CN101223067B - 混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法 - Google Patents

混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法 Download PDF

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Abstract

在混合动力车辆中采用的本发明的驱动控制指定了随着车速增大而赋予发动机的低转速区域中更大的转矩的运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机的运行。因而发动机能够在更高效率驱动点被驱动，同时与驱动相关的背景噪声有效地掩盖了由发动机在低转速高转矩区域中运行所引起的某些异常噪声或者含混噪声。此布置有利地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然和不舒适，并提高了混合动力车辆的能量效率。

Description

混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法。
背景技术
已经提出了一种混合动力车辆，其通过行星齿轮机构和两个电动机对发动机的输出动力进行转矩转换来驱动(参见例如日本专利公开公报No.2005-127185)。当要从发动机输出的驱动力要求在发动机的含混(muffled)噪声区域中时，此提出的混合动力车辆设定滞后特性以使发动机以接近含混噪声区域边界的驱动点运行。这抑制了含混噪声的产生。
发明内容
在此发动机的驱动点任意变化的混合动力车辆中，要求发动机在不产生含混噪声的区域中运行以防止驾驶者和其它乘客感觉到不自然或者不舒适。为了更好地利用能源，还要求进一步提高混合动力车辆的能量效率。
本发明的混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法旨在防止驾驶者和其它乘客由于内燃机的某些异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适。本发明的混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法还旨在提高能量效率。
为了实现以上和其它相关目的的至少一部分，本发明的混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法具有以下所述的构造。
本发明涉及第一混合动力车辆。第一混合动力车辆包括：内燃机，其具有输出轴并输出动力；电力机械动力输入输出机构，其连接到内燃机的输出轴并连接到混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将内燃机的输出动力的至少一部分传递到车轴；电动机，其能够输出动力以驱动混合动力车辆；蓄电单元，其从电力机械动力输入输出机构和电动机输入电力以及向电力机械动力输入输出机构和电动机输出电力；噪声水平检测模组，其检测与驱动相关的噪声水平；驱动力要求设定单元，其设定为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求；运行限制设定模组，其基于所检测的噪声水平来设定对内燃机的运行所施加的运行限制；以及控制模组，其控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与所设定的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。
本发明的第一混合动力车辆基于与驱动相关的噪声水平设定对内燃机的运行所施加的运行限制，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。与驱动相关的噪声掩盖了由内燃机的运行引起的异常噪声或者含混噪声。因而根据与驱动相关的噪声水平来设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以防止驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适。然后内燃机以此运行限制运行。此布置有效地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适。根据与驱动相关的噪声水平来设定运行限制能够在根据与驱动相关的噪声水平来改变运行限制方面具有自由度。因而可以设定对内燃机的运行所施加的运行限制以将内燃机的对于固定输出水平的效率提高到防止驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适的程度。这样设定运行限制有利地提高了内燃机的效率，因而提高了混合动力车辆的能量效率。此处，“与驱动相关的噪声水平”优选地包括由内燃机的常规运行引起的噪声。
在本发明的第一混合动力车辆中，运行限制设定模组可以设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着所检测的噪声水平的升高而提高内燃机对于固定输出水平的效率。此布置提高了内燃机的效率。
在本发明的第一混合动力车辆中，运行限制设定模组可以设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着所检测的噪声水平的升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩。运行限制设定模组还可以设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着所检测的噪声水平的升高而升高对由内燃机的运行引起的含混噪声的允许水平。
