构改变至少一个液压驱动离合器的接合状态，以切替所述变速比，以及

在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制装置调节供给到所述离合器的液压状态并相应地改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。

3.根据权利要求2所述的动力输出装置，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制装置基于所述电机的转速调节供给到所述离合器的液压状态，以将所述第二变化速率设定为所述电机的转速的变化速率。

4.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述变速传递机构改变至少一个液压驱动离合器的接合状态，以切替所述变速比，以及

5.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围并且之后重新进入所述容许控制范围时，所述控制装置在完成所述变速传递机构的变速比的当前切替之后，将所述变速传递机构的变速比的切替状态返回前一切替状态。

6.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制装置在完成所述变速传递机构的变速比的当前切替之后，在所述变速传递机构的变速比的下一切替开始时，改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。

7.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制装置基于所述蓄电装置的充放电状态，设定改变所述变速传递机构的变速比的切替状态的条件。

8.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述充放电状态检测装置基于所述蓄电装置的输出端子之间的电压和所述蓄电装置的输出端子之间的电流中的至少一方，检测所述蓄电装置的充放电状态。

9.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机以及所述变速传递机构，以减小所述电机的转速。

10.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机以及所述变速传递机构，以增大所述电机的转速。

11.根据权利要求1所述的动力输出装置，所述动力输出装置还包括：

学习装置，该学习装置学习所述变速传递机构的变速比的切替时的所述电机的转速的变化，

其中，所述控制装置参阅所述学习装置的学习结果，并基于所述学习结果切替所述变速传递机构的变速比。

12.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制装置根据所述发电结构的发电量改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。

13.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述发电结构包括：被驱动以输出动力的内燃机；和电力动力输入输出机构，该电力动力输入输出机构与所述内燃机的输出轴和所述驱动轴连接，并经由电力和动力的输入和输出向所述驱动轴输出所述内燃机的至少一部分动力。

14.根据权利要求13所述的动力输出装置，其中，所述电力动力输入输出机构包括：三轴式动力输入输出装置，该三轴式动力输入输出装置与三根轴连接，并基于从和向所述三根轴中的任意两根轴输入和输出的动力自动从和向剩余一根轴输入和输出动力，所述三根轴是所述内燃机的输出轴、所述驱动轴和转动轴；以及从和向所述转动轴输入和输出动力的发电机。

15.根据权利要求13所述的动力输出装置，其中，所述电力动力输入输出机构包括双转子电机，该双转子电机具有与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子，并被驱动以经由所述第一转子与所述第二转子的相对转动而转动。

16.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述发电结构包括燃料电池。

17.一种装备有根据权利要求1至15中任一项所述的动力输出装置的机动车，该机动车具有与所述驱动轴连接的车轴。

18.一种驱动驱动轴的驱动系统，所述驱动系统包括：

输入和输出动力的电机；

向和从所述电机传输电力的蓄电装置；

检测所述蓄电装置的充放电状态的充放电状态检测装置；

设定所述驱动轴所需的要求动力的要求动力设定装置；以及

控制装置，该控制装置在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所述要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。

19.一种动力输出装置的控制方法，所述动力输出装置包括：接受燃料供给以发电的发电结构；输入和输出动力的电机；变速传递机构，该变速传递机构设置在所述电机的转动轴和驱动轴之间，以伴随变速比的切替来变换输入动力并传递变换的动力；以及向和从所述发电结构和所述电机传输电力的蓄电装置，

所述控制方法包括步骤：

在所述变速传递机构的变速比的切替期间控制所述发电结构、所述电机和所述变速传递机构，以确保向所述驱动轴输出与所需的要求动力基本相当的动力，并改变所述变速传递机构的变速比的切替状态，从而在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离作为所述蓄电装置的容许充电状态范围设定的容许控制范围时，使所述蓄电装置的充放电状态进入所述容许控制范围。

20.根据权利要求19所述的控制方法，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态处于所述容许控制范围内时，所述控制步骤以第一变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比，以及

在所述蓄电装置的所检测的充放电状态处于所述容许控制范围外时，所述控制步骤以低于所述第一变化速率的第二变化速率改变所述电机的转速并相应地切替所述变速传递机构的变速比。

21.根据权利要求20所述的动力输出装置的控制方法，其中，所述变速传递机构改变至少一个液压驱动离合器的接合状态，以切替所述变速比，以及

在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制步骤调节供给到所述离合器的液压状态并相应地改变所述变速传递机构的变速比的切替状态。

22.根据权利要求21所述的动力输出装置的控制方法，其中，在所述蓄电装置的所检测的充放电状态偏离所述容许控制范围时，所述控制步骤基于所述电机的转速调节供给到所述离合器的液压状态，以将所述第二变化速率设定为所述电机的转速的变化速率。