CN1176904A - 功率输出设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

当与主动轴相连的环形齿轮轴126转动时,功率输出设备110将扭矩加到连着中心齿轮轴125的第一电动机MG1上,从而突然增大已停止喷射燃料的发动机150转速。由发动机150中摩擦力,如活塞的摩擦力产生并起反作用力的扭矩经过行星齿轮120加到环形齿轮轴126上,此扭矩起制动扭矩的作用。制动扭矩的大小依赖于摩擦力,如活塞的摩擦力,并且借助第一电动机MG1调节发动机150的转速,此扭矩能被控制。

Description

功率输出设备及其控制方法

本发明关系到功率输出设备及其控制方法。更具体地说，本发明是关于给主动轴输出功率的功率输出设备及控制这一功率输出设备的方法。

所提出的功率输出设备包括内燃机，三轴式功率输入/输出装置的行星齿轮，两个能输入和输出功率的电动机(第一电动机和第二电动机)，提供和接收电能所需的电池，此电池用于给两个电动机输出功率和从这两个电动机输入功率，以及一个控制该内燃机和这两个电动机的控制器(例如，联邦德国专利申请DE4124479A1)。在此熟知的功率输出设备中，内燃机的曲轴，即输出轴，经过单向离合器连接到中心齿轮轴，此中心齿轮轴与行星齿轮的中心齿轮相连，而与行星齿轮的行星齿轮支架相连的支架轴经过差动齿轮连接到驱动轮。第二电动机的转子连到中心齿轮轴，使得功率在第二电动机与中心齿轮轴之间传送。第一电动机的转子连到环形齿轮轴，此环形齿轮轴与行星齿轮的环形齿轮相连，使得功率在第一电动机与环形齿轮轴之间传送。该功率输出设备还包括离合器，此离合器使中心齿轮轴与环形齿轮轴相连，从而使三根轴(中心齿轮轴，环形齿轮轴，和支架轴)与行星齿轮结合成一体。

在此功率输出设备中，内燃机输出的功率与输入到第二电动机的功率或从第二电动机输出的功率之和传给行星齿轮，而第一电动机给环形齿轮一个反作用力。这就使功率输出给支架轴，从而驱动驱动轮。为了给驱动轮一个制动力，离合器将行星齿轮的三根轴连在一起，并使第一电动机和第二电动机的作用成为发电机。

然而，若电池处在充足电的状态，此熟知的功率输出设备既不能使第一电动机和第二电动机起到发电机的作用，也不给驱动轮一个制动力。在此功率输出设备中，曲轴与中心齿轮轴是经过单向离合器互相连在一起的，使得转动内燃机的扭矩不能从中心齿轮轴传送给曲轴。即，制动力不能以发动机闸的方式输出给驱动轮。需要有附加的装置，诸如液压管路和执行机构，以保证中心齿轮轴连到环形齿轮轴的离合器工作。这就使整个功率输出设备变得格外复杂和庞大。

因此，本发明的一个目的是提供一种功率输出设备，它从发动机经过三轴式功率输入/输出装置输出功率给主动轴，该装置输入和输出由电动机调节的功率并控制此电动机，为的是使该发动机消耗的能量可以作为一个制动力输出到主动轴，以及提供一个控制这种功率输出设备的方法。

本发明的另一个目的是提供一种功率输出设备，它输出一个制动力给主动轴，而包含在该设备中的蓄电池组根据其充电状态可以是充电，放电，或既不充电也不放电以及提供一个控制这种功率输出设备的方法。

本发明的第三个目的是简化功率输出设备的结构并减小其尺寸。

至少部分上述目的及其他有关目的是由本发明输出功率到主动轴的功率输出设备实现了，此功率输出设备包括：带输出轴的发动机；带转轴的电动机，此电动机通过此转轴输出功率和输入功率；带三根轴的三轴式功率输入/输出装置，三根轴分别与主动轴，输出轴和转轴相连，根据此三根轴中任意两根轴的预定输入和输出功率，三轴式功率输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；供给和接收所需电能的蓄电池组，用于向电动机输出功率和从这个电动机输入功率；以及控制发动机和电动机的制动控制器，为的是使制动力可以加到主动轴上。

本发明的功率输出设备控制该发动机和电动机，为的是通过三轴式功率输入/输出装置使输出到发动机输出轴和电动机转轴上的功率以及从这两根轴的输入功率，都能加到主动轴上。因此，这种结构允许发动机和电动机给主动轴输出一个制动力。

在本发明的功率输出设备中，制动控制器可以包括使电动机执行能量回收作业的装置，从而将制动力加到主动轴上，或者包括使电动机执行动力作业的装置，从而将制动力加到主动轴上。这种优良的结构可以在对蓄电池组充电或放电的同时，将制动力输出到主动轴上。

按照本发明功率输出设备的一个方面，其中制动控制器可以包括控制电动机的装置，为的是使电动机驱动发动机。这一结构能使驱动发动机所用能量作为一个制动力输出到主动轴上。

按照本发明功率输出设备的第二方面，其中制动控制器可以包括锁住电动机的装置。这一结构以发动机闸的形式输出制动力到主动轴上。

按照本发明功率输出设备的第三方面，除了作为第一电动机工作的电动机以外，该功率输出设备还包含第二电动机，它用于向主动轴输出功率和从这根主动轴输入功率；其中蓄电池组包含供给和接收所需电能的装置，此装置用于向第二电动机输出功率和从第二电动机输入功率；制动控制器包含控制发动机，第一电动机和第二电动机的装置，为的是使制动力可以加到主动轴上。这种结构(a)不仅能使发动机和第一电动机，而且能使第二电动机，输出一个制动力到主动轴上。

按照此结构(a)的一个方面，该功率输出设备还包括充电状态检测装置，用于检测蓄电池组的充电状态；而其中制动控制器根据充电状态检测装置测得的蓄电池组充电状态，控制发动机，第一电动机和第二电动机，从而将制动力加到主动轴上。此结构把蓄电池组的充电状态设定在所需的电平上。在此结构中，制动控制器可以包括调节蓄电池组充电状态到预定范围内的装置，此充电状态由充电状态检测装置测定。此结构将蓄电池组的充电状态保持在预定范围内。

按照此结构(a)的第二方面，其中制动控制器包括控制第二电动机的装置，为的是能使第二电动机将制动力加到主动轴上，此时控制第一电动机使输入到第一电动机和从第一电动机输出的功率为零。三轴式功率输入/输出装置稳定地保持第一电动机和发动机消耗能量最少的状态。这使第二电动机回收最多的能量。

按照此结构(a)的第三方面，其中制动控制器包括控制第二电动机的装置，为的是使第二电动机能够将制动力加在主动轴上，同时控制发动机和第一电动机以便将发动机的驱动状态设置在预定的运行条件。此结构将发动机在制动控制过程中设定在所需驱动状态。发动机的驱动状态可用发动机输出轴的转速表示。在此结构中，功率输出设备可能包括：驱动状态检测装置，它检测主动轴的驱动状态；以及制动时间驱动状态设定装置，它根据驱动状态检测装置测得的主动轴驱动状态，设置预定的运行条件。此结构根据主动轴的驱动状态，改变发动机的驱动状态。

按照此结构(a)的第四方面，其中制动控制器包括控制第一电动机的装置，为的是使第一电动机能驱动发动机。此结构能使驱动发动机所用能量作为制动力输出到主动轴上。

按照此结构(a)的第五方面，其中制动控制器包括控制第一电动机和第二电动机的装置，为的是使第二电动机回收的电能与第一电动机消耗的电能完全相等。不论蓄电池组处于何种充电状态，此结构都能使制动力作为输出加到主动轴上。

按照本发明功率输出设备的第四方面，此功率输出设备除了有作为第一电动机工作的电动机以外，可以包括第二电动机，第二电动机用于输出功率到发动机输出轴和从这个发动机输出轴输入功率；其中蓄电池组包括供给和接收所需电能的装置，此装置用于给第二电动机输出功率和从第二电动机输入功率；制动控制器包括控制发动机，第一电动机和第二电动机的装置，为的是使制动力可以加到主动轴上。这种结构(b)调节输入到第二电动机和从第二电动机输出的功率，从而将制动力加到主动轴上，而发动机和第一电动机也输出制动力到主动轴上。

按照此结构(b)的一个方面，该功率输出装置可包括检测蓄电池组充电状态的充电状态检测装置；其中制动控制器根据充电状态检测装置测得的蓄电池组充电状态，控制发动机，第一电动机和第二电动机。此结构将蓄电池组的充电状态设定在所需的电平上。在此结构中，制动控制器可以包括调节蓄电池组充电状态到预定范围内的装置，此充电状态由充电状态检测装置测定。此结构将蓄电池组的充电状态保持在预定范围内。

按照此结构(b)的第二方面，其中制动控制器可以包括控制第一电动机的装置，为的是使第一电动机能驱动发动机，而控制第二电动机是为了使第二电动机可以加制动力到发动机的输出轴上。此结构可以有更大的制动力输出到主动轴上。

按照此结构(b)的第三方面，其中制动控制器包括控制第一电动机和第二电动机的装置，为的是使第二电动机回收的电能与第一电动机消耗的电能完全相等。此结构能使制动力作为输出加到主动轴上，而与蓄电池组的充电状态无关。

至少部分上述目的及其他有关目的是由控制输出功率到主动轴的功率输出设备第一方法实现的，第一方法包含的步骤为：(a)提供(1)带输出轴的发动机，(2)带转轴的电动机，此电动机向转轴输出功率和从这个转轴输入功率，以及(3)三轴式功率输入/输出装置，其三根轴分别与主动轴，输出轴和转轴相连，根据此三根轴中任意两根轴预定的输入和输出功率，三轴式功率输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；和(b)控制该电动机，为的是使此电动机能驱动发动机，从而将制动力加到主动轴上。

本发明控制功率输出设备的第一方法能使用于驱动发动机的能量作为制动力输出到主动轴上。

至少部分上述目的及其他有关目的是由控制输出功率到主动轴的功率输出设备第二个方法实现的，第二个方法包含的步骤为：(a)提供(1)带输出轴的发动机，(2)带转轴的第一电动机，第一电动机向转轴输出功率和从这根转轴输入功率，(3)第二电动机，它用于向主动轴输出功率和从这根主动轴输入功率，以及(4)三轴式功率输入/输出装置，三根轴分别与主动轴，输出轴和转轴相连，根据此三根轴中任意两根轴预定的输入和输出功率，三轴式功率输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；(b)控制第二电动机，为的是使第二电动机可以加制动力到主动轴上；和(c)控制该发动机和第一电动机，为的是将发动机的驱动状态设置在预定的运行条件。

本发明控制功率输出设备的第二方法能使第二电动机输出制动力到主动轴上，而使发动机到达所需的驱动状态。

至少部分上述目的及其他有关目的是由控制输出功率到主动轴的功率输出设备第三方法实现的，第三方法包含的步骤为：(a)提供(1)带输出轴的发动机，(2)带转轴的第一电动机，第一电动机向转轴输出功率和从这根转轴输入功率，(3)第二电动机，它用于向主动轴输出功率和从这根主动轴输入功率，(4)三轴式功率输入/输出装置，其三根轴分别与主动轴，输出轴和转轴相连，根据此三根轴中任意两根轴预定的输入和输出功率，三轴式功率输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率，以及(5)供给和接收电能的蓄电池组，它用于向第一电动机输出功率和从第一电动机输入功率，和供给和接收电能，用于向第二电动机输出功率和从第二电动机输入功率；和(b)控制发动机，第一电动机和第二电动机，为的是将制动力加到主动轴上，同时将蓄电池组的充电状态保持在预定范围内。

