CN1292935C - 混合动力车及混合动力车的控制方法 - Google Patents

混合动力车及混合动力车的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力车及混合动力车的控制方法。本发明的处理程序计算出发动机暂定转速Netmp1，该转速既能满足为使作用在驱动轴上的驱动力平滑改变而对响应于驾驶员在开启加速器之后关闭加速器的动作的需求驱动力的限制，又能满足电池的放电极限Wout。该处理程序还计算出一个平滑化的发动机转速Netmp3，用于使发动机转速平滑改变。该处理程序将发动机暂定转速Netmp1与平滑化的发动机转速Netmp3中的较小者设定为发动机的目标转速Ne*(步骤S116)，并用该设定值来控制发动机和两台电机。响应于驾驶员松开加速器踏板的动作，本发明的设计方案在电池放电极限Wout的限制下使作用到驱动轴上的驱动力平滑地改变，同时确保发动机的转速变化较为平滑。

Description

混合动力车及混合动力车的控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力车和一种控制该混合动力车的方法。更具体来讲，本发明涉及一种向与驱动轮相联的驱动轴输出动力的混合动力车，以及一种控制这种车辆的方法。
背景技术
目前已被设计出的混合动力车包括：一发动机；一行星齿轮机构，其包括一与发动机曲轴相连接的行星架以及一与驱动轴相连接的齿圈，其中的驱动轴与车轴保持机械联接；一第一电机，其从和向行星齿轮机构中的一太阳齿轮输入和输出动力；一第二电机，其从和向驱动轴输入和输出动力；以及一电池，其向和从第一电机和第二电机输送电力(例如可参见第2000-197208号日本专利延迟公开公报)。
对于这种现有的混合动力车，响应于驾驶员在对加速器踏板执行踩踏动作之后松开加速器踏板的动作，第二电机被置于再生控制之下，以向驱动轴输出平滑(平缓)化的驱动力，该平滑化的驱动力是通过对松开踏板的动作所产生的需求(要求)驱动力执行平滑化处理而获得的。这样就能缓解由于从加速状态变化到停止加速状态而潜在的给驱动轴的转矩冲击。然而，对与驾驶员松开加速器踏板的动作相对应的需求驱动力执行的平滑化操作不一定会将第二电机的状态立即转变为再生发电状态，而是可能将第二电机临时保持在驱动状态下。在第一电机处于某些驱动状态的条件下，上述的情况可能会导致电池的放电超过其放电极限(限制、限度)。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力车和一种混合动力车的控制方法，响应于驾驶员在启动加速器之后关闭加速器的动作，本发明的混合动力车及其控制方法可在蓄电器例如电池的放电极限的限制下向驱动轴输出与需求驱动力相对应的驱动力。
为了实现上述目的，提供了如下文所述的一种混合动力车和一种混合动力车的控制方法。
本发明的混合动力车是一种向与驱动轮相联的驱动轴输出动力的车辆，该混合动力车包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将来自所述内燃机的至少一部分动力输送给所述驱动轴的电力-动力输入-输出器(模块，组件)；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；向和从所述电力-动力输入-输出器和所述电机输送电力的蓄电器；以及控制器，该控制器响应于驾驶员在开启加速器之后为要求一给所述驱动轴的需求驱动力而关闭加速器的动作，基于该需求驱动力和所述蓄电器的放电极限，设定所述内燃机的一个特定运转点(驱动点)以获得给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出，并且该控制器对所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机进行控制，以使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转并确保给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出。
响应于驾驶员在开启加速器之后要求给所述驱动轴一需求驱动力的关闭加速器的动作，本发明的混合动力车基于该需求驱动力和所述蓄电器的放电极限，设定所述内燃机的一个特定运转点以获得与给所述驱动轴的需求驱动力相对应的驱动力输出。该混合动力车对所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机进行控制，以使内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转并确保与给所述驱动轴的需求驱动力相对应的驱动力输出。这里，电力-动力输入-输出器通过电力和动力的输入和输出，将来自所述内燃机的至少一部分动力输送给所述驱动轴，并且电机从和向所述驱动轴输入和输出动力。由此这一方案确保在所述蓄电器的放电极限的限制下给所述驱动轴与需求驱动力相对应的驱动力输出。文中术语“驾驶员在开启加速器之后要求给所述驱动轴一需求驱动力的关闭加速器的动作”意味着：在需要一正的驱动力之后，转而需要一负的驱动力。
