本發明涉及混合動力車輛,且更特定地涉及包括發動機、第一馬達、第二馬達和行星齒輪機構的混合動力車輛。
背景技術:
傳統上,提出有一種包括單向離合器的混合動力車輛,所述單向離合器在發動機在向前方向上旋轉時放開且在發動機意圖于在反向方向上旋轉時鎖止(例如,參見日本專利申請公開no.2002-012046(jp2002-012046a))。在此混合動力車輛中,當發動機轉速為負值時,判定在單向離合器中存在故障。混合動力車輛包括行星齒輪和驅動馬達。行星齒輪包括經由齒輪機構等聯接到驅動輪的齒圈、連接到發電機馬達的太陽齒輪和連接到發動機的輸出軸的齒輪架。驅動馬達連接到連接于齒圈的齒輪機構。單向離合器連接到發動機的輸出軸。在此車輛中,當轉矩在使發動機在反方向上旋轉的方向從發電機馬達輸出時在發動機的運行停止的狀態中,轉矩通過單向離合器支承,因此可將轉矩作為反作用力輸出到齒圈。通過以此方式運行,車輛通過從發電機馬達輸出的轉矩和從驅動馬達輸出的轉矩行駛。
技術實現要素:
一般地,檢測發動機的轉速的傳感器不能判定旋轉方向是正還是負,因此,要求使用能判定旋轉方向是正還是負的傳感器以便如在以上所述的混合動力車輛的情形中檢測發動機轉速是負值。如果使用此傳感器,則成本升高。
本發明提供了混合動力車輛,所述混合動力車輛進一步合適地判定例如單向離合器、行星齒輪系等的旋轉限制機構中的故障。
本發明的一個方面提供了混合動力車輛。混合動力車輛包括發動機、第一馬達、第二馬達、行星齒輪系、旋轉限制機構、電池和電子控制單元。行星齒輪系包括行星齒輪,并且行星齒輪系的旋轉元件被連接到發動機、第一馬達、第二馬達和被聯接到車軸的驅動軸。旋轉限制機構被構造成限制發動機的旋轉。電池被構造成與第一馬達和第二馬達交換電力。電子控制單元被構造成:i)在雙馬達驅動模式中,控制第一馬達和第二馬達,使得驅動軸所要求的要求轉矩從第一馬達和第二馬達輸出到驅動軸,在所述雙馬達驅動模式中,混合動力車輛在發動機的旋轉受到限制的狀態中通過使用來自第一馬達和第二馬達的轉矩來行駛,并且ii)在雙驅動模式中,在當驅動軸的第一轉速和驅動軸的第二轉速之間的偏差大于閾值時,判定在行星齒輪系和旋轉限制機構的任一個中存在故障,驅動軸的第一轉速被從發動機的旋轉受到限制時從第一馬達的轉速計算出來,驅動軸的第二轉速被從第二馬達的轉速計算出來。
在以上所述的混合動力車輛中,在混合動力車輛在雙驅動模式(在所述雙馬達驅動模式中,混合動力車輛在發動機的旋轉受到限制的狀態中通過使用來自第一馬達和第二馬達的轉矩來行駛)中行駛的同時,驅動軸的轉速(第一轉速)被從在發動機的旋轉受到限制時的第一馬達的轉速計算出來,并且驅動軸的轉速(第二轉速)被從第二馬達的轉速計算出來。當第一轉速和第二轉速之間的偏差大于閾值時,判定在限制發動機的旋轉的行星齒輪系和旋轉限制機構的任一個中存在故障。當旋轉限制機構或行星齒輪機構正常運行時,第一轉速和第二轉速在傳感器誤差等的可允許的范圍內一致。因此,當第一轉速和第二轉速之間的偏差大于事先被設定為接近可允許范圍的上限的值的閾值時,可判定在旋轉限制機構或行星齒輪系中存在故障。因此,能夠進一步合適地判定旋轉限制機構或行星齒輪系中的故障。第一轉速和第二轉速之間的偏差意味著第一轉速和第二轉速之間的差的絕對值。
在如此構造的混合動力車輛中,行星齒輪系可包括單小齒輪式行星齒輪。單小齒輪式行星齒輪可包括聯接到第一馬達的太陽齒輪、聯接到驅動軸的齒圈和聯接到多個小齒輪并且聯接到發動機的齒輪架。電子控制單元可被構造成在第一轉速比第二轉速高出閾值或更多時,判定在旋轉限制機構或小齒輪中存在故障。
在被構造成包括單小齒輪式行星齒輪的混合動力車輛中,旋轉限制機構可以是允許發動機的向前旋轉但不允許發動機的反向旋轉的單向離合器。電子控制單元可被構造成:在所述電子控制單元在判定在旋轉限制機構和小齒輪的任一個中存在故障之后啟動發動機時,i)當從第一馬達的轉速和第二馬達的轉速計算出來的轉速與發動機的轉速之間的差小于或等于預定的差時,判定單向離合器中存在故障,并且ii)當所述差大于預定的差時,判定小齒輪中存在故障。
在以上所述的混合動力車輛中,在單向離合器中存在故障(離合器功能中的故障)的情況中,因為在雙驅動模式中發動機向反向旋轉側旋轉,所以第一轉速增大;然而,在啟動發動機時,發動機向向前旋轉側正常旋轉,因此發動機轉速正常地增大。為此原因,發動機轉速和從第一馬達的轉速和第二馬達的轉速計算出來的發動機轉速之間的差落在由于傳感器誤差等的可允許的范圍(預定的差)內。另一方面,在小齒輪中存在故障(空轉故障)的情況中,因為在雙驅動模式中的小齒輪空轉,所以第一轉速增大,在發動機啟動時,因為小齒輪空轉,發動機轉速也不正常地增大。為此原因,發動機轉速和從第一馬達的轉速和第二馬達的轉速計算出來的發動機轉速之間的差落在可允許的范圍(預定的差)外側。基于此事實,將單向離合器中的故障和小齒輪中的故障彼此區分。因此,能夠進一步合適地判定單向離合器中的故障和小齒輪中的故障。
