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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug, ein Steuerverfahren für das Hybridfahrzeug und eine Leistungsausgabevorrichtung.
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Technischer Hintergrund
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Ein vorgeschlagenes Hybridfahrzeug weist folgendes auf: eine Brennkraftmaschine, eine Planetengetriebeeinheit, die einen Träger und einen Zahnkranz einschließt und die mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bzw. einer Antriebswelle verbunden ist, einen ersten Motor, der mit einem Sonnenrad der Planetengetriebeeinheit verbunden ist, einen zweiten Motor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, und eine Batterie, die in der Lage ist, elektrische Leistung vom und zum ersten Motor und zweiten Motor zu übertragen (siehe beispielsweise die
japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP H11-93727 A ). In diesem vorgeschlagenen Hybridfahrzeug wird der erste Motor angetrieben und gesteuert, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu regulieren.
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Ein gattungsgemäßes Fahrzeugantriebssystem sowie ein hierfür geeignetes Steuerverfahren ist Gegenstand der
US 2002/0123836 A1 . Um die Kraftstoffkosten-Leistung zu verbessern, wird hierbei ein Betriebspunkt ausgewählt, bei dem, bei möglichst niedrigem Kraftstoffverbrauch, die gewünschte Soll-Leistung ausgegeben wird. Dabei wird ein Straßengradient erfasst und die Antriebsleistung gemäß dieses Gradienten berechnet. Ferner offenbart die
EP 1 300 273 A2 ein Verfahren zum Verbessern des Beschleunigungsverhaltens eines Hybridfahrzeugs. Hierbei wird die Abnahme der Drehzahlen eines Generators und eines Verbrennungsmotors basierend auf einer Reserveleistung begrenzt, welche zur erneuten Beschleunigung benötigt wird. Es ist dabei notwendig, den Betriebspunkt des Motors unter dem maximalen Drehmomentenverlauf des Motors einzustellen, um eine ausreichende Reserveleistung zur Verfügung zu stellen. Die
EP 1 157 891 A2 lehrt ein weiteres Steuerverfahren für ein Hybridfahrzeug.
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Offenbarung der Erfindung
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In dem Hybridfahrzeug, das mit der Brennkraftmaschine und dem Antriebsmotor ausgestattet ist, variiert das allgemeine Steuerverfahren die Drehzahl der Brennkraftmaschine und aktiviert und inaktiviert die Brennkraftmaschine intermittierend mit einer Variation der benötigten Maschinenleistung, um die Energieeffizienz zu verbessern. Als Antwort auf eine Verlangsamungsforderung des Fahrers sinkt die erforderliche Maschinenleistung grundsätzlich auf 0 oder ein Bremsleistungsniveau (Reibarbeit) und dementsprechend sinkt die Maschinendrehzahl. Der Fahrer kann unmittelbar nach der Verlangsamungsforderung eine Forderung nach starker Beschleunigung stellen. Der Antriebsmotor wird mit Stromzufuhr von der Batterie aktiviert, um eine unzureichende Leistung aufgrund einer schlechten Antwort der Brennkraftmaschine auszugleichen. Eine Hochleistungsbatterie liefert ausreichend Strom, um den Leistungsmangel auszugleichen, hat aber natürlich große Abmessungen und eine hohe Masse, so dass sie als Ausrüstung für ein Hybridfahrzeug ungeeignet ist. Ein Batterie mit niedriger Leistung reicht jedoch nicht aus, um die erforderliche elektrische Leistung zum Ausgleich des Leistungsmangels zu liefern. Ein großer Leistungsmangel erhöht die erforderliche Menge an elektrischer Leistung, die von der Batterie abgegeben werden muss. Wiederholtes Laden und Entladen der Batterie mit relativ großen elektrischen Leistungen, auch innerhalb zulässiger Eingabe- und Ausgabebereichsgrenzen bewirkt eine unerwünschte vorzeitige Verschlechterung der Batterie.
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Das Hybridfahrzeug, das Steuerverfahren für das Hybridfahrzeug und die Leistungsausgabevorrichtung der Erfindung zielen daher auf eine Verbesserung der Antwort auf eine Forderung nach Variieren der Leistungsausgabe von einer Brennkraftmaschine. Das Hybridfahrzeug, das Steuerverfahren für das Hybridfahrzeug und die Leistungsausgabevorrichtung der Erfindung zielen auch auf die Senkung der Belastung einer Akkumulatoreinheit, wie einer Sekundärbatterie. Das Hybridfahrzeug, das Steuerverfahren für das Hybridfahrzeug und die Leistungsausgabevorrichtung der Erfindung zielen ferner auf die Verbesserung der Energieeffizienz des Hybridfahrzeugs oder der Leistungsausgabevorrichtung.
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Zumindest ein Teil der genannten und weitere damit in Beziehung stehende Ziele werden durch das Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, die Leistungsausgabevorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 7 und das Steuerverfahren für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 8 mit den nachstehend erörterten Strukturen und Anordnungen erreicht.
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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Hybridfahrzeug gerichtet, welches folgendes aufweist: eine Brennkraftmaschine; einen Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung, der mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine und mit einer Antriebswelle, die mit einer Achse des Hybridfahrzeugs verkoppelt ist, verbunden ist und durch Ein- und Ausgabe von elektrischer Leistung und mechanischer Leistung Leistung von der bzw. auf die Abtriebswelle und Antriebswelle überträgt; einen Motor, der Leistung von und zu der einen oder einer anderen Achse, die von der einen Achse verschieden ist, überträgt; eine Akkumulatoreinheit, die elektrische Leistung zum und vom Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und zum und vom Motor überträgt, ein Antriebsleistungsforderungs-Einstellungsmodul, das eine Antriebsleistungsforderung, die zum Antreiben des Hybridfahrzeugs erforderlich ist, einstellt; ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Messmodul, das die Fahrzeuggeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs misst; ein Modul zum Einstellen einer unteren Drehzahlgrenze, das eine Drehzahl, die nicht unter einer spezifischen Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem spezifischen Antriebspunkt liegt, der eine effiziente Ausgabe der erforderlichen Leistung von der Brennkraftmaschine zum Antreiben des Hybridfahrzeugs mit konstanter Drehzahl auf einer flachen Fahrbahnoberfläche bei der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleistet, als eine untere Drehzahlgrenze einstellt, welche die minimale zulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt, die der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht; und ein Steuermodul, das die Brennkraftmaschine, den Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und den Motor steuert, um die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl anzutreiben, die nicht unter der eingestellten unteren Drehzahlgrenze liegt, und um das Hybridfahrzeug mit einer Leistung anzutreiben, die der eingestellten Antriebsleistungsforderung entspricht.