根据本发明一种优选的应用形式，混合动力车上的控制器从一平滑化的驱动力和所述蓄电器的放电极限计算出所述内燃机的一第一转速，并将计算出的第一转速设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中，该平滑化的驱动力是通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的。这一方案确保能在蓄电器放电极限的限制下获得一个给驱动轴的与该需求驱动力相对应的较平滑的驱动力输出。在该应用形式中，一种优选的程序是将所述第一转速和一第二转速中的较小者设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中该第二转速是通过对从所述需求驱动力计算出的所述内燃机转速执行平滑化处理而获得的。这样的设计可在蓄电器放电极限的限制下使内燃机转速实现平滑的改变。
在将第一转速设定为内燃机在所述特定运转点上的目标转速的上述应用形式的一种优选的实施例中，本发明混合动力车的控制器将从一第一驱动力计算出的第一转速设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中，第一驱动力通过从和向所述电力-动力输入-输出器的动力输入和输出被传递给所述驱动轴，该第一驱动力按照一个特定关系和另一个特定关系而获得，所述一个特定关系是所述第一驱动力和一作为所述电机与所述驱动轴之间的输入和输出的第二驱动力之和与通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的所述平滑化的驱动力相等，所述另一个特定关系是从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的一第一电力与从和向所述电机输入和输出的一第二电力之和与所述蓄电器的放电极限相等。这一方案将既能满足通过对需求驱动力执行平滑化处理所获得的平滑化驱动力、又能满足蓄电器的放电极限的转速设定为内燃机处于所述特定运转点上的目标转速，并对内燃机的运转进行控制。在该实施例中，一种优选的程序是将从所述第一驱动力计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力代入到一个关系表达式的目标动力中，对所述关系表达式执行逆运算以确定出一目标转速，并将确定出的目标转速设定为所述内燃机的第一转速，其中在利用设定的所述内燃机目标转速对所述电力-动力输入-输出器的反馈控制中，该关系表达式确定出要从和要向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的目标动力。
在将第一转速设定为内燃机在所述特定运转点上的目标转速的上述应用形式的另一优选实施例中，本发明混合动力车的控制器在一个规定使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转的驱动条件下对所述电力-动力输入-输出器进行驱动和控制，同时对所述电机进行驱动和控制以向所述驱动轴输出一特定驱动力。这里，所述特定驱动力对应于这样一个差值，该差值是利用所述电力-动力输入-输出器的驱动和控制而向所述驱动轴施加的驱动力与响应于驾驶员关闭加速器的动作而对所述需求驱动力执行平滑化处理所得到的平滑化的驱动力之间的差值。这一方案确保能向驱动轴输出一个通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的平滑化的驱动力。在该实施例中，一种优选的程序是在蓄电器放电极限的限制下对电机进行驱动和控制。该方案确保在蓄电器放电极限的限制下能向驱动轴输出一个通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的平滑化的驱动力。
在本发明另一种优选的应用形式中，所述电力-动力输入-输出器包括：一个三轴式动力输入-输出组件，其与三根轴相连接，这三根轴为所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴，该输入-输出组件基于从和向所述三轴中两轴的输入和输出动力而确定出从和向三轴中剩余一轴的输入和输出动力；以及从和向所述第三轴输入和输出动力的发电机。在又一种优选的应用形式中，所述电力-动力输入-输出器可以是双转子电机，该双转子电机包括一与所述内燃机的输出轴相联的第一转子和一与所述驱动轴相联的第二转子，并将来自于所述内燃机的至少一部分动力输出给所述驱动轴，同时还伴有通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁相互作用而产生的电力的输入和输出。
本发明的混合动力车的控制方法是一种用于控制混合动力车的方法，所述混合动力车包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将来自所述内燃机的至少一部分动力输送给与驱动轮相联的驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；向和从所述电力-动力输入-输出器和所述电机输送电力的蓄电器；所述混合动力车控制方法包括以下步骤：(a)响应于驾驶员在开启加速器之后要求给所述驱动轴一需求驱动力的关闭加速器的动作，基于该需求驱动力和所述蓄电器的放电极限，设定所述内燃机的一个特定运转点以获得给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出；以及(b)对所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机进行控制，以使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转并确保给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出。