在此情況中,電子控制單元可被構造成:i)在判定單向離合器中存在故障時,允許混合動力模式和單驅動模式,所述混合動力模式是在雙驅動模式被禁止的同時混合動力車輛通過使用來自發動機的動力和來自第一馬達和第二馬達的轉矩來行駛的模式,所述單驅動模式是混合動力車輛在發動機被置于旋轉停止狀態中的同時通過使用來自僅僅第二馬達的轉矩來行駛的模式,并且ii)當判定小齒輪中存在故障時,在禁止雙驅動模式和混合動力模式的同時允許單驅動模式。因此,在單向離合器中存在故障(離合器功能中的故障)或在小齒輪中存在故障(空轉故障)的情況中,混合動力車輛可行駛而不損壞其他部件。
在被構造成包括單小齒輪式行星齒輪的混合動力車輛中,行星齒輪系可包括聯接到第二馬達和齒圈的減速齒輪。電子控制單元可被構造成:當第一轉速比第二轉速低出閾值或更多時,判定在減速齒輪中存在故障。因此,能夠判定在設在行星齒輪系中的減速齒輪中的故障。
在此情況中,當電子控制單元判定在減速齒輪中存在故障時,電子控制單元可被構造成禁止除發動機馬達驅動模式和第一馬達單驅動模式之外的驅動模式。發動機馬達驅動模式可以是混合動力車輛通過使用來自發動機的動力和來自第一馬達的轉矩來行駛的模式。第一馬達單驅動模式可以是混合動力車輛通過使用來自僅僅第一馬達的轉矩來行駛的模式。因此,在減速齒輪中存在故障的情況中,混合動力車輛能夠行駛而不損壞其他部件。
附圖說明
本發明的示例性實施例的特征、優點以及技術和工業重要性將在下文中參考附圖描述,其中相同的附圖標記指示相同的元件,且其中:
圖1是示意性地示出了根據本發明的第一實施例的混合動力車輛的構造的構造圖;
圖2是示出了在馬達雙驅動模式中執行的故障檢測處理例程的示例的流程圖;
圖3是圖示了在混合動力車輛以馬達雙驅動模式行駛時的列線圖的示例的圖;
圖4是圖示了在單向離合器的離合器功能中存在故障(釋放故障)時的列線圖的示例的圖;
圖5是圖示了馬達的負荷率相對于發動機的轉速的示例的圖;
圖6是圖示了在發動機正在啟動時的列線圖的示例的圖;
圖7是圖示了在減速齒輪中存在故障時的列線圖的示例的圖;
圖8是示意性地示出了根據第二實施例的混合動力車輛的構造的構造圖;
圖9是示意性地示出了根據第三實施例的混合動力車輛的構造的構造圖;
圖10是圖示了在混合動力車輛在離合器被設定為接合狀態并且制動器被設定為釋放狀態的狀態中在馬達雙驅動模式中行駛時的列線圖的示例的圖;
圖11是圖示了在混合動力車輛在離合器被設定為釋放狀態并且制動器被設定為接合狀態的狀態中在馬達雙驅動模式中行駛時的列線圖的示例的圖;
圖12是圖示了在圖10中所示的狀態中單向離合器中發生故障時的列線圖的示例的圖;并且
圖13是圖示了在圖11中所示的狀態中單向離合器中發生故障時的列線圖的示例的圖。
具體實施方式
將描述本發明的實施例。
圖1是示意性地示出了根據本發明的第一實施例的混合動力車輛20的構造的構造圖。
如在圖1中所示,根據第一實施例的混合動力車輛20包括發動機22、行星齒輪30、單向離合器cl1、馬達mg1、mg2、逆變器41、42、電池50和混合動力電子控制單元(在后文中稱為hv-ecu)70。
發動機22被構造成通過使用汽油、輕油等作為燃料輸出動力的內燃機。發動機22受到運行控制,所述運行控制通過發動機電子控制單元(在后文中稱為發動機ecu)24來執行。
雖然在圖中未示出,但發動機ecu24是微處理器,所述微處理器主要包括cpu,并且除cpu外進一步包括rom、ram、輸入/輸出端口和通信端口。rom存儲處理程序。ram臨時地存儲數據。
對發動機22執行運行控制所要求的來自多種傳感器的信號經由輸入端口輸入到ecu24。從多種傳感器輸入的信號的一部分包括曲柄角θcr和節氣門開度th。曲柄角θcr從檢測發動機22的曲軸26的旋轉位置的曲柄位置傳感器23輸入。節氣門開度th從檢測節氣門的位置的節氣門位置傳感器輸入。
用于對發動機22進行運行控制的多種控制信號從發動機ecu24經由輸出端口輸出。多種控制信號的一部分包括:輸出到調整節氣門的位置的節氣門馬達的驅動控制信號、輸出到燃料噴射閥的驅動控制信號和輸出到與點火器一體的點火線圈的驅動控制信號。