在本发明的第一混合动力的一个优选应用中，噪声水平检测模组具有测量混合动力车辆的车速的车速测量单元。对应于越高的所测量的车速，噪声水平检测模组设定越高的噪声水平。内燃机根据车速运行更有效地防止驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适。
本发明涉及第二混合动力车辆。第二混合动力车辆包括：内燃机，其具有输出轴并输出动力；电力机械动力输入输出机构，其连接到内燃机的输出轴并连接到混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将内燃机的输出动力的至少一部分传递到车轴；电动机，其能够输出动力以驱动混合动力车辆；蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输入电力以及向所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输出电力；驱动力要求设定单元，其设定为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求；车速测量单元，其测量混合动力车辆的车速；运行限制设定模组，其设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着所测量的车速的升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩；以及控制模组，其控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与所设定的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。
本发明的第二混合动力车辆设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着所测量的车速的升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与所设定的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。与驱动相关的噪声随着车速增大而增大。与驱动相关的噪声掩盖了由内燃机的运行引起的异常噪声或者含混噪声。内燃机通常在低转速高转矩区域中造成含混噪声，同时低转速区域中的转矩越高，效率越高。对内燃机的运行所施加的运行限制因而被设定成随着混合动力车辆的车速升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩。然后，内燃机在所施加的运行限制下运行。此布置有效地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适，同时提高了内燃机的效率。
在本发明的第一混合动力车辆和第二混合动力车辆中，电力机械动力输入输出机构可以包括：三轴式动力输入输出模组，其连接到三个轴，所述三个轴为内燃机的输出轴、车轴和转轴，三轴式动力输入输出模组基于从所述三个轴中任意两个轴输入的动力和向所述三个轴中所述任意两个轴输出的动力来从其余一个轴输入动力和向所述其余一个轴输出动力；以及发电机，其从转轴输入动力和向转轴输出动力。电力机械动力输入输出机构还可以是转子对电动机，其具有连接到内燃机的输出轴的第一转子和连接到车轴的第二转子，并通过第一转子相对于第二转子的旋转而被驱动旋转。
本发明还涉及本发明的第一混合动力车辆的控制方法。第一混合动力车辆包括：内燃机，其具有输出轴并输出动力；电力机械动力输入输出机构，其连接到内燃机的输出轴并连接到混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将内燃机的输出动力的至少一部分传递到车轴；电动机，其能够输出动力以驱动混合动力车辆；以及蓄电单元，其从电力机械动力输入输出机构和电动机输入电力以及向电力机械动力输入输出机构和电动机输出电力。该控制方法基于与驱动相关的噪声水平来设定对内燃机的运行所施加的运行限制，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。
本发明的第一混合动力车辆的控制方法基于与驱动相关的噪声水平来设定对内燃机的运行所施加的运行限制，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。与驱动相关的噪声掩盖了由于内燃机的运行引起的异常噪声或者含混噪声。因而根据与驱动相关的噪声来设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以防止驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适。然后内燃机以此运行限制运行。此布置有效地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适。根据与驱动相关的噪声水平来设定运行限制使得能够在根据与驱动相关的噪声水平改变运行限制方面具有自由度。因而可以设定对内燃机的运行所施加的运行限制以将内燃机对于固定输出水平的效率提高到防止驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适的程度。这样设定运行限制有利地提高了内燃机的效率，因而提高了混合动力车辆的能量效率。
在本发明的第一混合动力车辆的控制方法的一个优选实施例中，控制方法设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着与驱动相关的噪声水平的升高而提高内燃机对于固定输出水平的效率，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机。此布置提高了内燃机的效率。