根据本发明一种优选的应用形式，所述步骤(a)从一平滑化的驱动力和所述蓄电器的放电极限计算出所述内燃机的一第一转速，并将计算出的第一转速设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中，该平滑化的驱动力是通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的。在该应用形式的一种优选实施例中，所述步骤(a)将所述第一转速和一第二转速中的较小者设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中该第二转速是通过对从所述需求驱动力计算出的所述内燃机转速执行平滑化处理而获得的。
在上述应用形式的另一优选实施例中，所述步骤(a)将从一第一驱动力计算出的第一转速设定为所述内燃机处于所述特定运转点时的目标转速，其中，第一驱动力通过从和向所述电力一动力输入-输出器的动力输入和输出被传递给所述驱动轴，该第一驱动力按照一个特定关系和另一个特定关系而获得，所述一个特定关系是所述第一驱动力和一作为所述电机与所述驱动轴之间的输入和输出的第二驱动力之和与通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的所述平滑化的驱动力相等，所述另一个特定关系是从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的一第一电力与从和向所述电机输入和输出的一第二电力之和与所述蓄电器的放电极限相等。在该实施例中，所述步骤(a)可将从所述第一驱动力计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力代入到一个关系表达式的目标动力中，对所述关系表达式执行逆运算以确定出一目标转速，并将确定出的目标转速设定为所述内燃机的第一转速，其中在利用设定的所述内燃机目标转速对所述电力-动力输入-输出器的反馈控制中，该关系表达式确定出要从和要向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的目标动力。
在上述应用形式的另一优选实施例中，所述步骤(b)在一个规定使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转的驱动条件下，对所述电力-动力输入-输出器进行驱动和控制，同时对所述电机进行驱动和控制以向所述驱动轴输出一特定驱动力，其中，所述特定驱动力对应于这样一个差值，该差值是利用所述电力-动力输入-输出器的驱动和控制而向所述驱动轴施加的驱动力与响应于驾驶员关闭加速器的动作而对所述需求驱动力执行平滑化处理所得到的所述平滑化的驱动力之间的差值。在该实施例中，所述步骤(b)可在蓄电器放电极限的限制下对所述电机进行驱动和控制。
附图说明
图1中的示意图表示了根据本发明一实施例的混合动力车20的构造；
图2中的流程图表示了由该实施例中混合动力车20的混合动力电子控制单元70所执行的运转控制(驱动控制)程序；
图3表示了对应于加速器开度AcG和车速V的需求转矩设定图的一种实例；
图4中的列线图表示了动力分配综合(统筹)机构30中转动元件的转速与转矩之间的动态关系；
图5示意性地表示了一改型实例中混合动力车120的构造；以及
图6示意性地表示了另一改型实例中混合动力车220的构造。
具体实施方式
下面将对作为本发明优选实施例的一种实施方式进行描述。图1示意性地表示了本发明一种实施例中混合动力车20的构造，该车辆上安装有一动力输出设备。如图所示，该实施例的混合动力车20包括：一发动机22；一个三轴式动力分配综合机构30，其通过一缓冲器28与作为发动机22输出轴的曲轴26相联；一电机MG1，其与动力分配综合机构30相联并能产生出电力；减速齿轮(减速器)35，其被连接到与动力分配综合机构30相连接的作为驱动轴的齿圈轴32a上；另一电机MG2，其与减速齿轮35相联；以及一混合动力电子控制单元70，其对整个动力输出设备进行控制。
发动机22是通过燃烧汽油或轻油等碳氢燃料(烃燃料)来输出动力的内燃机。一发动机电子控制单元(下文称之为发动机ECU)24从对发动机22的运转状态进行检测的各个传感器接收信号，并负责完成对发动机22的运转控制，例如燃料喷射控制、点火控制和进气量调节。发动机ECU24与混合动力电子控制单元70保持通信，以便能响应于从混合动力电子控制单元70传输来的控制信号而对发动机22的运转进行控制，同时能根据需要向混合动力电子控制单元70输出有关发动机22运转状态的数据。
动力分配综合机构30具有：一太阳齿轮或外齿轮31；一齿圈或内齿轮32，其被设置成与太阳齿轮31同心；多个游星齿轮33，它们与太阳齿轮31和齿圈32两者相啮合；以及一行星架34，其保持该多个游星齿轮33，以使它们在其轴上公转和自转。动力分配综合机构30被设计成行星齿轮机构，该机构以太阳齿轮31、齿圈32以及行星架34为转动元件而实现差速运动。在动力分配综合机构30中，行星架34与发动机22的曲轴26相联，太阳齿轮31与电机MG1相联，而齿圈32则通过齿圈轴32a与减速齿轮35相联。当电机MG1作为发电机时，从发动机22输出并经行星架34传输的动力按照太阳齿轮31和齿圈32的齿数比而分配给二者。另一方面，当电机MG1用作为电动机时，从发动机22输出并经行星架34传输的动力与从电机MG1输出并经太阳齿轮31传输的动力合到一起并向齿圈32输出。向齿圈32输出的动力经齿圈轴32a、齿轮机构60以及差速齿轮62最终传递给车辆的驱动轮63a和63b。