發動機ecu24經由通信端口連接到hv-ecu70。發動機ecu24響應于來自hv-ecu70的控制信號執行對發動機22的控制。發動機ecu24在需要時將關于發動機22的運行狀態的數據輸出到hv-ecu70。發動機ecu24基于來自曲柄位置傳感器23的曲柄角度θcr計算曲軸26的角速度和轉速,即發動機22的角速度ωne和轉速ne。
行星齒輪30是單小齒輪式行星齒輪機構。行星齒輪30包括太陽齒輪31、齒圈32、多個小齒輪33和齒輪架34。太陽齒輪31是外齒輪。齒圈32是內齒輪。多個小齒輪33與太陽齒輪31和齒圈32嚙合。齒輪架34支承多個小齒輪33使得每個小齒輪33可自轉并且可公轉。馬達mg1的轉子連接到太陽齒輪31。驅動軸36連接到齒圈32。驅動軸36經由差速齒輪38和齒輪機構37聯接到驅動輪39a、39b。發動機22的曲軸26經由阻尼器28連接到齒輪架34。潤滑油通過機油泵(未示出)被提供到行星齒輪30。潤滑油也通過齒輪架34等的旋轉被供給到小齒輪33。
單向離合器cl1連接到齒輪架34,并且也連接到固定到車身的外殼21。單向離合器cl1僅允許齒輪架34在發動機22的向前旋轉方向上的相對于外殼21的旋轉。
馬達mg1例如是同步發電-電動機。如上所述,馬達mg1的轉子連接到行星齒輪30的太陽齒輪31。馬達mg2例如是同步發電-電動機。馬達mg2的轉子經由減速齒輪35連接到驅動軸36。逆變器41、42與電池50一起連接到電線54。平滑電容器57連接到電線54。馬達mg1、mg2中的每個馬達被驅動以在對逆變器41、42中的對應的一個逆變器的多個開關元件(未示出)的開關控制下旋轉,所述開關控制通過馬達電子控制單元(后文中稱為馬達ecu)40執行。
雖然在圖中未示出,但馬達ecu40是微處理器,所述微處理器主要包括cpu并且除cpu外進一步包括rom、ram、輸入/輸出端口和通信端口。rom存儲處理程序。ram臨時地存儲數據。
執行對馬達mg1、mg2的驅動控制所要求的來自多種傳感器的信號經由輸入端口被輸入到馬達ecu40。來自多種傳感器的信號的一部分包括:旋轉位置θm1、θm2和相電流。旋轉位置θm1從檢測馬達mg1的轉子的旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器43輸入。旋轉位置θm2從檢測馬達mg2的轉子的旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器44輸入。相電流從分別檢測流過馬達mg1、mg2中的每個馬達的相的電流的電流傳感器輸入。
開關控制信號等從馬達ecu40輸出到逆變器41、42的開關元件(未示出)。
馬達ecu40經由通信端口連接到hv-ecu70。馬達ecu40響應于來自hv-ecu70的控制信號執行對馬達mg1、mg2的驅動控制。馬達ecu40在需要時將關于馬達mg1、mg2的驅動狀態的數據輸出到hv-ecu70。馬達ecu40基于來自旋轉位置檢測傳感器43的馬達mg1的轉子的旋轉位置θm1計算馬達mg1的轉速nm1,且基于來自旋轉位置檢測傳感器44的馬達mg2的轉子的旋轉位置θm2計算馬達mg2的轉速nm2。
電池50例如是鋰離子蓄電池或鎳金屬氫化物蓄電池。如上所述,電池50與逆變器41、42一起連接到電線54。電池50通過電池電子控制單元(后文中稱為電池ecu)52管理。
雖然在圖中未示出,但電池ecu52是微處理器,所述微處理器主要包括cpu并且除cpu外進一步包括rom、ram、輸入/輸出端口和通信端口。rom存儲處理程序。ram臨時地存儲數據。
管理電池50所要求的來自多種傳感器的信號經由輸入端口輸入到電池ecu52。來自多種傳感器的信號的一部分包括:電池電壓vb,電池電流ib(電池電流ib在電池50放電時具有正值)和電池溫度tb。電池電壓vb從安裝在電池50的端子之間的電壓傳感器51a輸出。電池電流ib從連接到電池50的輸出端子的電流傳感器51b輸出。電池溫度tb從連接到電池50的溫度傳感器51c輸出。
電池ecu52經由通信端口連接到hv-ecu70。電池ecu52在需要時將關于電池50的狀態的數據輸出到hv-ecu70。電池ecu52將充電和放電功率pb計算為來自電壓傳感器51a的電池電壓vb和來自電流傳感器51b的電池電流ib的乘積。電池ecu52基于來自電流傳感器51b的電池電流ib的累計值計算荷電狀態soc。荷電狀態soc是從電池50可放電的電力的容量與電池50的總容量的百分比。
雖然在圖中未示出,但hv-ecu70是微處理器,所述微處理器主要包括cpu并且除cpu外進一步包括rom、ram、輸入/輸出端口和通信端口。rom存儲處理程序。ram臨時地存儲數據。
