DE69715765T2

DE69715765T2 - Antriebsanordnung und Verfahren zur Steuerung desselben

Info

Publication number: DE69715765T2
Application number: DE69715765T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Abe; Shoichi Sasaki; Masaaki Yamaoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2017-06-21
Also published as: DE69715765D1; EP0830969A3; EP0830969A2; CN1062815C; JPH1098805A; US5907191A; CN1178746A; JP3050141B2; EP0830969B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsabgabevorrichtung und ein Verfahren zum Steuern derselben. Die vorliegende Erfindung betrifft im Besonderen eine Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben einer von einer Brennkraftmaschine erzeugten Leistung an eine Antriebswelle mit einem hohen Wirkungsgrad, sowie auf ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Leistungsabgabevorrichtung.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bekannte Leistungsabgabevorrichtungen zum Ausführen einer Drehmomentumwandlung der von einer Brennkraftmaschine abgegebenen Leistung und Abgeben der umgewandelten Leistung an eine Antriebswelle umfassen eine Anordnung mit einem Fluid-Drehmomentwandler und einem Getriebe. Bei einer derartigen Leistungsabgabevorrichtung ist der Drehmomentwandler zwischen einer Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und einer mit dem Getriebe in Verbindung stehenden Drehwelle angeordnet, und der Drehmomentwandler überträgt die Leistung zwischen der Drehwelle und der Ausgangswelle über die Strömung des eingeschlossenen Fluids. Da der Drehmomentwandler die Leistung über eine Fluidströmung überträgt, tritt zwischen der Ausgangswelle und der Drehwelle ein Schlupf auf, der zu einem Energieverlust führt, der dem Schlupf entspricht. Der Energieverlust wird als Produkt aus der Drehzahldifferenz zwischen der Drehwelle und der Ausgangswelle und dem auf die Ausgangswelle übertragenen Drehmoment ausgedrückt und als Wärme verbraucht.
Bei einem Fahrzeug, in das als dessen Leistungsquelle eine derartige Leistungsabgabevorrichtung eingebaut ist, trägt während eines großen Schlupfs zwischen der Drehwelle und der Ausgangswelle, das heiß dann, wenn eine sehr hohe Leistung erforderlich ist, zum Beispiel beim Starten des Fahrzeugs oder wenn das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit eine Steigung hoch fährt, ein großer Energieverlust im Drehmomentwandler unerwünschterweise zu einer Verminderung des energetischen Wirkungsgrads bei. Selbst während eines stationären Fahrzustands liegt der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung durch den Drehmomentwandler nicht bei 100%, wodurch die Kraftstoffverbrauchsrate herkömmlicher Leistungsabgabevorrichtungen nicht niedriger ist als die bei einem Handschaltgetriebe.
Um derartige Probleme zu lösen, wurde vom Anmelder vor kurzem ein System vorgeschlagen, das keinen Fluid- Drehmomentwandler umfasst sondern eine Brennkraftmaschine, eine 3-Wellen-Leistungsabgabe- /Leistungsentnahmeeinrichtung, einen ersten und einen zweiten Motor und eine Batterie, und das die Leistung von der Brennkraftmaschine und dem ersten und zweiten Motor abgibt (EP 0 838 359 A2, EP 0 775 607 A1).
Aus der EP 0 725 474 A1 ist weiter eine Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle bekannt, die eine Brennkraftmaschine und einen Drehmomentwandler umfasst. Der Drehmomentwandler besteht aus einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, einem zweiten Rotor, der über einen Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus mit der Antriebswelle der Leistungsabgabevorrichtung verbunden ist, und einem Stator, der in einem Gehäuse des Drehmomentwandlers vorgesehen ist.
Die AU 58401/73, die GB 1,193,965, die US 3,699,351 und die EP 0 552 140 A1 offenbaren jeweils eine Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle, mit einer Brennkraftmaschine, die eine Ausgangswelle aufweist, einem ersten Motor, der eine Drehwelle aufweist und Leistung an die Drehwelle abgibt oder der Drehwelle Leistung entnimmt, einem zweiten Motor, der Leistung an entweder die Antriebswelle oder die Ausgangswelle abgibt oder entweder der Antriebswelle oder der Ausgangswelle Leistung entnimmt, und einer 3-Wellen- Leistungsabgabe-/Leistungsentnahmeeinrichtung, die drei Wellen aufweist, die mit der Antriebswelle, der Ausgangswelle bzw. der Drehwelle verbunden sind, und die in dem Fall, in dem an zwei der drei Wellen Leistungen abgegeben oder zwei der drei Wellen Leistungen entnommen werden, eine Leistung abgibt bzw. eine Leistung entnimmt, die sich entsprechend der Leistung bestimmt, die an die verbleibende Welle abgegeben bzw. der verbleibenden Welle entnommen wird.
Eine Leistungsabgabevorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der EP 0 552 140 A1 bekannt.
Keine dieser Druckschriften beschreibt jedoch ein Steuerungsverfahren für eine Übergangsphase, in der sich ein Soll-Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändert.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine stabile Abgabe einer Soll-Leistung an die Antriebswelle auch in einer Übergangsphase, in der sich der Soll- Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändert, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Leistungsabgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung berechnet die Leistung, die über die 3-Wellen- Leistungsabgabe-/Leistungsentnahmeeinrichtung in Verbindung mit einer Steuerung der Brennkraftmaschine und des ersten Motors an die Antriebswelle abgegeben bzw. der Antriebswelle entnommen wird, unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments des ersten Motors und der Brennkraftmaschine und steuert den zweiten Motor in Abhängigkeit von der errechneten Leistung und der Soll-Leistung, um die an die Antriebswelle abzugebende Soll-Leistung zu erzielen. Daher kann auch während einer Übergangsphase unmittelbar nach einer Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine die Soll-Leistung zuverlässig an die Antriebswelle abgegeben werden. Durch diese Struktur lässt sich eine Änderung der an die Antriebswelle abgegebenen Leistung mit einer Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine wirksam vermeiden. Bei dieser Leistungsabgabevorrichtung unterliegt die von der Brennkraftmschine abgegebene Leistung der Drehmomentwandlung und wird an die Antriebswelle abgegeben.
Die an die Antriebswelle abgegebene und der Antriebswelle entnommene Leistung lässt sich auf der Basis von entweder der Änderungsrate der Drehzahl der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine oder der Änderungsrate der Drehzahl der Drehwelle des ersten Motors berechnen, da durch die 3-Wellen-Leistungsabgabe- /Leistungsentnahmeeinrichtung eine Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine als eine Änderungsrate der Drehzahl der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine wie auch als eine Änderungsrate der Drehzahl der Drehwelle des ersten Motors in Erscheinung tritt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Leistungsabgabevorrichtung kann die Betriebszustandseinstelleinrichtung eine Einrichtung zum Einstellen des Betriebszustands der Brennkraftmaschine dahingehend aufweisen, dass die Brennkraftmaschine eine Leistung entsprechend der Soll- Leistung abgeben kann. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung der Drehmomentwandlung unterliegt und an die Antriebswelle abgegeben wird. Bei der Leistungsabgabevorrichtung dieser bevorzugten Ausführungsform kann die Betriebszustandseinstelleinrichtung weiter eine Einrichtung zum Einstellen des Betriebszustands der Brennkraftmaschine dahingehend aufweisen, dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht wird. Diese Ausführungsform trägt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads der Leistungsabgabevorrichtung insgesamt bei.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Leistungsabgabervorrichtung kann die Betriebszustandseinstelleinrichtung eine Einrichtung zum Einstellen eines Betriebsstopzustands als den Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wenn die Soll-Leistung niedriger ist als ein vorgegebener Wert oder wenn der Fahrer eine bestimmte Anweisung gibt, aufweisen. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass die Soll-Leistung auch während einer Phase, in der der Betrieb der Brennkraftmaschine unterbrochen ist, an die Antriebswelle abgegeben wird.
Diese und weitere Gegenstände, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Struktur einer Leistungsabgabevorrichtung 110, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen wesentlichen Teil der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine allgemeine Struktur eines Fahrzeugs, in das die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform eingebaut ist;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die das Funktionsprinzip der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform zeigt;
Fig. 5 ist ein Nomogramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der bzw. auf die drei Wellen zeigt, die mit dem Planetengetriebe 120 in der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform in Verbindung stehen;
Fig. 6 ist ein Nomogramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der bzw. auf die drei Wellen zeigt, die mit dem Planetengetriebe 120 in der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform in Verbindung stehen sind;
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Drehmomentsteuerungsroutine zeigt, die von einer Steuereinheit 180 ausgeführt wird;
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126, der Gaspedalstellung AP und dem Drehmomentbefehlswert Tr*;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Betriebspunkt und dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine veranschaulicht;
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die die Wirkungsgrade der Brennkraftmaschine 150 in verschiedenen Betriebspunkten auf Kennlinien mit konstanter Ausgangsenergie zeigt, die als Funktion von der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 aufgetragen sind;
Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine des ersten Motors MG1 zeigt, die von der Steuerungs-CPU 190 der Steuereinheit 180 ausgeführt wird;