在本发明的第一混合动力车辆的控制方法的一个应用中，控制方法设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着与驱动相关的噪声水平的升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机。在本发明的第一混合动力车辆的控制方法的另一应用中，控制方法设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着与驱动相关的噪声水平的升高而升高对由内燃机的运行引起的含混噪声的允许水平，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机。
在本发明的第一混合动力车辆的控制方法的一个优选应用中，控制方法利用混合动力车辆的车速作为表示或者表征与驱动相关的噪声水平的参数来设定对内燃机的运行所施加的运行限制，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机。内燃机根据车速运行更有效地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到的不自然或者不舒适。
本发明还涉及的本发明的第二混合动力车辆的控制方法，该混合动力车辆包括：内燃机，其具有输出轴并输出动力；电力机械动力输入输出机构，其连接到内燃机的输出轴并连接到混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将内燃机的输出动力的至少一部分传递到车轴；电动机，其能够输出动力以驱动混合动力车辆；以及蓄电单元，其从电力机械动力输入输出机构和电动机输入电力以及向电力机械动力输入输出机构和电动机输出电力。该控制方法设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着混合车辆的车速升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。
本发明的第二混合动力车辆的控制方法设定对内燃机的运行所施加的运行限制，以随着所测量的车速的升高而增大内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩，并控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机以使内燃机在所施加的运行限制下运行，并以与为驱动混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动混合动力车辆。与驱动相关的噪声随着车速升高而增大。与驱动相关的噪声掩盖了由内燃机的运行引起的异常噪声或者含混噪声。内燃机通常在低转速高转矩区域中造成含混噪声，同时低转速区域中的转矩越高，效率越高。对内燃机的运行所施加的运行限制因而设定成随着混合动力车的车速升高而增大内燃机的在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩。然后内燃机在所施加的运行限制下运行。此布置有效地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然或者不舒适，同时提高了内燃机的效率。
附图说明
图1示意性图示在本发明一个实施例中的混合动力车辆的构造；
图2是示出了示出了由安装在本实施例的混合动力车辆上的混合动力电子控制单元执行的驱动控制例程的流程图；
图3示出了转矩要求设定图的一个示例；
图4示出了针对不同车速V设置来设定由转速和转矩的组合所限定的发动机运行点的运行线L；
图5是示出了本实施例的混合动力车辆所包括的动力分配集成机构的各个旋转元件的转矩-转速动力学的共线图；
图6示出了驱动控制例程的修改流程的流程图；
图7示出了针对不同的噪声水平DB设置来设定由转速和转矩的组合限定的发动机的运行点的运行线L；
图8示意性图示了在一个修改示例中另一混合动力车辆的构造；以及
图9示意性图示了在另一修改示例中又一混合动力车辆的构造。
具体实施方式
以下参照附图将实现本发明的一个方式作为优选实施例进行描述。图1示意性地图示了在本发明的一个实施中其上安装有动力输出设备的混合动力车辆20的构造。如所示，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22、三轴式动力分配集成机构30、电动机MG1、安装到用作驱动轴的齿圈轴32a的减速齿轮35、与减速齿轮35连接的另一个电动机MG2和控制整个动力输出设备的混合动力电子控制单元70，三轴式动力分配集成机构30经由阻尼器28与用作发动机22的输出轴的曲轴26连接，电动机MG1与动力分配集成机构30连接，并能够发电，齿圈轴32a与动力分配集成机构30连接。
发动机22是消耗诸如汽油或者轻油之类的烃燃料以输出动力的内燃机。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的运行状况的各种传感器接收信号，并负责发动机22的运行控制(例如，燃料喷射控制、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建立通信，以响应于从混合电子控制单元70传输的控制信号控制发动机22的运行，并根据要求将与发动机22的运行状况有关的数据输出到混合动力电子控制单元70。
