CN103481763B - 混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

混合动力车辆(20)包括控制器(70)，控制器被配置为：控制引擎(22)和电机(MG2)，以使得当在引擎停止期间，基于使混合动力车辆运行所需的所需转矩的混合动力车辆所需的所需功率增大到第一阈值或者增大到大于第一阈值时，引擎输出所需功率，直到所需功率降低到第二阈值或者降低到小于第二阈值为止，第二阈值小于第一阈值；控制引擎和电机，以使得当在引擎工作期间，所需功率降低到第二阈值或者降低到小于第二阈值时，引擎处于停止状态，直到所需功率增大到第一阈值或者增大到大于第一阈值为止；并且设置第二阈值，以使得与当电池(50)的退化程度小于或等于阈值时相比，当电池的退化程度超过阈值时，第二阈值更小。

Description

混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种混合动力车辆。更具体地，本发明涉及一种包括输出用于使车辆运行的动力的引擎、吸收并输出用于使车辆运行的动力的电机以及向电机给予电力并从电机接收电力的电池的混合动力车辆。
背景技术
这种类型的混合动力车辆通常装配有引擎、第一电机、动力分配综合机构、第二电机以及电池，在动力分配综合机构中，环形齿轮、托架和太阳齿轮连接到被链接到车轴、引擎的输出轴及第一电机的旋转轴的驱动轴，第二电机的旋转轴连接到驱动轴，并且电池向第一电机和第二电机给予电力并从第一电机和第二电机接收电力。在相关技术的混合动力车辆中，如果在引擎工作停止期间，基于驱动轴的所需转矩的、车辆的所需功率变得增大到第一阈值或者第一阈值以上，则控制引擎以及第一和第二电机，以使得在从引擎输出所需功率时，对驱动轴输出所需转矩，直到所需功率降低到小于第一阈值的第二阈值或者第二阈值以下；而如果在引擎工作期间，所需功率降低到第二阈值或者第二阈值以下，则控制引擎、第一电机和第二电机，以使得在引擎处于停止状态时，向驱动轴输出所需转矩，直到所需功率增加到第一阈值或者第一阈值以上为止(参见，例如日本专利申请公布第2007-131103号(JP2007-131103A))。在这种混合动力车辆中，通过将接近引擎能够相对高效的工作的下限值的值设置为第一阈值，来执行引擎的间歇操作，以整体实现良好的车辆效率。
在这种混合动力车辆中，与当控制引擎以及第一和第二电机，以使得在引擎正在输出所需功率的同时向驱动轴输出所需转矩时相比，当控制引擎以及第一和第二电机，以使得在引擎的操作处于停止状态的同时向驱动轴输出所需转矩时，电池的充电/放电电力的幅值可能更大。如果在电池已经退化到一定程度时以大电力对电池进行充电或放电，则存在电池的退化进一步发展的风险，即使这种问题在电池没有退化时没有出现。
发明内容
本发明的混合动力车辆抑制电池的退化发展。
根据本发明的一方面的混合动力车辆包括：引擎，被配置为输出用于运行所述混合动力车辆的动力；电机，被配置为吸收以及输出用于运行所述混合动力车辆的动力；电池，被配置为将电力给予所述电机以及从所述电机接收电力；以及控制器，被配置为：控制所述引擎和所述电机，以使得当在所述引擎工作停止期间，基于运行所述混合动力车辆所需要的所需转矩的、所述混合动力车辆所需的所需功率增大到第一阈值或者增大到大于所述第一阈值时，在所述引擎输出所述所需功率的同时所述混合动力车辆以所述所需转矩运行，直到所述所需功率降低到第二阈值或者降低到小于所述第二阈值为止，所述第二阈值小于所述第一阈值，控制所述引擎和所述电机，以使得当在所述引擎工作期间，所述所需功率降低到所述第二阈值或者降低到小于所述第二阈值时，在所述引擎处于停止状态的同时所述混合动力车辆以所述所需转矩运行，直到所述所需功率增大到所述第一阈值或者增大到大于所述第一阈值为止，并且设置所述第二阈值，以使得与当所述电池的退化程度小于或等于阈值时相比，当所述电池的退化程度超过所述阈值时，所述第二阈值更小。
在该混合动力车辆中，控制器设置第二阈值，以使得与当电池的退化程度小于或等于阈值时相比，当电池的退化程度超过阈值时，第二阈值更小。由此，与当电池的退化程度小于或等于阈值时相比，当电池的退化程度超过阈值时，在引擎工作期间引擎不太可能停止。因此，可以抑制以大电力对电池进行充电或放电。其结果是，可以抑制电池的退化的发展。
在该混合动力车辆中，控制器可以设置第二阈值，以使得在电池的退化程度超出所述阈值越多时，第二阈值越小。使用这种布置，可以更适当地抑制电池的退化的发展。
在该混合动力车辆中，控制器可以设置第一阈值，使得与当电池的退化程度小于或等于阈值时相比，当电池的退化程度超过阈值时，第一阈值更小。在这种情况下，在电池的退化程度在阈值以上越大时，可以将第一阈值设置为越小。使用这种布置，可以更适当地抑制电池退化的发展。
此外，在该混合动力车辆中，控制器可以基于所需转矩并且基于电池的充电/放电所需功率设置所需功率，并且设置充电/放电所需功率，以使得与当电池的退化程度小于或等于阈值时相比，当电池的退化程度超过阈值时，充电/放电所需功率的绝对值更小。使用这种布置，可以更适当地抑制电池退化的发展。
可选地，在该混合动力车辆中，控制器可以通过将在预定时间期间电池的电荷存储比率的改变量除以在预定时间期间电池的充电/放电电力的累积值（integratedvalue），来计算电池的退化程度。
另外，在该混合动力车辆中，控制器可以控制引擎，使得当所需功率增大到第一阈值或者增大到大于第一阈值时，或者当电池的电荷存储比率降低到引擎起动电荷存储比率阈值或者降低到小于引擎起动电荷存储比率阈值时，在引擎的工作停止期间，起动引擎，以及使得当电池的电荷存储比率增大到引擎停止电荷存储比率阈值（引擎停止电荷存储比率阈值大于引擎起动电荷存储比率阈值的）或者增大到大于引擎停止电荷存储比率阈值，并且所需功率降低到第二阈值或者降低到小于第二阈值时，在引擎工作期间，停止引擎的工作。
此外，前述混合动力车辆还可以包括：发电机，被配置为将电力给予电池以及从电池接收电力；以及行星齿轮，其包括分别连接到驱动轴、引擎的输出轴和发电机的旋转轴的三个旋转元件，驱动轴链接到车轴，并且电机的旋转轴可以连接到驱动轴。