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine des zweiten Motors MG2 zeigt, die von der Steuerungs-CPU 190 der Steuereinheit 180 ausgeführt wird;
Fig. 13 ist ein Flussdiagramm, das einen Teil einer modifizierten Drehmomentsteuerungsroutine zeigt;
Fig. 14 veranschaulicht schematisch eine andere Leistungsabgabevorrichtung 110A als ein modifiziertes Beispiel;
Fig. 15 veranschaulicht schematisch eine weitere Leistungsabgabevorrichtung 110B als ein weiteres modifiziertes Beispiel;
Fig. 16 veranschaulicht schematisch die Struktur eines Vierrad-angetriebenen Fahrzeugs, in das eine Leistungsabgabevorrichtung 110C eingebaut ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Struktur einer Leistungsabgabevorrichtung 110, die die vorliegende Erfindung verkörpert; Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen wesentlichen Teil der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform veranschaulicht; und Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine allgemeine Struktur eines Fahrzeugs, in das die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform eingebaut ist. Aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung wird zunächst die allgemeine Struktur des Fahrzeugs beschrieben.
Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen; das Fahrzeug ist mit einer Brennkraftmaschine 150 ausgestattet, die als Kraftstoff Benzin verbraucht und Leistung abgibt. Die von einem Luftzufuhrsystem über ein Drosselklappe 166 aufgenommene Luft wird mit Kraftstoff, das heißt, in dieser Ausführungsform mit Benzin, das aus einem Einspritzventil 151 eingespritzt wird, vermischt. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird einem Brennraum 152 zugeführt, wo es explosiv gezündet und verbrannt wird. Die Linearbewegung eines Kolbens 154, der durch die Explosion des Luft/Kraftstoff- Gemisches nach unten gepresst wird, wird in die Drehbewegung einer Kurbelwelle 156 umgewandelt. Die Drosselklappe 166 wird zum Öffnen und Schließen von einem Aktuator 168 angesteuert. Eine Zündkerze 162 wandelt eine Hochspannung, die von einer Zündvorrichtung 158 über einen Verteiler 160 angelegt wird, in einen Funken um, der das Luft-/Kraftstoff-Gemisch explosiv entzündet und verbrennt.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 150 wird von einer elektronischen Steuereinheit (nachfolgend als EFIECU bezeichnet) 170 gesteuert. Die EFIECU 170 erhält Informationen von verschiedenen Sensoren, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 150 erfassen. Diese Sensoren umfassen einen Drosselklappenstellungssensor 167 zum Erfassen der Drosselklappenbewegung oder -stellung der Drosselklappe 166, einen Ladeleitungssensor 172 zum Messen der an der Brennkraftmaschine 150 anliegenden Last, einen Wassertemperatursensor 174 zum Messen der Temperatur des Kühlwassers in der Brennkraftmaschine 150, und einen Drehzahlsensor 176 und einen am Verteiler 160 angebrachten Winkelsensor 178 zum Messen der Drehzahl (der Anzahl der Umdrehungen in einer vorgegebenen Zeitspanne) und des Drehwinkels der Kurbelwelle 156. Ein Anlasserschalter 179 zum Erfassen eines Startzustands ST eines (nicht gezeigten) Zündschlüssels ist ebenfalls mit der EFIECU 170 verbunden. Weitere Sensoren und Schalter, die mit der EFIECU 170 in Verbindung stehen, sind in der Darstellung nicht gezeigt.
Die Kurbelwelle 156 der Brennkraftmaschine 150 ist über ein Planetengetriebe 120 und einen ersten und einen zweiten Motor MG1 bzw. MG2 (die nachstehend ausführlich beschrieben sind) mechanisch mit einem Leistungsübertragungsgetriebe 111 verbunden, das eine Antriebswelle 112 als Drehachse aufweist. Das Leistungsübertragungsgetriebe 111 ist weiter mit einem Differentialgetriebe 114 verbunden, so dass die von der Leistungsabgabevorrichtung 110 abgegebene Leistung schließlich auf das linke und das rechte Antriebsrad 116 bzw. 118 übertragen wird. Der erste Motor MG1 und der zweite Motor MG2 sind elektrisch verbunden mit einer Steuereinheit 180 und werden von dieser gesteuert. Die Steuereinheit 180 umfasst eine interne Steuerungs-CPU und erhält Eingangssignale von einem Schaltstellungssensor 184, der mit einer Gangschaltvorrichtung 182 verbunden ist, einem Gaspedalstellungssensor 164a, der mit einem Gaspedal 164 verbunden ist, und einem Bremspedalstellungssensor 165a, der mit einem Bremspedal 165 verbunden ist, wie später ausführlich beschrieben ist. Die Steuereinheit 180 sendet und erhält über ein Kommunikationssystem eine Vielzahl von Daten und Informationen an die bzw. von der EFIECU 170. Einzelheiten des Steuerungsverfahrens einschließlich eines Kommunikationsprotokolls werden später beschrieben.
Nun wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen; die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform umfasst im wesentlichen die Brennkraftmaschine 150, das Planetengetriebe 120, das einen Planetenträger 124 aufweist, der mechanisch mit der Kurbelwelle 156 der Brennkraftmaschine 150 verbunden ist, den ersten Motor MG1, der mit einem Sonnenrad 121 des Planetengetriebes 120 verbunden ist, den zweiten Motor MG2, der mit einem Hohlrad 122 des Planetengetriebes 120 verbunden ist, und die Steuereinheit 180 zum Antreiben und Steuern des ersten und des zweiten Motors MG1 bzw. MG2.
Im folgenden wird die Struktur des Planetengetriebes 120 und des ersten und des zweiten Motors MG1 bzw. MG2 anhand der Zeichnung der Fig. 2 beschrieben. Das Planetengetriebe 120 umfasst das Sonnenrad 121, das mit einer hohlen Sonnenradwelle 125 verbunden ist, durch die die Kurbelwelle 156 hindurchgeführt ist, das Hohlrad 122, das mit der Hohlradwelle 126, die koaxial zur Kurbelwelle 156 angeordnet ist, verbunden ist, eine Mehrzahl von Planetenrädern 123, die zwischen dem Sonnenrad 121 und dem Hohlrad 122 angeordnet sind und um das Sonnenrad 121 laufen, während dieses sich um seine Achse dreht, und den Planetenträger 124, der mit einem Ende der Kurbelwelle 156 verbunden ist und die Drehwellen der Planetenräder 123 trägt. In dem Planetengetriebe 120 wirken drei Wellen, das heißt, die Sonnenradwelle 125, die Hohlradwelle 126 und die Kurbelwelle 156, die mit dem Sonnenrad 121, dem Hohlrad 122 bzw. dem Planetenträger 124 verbunden sind, als Leistungsaufnahme- und Leistungsabgabewellen. Aus der Bestimmung der an jeweils zwei der drei Wellen abgegebenen oder jeweils zwei der drei Wellen entnommenen Leistungen ergibt sich automatisch die an die verbleibende Welle abgegebene bzw. der verbleibenden Welle entnommenen Leistung. Die Einzelheiten der Vorgänge bei der Abgabe und Entnahme der Leistungen an die bzw. von den drei Wellen des Planetengetriebes 120 sind nachfolgend diskutiert.
Ein Leistungseinspeisungsrad 128 zur Leistungsentnahme ist mit dem Hohlrad 122 verbunden und auf der Seite des ersten Motors MG1 angeordnet. Das Leistungseinspeisungsrad 128 ist weiter über ein Kettenband 129 mit dem Leistungsübertragungsgetriebe 111 verbunden, so dass die Leistung zwischen dem Leistungseinspeisungsrad 128 und dem Leistungsübertragungsgetriebe 111 übertragen wird.
Der erste Motor MG1 ist als ein Synchronmotor/-generator ausgebildet und umfasst einen Rotor 132 mit einer Mehrzahl von Dauermagneten 135 an seiner äußeren Oberfläche und einen Stator 133 mit Drehstromwicklungen 134, die auf den Stator gewickelt sind und ein umlaufendes Magnetfeld bilden. Der Rotor 132 ist mit der Sonnenradwelle 125 verbunden, die wiederum mit dem Sonnenrad 121 des Planetengetriebes 120 verbunden ist. Der Stator 133 wird hergestellt, indem dünne Platten aus elektromagnetischem Stahl ohne Richtcharakteristik aufeinandergelegt werden, und ist an einem Gehäuse 119 befestigt. Der erste Motor MG1 arbeitet als ein Motor, der durch die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld, das durch die Dauermagnete 135 erzeugt wird, und einem Magnetfeld, das durch die Drehstromwicklungen 134 erzeugt wird, den Rotor 132 in Drehung versetzt, oder als ein Generator, der an den Enden der Drehstromwicklungen 134 durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld, das durch die Dauermagnete 135 erzeugt wird, und der Drehung des Rotors 132 eine elektromotorische Kraft erzeugt. Die Sonnenradwelle 125 ist weiter mit einem Drehmelder 139 zum Messen des Drehwinkels θ s ausgestattet.
Der zweite Motor MG2 ist ebenso wie der erste Motor MG1 als Synchronmotor/-generator ausgebildet und umfasst einen Rotor 142 mit einer Mehrzahl von Dauermagneten 145 an seiner äußeren Oberfläche und einen Stator 143 mit Drehstromwicklungen 144, die darauf aufgewickelt sind und ein umlaufendes Magnetfeld erzeugen. Der Rotor 142 ist mit der Hohlradwelle 126 verbunden, die wiederum mit dem Hohlrad 122 des Planetengetriebes 120 verbunden ist, während der Stator 14 fest mit dem Gehäuse 119 verbunden ist. Der Stator 143 des Motors MG2 wird ebenfalls dadurch hergestellt, dass dünne Platten aus elektromagnetischem Stahls ohne Richtcharakteristik aufeinandergelegt werden. Ebenso wie der erste Motor MG1 arbeitet der zweite Motor MG2 als Motor oder als Generator. Weiter ist die Hohlradwelle 126 mit einem Drehmelder 149 zum Messen des Drehwinkels θr ausgestattet.
Die Steuereinheit 180 zum Antreiben und Steuern des ersten und des zweiten Motors MG1 bzw. MG2 weist die folgende Konfiguration auf. Es wird erneut auf Fig. 1 Bezug genommen; die Steuereinheit 180 umfasst eine erste Treiberschaltung 191 zum Ansteuern des ersten Motors MG1, eine zweite Treiberschaltung 192 zum Ansteuern des zweiten Motors MG2, eine Steuerungs-CPU 190 zum Steuern sowohl der ersten als auch der zweiten Treiberschaltung 191 bzw. 192, und eine Batterie 194 mit einer Anzahl von Sekundärzellen. Die Steuerungs-CPU 190 ist ein Einchip-Mikroprozessor mit einem RAM 190a, der als ein Arbeitsspeicher dient, einem ROM 190b, in dem verschiedene Steuerungsprogramme abgelegt sind, einem (nicht gezeigten) Eingangs- /Ausgangs-Port und einem (nicht gezeigten) Port für serielle Datenübertragung, über den Daten an die EFIECU 170 gesendet oder von dieser empfangen werden. Die Steuerungs-CPU 190 empfängt eine Vielzahl von Daten über den Eingangs-Port. Die Eingangsdaten umfassen einen Drehwinkel θs der Sonnenradwelle 125, der mit dem Drehmelder 139 gemessen wird, einen Drehwinkel θr der Hohlradwelle 126, der mit dem Drehmelder 149 gemessen wird, eine Gaspedalstellung (AP) (Betrag der Betätigung des Gaspedals 164), die von dem Gaspedalstellungssensor 164a ausgegeben wird, eine Bremspedalstellung (BP) (Betrag der Betätigung des Bremspedals 165), die von dem Bremspedalstellungssensor 165a ausgegeben wird, eine Schaltstellung SP, die von dem Schaltssensor 184 ausgegeben wird, Stromwerte Iu1 und Iv1 von zwei Strommessern 195 bzw. 196, die in der ersten Treiberschaltung 191 angeordnet sind, Stromwerte Iu2 und Iv2 von zwei Strommessern 197 bzw. 198, die in der zweiten Treiberschaltung 192 angeordnet sind, und eine Restladung BRM der Batterie 194, die mit dem Restladungsmessgerät 199 gemessen wird. Das Restladungsmessgerät 199 kann die Restladung BRM der Batterie 194 über jedes bekannte Verfahren, zum Beispiel durch Messung des spezifischen Gewichts der elektrolytischen Lösung in der Batterie 194 oder des Gesamtgewichts der Batterie 194, durch Berechnung der Ströme und der Lade- und Entladezeit, oder unter Erzeugung eines vorübergehenden Kurzschlusses zwischen den Anschlussklemmen der Batterie 194 und Messung des Innenwiderstandes gegen den elektrischen Strom, bestimmt werden.