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Das Hybridfahrzeug der Erfindung stellt die untere Drehzahlgrenze, welche die minimale zulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, entsprechend der gemessenen Drehzahl ein. Die Brennkraftmaschine, der Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und der Motor werden so gesteuert, dass die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl angetrieben wird, die nicht unter der eingestellten unteren Drehzahlgrenze liegt, und dass das Hybridfahrzeug mit einer Leistung angetrieben wird, die der eingestellten Antriebsleistungsforderung entspricht. Die Brennkraftmaschine kann die Ausgangsleistung durch Erhöhen nur der Drehzahl mit einem festen Ausgangsmoment oder durch Erhöhen nur des Ausgangsmoments mit einer festen Drehzahl erhöhen. Die Erhöhung des Ausgangsmoments, die durch Variieren des angesaugten Luftstroms und der Menge des eingespritzten Kraftstoffs erreicht wird, braucht kürzere Zeit als die Erhöhung der Drehzahl. Die Erhöhung der Ausgangsleistung mit der Variierung des Ausgangsmoments kann somit innerhalb kürzerer Zeit erreicht werden als die Erhöhung der Ausgangsleistung mit der Variierung der Drehzahl. Die Brennkraftmaschine, die bei einer Drehzahl angetrieben wird, die nicht unter der unteren Drehzahlgrenze liegt, welche von der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, spricht schneller auf eine Forderung nach einer erhöhten Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine an. Diese Anordnung senkt auf vorteilhafte Weise die Ausgangsleistung des Motors, der aktiviert wird, um eine Leistung, die wegen einer verzögerten Antwort der Brennkraftmaschine nicht ausreicht, um das Hybridfahrzeug anzutreiben, auszugleichen, wodurch die Belastung der Akkumulatoreinheit wirksam verringert wird. Selbst im Fall einer aktuellen kleinen Brennkraftmaschinen-Ausgangsleistungsforderung macht diese Anordnung es möglich, dass die Brennkraftmaschine umgehend eine Leistung, die zum Antreiben des Hybridfahrzeugs mit konstanter Drehzahl erforderlich ist, oder eine höhere Leistung als Antwort auf eine anschließende Forderung nach einer Ausgangsleistungsvariierung ausgibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt das Hybridfahrzeug ferner ein Modul zum Einstellen der geforderten Drehzahl, bei der die Brennkraftmaschine angetrieben werden soll, entsprechend der eingestellten Antriebsleistungsforderung ein. Das Steuermodul steuert die Brennkraftmaschine, den Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und den Motor, um die Brennkraftmaschine mit der höheren Drehzahl von der eingestellten unteren Drehzahlgrenze und der eingestellten geforderten Drehzahl anzutreiben. Die Brennkraftmaschine wird somit bei der Drehzahl angetrieben, die unter Berücksichtigung sowohl der Drehzahlforderung, welche von der Antriebsleistungsforderung abhängt, als auch der unteren Drehzahlgrenze, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, bestimmt wird. Das heißt, die Brennkraftmaschine wird am geeigneten Antriebspunkt angetrieben. Das Modul zum Einstellen der Drehzahlforderung kann die Drehzahlforderung auf eine spezifische Drehzahl der Brennkraftmaschine einstellen, die eine effiziene Ausgangsleistung entsprechend der eingestellten Brennkraftmaschinen-Antriebsleistungsforderung gewährleistet. Diese Anordnung erhält die Ansprechleistung der Brennkraftmaschine, während sie die Energieeffizienz des Hybridfahrzeugs verbessert.
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In dem Hybridfahrzeug der Erfindung ist es auch bevorzugt, dass das Steuermodul die Brennkraftmaschine, den Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und den Motor steuert, um die Kraftstoffeinspritzung von der Brennkraftmaschine zu unterbrechen, wenn die eingestellte Antriebsleistungsforderung einer vorgegebenen Bremsleistung zum Abbremsen des Hybridfahrzeugs entspricht. Diese Anordnung verbessert die Kraftstoffausnutzung und verbessert insgesamt die Energieeffizienz des Hybridfahrzeugs.
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In dem Hybridfahrzeug der Erfindung schließt der Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung vorzugsweise ein Dreiwellen-Leistungseingabe/-ausgabe-Modul ein, das mit drei Wellen verbunden ist, d. h. der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, der Antriebswelle und einer Drehwelle des Motors, und der automatisch die Leistung, die von einer und zu einer verbliebenen Welle ein- bzw. ausgegeben wird, aufgrund der Leistungen bestimmt, die von und zu beliebigen zwei Wellen von diesen drei Wellen ein- bzw. ausgegeben werden; sowie einen Generator, der Leistung von und zu der Drehwelle ein- bzw. ausgibt. Ferner schließt der Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung vorzugsweise einen Paarrotor-Motor ein, der einen ersten Rotor, der mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einen zweiten Motor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, aufweist und der durch eine relative Bewegung des ersten Rotors zum zweiten Rotor angetrieben wird.
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Die vorliegende Erfindung ist zudem auf eine Leistungsausgabevorrichtung für ein Hybridfahrzeug gerichtet, die Leistung an eine Antriebswelle ausgibt und die folgendes einschließt: eine Brennkraftmaschine; einen Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung, der mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine und mit der Antriebswelle verbunden ist und durch Ein- und Ausgabe von elektrischer Leistung und mechanischer Leistung Leistung von bzw. zu der Abtriebswelle und der Antriebswelle ein- und ausgibt; einen Motor, der Leistung von bzw. zu der Antriebswelle ein- und ausgibt; eine Akkumulatoreinheit, die elektrische Leistung zum und vom Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und zum und vom Motor überträgt, ein Antriebsleistungsforderungs-Einstellungsmodul, das eine Antriebsleistungsforderung, die für die Antriebswelle erforderlich ist, einstellt; ein Drehzahl-Messmodul, das die Drehzahl der Antriebswelle misst; ein Modul zum Einstellen einer unteren Drehzahlgrenze, das eine Drehzahl, die nicht unter einer spezifischen Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem spezifischen Antriebspunkt liegt, der eine effiziente Ausgabe der erforderlichen Leistung von der Brennkraftmaschine zum Antreiben des Hybridfahrzeugs mit konstanter Drehzahl auf einer flachen Fahrbahnoberfläche bei einer gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleistet, als eine untere Drehzahlgrenze einstellt, welche die minimale zulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt und die der gemessenen Drehzahl entspricht; und ein Steuermodul, das die Brennkraftmaschine, den Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und den Motor steuert, um die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl anzutreiben, die nicht unter der eingestellten unteren Drehzahlgrenze liegt, und um eine Leistung, die der eingestellten Antriebsleistungsforderung entspricht, zur Antriebswelle auszugeben.