來自多種傳感器的信號經由輸入端口輸入到hv-ecu70。來自多種傳感器的信號的一部分包括:點火信號、檔位sp、加速器操作量acc、制動踏板位置bp和車速v。點火信號從點火開關80輸出。檔位sp從檢測換檔桿81的操作位置的檔位傳感器82輸出。加速器操作量acc從檢測加速器踏板83的壓下量的加速器踏板位置傳感器84輸出。制動踏板位置bp從檢測制動踏板85的壓下量的制動踏板位置傳感器86輸出。車速v從車速傳感器88輸出。
如上所述,hv-ecu70經由通信端口連接到發動機ecu24、馬達ecu40和電池ecu52。hv-ecu70與發動機ecu24、馬達ecu40和電池ecu52交換多種控制信號和數據。
根據第一實施例的如此構造的混合動力車輛20在混合動力驅動模式(hv驅動模式)或電驅動模式(ev驅動模式)中行駛。hv驅動模式是混合動力車輛20通過使用來自發動機22、馬達mg1和馬達mg2的動力來行駛的模式。ev驅動模式是發動機22的運行停止并且混合動力車輛20通過使用來自馬達mg1和馬達mg2的動力來行駛的模式。ev驅動模式包括馬達單驅動模式和馬達雙驅動模式。在馬達單驅動模式中,不從馬達mg1輸出轉矩,并且混合動力車輛20通過使用來自僅僅馬達mg2的轉矩行駛。在馬達雙驅動模式中,混合動力車輛20通過使用來自馬達mg1的轉矩和來自馬達mg2的轉矩來行駛。
然后,將描述根據第一實施例的如此構造的混合動力車輛20的運行,特別是在混合動力車輛20在馬達雙起動模式中行駛的同時判定在單向離合器cl1、小齒輪33或減速齒輪35中是否存在故障的運行。圖2是示出了根據第一實施例的通過hv-ecu70執行的故障檢測處理例程的示例的流程圖。此例程在將馬達雙起動模式被設定為驅動模式并且判定發動機22的運行停止時執行。
當執行故障檢測處理例程時,hv-ecu70最初輸入馬達mg1、mg2的轉速nm1、nm2(步驟s100)。基于來自旋轉位置檢測傳感器43的馬達mg1的轉子的旋轉位置θm1計算出來的值被允許從馬達ecu40經由通信輸入。基于來自旋轉位置檢測傳感器44的馬達mg2的轉子的旋轉位置θm2計算出來的值被允許從馬達ecu40經由通信輸入。
隨后,假定發動機22的轉速ne為零,則從馬達mg1的轉速nm1計算出作為驅動軸36的轉速的第一轉速np1,并且從馬達mg2的轉速nm2計算出作為驅動軸36的轉速的第二轉速np2(步驟s110)。圖3示出了在混合動力車輛20以馬達雙驅動模式行駛時的列線圖的示例。在圖中,左側s軸線代表太陽齒輪31的轉速和馬達mg1的轉速nm1,c軸線代表齒輪架34的轉速和發動機22的轉速ne,r軸線代表齒圈32的轉速和驅動軸36的轉速np,且右端m軸線代表減速齒輪35處減速之前齒輪的轉速和馬達mg2的轉速nm2。s軸線上的寬線箭頭指示從馬達mg1輸出的轉矩,m軸線上的寬線箭頭指示從馬達mg2輸出的轉矩,并且r軸線上的兩個寬線箭頭分別指示了從馬達mg1輸出到驅動軸36的轉矩和從馬達mg2輸出到驅動軸36的轉矩。ρ指示行星齒輪30的傳動比(太陽齒輪31的齒數/齒圈32的齒數)。gr指示減速齒輪35的傳動比。如從列線圖中顯見,第一轉速np1被允許計算為馬達mg1的轉速nm1和傳動比ρ的乘積(nm1×ρ),且第二轉速np2被允許計算為馬達mg2的轉速nm2和傳動比gr的倒數的乘積(nm2/gr)。在單向離合器cl1、行星齒輪30或減速齒輪35中不存在故障時,如此計算的第一轉速np1和第二轉速np2在傳感器誤差等的可允許范圍內彼此一致。
隨后,判定發動機22的運行是否停止(步驟s120)。當發動機22的運行不停止時(發動機22在運行中),判定驅動模式已從馬達雙驅動模式改變為另一個驅動模式(例如,hv驅動模式),在此之后例程結束。當發動機22的運行停止時,判定馬達雙驅動模式正在繼續,并且將計算出的第一轉速np1和第二轉速np2相互比較(步驟s130)。