本发明控制功率输出设备的第三方法能使发动机，第一电动机和第二电动机输出制动力到主动轴上，同时将蓄电池组的充电状态保持在预定范围内。

本发明的这些和其他目的，特征，方面以及优点将从下面优选实施例的详细描述和附图中变得更加明显。

图1概略地画出具体实施本发明功率输出设备110的结构；

图2画出本实施例功率输出设备110重要部分的放大图；

图3概略地画出含本实施例功率输出设备110的车辆的一般结构；

图4表示本实施例功率输出设备110的运行原理图；

图5表示本实施例功率输出设备110中，转速与连接到行星齿轮120的三根轴上扭矩之间关系的诺模图；

图6表示本实施例功率输出设备110中，转速与连接到行星齿轮120的三根轴上扭矩之间关系的诺模图；

图7表示无扭矩状态的诺模图；

图8表示控制第一电动机MG1去执行能量回收作业，从而能使制动力加到环形齿轮轴126状态的诺模图；

图9表示控制第一电动机MG1去执行动力作业，从而能使制动力加到环形齿轮轴126状态的诺模图；

图10表示发动机150空转时，转速Ne与起反作用力的扭矩Te的曲线图；

图11表示第一个实施例中由控制器180控制CPU190执行制动控制程序的流程图；

图12表示制动力加到环形齿轮轴126，而第一电动机MG1在锁定状态的诺模图；

图13和图14表示第一个实施例中由控制器180控制CPU190执行制动状态下扭矩控制程序的流程图；

图15表示电池194残存电荷BRM与阈值为Bref的可充电电功率的关系曲线图；

图16表示由控制器180控制CPU190执行第一电动机MG1控制程序的流程图；

图17表示由控制器180控制CPU190执行第二电动机MG2控制程序的流程图；

图18表示第一个实施例中制动力加到环形齿轮轴126时，而电池194在充电状态的诺模图；

图19表示发动机150在空转时，转速Ne，起反作用力的扭矩Te及制动能量Pr之间关系的曲线图；

图20表示第一个实施例中制动力加到环形齿轮轴126上，而电池194不工作状态的诺模图；

图21表示制动状态下部分改型的扭矩控制程序的流程图；

图22表示在制动状态下执行改型扭矩控制程序的状态的诺模图；

图23表示预定转速Nst与环形齿轮轴126转速Nr之间关系的曲线图；

图24表示第一个实施例中由控制器180控制CPU190执行连续制动控制程序的流程图；

图25概略地画出另一个功率输出设备110A，它作为第一个实施例的改型例子；

图26概略地画出第三个功率输出设备110B，它作为第一实施例的另一个改型例子；

图27概略地画出第四个功率输出设备110C重要部分的结构，它作为按照本发明的第二个实施例；

图28表示第二个实施例功率输出设备110C中转速与连接到行星齿轮120的三根轴上扭矩之间关系的诺模图；

图29表示第二个实施例功率输出设备110C中转速与连接到行星齿轮120的三根轴上扭矩之间关系的诺模图；

图30和图31表示第二个实施例中由控制器180控制CPU190执行制动状态下扭矩控制程序的流程图；

图32表示第二个实施例中制动力加到环形齿轮轴126时，电池194在充电状态的诺模图；

图33表示第二个实施例中制动力加到环形齿轮轴126时，电池194不在工作状态的诺模图；

图34表示第二个实施例中由控制器180控制CPU190执行连续制动控制程序的流程图；

图35概略地画出第五个功率输出设备110D，它作为第二个实施例的改型例子；

图36概略地画出第六个功率输出设备110E，它作为第二个实施例的另一个改型例子；

图37概略地画出带功率输出设备110F的四轮驱动车辆结构，该设备110F等同于第一个实施例的功率输出设备110。

一些实现本发明的方法，现作为优选的实施例加以描述。图1概略地画出实施本发明功率输出设备110的结构；图2画出本实施例功率输出设备110重要部分的放大图；图3概略地画出含本实施例功率输出设备110的车辆一般结构。为了解释方便，首先描述车辆的一般结构。

参照图3，此车辆备有发动机150，它消耗汽油燃料和输出功率，从供气系统吸入的空气经过节流阀166与燃料喷射阀151喷出的燃料混合，本实施例中的燃料是汽油。将空气/燃料混合物送入燃烧室152迅猛点火并燃烧。空气/燃料混合物的爆炸压迫活塞154向下作直线运动，此直线运动转换成曲轴156的旋转运动。节流阀166被致动器168驱动而打开和关闭。火花塞162将来自点火器158所加的高电压经过分配器160转化成火花，此火花迅猛点火并燃烧空气/燃料混合物。

发动机150的运行受电子控制单元170(此后称之为EFIECU)控制。EFIECU170接收各种传感器送来的信息，这些传感器检测发动机150的运行条件。这些传感器包括：节流阀位置传感器167，它检测阀行程，即节流阀166的位置、歧管真空传感器172，它测量加到发动机150上的负载；水温传感器174，它测量发动机150中冷却水的温度，以及安装在分配器160上的速度传感器176和角度传感器178，用于测量转速(每预定时间间隔内的转数)和曲轴156的转角。检测点火钥匙(未画出)起动条件ST的起动器开关179也连到EFIECU170。其他与EFIECU170相连的传感器和开关在此图中省略了。

发动机150的曲轴156经过行星齿轮120以及第一电动机MG1和第二电动机MG2(以后详细描述)与动力传输齿轮111机械连动，动力传输齿轮111有一根主动轴112作为转轴。动力传输齿轮111还与差动齿轮114相连，使得从功率输出设备110输出的功率最终传输到左驱动轮116和右驱动轮118。第一电动机MG1和第二电动机MG2电路上连接到控制器180并受其控制。控制器180包含内部控制CPU并接收依附在变速器182上来自变速器位置传感器184的输入，依附在加速器踏板164上来自加速器位置传感器164a的输入，以及依附在制动器踏板165上来自制动器踏板位置传感器165a的输入，这些在下面要详细描述。控制器180与EFIECU170之间用通信方式发送和接收各种数据和信息。包括通信协议在内的控制过程细节在下面描述。

参照图1和图2，本实施例功率输出设备110主要包括发动机150；行星齿轮120，它的行星齿轮架124与发动机150曲轴156机械连动；第一电动机MG1，它与行星齿轮120的中心齿轮121相连；第二电动机MG2，它与行星齿轮120的环形齿轮122相连；以及驱动并控制第一电动机MG1和第二电动机MG2的控制器180。

下面依据图2描述行星齿轮120以及第一电动机MG1和第二电动机MG2的结构。行星齿轮120包括与空心的中心齿轮轴125相连的中心齿轮121，曲轴156穿过此空心轴；与环形齿轮轴126相连的环形齿轮122，环形齿轮轴126与曲轴156共轴；多个行星游轮123，这些游轮123分布在中心齿轮121与环形齿轮122之间，它们在绕着本身轴转动的同时，围绕着中心齿轮121旋转；以及行星齿轮架124，它与曲轴156的一端相连以支承行星游轮123的转轴。在行星齿轮120中，三根轴，即中心齿轮轴125，环形齿轮轴126和曲轴156分别与中心齿轮121，环形齿轮122和行星齿轮架124相连，这三根轴是功率的输入轴和输出轴。确定了三根轴中任意两根轴的输入和输出功率就自动地确定了余下一根轴的输入和输出功率。行星齿轮120三根轴上功率输入和输出的运行细节下面要讨论。

取出动力的动力进给齿轮128与环形齿轮122相连，且安排在第一电动机MG1一侧。动力进给齿轮128经过链带129还与动力传输齿轮111相连，使得动力在动力进给齿轮128与动力传输齿轮111之间传输。

第一电动机MG1的结构是一同步电动发电机，它包括转子132和定子133，在转子132外表面有多块永久磁铁135，而在定子133上面绕了三相线圈134以形成旋转磁场。转子132连到与行星齿轮120的中心齿轮121相连的中心齿轮轴125。定子133用多片无方向电磁钢薄片互相重叠制成，且固定在外壳119上。第一电动机MG1起电动机作用时，它是通过永久磁铁135产生的磁场与三相线圈134产生的磁场之间相互作用使转子132旋转，或者起发电机作用时，它是由永久磁铁135产生的磁场与转子132转动的相互作用在三相线圈各端之间产生电动势。中心齿轮轴125还备有测量其转角θs的解算器139。

与第一电动机MG1一样，第二电动机MG2也制成同步电动发电机，它包括转子142和定子143，在转子142外表面有多块永久磁铁145，而在定子143上面绕了三相线圈144以形成旋转磁场。转子142连到与行星齿轮120的环形齿轮122相连的环形齿轮轴126，而定子143固定在外壳119上。电动机MG2的定子143也是用多片无方向电磁钢薄片互相重叠制成。与第一电动机MG1一样，第二电动机MG2也可以按电动机或发电机方式工作。环形齿轮轴126也备有测量其转角θr的解算器149。

驱动并控制第一电动机MG1和第二电动机MG2的控制器180有下面的结构。还参照图1，控制器180包括驱动第一电动机MG1的第一驱动电路191，驱动第二电动机MG2的第二驱动电路192，控制第一电路191和第二电路192的控制CPU190，以及含有多个蓄电池的电池194。控制CPU190是一个单片微处理器，它包括工作存储器的RAM190a，存贮各种控制程序的ROM190b，输入/输出端口(未画出)和串行通信口(未画出)，通过这个通信口数据传送到EFIECU和从EFIECU接收数据。控制CPU190经过该输入端口接收各种数据。输入数据包括用解算器139测得的中心齿轮轴125转角θs，用解算器149测得的环形齿轮轴126转角θr，从加速器位置传感器164a输出的加速器踏板位置AP(加速器踏板164的踩踏量)，以制动踏板位置传感器165a输出的制动踏板位置BP(制动踏板165的踩踏量)，以变速器位置传感器184输出的变速器位置SP，放在第一驱动电路191中两个安培表195和196的电流值IU1和IV1，放在第二驱动电路192中两个安培表197和198的电流值IU2和IV2，以及用残留电荷表199测得的电池194残留电荷BRM。残留电荷表199能用任何熟知的方法测定电池194的残留电荷BRM，例如，测量电池194中电解液的比重或电池194的总重量，计算充电和放电的电流和时间，或使电池194两电极之间瞬时短路并测量内阻与电流。

控制CPU190输出第一控制信号SW1和第二控制信号SW2，SW1驱动第一驱动电路191中起开关元件作用的6个晶体管Tr1至Tr6，SW2驱动第二驱动电路192中起开关元件作用的6个晶体管Tr11至Tr16。第一驱动电路191中Tr1至Tr66个晶体管组成晶体管倒相器，且成对地安排，作为源和汇，与一对输电线L1和L2对应。第一电动机MG1的三相线圈(U，V，W)134连接到第一驱动电路191成对晶体管相应的触点。输电线L1和L2分别连接到电池194的正极和负极。因此，从控制CPU190输出的控制信号SW1相继地控制成对晶体管Tr1至Tr6的加电时间。流过三相线圈134的电流经过PWM(脉冲宽度调制)控制成为准正弦波，此准正弦波能使三相线圈134生成旋转磁场。

