專利名稱：動力輸出裝置及控制該動力輸出裝置的方法
技術領域：
本發明涉及具有內燃機和電動發電機組的動力輸出裝置，其中電動發電機組組與內燃機機械連接，并給內燃機施加一個很大的載荷。本發明還涉及控制動力輸出裝置的方法。
近年來，有人提出了以具有內燃機和電動發電機組組的混合式動力輸出裝置作為動力輸出裝置，在該裝置內，電動發電機組與內燃機機械連接，并給內燃機施加一個很大的載荷。這種混合式動力輸出裝置包括串聯式混合式動力輸出裝置和并聯式混合式動力輸出裝置。在串聯式混合式動力輸出裝置中，內燃機的動力不直接傳送給驅動軸，而是由電動發電機組將其再生成電力的形式，其中所說的電動發電機組與內燃機機械地連接。另一方面，在并聯式動力輸出裝置內，內燃機的動力和電動發電機組的動力都被傳送給驅動軸。在并聯式混合式動力輸出裝置的一個實施例中，從內燃機輸出的動力被分成傳送給驅動軸的動力部分和傳送給電動發電機組的動力部分。與驅動軸相連接的第二電動機被電動發電機組產生的電力所驅動，從而將所需的電力輸出給驅動軸。
在混合式動力輸出裝置中，內燃機的傳動條件由內燃機的參數特性所控制，例如燃料的供給量，負載扭矩和與內燃機相連接的電動發電機組的轉速。電動發電機組的動力輸出給驅動軸。這樣就對扭矩輸出到驅動軸有一個要求，內燃機可在停止，空轉，或被電動發電機組強行轉動的電動回轉狀態下。
然而，在混合式動力輸出裝置中，在內燃機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態的過渡周期內可能產生相對短時間的沖擊或沖擊振動，其中在負載傳動狀態下，電動發電機組對內燃機施加一個載荷；在空載狀態下，沒有載荷施加在內燃機上。當這種混合式動力輸出裝置安裝在汽車上時，駕駛員和乘客會感覺到震動。這就破壞了混合式動力汽車良好的乘坐和駕駛性能。
在并聯式混合式動力輸出裝置中，即采用齒輪作為動力分配機構的輸出裝置中，在過渡周期內將會產生發響噪音。由于這種混合式動力輸出裝置最近才被推出，所以這樣的問題還沒有被進一步指出。
本發明的目的是提供一種混合式動力輸出裝置及內燃機控制裝置，這種內燃機控制裝置可防止在過渡周期內的震動和噪音，其中過渡周期是指內燃機的傳動條件從負載狀態切換到空載狀態的時間，在負載狀態下，電動發電機組將載荷作用于內燃機上，在空載狀態下，無載荷作用于內燃機上。
至少部分上述和其它相關的目的可通過本發明的第一動力輸出裝置來實現，其中第一動力輸出裝置包括內燃機和電動發電機組，電動發電機組與內燃機機械連接，并對內燃機施加一個很大的載荷。第一動力輸出裝置包括一扭矩變化限制裝置，該裝置控制內燃機和電動發電機組，目的是限制在過渡周期內從電動發電機組輸出的扭矩變化達到或低于一預定的水平，在所說的過渡周期內，內燃機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態，在負載傳動狀態下，電動發電機組對內燃機施加一個載荷；在空載傳動狀態下，無載荷作用于內燃機上。
在本發明的第一動力輸出裝置上，扭矩變化限制裝置限制了電動發電機組輸出扭矩在過渡周期內的變化，從而有效地減小了震動，其中所說的電動發電機組與內燃機機械連接；所說的過渡周期是指內燃機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態的時間。在闡述這種作用之前，先來說明傳統的動力輸出裝置震動的原因。本發明就是基于對這種原因的說明。