當第一轉速np1高于或等于第二轉速np2時,判定通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)是否大于閾值npref(步驟s140)。閾值npref事先確定為可允許范圍的上限值,在所述可允許范圍內第一轉速np1和第二轉速np2之間的差被允許,例如由于在單向離合器cl1、行星齒輪30或減速齒輪35中無故障時的正常運行期間的傳感器誤差所導致,或閾值npref可確定為接近上限值的值,并且例如可設定為400rpm、500rpm、600rpm等。因此,在單向離合器cl1、行星齒輪30或減速齒輪35中無故障時的正常運行期間,通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)小于等于閾值npref。在此情況中,將單向離合器cl1或小齒輪33的故障計數器cw清零(步驟s150),并且然后處理返回到步驟s100。另一方面,當在步驟s130中判定第一轉速np1低于第二轉速np2時,判定通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)是否小于閾值-npref(步驟s280)。閾值-npref通過將以上所述的閾值npref與-1相乘得到。在單向離合器cl1、行星齒輪30或減速齒輪35中無故障時的正常運行期間,通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)大于或等于閾值-npref((np1-np2)的絕對值小于或等于npref)。在此情況中,將用于減速齒輪35的故障計數器cr清零(步驟s290),并且處理返回到步驟s100。因此,在單向離合器cl1、行星齒輪30或減速齒輪35中無故障時的正常運行期間,在馬達雙驅動模式正繼續的同時,步驟s100至步驟s150、步驟s280和步驟s290重復地執行。
當在步驟s140中判定通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)大于閾值npref時,將用于單向離合器cl1或小齒輪33的故障計數器cw計數加1(步驟s160)。然后,判定故障計數器cw是否大于閾值cwref(步驟s170)。當故障計數器cw小于或等于閾值cwref時,處理返回到步驟s100。因此,當通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)大于閾值npref的狀態繼續時,步驟s100至步驟s170被重復,直至故障計數器cw變成大于閾值cwref。閾值cwref取決于以上所述的步驟s100至s170的重復的頻率(時間間隔)變化,并且與兩秒、三秒等對應的計數器值用作經過的時間。圖4示出了在單向離合器cl1的離合器功能中存在故障(釋放故障)時的列線圖的示例。在圖中虛線示出如下狀態,即假定發動機22的轉速ne為零而從馬達mg1的轉速nm1將第一轉速np1計算為驅動軸36的轉速。在圖4中,因為在單向離合器cl1的離合器功能中存在故障(釋放故障),所以發動機22的轉速為負轉速;然而,假定發動機22的轉速ne為零而基于馬達mg1的轉速nm1計算驅動軸36的轉速,所以第一轉速np1高于從驅動軸36的實際轉速或馬達mg2的轉速nm2計算出來的第二轉速np2。在第一實施例中,當判定通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)大于閾值npref時,將馬達mg1的負荷率km1設定為在發動機22的轉速降低(轉速ne的絕對值增大)時降低,以防止發動機22在反向方向上高速旋轉。圖5示出了馬達mg1的負荷率km1相對于發動機22的轉速ne的示例。負荷率km1用于與馬達mg1的轉矩指令tm1*相乘。在圖5中的示例中,因為負荷率km1設定為在發動機22的在反向旋轉側的-500rpm至-1000rom的范圍內從1.0至0線性地變化,所以發動機22不以高于1000rpm的轉速在反向旋轉側上旋轉。
當判定故障計數器cw大于閾值cwref時,判定在單向離合器cl1或行星齒輪30的小齒輪33中存在故障(步驟s180),并且禁止馬達雙驅動模式(步驟s190)。如在圖4中所示,如果在單向離合器cl1中存在故障時混合動力車輛20以馬達雙驅動模式行駛,則關心發動機22在反向方向旋轉且由于發動機22的反向旋轉導致部件損壞。為此原因,禁止混合動力車輛20在馬達雙驅動模式中行駛。當圖4中的虛線指示了小齒輪33中存在故障(小齒輪33空轉的故障)的情況中,圖4示出了在小齒輪33中出現故障(小齒輪33空轉的故障)時的列線圖的示例。在小齒輪33空轉時,馬達mg1的轉速nm1的絕對值增大,因此第一轉速np1變得高于第二轉速np2。以此方式,當在小齒輪33中存在故障時混合動力車輛20在馬達雙驅動模式中行駛時,由于小齒輪33的空轉,來自馬達mg1的轉矩不能傳遞到驅動軸36。為此原因,禁止混合動力車輛20在馬達雙驅動模式中行駛。