第二驱动电路192中6个晶体管Tr11至Tr16也组成晶体管倒相器，且按第一驱动电路191中Tr1至Tr66个晶体管同样方式安排。第二电动机MG2的三相线圈(U，V，W)144连接到第二驱动电路192中成对晶体管的相应触点。因此，从控制CPU190输出的第二控制信号SW2相继地控制成对晶体管Tr11至Tr16的加电时间。流过三相线圈144的电流经过PWM控制成为准正弦波，该准正弦波能使三相线圈144生成旋转磁场。

如此构成的本实施例功率输出设备110按照下面讨论的原理运行，特别是按照扭矩转换原理运行。举例来说，假定发动机150在转速Ne和扭矩Te的驱动点P1上工作，而环形齿轮轴126在另一驱动点P2上工作，驱动点P2由不同的转速Nr和不同的扭矩Tr确定，但给出的能量与从发动机150输出的能量Pe完全相等。这意味着，发动机150输出的功率经过扭矩转换并加在环形齿轮轴126上。在这种条件下，发动机150的扭矩和转速与环形齿轮轴126的扭矩和转速之间的关系表示在图4中曲线上。

按照力学原理，行星齿轮120三根轴(即，中心齿轮轴125，环形齿轮轴126，和行星齿轮架124(曲轴156))的转速与扭矩之间的关系可以表示成图5和图6画出的诺模图，并可以用几何方法求解。不采用诺模图，行星齿轮120中三根轴的转速与扭矩之间关系可以通过计算机应轴的能量用数字方法分析。为了解释清楚，本实施例中采用诺模图。

在图5的诺模图中，三根轴的转速画成纵坐标，三根轴在坐标轴上位置之比画成横坐标。当中心齿轮轴125的坐标轴S和环形齿轮轴126的坐标轴R放置在一直线段的两端时，行星齿轮架124的坐标轴C是以S轴和R轴的内分割线给出，其比例为1比ρ，其中ρ代表中心齿轮121齿数与环形齿轮122齿数之比，并表示成以下的公式(1)

如上所述，发动机以转速Ne驱动，而环形齿轮轴126以转速Nr驱动。因此，发动机150的转速Ne可以画在与发动机150曲轴156相连的行星齿轮架124的坐标轴C上，环形齿轮轴126的转速Nr可以画在环形齿轮轴126的坐标轴R上。通过该两点画一条直线，于是得到的中心齿轮轴125的转速Ns为此直线与坐标轴S的交点。这条直线此后称之为动态共线直线。中心齿轮轴125的转速Ns可以按照以下比例表达式(2)从发动机转速Ne和环形齿轮轴126转速Nr算出。在行星齿轮120中，确定了中心齿轮121，环形齿轮122和行星齿轮架124中两种齿轮的转动就自动地确定了余下一种齿轮的转动。 $\mathrm{Ns}=\mathrm{Nr}-(\mathrm{Nr}-\mathrm{Ne})\frac{1+\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}}---\left(2\right)$

然后，发动机150的扭矩Te加到动态共线直线上行星齿轮架124的坐标轴C(在图中方向向上)，该直线的功能是一作用线。动态共线直线对扭矩来说可以看成是一刚体，力作为一个矢量加到此刚体上。根据将力分成两条不同平行作用线的方法，作用在坐标轴C上的扭矩Te分成作用在坐标轴S上的扭矩Tes和作用在坐标轴R上的扭矩Ter。扭矩Tes和Ter的大小由以下公式(3)和(4)给出： $\mathrm{Tes}=\mathrm{Te}\×\frac{\mathrm{\ρ}}{1+\mathrm{\ρ}}---\left(3\right)$ $\mathrm{Ter}=\mathrm{Te}\×\frac{1}{1+\mathrm{\ρ}}---\left(4\right)$

动态共线直线上各个力的平衡对于动态共线直线稳定态是很重要的。按照具体步骤，具有与扭矩Tes同样大小，但方向相反的扭矩Tm1加到坐标轴S，而具有与一合扭矩同样大小，但方向相反的扭矩Tm2加到坐标轴R，此合扭矩是扭矩Ter以及与输出到环形齿轮轴126的扭矩Tr有同样大小，但方向相反的扭矩之和。扭矩Tm1由第一电动机MG1给出，扭矩Tm2由第二电动机MG2给出，第一电动机MG1加的扭矩Tm1与其转动方向相反，因而它作为发电机工作而从中心齿轮轴125回收电能Pm1，Pm1由扭矩Tm1与转速Ns的乘积给出，第二电动机MG2加的扭矩Tm2与其转动方向一致，因而它作为电动机工作而输出电能Pm2，Pm2是扭矩Tm2与转速Nr乘积，是输出到环形齿轮轴126上的功率。

若电能Pm1与电能Pm2完全相等，则第二电动机MG2消耗的全部电功率可以由第一电动机MG1回收和供给。为了达到这一状态，全部输入能量应该都输出；即，从发动机150输出的能量Pe应该等于输出到环形齿轮轴126的能量Pr。即，使表示成扭矩Te与转速Ne乘积的能量Pe等于表示成扭矩Tr与转速Nr乘积的能量Pr。参照图4，表示成扭矩Te与转速Ne的乘积并以驱动点P1表示，从发动机150输出的功率经过扭矩转换并输出到环形齿轮轴126上，它成为具有相同能量的功率，但表示为扭矩Tr与转速Nr的乘积。如前面已讨论过的，输出到环形齿轮轴126的功率经过动力进给齿轮128和动力传输齿轮111传输到主动轴112，再经过差动齿轮114传输到驱动轮116和118。输出到环形齿轮轴126的功率与传输到驱动轮116和118的功率之间保持着线性关系。可以调节输出到环形齿轮轴126的功率控制传输到驱动轮116和118的功率。

虽然在图5的诺模图中，中心齿轮轴125的转速Ns是正的，但根据发动机150的转速Ne和环形齿轮轴126的转速Ns，中心齿轮轴125的转速Ns可以是负的，如图6的诺模图所示。在后一情况中，第一电动机MG1在其转动方向加扭矩，从而按电动机方式工作，消耗电能Pm1，它以扭矩Tm1与转速Ns的乘积给出。另一方面，第二电动机MG2所加扭矩与其转动方向相反，从而按发电机方式工作，从环形齿轮轴126回收电能Pm2，它以扭矩Tm2与转速Nr的乘积给出。若使第一电动机MG1消耗的电能Pm1等于第二电动机MG2回收的电能Pm2，在此条件下，第一电动机MG1消耗的全部电功率可以由第二电动机MG2供给。

以上描述涉及本实施例功率输出设备110的基本扭矩转换。然而，功率输出设备110不但能执行上述基本运转方式，将发动机150输出的全部功率进行扭矩转换并将转换过的扭矩输出到环形齿轮轴126，而且能执行其他运转方式。这些可能的运转方式包括用多余的电能对电池194充电和用贮存在电池194中的电力补充不足的电能。这些运转方式是靠调节发动机150输出的功率(即，扭矩Te与转速Ne的乘积)，第一电动机MG1回收或消耗的电能Pm1以及第二电动机MG2回收或消耗的电能Pm2来实现的。

以上讨论的运转原理是做这样的假定，行星齿轮120，电动机MG1和MG2，以及晶体管Tr1至Tr16的功率转换效率等于值“1”，它代表100％。然而，在实际状态中，转换效率小于值“1”，所以就要求，发动机150输出的能量Pe稍大于输出到环形齿轮轴126的能量Pr，或者使输出到环形齿轮轴126的能量Pr略小于从发动机150输出的能量Pe。举例来说，可以用转换效率的倒数乘上输出到环形齿轮轴126的能量Pr计算从发动机150输出的能量Pe。在图5的诺模图状态，可以用两个电动机MG1和MG2的效率乘上第一电动机MG1回收的电功率计算第二电动机MG2的扭矩Tm2。另一方面，在图6的诺模图状态，可以用第一电动机MG1消耗的电功率除以两个电动机MG1和MG2的效率计算第二电动机MG2的扭矩Tm2。在行星齿轮120中，由于机械摩擦等因素，存在着能量损耗或热损耗，虽然与涉及的全部能量比较，这种能量损耗是非常小的。用作第一电动机MG1和第二电动机MG2的同步电动机效率非常接近值“1”。诸如应用于晶体管Tr1至Tr16的GTOs熟知器件有极小的接通电阻。因此，功率转换效率实际上等于值“1”。为了方便起见，在本实施例的以下讨论中，除非另作说明，否则效率就认为等于值“1”  (＝100％)。

下面描述车辆的制动控制，该车辆是由发动机150输出的功率经过上述扭矩转换传到环形齿轮轴126来驱动的。有三种不同类型的制动控制；即，第一电动机MG1和发动机150制动控制，第二电动机MG2制动控制，以及第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150制动控制。在第二电动机MG2作为发电机的制动控制过程中，驱动轮116的转动线性地传输到环形齿轮轴126，其转动能量(动能)被取出并作为电能贮存在电池194中。第二电动机MG2制动控制是一熟知的过程，因此就不在此具体描述了。下面首先描述第一电动机MG1和发动机150制动控制过程，然后描述第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150制动控制过程。第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150制动控制是下面讨论的第一电动机MG1和发动机150制动控制与常规的第二电动机MG2制动控制的组合。

在第一电动机MG1和发动机150制动控制的过程中，第一电动机MG1经过行星齿轮120驱动发动机150，同时停止喷射燃料进发动机150。被驱动的发动机150中活塞的阻力和压缩所需能量经过扭矩转换并作为制动力加到环形齿轮轴126上。

本实施例功率输出设备110保持在图5和图6诺模图状态时，假定第一电动机MG1扭矩Tm1和第二电动机MG2扭矩Tm2两者都设定为零，且发动机150工作(喷射燃料)停止。在这些条件下，动态共线直线稳定地保持在这样的状态：发动机150空转所需的能量与第一电动机MG1空转所需的能量之和为最小。因为本实施例功率输出设备110中的发动机150是四冲程汽油机，发动机150空转所需的能量，即，发动机150中活塞的摩擦和压缩所需的能量，大于第一电动机MG1转子132空转所需的能量。因此，动态共线直线是处在发动机150停止和第一电动机MG1空转的状态，如图7的诺模图所示。

若第一电动机MG1是在发动机150以转速Ne1被驱动这一状态下被驱动和控制，则动态共线直线落在图8的诺模图所示的状态。当发动机150在以转速Ne1被驱动时，Te1表示作为反作用从发动机150输出的扭矩。如前面讨论过的，按照公式(4)由扭矩Te1计算出的分扭矩Ter1加到环形齿轮轴126。当发动机150按图5和图6的诺模图所示被驱动时，起反作用的扭矩Te1方向与发动机150输出的扭矩Te方向相反。因此，作用在环形齿轮轴126上的分扭矩Ter1起到制动力的作用。在图8的诺模图状态，中心齿轮轴125的转动方向不同于第一电动机MG1的扭矩Tm1方向。因此，第一电动机MG1按发电机方式运行，并使中心齿轮轴125的部分转动能量(动能)可以被取出，作为电能对电池194充电。按照上面给出的方程式(3)，由发动机150输出的扭矩Te1计算第一电动机MG1输出的扭矩Tm1。