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Die Leistungsausgabevorrichtung der Erfindung stellt die untere Drehzahlgrenze, bei der es sich um die minimale zulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine handelt, entsprechend der gemessenen Drehzahl der Antriebswelle ein. Die Brennkraftmaschine, der Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und der Motor werden so gesteuert, dass die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl angetrieben wird, die nicht unter der eingestellten unteren Drehzahlgrenze liegt, und dass eine Leistung, die der eingestellten Antriebsleistungsforderung entspricht, an die Antriebswelle ausgegeben wird. Wie oben beschrieben, kann die Erhöhung der Ausgangsleistung mit der Ausgangsmomentvariation innerhalb kürzerer Zeit erreicht werden als die Erhöhung der Ausgangsleistung mit der Drehzahlvariation. Die Brennkraftmaschine, die bei einer Drehzahl angetrieben wird, die nicht unter der unteren Drehzahlgrenze liegt, welche von der gemessenen Drehzahl der Antriebswelle abhängt, spricht schneller auf eine Forderung nach einer erhöhten Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine an. Diese Anordnung senkt auf vorteilhafte Weise die Ausgangsleistung des Motors, der aktiviert wird, um einen Mangel der Leistung, die für die Antriebswelle erforderlich ist, aufgrund der verzögerten Antwort der Brennkraftmaschine auszugleichen, wodurch die Belastung der Akkumulatoreinheit wirksam gesenkt wird. Die Leistungsausgabevorrichtung der Erfindung kann in einem Fahrzeug installiert sein, bei dem eine Achse mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Brennkraftmaschine wird dann bei einer Drehzahl angetrieben, die nicht unter der unteren Drehzahlgrenze liegt, welche von der Drehzahl der Achse abhängt. Die Anordnung, bei der die untere Drehzahlgrenze entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und nicht entsprechend der Drehzahl der Achse eingestellt wird, liegt im Bereich der Merkmale des oben beschriebenen Hybridfahrzeugs der Erfindung. Das heißt, die verschiedenen Ausführungsformen und Anordnungen des oben beschriebenen Hybridfahrzeugs der Erfindung sind auf die Leistungsausgabevorrichtung anwendbar, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Drehzahl der Antriebswelle ersetzt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Steuerverfahren für ein Hybridfahrzeug gerichtet, welches folgendes einschließt: eine Brennkraftmaschine; einen Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung, der mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine und mit einer Antriebswelle, die mit einer Achse des Hybridfahrzeugs verkoppelt ist, verbunden ist und durch Ein- und Ausgabe von elektrischer Leistung und mechanischer Leistung Leistung von bzw. zu der Abtriebswelle und der Antriebswelle ein- und ausgibt; einen Motor, der Leistung von und zu der einen Achse oder von und zu der anderen Achse, die von der einen Achse verschieden ist, ein- und ausgibt; und eine Akkumulatoreinheit, die elektrische Leistung zum und vom Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und zum und vom Motor überträgt, und wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte einschließt: (a) Einstellen einer Antriebsleistungsforderung, die zum Antreiben des Hybridfahrzeugs erforderlich ist; (b) Messen einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs; (c) Einstellen einer Drehzahl, die nicht unter einer spezifischen Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem spezifischen Antriebspunkt liegt, der eine effiziente Ausgabe der erforderlichen Leistung von der Brennkraftmaschine zum Antreiben des Hybridfahrzeugs mit konstanter Drehzahl auf einer flachen Fahrbahnoberfläche bei der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleistet, als eine untere Drehzahlgrenze, welche die minimale zulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt, die der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht; und (d) Steuern der Brennkraftmaschine, des Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und des Motors, um die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl anzutreiben, die nicht unter der eingestellten unteren Drehzahlgrenze liegt, und um das Hybridfahrzeug mit einer Leistung anzutreiben, die der eingestellten Antriebsleistungsforderung entspricht.
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Das Steuerverfahren für das Hybridfahrzeug der Erfindung seilt die untere Drehzahlgrenze, bei der es sich um die minimale zulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine handelt, entsprechend der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit ein. Die Brennkraftmaschine, der Eingabe-/Ausgabemechanismus für elektrische Leistung und mechanische Leistung und der Motor werden so gesteuert, dass die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl angetrieben wird, die nicht unter der eingestellten unteren Drehzahlgrenze liegt, und dass das Hybridfahrzeug mit einer Leistung angetrieben wird, die der eingestellten Antriebsleistungsforderung entspricht. Dieses Steuerverfahren gewährleistet eine schnelle Antwort der Brennkraftmaschine auf eine Forderung nach einer Erhöhung der Leistung, die von der Brennkraftmaschine ausgeben werden soll. Diese Anordnung senkt auf vorteilhafte Weise die Ausgangsleistung des Motors, der aktiviert wird, um eine Leistung, die zum Antreiben des Hybridfahrzeugs wegen einer verzögerten Antwort der Brennkraftmaschine nicht ausreicht, auszugleichen, wodurch die Belastung der Akkumulatoreinheit wirksam verringert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs einer Ausführungsform der Erfindung dar;
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2 ist ein Ablaufschema, das eine Antriebssteuerroutine zeigt, die von einer elektronischen Hybridsteuereinheit, die im Hybridfahrzeug von 1 enthalten ist, ausgeführt wird;
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3 zeigt ein Beispiel für ein Momentanforderungs-Einstellungskennfeld;
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4 zeigt ein Beispiel für ein Kennfeld zum Einstellen der Maschinendrehzahlforderung;
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5 zeigt eine Betriebslinie einer Brennkraftmaschine mit einer konstanten Kurve der Maschinenleistungsforderung Pe*;
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6 zeigt ein Beispiel für ein Kennfeld zum Einstellen der unteren Maschinendrehzahl;
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7 ist ein Fluchtlinial, das Moment/Drehzahl-Dynamiken für die einzelnen Drehelemente eines Leistungsverteilungs-/Integrationsmechanismus, der im Hybridfahrzeug von 1 enthalten ist, zeigt;
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8 stellt schematisch den Aufbau eines anderen Hybridfahrzeugs in einem modifzierten Beispiel dar; und
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9 stellt schematisch den Aufbau eines weiteren Hybridfahrzeugs in einem weiteren modifizierten Beispiel dar.
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Beste Weisen, um die Erfindung auszuführen
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Eine Weise, um die Erfindung auszuführen, ist nachstehend als bevorzugte Ausführungsform erörtert. 1 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs 20 dar, in dem eine Leistungsausgabevorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung installiert ist. Wie dargestellt, schließt das Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform folgendes ein: eine Brennkraftmaschine 22, einen Leistungsverteilungs-/Integrationsmechanismus 30, der über einen Dämpfer 28 mit einer Kurbelwelle 26, die als Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 22 dient, verbunden ist, einen Motor MG1, der mit dem Leistungsverteilungs-/Integrationsmechanismus 30 verbunden ist und in der Lage ist, elektrische Leistung zu erzeugen, ein Untersetzungsgetriebe 35, das an einer Zahnkranzwelle 32a befestigt ist, die als Antriebswelle dient, die mit dem Leistungsverteilungs-/Integrationsmechanismus 30 verbunden ist, einen weiteren Motor MG2, der mit dem Untersetzungsgetriebe 35 verbunden ist, und eine elektronische Hybridsteuereinheit 70, die die gesamte Leistungsausgabevorrichtung steuert.