當因為在單向離合器cl1或小齒輪33中存在故障而禁止馬達雙驅動模式時,等待發動機22的啟動(步驟s200)。當發動機22啟動時,在發動機啟動時馬達mg1、mg2的轉速nm1、nm2和發動機22的轉速ne被輸入(步驟s210)。發動機22的轉速ne可基于來自曲柄位置傳感器23的曲柄角度θcr計算出來,并且可從發動機ecu24經由通信輸入。基于馬達mg1、mg2的輸入轉速nm1、nm2計算出的計算轉速nec作為發動機22的轉速(步驟s220)。圖6示出了在發動機22正在啟動時的列線圖的示例。允許通過使用馬達mg1的轉速nm1、第二轉速np2和行星齒輪30的傳動比ρ以比例計算{(np2+ρ×nm1)/(1+ρ)}來獲得計算轉速nec。因為第二轉速np2是馬達mg2的轉速nm2和減速齒輪35的傳動比gr的倒數的沉積(nm2/gr),所以計算轉速nec為{(nm2/gr+ρ×nm1)/(1+ρ)}。
判定發動機22的轉速ne和計算轉速nec之間的差的絕對值是否小于或等于閾值neref(步驟s230)。閾值neref事先確定為由于傳感器誤差等的可允許范圍的上限值,或事先確定為接近上限值的值。當發動機22的轉速ne和計算轉速nec之間的差的絕對值小于或等于閾值neref時,判定發動機22的轉速ne正在正常地增大,并且判定單向離合器cl1中存在故障(步驟s240)。在單向離合器cl1中存在故障(離合器功能中的故障)的情況中,僅發動機22的反向旋轉側的限制不能執行;然而,不干涉發動機22的向前旋轉側上的運行。因此,混合動力車輛可在馬達單驅動模式或hv驅動模式中行駛,允許所述馬達單驅動模式或hv驅動模式(步驟s250),在此之后例程結束。
另一方面,當發動機22的轉速ne和計算轉速nec之間的差的絕對值大于閾值neref時,判定發動機22的轉速ne不正常地增大,并且判定小齒輪33中存在故障(步驟s260)。在小齒輪33中存在故障(空轉故障)的情況中,因為小齒輪33空轉所以發動機22的轉速ne不增大,其結果是轉速ne和計算轉速nec之間的差增大。在此情況中,不能夠傳遞馬達mg1的轉矩,因此不能夠啟動發動機22。因此,混合動力車輛20能夠僅在馬達單驅動模式中行駛,因此僅允許馬達單驅動模式(步驟s270),在此之后例程結束。
當在步驟s280中判定通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)小于閾值(-npref)((np1-np2)的絕對值大于npref)時,用于減速齒輪35的故障計數器cr被計數加1(步驟s300)。判定故障計數器cr是否大于閾值crref(步驟s310)。當故障計數器cr小于或等于閾值crref時,處理返回到步驟s100。因此,當通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)小于閾值(-npref)(絕對值較大)的狀態繼續時,步驟s100至步驟s130、步驟s280和步驟s300被重復,直至故障計數器cr變成大于閾值crref。閾值crref取決于以上所述的步驟s100至s130、s280和s300的重復的頻率(時間間隔)變化,且與兩秒、三秒等對應的計數器值用作經過的時間。圖7示出了在減速齒輪35中存在故障時的列線圖的示例。在圖中,虛線示出如下狀態,即假定減速齒輪35正常而從馬達mg2的轉速nm2計算作為驅動軸36的轉速的第二轉速np2。在圖7中,因為減速齒輪35中存在故障,所以第二轉速np2高于驅動軸36的實際轉速或從馬達mg1的轉速nm1計算出的第一轉速np1。
當判定故障計數器cr大于閾值crref時,判定在減速齒輪35中存在故障(步驟s320),僅允許其中混合動力車輛20通過使用來自發動機22的動力和來自馬達mg1的轉矩來行駛的發動機馬達驅動模式和其中混合動力車輛20通過使用來自僅僅馬達mg1的轉矩來行駛的mg1單驅動模式(步驟s330),在此之后例程結束。當減速齒輪35中存在故障時,不能從馬達mg2將轉矩傳遞到驅動軸36,因此要求禁止馬達雙驅動模式、hv驅動模式和通過使用馬達mg2的馬達單驅動模式。另一方面,在通過使用單向離合器cl1獲得反作用力時,能夠從馬達mg1向驅動軸36輸出轉矩,并且在通過使用馬達mg1獲得反作用力時,能夠從發動機22向驅動軸36輸出動力。為此原因,僅允許其中混合動力車輛20通過使用來自發動機22的動力和來自馬達mg1的轉矩來行駛的發動機馬達驅動模式。