Die Steuerungs-CPU 190 liefert ein erstes Steuerungssignal SW1 zum Ansteuern von sechs Transistoren Tr1 bis Tr6, die als Schaltelemente der ersten Treiberschaltung 191 arbeiten, und ein zweites Steuerungssignal SW2 zum Ansteuern von sechs Transistoren Tr11 bis Tr16, die als Schaltelemente der zweiten Treiberschaltung 192 arbeiten. Die sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Treiberschaltung 191 bilden einen Transistor-Wechselrichter und sind paarweise angeordnet, um als Source oder Drain bezüglich eines Paares von Stromleitungen L1 und L2 zu arbeiten. Die Drehstromwicklungen (U, V, W) 134 des ersten Motors MG1 sind jeweils mit den Kontakten der paarweisen Transistoren in der ersten Treiberschaltung 191 verbunden. Die Stromleitungen L1 und L2 sind mit der Plus- bzw. Minuspol-Anschlussklemme der Batterie 194 verbunden. Das von der Steuerungs-CPU 190 ausgegebene Steuerungssignal SW1 steuert somit nacheinander die Durchschaltzeit der paarweisen Transistoren Tr1 bis Tr6. Die durch die Drehstromwicklungen 134 fließenden elektrischen Ströme unterliegen einer PWM-Steuerung (Pulsdauermodulationssteuerung), um quasi-sinusförmige Wellen zu erhalten, wodurch die Drehstromwicklungen 134 ein drehendes Magnetfeld erzeugen können.
Die sechs Transistoren Tr11 bis Tr16 in der zweiten Treiberschaltung 192 bilden ebenfalls einen Transistor- Wechselrichter und sind in der gleichen Weise wie die Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Treiberschaltung 191 angeordnet. Die Drehstromwicklungen (U, V, W) 144 des zweiten Motors MG2 sind jeweils mit den Kontakten der paarweisen Transistoren in der zweiten Treiberschaltung 191 verbunden. Das zweite Steuerungssignal SW2, das die Steuerungs-CPU 190 erzeugt, steuert somit nacheinander die Durchschaltzeit der paarweisen Transistoren Tr11 bis Tr16. Die elektrischen Ströme, die durch die Drehstromwicklungen 144 fließen, unterliegen einer PWM-Steuerung, um quasi-sinusförmige Wellen zu erhalten, wodurch die Drehstromwicklungen 144 ein drehendes Magnetfeld erzeugen können.
Die so ausgebildete Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform arbeitet nach den nachfolgend ausgeführten Funktionsprinzipien, insbesondere nach dem Prinzip der Drehmomentumwandlung. Als Beispiel sei angenommen, dass die Brennkraftmaschine 150 in einem Betriebspunkt P1 mit der Drehzahl Ne und dem Drehmoment Te betrieben wird, und dass die Hohlradwelle 126 in einem anderen Betriebspunkt P2 betrieben wird, der durch eine andere Drehzahl Nr und ein anderes Drehmoment Tr definiert ist, jedoch einen Energiebetrag liefert, der mit einer Energie Pe identisch ist, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird. Dies bedeutet, dass die von der Brennkraftmaschine 150 abgegebene Leistung eine Drehmomentumwandlung erfährt und auf die Hohlradwelle 126 übertragen wird. Die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 150 und der Hohlradwelle 126 unter solchen Bedingungen ist in der graphischen Darstellung der Fig. 4 gezeigt.
Gemäß den Gesetzen der Mechanik lässt sich die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der drei Wellen in dem Planetengetriebe 120 (das heißt, der Sonnenradwelle 125, der Hohlradwelle 126 und dem Planetenträger 124 (der Kurbelwelle 156)) so ausdrücken und geometrisch lösen, wie es in den Fig. 5 und 6 dargestellt in Form von Nomogrammen gezeigt ist. Die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der drei Wellen in dem Planetengetriebe 120 kann auch ohne Verwendung von Nomogrammen numerisch analysiert werden, indem die Energien der jeweiligen Wellen berechnet werden. Aus Gründen der Klarheit der Beschreibung werden in dieser Ausführungsform jedoch die Nomogramme verwendet.
In dem Nomogramm der Fig. 5 ist die Drehzahl der drei Wellen als Ordinate und das positionelle Verhältnis der Koordinatenachsen der drei Wellen als Abszisse aufgetragen. Wenn eine Koordinatenachse S der Sonnenradwelle 125 und eine Koordinatenachse R der Hohlradwelle 126 an jeweils einem Ende eines Liniensegments aufgetragen werden, so ist eine Koordinatenachse C des Planetenträgers 124 als die Innenteilung der Achsen S und R im Verhältnis 1 zu p gegeben, wobei p das Verhältnis aus der Zähnezahl des Sonnenrades 121 zur Zähnezahl des Hohlrades 122 repräsentiert und durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt ist:
r = Zähnezahl des Sonnenrades/Zähnezahl des Hohlrades ...(1)
Wie oben erwähnt, wird die Brennkraftmaschine 150 mit der Drehzahl Ne betrieben, während die Hohlradwelle 126 mit der Drehzahl Nr betrieben wird. Somit kann die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 auf der Koordinatenachse C des Planetenträgers 124, der mit der Kurbelwelle 156 der Brennkraftmaschine 150 verbunden ist, und die Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 auf der Koordinatenachse R der Hohlradwelle 126 aufgetragen werden. Es wird eine gerade Linie durch die beiden Punkte gezogen, wobei sich die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 dann als der Schnittpunkt dieser geraden Linie mit der Koordinatenachse S ergibt. Diese gerade Linie wird im folgenden als dynamisch-kollineare Linie bezeichnet. Die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 kann gemäß eines Proportionalitätsausdruckes, der nachstehend als Gleichung (2) angegeben ist, aus der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 und der Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 berechnet werden. Im Fall des Planetengetriebes 120 ergibt sich aus der Bestimmung der Rotation zweier Räder aus dem Sonnenrad 121, dem Hohlrad 122 und dem Planetenträger 124, automatisch die Rotation des verbleibenden Rades.
Ns = Nr - (Nr - Ne) .... (2)
Das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 150 wird dann auf die dynamisch-kollineare Linie auf der Koordinatenachse C des Planetenträgers 124 übertragen (in der Zeichnung nach oben), die als eine Wirkungslinie fungiert. Die dynamisch-kollineare Linie kann hinsichtlich des Drehmoments als ein starrer Körper betrachtet werden, auf den eine Kraft als ein Vektor übertragen wird. Mit Hilfe der Technik der Teilung der Kraft in zwei verschiedene, parallele Wirkungslinien wird das Drehmoment Te, das auf die Koordinatenachse C wirkt, in ein Drehmoment Tes auf der Koordinatenachse S und ein Drehmoment Ter auf der Koordinatenachse R geteilt. Die Beträge der Drehmomente Tes und Ter sind durch die nachstehenden Gleichungen (3) und (4) gegeben:
Tes = Te · ... (3)
Ter = Te · ... (4)
Das Kräftegleichgewicht an der dynamisch-kollinearen Linie ist für den stabilen Zustand der dynamisch-kollinearen Linie notwendig. In einem konkreten Beispiel wird ein Drehmoment Tm1, das den gleichen Betrag hat wie das Drehmoment Tes jedoch die entgegengesetzte Richtung, auf die Koordinatenachse S aufgetragen, wohingegen auf die Koordinatenachse R ein Drehmoment Tm2, das denselben Betrag hat wie eine resultierende Kraft aus dem Drehmoment Ter und dem Drehmoment, das denselben Betrag hat wie das an die Hohlringwelle 126 abgegebene Drehmoment Tr aber die entgegengesetzte Richtung, aber die entgegengesetzte Richtung aufgetragen wird. Das Drehmoment Tm1 wird durch den ersten Motor MG1 und das Drehmoment Tm2 durch den zweiten Motor MG2 erhalten. Der erste Motor MG1 übt das Drehmoment Tm1 entgegengesetzt zu seiner Drehrichtung aus und wirkt somit als Generator, der an der Sonnenradwelle 125 eine elektrische Energie Pm1, die als Produkt aus dem Drehmoment Tm1 und der Drehzahl Ns erhalten wird, wiedergewinnt. Der zweite Motor MG2 übt das Drehmoment Tm2 in seiner Drehrichtung aus und wirkt daher als Motor, der eine elektrische Energie Pm2, welche als das Produkt aus dem Drehmoment Tm2 und der Drehzahl Nr erhalten wird, als eine Leistung an die Hohlradwelle 126 abgibt.
In dem Fall, in dem die elektrische Energie Pm1 gleich der elektrischen Energie Pm2 ist, kann die gesamte elektrische Leistung, die der zweite Motor MG2 verbraucht, durch den ersten Motor MG1 wiedergewonnen und zur Verfügung gestellt werden. Um einen solchen Zustand zu erreichen, sollte die gesamte zugeführte Leistung abgegeben werden, das heißt, dass die Energie Pe, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird, gleich einer Energie Pr sein sollte, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird. Die Energie Pe, die als Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne ausgedrückt ist, ist dabei gleich der Energie Pr, die als Produkt aus dem Drehmoment Tr und der Drehzahl Nr ausgedrückt ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 erfährt die Leistung, die als das Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne ausgedrückt ist und die von der Brennkraftmaschine 150 im Betriebspunkt P1 abgegeben wird, eine Drehmomentumwandlung und wird an die Hohlradwelle 126 als eine Leistung mit gleicher Energie abgebeben, jedoch ausgedrückt als das Produkt aus dem Drehmoment Tr und der Drehzahl Nr. Wie weiter oben ausgeführt ist, wird die an die Hohlradwelle 126 abgegebene Leistung über das Leistungseinspeisungsrad 128 und das Leistungsübertragungsrad 111 auf eine Antriebswelle 112 und weiter über das Differentialgetriebe 114 auf die Antriebsräder 116 und 118 übertragen. Dementsprechend wird die lineare Beziehung zwischen der Leistung, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, und der Leistung, die auf die Antriebsräder 116 und 118 übertragen wird, beibehalten. Die auf die Antriebsräder 116 und 118 übertragene Leistung kann somit dadurch gesteuert werden, dass die Leistung, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, angepass wird.