第一电动机MG1可以按图7的诺模图状态下驱动和控制，此时MG1驱动发动机150以转速Ne2转动，如图9的诺模图所示。当发动机150以转速Ne2被驱动时，Te2表示起反作用的扭矩。用与图8的诺模图同样的方法，按照公式(4)由扭矩Te2计算出的分扭矩Ter2作为制动力加到环形齿轮轴126。在图9的诺模图状态，中心齿轮轴125的转动方向与第一电动机MG1的扭矩Tm1方向相同，因而，电动机MG1起电动机的作用。运行第一电动机MG1所需电能由电池194放出的电功率供给。

当发动机150被驱动时，转速Ne与起反作用的扭矩Te之间关系取决于发动机150的类型和特征。在本实施例中，这个关系用实验方法确定并作为变换表事先贮存在ROM190b中。图10表示这种变换的一个例子。从发动机150输出作为反作用的扭矩Te取决于转速Ne。取决于加到环形齿轮轴126制动力的大小和环形齿轮轴126的转速Nr，动态共线直线或落在图8的诺模图状态或落在图9的诺模图状态。考虑到环形齿轮轴126的转速Nr，适当规定输出到环形齿轮轴126制动力大小的过程能确定第一电动机MG1是执行电能回收作业或动力作业，从而使电池194充电或放电。

由第一电动机MG1和发动机150的基本制动控制遵循图11的流程图中制动控制程序。当驾驶员踩在制动踏板165上时，就重复执行制动控制程序，在第一电动机MG1和发动机150制动控制过程中所用的制动扭矩Tr^*是根据制动踏板165的踩踏量设定的。当执行这个制动控制程序时，控制器180的控制CPU190同时输出一停止信号经通信信道给EFIECU，为的是停止喷射燃料进发动机150。

当工作进程进入图11的程序时，控制器180的控制CPU190首先在步骤S100读出制动扭矩Tr^*。制动扭矩Tr^*是按照制动踏板165的踩踏量设定的，并写入到RAM190a的预定地址。按照一个具体过程，在步骤S100控制CPU190读出以前写入到预定地址的制动扭矩Tr^*数据。然后，在步骤S102，控制CPU190根据制动扭矩Tr^*，设定发动机150的目标转速Ne^*。为了输出制动扭矩Tr^*到环形齿轮轴126，要求发动机150输出扭矩Te，此扭矩Te是以Tr^*代换对Te改写的公式(4)中的扭矩Ter而得到的。按照一个具体过程，对应于如此得到的扭矩Te的转速Ne是从图10中所示的变换关系读出的，并设定为步骤S102的目标转速Ne^*。

在设定发动机150的目标转速Ne^*之后，控制CPU190在步骤S104读出环形齿轮轴126的转速Nr和中心齿轮轴125的转速Ns。中心齿轮轴125的转速Ns可以根据解算器139读出的中心齿轮轴125转角θs计算出，而环形齿轮轴126的转速Nr可以根据解算器149读出的环形齿轮轴126转角θr计算出。控制CPU190接着在步骤S106按照下面给出的公式(5)，由发动机150的目标转速Ne^*和环形齿轮轴126的转速Nr计算出中心齿轮轴125的目标转速Ns^*。公式(5)是将发动机150的目标转速Ne^*代入公式(2)中的Ne而得到的。 $N{s}^{*}\←\mathrm{Nr}-(\mathrm{Nr}-{\mathrm{Ne}}^{*})\×\frac{1+\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}}---\left(5\right)$

控制CPU190在步骤S108按照下面给出的公式(6)，计算并设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*。公式(6)右边第一项是根据图8或图9的诺模图所示动态共线直线上的平衡而得到的。右边第二项是一比例项，用来抵消实际转速Ns与目标转速Ns^*的偏差，右边第三项是一积分项，用来抵消静态偏差。在静态中(即，当转速Ns与目标转速Ns^*的偏差等于零)，第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*设置成等于右边第一项Tr^*×ρ，此项是根据动态共线直线上的平衡而得到的。公式(6)中的K1和K2表示比例常数。

Tm1^*←Tr^*×ρ+K1(Ns^*-Ns)+K2∫(Ns^*-Ns)dt    (6)

在设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*之后，控制CPU190在步骤S110接收来自解算器139的中心齿轮轴125的转角θs值，并且在步骤S111根据中心齿轮轴125的转角θs计算第一电动机MG1的电角度θ1。在本实施例中，由于四极对(即，4个N极和4个S极)同步电机用作第一电动机MG1，中心齿轮轴125转角θs的四倍为电角度θ1(θ1＝4θs)。然后，控制CPU190在步骤S112用安培表195和196检测流过第一电动机MG1三相线圈134中U相和V相的电流值IU1和IV1。虽然，电流自然流过全部三相U，V，和W，但只要求测量流过两相的电流，因为三相电流之和等于零。在下一步骤S114中，利用步骤S112中得到流过三相的电流值，控制CPU190执行坐标变换(三相到两相的变换)。坐标变换将流过三相的电流值变换成流过永磁型同步电机d轴和q轴的电流值，并按照下面给出的公式(7)执行。进行坐标变换是因为流过d轴和q轴的电流对于永磁型同步电机中的扭矩控制是十分重要的。或者，扭矩控制可以用流过三相的电流直接实行。 $\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}1\\ \mathrm{Iq}1\end{array}\right]=\sqrt{2}\left[\begin{array}{cc}-\sin (\mathrm{\θ}1-120)& \sin \mathrm{\θ}1\\ -\cos (\mathrm{\θ}1-120)& \cos \mathrm{\θ}1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Iu}1\\ \mathrm{Iv}1\end{array}\right]---\left(7\right)$

在变换到两个轴的电流之后，控制CPU190计算实际流过d轴和q轴的电流Id1和Iq1与相应两个轴的电流命令值Id1^*和Iq1^*之间偏差，这两个电流命令值是从第一电动机MG1扭矩命令值Tm1^*计算出的，随后，控制CPU190在步骤S116确定d轴和q轴的电压命令值Vd1和Vq1，按照一个具体过程，控制CPU190执行下面给出的公式(8)和公式(9)算术运算。在公式(9)中，Kp1，Kp2，Ki1，和Ki2表示系数，调整这些系数以适合所用电动机的特性。每个电压命令值Vd1(Vq1)包括一个与电流命令值I^*偏差ΔI成正比的部分(公式(9)的右边第一项)和过去“i”次偏差ΔI之和(右边第二项)。

      ΔId1＝Id1^*-Id1

      ΔIq1＝Iq1^*-Iq1            (8)

      Vd1＝Kp1·ΔId1+∑Ki1·ΔId1

      Vq1＝Kp2·ΔIq1+∑Ki2·ΔIq1   (9)

控制CPU190然后在步骤S118对得到的电压命令值再进行坐标变换(两相至三相的变换)。这相应于在步骤S114执行的变换的逆变换。此逆变换确定实际加在三相线圈134上的电压Vu1，Vv1，Vw1，由以下公式(10)表示。 $\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vu}1\\ \mathrm{Vv}1\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}1& -\sin \mathrm{\θ}1\\ \cos (\mathrm{\θ}1-120)& -\sin (\mathrm{\θ}1-120)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}1\\ \mathrm{Vq}1\end{array}\right]$

                     Vw1＝-Vu1-Vv1    (10)

实际的电压控制是由第一驱动电路191中Tr1至Tr6晶体管的开-关工作完成的。在步骤S119，第一驱动电路191中Tr1至Tr6晶体管的开关时间是PWM(脉冲宽度调制)控制的，为的是达到上面公式(10)确定的电压命令值Vu1，Vv1，和Vw1。

假定，当所加扭矩Tm1的方向是图8和图9诺模图所示的方向，则第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*为正。对于一个相同的正扭矩命令值Tm1^*，当扭矩命令值Tm1^*在如图8的诺模图状态下与中心齿轮轴125转动方向相反的作用时，控制第一电动机MG1实现能量回收作业，而当扭矩命令值Tm1^*在如图9的诺模图状态下与中心齿轮轴125转动方向相同的作用时，控制第一电动机MG1实现动力作业。对于正扭矩命令值Tm1^*，第一电动机MG1的能量回收作业和动力作业都实行相同的开关控制。按照一个具体过程，控制第一驱动电路191中晶体管Tr1至Tr6，由放置在转子132外表面上永久磁铁135产生的磁场与电流流过三相线圈134产生的旋转磁场的迭加，可以使正扭矩加到中心齿轮轴125上。只要扭矩命令值Tm1^*的符号不变，对第一电动机MG1的能量回收作业和动力作业都执行相同的开关控制。因此，图11的流程图中所示制动控制程序适用于能量回收作业和动力作业。

上述控制过程将动态共线直线设置在图8的诺模图状态或图9的诺模图状态，且都能使制动力加到环形齿轮轴126上，并最终加到驱动轮116和118上。

如上面所讨论的，本实施例功率输出设备110实现第一电动机MG1和发动机150的制动控制，能使制动力加到环形齿轮轴126上，且最终加到驱动轮116和118。考虑到环形齿轮轴126的转速Nr，适当规定输出到环形齿轮轴126制动力矩Tr^*大小的过程，能使第一电动机MG1实现制动和对电池194充电的能量回收作业，或者使第一电动机MG1实现制动和使电池194放电的动力作业。即，根据电池194的残留电荷BRM，第一电动机MG1能够利用能量回收作业或动力作业实现制动。

在本实施例的制动控制程序中，设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和中心齿轮轴125的目标转速Ns^*，借助第一电动机MG1和发动机150能使预置的制动扭矩Tr^*输出到环形齿轮轴126。按照另一个可能的应用，可以根据电池194的残留电荷BRM设定制动扭矩Tr^*。这一种结构可将电池194的残留电荷BRM保持在所需的水平上。

虽然在本实施例中，停止了燃料喷进发动机150，但也可以实现燃料喷射，使发动机150以空转速或另一个适当转速运转。后一情况中起反作用的扭矩Te不同于本实施例中的扭矩。因此，燃料喷射量，转速Ne和起反作用的扭矩Te之间关系应当事先决定，并作为变换表贮存起来。

本实施例的制动控制过程有效地控制第一电动机MG1，为的是能使制动扭矩Tr^*作为制动力加到环形齿轮轴126上。另一种制动控制过程用电磁方法刹住第一电动机MG1的转子132，即，锁住第一电动机MG1，为的是能使制动力加到环形齿轮轴126。图12是这一状态的诺模图。此时中心齿轮轴125是固定的，行星齿轮120起减速齿轮的作用。减速比乘上环形齿轮轴126的转速就是曲轴156的转速。这等同于发动机制动操作。此情况中对第一电动机MG1的控制是为了驱动第一电动机MG1而关断第一驱动电路191中所有的晶体管Tr1至Tr6。

下面描述第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150的制动控制过程。如前面已提到，第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150制动控制是第一电动机MG1和发动机150制动控制与第二电动机MG2制动控制的组合。此制动控制包括各种操作：例如，将相应于制动踏板165踩踏量的制动力加到环形齿轮轴126的操作以及当车辆向下行进在一长斜坡时，将一与制动踏板165踩踏量无关的制动力加到环形齿轮轴126的操作。在本实施例中，将相应于制动踏板165踩踏量的制动力加到环形齿轮轴126的操作遵循图13和图14流程图中所示制动状态下的扭矩控制程序。当车辆向下行进在一长斜坡时，将一与制动踏板165踩踏量无关的制动力加到齿轮轴126的操作遵循图24流程图所示的连续制动控制程序。