在混合式動力輸出裝置中，內燃機的轉速可通過調節與內燃機機械連接的電動發電機組的載荷而被控制。當混合式動力輸出裝置內的內燃機處于負載傳動狀態時，電動發電機組輸出一個負扭矩，從而以一預定的轉速使內燃機轉動。另一方面，當內燃機處于空載狀態時，電動發電機組的輸出扭矩幾乎為零。電動發電機組的輸出扭矩被反饋式控制，目的是使內燃機的轉速保持在一預定水平。調節燃料的噴射量及有關內燃機的其它參數，以使內燃機能夠輸出所需的扭矩。
現在假設內燃機的傳動條件由負載傳動狀態切換到空載傳動狀態。在負載傳動狀態下，要求內燃機輸出預定的動力。在空載狀態，內燃機所需的動力減少。由于電動發電機組被反饋式控制，所以內燃機所需動力的改變不會引起電動發電機組輸出扭矩的改變。因此，電動發電機組就可繼續輸出負扭矩，這種負扭矩就是在負載傳動狀態下的輸出扭矩。從電動發電機組輸出的扭矩可降低內燃機的轉速。當被降低的轉速低于空載狀態下的目標轉速時，反饋式控制就會使電動發電機組輸出一個正扭矩，并提高內燃機的轉速。從而，電動發電機組的輸出扭矩可從負值顯著變化至零或正值。傳統的動力輸出裝置僅采用內燃機作為動力輸出裝置，而混合式動力輸出裝置具有大型的電動發電機組。因此，扭矩的突變產生了明顯的震動。當負載狀態下的動力輸出裝置以接近空載狀態下目標轉速的轉速被驅動時，這種現象尤其明顯。
有關混合式動力輸出裝置的這種現象還未被發表，自然也就沒有對這種現象的原因的分析。本發明的申請人已進行了各種實驗和分析，并說明了這種現象的主要原因，而且開發出本發明的動力輸出裝置。本發明的動力輸出裝置將過渡狀態下電動發電機組的輸出扭矩之變化限制在一預定范圍內，從而減小了震動，在過渡狀態下，內燃機的傳動條件由負載狀態切換到空載狀態。
許多裝置可用來防止電動發電機組輸出扭矩的變化。一種現有的裝置可在過渡周期內執行電動發電機組的開路控制，而不是反饋式控制，以實現輸出扭矩的逐漸變化。另一種現有的裝置可使由反饋式控制確定的扭矩指令值受變化限制程序的支配，從而抑制了輸出扭矩的變化。
根據動力輸出裝置的一個最佳實施例，扭矩變化限制裝置控制著處于負載傳動狀態下的內燃機和電動發電機組，以使內燃機的最小轉速保持在一特定的水平上，該水平大于空載傳動狀態下的目標轉速一預定值。
在這種最佳的結構中，還要求動力輸出裝置具有一電動發電機組的控制單元，該控制單元可基于所觀測到的內燃機的轉速控制電動發電機組的運作。扭矩變化限制單元的預定值取決于由于電動發電機組控制的延遲產生的內燃機轉速的降低。
在這種最佳結構的動力輸出裝置中，負載傳動狀態下的內燃機的最小轉速保持大于空載傳動狀態時的目標轉速一預定值。即使當內燃機所需的動力通過切換到空載傳動狀態而被降低，內燃機降低的轉速不會明顯低于空載狀態下的目標轉速。因此，就不必為了增加內燃機的轉速而將電動發電機組的輸出扭矩從負值突然變化到正值。從而使該裝置有效地防止了震動。
根據動力輸出裝置的另一個最佳實施例，電動發電機組成為第一電動發電機組，而電動發電機組的控制單元成為第一電動發電機組的控制單元。該動力輸出裝置還包括一用于輸出動力的傳動軸；一第二電動發電機組，該電動發電機組給傳動軸施加一個扭矩；和第二電動發電機組的控制單元，該控制單元調節從第二電動發電機組輸出的扭矩，目的是使從傳動軸輸出的扭矩與所需的扭矩相一致。這種扭矩變化的限制單元反饋式控制第一電動發電機組以一特定的反應速度運作，該特定的反應速度低于第二電動發電機組控制單元的反應速度。
在該最佳實施例的動力輸出裝置中，為使傳動軸的扭矩輸出與所需扭矩相一致，可調節第二電動發電機組的扭矩輸出。即使與內燃機機械連接的第一電動發電機組之輸出扭矩存在變化，第二電動發電機組也可抵消這種變化，從而有效減少了震動。另外還要求從第二電動發電機組輸出的扭矩之變化足以接受第一電動發電機組的扭矩變化。在這種最佳實施例的動力輸出裝置中，第一電動發電機組的反應速度被設置為低于第二電動發電機組的反應速度。這樣就能夠消除第一電動發電機組的扭矩變化。