Obwohl die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 im Nomogramm der Fig. 5 positiv ist, kann sie in Abhängigkeit von der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 und der Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 auch negativ sein, wie es im Nomogramm der Fig. 6 gezeigt ist. In letzterem Fall übt der erste Motor MG1 das Drehmoment in seiner Drehrichtung aus und arbeitet somit als Motor, der die elektrische Energie Pm1 verbraucht, die als das Produkt aus dem Drehmoment Tm1 und der Drehzahl Ns erhalten wird. Demgegenüber übt der zweite Motor MG2 das Drehmoment entgegengesetzt zu seiner Drehrichtung aus und arbeitet somit als ein Generator, der von der Hohlradwelle 126 die elektrische Energie Pm2 wiedergewinnt, die als das Produkt aus dem Drehmoment Tm2 und der Drehzahl Nr erhalten wird. In dem Fall, in dem unter solchen Bedingungen die elektrische Energie Pm1, die von dem ersten Motor MG1 verbraucht wird, gleich der elektrischen Energie Pm2 ist, die durch den zweiten Motor MG2 wiedergewonnen wird, kann die gesamte elektrische Leistung, die der erste Motor MG1 verbraucht, durch den zweiten Motor MG2 wiedergewonnen wird.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf die grundlegende Drehmomentumwandlung in der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform. Die Leistungsabgabevorrichtung 110 kann jedoch auch andere Funktionen als auch die vorstehend beschriebene grundlegende Funktion ausführen, nach der die Drehmomentumwandlung für die gesamte von der Brennkraftmaschine 150 abgegebene Leistung erfolgt und nach der das umgewandelte Drehmoment an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird. Die möglichen Funktionen umfassen eine Funktion zum Laden der Batterie 194 mit elektrischer Überschussenergie und eine Funktion zum Ausgleichen einer unzureichenden elektrischen Energie mit der in der Batterie 194 gespeicherten elektrischen Leistung. Diese Funktionen werden dadurch erreicht, dass die Leistung, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird (das heißt, das Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne), die elektrische Energie Pm1, die von dem ersten Motor MG1 wiedergewonnen oder verbraucht wird, und die elektrische Energie Pm2, die von dem zweiten Motor MG2 wiedergewonnen oder verbraucht wird, reguliert werden.
Das oben ausgeführte Funktionsprinzip gilt unter der Annahme, dass der Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung durch das Planetengetriebe 120, die Motoren MG1 und MG2 und die Transistoren Tr1 bis Tr16 gleich dem Wert "1" ist, welcher 100% darstellt. In der Praxis ist der Umwandlungswirkungsgrad jedoch kleiner als der Wert "1", so dass die Energie Pe, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird, etwas größer sein muß als die Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, oder dass alternativ dazu die Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, etwas kleiner sein muß als die Energie Pe, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird. Als Beispiel kann die Energie Pe, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird, berechnet werden, indem die Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, mit dem reziproken Wert des Umwandlungswirkungsgrades multipliziert wird. In Zustand des Nomogramms der Fig. 5 kann das Drehmoment Tm2 des zweiten Motors MG2 berechnet werden, indem die durch den ersten Motor MG1 wiedergewonnene elektrische Leistung mit den Wirkungsgraden beider Motoren MG1 und MG2 multipliziert wird. Andererseits kann im Zustand des Nomogramms der Fig. 6 das Drehmoment Tm2 des zweiten Motors MG2 berechnet werden, indem die von dem ersten Motor MG1 verbrauchte elektrische Leistung durch die Wirkungsgrade der beiden Motoren MG1 und MG2 dividiert wird. In dem Planetengetriebe 120 ergibt sich infolge mechanischer Reibung oder dergleichen ein Energie- oder Wärmeverlust, wenngleich die Höhe des Energieverlustes im Vergleich zur betreffenden Gesamtenergie äußerst klein ist. Der Wirkungsgrad der Synchronmotoren, die als erster und zweiter Motor MG1 und MG2 verwendet werden, liegt nahezu bei dem Wert "1". Bekannte Bauelemente wie GTO-Thyristoren, die statt der Transistoren Tr1 bis Tr16 eingesetzt werden können, weisen einen äußerst geringen Durchschaltewiderstand auf. Der Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung ist somit praktisch gleich "1". Zur Vereinfachung der nachfolgenden Diskussion der Ausführungsform wird der Wirkungsgrad gleich "1" (= 100%) gesetzt, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die so ausgebildete Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform führt eine Drehmomentsteuerung aus, die einer Drehmomentsteuerungsroutine folgt, die im Flussdiagramm von Fig. 7 gezeigt ist. Die Drehmomentsteuerungsroutine wird in vorgegebenen Zeitintervallen (beispielsweise alle 4 ms) wiederholt, nachdem der Fahrer beispielsweise durch Umlegen eines (nicht gezeigten) Zündschalters eine Antriebsstartanweisung gibt. Wenn das Programm die Routine von Fig. 7 aufruft, liest die Steuerungs-CPU 190 der Steuereinheit 180 zunächst die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 und die Drehzahl der Hohlradwelle 126 im Schritt 100. Die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 kann aus dem Drehwinkel θs der Sonnenradwelle 125, die aus dem Drehmelder 139 gelesen wird, berechnet werden, wohingegen sich die Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 aus dem Drehwinkel θr der Hohlradwelle 126, die aus dem Drehmelder 149 gelesen wird, berechnen lässt.
Die Steuerungs-CPU 190 liest dann im Schritt S102 die vom Gaspedalstellungssensor 164a erfasste Gaspedalstellung AP. Der Fahrer tritt auf das Gaspedal 164, wenn er das Gefühl hat, dass das abgegebene Drehmoment nicht ausreichend ist. Der Wert der Gaspedalstellung AP ist folglich ein Maß für das gewünschte Drehmoment, das an die Hohlradwelle 126 und schließlich an die Antriebsräder 116 und 118 abgegeben werden soll. Die Steuerungs-CPU 190 bestimmt danach im Schritt S104 auf der Grundlage der eingegebenen Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 und der eingegebenen Gaspedalstellung AP einen Drehmomentbefehlswert Tr*, das heißt, ein Soll-Drehmoment, das an die Hohlradwelle 126 abgegeben werden soll. Nicht das Drehmoment, das an die Antriebsräder 116 und 118 abgebeben werden soll, sondern das Drehmoment, das an die Hohlradwelle 126 abgegeben werden soll, wird hier aus der Gaspedalstellung AP und der Drehzahl Nr berechnet. Der Grund dafür liegt darin, dass die Hohlradwelle 126 über das Leistungseinspeisungsrad 128, das Leistungsübertragungsrad 111 und das Differentialgetriebe 114 mechanisch mit den Antriebsrädern 116 und 118 verbunden ist und die Bestimmung des an die Hohlradwelle 126 abzugebenden Drehmomentes somit zur Bestimmung des an die Antriebsräder 116 und 118 abzugebenden Drehmomentes führt. In dieser Ausführungsform wird ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem Drehmomentbefehlswert Tr*, der Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 und der Gaspedalstellung AP zeigt, im Voraus erstellt und im ROM 190b abgespeichert. Der Drehmomentbefehlswert Tr*, der der eingegebenen Gaspedalstellung AP und der eingegebenen Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 entspricht, wird gemäß einem bestimmten Verfahren im Schritt 104 aus dem Kennfeld gelesen. Ein Beispiel von verfügbaren Kennfelder ist in Fig. 8 gezeigt.
Die Steuerungs-CPU 190 berechnet im Schritt S106 anschließend aus dem im Schritt S104 erhaltenen Drehmomentbefehlswert Tr* und der eingegebenen Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 den Betrag der an die Hohlradwelle 126 abzugebenden Energie Pr (Pr = Tr* · Nr) und gibt im Schritt 5108 ein Soll-Drehmoment Te* und eine Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150 auf der Basis der berechneten Betrag der Energie Pr vor. Da die von der Brennkraftmaschine 150 abgegebene Energie Pe definiert ist als das Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne, genügen die Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abzugeben ist, und das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150 der Beziehung Pr = Pe = Te* · Ne*. Es gibt jedoch zahlreiche Kombinationen aus dem Soll-Drehmoment Te* und der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150, die der obigen Beziehung genügen. In dieser Ausführungsform werden die für die jeweiligen Energiebeträge Pr vorteilhaften Kombinationen aus dem Soll-Drehmoment Te* und der Soll-Drehzahl Ne* im Voraus experimentell oder auf eine andere Art und Weise ermittelt und in Form eines Kennfeldes im ROM 190b gespeichert. Die vorteilhaften Kombinationen repräsentieren die Antriebspunkte, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine 150 bei größtmöglichem Wirkungsrad erlauben und die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei einer Veränderung der Betrag der Energie Pr stetig verschieben. In einem konkreten Verfahren wird im Schritt S108 diejenige Kombination aus dem Soll-Drehmoment Te* und der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine aus dem im ROM 190b gespeicherten Verzeichnis gelesen, die dem berechneten Energiebetrag Pr entspricht. Nachfolgend wird eine weitere Beschreibung des Verzeichnisses gegeben.