两电机MG1和MG2都是公知的同步电动发电机，它们既可作为电动机，也可作为发电机。电机MG1和MG2分别通过逆变器41、42向和从一电池50传输电力。将逆变器41和42与电池50连接起来的电力线54被设计为逆变器41和42共享的正极总线和负极总线。这一方案使两电机MG1、MG2中之一所产生的电力被另一电机所使用。电池50可由电机MG1或MG2所产生的多余电力进行充电，且电池可进行放电以补充电力的不足。当在电机MG1和MG2之间达到能量平衡时，电池50既不充电也不放电。电机MG1和MG2的运转都由一电机电子控制单元(下文称之为电机ECU)40进行控制。电机ECU40接收对电机MG1和MG2的运转进行控制所需的各种信号，例如从对电机MG1、MG2中转子的转动位置进行检测的转动位置检测传感器43和44输出的信号，以及由电流传感器(未示出)测量到的输送给电机MG1和MG2的相电流。电机ECU40向逆变器41和42输出切换控制信号。电机ECU40与混合动力电子控制单元70保持通信，以便能响应于从混合动力电子控制单元70传来的控制信号而对电机MG1和MG2的运转进行控制，同时能根据需要向混合动力电子控制单元70输出有关电机MG1和MG2运转状态的数据。
电池50受电池电子控制单元(下文称之为电池ECU)52的控制。电池ECU52接收那些对电池50进行控制所需的各种信号，例如由设置在电池50端子间的一电压传感器(未示出)测量出的端子间电压，由一连接到与电池50的输出端子相连接的电力线54上的电流传感器(图中未示出)测量出的充电-放电电流，以及由一连接到电池50上的温度传感器51测量出的电池温度Tb。电池ECU52可根据需要向混合动力电子控制单元70输出有关电池50状态的数据。电池ECU52基于由电流传感器测量到的充电-放电电流的累加值而计算出电池50的电量状态(SOC)，用以对电池50进行控制。
混合动力电子控制单元70被设计为一微处理器，该微处理器包括一CPU72、一存储处理程序的ROM74、一临时存储数据的RAM76以及一输入-输出端口和一通信端口(未示出)。混合动力电子控制单元70通过输入端口接收各种输入数据和输入信号。该输入包括例如：来自于一点火开关80的点火信号，从一检测一换档杆81的操作位置的档位传感器82传输来的档位SP，从一测量加速器踏板83的踩踏量的加速器踏板位置传感器84传输来的加速器开度Acc，从一测量制动踏板85的踩踏量的制动踏板位置传感器86传输来的制动踏板位置BP，以及由车速传感器88测量到的车速V。如上文所述，混合动力电子控制单元70通过通信端口与发动机ECU24、电机ECU40以及电池ECU52连接，并向和从发动机ECU24、电机ECU40以及电池ECU52传输各种控制信号和数据。
本实施例中具有上述结构的混合动力车20根据所检测到的车速V和加速器开度Acc的数值而计算出要输出给作为驱动轴的齿圈轴32a的需求转矩，其中，加速器的开度Acc对应于驾驶员对加速器踏板83的踩踏量。发动机22和电机MG1、MG2受到运转控制而向齿圈轴32a输出与计算出的需求转矩相对应的需求动力量(功率级)。对发动机22和电机MG1、MG2执行运转控制能选择性地实现转矩变换驱动模式、充电-放电驱动模式以及电机驱动模式之一。转矩变换驱动模式是对发动机22的运转施加控制，以使其动力输出量等于所需的动力量，同时还对电机MG1和MG2执行驱动和控制，以使得发动机22的所有动力输出都通过动力分配综合机构30和电机MG1和MG2进行转矩变换并向齿圈轴32a输出。充电-放电驱动模式是对发动机22的运转进行控制，以使动力输出量等于需求动力量与对电池50进行充电所消耗的电力量或由电池50放电所提供的电力量之和，同时对电机MG1和MG2进行驱动和控制，以使等于需求动力量的从发动机22输出的全部或部分动力通过动力分配综合机构30和电机MG1、MG2进行转矩变换并输出给齿圈轴32a，同时对电池50进行充电或放电。电机驱动模式则是将发动机22的运转停止并对电机MG2进行驱动和控制，以便向齿圈轴32a输出等于需求动力量的动力量。
下文将对具有上述结构的本实施例的混合动力车20的工作过程进行描述，尤其是对驾驶员在加速器踏板83启动的混合动力车20行驶过程中松开加速器踏板83时的工作过程进行描述。图2中的流程图表示了一种运转控制程序，该控制程序由本实施例混合动力车20中的混合动力电子控制单元70执行。从驾驶员松开加速器踏板83的动作起，以预定的时间间隔(例如每隔8毫秒)反复执行该控制程序。例如可基于由加速器踏板位置传感器84检测到的先前加速器开度Acc与当前加速器开度Acc之间的差值来判定出驾驶员松开加速器踏板83的动作。
在程序进入该运转控制程序之后，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入用于控制所需的数据(步骤S100)，这些数据包括：代表对加速器踏板83的踩踏量的加速器开度Acc、从车速传感器88发送的车速V、发动机22的曲轴26的转速Ne以及电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2。电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2是从由转动位置检测传感器43和44检测出的电机MG1和MG2中转子的转动位置而计算出的，并借助通信从电机ECU40输入到混合动力电子控制单元70中。根据电机MG1的转速Nm1、齿圈轴32a的转速Nr、以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ(太阳齿轮齿数/齿圈的齿数)计算出发动机22的转速Ne。这里，齿圈轴32a的转速Nr是通过电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的齿轮齿数比Gr(电机MG2的转速/齿圈轴32a的转速)而获得的。另一种可行的结构是在发动机22的曲轴26上连接一转速传感器以直接测量发动机22的转速Ne。
