CN103573437A - 混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括：发动机（22），所述发动机经由发动机支座（14）安装在车体上，并向与车轴联接的驱动轴输出动力；电动机（MG2），所述电动机向所述驱动轴输出动力；电池（50），所述电池向所述电动机（MG2）供给电力；和控制单元（24，40，70），所述控制单元构造成当在所述车辆在所述发动机（22）停止的情况下行驶期间所述驱动轴的转矩变成等于或大于起动阈值时起动所述发动机（22），所述起动阈值被设定成使得所述起动阈值等于或小于额定对应转矩并且所述起动阈值与所述额定对应转矩之差趋于随着所述驱动轴的转速降低而增大，并且所述额定对应转矩是所述驱动轴的与所述电动机（MG2）的额定最大转矩对应的转矩。

Description

混合动力车辆

技术领域

本发明涉及一种混合动力车辆。

背景技术

通常，作为这一种类的混合动力车辆，已提出这样的混合动力车辆，其均包括被支承在发动机支座上的发动机、与发动机联接的电动机-发电机、与电动机-发电机和驱动轴联接的变速器、以及经由逆变器与电动机-发电机电连接的蓄电装置。在这些混合动力车辆的各个中，在起动发动机的过程中，发动机被控制成使得初始燃烧转矩随着紧临发动机的初始燃烧之前的侧倾角朝负侧增大（随着发动机支座的复原力朝正侧增大）而减小（例如，参见日本专利申请公报（No.2009-203816（JP-2009-203816A））。在这些混合动力车辆的各个中，由于这一控制，能够不拘泥于发动机在初始燃烧之前的移位（侧倾角）而抑制发动机振动。

在这种混合动力车辆中，如果当车辆在发动机停止的情况下行驶时向驱动轴输出大的转矩，则经由发动机施加至发动机支座的反作用力增大，并且因此，发动机支座中的弹性体可能被压缩。此外，一般而言，电动机-发电机的额定最大转矩趋于随着电动机-发电机的转速降低而增大。因此，如果将通过将电动机-发电机的额定最大转矩换算成驱动轴的转矩而获得的值设定为发动机起动阈值，并且一旦驱动轴的转矩变成等于或大于该起动阈值便起动发动机，则当驱动轴的转速低时，发动机可能在发动机支座中的弹性体被压缩的状态下起动。这种情况下，在起动发动机的过程中产生的振动易于传递至车体，并且因此，易于产生大的冲击。

发明内容

根据本发明的混合动力车辆抑制在起动发动机时产生大的冲击。

本发明的一方面涉及一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括：发动机，所述发动机经由发动机支座安装在车体上，并向与车轴联接的驱动轴输出动力；电动机，所述电动机向所述驱动轴输出动力；电池，所述电池向所述电动机供给电力；和控制单元，所述控制单元构造成当在所述车辆在所述发动机停止的情况下行驶期间所述驱动轴的转矩变成等于或大于起动阈值时起动所述发动机。所述起动阈值被设定成使得所述起动阈值等于或小于额定对应转矩并且所述起动阈值与所述额定对应转矩之差趋于随着所述驱动轴的转速降低而增大。所述额定对应转矩是所述驱动轴的与所述电动机的额定最大转矩对应的转矩。

在根据本发明的前述方面的这种混合动力车辆中，当在车辆在发动机停止的情况下行驶期间驱动轴的转矩变成等于或大于起动阈值时起动发动机，并且起动阈值被设定成使得起动阈值等于或小于额定对应转矩并且起动阈值与额定对应转矩之差趋于随着驱动轴的转速降低而增大。额定对应转矩是驱动轴的与电动机的额定最大转矩对应的转矩。因而，能抑制发动机在驱动轴的转矩比较大的情况下（在发动机支座中的弹性体被压缩的情况下）起动，并因此，能抑制在起动发动机时发生大的冲击。在此应该注意的是，“额定对应转矩”在电动机经由减速机或变速器与驱动轴连接的情况下等于与电动机的额定最大转矩和减速机的减速比或变速器的变速比对应的转矩，并且“额定对应转矩”在电动机与驱动轴直接连接的情况下等于电动机的额定最大转矩。

在根据本发明的前述方面的混合动力车辆中，所述起动阈值可被设定成使得所述发动机在所述发动机支座的位移量小于预定位移量的状态下起动。在此应该注意的是，“预定位移量”也可定义为发动机支座中的弹性体被压缩的位移量。在发动机在驱动轴的转矩变成等于或大于起动阈值时起动的根据本发明的前述方面的混合动力车辆中，驱动轴的转矩被认为在许多情况下在发动机的起动期间（即，在起动发动机的过程中）增大。因此，该构型可使得发动机支座的位移量在发动机的起动完成之前（即，在起动发动机的过程完成之前）不会达到预定位移量。因此，起动阈值可被设定为小于通过将发动机支座中的弹性体被压缩时的驱动轴的转矩减去驱动轴的转矩在发动机起动期间（即，在起动发动机的过程中）的增量（假定值）而获得的值。

在根据本发明的前述方面的混合动力车辆中，可根据换档位置、行驶模式、所述发动机支座的温度、路面坡度以及加速度中的至少一者来设定所述起动阈值。在此应该注意的是，向前行驶位置和向后行驶位置可视为“换档位置”。此外，通常行驶模式、对燃料经济性给予比在通常行驶模式下高的优先的经济模式、对在电动机运转模式下行驶给予比在通常行驶模式下高的优先的EV模式、对加速度给予比在通常行驶模式下高的优先的运动模式、对转矩（动力）输出给予比在通常行驶模式下高的优先的动力模式等可视为“行驶模式”。

根据本发明的前述方面的混合动力车辆还可包括与所述电池交换电力的发电机和具有三个旋转元件的行星齿轮，所述三个旋转元件连接到所述驱动轴、所述发动机的输出轴和所述发电机的旋转轴。