根據本發明的又一最佳實施例，動力輸出裝置還包括用于輸出動力的傳動軸；和具有三個轉軸的行星齒輪，其中行星齒輪的三個轉軸分別與內燃機、電動發電機組及傳動軸相連接。
在這種動力輸出裝置中，內燃機，電動發電機組，及傳動軸通過行星齒輪彼此機械連接。因此，電動發電機組扭矩的變化就會被直接傳送給傳動軸。從而，本發明的實施例顯著減小了震動。當在輸入行星齒輪各個轉軸的扭矩之間滿足一特定的條件時，在行星齒輪內將產生發響噪音，這些都是公知的。雖然還沒有完全闡述這種發響噪音的起因，但是可將其原因歸結于輸出各個轉軸上的扭矩突變。本發明的結構可防止電動發電機組的扭矩變化，從而減少了發響噪音。
本發明還涉及第二動力輸出裝置，該動力輸出裝置具有一內燃機和一與內燃機相連接并對內燃機施加一個很大的載荷的電動發電機組。這種第二動力輸出裝置包括一電動發電機組的控制單元，該控制單元基于內燃機的轉速反饋式地控制電動發電機組的運行；和一內燃機控制單元，該控制單元控制著內燃機，以使負載傳動狀態下的內燃機的最小轉速保持一特定的水平，該特定的水平比空載傳動狀態下的目標轉速高出一預定值，其中在負載傳動狀態下，電動發電機組將載荷作用于內燃機上，而在空載傳動狀態下，沒有載荷作用于內燃機上。
與第一動力輸出裝置一樣，本發明的第二動力輸出裝置可減小過渡周期內的震動，在所說的過渡周期內，內燃機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態。基于相似的原則，這種動力輸出裝置也可減小過渡周期內的震動，在過渡周期內，內燃機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態。在空載傳動狀態下，電動發電機組的輸出扭矩基本為零。在內燃機從空載傳動狀態切換到負載傳動狀態的過程中，內燃機開始輸出扭矩時，由于控制的延遲，電動發電機組的輸出扭矩基本等于零。因此，內燃機的轉速高于空載傳動狀態下的轉速。為使內燃機在負載傳動狀態下以目標轉速旋轉，就要反饋式地控制電動發電機組。在第二動力輸出裝置中，負載狀態下的內燃機的最小轉速被設置為大于空載傳動狀態下的目標轉速。由于控制的延遲而使轉速的增加使內燃機的轉速接近負載傳動狀態下的目標轉速。反饋式控制可有效地防止電動發電機組大的扭矩變化。
本發明還涉及一種控制動力輸出裝置的方法，其中所說的動力輸出裝置包括一內燃機和一與內燃機機械連接并對內燃機施加一個很大載荷的電動發電機組。該方法包括以下步驟(a)在負載傳動狀態下驅動內燃機和電動發電機組，在該狀態下，電動發電機組將載荷作用于內燃機上；(b)在空載傳動狀態下，驅動內燃機和電動發電機組，在該狀態下，沒有載荷作用于內燃機上；(c)為在步驟(a)和(b)之間的過渡周期內將從電動發電機組輸出的扭矩限制到一預定水平或限制到低于一預定水平，而控制內燃機和電動發電機組。
由于具有與上述相同的作用，本發明的控制方法在負載傳動狀態與空載傳動狀態之間切換過程中減少了作用于動力輸出裝置上的震動。就動力輸出裝置而言，對應于上述各個實施例的各種控制技術適用于步驟(c)的控制。例如，在步驟(a)和步驟(b)之間的變換過程中，電動發電機組可被開路控制。處于負載傳動狀態下的內燃機的最小轉速可被控制為大于空載傳動狀態下的目標轉速。
參照附圖及以下對最佳實施例的具體說明，可使本發明的上述和其它目的，特征，觀點以及優點更加清楚。