动力分配集成机构30具有作为外齿轮的太阳轮31、作为内齿轮并与太阳轮31同心布置的齿圈32、与太阳轮31和齿圈32啮合的多个小齿轮33、以及行星轮架34，其中，行星轮架34保持多个小齿轮33以允许其自由公转和绕各自轴自由自转。即，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作为旋转元件差速运动的行星齿轮机构。动力分配集成机构30中的行星轮架34、太阳轮31和齿圈32分别与发动机22的曲轴26连接、与电动机电机MG1连接、经由齿圈轴32a与减速齿轮35连接。在电动机MG1用作发电机时，从发动机22输出并通过行星轮架34输入的动力根据速比分配到太阳轮31和齿圈32。另一方面，在发动机M1用作电动机时，从发动机22输出并通过行星轮架34输入的动力与从电动机MG1输出并通过太阳轮31输入的动力进行合成，并且所合成的动力输出到齿圈32。因而输出到齿圈32的动力最终从齿圈轴32a经由齿轮机构60和差动齿轮62传递到驱动轮63a和63b。
电动机MG1和MG2两者都是作为发电机和作为电动机被驱动的公知同步式电动发电机。电动机MG1和MG2经由逆变器41和42将电力传输到电池50和从电池50传输电力。将逆变器41和42与电池50连接的电力线54被构造成由逆变器41和42共用的正极母线和负极母线。此布置使得电动机MG1和MG2之一产生的电力能够由另一个电动机消耗。电池50可用由电动机MG1或者MG2产生的多余电力来充电，并放电以补充电力的不足。当电动机MG1和MG2之间达到电力平衡时，电池50既不被充电也不放电。电动机MG1和MG2两者的运行由电动机电子控制单元(以下称为电动机ECU)40控制。电动机ECU 40接收控制电动机MG1和MG2的运行所需的各种信号，例如来自检测电动机MG1和MG2中转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43和44的信号，以及由电流传感器(未示出)测量的、施加到电动机MG1和MG2的相电流。电动机ECU40与混合动力电子控制单元70通信，以响应于从混合动力电子控制单元70传输的控制信号而控制电动机MG1和MG2的运行，同时根据需要向混合动力电子控制单元70输出与电动机MG1和MG2的运行状况相关的数据。
电池50是在电池电子控制单元(以下称为电池ECU)52控制下。电池ECU 52接收控制电池50所需的各种信号，例如，由设置在电池50的端子之间的电压传感器(未示出)测量的端子间电压，由安装到与电池50的输出端子连接的电力线54的电流传感器(未示出)测量的充放电电流Ib，以及由安装到电池50的温度传感器51所测量的电池温度Tb。电池ECU 52根据需要通过通信将与电池50的运行状态相关的数据输出到混合动力电子控制单元70。电池ECU 52为了控制电池50，基于累积的由电流传感器测量的充放电电流，来计算电池50的荷电状态(SOC)。
混合动力电子控制单元70被构造成微处理器，该微处理器包括CPU72、存储处理程序的ROM 74、暂时存储数据的RAM 76和未图示出的输入输出端口以及未图示出的通信端口。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、来自检测换档杆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的踩踏量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自测量制动踏板85的踩踏量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、以及来自车速传感器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、电动机ECU 40和电池ECU 52通信，以将各种控制信号和数据传输到发动机ECU 24、电动机ECU 40和电池ECU 52，和从发动机ECU 24、电动机ECU 40和电池ECU 52传输各种控制信号和数据。
这样构造的本实施例的混合动力车辆20基于车速V和加速器开度Acc(其对应于驾驶员对加速踏板83的踩踏量)的观测值，来计算要输出到用作驱动轴的齿圈轴32a的转矩要求。发动机22以及电动机MG1和MG2受到向齿圈轴32a输出与计算出的转矩要求相对应的需求动力水平的运行控制。发动机22以及电动机MG1和MG2的运行控制选择性地进行转矩转换驱动模式、充放电驱动模式和电动机驱动模式之一。转矩转换驱动模式控制发动机22的运行以输出与需求动力水平相等的动力量，同时驱动并控制电动机MG1和MG2以使得从发动机22输出的全部动力通过动力分配集成机构30以及电动机MG1和MG2进行转矩转换，并输出到齿圈轴32a。充放电驱动模式控制发动机22的运行，以输出与需求动力水平加上对电池50充电所消耗或者电池50放电所供应的电力量之和相等的动力量，同时驱动并控制电动机MG1和MG2，以使得从发动机22输出的全部或一部分动力(其与需求动力水平相等)通过动力分配集成机构30以及电动机MG1和MG2进行转矩转换，并输出到齿圈轴32a，同时对电池50充电或者使电池50放电。电动机驱动模式停止发动机22的运行，并驱动和控制电动机MG2将与需求动力水平相等的动力量输出到齿圈轴32a。
对具有如上所述构造的实施例的混合动力车辆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。此驱动控制例程以预设时间间隔(例如，每隔数毫秒)反复执行。
在图2的驱动控制例程中，混合动力电子控制单元70的CPU 72首先输入用于控制的各种数据，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、电动机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、以及电池50的输入限制Win和输出限制Wout(步骤S100)。电动机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2是根据由旋转位置检测传感器43和44所检测到的电动机MG1和MG2的各自转子的旋转位置来计算的，并通过通信从电动机ECU 40接收。电池50的输入限制Win和输出限制Wout是基于由温度传感器51测得的电池50的温度Tb和电池50的荷电状态SOC来设定的，并通过通信从电池ECU 52接收。