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, das die Beziehung zwischen dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 150 (definiert durch das Drehmoment Te und die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine) und dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 150 zeigt. Die Kennlinie B in Fig. 9 stellt die Grenze des Betriebsfähigkeitsbereichs der Brennkraftmaschine dar, in dem die Brennkraftmaschine 150 betrieben werden kann. In den Betriebsfähigkeitsbereich der Brennkraftmaschine können Wirkungsgradkennlinien, wie die Kennlinien α1 bis α6, durch sukzessives Verbinden der Betriebspunkte mit gleichem Wirkungsgrad eingezeichnet werden. Weiter können in den Betriebsfähigkeitsbereich der Brennkraftmaschine Kennlinien konstanter Energie, die als das Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne ausgedrückt sind, wie etwa die Kennlinien C1-C1 bis C3- C3, eingezeichnet werden. Die graphische Darstellung der Fig. 10 zeigt den Wirkungsgrad der jeweiligen Betriebspunkte entlang der Kennlinien konstanter Energie C1-C1 bis C3-C3, aufgetragen gegenüber der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 variiert der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 150 für die gleiche Ausgangsenergie stark mit dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 150. Auf der Kennlinie konstanter Energie C1-C1 zum Beispiel erreicht der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 150 sein Maximum, wenn die Brennkraftmaschine 150 in einem Betriebspunkt A1 (Drehmoment Tel und Drehzahl Ne1) betrieben wird. Ein solcher Betriebspunkt, der den höchstmöglichen Wirkungsgrad erreicht, existiert auf jeder Kennlinie konstanter Energie, ein Betriebspunkt A2 für die Kennlinie konstanter Energie C2-C2 und ein Betriebspunkt A3 für die Kennlinie konstanter Energie C3- C3. Die Kennlinie A in Fig. 9 erhält man dadurch, dass man diese Betriebspunkte, die den höchstmöglichen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 150 für die jeweiligen Energiebeträge Pr erzielen, durch eine stetige Kennlinie verbindet. In dieser Ausführungsform wird das Kennfeld, das die Beziehung zwischen jedem Betriebspunkt (Drehmoment Te und Drehzahl Ne) auf der Kennlinie A und dem Energiebetrag Pr darstellt, im Schritt S108 des Flussdiagramms der Fig. 7 dazu verwendet, das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150 einzustellen.
Die Kennlinie A sollte aus dem folgenden Grund stetig sein. Wenn unstetige Kennlinien verwendet werden, um die Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 150 gegenüber einer Veränderung des Energiebetrags Pr einzustellen, ändert sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 150 mit einer Änderung des Energiebetrags Pr über die unstetigen Betriebspunkte hinaus abrupt. Durch die abrupte Änderung kann es vorkommen, dass der Betriebszustand nicht mehr weich auf ein Soll-Niveau verschoben wird und dadurch das Fahrzeug unsanft abgebremst oder sogar gestoppt wird. Dementsprechend kann nicht jeder Betriebspunkt auf der stetigen Kennlinie A dem Betriebspunkt entsprechen, der den höchstmöglichen Wirkungsgrad auf der Kennlinie konstanter Energie erreicht. In der graphischen Darstellung von Fig. 9 repräsentiert ein Betriebspunkt Amin, der durch ein Drehmoment Temin und eine Drehzahl Nemin definiert ist, einen Betriebspunkt von minimaler Energie, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben werden kann.
Nach der Vorgabe des Soll-Drehmoments Te* und der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150 ersetzt die Steuerungs-CPU 190 die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 in der vorstehend angegebenen Gleichung (2) durch die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150 und berechnet im Schritt 110 eine Soll-Drehzahl Ns* der Sonnenradwelle 125. Die Steuerungs-CPU 190 berechnet anschließend aus der berechneten Soll-Drehzahl Ns* der Sonnenradwelle 125 und dem Drehmomentbefehlswert Tr*, der im Schritt S104 erhalten wird, nach der nachstehend angegebenen Gleichung (5) im Schritt S112 einen Drehmomentbefehlswert Tm1* des ersten Motors MG1. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (5) wird aus dem Gleichgewicht an der in den Nomogrammen der Fig. 5 und 6 gezeigten dynamischen kollinearen Linie erhalten. Der zweite Term auf der rechten Seite ist ein proportionaler Term zur Beseitigung der Abweichung der Ist-Drehzahl Ns von der Soll- Drehzahl Ns*, und der dritte Term auf der rechten Seite ist ein integraler Term zur Beseitigung der stationären Abweichung. Im stationären Zustand (das heißt, wenn die Abweichung der Drehzahl Ns von der Soll-Drehzahl Ns* gleich Null ist), ist der Drehmomentbefehlswert Tm1* des ersten Motors gleich dem ersten Term auf der rechten Seite Tr*xp vorgegeben, der aus dem Gleichgewicht an der dynamisch kollinearen Linie erhalten wird. K1 und K2 in Gleichung (5) bezeichnen Proportionalitätskonstanten.
Tm1* ←Tr* · p + K1(Ns* - Ns) + K2 (Ns* - Ns)dt ... (5)
Die Steuerungs-CPU 190 berechnet anschließend im Schritt 114 eine Änderungsrate der Drehzahl der Sonnenradwelle 125 oder eine Winkelbeschleunigung die aus der Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 gemäß der nachstehend angegebenen Gleichung (6). In Gleichung (6) stellt "previous Ns" die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 dar, die im Schritt S100 eingegeben wird, als diese Routine zuletzt ausgeführt wurde, und Δt bezeichnet ein Intervall zwischen den jeweiligen Zyklen dieser Routine. "2π" im Zähler auf der rechten Seite der Gleichung (6) basiert auf der Tatsache, dass die Winkelgeschwindigkeit s und die Drehzahl ns der Sonnenradwelle 125 der Beziehung s = 2π · Ns [rad/sec]. Wenn diese Routine zum ersten Mal ausgeführt wird, nachdem der Fahrer den Zündschalter eingeschaltet hat, wird dem previous NS durch eine (nicht gezeigte) Initialisierungsroutine, die vor dieser Routine ausgeführt wird, der Wert "0" zugewiesen.
Die Steuerungs-CPU 190 berechnet im Schritt S116 das Drehmoment Ter, das über das Planetengetriebe 120 an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, aus der Winkelbeschleunigung dωs der Sonnenradwelle 125 gemäß der nachstehend angegebenen Gleichung (7). "Ime" im zweiten Term des Zählers auf der rechten Seite der Gleichung (7) stellt ein Trägheitsmoment des ersten Motors MG1 und der Brennkraftmaschine 150 dar, das am ersten Motor MG1 eines Trägheitssystems bestehend aus dem ersten Motor MG1 und der Brennkraftmaschine 150, die über das Planetengetriebe 120 mechanisch miteinander verbunden sind, zu beobachten ist. Das Produkt aus dem Trägheitsmoment Ime, das am ersten Motor MG1 zu beobachten ist, und der Winkelbeschleunigung d s des Rotors 132 des ersten Motors MG1 repräsentiert dementsprechend ein auf die Sonnenradwelle 125 wirkendes Drehmoment (auf das hierin nachstehend als Trägheitsmoment Bezug genommen wird). Der Zähler auf der rechten Seite der Gleichung (7) stellt somit ein auf die Sonnenrad 125 wirkendes resultierendes Drehmoment dar. Das Trägheitsmoment wirkt nach dem Trägheitsgesetz einer Änderung des Bewegungszustands entgegen. In dem Fall, in dem sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 150 hin zu einem Betriebspunkt mit höherer Drehzahl Ne verschiebt, wirkt das Trägheitsmoment gegen einen Anstieg der Drehzahl Ne. Das Trägheitsmoment hat dementsprechend einen negativen Wert in der Berechnung des auf die Hohlradwelle 126 ausgeübten Drehmoments Ter. Wenn sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 150 dagegen hin zu einem Betriebspunkt mit einer niedrigeren Drehzahl Ne verschiebt, wirkt das Trägheitsmoment gegen eine Abnahme der Drehzahl Ne. Wenn sich die Brennkraftmaschine 150 in einem stationären Betriebszustand befindet, ist die Winkelbeschleunigung d s der Sonnenradwelle 125 gleich Null, wodurch auch das Trägheitsmoment gleich Null ist.
Nach der Berechnung des Drehmoments Ter, das über das Planetengetriebe 120 an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, subtrahiert die Steuerungs-CPU 190 im Schritt S118 das berechnete Drehmoment Ter vom Drehmomentbefehlswert Tr*, um einen Drehmomentbefehlswert Tm2* des zweiten Motors MG2 zu setzen. Das Programm steuert anschließend den ersten Motor MG1, den zweiten Motor MG2 und die Brennkraftmaschine 150 auf der Grundlage der vorgegebenen Werte in den Schritten S120 bis 5124. Aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung sind die Steuerungsprozesse des ersten Motors MG1, des zweiten Motors MG2 und der Brennkraftmaschine 150 als separate Schritte gezeigt. Im tatsächlichen Verfahren werden diese Steuerungsprozesse jedoch parallel und umfassend ausgeführt. Beispielsweise steuert die Steuerungs-CPU 190 zugleich den ersten Motor MG1 und den zweiten Motor MG2 unter Verwendung eines Unterbrechungsprozesses, während sie der EFIECU 170 über ein Kommunikationssystem eine Anweisung zukommen lässt, die ermöglicht, dass die EFIECU 170 gleichzeitig die Brennkraftmaschine 150 steuert.
Der Steuerungsprozess des ersten Motors MG1 (Schritt 120 im Flussdiagramm von Fig. 7) folgt der Steuerungsroutine für den ersten Motor MG1, die in dem Flussdiagramm von Fig. 11 ausgeführt ist. Wenn das Programm die Routine von Fig. 11 aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 190 der Steuereinheit 180 im Schritt S180 zunächst den Drehwinkel θs der Sonnenradwelle 125 vom Drehmelder 139 und berechnet im Schritt S181 aus dem Drehwinkel θs der Sonnenradwelle 125 einen elektrischen Winkel θ1 des ersten Motors MG1. Da in dieser Ausführungsform ein Vierpolpaar-Synchronmotor (das heißt, vier N-Pole und vier S-Pole) als erster Motor MG1 verwendet wird, wird der Drehwinkel es der Sonnenradwelle 125 vervierfacht, um den elektrischen Winkel θ1 (θ1 = 406) zu erhalten. Die CPU 190 erfasst im Schritt S182 mit den Strommessern 195 bzw. 196 anschließend die Stromwerte Iu1 und Iv1, die durch die U-Phase und die V-Phase der Drehstromwicklungen 134 des ersten Motors MG1 fließen. Obwohl die Ströme selbstverständlich durch alle drei Phasen U, V und W fließen, ist eine Messung nur der Ströme erforderlich, die durch die zwei Phasen führen, da die Summe der Ströme gleich null ist. In dem nachfolgenden Schritt S184 führt die Steuerungs-CPU 190 eine Koordinatentransformation (Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation) unter Verwendung der im Schritt S182 erhaltenen Stromwerte aus, die durch die drei Phasen fließen. Die Koordinatentransformation bildet die Stromwerte, die durch die drei Phasen fließen, auf die Stromwerte ab, die durch d- und q-Achsen des Dauermagnet-Synchronmotors fließen, und erfolgt gemäß der nachstehenden Gleichung (8). Die Koordinatentransformation wird ausgeführt, da die Ströme, die durch die d- und q-Achsen fließen, für die Drehmomentsteuerung im Dauermagnet-Synchronmotor wesentlich ist. Alternativ dazu kann die Drehmomentsteuerung unmittelbar mit den Strömen, die durch die drei Phasen fließen, ausgeführt werden.