圖1示意性地說明了具有動力輸出裝置的混合式動力汽車的結構，其中的動力輸出裝置體現了本發明，并被安裝在汽車上；圖2為一圖形，該圖形表示出內燃機轉速的限制；圖3為一流程圖，該流程圖表示出在實施例中所執行的扭矩控制程序；圖4為一流程圖，該流程圖表示出在流程圖3中步驟S100執行的所需內燃機動力設定程序的細節；圖5為一流程圖，該流程圖表示出在流程圖3中步驟S200執行的目標內燃機速度之設定程序的細節；圖6為一曲線，該曲線表示出內燃機所需動力與目標轉速之間的關系；圖7為一曲線，該曲線表示出內燃機的驅動點和傳動效率之間的關系；圖8為一曲線，該曲線表示出在所需動力不變的等動力曲線上發動機的轉速與傳動效率之間的關系；圖9為一曲線圖，該曲線圖表示出發動機的各個參數在過渡周期內的變化，在過渡周期內，發電機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態；圖10示出了采用機械分配的混合式動力汽車之第一種改進結構；
圖11示出了采用機械分配的混合式動力汽車之第二種改進結構；圖12示出了采用電分配的另一種混合式動力汽車的結構；圖13示出了串聯式混合式動力汽車的結構。
參照圖1，對本發明之一個實施例的結構進行說明。這種混合式動力汽車主要包括一動力系統，用于產生驅動力；一控制系統，用于控制動力系統；一傳動系統，用于將驅動源的動力傳送給驅動輪116和118；和一傳動操作系統。動力系統被分成兩個子系統，即，包括發動機150的子系統和包括電動機MG1和MG2的子系統。控制系統包括一電子控制單元(在下文中稱之為EFIECU)170，該單元主要控制發動機150的運行；一控制單元190，該單元主要控制電動機MG1和MG2的運行；和各種傳感器，這些傳感器檢測、輸入和輸出EFIECU170與控制單元190所需的信號。盡管沒有示出EFIECU170和控制單元190的內部結構，但是它們可以是包括CPU,ROM和RAM的單片微型計算機。CPU根據記錄在ROM上的程序執行下述的各種控制操作。
在發動機150中，從空氣入口200吸入的空氣與從燃料噴射閥噴射出的燃料混合，在本實施例中，所說的燃料為汽油。空氣/燃料的混合物被供給燃燒室152，以在燃燒室內被迅速點燃并燃燒。被空氣/燃料的燃燒向下壓迫的活塞154之線性運動被轉化成曲軸156的轉動。火花塞162將點火器158施加的高電壓通過一分配器160轉化為電火花，電火花迅速點燃空氣/燃料的混合物。熱的燃燒廢氣通過排氣口202被排到空氣中。
發動機150的運作由EFIECU170控制。通過EFICU170進行的發動機150運行的控制包括根據發動機150的轉速對火花塞162點火的定時控制，和根據吸入的空氣量對燃料噴射量的調節。為實現發動機150的控制，各種檢測發動機150傳動條件的傳感器與EFICU170連接。這些傳感器包括，例如固定于分配器160上的速度傳感器176和角度傳感器178，用于測量曲軸156的轉速(每預定時間內的轉數)和轉角。用于檢測點火開關鑰匙(未示出)狀態ST的起動開關179也與EFIECU170連接。為便于說明，省略了對與EFIECU170相連接的其它傳感器和開關的說明。
也包含于動力系統中的電動機MG1和MG2具有下文所述的結構。電動機MG1被構造成同步電動發電機組，并且包括轉子132和定子133，其中轉子132在其外表面上具有多個永磁體，定子133上纏繞著三相線圈，以形成一旋轉磁場。定子133可通過將無方向性的電磁薄鋼板一個壓一個地設置而被制造出來，并被固定于殼體119內。在某些情況下，電動機MG1作為電動機工作，它通過轉子132上的永磁體形成的磁場和定子上的三相線圈形成的磁場的相互作用使轉子132轉動。在其它情況下，電動機MG1作為發電機工作，該發電機可在定子133上的三相線圈的一端產生電動勢。