附图说明
下面，参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的标记表示相同的元素，并且其中：
图1是示出作为本发明的实施例的混合动力车辆的构造图；
图2A和2B是示出由实施例的HVECU执行的驱动控制例程的示例的流程图；
图3是示出所需转矩设置图的示例的说明图；
图4是示出显示在引擎起动时，行星齿轮的旋转元件之间的旋转速度和转矩的动态关系的线示图的示例的说明图；
图5是示出引擎的工作线的示例以及如何设置目标旋转速度和目标转矩的说明图；
图6是示出显示当在引擎正在输出功率时，车辆正在运行时，行星齿轮的旋转元件之间的旋转速度和转矩的动态关系的线示图的示例的说明图；
图7是示出由实施例的HVECU执行的控制用值设置例程的示例的流程图；
图8是示出校正因数设置图的示例的说明图；
图9是示出预备充电/放电所需功率设置图的示例的说明图；
图10是示出预备引擎起动/停止阈值设置图的示例的说明图；
图11是示出根据实施例的变形例的混合动力车辆的主要构造的构造图；
图12是示出根据另一变形例的混合动力车辆的主要构造的构造图；
图13是示出根据又一变形例的混合动力车辆的主要构造的构造图；以及
图14是示出根据再一变形例的混合动力车辆的主要构造的构造图。
具体实施方式
图1是示出作为本发明的实施例的混合动力车辆20的主要构造的构造图。如图1所示，实施例的混合动力车辆20配备有引擎22、引擎电子控制单元(下文中称为引擎ECU)24、行星齿轮30、电机MG1、电机MG2、逆变器41和42、电机电子控制单元(下文中称为电机ECU)40、电池50、电池电子控制单元(下文中称为电池ECU)52以及混合用电子控制单元(下文中称为HVECU)70。引擎22通过使用汽油、清油等作为燃料，来输出动力。引擎ECU24驱动并控制引擎22。行星齿轮30的托架连接到引擎22的曲柄轴26。行星齿轮30的环形齿轮连接到驱动轴36，驱动轴36经由差动齿轮37链接到驱动轮38a和38b。电机MG1被配置为同步发电机-电动机，并且电机MG1的转子连接到行星齿轮30的太阳齿轮。电机MG2被配置为同步发电机-电动机，并且电机MG2的转子连接到驱动轴36。逆变器41和42驱动电机MG1和MG2。电机ECU40通过逆变器41和42的开关元件(未示出)的开关控制，驱动并控制电机MG1和MG2。以锂离子二次电池构成电池50，电池50经由逆变器41和42向电机MG1和MG2给予电力并从电机MG1和MG2接收电力。电池ECU52对电池50进行管理。HVECU70控制整个车辆。
虽然在附图中未示出，但是引擎ECU24被构成为具有CPU作为中心部件的微处理器。除了CPU之外，引擎ECU24还包括存储处理程序的ROM、用于临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。引擎ECU24经由输入端口，接受来自用于检测引擎2的工作状态的各个传感器的各种信号的输入。输入到引擎ECU24的各种信号例如是来自用于检测曲柄轴26的旋转位置的曲柄位置传感器的曲柄位置θcr、来自用于检测引擎22的冷却剂的温度的冷却剂温度传感器的冷却剂温度Tw、来自附着在燃烧室内的压力传感器的缸内压力Pin、来自用于检测打开及关闭用于进气到燃烧室并从燃烧室排气的进气阀和排气阀的凸轮轴的旋转位置的凸轮位置传感器的凸轮位置θca、来自用于检测节流阀的位置的节流阀位置传感器的节流位置TP、来自附着到进气管的空气流量计的进气空气流速Qa、来自附着到进气管的温度传感器的进气空气温度Ta、来自附着到排气系统的空气/燃料比率传感器的空气/燃料比率AF、来自附着到排气系统的氧传感器的氧信号O2等。引擎ECU24经由输出端口输出用于驱动引擎22的各种控制信号。引擎ECU24输出的控制信号例如是对燃料注入阀的驱动信号、对用于调节节流阀的位置的节流电机的驱动信号、对与点火器集成的点火线圈的控制信号、对能够改变进气阀的打开/关闭定时的可变阀定时机构的控制信号。此外，引擎ECU24与HVECU70通信，通过来自HVECU70的控制信号控制引擎22的操作，并且根据需要向HVECU70输出关于引擎22的工作状态的数据。附带地，引擎ECU24基于来自附着到曲柄轴26的曲柄位置传感器(未示出)的信号，计算曲柄轴26的旋转速度、即引擎22的旋转速度Ne。
虽然在附图中未示出，但是以包括CPU作为中心部件的微处理器构成电机ECU40。除了CPU之外，电机ECU40还包括存储处理程序的ROM、用于临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。电机ECU40经由输入端口接受驱动及控制电机MG1和MG2所需的信号的输入。输入到电机ECU40的信号例如是来自分别检测电机MG1和MG2中的相应的一个的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43和44的旋转位置θm1和θm2、由电流传感器(未示出)检测到的对电机MG1和MG2施加的相电流等。电机ECU40经由输出端口，向逆变器41和42的开关元件(未示出)输出开关控制信号等。电机ECU40与HVECU70通信，以及通过来自HVECU70的控制信号驱动并控制电机MG1和MG2。电机ECU40根据需要，向HVECU70输出关于电机MG1和MG2的工作状态的数据。电机ECU40基于由旋转位置检测传感器43和44检测到的电机MG1和MG2的转子的旋转位置θm1和θm2，计算电机MG1和MG2的旋转角速度ωm1和ωm2以及旋转速度Nm1和Nm2。