使用根據第一實施例的以上所述的混合動力車輛20,在馬達雙驅動模式中,假定發動機22的轉速ne為零,則從馬達mg1的轉速nm1計算第一轉速np1作為驅動軸36的轉速,且從馬達mg2的轉速nm2計算第二轉速np2作為驅動軸36的轉速。通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)大于閾值npref的狀態繼續,并且當故障計數器cw變成大于閾值cwref時,判定單向離合器cl1或行星齒輪30的小齒輪33中存在故障。當以此方式進行判定時,在發動機22下次啟動時,在發動機22的轉速ne正常增大時判定在單向離合器cl1中存在故障,并且在發動機22的轉速ne不正常增大時,判定小齒輪33中存在故障。通過從第一轉速np1減去第二轉速np2所獲得的值(np1-np2)小于閾值(-npref)(絕對值較大)的狀態繼續,并且在故障計數器cr變成大于閾值crref時,判定減速齒輪35中存在故障。以此方式,能夠合適地判定單向離合器cl1中的故障、小齒輪33中的故障或減速齒輪35中的故障。
利用根據第一實施例的混合動力車輛20,當判定在單向離合器cl1或小齒輪33中存在故障時,禁止馬達雙驅動模式。當判定在單向離合器cl1中存在故障時,允許馬達單驅動模式和hv驅動模式。當判定在小齒輪33中存在故障時,僅允許馬達單驅動模式。當判定在減速齒輪35中存在故障時,僅允許混合動力車輛20通過使用來自發動機22的動力和來自馬達mg1的轉矩來行駛的發動機馬達驅動模式。以此方式,通過禁止或允許驅動模式,即使在單向離合器cl1、小齒輪33或減速齒輪35中存在故障時也可保證行駛。
在根據第一實施例的混合動力車輛20中,提供了減速齒輪35。替代地,馬達mg2可直接連接到驅動軸36而不提供減速齒輪35。在此情況中,步驟s280至步驟s330的處理在圖2中所示的故障檢測處理例程中是不需要的。
在根據第一實施例的混合動力車輛20中,單向離合器cl1連接到齒輪架34。替代地,如在根據圖8中所示的第二實施例的混合動力車輛20中所圖示,制動器br1可連接到齒輪架34。制動器br1將齒輪架34固定(連接)到外殼21使得齒輪架34不可旋轉,或從外殼21釋放齒輪架34使得齒輪架34可旋轉。在此情況中,在馬達雙驅動模式中,基本地,在齒輪架34通過制動器br1的接合而被固定的同時混合動力車輛220行駛。為此原因,在圖2中所示的故障檢測處理例程中,單向離合器cl1中的故障可視作制動器br1中的故障。
在根據第一實施例的混合動力車輛20中,單行星齒輪30和減速齒輪35被設置作為行星齒輪系。替代地,可設置兩個或更多個行星齒輪作為行星齒輪系。在此情況中,可采用根據圖9中所示的第三實施例的混合動力車輛320。
根據圖9中所示的第三實施例的混合動力車輛320包括行星齒輪330、340作為混合動力車輛20的行星齒輪30的替代而作為行星齒輪系,并且也包括離合器cl2和制動器br2。
行星齒輪330是單小齒輪式行星齒輪。行星齒輪330包括太陽齒輪331、齒圈332、多個小齒輪333和齒輪架334。太陽齒輪331是外齒輪。齒圈332是內齒輪。多個小齒輪333與太陽齒輪331和齒圈332嚙合。齒輪架334支承多個小齒輪333使得每個小齒輪333可自轉并且可公轉。馬達mg2的轉子連接到太陽齒輪331。發動機22的曲軸26連接到齒圈332。驅動軸336經由差速齒輪38聯接到驅動輪39a、39b并且齒輪機構37連接到齒輪架334。
行星齒輪340是單小齒輪式行星齒輪。行星齒輪340包括太陽齒輪341、齒圈342、多個小齒輪343和齒輪架344。太陽齒輪341是外齒輪。齒圈342是內齒輪。多個小齒輪343與太陽齒輪341和齒圈342嚙合。齒輪架344支承多個小齒輪343使得每個小齒輪343可自轉并且可公轉。馬達mg1的轉子連接到太陽齒輪341。驅動軸336連接到齒輪架344。
離合器cl2將行星齒輪330的太陽齒輪331和馬達mg2的轉子連接到行星齒輪340的齒圈342或釋放它們之間的連接。制動器br2將行星齒輪340的齒圈342固定(連接)到外殼21使得齒圈342不可旋轉,或從外殼21釋放齒圈342使得齒圈342可旋轉。
圖10是示出了在混合動力車輛320在離合器cl2被設定到接合狀態并且制動器br2被設定到釋放狀態中的狀態中在馬達雙驅動模式中行駛時的行星齒輪330、340的列線圖的示例的圖。圖11是示出了在混合動力車輛320在離合器cl2被設定到釋放狀態并且制動器br2被設定到接合狀態的狀態中在馬達雙驅動模式中行駛時的行星齒輪330、340的列線圖的示例的圖。在圖10和圖11中,s1和r2軸線代表行星齒輪330的太陽齒輪331的轉速、行星齒輪340的齒圈342的轉速和馬達mg2的轉速nm2。c1和c2軸線代表行星齒輪330、340的齒輪架334、344的轉速和驅動軸336的轉速。r1軸線代表行星齒輪330的齒圈332的轉速和發動機22的轉速ne。s2軸線代表行星齒輪340的太陽齒輪341的轉速和馬達mg1的轉速nm1。在圖10和圖11中,c1和c2軸線中的兩個寬線箭頭分別指示了在轉矩tm1從馬達mg1輸出時的輸出到驅動軸336的轉矩(tm1×k1)和在轉矩tm2從馬達mg2輸出時的輸出到驅動軸336的轉矩(tm2×k2)。轉換系數k1是用于將馬達mg1的轉矩轉換為驅動軸336的轉矩的系數。轉換系數k2是用于將馬達mg2的轉矩轉換為驅動軸336的轉矩的系數。