在数据输入之后，CPU 72基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，来设定作为混合动力车辆20所需的转矩、且将要输出到与驱动轮63a和63b连接的齿圈轴32a或驱动轴的转矩要求Tr*，并设定要从发动机22输出的发动机动力要求Pe*(步骤S110)。在本实施例中设置转矩要求Tr*的具体程序是，预先将转矩需求Tr*相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为转矩要求设定图存储在ROM 74中，然后从该转矩要求设定图读取与给定的加速器开度Acc和给定的车速V相对应的转矩要求Tr*。图3示出了转矩需求设定图的一个示例。发动机动力要求Pe*被计算为转矩要求Tr*与齿圈轴32a的转速Nr的乘积、将对电池50充电或者从电池50放电的充放电电力要求Pb*、以及潜在损耗之和。通过将车速V乘以预设的转换因子k或者将电动机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的速比Gr，来获得齿圈轴32的转速Nr。
CPU 72然后基于输入的车速V来指定运行线L，运行线L用于设定由目标转速Ne*和目标转矩Te*限定的发动机22的驱动点(步骤S120)，并且根据指定的运行线L来设定目标转速Ne*和目标转矩Te*(步骤S130)。图4示出了针对不同的车速V设置来设定由转速和转矩的组合所限定的发动机22的运行点。在本实施例中，运行线L设定成在发动机22的整个运行区域中的相对低转速区域中随着车速V升高而增大转矩。通常，在低转速区域，转矩越高，发动机22具有越高的运行效率。车速越高，产生越大的与驱动相关的噪声，并使得驾驶者和其它乘客注意到越大的背景噪声。发动机22在低转速高转矩区域中的运行由于发动机12的振动而可能引起某些异常噪声或者含混噪声，并会使驾驶者和其它乘客感觉不舒适和不自然。背景噪声随着车速V升高而增大，并车速V越高，背景噪声更有效地掩盖含混噪声。本实施例的驱动控制利用此特性，并随着车速V升高而允许发动机22在低转速区域中转矩更高。因而，发动机22能够以高效驱动点运行，直到不会使驾驶者和其它乘客由于含混噪声而感觉到不自然和不舒适的程度。在图4所示的示例中，对于更低的车速V的指定运行线L赋予低转速区域中更小的转矩。将此指定的运行线L和恒定发动机动力要求Pe*的曲线的交点赋予作为发动机22的驱动点的转速N1和转矩T1。对于更高车速V的指定运行线L赋予低转速区域中更大的转矩。将此指定运行线L和恒定发动机动力要求Pe*的曲线的交点赋予作为发动机22的驱动点的转速N2和转矩T2。车速V因而视为表示与驱动相关的背景噪声的检测值或者视为用于估计驱动与驱动相关的背景噪声的检测值。在步骤S120，此实施例的驱动控制指定的运行线L随着与驱动相关的背景噪声增大而赋予发动机22的整个运行区域中的相对低转速区域中更大的转矩。在此实施例中，与驱动相关的背景噪声不包括由于为驱动混合动力车辆20所需的发动机22的运行所引起的发动机的噪声。
CPU72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的速比ρ来计算电动机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*和电动机MG1的当前转速Nm1来计算电动机MG1的转矩命令Tm1*(步骤S140)：
Nm1*＝Ne*·(1+ρ)-Nm2/(Gr·ρ)                (1)
Tm1*＝前次Tm1*+K1(Nm1*-Nm1)+K2∫(Nm1*-Nm1)dt  (2)
式(1)是动力分配集成机构30中所包括的旋转元件的动力学关系式。图5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-转速动力学的共线图。左轴‘S’表示太阳轮31的转速，太阳轮31的转速等于电动机MG1的转速Nm1。中间轴‘C’表示行星轮架34的转速，行星轮架34的转速等于发动机22的转速Ne。右轴‘R’表示通过将电动机MG2的转速Nm2除以减速机构35的速比Gr获得的齿圈32(齿圈轴32a)的转速Nr。方程式(1)容易从图5的共线图导出。图5中轴线‘R’上的两个向上的粗箭头分别表示当从以目标转速Ne*和目标转矩Te*的指定驱动点稳定运行的发动机22输出转矩Te*时直接传递到齿圈轴32a的转矩，和当从电动机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)是以目标转速Nm1*驱动并旋转电动机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。
在计算出电动机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)来计算作为从电动机MG2输出的最小和最大转矩的转矩下限Tmin和转矩上限Tmax(步骤5150)：
Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2         (3)
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2        (4)