虽然在附图中未示出，但是以具有CPU作为中心部件的微处理器构成电池ECU52。除了CPU之外，电池ECU52还包括存储处理程序的ROM、用于临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。电池ECU52接受对电池50进行管理所需的信号的输入。输入到电池ECU52的信号例如是来自布置在电池50的端子之间的电压传感器51a的端子间电压Vb、来自附着到连接到电池50的输出端子的电力线的电流传感器51b的充电/放电电流Ib、来自附着到电池50的温度传感器51c的电池温度Tb等。电池ECU52根据需要，经由通信向HVECU70发送关于电池50的状态的数据。此外，为了对电池50进行管理，电池ECU52基于由电流传感器51b检测到的充电/放电电流Ib的累积值，计算为从电池50可放电的电力的量与电池50的总容量的比率的电荷存储比率(充电状态)SOC，或者基于计算出的电荷存储比率SOC和电池温度Tb，计算为允许充电到电池50中并且从电池50放电的容许输入/输出电力的输入/输出限制Win和Wout。附带地，通过基于电池温度Tb设置输入/输出限制Win和Wout的基本值，并基于电池50的电荷存储比率SOC设置输出限制校正因数和输入限制校正因数，并且将设置的输入/输出限制Win和Wout的基本值乘以校正因数，来设置电池50的输入/输出限制Win和Wout。
虽然在附图中未示出，但是以具有CPU作为中心部件的微处理器构成HVECU70。除了CPU之外，HVECU70还包括存储处理程序的ROM、用于临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。HVECU70经由输入端口，接受来自点火开关80的点火信号、来自用于检测变速杆81的操作位置的变速位置传感器82的变速位置SP、来自用于检测加速器踏板83的按下量的加速器踏板位置传感器84的加速器操作量Acc、来自用于检测制动踏板85的按下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、来自车辆速度传感器88的车辆速度V等的输入。如上所述，HVECU70经由通信端口连接到引擎ECU24、电机ECU40和电池ECU52，并且与引擎ECU24、电机ECU40和电池ECU52交换各种控制信号和数据。
在如上所述构成的实施例的混合动力车辆20中，基于车辆速度V和与驱动器按下加速器踏板的量相对应的加速器操作量Acc，计算需要输出到驱动轴36的所需转矩Tr*，操作并控制引擎22、电机MG1和电机MG2的操作，以使得与所需转矩Tr*相对应的所需动力被输出到驱动轴36。对于对引擎22、电机MG1和电机MG2的操作控制，存在转矩转换操作模式、充电/放电操作模式、电机操作模式等。在转矩转换操作模式期间，操作并控制引擎22，以使得引擎22输出所需动力，并且电机MG1和电机MG2被驱动和控制，以使得引擎22输出的全部动力被转换为行星齿轮30、电机MG1和电机MG2的转矩，然后该全部动力被输出到驱动轴36。在充电/放电操作模式期间，操作并控制引擎22，以使得引擎22输出与所需动力和对电池50进行充电或放电所需的电力的总和相对应的动力，并且电机MG1和电机MG2被驱动和控制，以使得在对电池50进行充电或放电的情况下，引擎22输出的动力中的一部分或全部被转换为行星齿轮30、电机MG1和电机MG2的转矩，并且所需动力被输出到驱动轴36。在电机操作模式期间，引擎22的操作停止，并且操作并控制电机MG2，以使得向驱动轴36输出所需动力。附带地，转矩转换操作模式和充电/放电操作模式两者都是控制引擎22、电机MG1和电机MG2以使得通过操作引擎22向驱动轴36输出所需动力的模式，并且两者在控制方面基本没有不同。下文中，将这两种操作模式统称为引擎操作模式。
接下来，描述如上所述构造的实施例的混合动力车辆20的操作。图2A和2B是示出由实施例的HVECU70执行的驱动控制例程的示例的流程图。每隔预定时间(例如每隔几毫秒)重复执行该例程。
当执行该驱动控制例程时，HVECU70首先摄取控制所需的数据，包括：来自加速器踏板位置传感器84的加速器操作量Acc；来自车辆速度传感器88的车辆速度V；电机Mg1和MG2的旋转速度Nm1和Nm2；电池50的电荷存储比率SOC、输入/输出限制Win和Wout以及充电/放电所需功率Pb*；用于在引擎22的工作停止期间确定是否起动引擎22的引擎起动阈值Pstart；用于在引擎22工作期间确定是否停止引擎22的引擎停止阈值Pstop等(步骤S10)。这里要注意，对于电机MG1和MG2的旋转速度Nm1和Nm2，通过通信从电机ECU40向HVECU70输入分别基于由旋转位置检测传感器43和44检测到的电机MG1和MG2的转子的旋转位置θm1和θm2计算出的旋转速度。此外，对于电池50的电荷存储比率SOC，通过通信从电池ECU52向HVECU70输入基于由电流传感器51b检测到的充电/放电电流Ib的累积值计算出的比值。对于电池50的输入/输出限制Win和Wout，通过通信从电池ECU52向HVECU70输入基于由温度传感器51c检测到的电池50的电池温度Tb和电池50的电荷存储比率SOC设置的限值。对于电池50的充电/放电所需功率Pb*、引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop，将通过下面描述的并被写入RAM(未示出)中的控制用值设置例程设置的值读出到HVECU70中。附带地，关于电池50的输入/输出限制Win和Wout以及充电/放电所需功率Pg*，将正号侧定义为电池50放电侧。
在以这种方式将数据输入到HVECU70之后，基于输入的加速器操作量Acc和输入的车辆速度V，设置使车辆运行所需的所需转矩Tr*(该转矩需要被输出到驱动轴36)。通过将设置的所需转矩Tr*乘以驱动轴36的旋转速度Nr(例如电机MG2的旋转速度Nm2、通过将车辆速度V乘以转换因数而获得的旋转速度等)，来计算使车辆运行所需的车辆运行功率Pdrv*(步骤S110)。通过从计算出的车辆运行功率Pdr*中减去电池50的充电/放电所需功率Pg*，来计算车辆所需的(引擎22需要输出的)所需功率Pe*(步骤S120)。在本实施例中，在ROM(未示出)中预先存储预先确定了加速器操作量Acc、车辆速度V和所需转矩Tr*之间的关系的所需转矩设置图，并且当给定加速器操作量Acc和车辆速度V时，从存储的图中得出与给定加速器操作量Acc和给定车辆速度V相对应的所需转矩Tr*。在图3中示出了所需转矩设置图的示例。