在输入了所需的数据之后，CPU72基于输入的加速器开度Acc和车速V设定要输出给作为驱动轴的齿圈轴32a的需求转矩或要求转矩Tr*和要从发动机22输出的目标动力(功率)Pe*(步骤S102)。在本实施例的设计中，要事先确定出需求转矩Tr*对加速器开度Acc和车速V的映射关系(映射图)，并将该映射关系以需求转矩设定图的形式存储到ROM74中。该实施例中的这一过程是从存储在ROM74中的需求转矩设定图读取并设定对应于加速器开度Acc和车速V的输入数据的需求转矩Tr*的值。图3表示了需求转矩设定图的一种实例。发动机22的目标动力Pe*被设定为需求转矩Tr*与齿圈轴32a的转速Nr的乘积、电池50的充电-放电需求值或所需的充电-放电量Pb*以及潜在的能量损失的和。这里，电池50的充电-放电需求值Pb*是根据电池50的电量状态(SOC)而设定的。
随后，CPU72根据下文给出的公式(1)对设定的给齿圈轴32a的需求转矩Tr*执行平滑化处理，以计算出一平滑化的需求转矩Tr1*(步骤S104)。在公式(1)中，“K1”代表一个常数，该常数的值被设定在“0”到“1”的范围内，以确保作用在齿圈轴32a上的转矩是平滑变化的。术语“前次Tr1*”代表一个在该运转控制程序前次循环(先前周期)的步骤S104中计算出的平滑化的需求转矩。
Tr1*＝前次Tr1*+(Tr*-前次Tr1*)·K1                   (1)
然后，CPU72根据下文给出的公式(2)和(3)从平滑化的需求转矩Tr1*的计算结果和电池50的放电极限Wout为电机MG1计算出一个电机暂定(试行)转矩Tm1tmp(步骤S106)。公式(2)表示了这样一个特定的关系：从电机MG1和MG2输出并传递给齿圈轴32a或驱动轴的转矩总和等于平滑化的需求转矩Tr1*。公式(3)表示了另一个特定的关系：向和从电机MG1和MG2输入和输出的电力之和与潜在的损耗Loss的总和等于电池50的放电极限Wout。电池50的放电极限Wout是根据所检测到的电池温度Tb和电池50的电量状态(SOC)而确定出的。图4中的列线图表示了动力分配综合机构30中转动元件的转速与转矩之间的动态关系。在图4所示的列线图中，在轴线R上的两个粗箭头分别代表一个当发动机22稳定运转在由目标转矩Te*和目标转速Ne*限定的特定运转点上时、从发动机22输出的转矩Te*经动力分配综合机构30传递而作用在齿圈轴32a上的转矩，以及一个从电机MG2输出并经减速齿轮35传递到齿圈轴32a上的转矩。相应地，公式(2)的左侧代表两个转矩之和，其中一个转矩是指当从电机MG2输出转矩Tm2tmp时经减速齿轮35传递给齿圈轴32a的转矩，另一个转矩是指当从电机MG1输出转矩Tm1tmp时从发动机22经动力分配综合机构30传递给齿圈轴32a的转矩。
Tm2tmp·Gr+(-Tm1tmp/ρ)＝Tr1*         (2)
Nm2·Tm2tmp+Nm1·Tm1tmp+Loss＝Wout    (3)
随后，CPU72通过将计算出的电机暂定转矩Tm1tmp代替目标转矩Tm1*代入到下文给出的公式(4)中并对公式(4)执行逆运算以计算出电机暂定转速Nm1tmp(步骤S108)。公式(4)基于电机MG1的目标转速Nm1*与所检测到的当前转速Nm1之间的差值确定出在反馈控制中要从电机MG1输出的转矩(目标转矩Tm1*)，以使电机MG1在一个设定的目标转速Nm1*下运转。下面的公式(5)给出了电机暂定转矩Tm1tmp与电机暂定转速Nm1tmp之间的关系。公式(4)和(5)中的函数PID(比例积分微分)具有用于执行反馈控制的一比例项、一积分项以及一微分项。公式中的项“前次Tm1*”代表电机MG1的前次目标转矩Tm1*，它是在该运转控制程序前次循环的步骤S118(下文将对此进行讨论)中设定的。
Tm1*＝前次Tm1*+PID(Nm1，Nm1*)        (4)
Tm1tmp＝前次Tm1*+PID(Nm1，Nm1tmp)    (5)
在计算出电机暂定转速Nm1tmp之后，CPU72根据下面的公式(6)从计算出的电机暂定转速Nm1tmp、检测到的齿圈轴32a的当前转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ计算出发动机暂定转速Netmp1(步骤S110)。步骤S104到S110的处理确定出作为发动机22的转速的发动机暂定转速Netmp1，该转速满足了对需求转矩Tr*和对电池50放电极限Wout两者的限制，其中，对需求转矩Tr*的限制是为了使作用到齿圈轴32a或驱动轴上的转矩能平滑地改变(这对应于步骤S104中对需求转矩Tr*的平滑化处理)。
Netmp1＝Nm1tmp·ρ/(1+ρ)+(Nm2/Gr)/(1+ρ)         (6)