当车辆行驶时，图13和图14的流程图中所示制动状态下的扭矩控制程序以预定的时间间隔重复地被执行(例如，每8msec)。当工作进程进入图13的程序中时，控制器180的控制CPU190首先在步骤S120读出由制动踏板位置传感器165a测得的制动踏板位置BP。驾驶员踏制动踏板165，将制动力加到驱动轮116和118。制动踏板位置BP值于是就代表驾驶员要求的所需制动扭矩。根据步骤S122上输入的制动踏板位置BP，控制CPU190确定输出到环形齿轮轴126的制动扭矩Tr^*。按照制动踏板位置BP，此处确定的不是输出到驱动轮116和118的制动扭矩，而是输出到环形齿轮轴126的制动扭矩Tr^*。这是因为环形齿轮轴126经过动力进给齿轮128，动力传输齿轮111和差动齿轮114与驱动轮116和118机械连动，确定了输出到环形齿轮轴126的制动扭矩Tr^*因而就确定了输出到驱动轮116和118的制动扭矩。在此实施例中，代表制动扭矩Tr^*与制动踏板位置BP之间关系的变换表是事先准备好的并贮存在ROM190b中。按照一个具体过程，在步骤S122，相应于输入的制动踏板位置BP的制动扭矩Tr^*从贮存在ROM190b中的变换表中读出。

控制CPU190然后在步骤S124读出由残留电荷表199测得的电池194残留电荷BRM，并且在步骤S126将输入的电池194残留电荷BRM与阈值Bref进行比较。将阈值Bref设置成接近于完全充足电状态下的一个值，在此状态下电池194不能再充电了，此阈值取决于电池194的类型和特性。图15表示电池194残留电荷BRM与阈值为Bref的可充电电功率的关系曲线。

在步骤S126，若电池194的残留电荷BRM小于阈值Bref，则程序确定有必要对电池194充电，并在步骤S128将第一电动机MG1扭矩命令值Tm1^*设置为零，而在步骤S130将制动扭矩Tr^*赋予第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*。然后控制CPU190在步骤S132从通讯口输出一信号给EFIECU170，使燃料停止喷进发动机150。该程序接着在步骤S134至S138根据预置值控制第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150。为了便于说明，第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150的控制以分开的步骤说明。然而，在实际过程中，这些控制作用是并行和全面地实现的。举例来说，利用中断过程，使控制CPU190同时控制第一电动机MG1和第二电动机MG2，而经过通讯口将指令传输给EFIECU170，为的是允许EFIECU170同时控制发动机150。

第一电动机MG1的控制遵循图16中流程图所示的第一电动机MG1控制程序，而第二电动机MG2的控制遵循图17中流程图所示的第二电动机MG2控制程序。这两个控制程序与图11制动控制程序中步骤S110到S119的过程完全相同，所以不在此处具体描述了。当第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*设置成零时，第一电动机MG1的控制不遵循图16流程图中所示的第一电动机MG1控制程序，而是如前面所讨论过的，关断第一驱动电路中所有的晶体管Tr1至Tr6。发动机150的控制是由接收到停止燃料喷射指令后的EFIECU170执行。EFIECU170实际上既停止火花塞162点火又停止燃料喷射，从而停止了发动机150的运转。

在步骤S126，当电池194的残留电荷BRM确定为小于阈值Bref时，第一电动机MG1扭矩Tm1和第二电动机MG2扭矩Tm2都设置为0，并如上面图7诺模图讨论过的那样，停止发动机150运转(燃料喷射)，同时令第二电动机MG2加一相应于扭矩命令值Tm2^*的扭矩到环形齿轮轴126。如图18诺模图所示，这个过程停止了发动机150和使第一电动机MG1空转。如前面所讨论的，这个状态消耗最少的能量，使得环形齿轮轴126的大部分转动能量(功能)能被第二电动机MG2回收成电能，并贮存在电池194中。

另一方面，在步骤S126，若电池194的残留电荷BRM不小于阈值Bref，程序确定没有必要对电池194充电，并执行图14流程图中步骤S140至S152的流程。该流程设置第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*，为的是在不对电池194充电的同时，能将制动力加到环形齿轮轴126。在图14的程序中，控制器180的控制CPU190首先在步骤S140读出环形齿轮轴126的转速Nr和中心齿轮轴125的转速Ns，在步骤S142用公式Pr＝Tr^*×Nr计算制动作用所需的制动能Pr。

控制CPU190然后在步骤S144根据计算出的制动能Pr设置发动机150的目标扭矩Te^*和目标转速Ne^*。发动机150消耗的能量等于起反作用力的扭矩Te与发动机150转速Ne的乘积。制动能Pr以及发动机150的目标扭矩Tr^*和目标转速Ne^*因而满足关系式Pr＝Te^*×Ne^*。如前面用图10的曲线图讨论过的，发动机150的转速Ne与起反作用力的扭矩Te之间关系是明确规定的。因而找到所需运算的特定点，在此点上该乘积与制动能相等，并且此特定点处的扭矩Te和转速Ne确定为发动机150的目标扭矩Te^*和目标转速Ne^*。举例来说，此特定点可以由代表发动机150转速Ne与起反作用力的扭矩之间的关系曲线A与恒定能量曲线Pr的交点确定，如图19的曲线所示。在此实施例中，制动能Pr以及发动机150相应的转速和扭矩Te以变换表的形式贮存在ROM190b中。按照一个具体过程，在步骤S144，相应于算出的制动能Pr的转速Ne和扭矩Te从贮存在ROM190b的变换表中读出，并设置成发动机目标速度Ne^*和发动机目标扭矩Te^*。

控制CPU190然后在步骤S146按照上面给出的公式(5)计算中心齿轮轴125的目标转速Ns^*，并且在步骤S148按照以下给出的方程式(11)计算和设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm^*。除了右边第一项取决于发动机150的目标扭矩Te^*以外，公式(11)类似于公式(6)。 $\mathrm{Tm}{1}^{*}\←{\mathrm{Te}}^{*}\×\frac{\mathrm{\ρ}}{1+\mathrm{\ρ}}+K1({\mathrm{Ns}}^{*}-\mathrm{Ns})+K2\∫({\mathrm{Ns}}^{*}-\mathrm{Ns})\mathrm{dt}---\left(11\right)$

在设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*之后，控制CPU190在步骤S150按照下面给出的公式(12)计算第一电动机MG1消耗或回收的电能Pm1，其在步骤S152按照下面给出的公式(13)由算出的电能Pm1计算并设定第二电动机MG2的扭矩命令值Tm^*2。Km1和Km2表示第一电动机MG1和第二电动机MG2的电动机效率。

Pm1←Km1×Tm1^*×Ns  (12) $\mathrm{Tm}{2}^{*}\←\mathrm{Km}2\×\frac{\mathrm{Pml}}{\mathrm{Nr}}---\left(13\right)$

程序然后返回到图13流程图中步骤S132，在此步骤S132，从通讯口输出一信号给EFIECU170停止燃料喷入发动机150，该程序在步骤S134至S138，根据预置值控制第一电动机MG1，第二电动机MG2和发动机150。

作为这种控制的一个例子，图20的诺模图表示控制第一电动机MG1去执行动力作业时的状态。参照图20，环形齿轮轴126接收制动扭矩Tr^*，此扭矩Tr^*是基于起反作用扭矩Te的分扭矩Ter与相应于第二电动机MG2输出扭矩命令值Tm2^*的扭矩Tm2之和。虽然没有具体地画出，但当控制第一电动机MG1去执行能量回收作业时，动态共线直线便落在图8诺模图所示的状态。若第一电动机MG1执行能量回收作业和第二电动机MG2执行动力作业，则从第二电动机MG2输出的扭矩方向与图20所示扭矩Tm2方向相反。

在图13流程图步骤S126，当电池194的残留电荷BRM不小于阈值Bref时，由第一电动机MG1消耗或回收的电能Pm1被第二电动机MG2回收或消耗。因而电池194既不充电，也不放电。这一过程在对电池194既不充电也不放电的同时，能使所需的制动力输出到环形齿轮轴126。

在本实施例制动状态下扭矩控制程序中，在步骤S126，当电池194的残留电荷BRM小于阈值Bref时，程序设置第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*等于零，从而停止发动机150并使第一电动机MG1空转。然而，按照另一个可能的应用，可以驱动发动机150到所需的转速。举例来说，为了驱动发动机150到预定的转速Nst，在图13和图14流程图所示制动状态下，扭矩控制程序中步骤S128和S130的处理可以用图21流程图所示制动状态下的改型扭矩控制程序步骤S180至S188替代。

在图21制动状态下的改型扭矩控制程序中，控制器180的控制CPU190在步骤S180将预定的转速Nst赋值给发动机150的目标转速Ne^*，且在步骤S181从变换表(例如，图10的变换)读出起反作用力并相应于预定转速Nst的扭矩Tst。控制CPU190然后在步骤S182读出环形齿轮轴126的转速Nr，在步骤S184按照上面给出的公式(5)计算出中心齿轮轴125的目标转速Ns^*。控制CPU190接着在步骤S186按照下面给出的公式(14)计算并设置第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*，在步骤S188按照下面给出的公式(15)计算并设置第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*。然后，程序执行图13流程图中步骤S132至S138。图22的诺模图表示执行这种控制的状态。第一电动机MG1的控制能使发动机150在预定转速Nst下被驱动。 ${\mathrm{Tm}1}^{*}\←\mathrm{Tst}\×\frac{\mathrm{\ρ}}{1+\mathrm{\ρ}}+K1({\mathrm{Ns}}^{*}-\mathrm{Ns})+K2\∫({\mathrm{Ns}}^{*}-\mathrm{Ns})\mathrm{dt}---\left(14\right)$ ${\mathrm{Tm}2}^{*}\←{\mathrm{Tr}}^{*}-\mathrm{Tst}\×\frac{1}{1+\mathrm{\ρ}}---\left(15\right)$

此改型过程并不停止发动机150的运转，而是允许发动机150在预定转速Nst下转动。当驾驶员在制动控制过程中踩踏加速器踏板164并要求发动机150输出相应于加速器踏板踩踏量的能量Pe时，此改型过程比本实施例过程更快地实现要求。在步骤S180，将预定转速Nst赋值给发动机150的目标转速Ne^*，此预定转速Nst可以随环形齿轮轴126的转速Nr变化而改变，如图23的曲线所示。这进一步提高了从发动机150输出所需能量的过程速度。

如上所述，当车辆向下行进在一长斜坡时，与制动踏板165的踩踏量无关，把制动力加到环形齿轮轴126上的操作遵循图24流程图所示连续制动控制程序。当驾驶员设定一个连续制动扭矩Tr2^*且既不踩加速器踏板164也不踩制动踏板165时，此程序即被执行。连续制动扭矩Tr2^*的设定是通过放置在驾驶员座位附近的一个开关操作的。在此实施例中，连续制动扭矩Tr2^*可以在三个不同档上选择。

当工作进程进入图24的程序时，控制器180的控制CPU190首先在步骤S200读出连续制动扭矩Tr2^*。连续制动扭矩Tr2^*的设定由驾驶员通过开关操作，已写入RAM190a中预定地址。按照一个具体过程，控制CPU190在步骤S200读出以前写入预定地址的连续制动扭矩Tr2^*数据。控制CPU190然后在步骤S202读出残留电荷表199测得的电池194的残留电荷BRM，并在步骤S204将残留电荷BRM与阈值Bref进行比较。