转矩下限Tmin是通过将电池50的输入限制Win和电动机MG1的电力消耗(电力发电)之间的差值除以当前的电动机MG2的输入转速Nm2得到的，其中电动机MG1的电力消耗(电力发电)是转矩命令Tm1*和所输入的电动机MG1的当前转速Nm1的乘积。转矩上限Tmax是通过将电池50的输出限制Wout和电动机MG1的电力消耗(电力发电)之间的差值除以所输入的电动机MG2的当前输入转速Nm2得到的。CPU 72然后根据以下给出的方程式(5)，从转矩要求Tr*、电动机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的速比Gr，来计算将从电动机MG2输出的暂定电动机转矩Tm2tmp(步骤S160)：
Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr        (6)
CPU 72将暂定电动机转矩Tm2tmp限制在所计算的转矩下限Tmin与转矩上限Tmax之间的范围，以设定电动机MG2的转矩命令Tm2*(步骤S170)。以此方式设定电动机MG2的转矩命令Tm2*把要输出到齿圈轴32a或者驱动轴的转矩命令Tr*约束在电池50的输入限制Win和输出限制Wout之间的范围内。方程式(5)容易从图5的共线图中导出。
在设定发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*以及电动机MG1和MG2的命令指令Tm1*和Tm2*之后，CPU 72将发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送到发动机ECU 24，并将电动机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*发送到电动机ECU 40(步骤S 180)，然后从图2的驱动控制例程中退出。发动机ECU 24接收目标转速Ne*和目标转矩Te*，并且执行发动机22的燃料喷射控制和点火控制，从而以目标转速Ne*和目标转矩Te*的指定驱动点驱动发动机22。电动机ECU 40接收转矩命令Tm1*和Tm2*，并执行对各个逆变器41和42中所包括的开关元件的开关控制，从而以转矩命令Tm1*驱动电动机MG1并以转矩命令Tm2*驱动电动机MG2。
如上所述，本实施例的混合动力车辆20所指定的运行线L随着车速V越高，赋予发动机22的低转速区域中越大的转矩，并且其根据指定的运行线L控制发动机22的运行。因而可以在与驱动相关的背景噪声有效地掩盖某些异常噪声或者含混噪声的同时使发动机22在高效驱动点被驱动，而这些异常噪声或者含混噪声可由发动机22在低转速高转矩区域中的运行引起。此布置有利地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然和不舒适，并提高了混合动力车辆20的能量效率。如以上提及，车速V可以视为是表示与驱动相关的背景噪声的检测值，或者视为用于估计与驱动相关的背景噪声的检测值。本实施例的驱动控制指定了随着与驱动相关的背景噪声增大而赋予低转速区域中更大的转矩的运行线L，并根据所指定的运行线L来控制发动机22的运行。因而可以在与驱动相关的背景噪声有效地掩盖某些异常噪声或者含混噪声(其可由发动机22在低转速高转矩区域中的运行引起)的同时使发动机22在高效驱动点被驱动。此布置有利地防止了驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然和不舒适，并提高了混合动力车辆20的能量效率。
在本实施例的混合动力车辆20中，车速V被认为是表示与驱动相关的背景噪声的检测值，或者是用于估计与驱动相关的背景噪声的检测值。因而本实施例的驱动控制指定了随着车速V升高而赋予发动机22在低转速区域中更大的转矩的运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。然而，由车速V表示或者根据车速V估计的背景噪声的因子并不是必要特征。驱动控制可以因而在不考虑背景噪声的情况下简单地指定随着车速V升高而赋予发动机22在低转速区域中更大的转矩的运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。
本实施例的混合动力车辆20指定随着车速V升高赋予发动机22在低转速区域中更大的转矩的运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。驱动控制的一个可行的修改方案可以实际地检测与驱动相关的噪声水平，指定随着噪声水平升高而赋予发动机22在低转速区域中更大的转矩的运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。对于此修改，用于拾取噪声的麦克风置于车辆的发动机室和乘客车厢。修改方案的驱动控制基于用麦克风所检测到的噪声水平来指定用于设定发动机22的驱动点的运行线。该修改方案的驱动控制例程示出在图6的流程图中。图6的驱动控制例程基本上与图2的驱动控制例程相同，不同之处是在步骤S200输入噪声水平DB和在步骤S220基于输入的噪声水平来指定运行线L。图6的驱动控制例程在步骤S220指定随着噪声水平增大而赋予发动机22的整个运行区域中相对低转速区域中更大的转矩的运行线L。图7示出了对于不同的噪声水平DB设置以设定由转速和转矩组合所限定的发动机22的运行点的运行线L。此修改示例的驱动控制基于背景噪声的实际水平来指定运行线L，并使背景噪声能够更有效地掩盖异常噪声或者含混噪声。此布置因而更有效地防止驾驶者和其它乘客由于异常噪声或者含混噪声而感觉到不自然和不舒适。在此修改示例中，所检测的噪声水平DB不包括由于为驱动混合动力车辆所需的发动机22运行引起的发动机噪声。