随后，确定引擎22正在工作，还是处于停止状态(步骤S130)。当确定引擎22处于停止状态时，将所需功率Pe*与引擎起动阈值Pstart进行比较(步骤S140)，并且将电池50的电荷存储比率SOC与引擎起动阈值Sstart进行比较(步骤S150)。这里要注意，将引擎起动阈值Sstart确定为电荷存储比率SOC的范围的上限，达到该上限时，车辆的运行需要进入引擎操作模式，以抑制电池50的过放电。例如，可以使用35%、37%、40%等作为电荷存储比率SOC的值。步骤S140和S150的处理是确定引擎22的启动条件是否已经满足的处理。
当所需功率Pe*小于引擎起动阈值Pstart并且电池50的电荷存储比率SOC大于引擎起动阈值Sstart时，确定引擎22的启动条件不满足，并且将电机MG1的转矩命令Tm1*设置在0值(步骤S160)。随后，将所需转矩Tr*设置在是需要从电机MG2输出的转矩的预备值的预备转矩Tm2tmp(步骤S170)。然后，通过将电池50的输入/输出限制Win和Wout除以电机MG2的旋转速度Nm2，来计算作为允许从电机MG2输出的转矩的下限和上限的转矩限制Tm2min和Tm2max(步骤S180)。之后，如下面的表达式(1)所示，通过用转矩限制Tm2min和Tm2max限定预备转矩Tm2tmp，来设置作为需要从电机MG2输出的转矩的转矩命令Tm2*(步骤S190)。
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (1)
在以上述方式设置了电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*之后，向电机ECU40发送设置的电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*(步骤S200)。之后，该例程结束。在接收到电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*之后，电机ECU40进行对逆变器41和42的开关元件(未示出)的开关控制，以使得以转矩命令Tm1*和Tm2*驱动电机MG1和MG2。由于前述控制，可以在电机操作模式下，通过在电池50的输入/输出限制Win和Wout的范围内，向驱动轴36输出所需转矩Tr*(车辆运行功率Pdrv*)来使车辆运行。
如果在步骤S140中，所需功率Pe*大于或等于引擎起动阈值Pstart，或者如果在步骤S150中，电池50的电荷存储比率SOC小于或等于引擎起动阈值Sstart，则确定引擎22的启动条件满足，并且起动引擎22(步骤S210)。图4是示出显示在起动引擎22时，行星齿轮30的旋转元件之间的旋转速度和转矩的动态关系的线示图的示例的说明图。在图4中，左边的S轴示出了与电机MG1的旋转速度Nm1相同的太阳齿轮31的旋转速度，C轴示出了与引擎22的旋转速度Ne相同的托架34的旋转速度，R轴示出了与电机MG2的旋转速度Nm2相同的环形齿轮32的旋转速度Nr。此外，R轴上的两个宽线箭头示出了从电机MG1输出并且作用在驱动轴36上的转矩以及从电机MG2输出并且作用在驱动轴36上的转矩。如下起动引擎22。也就是说，通过从电机MG1输出用于转动引擎22的曲柄的转矩，并且与曲柄转动转矩的输出相关联地从电机MG2输出用于抵消作用在驱动轴36上的转矩的抵消转矩，来转动引擎22的曲柄。然后，当引擎22的旋转速度Ne达到预定旋转速度(例如1000rpm)时，开始燃料注入控制、点火控制等。附带地，也在起动引擎22期间，进行对电机MG2的驱动控制，以使得在电池50的输入/输出限制Win和Wout的范围内向驱动轴36输出所需转矩Tr*。也就是说，需要从电机MG2输出的转矩(预备转矩Tm2tmp)是所需转矩Tr*和抵消转矩的总和。
在引擎22起动之后，基于用于引擎22的高效操作的工作线(例如燃料经济工作线)和所需功率Pe*，设置作为操作引擎22要工作的工作点的目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*(步骤S240)。图5示出了引擎22的工作线的示例以及如何设置目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*。如图5所示，可以作为恒定所需功率Pe*(Ne*×Te*)的曲线和工作线的交点，找到目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*。
随后，使用引擎22的目标旋转速度Ne*、电机MG2的旋转速度Nm2和行星齿轮30的齿轮比ρ，如在下面的表达式(2)中，计算电机MG1的目标旋转速度Nm1*。如在下面的表达式(3)中，根据电机MG1的计算出的目标旋转速度Nm1*和当前旋转速度Nm1，计算电机MG1的转矩命令Tm1*(步骤S250)。表达式(2)是行星齿轮30的旋转元件的动态关系表达式。图6示出了示出当在引擎22正在输出功率的同时车辆正在运行时，行星齿轮30的旋转元件之间的旋转速度和转矩的动态关系的线示图的示例。可以通过使用线示图容易地得出表达式(2)。表达式(3)是用于使电机MG1以目标旋转速度Nm1*转动的反馈控制中的关系表达式。在表达式(3)中，右边第二项中的“k1”是比例项的增益，右边第三项中的“k2”是积分项的增益。
Nm1*=Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (2)
Tm1*=-ρ·Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (3)