在步骤S204，若电池194的残留电荷BRM不小于阈值Bref，该程序确定没有不要对电池194充电，所以就执行步骤S206至S218的处理，即设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*，为了在电池194既不充电也不放电的同时，能使连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126。步骤S206至S218的处理与图13和图14的流程图所示制动状态下扭矩控制程序中步骤S140至S152的处理完全相同。在这种工作方式下设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*的过程能使连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126，而同时电池194保持不受影响，如同以前在图13和图14程序中所讨论那样。

另一方面，在步骤S204，若电池194的残留电荷BRM小于阈值Bref，该程序确定有必要对电池194充电，所以就在步骤S220设置第一电动机的扭矩命令值Tm1^*为零，而在步骤S222将连续制动扭矩Tr2^*赋值给第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*。步骤S220和S222的处理与图13和图14流程图所示制动状态下扭矩控制程序中步骤S128和S130相当。在这种工作方式下设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*能使连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126，而同时电池194被充电，如同从前在图13和图14程序中所讨论那样。

在设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*之后，该程序在步骤S224输出一信号到EFIECU170，停止燃料喷入发动机150，并在步骤S226至S230根据预置值控制第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150。步骤S226至S230的处理与图13和图14流程图所示制动状态下扭矩控制程序中步骤S134至S138的处理完全相同。

即使驾驶员不踩制动踏板165，连续制动控制程序允许相应于预置连续制动扭矩Tr2^*的扭矩输出到环形齿轮轴126。车辆因而能向下行进在连续长斜坡而不要求驾驶员持续地踩制动踏板165。

驾驶员既不踩加速器踏板164也不踩制动踏板165，连续制动控制程序仍被执行。因此，这不会干扰依据加速器踏板164踩踏量的加速状态下的扭矩控制，也不会干扰依据制动踏板165踩踏量的制动状态下的扭矩控制。

这个过程能实现制动控制，而不论电池194是在充电或不在充电，这是由电池194的残留电荷BRM决定的。这就使电池194的残留电荷BRM保持在阈值Bref电平上。

虽然本实施例中连续制动扭矩Tr2^*的大小是在三个不同档上选取，但是此连续制动扭矩可以在更多的档上选取，或固定在一个档上。在本实施例中，由驾驶员设定连续制动扭矩Tr2^*的大小。然而，连续制动扭矩Tr2^*也可以根据驱动轮116和118的转速设定，即根据环形齿轮轴126的转速Nr设定，或者根据转速Nr的变化率设定。万一环形齿轮轴126有更高的转速Nr(即，当车辆在高速行驶时)，或者万一环形齿轮轴126转速Nr有更大的变化率(即，车辆速度更大的变化率)，后一种情况允许有更大的制动扭矩输出到环形齿轮轴126。

在本实施例的连续制动控制程序中，当电池194的残留电荷BRM小于阈值Bref时，执行对电池194充电的制动控制，即设置第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*为零，并停止发动机150的运转。然而，如在图21改型程序中所讨论的，发动机150的转速Ne可以设置成预定的转速Nst。这种情况能使发动机150对踩踏加速器踏板164很快响应并输出所需的能量。

在本实施例的连续制动控制程序中，当电池194的残留电荷BRM不小于阈值Bref时，执行不对电池194充电的制动控制，它控制第一电动机MG1和第二电动机MG2，可以使第一电动机MG1回收或消耗的电能Pm1被第二电动机MG2消耗或回收，从而允许连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126上。按照另一个可能的应用，制动力可以输出到环形齿轮轴126，而同时使第一电动机MG1保持在锁定状态，如图12的诺模图所示。在此情况中，虽然预置的连续制动扭矩Tr2^*不能输出到环形齿轮轴126，但是相应于环形齿轮轴126转速Nr的制动扭矩能够输出到环形齿轮轴126。

如上所讨论的，本实施例的功率输出设备110借助第一电动机MG1和发动机150，或借助第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150，能使制动扭矩Tr^*或连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126。另一种可能的情况是借助机械摩擦闸输出部分的制动扭矩Tr^*或部分的连续制动扭矩Tr2^*到环形齿轮轴126，而同时由第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150输出余下的扭矩。

在本实施例功率输出设备110中，输出到环形齿轮轴126的功率是经过与环形齿轮122相连的动力进给齿轮128，从第一电动机MG1与第二电动机MG2之间装置中取出。然而，类似于图25所示作为改型例子的功率输出设备110A，功率可以从外壳119外取得，环形齿轮轴126从此外壳延伸出来。图26表示作为另一个改型例子的第三个功率输出设备110B，其中发动机150，行至齿轮120，第二电动机MG2，和第一电动机MG1按照这个顺序安装。在此情况中，中心齿轮轴125B可能没有空心结构，而要求有空心的环形齿轮轴126B。此改型结构能使输出到环形齿轮轴126B的功率从发动机150与第二电动机MG2之间的装置中取出。

下面描述按照本发明第四个功率输出设备110C作为第二个实施例。图27概略地画出第二个实施例功率输出设备110C重要部分的结构。参照图27，除了第二电动机MG2转子142与曲轴156相连以及第一电动机MG1和第二电动机MG2有不同的构造以外，第二实施例功率输出设备110C的结构类似于第一实施例功率输出设备110的结构。与图1所示第一实施例功率输出设备110的相同的组件，如控制器180，在图27中省略了。第二实施例功率输出设备110C也可以安装在图3所示的车辆上。第二实施例功率输出设备110C中与第一实施例功率输出设备110中相同的组件用相同的数字和符号表示，且不在此处具体描述。除非另作说明，第一实施例描述中所用的符号与第二实施例描述中所用的符号有相同的意义。

在第二实施例功率输出设备110C中，发动机150，第二电动机MG2，行星齿轮120，和第一电动机MG1按这个顺序布置，如图27所示。第一电动机MG1转子132与中心齿轮轴125C相连，中心齿轮轴125C连接到行星齿轮120的中心齿轮121，与第一实施例功率输出设备110一样，行星齿轮架124与发动机150的曲轴156相连。第二电动机MG2转子142和测量曲轴156转角θe的解算器157还附着在曲轴156上。与行星齿轮120环形齿轮122相连的环形齿轮轴126C连接到动力进给齿轮128。测量环形齿轮轴126C转角θr的解算器149附着在环形齿轮轴126C上。

第二实施例功率输出设备110C有不同于第一实施例功率输出设备110的构造。然而，与第一实施例功率输出设备110一样，第一电动机MG1三相线圈134连接到控制器180的第一驱动电路191，第二电动机MG2三相线圈144连接到第二驱动电路192。虽然没有具体地画出，解算器157经过一根信号线连接到控制器180控制CPU190的输入口。

第二实施例功率输出设备110C按照以下方式工作。举例来说，假定发动机150在转速Ne和扭矩Te的驱动点P1上被驱动，且输出能量Pe(Pe＝Ne×Te)，假定环形齿轮轴126C在转速Nr和扭矩Tr的另一个驱动点P2上被驱动，且输出的能量Pr(Pr＝Wr×Tr)与能量Pe相等。这意味着，从发动机150输出的功率经过扭矩转换，并加到环形齿轮轴126C上。图28和图29是这一状态下的诺模图。

下面给出的公式(16)至(19)是从图28诺模图中动态共线直线的平衡性得到的。公式(16)是从发动机150输出的能量Pe与输出到环形齿轮轴126C的能量平衡得到的，公式(17)表示经过曲轴156输入到行星齿轮架124的总能量。公式(18)和(19)是将作用到行星齿轮架124的扭矩Tc分解成作用到坐标轴S和R上的分扭矩Tcs和Tcr导出的。

Te×Ne＝Tr×Nr    (16)

Tc＝Te+Tm2        (17) $\mathrm{Tcs}=\mathrm{Tc}\×\frac{\mathrm{\ρ}}{1+\mathrm{\ρ}}---\left(18\right)$ $\mathrm{Tcr}=\mathrm{Tc}\×\frac{1}{1+\mathrm{\ρ}}---\left(19\right)$

动态共线直线上各个力的平衡对于动态共线直线的稳定态是至关重要的。因此，要求设置扭矩Tm1等于分扭矩Tcs以及扭矩Tr等于分扭矩Tcr。于是，扭矩Tm1和Tm2表示成以下给出的公式(20)和(21)：

Tm1＝Tr×ρ        (20)

Tm2＝Tr×(1+ρ)-Te (21)

让第一电动机MG1将公式(20)表示的扭矩Tm1加到中心齿轮轴125C，让第二电动机MG2将公式(21)表示的扭矩Tm2加到曲轴156，那么，从发动机150输出并由扭矩Te和转速Ne确定的功率便转换成由扭矩Tr和转速Nr确定并输出到环形齿轮轴126C的功率。在图28的诺模图状态中，从第一电动机MG1输出的扭矩方向与转子132的转动方向相反。因此，第一电动机MG1起发电机的作用，回收的电能Pm1表示成扭矩Tm1与转速Ns的乘积。另一方面，从第二电动机MG2输出的扭矩方向与转子142的转动方向一致。因此，第二电动机MG2起电动机的作用，消耗的电能Pm2表示成扭矩Tm2与转速Nr的乘积。

虽然中心齿轮轴125C的转速Ws在图28的诺模图中是正的，但根据发动机150的转速Ne和环形齿轮轴126C的转速Nr，中心齿轮轴125C的转速Ns可以是负的，如图29的诺模图所示。在后一情况中，第一电动机MG1沿转子132的转动方向加扭矩，从而起电动机的作用，消耗的电能Pm1表示成扭矩Tm1与转速Ns的乘积。另一方面，第二电动机MG2沿转子142转动的反方向加扭矩，从而起发电机的作用，以环形齿轮轴126C回收电能Pm2，它表示成扭矩Tm2与转速Nr的乘积。

与第一个实施例功率输出设备110的工作原理一样，第二个实施例的工作原理假定，行星齿轮120，两个电动机MG1和MG2，以及晶体管Tr1至Tr16的功率转换效率等于值‘1’，它表示100％。然而实际上，转换效率小于值‘1’，所以要求从发动机150输出的能量Pe稍大于输出到环形齿轮轴126C的能量Pr，或输出到环形齿轮轴126C的能量Pr略小于从发动机150输出的能量Pe。如以前所讨论的，行星齿轮120中由于机械摩擦的能量损耗非常小，且用作两个电动机MG1和MG2的同步电机效率非常接近于值‘1’，所以，动力转换效率实际上等于值‘1’。为了方便起见，在下面第二个实施例的讨论中，除非另外指出，就认为效率等于值‘1’(＝100％)。

只要第二电动机MG2不被驱动，第一个实施例功率输出设备110中由第一电动机MG1和发动机150执行的制动控制可应用于第二个实施例功率输出设备110C。所以，控制第一电动机MG1去执行回收作业或动力作业，并能将制动力输出到环形齿轮轴126C。第一电动机MG1和发动机150的制动控制已经结合图7至12的绘图详细讨论过了，所以不在此处具体描述。下面描述第二个实施例功率输出设备110C中被第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150执行的制动控制。由于第二电动机MG2设有连到环形齿轮轴126C，第二个实施例功率输出设备110C不能用第二电动机MG2执行制动控制。