根据本发明的前述方面的混合动力车辆还可包括第二电动机，所述第二电动机与所述电池交换电力，并向与不同于所述车轴的第二车轴联接的第二驱动轴输出动力，所述起动阈值在不考虑所述第二驱动轴的转矩的情况下设定。这是因为考虑到与驱动轴的转矩相比，第二驱动轴的转矩对发动机支座的位移的影响充分小。

附图说明

下面将参照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，附图中同样的标号表示同样的元件，并且其中：

图1是示出了作为本发明的一个实施例的混合动力车辆的构成概略的构成图；

图2A和2B示出了流程图，示出由本发明的实施例的HVECU执行的驱动控制例程的一示例；

图3是示出要求转矩设定脉谱图的一示例的说明图；

图4是示出施加至作为驱动轴的齿圈轴的驱动轴转矩与发动机支座的位移量之间的关系的一示例的说明图；

图5是示出电机的转速与额定最大转矩之间的关系的一示例的说明图；

图6是示出额定对应转矩、弹性体压缩转矩以及起动阈值之间的关系的一示例的说明图；

图7是示出共线图的一示例的说明图，该共线图示出了在起动发动机时行星齿轮的旋转元件的转速和转矩之间的机械关系；

图8是示出发动机的操作线的一示例以及如何设定目标转速和目标转矩的说明图；

图9是示出共线图的一示例的说明图，该共线图示出在混合动力车辆利用从发动机输出的动力行驶期间行星齿轮的旋转元件的转速和转矩之间的机械关系；

图10是示出要求转矩、比率值、发动机支座的位移量、冲击和发动机的输出在当齿圈轴的转速比较小时（当额定对应转矩比较大时）起动发动机的过程中随时间推移而变化的方式的一示例的说明图；

图11是示出根据一修改示例的混合动力车辆的构成概略的框图；以及

图12是示出根据另一修改示例的混合动力车辆的构成概略的框图。

具体实施方式

将描述本发明一实施例。

图1是示出作为本发明一实施例的混合动力车辆20的构成概略的构成图。如图1所示，根据本发明的实施例的混合动力车辆20包括发动机22、发动机电子控制单元（下文称为发动机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（下文称为电机ECU）40、电池50、电池电子控制单元（下文称为电池ECU）52和混合动力电子控制单元（下文称为HVECU）70。发动机22使用汽油、轻油等作为燃料来输出原动力。发动机ECU24执行用于发动机22的驱动控制。行星齿轮30构造成使得多个小齿轮33所联接的托架34经由减振器28与作为发动机22的输出轴的曲轴26连接，并且齿圈32与经由差动齿轮62和齿轮机构60与驱动轮63a和63b联接的作为驱动轴的齿圈轴32a连接。电机MG1构造为例如众所周知的同步发电电动机，并具有与行星齿轮30的太阳齿轮31连接的转子。电机MG2构造为例如众所周知的同步发电电动机，并具有经由减速齿轮35与作为驱动轴的齿圈轴32a连接的转子。逆变器41和42构造成驱动电机MG1和MG2。电机ECU40通过控制逆变器41和42来执行用于电机MG1和MG2的驱动控制。电池50构造为例如锂离子二次电池，并经由逆变器41和42与电机MG1和MG2交换电力。电池ECU52管理电池50。HVECU70控制整个车辆。

发动机22和容纳行星齿轮30及电机MG1和MG2的变速器外壳（未示出）沿车辆的横向设置（横置）。发动机22经由发动机支座14安装在车体12上。变速器外壳通过变速器支座（未示出）从车体12悬置。发动机支座14和变速器支座各者包括设置在其中的诸如橡胶之类的弹性体，并且能够吸收振动。

尽管在图1中未示出，但发动机ECU24构成为主要由CPU构成的微处理器。除CPU以外，发动机ECU24还包括存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。发动机ECU24经由输入端口接收来自检测发动机22的运转状态的各种传感器的信号，例如，来自检测曲轴26的旋转位置的曲柄位置传感器的曲柄位置θcr、来自检测发动机22的冷却剂的温度的冷却剂温度传感器的冷却剂温度Tw、来自安装在燃烧室中的压力传感器的缸内压力Pin、来自检测打开/关闭用于将空气吸入燃烧室中的进气门或用于从燃烧室排出排气的排气门的凸轮轴的旋转位置的凸轮位置传感器的凸轮位置θca、来自检测节气门的位置的节气门位置传感器的节气门位置TP、来自附接到进气管上的空气流量计的进气量Qa、来自也附接到进气管上的温度传感器的进气温度Ta、来自附接到排气系统上的空燃比传感器的空燃比AF、和来自也附接到排气系统上的氧传感器的氧信号O2。发动机ECU24经由输出端口输出用于驱动发动机22的各种控制信号，例如，输出到燃料喷射阀的驱动信号、输出到调节节气门的位置的节气门马达的驱动信号、输出到与点火装置一体形成的点火线圈的控制信号、和输出到能够改变打开/关闭进气门的正时的可变气门正时机构的控制信号。此外，发动机ECU24与HVECU70通信，通过来自HVECU70的控制信号执行用于发动机22的运转控制，并根据需要向HVECU70输出与发动机22的运转状态有关的数据。发动机ECU24还基于来自附接到曲轴26上的曲柄位置传感器（未示出）的信号来计算曲轴26的转速，即发动机22的转速Ne。

尽管在图1中未示出，但电机ECU40构成为主要由CPU构成的微处理器。除CPU以外，电机ECU40还包括存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。电机ECU40经由输入端口来接收执行用于电机MG1和MG2的驱动控制所需的信号，例如，来自分别检测电机MG1和MG2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，以及由电流传感器（未示出）检测并分别施加至电机MG1和MG2的相电流。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。此外，电机ECU40与HVECU70通信，通过来自HVECU70的控制信号执行用于电机MG1和MG2的驱动控制，并根据需要向HVECU70输出与电机MG1和MG2的运转状态有关的数据。电机ECU40还基于分别来自旋转位置检测传感器43和44的电机MG1和MG2的转子的旋转位置θm1和θm2来计算电机MG1和MG2的转动角速度ωm1和ωm2以及转速Nm1和Nm2。