與電動機MG1一樣，電動機MG2也被構造成一同步電動發電機組，并包括一轉子142和一定子143，在定轉子142的外表面上設置有多個永磁體，在定子143上纏繞著三相線圈，以形成旋轉磁場。電動機MG2的定子143也可通過將無方向性的電磁薄鋼板一個壓一個地設置而被制造出來，并被固定于殼體119內。與電動機MG1一樣，電動機MG2可作為電動機或發電機工作。
電動機MG1和MG2通過第一和第二傳動電路191,192與電池194和控制單元190電連接，第一和第二傳動電路191和192分別包括多個用于開關操作的晶體管。控制單元190輸出用于驅動六個切換元件或晶體管的控制信號，其中所說的切換元件或晶體管分別包含于第一和第二傳動電路191和192中。各個傳動電路191和192內的六個晶體管成對設置，以作為源極和漏極，從而構成晶體管變換器。控制單元190連續輸出控制信號以控制源極和漏極中晶體管的工作時間比。這種PWM(脈沖寬度調制)控制使電流通過三相線圈的各個線圈流動以形成準正弦波。三相線圈于是產生旋轉磁場，并驅動電動機MG1和MG2。
各種傳感器和開關與控制單元190連接，目的是能夠控制混合式動力汽車，這種控制包括電動機MG1和MG2的控制。連接到控制單元190上的傳感器和開關包括加速器位置傳感器164a，制動踏板位置傳感器165a，換檔位置傳感器184，水溫傳感器174和電池194的剩余電量測量儀199。控制單元190通過這些傳感器接收各種源于傳動操作單元的信號和所測定的電池194之剩余電量，并將不同的信息傳送給EFIECU170和從該EFIECU170傳送出信息用于通過傳遞信息來控制發電機150。源于傳動操作單元的各種信號包括源于加速器位置傳感器164a的加速器位置(加速器164的加速量)AP，源于制動踏板位置傳感器615a的制動踏板位置(制動踏板的踩踏量)BP，和源于換檔位置傳感器184的換檔位置SP。剩余電量測量儀199可通過任何公知的方法確定電池194的剩余電量；例如，通過測定電池194中電解溶液的具體重量或電池194的總重量，通過計算電流和充電、放電的時間，或通過在電池194的兩個電極之間產生瞬間短路并測出對電流的內阻。
用于將驅動源的驅動力傳給驅動輪116和118的傳動系統具有下述的結構。用于傳輸發動機150之動力的曲軸156通過減速器130與行星齒輪架的軸127連接。行星齒輪架的軸127與中心齒輪軸125和內嚙合齒輪軸126與下文所述的行星齒輪120機械連接，中心齒輪軸125和內嚙合齒輪軸126分別用于傳輸電動機MG1和MG2的轉動。減速器130將行星齒輪架軸127發動機150的曲軸156連接起來，并限制曲軸156扭振的振幅。
用于攝取動力的動力進給齒輪128與內嚙合齒輪122連接，并設置于內嚙合齒輪122與電動機MG1之間。動力進給齒輪128還通過傳動鏈129與傳動齒輪111連接，從而使動力在動力進給齒輪128與傳動齒輪111之問傳輸。傳動齒輪111還通過差動齒輪114與左右驅動輪116和118連接，從而將動力傳輸給驅動輪116和118。
下面將說明行星齒輪120的結構以及曲軸156，行星齒輪架的軸127，作為電動機MG1轉軸的中心齒輪軸125和作為電動機MG2轉軸的內嚙合齒輪126之間的連接。行星齒輪120包括同軸的兩個齒輪，即中心齒輪121和內嚙合齒輪122；和多個行星小齒輪123，行星小齒輪123設置于中心齒輪121與內嚙合齒輪122之間，從而當繞其軸線旋轉時可同時環繞中心齒輪121旋轉。中心齒輪121通過中空的中心齒輪軸125與電動機MG1的轉子132連接，其中行星齒輪架的軸127貫穿所說的中空軸125。內嚙合齒輪122通過內嚙合齒輪軸126與電動機MG2的轉子142連接。行星小齒輪123通過行星齒輪架124與行星齒輪架的軸127連接，行星齒輪架124支承著行星小齒輪123的轉軸。行星齒輪架的軸127與曲軸156連接。從這三個軸中的任意兩個軸輸出的扭矩和輸入到這三個軸中任意兩個軸的扭矩及轉速的確定可根據從剩下的那根軸上輸出的扭矩和輸入到那根軸的扭矩及該軸的轉速自動確定出來，這些在機械領域都是公知的，所說的三個軸是指中心齒輪軸125，內嚙合齒輪軸126和行星齒輪架的軸127。