Nach der Transformation auf die Ströme der beiden Achsen berechnet die Steuerungs-CPU 190 im Schritt 186 Abweichungen der Ströme Id1 und Iq1, die tatsächlich durch die d- und q-Achsen fließen, von den Strombefehlswerten Id1* bzw. Iq1* der jeweiligen Achsen, die aus dem Drehmomentbefehlswert Tm1* des ersten Motors MG1 berechnet werden, und bestimmt anschließend die Spannungsbefehlswerte Vd1 und Vq1 für die d- und q-Achsen. Nach einem konkreten Verfahren führt die Steuerungs-CPU 190 arithmetische Operationen gemäß den nachstehend angegebenen Gleichungen (9) und Gleichungen (10) aus. In den Gleichungen (10) stellen Kp1, Kp2, Ki1 und Ki2 Koeffizienten dar, die an die Charakteristiken des verwendeten Motors angepasst sind. Jeder Spannungsbefehlswert Vd1 (Vq1) beinhaltet einen Teil, der proportional zur Abweichung ΔI vom Strombefehlswert I* (der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (10)) ist, und die Summe vergangener Daten für "I"-malige Abweichungen ΔI (der zweite Term auf der rechten Seite).
Die Steuerungs-CPU 190 transformiert im Schritt S188 die Koordinaten der so erhaltenen Spannungsbefehlswerte anschließend wieder zurück (Zweiphasen-Dreiphasen-Transformation). Dies entspricht einer Umkehrung der im Schritt S184 ausgeführten Transformation. Die Umkehrtransformation bestimmt die an die Drehstromwicklungen 134 angelegten tatsächlichen Spannungen Vu1, Vv1 und Vw1, die durch die nachstehend angegebenen Gleichungen (10) ausgedrückt sind:
Die eigentliche Spannungssteuerung wird durch einen Durchschalte-Sperr-Betrieb der Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Treiberschaltung 191 ausgeführt. Im Schritt S189 wird die Durchschalte- und Sperr-Zeit der Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Treiberschaltung 191 PWM (Pulsdauermodulation)-gesteuert, um die durch die obigen Gleichungen (11) bestimmten Spannungsbefehlswerte Vu1, Vv1 und Vw1 zu erhalten.
Es wird angenommen, dass der Drehmomentbefehlswert Tm1* des ersten Motors MG1 positiv ist, wenn das Drehmoment Tm1 in der in den Nomogrammen der Fig. 5 und 6 gezeigten Richtung angelegt wird. Für einen identischen positiven Drehmomentbefehlswert Tm1* wird der erste Motor MG1 so gesteuert, dass er einen Regenerationsbetrieb ausführt, wenn der Drehmomentbefehlswert Tm1*, wie im Zustand des Nomogramms der Fig. 5, der Drehung der Sonnenradwelle 125 entgegenwirkt, und dass er den Leistungsbetrieb ausführt, wenn der Drehmomentbefehlswert Tm1*, wie in dem Zustand des Nomogramms der Fig. 6, in der Richtung der Drehung der Sonnenradwelle 125 wirkt. Für den positiven Drehmomentbefehlswert Tm1* implementiert sowohl der Regenerationsbetrieb als auch der Leistungsbetrieb des ersten Motors MG1 die gleiche Schaltsteuerung. Gemäß einem konkreten Verfahren werden die Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Treiberschaltung 191 so gesteuert, dass durch eine Kombination des Magnetfelds, das durch die Dauermagnete 135, die an der äußeren Oberfläche des Rotors 132 angeordnet sind, erzeugt wird, mit dem umlaufenden Magnetfeld, das durch die Ströme erzeugt wird, die durch die Drehstromwicklungen 134 fließen, ein positives Drehmoment auf die Sonnenradwelle 125 ausgeübt werden kann. Die gleiche Schaltsteuerung wird sowohl für den Regenerationsbetrieb als auch für den Leistungsbetrieb des ersten Motors MG1 ausgeführt, sofern sich das Vorzeichen des Drehmomentbefehlswertes Tm1* nicht ändert. Die in dem Flussdiagramm von Fig. 11 gezeigte Steuerungsroutine des ersten Motors MG1 ist daher sowohl auf den Regnerationsbetrieb als auch auf den Leistungsbetrieb anwendbar. Wenn der Drehmomentbefehlswert Tm1* negativ ist, ändert sich der im Schritt S180 gelesene Drehwinkel θs der Sonnenradwelle 125 in umgekehrter Richtung. Die in Fig. 11 gezeigte Steuerungsroutine des ersten Motors MG1 ist somit auch für diesen Fall anwendbar.
Selbst wenn der Drehmomentbefehlswert Tm1* des ersten Motors MG1 gleich Null gesetzt ist, kann der erste Motor MG1 gemäß der Steuerungsroutine für den ersten Motor MG1 in Fig. 11 gesteuert werden. In diesem Fall kann der Sperrbetrieb sämtlicher Transistoren Tr1 bis Tr6 jedoch dieselben Effekte bewirken.
Der Steuerungsbetrieb des zweiten Motors MG2 (Schritt S122 im Flussdiagramm von Fig. 7) folgt der Steuerungsroutine für den zweiten Motor MG2, die in dem Flussdiagramm von Fig. 12 gezeigt ist. Der Steuerungsprozess des zweiten Motors MG2 ist identisch mit dem des ersten Motors MG1, außer dass der Drehmomentbefehlswert Tm2* und der Drehwinkel θr der Hohlradwelle 126 anstelle des Drehmomentbefehlswertes Tm1* und des Drehwinkels θs der Sonnenradwelle 125 des Steuerungsverfahrens des ersten Motors MG1 verwendet werden. Wenn das Programm die Routine von Fig. 12 aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 190 der Steuereinheit 180 im Schritt S190 zunächst den Drehwinkel θr der Hohlradwelle 126 von dem Drehmelder 149, und berechnet im Schritt S191 aus dem erfassten Drehwinkel θr der Hohlradwelle 126 einen elektrischen Winkel θ2 des zweiten Motors MG2. Im nachfolgenden Schritt S192 werden mit den Strommessern 197 und 198 die Phasenströme Iu2 bzw. Iv2 des zweiten Motors MG2 gemessen. Die Steuerungs-CPU 190 führt dann im Schritt S194 eine Koordinatentransformation für die Phasenströme aus, berechnet im Schritt S196 Spannungsbefehlswerte Vd2 und Vq2 und führt im Schritt S198 eine Umkehrkoordinatentransformation für die Spannungsbefehlswerte aus. Im Schritt S199 bestimmt die Steuerungs-CPU 190 anschließend die Durchschalte- und Sperr-Zeit der Transistoren Tr11 bis Tr16 in der zweiten Treiberschaltung 192 für den zweiten Motor MG2 und führt im Schritt S199 die PWM-Steuerung aus. Da der zweite Motor MG2 wie der erste Motor MG1 ein Vierpolpaar-Synchronmotor ist, wird der Drehwinkel θr der Hohlradwelle 126 vervierfacht, um den elektrischen Winkel θ2 zu erhalten (θ2 = 4θr).
Der zweite Motor MG2 wird ebenfalls so gesteuert, dass er auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Richtung des Drehmomentbefehlswertes Tm2* und der Drehrichtung der Hohlradwelle 126 entweder den Regenerationsbetrieb oder den Leistungsbetrieb auszuführt. Ebenso wie beim ersten Motor MG1 ist der im Flussdiagramm der Fig. 12 gezeigte Steuerungsprozess des zweiten Motors MG2 sowohl für den Regenerationsbetrieb als auch für den Leistungsbetrieb anwendbar. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass der Drehmomentbefehlswert Tm2* des zweiten Motors MG2 positiv ist, wenn das Drehmoment Tm2 in der im Nomogramm der Fig. 5 gezeigten Richtung ausgeübt wird.
Die Steuerung der Brennkraftmaschine 150 (Schritt S124 in dem Flussdiagramm von Fig. 7) wird in folgender Weise ausgeführt. Das Drehmoment Te und die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 werden so reguliert, dass die Brennkraftmaschine 150 in einem stationären Betriebszustand in dem Betriebspunkt gehalten werden kann, der durch das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine definiert ist. Gemäß einem konkreten Verfahren überträgt die Steuerungs-CPU 190 über ein Kommunikationssystem eine Anweisung an die EFIECU 170, und die EFIECU 70 steuert die Kraftstoffeinspritzmenge aus dem Einspritzventil 151 sowie die Stellung der Drosselklappe 166, so dass sich das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine 150 allmählich dem Soll-Drehmoment Te* bzw. der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine angleichen können. Wie es durch die vorstehend gegebene Gleichung (5) gezeigt ist, wird die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 dadurch gesteuert, dass die Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 mittels des ersten Motors MG1 reguliert wird. Der Steuerungsprozess der Brennkraftmaschine 150 beinhaltet dementsprechend eine Regulierung der Drosselklappe 166 und eine Regulierung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf die Ladeluftmenge, um zu ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine 150 das Soll-Drehmoment Te* abgibt. Im Ansprechen auf eine Brennkraftmaschinenbetrieb-Stoppanweisung, die von der Steuerungs-CPU 190 ausgegeben wird, unterbricht die EFIECU 170 die Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzventil 151 und die Anlegung einer Spannung an die Zündkerze 162 und schließt die Drosselklappe 166 vollständig.
Wie es vorstehend beschrieben ist, berechnet die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform das Trägheitsmoment, das erforderlich ist, um den Betriebspunkt zu verstellen, wenn sich der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine geändert hat, berechnet den Drehmomentbefehlswert Tm2* des zweiten Motors MG2 unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments und steuert den zweiten Motor MG2 an. Diese Struktur ermöglicht, dass das gewünschte Drehmoment an die Hohlradwelle 126 und schließlich an die Antriebsräder 116 und 118 auch in einer Übergangsphase abgegeben wird, in der sich der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verschiebt. Wenn sich die Brennkraftmaschine 150 in einem stationären Betriebszustand befindet, ist die Winkelbeschleunigung d s der Sonnenradwelle 125 gleich Null. Das Drehmoment Ter, das über das Planetengetriebe 120 an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird, wird dementsprechend aus dem Gleichgewicht an der dynamisch kollinearen Linie in den Nomogrammen der Fig. 5 und 6 erhalten, so dass das gewünschte Drehmoment an die Hohlradwelle 126 abgegeben werden kann. Diese Struktur ermöglicht, dass die Hohlradwelle 126 eine weiche Übergangskennlinie ohne wesentliche Drehmomentsprünge aufweist.
Die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform kann die Energie Pe, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben wird, in eine Leistung umwandeln, die durch das gewünschte Drehmoment und die Drehzahl definiert ist und anschließend an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird.