然后，CPU72将发动机22的一有效运转点的转速设定为发动机暂定转速Netmp2(步骤S112)，其中该有效运转点是从一些能达到步骤S102中所设定的发动机22的目标动力Pe*的运转点(通过转矩与转速的结合所确定出的运转点)中选出的。CPU72随后根据下面给出的公式(7)对发动机暂定转速Netmp2的设定值执行平滑化处理，以计算出一个平滑化的发动机转速Netmp3(步骤S114)。在公式(7)中，“K2”代表一个其值被设定在“0”到“1”范围内的常数，以确保发动机22的转速能平滑地变化。公式中的项“前次Ne*”代表发动机22的一个目标转速Ne*，它是在该运转控制程序前次循环的步骤S116(下文将对此进行讨论)中设定的。
Netmp 3＝前次Ne*+(Netmp2-前次Ne*)·K2               (7)
CPU72将在步骤S110中计算出的发动机暂定转速Netmp1与在步骤S114中计算出的平滑化的发动机转速Netmp3中的较小者设定为发动机22的目标转速Ne*，并使步骤S102中设定的目标动力Pe*除以设定的目标转速Ne*，从而计算出发动机22的目标转矩Te*(步骤S116)。如上文所述，发动机暂定转速Netmp1和平滑化的发动机转速Netmp3分别代表了两个转速，前一个转速既能满足为使作用在齿圈轴32a上的转矩能平滑地改变而对需求转矩Tr*的限制，又能满足对电池50的放电极限Wout的限制，后一个转速是为了使发动机22的转速实现平滑地改变的转速。将这两个转速中的较小者设定为发动机22的目标转速Ne*，就可确保发动机22转速的变化较为平滑，同时还在电池50的放电极限Wout的限制下使作用到齿圈轴32a或驱动轴上的转矩能平滑地变化。
然后，CPU72根据下文给出的公式(8)从发动机22的设定的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ计算出电机MG1的目标转速Nm1*，同时还根据上述公式(4)从所计算出的目标转速Nm1*以及检测到的电机MG1的当前转速Nm1计算出电机MG1的目标转矩Tm1*(步骤S118)。
Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-(Nm2/Gr)/ρ                   (8)
CPU72根据下文中的公式(9)从电池50的放电极限Wout减去电机MG1的电力消耗(电力发生)，并将减法运算的结果除以检测出的电机MG2的当前转速Nm2，以确定出要从电机MG2输出的转矩上限Tmax(步骤120)。这里，电机MG1的电力消耗是通过将计算出的电机MG1的目标转矩Tm1*与检测出的电机MG1的当前转速Nm1进行相乘而求得的。随后，CPU72根据下文的公式(10)从平滑化的需求转矩Tr1*、电机MG1的目标转矩Tm1*、动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ以及减速齿轮35的齿轮齿数比Gr计算出要从电机MG2输出的电机暂定转矩Tm2tmp(步骤S122)，其中平滑化的需求转矩Tr1*是通过在步骤S104中对向齿圈轴32a输出的需求转矩Tr*执行平滑化处理而获得的。CPU72将计算出的转矩极限Tmax与计算出的电机暂定转矩Tm2tmp中的较小者设定为电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S124)。这一过程确定了作为所需的转矩的电机MG2的目标转矩Tm2*，以便能在电池50的放电极限Wout的限制下向齿圈轴32a输出一个平滑化的需求转矩Tr1*。它使驾驶员的需求转矩Tr*平滑变化。
Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2                         (9)
Tm2tmp＝(Tr1*+Tm1*/ρ)/Gr                          (10)
在完成了对发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*、电机MG1的目标转速Nm1*和目标转矩Tm1*以及电机MG2的目标转矩Tm2*的设定之后，CPU72将发动机22的设定的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送给发动机ECU24，同时将电机MG1的设定的目标转速Nm1*和目标转矩Tm1*以及电机MG2的设定的目标转矩Tm2*发送给电机ECU40(步骤S126)。然后程序从该运转控制程序中退出。发动机ECU24接收目标转速Ne*和目标转矩Te*并执行对发动机22的包括燃料喷射控制和点火控制的运转控制，以使发动机22在由目标转速Ne*和目标转矩Te*限定的特定运转点上运转。电机ECU40接收目标转速Nm1*、目标转矩Tm1*以及目标转矩Tm2*，并执行对逆变器41、42中所包含的开关元件的切换控制，以使电机MG1以目标转矩Tm1*运转，而电机MG2以目标转矩Tm2*运转。
在上述讨论的本实施例的混合动力车20中，当驾驶员松开加速器踏板83以将需求转矩Tr*从正值水平改变到负值水平时，将一个既能满足为了使作用到齿圈轴32a上的转矩能平滑地变化而对需求转矩Tr*的限制、又能满足对电池50放电极限Wout的限制的转速(发动机暂定转速Netmp1)和一个为了使发动机22的转速平滑改变的转速(平滑化的发动机转速Netmp3)中的较小者设定为发动机22的目标转速Ne*。然后，用这些设定值对发动机22和电机MG1、MG2进行控制。响应于驾驶员松开加速器踏板83的动作，这一方案确保在电池50放电极限Wout的限制下，在使作用到齿圈轴32a上的转矩能平滑地改变的同时，使发动机22的转速变化较为平滑。