下面簡要說明本實施例的混合式動力汽車的一般運行情況。當上述結構的混合式動力汽車在通常狀態下運行時，對應于從傳動軸112輸出的所需動力之動力從發動機150輸出，并受到下面要說明的扭矩轉換，再傳輸給驅動軸112。當發動機150的曲軸156以較高的轉速和較低的扭矩旋轉時，其中所說的較高轉速高于輸出給傳動軸112的所需轉速，所說的較低扭矩低于輸出給傳動軸112的所需扭矩，例如，扭矩轉換使電動機MG1將從發動機150輸出的部分動力再生為電力，并用再生的電力驅動電動機MG2。行星齒輪120將從發動機150輸出的動力分成傳輸給與中心齒輪軸125連接的電動機MG1的動力部分和通過內嚙合齒輪軸126傳輸給傳動軸112的動力部分。當內嚙合齒輪軸126的轉速與所需的轉速相一致時，進行動力分配。電動機MG1把傳輸給中心齒輪軸125的動力部分再生為電力。與內嚙合齒輪軸126相連接的電動機MG2被再生的電力所驅動，從而使扭矩作用于內嚙合齒輪軸126上。扭矩的作用使所需扭矩能夠輸出到傳動軸112上。這種通過電動機MG1和MG2以電力的形式被傳輸的動力的調整可使從發動機150輸出的動力能夠作為所需轉速和所需扭矩輸出到傳動軸112上。
另一方面，當發動機150的曲軸156以較低的轉速和較大的扭矩轉動時，電動機MG2將部分從發動機150輸出的動力再生為電力。于是，電動機MG1被再生的動力所驅動，其中所說的較低轉速低于輸出到傳動軸112的所需轉速，所說的較大扭矩大于輸出到傳動軸112的所需扭矩。
基于這些運行原則，混合式動力汽車可僅以電動機MG2作驅動源運轉或者以發動機150和電動機MG2作驅動源運轉。當混合式動力汽車初始加速時或當不需要發動機的動力時，例如，在減速或下坡運行時，混合式動力汽車可停止發動機150的工作，而僅使電動機MG2工作。另一方面，當在通常狀態下運轉時，混合式動力汽車利用以發動機150作主驅動源、電動機MG2作輔助驅動源的動力運轉。當發動機150和電動機MG2都被用作驅動源時，發動機150可根據所需扭矩和電動機MG2能夠產生的扭矩在效率高的驅動點上被驅動。與僅利用發動機150作主要驅動源的汽車相比，混合式動力汽車的這種設置有效地節約了能源，并且具有較少的排出物。曲軸156的旋轉通過行星齒輪架的軸127和中心齒輪軸125被傳輸給電動機MG1。從而電動機MG1可在混合式動力汽車的工作過程中通過發動機150的運行產生電力。
在本實施例的混合式動力汽車上，用于扭矩轉換的行星齒輪120之轉速的機械極限對發動機150相對汽車速度的容許轉速范圍進行了限定，如圖2所示。由于下述的原因而存在這樣的限定。在行星齒輪120中，中心齒輪軸125的轉速Ns、行星齒輪架的軸127之轉速Nc和內嚙合齒輪軸126的轉速Nr之間存在下面給出的等式(1)的關系，其中ρ表示中心齒輪121與內嚙合齒輪122的齒輪傳動比(即中心齒輪121的齒數與內嚙合齒輪的齒數之比)。在本實施例中，內嚙合齒輪軸126的轉速Nr是一個與汽車速度相等的參數，而行星齒輪架之軸127的轉速Nc則是一個與發動機150轉速相等的參數。
Ns=Nc+(Nc-Nr)/ρ(1)中心齒輪軸125的轉速有一機械極限。因而，行星齒輪架之軸127的最大轉速Nc在這種約束下隨著內嚙合齒輪軸126的轉速Nr的變化而改變。轉速Nc在轉速Nr=0時達到最小值，并隨著轉速Nr的增大，轉速Nc也逐漸增大。由于這種原因，發動機150的轉速極限隨汽車的速度而變化。如圖2所示，發動機150的容許轉速范圍之上限隨著汽車速度的增加而逐漸增加。由于相同的原因，容許轉速范圍的下限等于或高于預定的汽車速度。