尽管在图1中未示出，但电池ECU52构成为主要由CPU构成的微处理器。除CPU以外，电池ECU52还包括存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM、输入/输出端口和通信端口。电池ECU52经由输入端口接收管理电池50所需的信号，例如，来自安装在电池50的端子之间的电压传感器（未示出）的端子间电压Vb、来自附接到与电池50的输出端子连接的电源线上的电流传感器（未示出）的充电/放电电流Ib、和来自附接到电池50上的温度传感器（未示出）的电池温度Tb。电池ECU52根据需要通过通信向HVECU70传输与电池50的状态有关的数据。此外，为了管理电池50，电池ECU52基于通过电流传感器检测到的充电/放电电流Ib的积分值来计算目前的充电状态SOC，亦即，能够从电池50放出的电力的容量与全部容量的比率，并基于所计算出的充电状态SOC和电池温度Tb来计算作为可对电池50充入或可从电池50放出的最大容许电力的输入/输出极限Win和Wout。通过基于电池温度Tb来设定输入/输出极限Win和Wout的基本值，基于电池50的充电状态SOC来设定输出极限修正系数和输入极限修正系数，并且将输入/输出极限Win和Wout的所设定的基本值分别乘以修正系数，能够设定电池50的输入/输出极限Win和Wout。

HVECU70构成为主要由CPU72构成的微处理器。除CPU72以外，HVECU70还包括存储处理程序的ROM74、临时存储数据的RAM76、输入/输出端口、和通信端口。HVECU70经由输入端口接收来自点火开关80的点火信号、来自检测换档杆81的操作位置的换档位置传感器82的换档位置SP、来自检测加速器踏板83的下压量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自检测制动踏板85的下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，HVECU70分别经由通信端口连接到发动机ECU24、电机ECU40和电池ECU52，并与发动机ECU24、电机ECU40和电池ECU25交换各种控制信号和数据。在根据本发明实施例的混合动力车辆20中，通过换档位置传感器82检测到的换档杆81的位置的示例包括驻车位置（P位置）、空档位置（N位置）、驱动位置（D位置）、和倒档（R位置）。

在这样构成的根据本发明实施例的混合动力车辆20中，基于与由驾驶者操作的加速器踏板的下压量对应的加速度开度Acc和车速V来计算需要输出到作为驱动轴的齿圈轴32a的要求转矩Tr*。执行用于发动机22及电机MG1和MG2的运转控制，使得与该要求转矩Tr*对应的要求功率输出到齿圈轴32a。在转矩变换运转模式、充电/放电运转模式、电动机运转模式等模式下执行用于发动机22及电机MG1和MG2的运转控制。在转矩变换运转模式下，执行用于发动机22的运转控制，使得从发动机22输出与要求功率相匹配的动力，并且执行用于电机MG1和MG2的驱动控制，使得从发动机22输出的整体动力经历由行星齿轮30及电机MG1和MG2进行的转矩变换并输出到齿圈轴32a。在充电/放电运转模式下，执行用于发动机22的运转控制，使得从发动机22输出与要求功率与电池50的充电/放电所需的电力的总和相匹配的动力，并且执行用于电机MG1和电机MG2的驱动控制，使得在随同电池50的充电/放电一起从发动机22输出的动力完全或部分地经历由行星齿轮30、电机MG1和电机MG2进行的转矩变换的同时要求功率被输出到齿圈轴32a。在电动机运转模式下，发动机22的运转停止，并且执行运转控制以使得与来自电机MG2的要求功率相匹配的动力输出到齿圈轴32a。转矩变换运转模式和充电/放电运转模式两者都是发动机22、电机MG1和电机MG2被控制成使得要求功率伴随发动机22的运转而被输出到齿圈轴32a的模式，并且两者之间不存在明显的控制差异。因此，这两种运转模式在下文中将统称为发动机运转模式。

接下来，将描述这样构成的根据本发明实施例的混合动力车辆20的操作。图2A和2B示出一流程图，该流程图示出了由根据本发明实施例的HVECU70执行的驱动控制例程的一示例。该例程以预定时间的间隔（例如，以若干毫秒的间隔）被反复执行。

当执行驱动控制例程时，HVECU70的CPU72首先执行用于输入执行控制所需的数据——例如来自加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自车速传感器88的车速V、发动机22的转速Ne、电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、电池50的输入/输出极限Win和Wout等——的处理（步骤S100）。在此应该注意的是，发动机22的转速Ne在基于来自曲柄位置传感器（未示出）的信号算出之后通过通信从发动机ECU24输入到HVECU70。此外，电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2在基于分别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算出之后从电机ECU40输入到HVECU70。此外，电池50的输入/输出极限Win和Wout在基于电池50的电池温度Tb和电池50的充电状态SOC设定之后通过通信从电池ECU52输入到HVECU70。

当数据这样输入时，基于所输入的加速器开度Acc和所输入的车速V来设定作为行驶所需（即，待输出到作为驱动轴的齿圈轴32a）的要求转矩Tr*的临时值的临时要求转矩Trtmp（步骤S110）。在此应该注意的是，在本发明的实施例中，通过提前确定加速器开度Acc、车速V和临时要求转矩Trtmp之间的关系、将该关系作为临时要求转矩设定脉谱图存储在ROM74中并在加速器开度Acc和车速V被给出的情况下从所存储的脉谱图得出对应的临时要求转矩Trtmp，来设定要求转矩Tr*。图3示出了要求转矩设定脉谱图的一示例。