接下来，如在表达式(4)中示出的，通过将所需转矩Tr*与通过将电机MG1的转矩命令Tm1*除以行星齿轮30的齿轮比ρ((太阳齿轮的齿数)/(环形齿轮的齿数))而获得的值相加，来设置电机MG2的预备转矩Tm2tmp(步骤260)。如在表达式(5)和(6)中示出的，通过将通过分别从电池50的输入/输出限制Win和Wout中，减去通过将电机MG1的转矩命令Tm1*乘以电机MG1的当前旋转速度Nm1而获得的电机MG1的消耗的电力(发出的电力)而获得的值，除以电机MG2的旋转速度Nm2，来计算电机MG2的转矩限制Tm2min和Tm2max(步骤S270)。如在上述表达式(1)中所示出的，通过以转矩限制Tm2min和Tm2max限定预备转矩Tm2tmp，来设置电机MG2的转矩命令Tm2*(步骤S280)。这里要注意，可以从图6所示的线示图，容易地得出表达式(4)。
Tm2tmp=Tr*+Tm1*/ρ (4)
Tm2min=(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2 (5)
Tm2max=(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 (6)
然后，向引擎ECU24发送引擎22的目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*，并且向电机ECU40发送电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*(步骤S290)。之后，该例程结束。在接收到引擎22的目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*之后，引擎ECU24对引擎22进行各种控制，例如进入空气流速控制、燃料注入控制、点火控制等，以使得引擎22在由目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*指示的工作点处工作。在接收到电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*之后，电机ECU40进行对逆变器41和42的开关元件(未示出)的开关控制，以使得以转矩命令Tm1*和Tm2*驱动电机MG1和MG2。由于该控制，可以通过在引擎操作模式下，在电池50的输入/输出限制Win和Wout的范围内，向驱动轴36输出所需转矩Tr*(车辆运行功率Pdrv*)，来使车辆运行。
在车辆在引擎操作模式下的运行开始之后，在下一次执行该例程时，，与在步骤S130中的操作中相同地确定引擎22。将所需功率Pe*与小于引擎起动阈值Pstart的引擎停止阈值Pstop进行比较(步骤S220)，并且将电池50的电荷存储比率SOC与大于引擎停止阈值Pstop的引擎停止阈值Sstop进行比较(步骤S230)。这里要注意，例如，可以使用45%、47%、50%等作为引擎停止阈值Sstop。步骤S220和S230的处理是确定是否满足了引擎22的停止条件的处理。
当所需功率Pe*大于引擎停止阈值Pstop时，或者当电池50的电荷存储比率SOC小于阈值Sstop时，确定不满足引擎22的停止条件，然后设置引擎22的目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*以及电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*，以使得在引擎操作模式下，在电池50的输入/输出限制Win和Wout的范围内，向驱动轴36输出所需转矩Tr*，然后向引擎ECU24或者电机ECU40发送引擎22的目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*以及电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*(步骤S240至S290)。之后，该例程结束。
另一方面，当所需功率Pe*小于或等于引擎停止阈值Pstop，并且电池50的电荷存储比率SOC大于或等于引擎停止阈值Sstop时，确定满足引擎22的停止条件，然后停止引擎22的操作(步骤S300)，并且设置电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*，以使得在电机操作模式下，在电池50的输入/输出限制Win和Wout的范围内，向驱动轴36输出所需转矩Tr*，然后向电机ECU40发送转矩命令Tm1*和Tm2*(步骤S160至S200)。之后，该例程结束。
上面描述了图2A和2B所示的驱动控制例程。接下来，将描述图7所示的控制用值设置例程中的设置电池50的充电/放电所需功率Pb*、引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop的处理。HVECU70每隔预定时间(例如每隔几毫秒)重复执行该例程。
当执行该控制用值设置例程时，HVECU70首先执行摄取诸如车辆速度V、电池50的电荷存储比率SOC、作为电池50在预定时间(例如0.5秒、1秒、1.5秒等)期间电荷存储比率SOC的改变量的预定时间电荷存储比率变化ΔSOC、作为电池50在预定时间的工作量的预定时间电池工作Wb等数据的处理(步骤S400)。上面描述了输入车辆速度V和电荷存储比率SOC的方法。预定时间电荷存储比率变化ΔSOC是通过从最后(最新)计算的电荷存储比率SOC中减去在预定时间之前计算的电荷存储比率SOC而计算出的值，并且通过通信从电池ECU52输入预定时间电荷存储比率变化ΔSOC。预定时间电池工作量Wb是作为从之前的预定时间起到当前(最近)、电池50的充电/放电电力(Vb×Ib)（为来自电压传感器51a的电池50的端子间电压Vb和来自电流传感器51b的电池50的充电/放电电流Ib的乘积）的累积值而计算的值。
在以这种方式输入数据之后，将输入的预定时间电荷存储比率变化ΔSOC除以预定时间电池工作量Wb，以计算作为指示电池50的退化程度的值的退化程度值D(步骤S410)。通常，电池50具有随着电池50的退化发展，达到相同工作量的电荷存储比率SOC的变化加大的趋势。因此，退化程度值D随着电池50的退化的发展而变大。