此修改示例的驱动控制基于使用位于发动机室和乘客车厢中的麦克风所检测到的噪声水平DB来指定运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。如上所述，实施例的混合动力车辆20基于车速V(其用作表示与驱动相关的背景噪声的参数或者作为用于估计与驱动相关的背景噪声的参数)来指定运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。以类似的方式，修改方案的驱动控制可以基于表示与驱动相关的背景噪声的任何参数或者用于估计与驱动相关的背景噪声的参数来指定运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。附加于或者代替所检测的噪声水平DB，修改方案的驱动控制可以基于车速V或者任何其它适合的参数来指定运行线L，并根据所指定的运行线L控制发动机22的运行。
在本实施例的混合动力车辆20中，电动机MG2的动力被减速齿轮35变速，并被输出到齿圈轴32a。在如图8的混合动力车辆所示的一个可行修改方案中，电动机MG2的动力可以输出到另一个车轴(即，与车轮64a和64b连接的车轴)，该车轴不同于与齿圈轴32a连接的车轴(即，与车轮63a和63b连接的车轴)。
在本实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力经由动力分配集成机构30输出到用作与驱动轮63a和63b连接的驱动轴的齿圈轴32a。在图9的另一个可行的修改方案中，混合动力车辆220可以具有转子对电动机230，该转子对电动机230具有与发动机22的曲轴26连接的内转子232和与用于将动力输出到驱动轮63a和63b的驱动轴连接的外转子234，转子对电动机230将发动机22输出的动力的一部分传递到驱动轴，同时将动力的其余部分转换成电力。
以上所述的实施例及其修改示例涉及基于背景噪声水平DB或者车速V来指定运行线L、并根据所指定的运行线控制发动机22的运行的混合动力车辆。然而，本发明的技术不限于这种混合动力车辆，而是可以通过这种混合动力车辆的控制方法来实现。
上述实施例及其修改示例在所有方面都被视为示例性的，而非限制性的。在不脱离本发明的主要特征的范围或者精神的情况下可以有许多修改、变化和替换。本发明的范围和精神由所附权利要求表示，而非由以上描述表示。
工业应用性
本发明的技术优选地应用于混合动力车辆的制造行业和其它相关行业。

Claims (15)

1.一种混合动力车辆，其包括：
内燃机，其具有输出轴并输出动力；
电力机械动力输入输出机构，其连接到所述内燃机的所述输出轴并连接到所述混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将所述内燃机的输出动力的至少一部分传递到所述车轴；
电动机，其能够输出动力以驱动所述混合动力车辆；
蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输入电力以及向所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输出电力；
噪声水平检测模组，其检测与驱动相关的背景噪声水平；
驱动力要求设定单元，其设定为驱动所述混合动力车辆所需的驱动力要求；
运行限制设定模组，其设定对所述内燃机的运行所施加的运行限制，从而在所述内燃机的转速不高于预设基准转速并且含混噪声随着转矩的增大而变大的运行区域中，随着所检测的所述噪声水平的升高而增大转矩；以及
控制模组，其控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机以使所述内燃机在所施加的所述运行限制下运行，并以与所设定的所述驱动力要求相等的驱动力来驱动所述混合动力车辆。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述运行限制设定模组设定对所述内燃机的运行所施加的所述运行限制，以随着所检测的噪声水平的升高而提高所述内燃机对于固定输出水平的效率。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述运行限制设定模组设定对所述内燃机的运行所施加的所述运行限制，以随着所检测的噪声水平的升高而升高对由所述内燃机的运行引起的含混噪声的允许水平。
4.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述噪声水平检测模组包括测量所述混合动力车辆的车速的车速测量单元，
对应于越高的所测量的车速，所述噪声水平检测模组设定越高的噪声水平。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述电力机械动力输入输出机构包括：
三轴式动力输入输出模组，其连接到三个轴，所述三个轴为所述内燃机的所述输出轴、所述车轴和转轴，所述三轴式动力输入输出模组基于从所述三个轴中任意两个轴输入的动力和向所述三个轴中所述任意两个轴输出的动力来从其余一个轴输入动力和向所述其余一个轴输出动力；以及
发电机，其从所述转轴输入动力和向所述转轴输出动力。
6.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述电力机械动力输入输出机构是转子对电动机，其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车轴的第二转子，并通过所述第一转子相对于所述第二转子的旋转而被驱动旋转。
7.一种混合动力车辆，其包括：
内燃机，其具有输出轴并输出动力；
电力机械动力输入输出机构，其连接到所述内燃机的所述输出轴并连接到所述混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将所述内燃机的输出动力的至少一部分传递到所述车轴；