在圖10的情況中,離合器cl2被設定為接合狀態,因此作為馬達mg2的轉速nm2的行星齒輪330的太陽齒輪331的轉速與行星齒輪340的齒圈342的轉速相同。因此,行星齒輪330、340作為所謂的四元件行星齒輪系工作。在此情況中,在馬達雙驅動模式中,在馬達mg1的轉速nm1向負側增大的方向(圖中向下的方向)上的轉矩tm1從馬達mg1輸出到行星齒輪340的太陽齒輪341,并且在馬達mg2的轉速nm2向正側增大的方向(圖中向上的方向)上的轉矩tm2從馬達mg2輸出到行星齒輪330的太陽齒輪331和行星齒輪340的齒圈342。因此,在行星齒輪330的齒圈332(發動機22)被置于旋轉停止狀態的同時,混合動力車輛320能夠通過使用來自馬達mg1和馬達mg2的轉矩來行駛。
在圖11的情況中,在馬達雙驅動模式中,在馬達mg1的轉速nm1向正側增大的方向(圖中向上的方向)上的轉矩tm1從馬達mg1輸出到行星齒輪340的太陽齒輪341,并且在馬達mg2的轉速nm2向正側增大的方向(圖中向上的方向)上的轉矩tm2從馬達mg2輸出到行星齒輪330的太陽齒輪331和行星齒輪340的齒圈342。因此,在行星齒輪330的齒圈332(發動機22)被置于旋轉停止狀態的同時,混合動力車輛320能夠通過使用來自馬達mg1和馬達mg2的轉矩來行駛。
圖12是圖示了在混合動力車輛320在離合器cl2被設定為接合狀態并且制動器br2被設定為釋放狀態的同時在馬達雙驅動模式中行駛的狀態(圖10中示出的狀態)中在單向離合器cl1中發生故障時的列線圖的實例的圖。在圖中,連續線示出在單向離合器cl1中存在故障的狀態。虛線示出假定發動機22的轉速ne為零而從馬達mg1的轉速nm1計算出第一轉速np1作為驅動軸336的轉速的狀態。點劃線示出假定發動機22的轉速ne為零而從馬達mg2的轉速nm2計算出第二轉速np2作為驅動軸336的轉速的狀態。如在圖中所示,當單向離合器cl1中存在故障時,第一轉速np1高于第二轉速np2。為此原因,在根據第三實施例的混合動力車輛320中的在圖10中所示的狀態中的馬達雙驅動模式中,也能夠通過使用圖2中所示的故障檢測處理例程中的步驟s100至步驟s190判定單向離合器cl1中是否存在故障。
圖13是圖示了在混合動力車輛320在離合器cl2被設定為釋放狀態并且制動器br2被設定為接合狀態的同時在馬達雙驅動模式中行駛的狀態(圖11中示出的狀態)中在單向離合器cl1中發生故障時的列線圖的實例的圖。在圖中,連續線示出在單向離合器cl1中存在故障的狀態。虛線示出假定發動機22的轉速ne為零而從馬達mg2的轉速nm2計算出第二轉速np2作為驅動軸336的轉速的狀態。如在圖中所示,當單向離合器cl1中存在故障時,第一轉速np1低于第二轉速np2。為此原因,在根據替代施例的混合動力車輛320中的在圖11中所示的狀態中的馬達雙驅動模式中,能夠通過將圖2中所示的故障檢測處理例程中的步驟s100至步驟s190中的第一轉速np1和第二轉速np2互換來判定單向離合器cl1中是否存在故障。
將描述實施例的主要元件和在發明內容中描述的本發明的主要元件之間的對應關系。在每個實施例中,發動機22對應于發動機,馬達mg1對應于第一馬達,馬達mg2對應于第二馬達,行星齒輪30和減速齒輪35對應于行星齒輪系,單向離合器cl1對應于旋轉限制機構,電池50對應于電池,發動機ecu24、馬達ecu40和hv-ecu70的組合對應于電子控制單元,并且執行圖2中所示的故障檢測處理例程的hv-ecu70對應于電子控制單元。
對于實施例的主要元件和在發明內容中描述的本發明的主要元件之間的對應關系,每個實施例是用于特別地闡述執行在發明內容中描述的本發明的模式的示例。每個實施例不意圖于限制在發明內容中描述的元件。即,在發明內容中描述的本發明應基于發明內容中的描述解釋,并且每個實施例僅是發明內容中描述的本發明的具體示例。
以上描述了本發明的實施例;然而,本發明不限制于這些實施例。當然,本發明可以以多種方式實施而不偏離本發明的范圍。
本發明可應用于混合動力車輛等的制造工業中。