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Bei der Brennkraftmaschine 22 handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wie Benzin oder Leichtöl, nutzt, um Leistung auszugeben. Eine elektronische Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 24 (im folgenden als Maschinen-ECU) bezeichnet) empfängt Signale von verschiedenen Sensoren, die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 22 erfassen, und kümmert sich um die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine 22, beispielsweise die Kraftstoffeinspritzsteuerung, die Zündsteuerung und die Regulierung des angesaugten Luftstroms. Die Maschinen-ECU 24 kommuniziert mit der elektronischen Hybridsteuereinheit 70, um die Funktionen der Brennkraftmaschine 22 ansprechend auf Signale, die von der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 übertragen werden, zu steuern, während sie Daten in Bezug auf die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 22 an die elektronische Hybridsteuereinheit 70 entsprechend den Anforderungen ausgibt.
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Der Leistungsverteilungs- und -Integrationsmechanismus 30 weist ein Sonnenrad 31 auf, bei dem es sich um ein Außenrad handelt, einen Zahnkranz 32, bei dem es sich um ein Innenrad handelt, mehrere Ritzel 33, die mit dem Sonnenrad 31 und mit dem Zahnkranz 32 kämmen, und einen Träger 34, der die mehreren Ritzel 33 solchermaßen hält, dass diese sich frei um andere Körper und um ihre jeweiligen Achsen drehen können. Das heißt, der Leistungs-Verteilungs- und -Integrationsmechanismsu 30 ist als Planetengetriebemechanismus aufgebaut, der differentielle Bewegungen des Sonnenrads 31, des Zahnkranzes 32 und des Trägers 34 als Drehelemente zulässt. Der Träger 34, das Sonnenrad 31 und der Zahnkranz 32 in dem Leistungsverteilungs- und -integrations-Mechanismus 30 sind mit der Kurbelwelle 26 der Brennkraftmaschine 22, dem Motor MG1 bzw. dem Reduktionsgetriebe 35 über eine Zahnkranzwelle 32a verkoppelt. Während der Motor MG1 als Generator fungiert, wird die Leistung, die von der Brennkraftmaschine 22 ausgegeben und durch den Träger 34 eingegeben wird, entsprechend dem Zähnezahlverhältnis auf das Sonnenrad 31 und den Zahnkranz 32 verteilt. Während der Motor MG1 als Motor fungiert, wird dagegen die Leistung, die von der Brennkraftmaschine 22 ausgegeben und durch den Träger 34 eingegeben wird, mit der Leistung kombiniert, die vom Motor MG1 ausgegeben und durch das Sonnenrad 31 eingegeben wird, und die kombinierte Leistung wird an den Zahnkranz 32 ausgegeben. Die Leistung, die an den Zahnkranz 32 ausgegeben wird, wird somit von der Zahnkranzwelle 32a über den Getriebemechanismus 60 und das Differential 62 schließlich auf die Antriebsräder 63a und 63b übertragen.
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Beide Motoren MG1 und MG2 sind bekannte Synchron-Motor/Generatoren, die als Generator und als Motor angetrieben werden. Die Motoren MG1 und MG2 übertragen über Wechselrichter 41 und 42 elektrische Leistung auf eine und von einer Batterie 50. Stromleitungen 54, die die Wechselrichter 41 und 42 mit der Batterie 50 verbinden, sind als positive Elektrodenbusleitung und als negative Elektrodenbusleitung, die den Wechselrichtern 41 und 42 gemeinsam sind, aufgebaut. Diese Anordnung macht es möglich, dass die elektrische Leistung, die von einem der Motoren MG1 und MG2 erzeugt wird, von dem jeweils anderen Motor verbraucht wird. Die Funktionen der beiden Motoren MG1 und MG2 werden von einer elektronischen Motorsteuereinheit 40 (im folgenden als Motor-ECU bezeichnet) gesteuert. Die Motor-ECU 40 empfängt verschiedene Signale, die zum Steuern der Funktionen der Motoren MG1 und MG2 erforderlich sind, beispielsweise Signale von Drehstellungs-Erfassungssensoren 43 und 44, welche die Drehstellungen der Rotoren in den Motoren MG1 und MG2 erfassen, und Phasenströme, die an die Motoren MG1 und MG2 angelegt werden und von (nicht-dargestellten) Stromsensoren erfasst werden. Die Motor-ECU gibt Wechselsteuersignale an die Wechselrichter 41 und 42 aus. Die Motor-ECU 40 kommuniziert mit der elektronischen Hybridsteuereinheit 70, um die Funktionen der Motoren MG1 und MG2 ansprechend auf Steuersignale, die von der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 übertragen werden, zu steuern, während sie Daten in Bezug auf die Betriebsbedingungen der Motoren MG1 und MG2 an die elektronische Hybridsteuereinheit 70 entsprechend den Anforderungen ausgibt.
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Die Batterie 50 unterliegt der Steuerung einer elektronischen Batteriesteuereinheit 52 (im folgenden als Batterie-ECU bezeichnet). Die Batterie-ECU empfängt verschiedene Signale, die für die Steuerung der Batterie 50 erforderlich sind, beispielsweise eine Zwischenpolspannung, die von einem (nicht dargestellten) Spannungssensor gemessen wird, der zwischen den Polen der Batterie 50 angeordnet ist, einen Ladungs/Entladungs-Strom, der von einem (nicht dargestellten) Stromsensor gemessen wird, der an der Stromleitung 54 befestigt ist, die mit dem Ausgangspol der Batterie 50 verbunden ist, und eine Batterietemperatur, die von einem (nicht dargestellten) Temperatursensor gemessen wird, der an der Batterie 50 befestigt ist. Die Batterie-ECU 52 gibt Daten, die auf den Zustand der Batterie 50 bezogen sind, durch Datenübermittlung entsprechend den Anforderungen an die elektronische Hybridsteuereinheit 70 aus. Die Batterie-ECU 52 berechnet den Ladungszustand (SOC) der Batterie 50 aufgrund des akkumulierten Ladungs-/Entladungsstroms, der vom Stromsensor gemessen wird, um die Batterie 50 zu steuern.
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Die elektronische Hybridsteuereinheit 70 ist als Mikroprozessor aufgebaut, der eine CPU 72, einen ROM 74, in dem Verarbeitungsprogramme hinterlegt sind, einen RAM, in dem Daten zwischengespeichert werden, und einen nicht dargestellten Eingabe/Ausgabeport und einen nicht-dargestellten Kommunikationsport einschließt. Die elektronische Hybridsteuereinheit 70 empfängt verschiedene Eingaben über den Eingabeport: ein Zündsignal von einem Zündschalter 80, eine Schaltstellung SP von einem Schaltstellungs-Sensor 82, der die aktuelle Stellung eines Schalthebels 81 erfasst, eine Beschleunigungselementöffnung Ace von einem Gaspedalstellungs-Sensor 84, der den Verstellweg eines Gaspedals 83 misst, eine Bremspedalstellung BP von einem Bremspedalstellungs-Sensor 86, der den Verstellweg eines Bremspedals 85 misst, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 88. Die elektronische Hybridsteuereinheit 70 kommuniziert mit der Maschinen-ECU 24, der Motor-ECU 40 und der Batterie-ECU 52 über den Kommunikationsport, um verschiedene Steuersignale und Daten von und zu der Maschinen-ECU 24, der Motor-ECU 40 und der Batterie-ECU 52 zu übertragen, wie bereits angegeben.