随后，判定发动机22是否正被起动（步骤S120）。如果发动机22未正被起动，则将预定值Rt1设定为用于比率处理的比率值Rt（步骤S130）。如果发动机22正被起动，则将比预定值Rt1小的预定值Rt2设定为比率值Rt（步骤S140）。然后，如以下示出的式（1）所示，使临时要求转矩Trtmp经受使用比率值Rt的比率处理以设定要求转矩Tr*（步骤S150）。由于该处理，在发动机22正被起动的状态下，要求转矩Tr*比在发动机22未正被起动的状态下更缓慢地（更温和地）改变。稍后将描述在发动机22正被起动的状态下比在发动机22未正被起动的状态下更缓慢地改变要求转矩Tr*的原因。

Tr*=max(min(Trtmp,上次Tr*+Rt),上次Tr*-Rt)    (1)

然后，通过从通过将所设定的要求转矩Tr*乘以齿圈轴32a的转速Nr（例如，通过将电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的传动比Gr而获得的转速、通过将车速V乘以换算系数而获得的转速等）而获得的值减去电池50需要被充电或需要从电池50放电的充电/放电要求功率Pb*（当需要从电池50放电时，该充电/放电要求功率Pb*是正值）来设定车辆所需的要求功率Pe*（步骤S160）。

随后，判定发动机22是在运转还是未运转（步骤S170）。如果发动机22未在运转中，则判定发动机22是否正被起动（步骤S180）。如果发动机22未正被起动，则将要求转矩Tr*与起动阈值Tstart进行比较（步骤S190）。在此应该注意的是，起动阈值Tstart用于在发动机22停止运转期间判定是否起动发动机22。在本发明的该实施例中，起动阈值Tstart是等于或小于额定对应转矩Trrat（=Tm2rat·Gr）并小于发动机支座14中的弹性体（未示出）被压缩的转矩（在下文中，发动机支座14中的弹性体被压缩的转矩将称为弹性体压缩转矩Trmou）的转矩。通过将电机MG2的额定最大转矩Tm2rat换算成齿圈轴32a的转矩来获得额定对应转矩Trrat。下文将描述该起动阈值Tstart。

图4是示出了施加至作为驱动轴的齿圈轴32a的转矩（在下文中称为驱动轴转矩Tr）与发动机支座14的位移量D之间的关系的一示例的说明图。图5是示出了电机MG2的转速Nm2与额定最大转矩Tm2rat之间的关系的一示例的说明图。在图4中，“Dmou”表示发动机支座14中的弹性体被压缩的位移量D（在下文中，发动机支座14中的弹性体被压缩的位移量D将称为弹性体压缩位移量）。前述弹性体压缩转矩Trmou是发动机支座14的位移量D等于弹性体压缩位移量Dmou的驱动轴转矩Tr。如图4所示，发动机支座14的位移量D随着驱动轴转矩Tr增大而增大。在驱动轴转矩Tr大于弹性体压缩转矩Trmou的区域内，发动机支座14的位移量D相对于驱动轴转矩Tr的增大的增大程度小于在驱动轴转矩Tr等于或小于弹性体压缩转矩Trmou的区域内。此外，如图5所示，电机MG2的额定最大转矩Tm2rat通常趋于随着电机MG2的转速Nm2降低而增大。因此，在使用额定对应转矩Trrat作为起动阈值Tstart的情况下，当电机MG2的转速Nm2（齿圈轴32a的转速Nr）低时，发动机22可在发动机支座14中的弹性体被压缩的状态下起动。这种情况下，例如，在起动发动机22的过程中产生的振动很可能传递至车体12，并且因此在起动发动机22的过程中产生的冲击的量级可能变大。鉴于这一点，在本发明的实施例中，起动阈值Tstart被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat（=Tm2max·Gr）并小于弹性体压缩转矩Trmou的转矩。图6是示出了额定对应转矩Trrat、弹性体压缩转矩Trmou和起动阈值Tstart之间的关系的一示例的说明图。如从图6显而易见，起动阈值Tstart被设定成使得起动阈值Tstart等于或小于额定对应转矩Trrat并且起动阈值Tstart与额定对应转矩Trrat之差趋于随着齿圈轴32a的转速Nr降低而增大。

为了抑制在起动发动机22的过程中产生的大的冲击，该起动阈值Tstart优选被设定为小于假设在发动机22的起动完成前防止要求转矩Tr*变成等于弹性体压缩转矩Trmou的值，例如，通过从弹性压缩转矩Trmou减去在发动机22起动期间所需转矩Tr*的增量（假定值）ΔTr而获得的值（Trmou-ΔTr）。另一方面，为了保持发动机22停止运转（以连续地使车辆以电动机运转模式行驶）的时间尽可能长，优选将该起动阈值Tstart设定为比较大的值。一般而言，考虑在许多情况下要求转矩Tr*在发动机22起动期间增大。然而，在本发明的实施例中，如上所述，在发动机22起动期间，通过使用比在发动机22未正被起动时的比率值Rt（=Rt1）小的比率值Rt（=Rt2）对临时要求转矩Trtmp进行比率处理来设定要求转矩Tr*（要求转矩Tr*比在发动机22未正被起动时更缓慢地改变）。因此，考虑在发动机22起动期间要求转矩Tr*的增量（假定值）ΔTr比通过使用与发动机22未正被起动时相同的比率值Rt（=Rt1）对临时要求转矩Trtmp进行比率处理来设定要求转矩Tr*（要求转矩Tr*以与在发动机22未正被起动时相同的方式改变）的情况下小。如果，能够将起动阈值Tstart设定为较大的值。

如果在步骤S190中要求转矩Tr*小于起动阈值Tstart，则判定为发动机22的运转应该继续停止（即，应该连续地使车辆以电动机运转模式行驶），将值0设定为电机MG1的转矩指令Tm1*（步骤S200），将要求转矩Tr*除以减速齿轮35的传动比Gr以设定为作为待从电机MG2输出的转矩的临时转矩的临时转矩Tm2tmp（步骤S210），将电池50的输入/输出极限Win和Wout除以电机MG2的转速Nm2以计算作为可从电机MG2输出的转矩的下限和上限的转矩极限Tm2min和Tm2max（步骤S220），并且通过转矩极限Tm2min和Tm2max限制临时转矩Tm2tmp以如下面示出的式（2）所示设定电机MG2的转矩指令Tm2*（步骤S230）。

Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min)    (2)

当电机MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*被这样设定时，将电机MG1和MG2的所设定的转矩指令Tm1*和Tm2*传输到电机ECU40（步骤S240），并且本例程结束。已接收转矩指令Tm1*和Tm2*的电机ECU40执行用于逆变器41和42的开关元件的开关控制，使得电机MG1根据转矩指令Tm1*被驱动并且电机MG2根据转矩指令Tm2*被驱动。由于该控制，车辆能够在发动机22停止的状态下行驶，同时要求转矩Tr*在由电池50的输入/输出极限Win和Wout限定的范围内输出到作为驱动轴的齿圈轴32a。

如果在步骤S190中要求转矩Tr*等于或大于起动阈值，则判定为应该起动发动机22，并且将用于起转（cranked）发动机22的转矩Tcr设定为作为待从电机MG1输出的转矩的转矩指令Tm1*（步骤S250）。随后，如以下示出的式（3）所示，将通过将电机MG1的转矩指令值Tm1*除以行星齿轮30的传动比ρ而获得的值与要求转矩Tr*相加，然后将所获得的值除以减速齿轮35的传动比Gr，并且将所获得的值设定为作为待从电机MG2输出的转矩的临时转矩的临时转矩Tm2tmp（步骤S260）。随后，如式（4）和（5）所示，将通过从电池50的输入/输出极限Win和Wout减去电机MG1的电力消耗（所生成的电力）——其通过将电机MG1的转矩指令Tm1*乘以电机MG1的当前转速Nm1而获得——而获得的值除以电机MG2的转速Nm2，以分别计算电机MG2的转矩极限Tm2min和Tm2max（步骤S270）。随后，如前述式（2）所示，通过转矩极限Tm2min和Tm2max来限制临时转矩Tm2tmp，以设定电机MG2的转矩指令Tm2*（步骤S280），并且将所设定的电机MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*传输到电机ECU40（步骤S290）。图7示出共线图的一示例，示出了当起动发动机22时行星齿轮30的旋转元件的转速和转矩之间的机械关系。在图7中，左侧的S轴代表作为电机MG1的转速Nm1的太阳齿轮31的转速，C轴代表作为发动机22的转速Ne的托架34的转速，且R轴代表通过将电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的传动比Gr而获得的齿圈32的转速Nr。R轴上的两个粗箭头代表从电机MG1输出并施加至作为驱动轴的齿圈轴32a的转矩，以及从电机MG2输出并经由减速齿轮35施加至齿圈轴32a的转矩。如果使用该共线图，则能够容易地得出式（3）。

Tm2tmp=(Tr*+Tml*/ρ)/Gr    (3)

Tm2min=(Win-Tml*·Nm1)/Nm2    (4)

Tm2max=(Wout-Tml*·Nm1)/Nm2    (5)

然后判定发动机22的转速Ne是否已变成等于或大于燃料喷射控制和点火控制起动的预定转速（例如，1000rpm、1200rpm等）（步骤S300）。由于现在假定起动发动机22的过程已开始，发动机22的转速Ne尚未变成等于预定转速Nstart。因此，本例程立即终止。在本发明的实施例中，为了在发动机22起动之后立即稳定空燃比并因此稳定燃烧，发动机22被起转以在发动机22的节气门关闭的状态下起动。

如果这样开始起动发动机22的过程，则在步骤S180中判定发动机22正被起动，通过步骤S250至S290的前述处理来设定电机MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*并传输到电机ECU40，并且判定发动机22的转速Ne是否已变成等于或大于预定转速Nstart（步骤S300）。如果发动机22的转速Ne尚未变成等于预定转速Nstart，则本例程立即终止。如果发动机22的转速Ne已变成等于或大于预定转速Nstart，则将运转开始控制信号传输到发动机ECU24，使得用于发动机22的燃料喷射控制和点火控制开始（步骤S310），并且本例程终止。已接收运转开始控制信号的发动机ECU24开始用于发动机22的燃料喷射控制和点火控制。由于该控制，车辆能够在发动机22正被起动的状态下在由电池50的输入/输出极限Win和Wout限定的范围内以从电机MG2输出到作为驱动轴的齿圈轴32a的要求转矩Tr*行驶。

如迄今所述，在本发明的实施例中，发动机22在要求转矩Tr*变成等于或大于起动阈值Tstart时起动，并且起动阈值Tstart被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat并且小于弹性体压缩转矩Trmou的转矩（即，起动阈值Tstart被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat的转矩并且起动阈值Tstart与额定对应转矩Trrat之差趋于随着齿圈轴32a的转速Nr降低而增大）。因此，与起动阈值Tstart被设定为额定对应转矩Trrat的情况相比，能够抑制在发动机22被起转以起动时产生大的冲击。

如果发动机22的起动完成（即，起动发动机22的过程完成），则在步骤S170中判定发动机22在运转中（发动机22正在运转），并且将要求转矩Tr*与停止阈值Tstop进行比较（步骤S320）。在此应该注意的是，停止阈值Tstop用来判定在发动机22运转期间是否应该停止发动机22的运转，并且在本发明的实施例中使用比起动阈值Tstart小余量α的值（Tstart-α）作为停止阈值Tstop。可考虑发动机支座14具有相应驱动轴转矩Tr根据位移量D是增大还是减小而改变的特性（所谓的滞后特性）的事实来适当地设定余量α。通过这样设定起动阈值Tstart与停止阈值Tstop之差，可实现抑制发动机22频繁起动和停止的效果。