该实施例中的混合动力车20将发动机暂定转速Netmp1和发动机平滑化的转速Netmp3中的较小值设定为发动机22的目标转速Ne*，并用此设定值对发动机22和电机MG1、MG2进行控制。响应于驾驶员松开加速器踏板83的动作，相比于对发动机22转速的平滑改变，一种可能的改变可能对需求转矩Tr*的实现更为关注。此改变过程将既能满足为了使作用到齿圈轴32a上的转矩能平滑地变化而对需求转矩Tr*的限制、又能满足对电池50放电极限Wout的限制的转速设定为发动机22的目标转速Ne*，并用该设定值对发动机22和电机MG1和MG2进行控制。
在计算发动机暂定转速Netmp1的过程中，该实施例的混合动力车20将电机暂定转矩Tm1tmp代入到PID反馈控制方程中并对该方程执行逆运算，以确定出电机暂定转速Nm1tmp。该反馈控制并不仅限于PID控制，也可以采用不带微分项的PI(比例积分)控制或不带积分项的比例控制。
在该实施例的混合动力车20中，电机MG2的动力经减速齿轮35的齿轮变速并被输出给齿圈轴32a。在如图5所示的另一种可能的改变形式的混合动力车120中，电机MG2的动力可被输出到另一车轴(即与车轮64a和64b相联的车轴)上，该车轴与连接齿圈轴32a的车轴(即与驱动轮63a和63b相联的车轴)是不同的。
在该实施例的混合动力车20中，发动机22的动力经动力分配综合机构30输出给与驱动轮63a和63b相联的作为驱动轴的齿圈轴32a。在图6所示的另一种可能的改变中，混合动力车220具有双转子电机230，其具有一个与发动机22的曲轴26相连接的内转子232和一个与用于向驱动轮63a和63b输出动力的驱动轴相连接的外转子234，该电机230将从发动机22输出的一部分动力传递给驱动轴，同时将剩余部分的动力转化为电力。
上述实施例在所有的方面都应当被认为是示例性的而非限制性的。在不脱离本发明主要特征的范围和设计思想的前提下，可作出多种改变、变化和替换。因而，在权利要求书的等同性的含义和范围内的任何改变都应当被涵盖在本发明中。

Claims (14)

1.一种向与驱动轮相联的一驱动轴输出动力的混合动力车，所述混合动力车包括：
内燃机；
通过电力和动力的输入和输出将来自所述内燃机的至少一部分动力输送给所述驱动轴的电力-动力输入-输出器，；
从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；
向和从所述电力-动力输入-输出器和所述电机输送电力的蓄电器；以及
控制器，该控制器响应于驾驶员在开启加速器之后要求给所述驱动轴一需求驱动力的关闭加速器的动作，基于该需求驱动力和所述蓄电器的放电极限，设定所述内燃机的一个特定运转点，以获得给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出，并且该控制器对所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机进行控制，以使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转并确保给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出；
其中，所述控制器从一平滑化的驱动力和所述蓄电器的放电极限计算出所述内燃机的一第一转速，并将计算出的第一转速设定为所述内燃机处于所述特定运转点时的目标转速，其中，该平滑化的驱动力是通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的。
2.根据权利要求1所述的混合动力车，其特征在于：所述控制器将所述第一转速和一第二转速中的较小者设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中该第二转速是通过对从所述需求驱动力计算出的所述内燃机转速执行平滑化处理而获得的。
3.根据权利要求1所述的混合动力车，其特征在于：所述控制器将从一第一驱动力计算出的第一转速设定为所述内燃机处于所述特定运转点时的目标转速，其中，第一驱动力通过从和向所述电力-动力输入-输出器的动力输入和输出被传递给所述驱动轴，该第一驱动力按照一个特定关系和另一个特定关系而获得，所述一个特定关系是所述第一驱动力和一在所述电机与所述驱动轴之间输入和输出的第二驱动力之和与通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的所述平滑化的驱动力相等，所述另一个特定关系是从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的一第一电力与从和向所述电机输入和输出的一第二电力之和与所述蓄电器的放电极限相等。
4.根据权利要求3所述的混合动力车，其特征在于：所述控制器将从所述第一驱动力计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力代入到一个关系表达式的目标动力中，对所述关系表达式执行逆运算以确定出一目标转速，并将确定出的目标转速设定为所述内燃机的所述第一转速，其中在利用所述内燃机的设定的目标转速对所述电力-动力输入-输出器的反馈控制中，该关系表达式确定出要从和要向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的目标动力。