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Das solchermaßen aufgebaute Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform berechnet eine Momentforderung, die an die Zahnkranzwelle 32a, die als Antriebswelle fungiert, angelegt wird, aufgrund von Beobachtungswerten einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und einer Beschleunigungselementöffnung Ace, die dem Weg, über den das Gaspedal 83 vom Fahrer niedergedrückt wird, entspricht. Die Brennkraftmaschine 22 und die Motoren MG1 und MG2 werden einer Betriebssteuerung unterworfen, um eine Leistung in erforderlicher Höhe, die der errechneten Momentforderung entspricht, an die Zahnkranzwelle 32a auszugeben. Die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine 22 und der Motoren MG1 und MG2 bewirkt selektiv entweder einen Momentumwandlungs-Antriebsmodus, einem Ladungs-/Entladungs-Antriebsmodus oder einen Motor-Antriebsmodus. Der Momentumwandlungs-Antriebsmodus steuert die Funktionen der Brennkraftmaschine 22, um eine Leistungsmenge auszugeben, die der erforderlichen Leistungshöhe entspricht, während die Motoren MG1 und MG2 gesteuert werden, um zu bewirken, dass die gesamte Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine 22 einer Momentumwandlung mittels des Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 und der Motoren MG1 und MG2 unterzogen und an die Zahnkranzwelle 32a ausgegeben wird. Der Ladungs-/Entladungs-Antriebsmodus steuert die Funktionen der Brennkraftmaschine 22, um eine Leistungsmenge auszugeben, die der Summe aus erforderlicher Leistungshöhe und der Menge an elektrischer Leistung, die durch Laden der Batterie 50 verbraucht wird oder durch Entladen der Batterie 50 abgegeben wird, entspricht, während die Motoren MG2 und MG2 angetrieben und gesteuert werden, um zu bewirken, dass die gesamte Leistung oder ein Teil der Leistung, die von der Brennkraftmaschine 22 ausgegeben wird, der erforderlichen Leistungshöhe entspricht, die einer Momentumwandlung mittels des Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 und der Motoren MG1 und MG2 unterzogen werden und an die Zahnkranzwelle 32a ausgegeben werden soll, gleichzeitig mit der Ladung oder Entladung der Batterie 50. Der Motorantriebsmodus unterbricht den Betrieb der Brennkraftmaschine 22 und treibt und steuert den Motor MG2 an, um eine Strommenge an die Zahnkranzwelle 32a auszugeben, die der erforderlichen Leistungshöhe entspricht.
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Die Beschreibung betrachtet nun die Funktionen des Hybridfahrzeugs 20 der Ausführungsform mit dem oben erörterten Aufbau. 2 ist ein Ablaufschema, das eine Antriebssteuerroutine zeigt, die von der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 ausgeführt wird. Diese Routine wird wiederholt in voreingestellten Zeitabständen (beispielsweise alle paar ms) durchgeführt.
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In der Antriebssteuerroutine gibt die CPU 72 der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 zuerst verschiedene Daten, die für die Steuerung erforderlich sind, ein, d. h. die Beschleunigungselementöffnung Ace vom Gaspedalstellungs-Sensor 84, die Bremspedalstellung BP vom Bremspedalstellungssensor 86, die Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88, die Drehzahlen Nm1 und Nm2 der Motoren MG1 und MG2 und eine Eingabegrenze Win und eine Ausgabegrenze Wout und eine Ladungs-/Entladungforderung Pb* der Batterie 50 (Schritt S100). Die Drehzahlen Nm1 und Nm2 der Motoren MG1 und MG2 werden aus den Drehstellungen der jeweiligen Rotoren in den Motoren MG1 und MG2, die von den Drehstellungs-Erfassungssensoren 43 und 44 erfasst werden, berechnet und von der Motor-ECU 40 mittels Datenübertragung empfangen. Die Eingabegrenze Win und die Ausgabegrenze Wout der Batterie 50 werden aufgrund der Temperatur Tb der Batterie 50, die vom Temperatursensor 51 gemessen wird, und des beobachteten aktuellen Ladungszustands (SOC) der Batterie 50 eingestellt und von der Batterie-ECU 52 durch Datenübermittlung empfangen. Die Ladungs-/Entladungsleistungsforderung Pb* der Batterie 50 wird aufgrund des aktuellen Ladungszustands (SOC) der Batterie 50 eingestellt und wird durch Datenübertragung von der Batterie-ECU 52 empfangen.
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Nach der Dateneingabe stellt die CPU 72 eine Momentforderung Tr*, die an die Zahnkranzwelle 32a oder die Antriebswelle, die mit den Antriebsrädern 63a und 63b verbunden ist, ausgegeben werden soll, als Moment, das für das Fahrzeug erforderlich ist, sowie eine Antriebsleistungsforderung Pv*, die erforderlich ist, um das Hybridfahrzeug 20 anzutreiben, aufgrund der eingegebenen Beschleunigungselementöffnung Ace, der eingegebenen Bremspedalstellung BP und der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V ein (Schritt S110). In einem konkreten Verfahren zum Einstellen der Momentforderung Tr* in dieser Ausführungsform werden vorab Variationen der Momentforderung Tr* gegen die Beschleunigungselementöffnung Ace, die Bremspedalstellung BP und die Fahrzeuggeschwindigkeit V als Momentforderungs-Einstellungskennfeld im ROM 74 hinterlegt, und die Momentforderung Tr*, die einer gegebenen Beschleunigungselementöffnung Ace, einer gegebenen Bremspedalstellung BP und einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht, wird aus dem Kennfeld ausgelesen. Ein Beispiel für das Momentforderungs-Einstellungskennfeld ist in 3 dargestellt. Die Antriebsleistungsforderung Pv* wird so eingestellt, dass sie dem größeren Wert von einem Wert '0' und dem Produkt der Momentforderung Tr*, die von der Beschleunigungselementöffnung Ace abhängt, und einer Drehzahl Nr der Zahnkranzwelle 32a entspricht. Die Drehzahl Nr der Zahnkranzwelle 32a wird durch Multiplizieren der Fahrzeuggeschwindigkeit V mit einem Umwandlungskoeffizienten k oder durch Teilen der Drehzahl Nm2 des Motors MG2 durch ein Zähnezahlverhältnis Gr des Untersetzungsgetriebes 35 erhalten.