如果要求转矩Tr*大于停止阈值Tstop，则判定发动机22应该保持运转（发动机22的运转应该继续，应该连续地使车辆以发动机运转模式行驶），并且基于要求功率Pe*和用于使发动机22有效地运转的操作线（例如，燃料消耗操作线）来设定作为发动机22应该在其运转的运转点的目标转速Ne*和目标转矩Te*（步骤S330）。图8示出发动机22的操作线以及如何设定目标转速Ne*和目标转矩Te*的一示例。如图8所示，能够将目标转速Ne*和目标转矩Te*作为操作线与要求功率Pe*（Ne*×Te*）恒定的曲线的交点来获得。

随后，利用发动机22的目标转速Ne*、电机MG2的转速Nm2、行星齿轮30的传动比ρ和减速齿轮35的传动比Gr，根据以下示出的式（6）来计算电机MG1的目标转速Nm1*，而且，利用算出的电机MG1的目标转速Nm1*、当前转速Nm1、发动机22的目标转矩Te*和行星齿轮30的传动比ρ，根据式（7）来计算电机MG1的转矩指令Tm1*（步骤S340）。在此应该注意的是，式（6）是用于行星齿轮30的旋转元件的机械关系式。图9示出共线图的一示例，该共线图示出了在车辆利用从发动机22输出的动力行驶时行星齿轮30的旋转元件中的转速和转矩之间的机械关系。如果使用该共线图，则能够容易地得出式（6）。此外，式（7）是用于使电机MG1以目标转速Nm1*旋转的反馈控制中的关系式。在式（7）中，右边的第二项“k1”是比例项的增益，并且右边的第三项“k3”是积分项的增益。

Nm1*=Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)    (6)

Tm1*=-ρ·Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt    (7)

然后，以与在步骤S260至S280的前述处理中相同的方式，根据前述式（3）至（5）来设定电机MG2的转矩指令Tm2*（步骤S350至S370），将发动机22的目标转速Ne*和发动机22的目标转矩Te*传输到发动机ECU24，将电机MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*传输到电机ECU40（步骤S380），并且本例程终止。已接收发动机22的目标转速Ne*和发动机22的目标转矩Te*的发动机ECU24执行发动机22中诸如进气量控制、燃料喷射控制和点火控制等控制，使得发动机22在由目标转速Ne*和目标转矩Te*表示的运转点运转。由于该控制，车辆能够在发动机22在运转中的状态下在由电池50的输入/输出极限Win和Wout限定的范围内利用输出到作为驱动轴的齿圈轴32a的要求转矩Tr*来行驶。

如果在步骤S320中要求转矩Tr*等于或小于停止阈值Tstop，则将运转停止控制信号传输到发动机ECU24以使得发动机22的燃料喷射控制和点火控制停止（步骤S390），通过步骤S200至S240的前述处理来设定电机MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*并传输到电机ECU40，并且本例程终止。已接收运转停止控制信号的发动机ECU24停止用于发动机22的燃料喷射控制和点火控制。如果发动机22的运转被这样停止，则在步骤S170中判定发动机22不处于运转中，并且执行从步骤S180开始的处理。

图10是示出要求转矩Tr*、比率值Rt、发动机支座14的位移量D、冲击以及发动机22的输出在当齿圈轴32a的转速Nr比较小时（当额定对应转矩Trrat比较大时）起动发动机的过程中随时间推移而变化的方式的一示例的说明图。图10的左侧示出起动阈值被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat并且小于弹性体压缩转矩Trmou的转矩（即，起动阈值被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat的转矩并且起动阈值与额定对应转矩之差随着齿圈轴32a的转速Nr降低而增大）的实施例。图10的右侧示出起动阈值Tstart被设定为额定对应转矩Trrat的比较示例。此外，在图10中，起动发动机22的过程开始的时间由“t11”和“t21”表示，并且起动发动机22的过程完成的时间由“t12”和“t22”表示。

如在图10的右侧所示，在比较示例中，发动机22在发动机支座14的位移量D等于弹性体压缩位移量Dmou的状态下（即，在发动机支座14中的弹性体被压缩的状态下）起动。因而，在起动发动机22的过程中产生的振动很可能传递至车体12，结果产生比较大的冲击。另一方面，如在图10的左侧所示，在本发明的实施例中，发动机22在发动机支座14的位移量D变成等于弹性体压缩位移量Dmou之前起动。因此，能够抑制在起动发动机22的过程中出现大的冲击。

在上述本发明的实施例的混合动力车辆20中，发动机22在要求转矩Tr*变成等于或大于起动阈值Tstart时起动，并且起动阈值Tstart被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat并小于弹性体压缩转矩Trmou的转矩（即，起动阈值Tstart被设定为等于或小于额定对应转矩Trrat的转矩并且起动阈值Tstart与额定对应转矩Trrat之差随着齿圈轴32a的转速Nr降低而增大）。因此，与起动阈值Tstart被设定为额定对应转矩Trrat的情况相比，能够抑制在发动机22被起转以起动时产生大的冲击。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，如图6所示，起动阈值Tstart被设定为与作为驱动轴的齿圈轴32a的转速Nr（电机MG2的转速Nm2）对应的值。然而，起动阈值Tstart可被设定为与换档位置SP、行驶模式、发动机支座14的温度、路面坡度、车辆加速度等以及齿圈轴32a的转速Nr对应的值。下文将描述细节。

首先，将描述可将起动阈值Tstart设定为与换档位置SP对应的值的原因。发动机支座14移位的方式被认为根据车辆的行驶方向（前进方向或后退方向）而变化。例如，在发动机22及容纳行星齿轮30和电机MG1和MG2的变速器外壳设置在车辆的横向上（横置）并且发动机22经由位于车辆前侧的发动机支座14（下文称为前支座）和位于车辆后侧的发动机支座14（下文称为后支座）安装在车体12上的硬件构型中，当在向前行驶期间加速时，向后驱动反作用力经由行星齿轮30从齿圈轴32a施加至发动机22，使得前支座向上移位，并且后支座向下移位。此外，在该硬件构型中，当在向后行驶期间加速时，向前驱动反作用力经由行星齿轮30从齿圈轴32a施加至发动机22，使得前支座向下移位，并且后支座向上移位。因此，通过考虑前支座和后支座的结构、布置等来将起动阈值Tstart设定为与换档位置SP对应的值，能够将起动阈值Tstart设定为更适合的值。