在第一个实施例功率输出设备110中由第一电动机MG1和发动机150执行的制动控制，起反作用力的扭矩Te是由图10曲线中对应于发动机150的预置转速Ne来确定的。因此，能够输出到环形齿轮轴126的制动扭矩取决于发动机150的转速Ne。即，在保持发动机150转速Ne不变时，第一个实施例的结构不能增加或减少输出到环形齿轮轴126的制动力。另一方面，在第二个实施例功率输出设备110C中，第二电动机MG2连到发动机150的曲轴156，所以能输出扭矩到曲轴156，从而在保持发动机150转速Ne不变时，能使输出到环形齿轮轴126C的制动力增加或减少。通过对第二电动机MG2的控制，发动机150的转速Ne在制动状态下可以设定在所需的速度值。在第二个实施例中，第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150的制动控制遵循图30和图31流程图所示制动状态下的扭矩控制程序，以及遵循图34流程图所示连续制动控制程序。

当车辆行驶时，图30和图31流程图所示制动状态下的扭矩控制程序按预定的时间间隔(例如，每8msec)重复地执行。当工作进程进入图30的程序时，控制CPU190首先在步骤S300读出发动机150的转速Ne。发动机150的转速Ne可以从解算器157测得的曲轴156转角θe计算出。或者，发动机150的转速Ne用连到分配器160的速度传感器176直接测量。在后一情况中，控制CPU190通过通讯口接收连到速度传感器176的EFIECU170送来的转速数据Ne。

然后，控制CPU190在步骤S302读出由制动踏板位置传感器165a制得的制动踏板位置BP，而根据在步骤S304输入的制动踏板位置BP，确定输出到环形齿轮轴126C的制动扭矩Tr^*。确定制动扭矩Tr^*的过程与第一个实施例中解释的过程完全相同。控制CPU190接着在步骤S306读出由残留电荷表199测得的电池194残留电荷BRM，并且在步骤S308将输入的电池194残留电荷BRM与阈值Bref进行比较。

在步骤S308，若电池194残留电荷BRM小于阈值Bref，该程序确定有必要对电池194充电，并在步骤S310，按照公式Tm1^*＝Tr^*×ρ将计算值赋予第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*，而在步骤S312，计算下面给出的公式(22)，把计算值赋予第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*。公式(22)右边第一项是从图28和图29诺模图所示动态共线直线的平衡而得到的。右边第二项是一比例项，以消去发动机150转速Ne与值‘0’的偏差，右边第三项是一积分项，以消去静态偏差。在静态(即，发动机150的转速Ne等于零)，第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*设置成等于右边第一项Tr^*×(1+ρ)，此项是从动态共线直线上的平衡而得到的。公式(22)中K3和K4表示比例常数。

Tm2^*←Tr^*×(1+ρ)-K3×Ne-K4∫Nedt  (22)

然后，控制CPU190在步骤S314从通信口输出一信号给EFIECU170，停止燃料喷进发动机150，并在步骤S316至S320，根据预置值控制第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150。与第一个实施例一样，虽然为了方便起见，第二个实施例中第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150的控制操作表示成分开的几个步骤，这些控制操作在实际情况中是并行和合并进行的。第二个实施例图30程序中步骤S316至S320，是第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150的控制过程，与图13和图14流程图所示第一个实施例制动状态下的扭矩控制程序中步骤S314至S318的控制过程完全相同，因此不在此处具体描述了。

在步骤S308，当电池194残留电荷BRM确定为小于阈值Bref时，控制过程能使动态共线直线落进发动机150停止的状态中，如图32诺模图中所示。在这个状态，与第二电动机MG2输出扭矩Tm2的同时，发动机150转速Ne等于零。因此，第二电动机MG2消耗的能量为最小值。制动作用产生的大部分能量因而可以由第一电动机MG1回收成电能，给电池194充电。从图32的诺模图清楚地表明，锁住第二电动机MG2的过程可以替代步骤S312设置第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*的过程。

另一方面，在步骤S308，若电池194残留电荷BRM不小于阈值Bref，该程序确定没有必要对电池194充电，执行图31流程图所示步骤S330至S338的处理。这一处理是设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*，为的是在不对电池194充电的同时，能使制动力加到环形齿轮轴126C。在图31程序中，控制器180的控制CPU190首先在步骤S330读出环形齿轮轴126C的转速Nr，并在步骤S332由Pr＝Tr^*×Nr计算制动所需的制动能量Pr。

然后，控制CPU190在步骤S334根据计算出的制动能量Pr设置发动机150的目标扭矩Te^*和目标转速Ne^*。计算出的制动能量Pr与发动机150转速Ne和扭矩Te之间的关系以及确定目标发动机转速Ne^*和目标发动机扭矩Te^*的方法，在以前步骤S144已经讨论过了，步骤S144是在图13和图14流程图所示第一个实施例制动状态下的扭矩控制程序之中。

控制CPU190接着在步骤S336把按照公式Tm1^*＝Tr^*×ρ计算出的值赋予第一电动机MG1扭矩命令值Tm1^*，而在步骤S338把按照下面公式(23)计算出的值赋予第二电动机MG2扭矩命令值Tm2。公式(23)右边第一项和第二项是以图33诺模图所示动态共线直线上的平衡而得到的。右边第三项是一比例项，以消去发动机150转速Ne与发动机目标速度Ne^*之偏差，右边第四项是一积分项，以消去静态偏差。第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150在步骤S330至S338的处理之后受到控制，图33诺模图表示此时的目标驱动状态。

Tm2^*←Tr^*×(1+ρ)-Te^*+K3(Ne^*-Ne)+K4∫(Ne^*-Ne)dt  (23)

然后，控制CPU190在步骤S314以通信口输出一信号给EFIECU170，停止燃料喷进发动机150，并根据步骤S316至S320的预置值控制第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150。

控制过程能使基于扭矩Tc的分扭矩Tcr(制动扭矩Tr^*)加到环形齿轮轴126C，该扭矩Tc是起反作用的扭矩Te与对应于第二电动机MG2输出扭矩命令值Tm2^*的扭矩Tm2之和，如图33的诺模图所示。在图33的诺模图状态中，中心齿轮轴125C的转速Ns是正的。因而，第一电动机MG1被控制去执行动力作业，而第二电动机MG2被控制去回收第一电动机MG1消耗的电能Pm1。相反，当中心齿轮轴126C的转速Ns是负时，第一电动机执行能量回收作业，第二电动机MG2执行消耗电能Pm1的动力作业，该电能Pm1由第一电动机MG1回收。

在步骤S308，当电池194残留电荷BRM确定为不小于阈值Bref时，第二电动机MG2回收或消耗由第一电动机MG1消耗或回收的电能Pm1。因此，电池194既不充电，也不放电。这个过程能使所需制动力输出到环形齿轮轴126C，而同时对电池既不充电，也不放电。

在第二个实施例的制动状态下扭矩控制程序中，在步骤S308，当电池194残留电荷BRM小于阈值Bref时，控制第一电动机MG1和第二电动机MG2，使发动机150的转速Ne等于零。然而，另一个可能的过程可以是，控制第一电动机MG1和第二电动机MG2，让发动机150在所需的转速下被驱动。在这一情况中，通过调节中心齿轮轴125C的转速Ns，使发动机150的转速Ne被控制到一个预定值。为此目的，图21诺模图所示制动状态下改型扭矩控制程序中步骤S180至S188的处理，被应用于第二个实施例的结构，在此结构中，第二电动机MG2连到曲轴156。改型了的过程并不停止发动机150的运转，但允许发动机150以预定转速运转。当驾驶员在这种制动控制过程中踩踏加速器踏板164时，此改型结构能使所需能量毫无延迟地从发动机150输出。

当车辆向下行进在一连续长坡时，与制动踏板165的踩踏无关，把制动力加到环形齿轮轴126C的操作遵循图34流程图所示的连续制动控制程序。与图24流程图所示第一个实施例的连续制动控制程序一样，这个程序是在驾驶员设定连续制动扭矩Tr2^*以及既不踩加速器踏板164也不踩制动踏板165时被执行。连续制动扭矩Tr2^*是通过放置在驾驶员座位附近的开关操作而设定的。在第二个实施例中，连续制动扭矩Tr2^*能够在三个不同档上选取。

当工作进程进入图34的程序时，控制器180的控制CPU190首先在步骤S400读出连续制动扭矩Tr2^*，并在步骤S402接收发动机150的转速数据Ne。用与第一个实施例相同的方法输入连续制动扭矩Tr2^*。然后，控制CPU190在步骤S404读出由残留电荷表199检测的电池194残留电荷BRM，并在步骤S406将输入的残留电荷BRM与阈值Bref进行比较。

在步骤S406，若电池194残留电荷BRM不小于阈值Bref，该程序确定没有必要对电池194充电，并进行步骤S408至S416的处理，设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*，为的是在对电池194既不充电也不放电的同时，能使连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126C。步骤S408至S416的处理与图30和图31流程图所示制动状态下扭矩控制程序中步骤S330至S338的处理完全相同。用这种方法设定第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*能使连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126C，而同时电池194保持原状，如前面所讨论那样。

另一方面，在步骤S406，若电池194残留电荷BRM小于阈值Bref，该程序确定有必要对电池194充电，并在步骤S418把按照公式Tm1^*＝Tr2^*×ρ计算出的值赋予第一电动机MG1的扭矩命令值Tm1^*，而在步骤S420，把按照公式(22)计算出的值赋予第二电动机MG2的扭矩命令值Tm2^*。步骤S418和S420的处理等同于图30和图31流程图所示制动状态下扭矩控制程序的步骤S310和S312。如前面所讨论的，用这种方法设定第一电动机MG1扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2扭矩命令值Tm2^*的过程在使电池194充电的同时，能使连续制动扭矩Tr2^*输出到环形齿轮轴126C。

在设定第一电动机MG1扭矩命令值Tm1^*和第二电动机MG2扭矩命令值Tm2^*之后，该程序在步骤S422输出一信号给EFIECU170，停止燃料喷入发动机150，并在步骤S424至S428根据预置值控制第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150。步骤S424至S428的处理等同于图13和图14流程图所示第一个实施例制动状态下扭矩控制程序中的步骤S134至S138的处理。

即使当驾驶员不踩制动踏板165，第二个实施例的连续制动控制程序允许对应于预置连续制动扭矩Tr2^*的扭矩输出到环形齿轮轴126C。因此，车辆能够向下进行在一连续长斜坡上，而不要求驾驶员持续踩踏制动踏板165。连续制动控制程序是在驾驶员既不踩加速器踏板164也不踩制动踏板165时被执行的。因此，它并不干扰基于加速器踏板164踩踏量的加速状态下的扭矩控制，也不干扰基于制动踏板165踩踏量的制动状态下的扭矩控制。

根据电池194残留电荷BRM的多少，这个过程能够实现电池194在充电或不在充电状态下的制动控制。这就使电池194残留电荷BRM保持在阈值Bref的电平上。

与第一个实施例一样，虽然第二个实施例中连续制动扭矩Tr2^*的大小可以在三个不同档上选取，但是也可以在更多档上选取或固定在一个档上。连续制动扭矩Tr2^*可以根据驱动轮116和118的转速，即环形齿轮轴126C的转速Nr设定，或者根据转速Nr的变化率设定。当电池194残留电荷BRM小于阈值Bref时，第二个实施例的连续制动控制程序停止发动机150的运转。然而，如前面所讨论的，发动机150的转速Ne也可以设置成预定值。这种情况能使发动机150对于踩踏加速器踏板164迅速响应，很快输出所需的能量。