电动机，其能够输出动力以驱动所述混合动力车辆；
蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输入电力以及向所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输出电力；
驱动力要求设定单元，其设定为驱动所述混合动力车辆所需的驱动力要求；
车速测量单元，其测量所述混合动力车辆的车速；
运行限制设定模组，其设定对所述内燃机的运行所施加的运行限制，从而在所述内燃机的转速不高于预设基准转速并且含混噪声随着转矩的增大而变大的运行区域中，随着所测量的车速的升高而增大转矩；以及
控制模组，其控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机以使所述内燃机在所施加的所述运行限制下运行，并以与所设定的所述驱动力要求相等的驱动力来驱动所述混合动力车辆。
8.根据权利要求7所述的混合动力车辆，其中，所述电力机械动力输入输出机构包括：
三轴式动力输入输出模组，其连接到三个轴，所述三个轴为所述内燃机的所述输出轴、所述车轴和转轴，所述三轴式动力输入输出模组基于从所述三个轴中任意两个轴输入的动力和向所述三个轴中所述任意两个轴输出的动力来从其余一个轴输入动力和向所述其余一个轴输出动力；以及
发电机，其从所述转轴输入动力和向所述转轴输出动力。
9.根据权利要求7所述的混合动力车辆，其中，所述电力机械动力输入输出机构是转子对电动机，其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车轴的第二转子，并通过所述第一转子和所述第二转子的相对旋转而被驱动旋转。
10.一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括：内燃机，其具有输出轴并输出动力；电力机械动力输入输出机构，其连接到所述内燃机的所述输出轴并连接到所述混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将所述内燃机的输出动力的至少一部分传递到所述车轴；电动机，其能够输出动力以驱动所述混合动力车辆；以及蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输入电力以及向所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输出电力，
所述控制方法设定对所述内燃机的运行所施加的运行限制，从而在所述内燃机的转速不高于预设基准转速并且含混噪声随着转矩的增大而变大的运行区域中，随着所检测的与驱动相关的背景噪声水平的升高而增大转矩；并控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机以使所述内燃机在所施加的所述运行限制下运行，并以与为驱动所述混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动所述混合动力车辆。
11.根据权利要求10所述的控制方法，所述控制方法设定对所述内燃机的运行所施加的所述运行限制，以随着与驱动相关的噪声水平的升高而提高所述内燃机对于固定输出水平的效率，并控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机。
12.根据权利要求10所述的控制方法，所述控制方法设定对所述内燃机的运行所施加的所述运行限制，以随着与驱动相关的噪声水平的升高而增大所述内燃机在不高于预设基准转速的低转速区域中的转矩，并控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机。
13.根据权利要求10所述的控制方法，所述控制方法设定对所述内燃机的运行所施加的所述运行限制，以随着与驱动相关的噪声水平的升高而升高对由所述内燃机的运行引起的含混噪声的允许水平，并控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机。
14.根据权利要求10所述的控制方法，所述控制方法利用所述混合动力车辆的车速作为表示或者表征与驱动有关的噪声水平的参数来设定对所述内燃机的运行所施加的所述运行限制，并控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机。
15.一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括：内燃机，其具有输出轴并输出动力；电力机械动力输入输出机构，其连接到所述内燃机的所述输出轴并连接到所述混合动力车辆的车轴，并通过电力和机械动力的输入和输出将所述内燃机的输出动力的至少一部分传递到所述车轴；电动机，其能够输出动力以驱动所述混合动力车辆；以及蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输入电力以及向所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机输出电力，
所述控制方法设定对所述内燃机的运行所施加的运行限制，从而在所述内燃机的转速不高于预设基准转速并且含混噪声随着转矩的增大而变大的运行区域中，随着所述混合车辆的车速升高而增大转矩；并控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机以使所述内燃机在所施加的所述运行限制下运行，并以与为驱动所述混合动力车辆所需的驱动力要求相等的驱动力来驱动所述混合动力车辆。
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