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Die Antriebsleistungsforderung Pv* wird dan mit dem Wert '0' verglichen (Schritt S120). Wenn die Antriebsleistungsforderung Pv* gleich 0 ist, ist die Momentforderung Tr* entweder 0 oder ein negativer Wert. Dies bedeutet keine Notwendigkeit einer Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine 22 und ermöglicht daher, die Brennkraftmaschine 22 anzuhalten, wie später beschrieben. Wenn die Antriebsleistungsforderung Pv* in Schritt S120 größer als 0 ist, ist eine Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine 22 erforderlich. Dementsprechend wird eine geforderte Maschinenleistung Pe*, die von der Brennkraftmaschine 22 ausgegeben werden soll, als Summe des Produkts der Momentanforderung Tr* und der Drehzahl Nr der Zahnkranzwelle 32a, der geforderten Ladungs-/Entladungsleistung Pb* der Batterie 50 und eines möglichen Verlusts berechnet (Schritt S130). Eine Maschinendrehzahlforderung Nereq wird als Drehzahl der Brennkraftmaschine 22 bei eine effizienten Antriebspunkt, der eine effiziente Ausgabe der geforderten Maschinenleistung Pe* von der Brennkraftmaschine 22 gewährleistet, eingestellt (Schritt S140). Ein konkretes Verfahren zur Einstellung der Maschinendrehzahlforderung Nereq in dieser Ausführungsform speichert eine Variation der Maschinendrehzahlforderung Nereq im Voraus gegen die Maschinenleistungsforderung Pe* als Maschinendrehzahlforderungs-Kennfeld im ROM 74 und liest die Maschinendrehzahl Nereq entsprechend der gegebenen Maschinenleistungsforderung Pe* aus dem Kennfeld aus. Ein Beispiel für das Maschinendrehzahlforderungs-Einstellungskennfeld ist in 4 dargestellt. Der effiziente Antriebspunkt der Brennkraftmaschine (Drehzahl Ne mal Moment Te), welcher die effiziente Ausgabe der Maschinenleistungsforderung Pe* gewährleistet, kann durch eine Betriebslinie in einem Moment/Drehzahl-Kennfeld wie in 5 dargestellt ausgedrückt werden. Die Kombination aus Drehzahl und Moment am Schnittpunkt zwischen einer Kurve der konstanten Maschinenleistungsforderung Pe* (durch die durchbrochene Linie dargestellt) und der Betriebslinie ergibt den effizienten Antriebspunkt der Brennkraftmaschine 22, der die effiziente Ausgabe der Maschinenleistungsforderung Pe* gewährleistet.
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Die CPU 72 stellt anschließend eine untere Maschinendrehzahlgrenze Nemin als Drehzahl der Brennkraftmaschine 22 bei einem bestimmten Antriebspunkt, welcher eine effiziente Ausgabe einer erforderlichen Leistung von der Brennkraftmaschine 22 für einen Antrieb des Hybridfahrzeugs 20 mit konstanter Geschwindigkeit bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V gewährleistet, ein (Schritt S150). Ein konkretes Verfahren zum Einstellen der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin in dieser Ausführungsform speichert vorab eine Variation der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin gegen die Fahrzeuggeschwindigkeit V als Kennfeld zum Einstellen der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin im ROM 74 und liest die untere Maschinendrehzahlgrenze Nmin entsprechend der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Kennfeld aus. Ein Beispiel für das Kennfeld zum Einstellen der unteren Maschinendrehzahlgrenze ist in 6 dargestellt. Eine in 6 dargestellte Bezugs-Fahrzeuggeschwindigkeit Vref wird als Kriterium zum Bestimmen der Notwendigkeit von intermittierenden Operationen der Brennkraftmaschine 22 eingestellt.
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Die CPU 72 stellt dann den größeren Wert von der Maschinendrehzahlforderung Nereq und der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin als Ziel-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 22 (Schritt S160) ein und teilt die Maschinenleistungsforderung Pe* durch die Ziel-Drehzahl Ne*, um ein Ziel-Moment Te* der Brennkraftmaschine 22 zu berechnen (Schritt S170). Das Einstellen des größeren Werts von der Maschinendrehzahl Nereq und der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin als Ziel-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 22 zielt auch darauf ab, eine schnellere Antwort auf eine abrupte Erhöhung der Maschinenleistungsforderung Pe* zu gewährleisten. In einem Beispiel kann der Fahrer während einer Verzögerung mit einer gewissen Abnahme der Antriebsleistungsforderung Pv* (aber nicht bis auf das Niveau null) das Gaspedal 83 niedertreten, während das Hybridfahrzeug 20 bei relativ hoher Geschwindigkeit fährt. Unter solchen Bedingungen ist die Maschinendrehzahlforderung Nereq niedriger als die untere Maschinendrehzahlgrenze Nemin. Generell wird die Steigerung der Maschinenleistung durch nur einen Anstieg des Moments innerhalb kürzerer Zeit erreicht als die Steigerung der Maschinenleistung durch nur eine Steigerung der Drehzahl. Dies ist darauf zurückzuführen, dass für die Erhöhung des Ansaugluftstroms und der Menge an eingespritztem Kraftstoff weniger Zeit erforderlich ist als die Zeit, die erforderlich ist, um die Drehzahl des Drehsystems der Brennkraftmaschine 22 zu erhöhen. Das heißt, die Brennkraftmaschine 22, die bei der unteren Maschinen-Drehzahlgrenze Nemin angetrieben wird, die über der Maschinendrehzahlfordern Nereq liegt, spricht schneller auf eine Forderung nach Erhöhung der Ausgangsleistung von der Brennkraftmaschine 22 an.
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Die CPU 72 berechnet anschließend eine Ziel-Drehzahl NM1* des Motors MG1 aus der Ziel-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 22, der Drehzahl Nr (= Nm2/Gr) der Zahnkranzwelle 32a und einem Zähnezahlverhältnis ρ des Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 entsprechend der nachstehend angegebenen Gleichung (1), während sie einen Momentbefehl Tm1* des Motors MG1 aus der errechneten Ziel-Drehzahl Nr1* und der aktuellen Drehzahl Nm1 des Motors MG1 entsprechend der nachstehend angegebenen Gleichung (2) berechnet (S210): Nm1* = Ne*·(1 + ρ)/ρ – Nm2/(Gr·ρ) (1) TmI* = Previous Tm1* + k1(Nm1* – Nm1) + k2∫(Nm1* – Nm1)dt (2)
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Gleichung (1) ist ein dynamischer Vergleichsausdruck der Drehelemente, die im Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 enthalten sind. 7 ist ein Fluchtlinial, das Moment/Drehzahl-Dynamiken der jeweiligen Drehelemente zeigt, die im Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 enthalten sind. Die linke Achse 'S' stellt die Drehzahl des Sonnenrads 31 dar, die der Drehzahl Nm1 des Motors MG1 entspricht. Die Mittelachse 'C' stellt die Drehzahl des Trägers 34 dar, die der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 22 entspricht. Die rechte Achse 'R' stellt die Drehzahl Nr des Zahnkranzes 32 dar, die durch Multiplizieren der Drehzahl Nm2 des Motors MG2 durch das Zähnezahlverhältnis Gr des Untersetzungsgetriebes 35 erhalten wird. Die Gleichung (1) kann von diesem Fluchtlinial von 7 leicht abgeleitet wird. Zwei dicke Pfeile auf der Achse 'R' zeigen ein Moment, das auf die Zahnkranzwelle 32a übertragen wird, wenn das Moment Te* von der Brennkraftmaschine im Stetigbetrieb bei einem bestimmten Antriebspunkt der Ziel-Drehzahl Ne* und des Ziel-Moments Te* ausgegeben wird, bzw. ein Moment, das über das Untersetzungsgetriebe 35 auf die Zahnkranzwelle 32a übertragen wird, wenn ein Moment Tm2* vom Motor MG2 ausgegeben wird. Die Gleichung (2) ist ein Vergleichsausdruck einer Regelung, um den Motor MG1 bei der Ziel-Drehzahl Nm* azutreiben und zu drehen. In der vorstehend angegebenen Gleichung (2) bezeichnen 'k1' im zweiten Term und 'k2' im dritten Term auf der rechten Seite jeweils einen Gewinn des proportionalen und einen Gewinn des integralen Terms.