基于计算的退化程度值D，设置在设置电池50的充电/放电所需功率Pb*的处理、引擎起动阈值Pstart的设置处理和引擎停止阈值Pstop的设置处理中使用的校正因数Kp(步骤S420)。这里要注意，在本实施例中，如下设置校正因数Kp。也就是说，在ROM(未示出)中预先存储预先确定了退化程度值D和校正因数Kp之间的关系的校正因数设置图，并且当给定退化程度值D时，从存储的图中得出与给定退化程度值D相对应的校正因数Kp。在图8中示出了校正因数设置图的示例。在图8中，“Dref”是退化程度值D(电池50的退化程度)的容许上限值(电池50可以被视为尚未退化的退化程度值D的范围的上限值)，其可以是通过实验、分析等预先确定的值。如图8所示，当退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时，将校正因数Kp设置在值1，而当退化程度值D大于容许上限值Dref时，以随着退化程度值D增大从值1开始减小的趋势，设置校正因数Kp。
随后，基于电池50的电荷存储比率SOC，设置作为充电/放电所需功率Pb*的预备值的预备充电/放电所需功率Pbtmp(步骤S430)。这里注意，在本实施例中，在ROM(未示出)中预先存储预先确定了电池50的电荷存储比率SOC和预备充电/放电所需功率Pbtmp之间的关系的预备充电/放电所需功率设置图，并且当给定电荷存储比率SOC时，从存储的图中得出相应的预备充电/放电所需功率Pbtmp。在图9中示出了预备充电/放电所需功率设置图的示例。如图9所示，当电荷存储比率SOC等于目标比率SOC*(例如55%、60%、65%等)时，将预备充电/放电所需功率Pbtmp设置在值0。当电荷存储比率SOC大于目标比率SOC*时，将预备充电/放电所需功率Pbtmp设置为在电荷存储比率SOC达到大于目标比率SOC*的比率Shi之前，随着电荷存储比率SOC增大趋于朝着预定正电力Pdis(例如+2kW、+3kW、+5kW等)增大的值。当电荷存储比率SOC大于比率Shi时，将预备充电/放电所需功率Pbtmp设置在预定电力Pdis。另一方面，当电荷存储比率SOC小于目标比率SOC*时，将预备充电/放电所需功率Pbtmp设置为在电荷存储比率SOC达到小于目标比率SOC*的比率Slo之前，随着电荷存储比率SOC减小趋于朝着预定负电力Pch(例如-2kW、-3kW、-5kW等)减小的值。当电荷存储比率SOC小于比率Slo时，将预备充电/放电所需功率Pbtmp被设置在预定电力Pch。
在以这种方式设置预备充电/放电所需功率Pbtmp之后，将设置的预备充电/放电所需功率Pbtmp乘以校正因数Kp，以设置电池50的充电/放电所需功率Pb*(步骤S440)。当车辆在引擎操作模式下运行时，可以通过以与充电/放电所需功率Pb*相当的所需功率Pe*操作引擎22，来使电池50的电荷存储比率SOC更接近目标比率SOC*。此外，由于通过将预备充电/放电所需功率Pbtmp乘以校正因数Kp来设置充电/放电所需功率Pb*，因此与当退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D大于容许上限值Dref时，可以使电池50的充电/放电电力的绝对值更小，从而可以抑制电池50的退化的发展。此外，当退化程度值D大于容许上限值Dref时，设置校正因数Kp，以使其具有随着退化程度值D增大而减小的趋势。也就是说，由于以随着退化程度值D越大，充电/放电所需功率Pb*的绝对值变得越小的趋势，设置充电/放电所需功率Pb*，因此可以根据退化程度，更适当地抑制电池50的退化的发展。
接下来，基于车辆速度V，设置分别作为引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop的预备值的预备引擎起动阈值Pstarttmp和预备引擎停止阈值Pstoptmp(步骤S450)。在本实施例中，在ROM(未示出)中预先存储通过实验等预先确定车辆速度V、预备引擎起动阈值Pstarttmp和预备引擎停止阈值Pstoptmp之间的关系的预备引擎起动/停止阈值设置图，并且当给定车辆速度V时，可以从存储的图中得出并设置与给定车辆速度V相对应的预备引擎起动阈值Pstarttmp和预备引擎停止阈值Pstoptmp。在图10中示出了预备引擎起动/停止阈值设置图的示例。设置预备引擎起动阈值Pstarttmp和预备引擎停止阈值Pstoptmp，以使得对于相同的车辆速度V，预备引擎停止阈值Pstoptmp小于预备引擎起动阈值Pstarttmp，并且将它们设置为具有随着车辆速度V增大而减小的趋势。前述两个设置中的前一个用于避免频繁重复引擎22的起动和停止的事件。进行后一个设置，以使得考虑到当车辆速度V(电机MG2的旋转速度Nm2)大时，电机MG2的输出(旋转速度Nm2×转矩Tm2)也大，并且可能变得不能单独通过电机MG2的输出来实现或者适当地应对所需转矩Tr*的情况，可以更适当地应对(或者更经常提供)所需转矩(车辆运行功率Pr*)。
接下来，如下面的表达式(7)和(8)所示，通过分别将设置的预备引擎起动阈值Pstarttmp和设置的预备引擎停止阈值Pstoptmp乘以校正因数Kp，来设置引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop(步骤S460)。之后，该例程结束。与当退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，如上所述设置的引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop更小。下面将说明以这种方式设置引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop的原因。
Pstart=Kp·Pstarttmp (7)
Pstop=Kp·Pstoptmp (8)