Die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform berechnet die Winkelbeschleunigung d s der Sonnenradwelle 125, berechnet das Trägheitsmoment, das auf die Sonnenradwelle 125 wirkt, durch Multiplizieren der Winkelbeschleunigung d s mit dem Trägheitsmoment, das am ersten Motor MG1 des Trägheitssystems bestehend aus dem ersten Motor MG1 und der Brennkraftmaschine 150 zu beobachten ist, und bestimmt dadurch das Drehmoment Ter, das über das Planetengetriebe 120 an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird. Eine andere mögliche Struktur kann eine Winkelbeschleunigung d e der Kurbelwelle 156 sowie durch Multiplizieren der Winkelbeschleunigung d e mit dem Trägheitsmoment, das an der Brennkraftmaschine 150 des Trägheitssystems bestehend aus dem ersten Motor MG1 und der Brennkraftmaschine 150 zu beobachten ist, das Trägheitsmoment berechnen, das auf die Kurbelwelle 156 wirkt, und dadurch das Drehmoment Ter auf der Grundlage des berechneten Trägheitsmoments bestimmen. In diesem Fall können beispielsweise die Prozesse der Schritte S114 und S116 in der Drehmomentsteuerungsroutine von Fig. 7 ersetzt werden durch die Prozesse der Schritte S214 bis S216 einer modifizierten Drehmomentsteuerungsroutine, die in dem Flussdiagramm von Fig. 13 gezeigt ist. In dieser modifizierten Drehmomentsteuerungsroutine liest die Steuerungs-CPU 190 im Schritt S214 die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150, berechnet im Schritt S215 die Winkelbeschleunigung d e der Kurbelwelle 156 aus der eingegebenen Drehzahl Ne gemäß einer der Gleichung (6) gleichwertigen Gleichung, und berechnet im Schritt S216 das Drehmoment Ter aus der Winkelbeschleunigung d e gemäß der nachstehend gegebenen Gleichung (12). "Iem" im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (12) stellt ein Trägheitsmoment des ersten Motors MG1 und der Brennkraftmaschine 150 dar, das an der Brennkraftmaschine 150 des Trägheitssystems bestehend aus dem ersten Motor MG1 und der Brennkraftmaschine 150, die über das Planetengetriebe 120 mechanisch miteinander verbunden sind, zu beobachten ist. Die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 kann aus der Drehzahl Ns der Sonnenradwelle 125 und der Drehzahl Nr der Hohlradwelle 126 gemäß der in eine geeignete Form umgeschriebene Gleichung (2) berechnet werden. Die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 kann alternativ dazu aus dem Drehwinkel der Kurbelwelle berechnet werden, der mit einem an der Kurbelwelle angebrachten Drehmelder gemessen wird. Die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 150 kann andernfalls über ein Kommunikationssystem von der EFIECU als ein Signal eingegeben werden, das durch den am Verteiler 160 angebrachten Drehzahlsensor 170 erfasst wird.
Die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform stellt das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 150 auf der Grundlage der Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben werden soll, ein und stellt die Energie Pr mit der von der Brennkraftmaschine 150 abgegebene Energie Pe zur Verfügung. Eine andere mögliche Struktur kann einen Teil der Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben werden soll, mit der von der Batterie 194 abgegebenen elektrischen Energie zur Verfügung stellen oder die Brennkraftmaschine 150 in die Lage versetzen, die Energie Pe abzugeben, die größer ist als die Energie Pr, um dadurch die Batterie 194 mit Überschussenergie laden zu können. In diesem Fall wird die für die Berechnung im Schritt S108 in der Drehmomentsteuerungsroutine von Fig. 7 verwendete Gleichung durch die nachstehend angegebene Gleichung (13) ersetzt. "Pb" in Gleichung (13) bezeichnet eine elektrische Energie, mit der die Batterie 194 geladen oder die der Batterie 194 entnommen wird. Pb hat einen positiven Wert beim Laden der Batterie 194 und einen negativen Wert beim Entladen der Batterie 194. Diese Struktur ermöglicht, dass beim Laden oder Entladen der Batterie 194 das gewünschte Drehmoment zuverlässig an die Hohlradwelle 126 abgegeben wird.
Pr + Pb = Te* · Ne* ... (13)
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform wird die Drehmomentsteuerungsroutine von Fig. 7 für die Übergangsphase verwendet, in der die Brennkraftmaschine 150 ununterbrochen betrieben wird und sich der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 150 ändert. Die Drehmomentsteuerungsroutine von Fig. 7 ist ebenfalls anwendbar für eine Übergangsphase, in der der Betrieb der Brennkraftmaschine 150 unterbrochen ist. In diesem Fall sind das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine auf Null eingestellt. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 150 wird beispielsweise unterbrochen, wenn die Energie Pr, die an die Hohlradwelle 126 abgegeben werden soll, kleiner ist als die minimale Energie Pe, die von der Brennkraftmaschine 150 abgegeben werden kann (das heißt, die Energie Pe im Betriebspunkt Amin, der durch das Drehmoment Temin und die Drehzahl Nemin in der graphischen Darstellung von Fig. 9 definiert ist), oder wenn der Fahrer eine Anweisung gibt, die Brennkraftmaschine zum Schutz der Umwelt anzuhalten.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform werden das Soll-Drehmoment Te* und die Soll- Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine eingestellt, um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 150 zu erhöhen. Das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine können jedoch auch eingestellt werden, um die Emissionen zu senken oder den Geräuschpegel der Brennkraftmaschine 150 zu reduzieren.
Im Fall der Leistungsabgabevorrichtung 110C der Ausführungsform wird die an die Hohlradwelle 126C abgegebene Leistung über das Leistungseinspeisungsrad 128, das mit dem Hohlrad 122 in Verbindung steht, der Anordnung zwischen dem ersten Motor MG1 und dem zweiten Motor MG2 entnommen. Wie im Fall einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 110A, die in Fig. 14 als ein modifiziertes Beispiel gezeigt ist, kann die Leistung jedoch auch aus dem Gehäuse 119 entnommen werden, aus dem sich die Hohlradwelle 126 erstreckt. Fig. 15 zeigt eine weitere Leistungsabgabevorrichtung 110B als ein weiteres modifiziertes Beispiel, in dem die Brennkraftmaschine 150, das Planetengetriebe 120, der zweite Motor MG2 und der erste Motor MG1 in dieser Reihenfolge angeordnet sind. In diesem Fall muß die Sonnenradwelle 125B keine Hohlstruktur aufweisen, wohingegen eine hohle Hohlradwelle 126B erforderlich ist. Diese modifizierte Struktur ermöglicht, dass die an die Hohlringwelle 126B abgegebene Leistung der Anordnung zwischen der Brennkraftmaschine und dem zweiten Motor MG2 entnommen wird.
Die Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform und deren modifizierte Beispiele, die vorstehend diskutiert sind, werden für ein FR- oder FF-Zweiradantriebsfahrzeug verwendet. In einem weiteren modifizierten Beispiel von Fig. 16 ist die Leistungsabgabevorrichtung 110C jedoch in einem Vierradantriebsfahrzeug eingesetzt. In dieser Struktur ist der zweite Motor MG2 von der Hohlradwelle 126 getrennt und unabhängig davon im Hinterradbereich des Fahrzeugs angeordnet, um die hinteren Antriebsräder 117 und 119 anzutreiben. Die Hohlradwelle 126 ist dagegen mit dem Differentialgetriebe 114 verbunden, um die vorderen Antriebsräder 116 und 118 anzutreiben. Die vorstehend diskutierte Drehmomentsteuerungsroutine von Fig. 7 ist gleichermaßen auf diese Struktur anwendbar.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform oder deren modifizierte Beispiele beschränkt; vielmehr gibt es viele Modifikationen, Veränderungen und Abwandlungen, die im Umfang und Konzept der wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung liegen.
Wenngleich in der Leistungsabgabevorrichtung der Ausführungsform ein Benzinmotor als die Brennkraftmaschine 150 verwendet wird, ist das Prinzip der Erfindung beispielsweise ebenso für andere Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung oder Brennkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung, wie z. B. Dieselmotoren, Turbinenmotoren und Düsentriebwerken, verwendbar.
In der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform wird das Planetengetriebe 120 als die 3-Wellen- Leistungsentnahme-/Leistungsabgabeeinrichtung verwendet. Ein weiteres mögliches Beispiel ist ein Doppelplanetenrad-Planetengetriebe mit mehreren Planetenradsätzen. Ein Planetenrad in jedem Paar ist mit dem Sonnenrad verbunden, während das andere mit dem Hohlrad verbunden ist, und die beiden Planetenräder sind so miteinander verbunden, dass sie um das Sonnenrad laufen, während sich dieses um seine Achse dreht. Anstelle der 3-Wellen-Leistungsentnahme-/Leistungsabgabeeinrichtung kann jede andere Vorrichtung oder Getriebeeinheit, wie z. B. ein Differentialgetriebe, verwendet werden, sofern auf der Grundlage vorgegebener Leistungen, die an beliebige zwei der drei Wellen abgegeben bzw. beliebigen zwei der drei Wellen entnommen werden, die Leistung bestimmt werden kann, die an die verbleibende Welle abgegeben bzw. der verbleibenden Welle entnommen wird.
In der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform werden als der erste Motor MG1 und der zweite Motor MG2 Dauermagnet (PM)-Synchronmotoren verwendet. Beliebige andere Motoren, die sowohl den Regenerationsbetrieb als auch den Leistungsbetrieb implementieren können, wie z. B. Synchronmotoren mit verstellbarer Reluktanz (VR), Vernier-Motoren, Gleichstrommotoren, Induktionsmotoren, supraleitende Motoren und Schrittmotoren können jedoch in Abhängigkeit von den Erfordernissen ebenfalls verwendet werden.
In der Leistungsabgabevorrichtung 110 der Ausführungsform werden Transistor-Wechselrichter als die erste und zweite Treiberschaltung 191 und 192 verwendet. Weitere mögliche Beispiele umfassen IGBT (insulated gate bipolar mode transistor)-Inverter, Thyristor-Wechselrichter, Spannungs-PWM (pulse width modulation)-Wechselrichter, Rechteckwellen-Wechselrichter (Spannungswechselrichter und Stromwechselrichter) und Resonanz-Wechselrichter.
Die Batterie 194 in der obigen Ausführungsform kann Pb-Zellen, NiMH-Zellen, Li-Zellen oder ähnliche Zellen enthalten. Anstelle der Batterie 194 kann ein Kondensator verwendet werden.
Obwohl die Leistungsabgabevorrichtung in der obigen Ausführungsform in einem Fahrzeug eingebaut ist, kann sie auch in andere Transportmittel, wie Schiffe und Flugzeuge, sowie in eine Vielzahl von Industriemaschinen eingebaut werden.