随后，将描述可将起动阈值Tstart设定为与行驶模式对应的值的原因。在此应该注意的是，可将通常行驶模式、对燃料经济性给予比在通常行驶模式下高的优先的经济模式、对在电动机运转模式下行驶给予比在通常行驶模式下高的优先的EV模式、对加速度给予比在通常行驶模式下高的优先的运动模式、对转矩（动力）输出给予比在通常行驶模式下高的优先的动力模式等设想为行驶模式。在经济模式或EV模式下，鉴于比在通常行驶模式下更容易继续以电动机运转模式行驶，将起动阈值Tstart设定为比在通常行驶模式下大的值。在运动模式或动力模式下，鉴于比在通常行驶模式下更容易起动发动机22，将起动阈值Tstart设定为比在通常行驶模式下小的值。因而，能够将起动阈值Tstart设定为更适合的值。能够通过安装在驾驶者座椅附近的开关等来设定经济模式、EV模式、运动模式、动力模式等。

此外，将描述可将起动阈值Tstart设定为与发动机支座14的温度对应的值的原因。发动机支座14的位移量D被认为很可能随着发动机支座14的温度（其中的弹性体的温度）上升而增大（发动机支座14中的弹性体易于被压缩）。这是因为发动机支座14内部的弹性体的柔软度随着发动机支座14的温度上升而增大。因此，通过将起动阈值Tstart设定成使得起动阈值Tstart随着发动机支座14的温度上升而减小，能够将起动阈值Tstart设定为更适合的值。发动机支座14的温度可由传感器直接检测，或者可基于发动机22的冷却剂温度Tw来推定。

此外，将描述可将起动阈值Tstart设定为与路面坡度对应的值的原因。发动机支座14的位移量D被认为很可能随着上坡的路面坡度增大而增大（即，发动机支座14中的弹性体易于被压缩）。这是因为沿与行驶方向相反的方向（下文称为行驶反方向）施加的力（即，车辆重量在行驶反方向上的分力）随着上坡的路面坡度增大而增大。因此，通过将起动阈值Tstart设定成使得起动阈值Tstart随着上坡的路面坡度增大而减小，能够将起动阈值Tstart设定为更适合的值。

此外，将描述可将起动阈值Tstart设定为与车辆加速度对应的值的原因。发动机支座14的位移量D被认为很可能随着车辆加速度增大而增大（即，发动机支座14中的弹性体易于被压缩）。因此，通过将起动阈值Tstart设定成使得起动阈值Tstart随着车辆加速度增大而减小，能够将起动阈值Tstart设定为更适合的值。已通过实验、分析等发现，车辆加速度对发动机支座14的位移量D的影响比换档位置SP、发动机支座14的温度和路面坡度小。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，当要求转矩Tr*变成等于或大于起动阈值Tstart时，发动机22起动。亦即，使用要求转矩Tr*等于或大于起动阈值Tstart的转矩起动条件作为用于起动发动机22的条件。然而，可使用要求功率Pe*等于或大于起动阈值Pstart的功率起动条件、电池50的充电状态SOC等于或小于起动阈值Sstart的充电状态起动条件等以及转矩起动条件作为用于起动发动机22的条件。如果所有条件都不满足，则发动机22的运转可继续停止（可连续地使车辆以电动机运转模式行驶）。如果满足至少一个条件，则可起动发动机22。此外，在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，当要求转矩Tr*变成等于或小于停止阈值Tstop时，发动机22的运转停止。亦即，使用要求转矩Tr*等于或小于停止阈值Tstop的转矩停止条件作为用于停止发动机22的条件。然而，可使用要求功率Pe*等于或小于比起动阈值Pstart小的停止阈值Pstop的功率停止条件、电池50的充电状态SOC等于或大于比起动阈值Sstart大的停止阈值Sstop的充电状态停止条件等以及转矩停止条件作为用于停止发动机22的条件。如果至少一个条件不满足，则发动机22可继续运转（可连续地使车辆以发动机运转模式行驶）。如果所有条件都满足，则可停止发动机22的运转。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，当发动机22正在起动时，通过使临时要求转矩Trtmp经受使用比在发动机22未正被起动时使用的比率值Rt（=Rt1）小的比率值Rt（=Rt2）的比率处理来设定要求转矩Tr*（要求转矩Tr*比在发动机22未正被起动时更缓慢地改变）。然而，可通过使临时要求转矩Trtmp经受比使用与在发动机22未正被起动时相同的比率值Rt（=Rt1）的比率处理来设定要求转矩Tr*（要求转矩Tr*可以与在发动机22未正被起动时相同的方式改变）。这种情况下，在发动机22起动期间要求转矩Tr*的增量（假定值）ΔTr被认为比在本发明的实施例中大。因此，需要将起动阈值Tstart设定为比在本发明的实施例中小。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，在起动发动机22的过程中，为了在发动机22起动之后立即稳定空燃比从而稳定燃烧，发动机22在发动机22的节气门关闭的状态下被起转以起动。然而，为了对紧接着发动机22起动之后的响应性给予优先，发动机22可在发动机22的节气门打开的状态下被起转以起动。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，电机MG2经由减速齿轮35连接到作为驱动轴的齿圈轴32a。然而，电机MG2可经由代替减速齿轮35的具有两档变速、三档变速、四档变速的变速器连接到齿圈轴32a。此外，电机MG2可直接连接到齿圈轴32a而不使用介于中间的减速齿轮35、变速器等。这种情况下，电机MG2的额定最大转矩Tm2rat等于齿圈轴32a的额定最大转矩Trrat。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，来自发动机22的动力经由行星齿轮30输出到连接至驱动轮63a和63b的作为驱动轴的齿圈轴32a，并且来自电机MG2的动力输出到齿圈轴32a。然而，如通过根据图11的修改示例的混合动力车辆120举例说明的，除根据本发明的实施例的混合动力车辆20的硬构型以外，还可设置从第二驱动轴65接收动力/向第二驱动轴65输出动力并与电池50交换电力的电机MG3。第二驱动轴65与不同于作为驱动轴的齿圈轴32a所连接的车轴（连接到驱动轮63a和63b的车轴）的车轴（图11中连接到车轮64a和64b的车轴）联接。这种情况下，与本发明的实施例的情况一样，可将起动阈值Tstart设定为等于或小于通过将电机MG2的额定最大转矩Tm2rat换算为齿圈轴32a的转矩而获得的额定对应转矩Trrat（=Tm2rat·Gr）并且小于发动机支座14中的弹性体被压缩的弹性体压缩转矩Trmou的转矩。这是因为从电机MG3输出到第二驱动轴65的转矩被认为对发动机支座14的位移量的影响充分小于从电机MG2输出到作为驱动轴的齿圈轴32a的转矩。