通常，当车辆在电机操作模式下运行时，通过在对电池50放电时驱动电机MG2，来向驱动轴36输出所需转矩Tr*。当车辆在引擎操作模式下运行时，通过在根据引擎22的操作并且根据需要对电池50充电或放电时驱动电机MG1和MG2，来向驱动轴36输出所需转矩Tr*。因此，与当车辆在引擎操作模式下运行时相比，当车辆在电机操作模式下运行时，电池50的充电/放电电力的绝对值趋于更大。在本实施例中，与当退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop更小。由此，在引擎22的操作停止期间，更可能起动引擎22(即更可能发生从电机操作模式到引擎操作模式的改变)，并且在引擎22工作期间，较不可能停止引擎22的操作(即较不可能发生从引擎操作模式到电机操作模式的改变)。这抑制了以大电力对电池50进行充电或放电，并且抑制了电池50的退化的发展。此外，以前述方式设置引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop，可以抑制电池50的电荷存储比率SOC的减小。其结果是，能够抑制在引擎22的操作停止期间，不顾所需功率Pe*小于引擎起动阈值Pstart，电池50的电荷存储比率SOC减小到引擎起动阈值Sstart或者引擎起动阈值Sstart以下并且因此需要起动引擎22的事件发生。此外，当退化程度值D大于容许上限值Dref时，将校正因数Kp设置为具有随着退化程度值D增大而减小的趋势。也就是说，因为将引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop设置为具有该趋势，因此可以根据电池50的退化程度，适当地抑制电池50退化的发展。此外，例如，在驱动器操作加速器，以使得车辆运行功率Pdr*在预备引擎起动阈值Pstart或预备引擎停止阈值Pstop附近改变的情况下，引擎22的起动和停止频率降低。其结果是，可以减少为了起动引擎22而需要的功率，因此可以提高能量效率。
根据上述实施例的混合动力车辆20，与当指示电池50的退化程度的退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，将引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop设置为更小。这使得车辆在引擎操作模式下运行是更可能的，并且抑制以大电力对电池50进行充电或放电，并因此抑制电池50退化的进一步发展。
在实施例的混合动力车辆20中，可以与退化程度值D无关地将引擎起动阈值Pstart设置在固定值(预备引擎起动阈值Pstart)，并且与当退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，可以将引擎停止阈值Pstop设置为更小。也在这种情况下，在引擎22工作期间，较不可能停止引擎22的操作(较不可能发生从引擎操作模式到电机操作模式的改变)。这抑制以大电力对电池50进行充电或放电，因此抑制电池50退化的进一步发展。
在实施例的混合动力车辆20中，与当退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，将校正因数Kp设置为更小足够了。例如，可以将校正因数Kp设置在诸如值0.5、值0.6、值0.7等固定值。也就是说，在实施例的混合动力车辆20中，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，可以将引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop分别设置在与预备引擎起动阈值Pstarttmp和预备引擎停止阈值Pstoptmp的0.5倍、0.6倍、0.7倍等一样大的值。
在实施例的混合动力车辆20中，可以不顾车辆速度V，而将预备引擎起动阈值Pstarttmp和预备引擎停止阈值Pstoptmp设置在固定值。
在实施例的混合动力车辆20中，可以不顾退化程度值D，在不使用校正因数Kp的情况下，将预备充电/放电所需功率Pbtmp直接设置为充电/放电所需功率Pb*。
在实施例的混合动力车辆20中，例如，可以以如下找到的电池50的放电特性的改变量，来获得关于电池50的退化程度值D。也就是说，在用X轴表示电池容量Cb，并且用Y轴表示端子间电压Vb的曲线图中，绘制通过对电池50的充电/放电电流Ib和端子间电压Vb求时间积分（time-integration）而获得的电池50的电池容量Cb的多个组合，并且使用该数据，通过最小二乘法等求得绘制的曲线的斜率(放电特性)，并且将放电特性的改变量确定为退化程度值D。
如在根据图11所示的变形例的混合动力车辆120中所例示的，可以向不同于连接到驱动轴36的车轴(即连接到驱动轮38a和38b的车轴)的车轴(即图11中连接到轮39a和39b的车轴)，输出来自电机MG2的动力。
如在根据图12中的另一变形例的混合动力车辆220中所例示的，可以设置双转子电动机-发电机230。双转子电动机-发电机230具有连接到引擎22的曲柄轴的内转子232和连接到向驱动轮38a和38b输出动力的驱动轴36的外转子234，并且双转子电动机-发电机230向驱动轴36传输来自引擎22的动力中的一部分，并将其余动力转换为电力。
还容许采用在根据图13中的又一变形例的混合动力车辆320中例示的构造。也就是说，电机MG经由传动装置330附接到连接到驱动轮38a和38b的驱动轴36，并且电机MG的旋转轴经由离合器329连接到引擎22。经由电机MG的旋转轴和传动装置330向驱动轴36输出来自引擎22的动力，并且经由传动装置330向驱动轴输出来自电机MG的动力。可选地，可以采用在根据图14中的再一变形例的混合动力车辆420中例示的构造。也就是说，经由传动装置430向连接到驱动轮38a和38b的驱动轴36输出来自引擎22的动力，并且向不同于连接到驱动轮38a和38b的车轴的车轴(即图14中的连接到轮39a和39b的车轴)输出来自电机MG的动力。