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Nach der Berechnung der Ziel-Drehzahl Nm1* und des Ziel-Moments Tm1* des Motors MG1 berechnet die CPU 72 eine unteren Momentbeschränkung Tmin und eine obere Momentbeschränkung Tmax als minimale und maximale Momentausgaben vom Motor MG2 entsprechend den nachstehend angegebenen Gleichungen (3) und (4) Tmin = (Win – Tm1*·Nm1)/Nm2 (3) Tmax = (Wout – Tm1*·Nm1)/Nm2 (4)
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Die untere Momentbeschränkung Tmin und die obere Momentbeschränkung Tmax werden durch Teilen der Differenz zwischen der Eingabegrenze Win der Batterie 50 und dem Leistungsverbrauch (der Leistungserzeugung) des Motors MG1, die ein Produkt des Momentbefehls Tm1* und der aktuellen eingegebenen Drehzahl Nm1 des Motors MG1 ist, bzw. der Differenz zwischen der Ausgabegrenze Wout der Batterie 50 und dem Energieverbrauch (der Energieerzeugung) des Motors MG1 durch die eingegebene Drehzahl Nm2 des Motors MG2 erhalten. Die CPU berechnet dann ein angenommenes Motormoment Tm1* des Motors MG2 aus dem Momentbefehl Tm2temp, dem Momentbefehl Tm1* des Motors MG1, dem Zähnezahlverhältnis ρ des Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 und dem Zähnezahlverhältnis Gr des Untersetzungsgebriebes 35 gemäß der nachstehend angegebenen Gleichung (5) (Schritt S230): Tm2tmp = (Tr* + Tm1*/ρ/Gr (5)
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Die CPU 72 begrenzt das vermutete Motormoment Tm2tmp auf den Bereich zwischen der errechneten unteren Momentbeschränkung Tmin und der errechneten oberen Momentbeschränkung Tmax, um einen Momentbefehl Tm2* des Motors MG2 einzustellen (Schritt S240). Die Einstellung des Momentbefehls Tm2* des Motors MG2 auf diese Weise beschränkt dei Momentforderung Tr*, die an die Zahnkranzwelle 32a oder die Antriebswelle ausgegeben wird, auf einen Bereich zwischen der Eingabegrenze Win und der Ausgabegrenze Wout der Batterie 50. Die Gleichung (5) kann leicht aus dem Fluchtlinial von 7 abgeleitet werden.
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Die CPU 72 sendet die Ziel-Drehzahl Ne* und das Ziel-Moment Te* der Brennkraftmaschine 22 an die Maschinen-ECU 24, während sie die Momentbefehle Tm1* und Tm2* der Motoren MG1 und MG2 an die Motor-ECU 40 sendet (Schritt S250), bevor sie die Antriebssteuerroutine verlässt. Die Maschinen-ECU 24 empfängt die Ziel-Drehzahl Ne* und das Ziel-Moment Te* und führt eine Kraftstoff-Einspritzsteuerung und eine Zündsteuerung der Brennkraftmaschine 22 aus, um die Brennkraftmaschine 22 am spezifizierten Antriebspunkt der Ziel-Drehzahl Ne* und des Ziel-Moments Te* anzutreiben. Die Motor-ECU 40 empfängt die Momentbefehle Tm1* und Tm2*. Die Motor-ECU 40 empfängt die Momentbefehle Tm1* und Tm2* und führt eine Wechselsteuerung der Wechselelemente durch, die jeweils in den Wechselrichtern 41 und 42 enthalten sind, um den Motor MG1 mit dem Momentbefehl Tm1* und den Motor MG2 mit dem Momentbefehl Tm2* anzutreiben.
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Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass die Antriebsleistungsforderung Pv* in S120 gleich 0 ist, spezifiziert die CPU 72 keine Forderung nach Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine 22 und gibt den Befehl, die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (22) zu unterbrechen (Schritt S180). Entsprechend einem konkreten Verfahren schickt die elektronische Hybridsteuereinheit 70 ein Schubunterbrechungs-Steuersignal über den Kommunikationsport an die Maschinen-ECU 24. Die CPU 72 stellt anschließend die untere Maschinendrehzahlgrenze Nemin, die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V aus dem Kennfeld zum Einstellen der unteren Maschinendrehzahlgrenze wie oben beschrieben ausgelesen wird, als Ziel-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 22 ein (Schritt S190) und stellt den Momentbefehl Te* der Brennkraftmaschine 22 auf 0 (Schritt S200) ein. Die CPU 72 führt dann die Prozesse der Schritte S210 bis S240 aus, um die Momentbefehle Tm1* und Tm2* der Motoren MG1 und MG2 einzustellen, und sendet die Einstellungen an die Maschinen-ECU 24 und an die Motor-ECU 40 (Schritt S250), bevor sie die Antriebssteuerroutine verlässt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V unter der Bezugs-Fahrzeuggeschwindigkeit Vref liegt, wird die untere Maschinendrehzahlgrenze Nemin auf 0 eingestellt. Die Brennkraftmaschine 22 wird somit ohne Umdrehungen angehalten.