Claims

1. Leistungsabgabevorrichtung (110), die Leistung an eine Antriebswelle (112) abgibt und aufweist:

eine Brennkraftmaschine (150) mit einer Ausgangswelle (156),

einen ersten Motor (MG1), der eine Drehwelle aufweist und Leistung an die Drehwelle abgibt bzw. der Drehwelle entnimmt,

einen zweiten Motor (MG2), der Leistung an die Antriebswelle (112) abgibt bzw. der Antriebswelle (112) entnimmt,

eine 3-Wellen-Leistungsabgabe- /Leistungsentnahmeeinrichtung (120) mit drei Wellen, die mit der Antriebswelle (112), der Ausgangswelle (156) bzw. der Drehwelle in Verbindung stehen, wobei die 3-Wellen- Leistungsabgabe/Leistungsentnahmeeinrichtung (120) in Abhängigkeit von den an zwei der drei Wellen abgegebenen bzw. zwei der drei Wellen entnommenen bestimmten Leistungen eine Leistung an die verbleibende Welle abgibt bzw. der verbleibenden Welle entnimmt,

eine Speicherbatterieeinrichtung (94), die mit einer vom ersten Motor (MG1) abgegebenen elektrischen Leistung geladen wird, die entladen wird, um eine an den ersten Motor (MG1) abgegebene elektrische Leistung zu liefern, die mit einer vom zweiten Motor (MG2) abgegebenen elektrischen Leistung geladen wird, und die entladen wird, um eine an den zweiten Motor (MG2) abgegebene elektrische Leistung zu liefern,

eine Soll-Leistungseinstelleinrichtung (S106), die eine an die Antriebswelle (112) abzugebende Soll-Leistung einstellt,

eine Antriebszustandseinstelleinrichtung (S108), die den Antriebszustand der Brennkraftmaschine (150) in Abhängigkeit von der durch die Soll-Leistungseinstelleinrichtung (S106) eingestellten Soll-Leistung einstellt,

eine Betriebssteuereinrichtung (170, 180, 191, S120, S124), die die Brennkraftmaschine (150) und den ersten Motor (MG1) steuert, um die Brennkraftmaschine (150) in dem durch die Antriebszustandseinstelleinrichtung (S108) eingestellten Antriebszustand betreiben zu können, und eine Motorsteuereinrichtung (180, 192, S122), die den zweiten Motor (MG2) steuert, um die Soll-Leistung an die Antriebswelle (112) abgeben zu können, gekennzeichnet durch

eine Leistungsberechnungseinrichtung (S114, S116), die die Leistung, die über die 3-Wellen-Leistungsabgabe/Leistungsentnahmeeinrichtung (120) in Verbindung mit der Steuerung der Brennkraftmaschine (150) und des ersten Motors (MG1) durch die Betriebssteuereinrichtung an die Antriebswelle (112) abgegeben bzw. der Antriebswelle (112) entnommen wird, unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments des ersten Motors (MG1) und der Brennkraftmaschine (150), die über die 3-Wellen-Leistungsabgabe/Leistungsentnahmeeinrichtung (120) mechanisch miteinander in Verbindung stehen und dadurch ein Trägheitssystem bilden, berechnet,

wobei die Motorsteuereinrichtung (180, 192, S122) den zweiten Motor (MG2) in Abhängigkeit von der durch die Leistungsberechnungseinrichtung (S114, S116) berechneten Leistung und der durch die Soll-Leistungseinstelleinrichtung (S106) eingestellten Soll-Leistung steuert.

2. Leistungsabgabevorrichtung (110) nach Anspruch 1, wobei die Antriebszustandseinstelleinrichtung (S108) eine Einrichtung aufweist, die den Antriebszustand der Brennkraftmaschine (150) einstellt, damit die Brennkraftmaschine (150) eine Leistung entsprechend der Soll-Leistung abgeben kann.

3. Leistungsabgabevorrichtung (110) nach Anspruch 2, wobei die Antriebszustandseinstelleinrichtung (S108) weiter eine Einrichtung aufweist, die den Antriebszustand der Brennkraftmaschine (150) einstellt, um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (150) zu erhöhen.

4. Leistungsabgabevorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leistungsberechnungseinrichtung (S114, S116) die an die Antriebswelle (112) abgegebene bzw. der Antriebswelle (112) entnommene Leistung in Abhängigkeit von der Änderungsrate der Drehzahl der Ausgangswelle (156) der Brennkraftmaschine (150) berechnet.

5. Leistungsabgabevorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leistungsberechnungseinrichtung (S114, S116) die an die Antriebswelle (112) abgegebene bzw. der Antriebswelle (112) entnommene Leistung in Abhängigkeit von der Änderungsrate der Drehzahl der Drehwelle des ersten Motors (MG1) berechnet.

6. Leistungsabgabevorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Antriebszustandseinstelleinrichtung (S108) eine Einrichtung aufweist, die als den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (150) einen Betriebsstopzustand einstellt, wenn die Soll-Leistung niedriger ist als ein vorgegebener Wert.

7. Leistungsabgabevorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Antriebszustandseinstelleinrichtung (S108) eine Einrichtung aufweist, die als den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (150) einen Betriebsstopzustand einstellt, wenn der Fahrer eine bestimmte Anweisung gibt.