将描述实施例的主要元素与在前述发明内容部分中描述的发明的主要元素之间的对应关系。在实施例中，引擎22对应于发明中的“引擎”，电机MG2对应于“电机”，电池50对应于“电池”。执行图2A和2B所示的驱动控制例程以及图7所示的控制用值设置例程的HVECU70、接收来自HVECU70的引擎22的目标旋转速度Ne*和目标转矩Te*并且控制引擎22的引擎ECU24以及接收来自HVECU70的电机MG1和MG2的转矩命令Tm1*和Tm2*并且控制电机MG1和MG2的电机ECU40的组合，对应于发明中的“控制器”。
这里要注意，本发明中的“引擎”不限于使用汽油、轻油等作为燃料来输出动力的引擎22，而可以是诸如氢引擎等任意类型的引擎，只要引擎能够输出用于使车辆运行的动力即可。本发明中的“电机”不限于被配置为同步发电机-电动机的电机MG2，而可以是诸如感应电机等的任意类型的电机，只要电机能够吸收并且输出用于使车辆运行的动力即可。本发明中的“电池”不限于以锂离子二次电池构成的电池50，而可以是诸如镍金属氢化物二次电池、镍-镉二次电池、铅蓄电池等的任意类型的电池，只要电池能够从电机接收电力并向电机给予电力即可。本发明中的“控制器”不限于HVECU70、引擎ECU24、电机ECU40和电池ECU52的组合，而也可以是由单个电子控制单元构成的控制器等。此外，本发明中的“控制器”不限于与当指示电池50的退化程度的退化程度值D小于或等于容许上限值Dref时相比，当退化程度值D超过容许上限值Dref时，将引擎起动阈值Pstart和引擎停止阈值Pstop设置为更小的控制器，而可以利用进行下面的控制的任意控制器。控制引擎和电机，使得当基于在引擎的操作停止期间在使车辆运行时所需的所需转矩的车辆所需的所需功率，变得等于或大于引擎起动阈值时，在引擎输出所需功率的同时，车辆以所需转矩运行，直到所需功率降低到小于引擎起动阈值的引擎停止阈值或者降低到小于引擎停止阈值为止。如果在引擎工作期间，所需功率降低到引擎停止阈值或者降低到小于引擎停止阈值，则控制电机，以使得在引擎处于停止状态的同时，车辆以所需转矩运行，直到所需功率增大到引擎起动阈值或者增大到大于引擎起动阈值。与当电池的退化程度小于或等于阈值时相比，当电池的退化程度超过阈值时，将引擎停止阈值设置为更小。
附带地，由于实施例是具体说明实施在发明内容中描述的发明的形式的示例，因此实施例的主要元素和在发明内容部分中描述的发明的主要元素之间的对应关系，不限制在发明内容中描述的发明的元素。也就是说，应当基于在发明内容部分中描述的内容，进行对在该部分中描述的发明的解释，而实施例等仅仅是在发明内容中描述的发明的具体示例。
很明显，本发明不以任意方式局限于实施例等，而可以在不脱离本发明的要旨的情况下以各种形式实施。
本发明适用于制造混合动力车辆等的产业。

Claims (7)

1.一种混合动力车辆(20)，其特征在于包括：
引擎(22)，被配置为输出用于运行所述混合动力车辆的动力；
电机(MG2)，被配置为吸收以及输出用于运行所述混合动力车辆的动力；
电池(50)，被配置为将电力给予所述电机以及从所述电机接收电力；以及
控制器(70)，被配置为：
控制所述引擎和所述电机，以使得当在所述引擎工作停止期间，基于运行所述混合动力车辆所需要的所需转矩的并且所述混合动力车辆所需的所需功率增大到第一阈值或者增大到大于所述第一阈值时，在所述引擎输出所述所需功率的同时所述混合动力车辆以所述所需转矩运行，直到所述所需功率降低到第二阈值或者降低到小于所述第二阈值为止，所述第二阈值小于所述第一阈值，
控制所述引擎和所述电机，以使得当在所述引擎工作期间，所述所需功率降低到所述第二阈值或者降低到小于所述第二阈值时，在所述引擎处于停止状态的同时所述混合动力车辆以所述所需转矩运行，直到所述所需功率增大到所述第一阈值或者增大到大于所述第一阈值为止，并且
设置所述第二阈值，以使得与当所述电池的退化程度小于或等于容许上限值时相比，当所述电池的退化程度超过所述容许上限值时，所述第二阈值更小。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述控制器设置所述第二阈值，以使得在所述电池的退化程度超出所述容许上限值越多时，所述第二阈值越小。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其中，所述控制器设置所述第一阈值，以使得与当所述电池的退化程度小于或等于所述容许上限值时相比，当所述电池的退化程度超过所述容许上限值时，所述第一阈值更小。
4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中，所述控制器设置所述第一阈值，使得在所述电池的退化程度超出所述容许上限值越多时，所述第一阈值越小。
5.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其中，所述控制器基于所述所需转矩并且基于所述电池的充电/放电所需功率设置所述所需功率，并且设置所述充电/放电所需功率，以使得与当所述电池的退化程度小于或等于所述容许上限值时相比，当所述电池的退化程度超过所述容许上限值时，所述充电/放电所需功率的绝对值更小。
6.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其中，所述控制器通过将在预定时间期间所述电池的电荷存储比率的改变量除以在所述预定时间期间所述电池的充电/放电电力的累积值，来计算所述电池的退化程度。
7.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，还包括：
发电机(MG1)，被配置为将电力给予所述电池以及从所述电池接收电力；以及
行星齿轮(30)，其包括分别连接到驱动轴、所述引擎的输出轴和所述发电机的旋转轴的三个旋转元件，所述驱动轴连接到车轴，其中，
所述电机的所述旋转轴连接到所述驱动轴。
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