5.根据权利要求1所述的混合动力车，其特征在于：所述控制器在一个规定使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转的驱动条件下，对所述电力-动力输入-输出器进行驱动和控制，同时对所述电机进行驱动和控制以向所述驱动轴输出一特定驱动力，其中，所述特定驱动力对应于这样一个差值，该差值是利用所述电力-动力输入-输出器的驱动和控制而向所述驱动轴施加的驱动力与响应于驾驶员关闭加速器的动作而对所述需求驱动力执行平滑化处理所得到的所述平滑化的驱动力之间的差值。
6.根据权利要求5所述的混合动力车，其特征在于：所述控制器在所述蓄电器的放电极限的限制下对所述电机进行驱动和控制。
7.根据权利要求1到6任一项所述的混合动力车，其特征在于：所述电力-动力输入-输出器包括：
一个三轴式动力输入-输出组件，其与三根轴相连接，这三根轴为所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴，该输入-输出组件基于从和向所述三轴中两轴的输入和输出动力，而确定出从和向三轴中剩余一轴的输入和输出动力；以及
从和向所述第三轴输入和输出动力的发电机。
8.根据权利要求1到6任一项所述的混合动力车，其特征在于：所述电力-动力输入-输出器是双转子电机，该双转子电机包括一与所述内燃机的输出轴相联的第一转子和一与所述驱动轴相联的第二转子，并将来自于所述内燃机的至少一部分动力输出给所述驱动轴，同时还伴有通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁相互作用而产生的电力的输入和输出。
9.一种用于混合动力车的混合动力车控制方法，所述混合动力车包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将来自所述内燃机的至少一部分动力输送给与驱动轮相联的驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；向和从所述电力-动力输入-输出器和所述电机输送电力的蓄电器；所述混合动力车控制方法包括以下步骤：
(a)响应于驾驶员在开启加速器之后要求给所述驱动轴一需求驱动力的关闭加速器的动作，基于该需求驱动力和所述蓄电器的放电极限设定所述内燃机的一个特定运转点，以获得给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出；以及
(b)对所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机进行控制，以使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转并确保给所述驱动轴的与该需求驱动力相对应的驱动力输出；
其中，所述步骤(a)从一平滑化的驱动力和所述蓄电器的放电极限计算出所述内燃机的一第一转速，并将计算出的第一转速设定为所述内燃机处于所述特定运转点时的目标转速，其中，该平滑化的驱动力是通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的。
10.根据权利要求9所述的混合动力车控制方法，其特征在于：所述步骤(a)将所述第一转速和一第二转速中的较小者设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中该第二转速是通过对从所述需求驱动力计算出的所述内燃机转速执行平滑化处理而获得的。
11.根据权利要求9所述的混合动力车控制方法，其特征在于：所述步骤(a)将从一第一驱动力计算出的第一转速设定为所述内燃机在所述特定运转点上的目标转速，其中，第一驱动力通过从和向所述电力-动力输入-输出器的动力输入和输出被传递给所述驱动轴，该第一驱动力按照一个特定关系和另一个特定关系而获得，所述一个特定关系是所述第一驱动力和一在所述电机与所述驱动轴之间输入和输出的第二驱动力之和与通过对所述需求驱动力执行平滑化处理而获得的所述平滑化的驱动力相等，所述另一个特定关系是从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的一第一电力与从和向所述电机输入和输出的一第二电力之和与所述蓄电器的放电极限相等。
12.根据权利要求11所述的混合动力车控制方法，其特征在于：所述步骤(a)将从所述第一驱动力计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力代入到一个关系表达式的目标动力中，对所述关系表达式执行逆运算以确定出一目标转速，并将确定出的目标转速设定为所述内燃机的所述第一转速，其中在利用所述内燃机的设定的目标转速对所述电力-动力输入-输出器的反馈控制中，该关系表达式确定出要从和要向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的目标动力。
13.根据权利要求9所述的混合动力车控制方法，其特征在于：所述步骤(b)在一个规定使所述内燃机在所述预先设定的特定运转点上运转的驱动条件下，对所述电力-动力输入-输出器进行驱动和控制，同时对所述电机进行驱动和控制以向所述驱动轴输出一特定驱动力，其中，所述特定驱动力对应于这样一个差值，该差值是利用所述电力-动力输入-输出器的驱动和控制而向所述驱动轴施加的驱动力与响应于驾驶员关闭加速器的动作而对所述需求驱动力执行平滑化处理所得到的所述平滑化的驱动力之间的差值。
14.根据权利要求13所述的混合动力车控制方法，其特征在于：所述步骤(b)在所述蓄电器的放电极限的限制下对所述电机进行驱动和控制。
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