如上面所讨论的，第二个实施例的功率输出设备110C借助第一电动机MG1和发动机150，或借助第一电动机MG1，第二电动机MG2，或发动机150，使制动扭矩Tr^*或连续制动扭矩Tr2^*能输出到环形齿轮轴126C。另一种可能的结构是借助机械摩擦闸输出部分制动扭矩Tr^*或部分连续制动扭矩Tr2^*到环形齿轮轴126C，而同时借助第一电动机MG1，第二电动机MG2，和发动机150输出余下的扭矩。

在第二个实施例功率输出设备110C中，第二电动机MG2介于发动机150与第一电动机MG1二者之间。然而，与图35中作为改型例子的第五个功率输出设备110D一样，发动机150可以介于第一电动机MG1与第二电动机MG2二者之间。在第二个实施例功率输出设备110C中，输出到环形齿轮轴126C的功率，经过与环形齿轮122相连的动力进给齿轮128，从第一电动机MG1与第二电动机MG2之间的装置取出。然而，与图36中所示作为另一个改型例子的第六个功率输出设备110E一样，动力可以从外壳119外输出，环形齿轮轴126E从此外壳向外伸出。

在第一个实施例功率输出设备110，第二个实施例功率输出设备110C，及其改型例子中，曲轴156与行星齿轮120的行星齿轮架124相连，而中心齿轮轴125与第一电动机MG1相连以及环形齿轮轴126与动力传输齿轮111相连，动力传输齿轮111经过动力进给齿轮128与主动轴112相连。然而，曲轴156，第一电动机MG1，和动力传输齿轮111可以按任意所需的组合与行星齿轮120的三根轴相连。在任何一种情况中，输入和输出的功率，即，在每个扭矩控制过程中相应的扭矩命令值，能够容易地从诺模图中得到。

本发明不限制于以上实施例或其改型例，在不偏离本发明主要特征的范围或精神下，可以有许多种变动，改变和修改。

第一个实施例功率输出设备110及上面讨论的改型例子适合于FR型或FF型双轮驱动车辆。然而，在图37的另一个改型例子中，功率输出设备110F适合于四轮驱动车辆。在此结构中，第二电动机MG2与环形齿轮轴126分开，且单独地安排在车辆的后轮部分，为的是驱动后驱动轮117和119。另一方面，环形齿轮轴126经过动力进给齿轮128和动力传输齿轮111连到差动齿轮114，为的是驱动前驱动轮116和118。第一个实施例的扭矩控制过程也适合于这种结构。

虽然汽油机被用作第一个实施例功率输出设备110和第二个实施例功率输出设备110C中的发动机150，但是本发明的原理也适用于其他内燃机和外燃机，诸如柴油发动机，涡轮发动机，和喷气发动机。

在第一个实施例功率输出设备110和第二个实施例功率输出设备110C中，行星齿轮120用作三轴式功率输入/输出装置。另一个可利用的范例是有多组行星游轮的双游轮行星齿轮。每一对中一个行星游轮与中心齿轮相连，另一个行星游轮与环形齿轮相连，这一对行星游轮互相连在一起，在绕其本身轴转动的同时，围绕中心齿轮旋转。任何其他机械或齿轮单元，如差动齿轮，也适合于三轴式功率输入/输出装置，只要这种机械或齿轮单元能够根据三根轴中任意两根轴的预定输入和输出功率，确定输入和输出到余下一根轴的功率。

永磁(PM)型同步电机用作上面讨论的第一个实施例和第二个实施例中第一电动机MG1和第二电动机MG2。然而，任何其他能实施能量回收作业和动力作业两种作业的电动机，诸如可变磁阻(VR)型同步电动机，微调电动机，直流电动机，感应电动机，超导电动机，和步进电动机，都可以根据要求来使用。

晶体管倒相器用于第一个实施例功率输出设备110和第二个实施例功率输出设备110C中第一驱动电路191和第二驱动电路192。其他可利用的范例包括IGBT(绝缘门双极型晶体管)倒相器，闸流管倒相器，电压PWM(脉冲宽度调制)倒相器，方波倒相器(电压倒相器和电流倒相器)，和谐振倒相器。

上面实施例中的电池194可以包括Pb电池，NiMH电池，Li电池，或类似电池。电容器也可以用来替代电池194。

虽然在上面全部实施例中功率输出设备是安装在车辆上，但是也可以安装在其他运输设备中，如船只和飞机，以及各种工业机械。

应当清楚地指出，上面各个实施例在任何意义上仅仅是设明性的，不是限制性的，本发明的范围和精神仅受所附权利要求书的各条文限制。

Claims (22)

1.一个输出功率到主动轴的功率输出设备，所述功率输出设备包括：

带输出轴的发动机；

带转轴的电动机，它给所述转轴输出功率，和从所述转轴输入功率；

三轴式功率输入/输出装置，其三根轴分别与所述主动轴，所述输出轴和所述转轴相连，根据所述三根轴中任意两根轴预定的输入和输出功率，所述三轴式功率输入/输出装置给余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；

供给和接收电能所需的蓄电池组，此电能用于向所述电动机输出功率和从所述电动机输入功率；以及

控制所述发动机和所述电动机的制动控制器，为的是能使制动力加到所述主动轴上。

2.根据权利要求1的功率输出设备，其中所述制动控制器包括使所述电动机可以执行能量回收作业的装置，从而将制动力加到所述主动轴上。

3.根据权利要求1的功率输出设备，其中所述制动控制器包括能使所述电动机执行动力作业的装置，从而将制动力加到所述主动轴上。

4.根据权利要求1的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述电动机的装置，为的是能使所述电动机驱动所述发动机。

5.根据权利要求1的功率输出设备，其中所述制动控制器包括锁住所述电动机的装置。

6.根据权利要求1的功率输出设备，所述功率输出设备还包括：

除了所述电动机作为第一电动机以外，向所述主动轴输出功率和从所述主动轴输入功率的第二电动机，

其中所述蓄电池组包括供给和接收电能所需的装置，此装置是向所述第二电动机输出功率和从所述第二电动机输入功率，

所述制动控制器包括控制所述发动机、所述第一电动机和所述第二电动机的装置，为的是能使制动力加到所述主动轴上。

7.根据权利要求6的功率输出设备，所述功率输出设备还包括：

充电状态控制装置，用于检测所述蓄电池组的充电状态，

其中所述制动控制器包括控制所述发动机，所述第一电动机和所述第二电动机的装置，这是根据所述充电状态检测装置测得所述蓄电池组的充电状态加以控制的，从而将制动力加到所述主动轴上。

8.根据权利要求7的功率输出设备，其中所述制动控制器包括调节所述蓄电池组充电状态到一预定范围内的装置，此充电状态是由所述充电状态检测装置测得的。

9.根据权利要求6的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述第二电动机的装置，为的是能使所述第二电动机将制动力加到所述主动轴上，同时控制所述第一电动机，为的是使输入到所述第一电动机和从所述第一电动机输出的功率等于零。

10.根据权利要求6的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述第二电动机的装置，为的是能使所述第二电动机将制动力加到所述主动轴上，同时控制所述发动机和所述第一电动机，为的是将所述发动机的驱动状态设置在预定的运行条件中。

11.根据权利要求10的功率输出设备，所述功率输出设备还包括：

驱动状态检测装置，用于检测所述主动轴的驱动状态；和

制动时间驱动状态设定装置，根据所述驱动状态检测装置测得的所述主动轴驱动状态，设置预定的运行条件。

12.根据权利要求10的功率输出设备，其中所述发动机的驱动状态代表所述发动机所述输出轴的转速。

13.根据权利要求6的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述第一电动机的装置，为的是能使所述第一电动机驱动所述发动机。

14.根据权利要求6的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述第一电动机和所述第二电动机的装置，为的是能使所述第二电动机回收的电能与所述第一电动机消耗的电能完全相等。

15.根据权利要求1的功率输出设备，所述功率输出设备还包括：

除了所述电动机作为第一电动机以外，向所述发动机所述输出轴输出功率和从所述发动机所述输出轴输入功率的第二电动机，

其中所述蓄电池组包括供给和接收电能所需的装置，此装置是向所述第二电动机输出功率和从所述第二电动机输入功率，

所述制动控制器包括控制所述发动机、所述第一电动机和所述第二电动机的装置，为的是能使制动力加到所述主动轴上。

16.根据权利要求15的功率输出设备，所述功率输出设备还包括：

充电状态检测装置，用于检测所述蓄电池组的充电状态，

其中所述制动控制器包括控制所述发动机，所述第一电动机和所述第二电动机的装置，这是根据所述充电状态检测装置测得所述蓄电池组的充电状态加以控制的。

17.根据权利要求16的功率输出设备，其中所述制动控制器包括调节所述蓄电池组充电状态到一预定范围内的装置，此充电状态是由所述充电状态检测装置测得的。

18.根据权利要求15的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述第一电动机的装置，为的是能使所述第一电动机驱动所述发动机，同时控制所述第二电动机，为的是能使所述第二电动机将制动力加到所述发动机所述输出轴上。

19.根据权利要求15的功率输出设备，其中所述制动控制器包括控制所述第一电动机和所述第二电动机的装置，为的是能使所述第二电动机回收的电能与所述第一电动机消耗的电能完全相等。

20.一个控制功率输出设备的方法，它使功率输出到主动轴上，所述方法包括的步骤为：

(a)提供(1)带输出轴的发动机；(2)带转轴的电动机，它向所述转轴输出功率和从所述转轴输入功率；以及(3)三轴式功率输入/输出装置，其三根轴分别与所述主动轴、所述输出轴和所述转轴相连，根据所述三根轴中任意两根轴的输入和输出的预定功率，所述三轴式功率输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；和

(b)控制所述电动机，为的是能使所述电动机驱动所述发动机，从而将制动力加到所述主动轴上。

21.一个控制功率输出设备的方法，它使功率输出到主动轴上，所述方法包括的步骤为：

(a)提供(1)带输出轴的发动机；(2)带转轴的第一电动机，它向所述转轴输出功率和从所述转轴输入功率；(3)向所述主动轴输出功率和从所述主动轴输入功率的第二电动机；以及(4)三轴式功率输入/输出装置，其三根轴分别与所述主动轴，所述输出轴和所述转轴相连，根据所述三根轴中任意两根轴的输入和输出的预定功率，所述三轴式功率输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；

(b)控制所述第二电动机，为的是能使所述第二电动机将制动力加到所述主动轴上；和

(c)控制所述发动机和所述第一电动机，为的是将所述发动机的驱动状态设置在预定的运行条件中。

22.一个控制功率输出设备的方法，它使功率输出到主动轴上，所述方法包括的步骤为：

(a)提供(1)带输出轴的发动机；(2)带转轴的第一电动机，它向所述转轴输出功率和从所述转轴输入功率；(3)向所述主动轴输出功率和从所述主动轴输入功率的第二电动机；(4)三轴式功率输入/输出装置，其三根轴分别与所述主动轴，所述输出轴和所述转轴相连，根据所述三根轴中任意两根轴的输入和输出预定功率，所述三轴式输入/输出装置向余下的一根轴输出功率和从此根轴输入功率；以及(5)供给和接收电能所需的蓄电池组，用于向所述第一电动机输出功率和从所述第一电动机输入功率，以及用于向所述第二电动机输出功率和从所述第二电动机输入功率；和

(b)控制所述发动机、所述第一电动机和所述第二电动机，为的是将制动力加到所述主动轴上，同时将所述蓄电池组的充电状态保持在预定的范围内。

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