在根据本发明的实施例的混合动力车辆20中，来自发动机22的动力经由行星齿轮30输出到连接到驱动轮63a和63b的作为驱动轴的齿圈轴32a，并且来自电机MG2的动力输出到齿圈轴32a。然而，如通过根据图12的另一修改示例的混合动力车辆220举例说明的，可以采用如此构型：电机MG经由变速器230连接到与驱动轮63a和63b连接的驱动轴232，并且发动机22经由离合器229连接到电机MG的旋转轴。来自发动机22的动力可经由电机MG的旋转轴和变速器230输出到驱动轴232，并且来自电机MG的动力可经由变速器230输出到驱动轴232。

在本发明的实施例中，发动机22可视为“发动机”，电机MG2可视为“电动机”，并且电池50可视为“电池”。执行如图2A和2B所示的驱动控制例程的HVECU70、从HVECU70接收运转开始控制信号以开始用于发动机22的燃料喷射控制和点火控制、从HVECU70接收目标转速NE*和目标转矩Te*以执行用于发动机22的进气量控制、燃料喷射控制、点火控制等、并且从HVECU70接收运转停止控制信号以停止用于发动机22的燃料喷射控制和点火控制的发动机ECU24、以及从HVECU70接收电机MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*以控制电机MG1和MG2的电机ECU40可视为“控制单元”。

在此应该注意的是，“发动机”并不限于使用汽油、轻油等作为燃料来输出动力的发动机22。可采用向与车轴联接的驱动轴输出动力的任何类型的发动机，例如氢发动机等。“电动机”并不限于构造为同步发电电动机的电机MG2。可采用向驱动轴输出动力的任何电动机，例如感应电动机等。“电池”并不限于构造为锂离子二次电池的电池50。可采用向电动机供给电力的任何类型的电池，例如镍氢二次电池、镍镉二次电池、铅蓄电池等。“控制单元”并不限于HVECU70、发动机ECU24和电机ECU40的组合，而是可由单个电子控制单元等构成。此外，“控制单元”并不限于上述控制单元，上述控制单元在要求转矩Tr*变成等于或大于起动阈值Tstart时起动发动机22，并且将起动阈值Tstart设定为等于或小于通过将电动机的额定最大转矩换算为驱动轴的转矩而获得的额定对应转矩Trrat并且小于发动机支座中的弹性体被压缩的弹性体压缩转矩Trmou的转矩（即，将起动阈值Tstart设定成使得起动阈值Tstart等于或小于额定对应转矩Trrat并且起动阈值Tstart与额定对应转矩Trrat之差随着驱动轴的转速Nr降低而增大）。可采用任何控制单元，只要该控制单元在驱动轴的转矩在车辆在发动机停止的状态下行驶期间变成等于或大于起动阈值时起动发动机，并且将起动阈值设定成使得起动阈值等于或小于额定对应转矩并且起动阈值与额定对应转矩之差随着驱动轴的转速降低而增大，该额定对应转矩是驱动轴的与电动机的额定最大转矩对应的转矩。

尽管已使用本发明的实施例描述了用于实施本发明的模式，但本发明并不限于其这一实施例。本发明能够采用各种形式实施而不脱离本发明的范围。

本发明可在混合动力车辆制造等行业中使用。

Claims (5)

1.一种混合动力车辆，其特征在于包括：

发动机（22），所述发动机经由发动机支座（14）安装在车体上，并向与车轴联接的驱动轴输出动力；

电动机（MG2），所述电动机向所述驱动轴输出动力；

电池（50），所述电池向所述电动机（MG2）供给电力；和

控制单元（24，40，70），所述控制单元构造成当在所述车辆在所述发动机（22）停止的情况下行驶期间所述驱动轴的转矩变成等于或大于起动阈值时起动所述发动机（22），所述起动阈值被设定成使得所述起动阈值等于或小于额定对应转矩并且所述起动阈值与所述额定对应转矩之差趋于随着所述驱动轴的转速降低而增大，并且所述额定对应转矩是所述驱动轴的与所述电动机（MG2）的额定最大转矩对应的转矩。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述起动阈值被设定成使得所述发动机（22）在所述发动机支座（14）的位移量小于预定位移量的状态下起动。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其中，根据换档位置、行驶模式、所述发动机支座（14）的温度、路面坡度以及加速度中的至少一者来设定所述起动阈值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力车辆，还包括与所述电池（50）交换电力的发电机和具有三个旋转元件的行星齿轮，所述三个旋转元件连接到所述驱动轴、所述发动机（22）的输出轴和所述发电机的旋转轴。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的混合动力车辆，还包括第二电动机，所述第二电动机与所述电池（50）交换电力，并向与不同于所述车轴的第二车轴联接的第二驱动轴输出动力，所述起动阈值在不考虑所述第二驱动轴的转矩的情况下设定。

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