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Der Fahrer kann das Gaspedal 83 niederdrücken, wenn das Beschleunigungselement ausgeschaltet ist, während das Hybridfahrzeug 20 mit relativ hoher Geschwindigkeit fährt. Bei ausgeschaltetem Beschleunigungselement ist die Antriebsleistungsforderung Pv* gleich 0. Die Brennkraftmaschine 22 weist daher eine Schubabschaltung auf und wird bei der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin gedreht. Durch Niedertreten des Gaspedals 83 durch den Fahrer in dieser Lage wird die Schubabschaltung aufgehoben und die Luftstromansaugung und die Kraftstoffeinspritzung werden sofort wieder aufgenommen, um das Moment von der Brennkraftmaschine 22 auszugeben. Die Brennkraftmaschine 22 wird bei der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin gedreht, was bewirkt, dass die Brennkraftmaschine 22 eine geforderte Leistung zum Antreiben des Hybridfahrzeugs 20 mit konstanter Drehzahl bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit V ausgibt. Eine einfache Anpassung des angesaugten Luftstroms und der Menge des eingespritzten Kraftstoffs macht es sofort möglich, dass die Brennkraftmaschine 22 die geforderte Leistung zum Antreiben des Hybridfahrzeugs 20 mit konstanter Drehzahl ausgibt. Der Antriebspunkt der Brennkraftmaschine 22 ändert sich entlang der Betriebslinie (siehe 5), welche die Fortführung von effizienten Antriebspunkten darstellt, vom bestimmten Antriebspunkt, der es möglich macht, dass die Brennkraftmaschine 22 die erforderliche Leistung zum Antreiben bei konstanter Drehzahl effizient ausgibt. Diese Steuerung gewährleistet im Vergleich zur herkömmlichen Steuerung, wo die Brennkraftmaschine 22 bei einer niedrigen Drehzahl angetrieben oder angehalten wird, ein rascheres Ansprechen der Brennkraftmaschine 22, um die geforderte Leistung auszugeben. Im Aufbau des Hybridfahrzeugs 20 dieser Ausführungsform gleicht, wie eindeutig aus der Einstellung des vermuteten Mototments Tm2tmp in Schritt S230 ersichtlich ist, das ausgegebene Moment des Motors MG2, der mit der Stromzufuhr von der Batterie 50 angetrieben wird, eine verzögerte Antwort der Brennkraftmaschine 22 aus. Die schnelle Ausgabe der geforderten Leistung von der Brennkraftmaschine 22 senkt die Abgabe von elektrischer Leistung von der Batterie 50 und senkt auf vorteilhafte Weise die Belastung der Batterie 50. Diese Anordnung verhindert somit wirksam eine vorzeitige Verschlechterung der Batterie 50, die durch weiderholte Ladungen und Entladungen relativ hoher elektrischer Leistungen beschleunigt wird.
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Wie oben beschrieben, treibt das Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform die Brennkraftmaschine 22 bei einer Drehzahl an, die nicht unter der unteren Maschinendrehzahlgrenze Nemin liegt, die der Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht, um die Antwort der Brennkraftmaschine 22 auf eine Änderung der Leistungsforderung zu verstärken. Die Steuerung dieser Ausführungsform verringert auf vorteilhafte Weise einen Mangel der geforderten Antriebsleistung aufgrund einer verzögerten Antwort der Brennkraftmaschine 22, wodurch der erforderliche Entladungsumfang der Batterie 50 und die Belastung der Batterie 50 verringert werden. Die verringerten Ladungs- und Entladungsumfänge verhindern auf vorteilhafte Weise eine vorzeitige Verschlechterung der Batterie 50, die durch wiederholte Ladungen und Entladungen bei relativ hohen elektrischen Leistungen beschleunigt wird. Die schnellere Antwort der Brennkraftmaschine 22 gewährleistet auch eine sofortige Verschiebung des Antriebspunkts der Brennkraftmaschine 22 auf effiziente Maschinenantriebspunkte entlang der Betriebslinie. In dem Fall, dass keine Notwendigkeit einer Leistungsausgabe von der Brennkraftmaschine 22 besteht, wenn die Antriebsleistungsforderung Pv* gleich 0 ist, unterbricht diese Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzung zur Brennkraftmaschine 22 und verbessert somit auf vorteilhafte Weise die Kraftstoffausnutzung.
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Das Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform stellt die untere Maschinendrehzahlgrenze Nemin auf die spezifische Drehzahl der Brennkraftmaschine 22 am spezifischen Antriebspunkt, der eine effiziente Ausgabe der erforderlichen Leistung zum Antreiben des Hybridfahrzeugs 20 bei konstanter Drehzahl auf einer flachen Fahrbahnoberfläche bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V gewährleistet. Dieses Drehzahlniveau ist jedoch nicht wesentlich, und die untere Drehzahlgrenze Nemin kann so eingestellt werden, dass sie etwas unter oder etwas über der spezifischen Drehzahl am spezifischen Antriebspunkt liegt.
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Das Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform stellt den größeren Wert von dem Wert '0' und dem Produkt der Momentanforderung Tr*, die von der Beschleunigungselementöffnung Ace abhängt, und der Drehzahl Nr der Zahnkranzwelle 32a als Antriebsleistungsforderung Pv* ein. Eine mögliche Modifzierung kann die Antriebsleistungsforderung Pv* auf das Produkt der Momentforderung Tr*, die von der Beschleunigungselementöffnung Ace abhängt, und der Drehzahl Nr der Zahnkranzwelle 32a als Antriebsleistungsforderung Pv* einstellen. Eine andere mögliche Modifizierung kann die Antriebsleistungsforderung Pv* auf die Momentforderung Tr* einstellen, die von der Bremspedalstellung BP abhängt. In solchen modifzierten Strukturen hängt die Schubabschaltungssteuerung davon ab, ob die Antriebsleistungsforderung Pv* auf positivem Niveau liegt oder nicht.
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Das Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform treibt die Brennkraftmaschine 22 ansprechend auf die Antriebsleistungsforderung Pv* von über 0 an, während sie die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 22 ansprechend auf eine Antriebsleistungsforderung Pv* gleich 0 unterbricht. Eine mögliche Modifizierung kann die Brennkraftmaschine 22 ansprechend auf eine Antriebsleistungsforderung Pv*, die über einem vorgegebenen Schwellenwert Pref (über 0) liegt, antreiben, während sie die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 22 ansprechend auf eine Antriebsleistungsforderung Pv*, die unter dem voreingestellten Schwellenwert Pref liegt, unterbricht.
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In dem Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform wird die Leistung des Motors MG2 einer Übersetzungsänderung durch das Untersetzungsgetriebe 35 unterzogen und wird an die Zahnkranzwelle 32a ausgeben. In einer möglichen Modifzierung, die als Hybridfahrzeug 120 von 8 dargestellt ist, kann die Leistung des Motors MG2 an eine andere Achse ausgeben werden (d. h. eine Achse, die mit den Rädern 64a und 64b verbunden ist), die von der Achse, die mit der Zahnkranzwelle 32a verbunden ist (d. h. einer Achse, die mit den Rädern 63a und 63b verbunden ist), verschieden ist.
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In dem Hybridfahrzeug 20 dieser Ausführungsform wird die Leistung des Motors 22 über den Leistungs-Verteilungs-/Integrationsmechanismus 30 an die Zahnkranzwelle 32a, die als Antriebswelle dient und die mit den Antriebsrädern 63a und 63b verbunden ist, ausgegeben. In einer anderen möglichen Modifzierung von 9 kann ein Hybridfahrzeug 220 einen Paarrotor-Motor 230 aufweisen, der einen inneren Rotor 232, der mit der Kurbelwelle 26 der Brennkraftmaschine 22 verbunden ist, und einen äußeren Rotor 234, der mit der Antriebswelle zum Ausgeben der Leistung an die Antriebsräder 63a, 63b verbunden ist, aufweist und der einen Teil der Leistung, die von der Brennkraftmaschine 22 ausgeben wird, auf die Antriebswelle überträgt, während er den übrigen Teil der Leistung in elektrische Energie umwandelt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Verfahren der Erfindung kann auf vorteilhafte Weise in der Industrie verwendet werden, die Hybridfahrzeuge und Leistungsausgabevorrichtungen herstellt.