下面說明在本實施例執行的扭矩控制程序。該扭矩控制程序控制著發動機150和電動機MG1和MG2，目的是能夠使由所需的扭矩和所需的轉速限定的動力從傳動軸112輸出。圖3的流程圖示出了用于本實施例的扭矩控制程序。該扭矩控制程序可由控制單元190內的CPU(下文中簡稱為CPU)通過一預定時間間隔的計時器間斷而重復執行。
當程序進入圖3的扭矩控制程序時，CPU在步驟S100中設定所需的動力Pe。步驟S100中的設定之細節用圖4的流程圖來說明。
在圖4的所需發動機動力設定程序中，CPU計算出發動機150所需的動力Pe，動力Pe為加速所需的動力spacc，充電或放電所需的動力spchg，和在步驟S105中輔助機械所需的動力spac的總和。加速所需的動力spacc決定于汽車的速度和加速器164的加速量。充電或放電所需的動力spchg決定于電池194的剩余電量。輔助機械所需的動力spac例如可被用于驅動空調。盡管在圖4的流程圖中沒有具體示出，但是為了計算出這些動力，CPU從圖1所示的各種傳感器上讀取汽車速度、加速器位置AP和其它所需的數據。
計算出發動機150所需的動力Pe之后，CPU確定在步驟S110是否需要發動機150的起動。如上所述，當發動機150處于停機狀態時，本實施例的混合式動力汽車也能夠運轉。根據發動機150起動的需要，發動機150的狀態從停機狀態切換到驅動狀態，在驅動狀態下，噴出的燃料被燃燒以產生動力。在運行開始時汽車的速度相對較低的情況下，本實施例的混合式動力汽車用電動機MG2的輸出扭矩驅動，而發動機150處于停止狀態。當汽車速度增加并且要求發動機工作時，就發出發動機150起動的要求。當發動機150的狀態從停止狀態被切換到驅動狀態或當發動機150處于起動控制狀態下時，發動機150的起動要求就會被輸出。
當沒有發動機150的起動要求時，CPU確定是否在步驟S115需要發電。當電池194的剩余電量降低時，就會發出發電的要求。根據發電的要求，電動機MG1利用發動機150的動力產生電力，而電池194用產生的電力充電。當由于電池194剩余電量的減少而需要發電開始時，或正在發電時，就會輸出發電的要求。
在不需要發電的情況下，CPU斷定不需要發動機150輸出動力，并在步驟S120中將所需動力Pe的值設為“0”。這樣，就會以源于電池194的電力的形式供給加速器所需的動力spacc。
在或者需要發動機150起動(步驟S110)或者需要發電(步驟S115)的情況下，在步驟S105計算出的所需動力Pe的值被用于后續的程序。如果所需動力Pe的值小于‘1’，那么CPU設定值‘1’為所需動力Pe并且在步驟S125中斷定所需動力Pe的最小值不小于1。在本實施例的混合式動力汽車上，當發動機150所需的動力Pe小于值‘1’時，發動機的控制程序(在如下文所述的圖3的流程圖之步驟S700中執行)就會斷定不需要發動機150的連續工作并使發動機150停止。在步驟125中所需動力Pe之下限的設定目的是避免在控制程序中發動機150的停止。當另一種條件被用于確定發動機150的停止或連續工作時，就不需要設定所需動力Pe的下限。
在隨后的步驟S130中，CPU根據以上述方式設定的發動機150之所需動力Pe執行平緩變化的程序。為穩定發動機150的運轉，所需動力Pe的變化率應在使EFIECU170對發動機150的控制能夠接受的范圍內。在平緩變化程序中，CPU讀取在該程序的前一周期中得到的先前所需的動力，并校正發動機150所需的動力Pe，目的是使在該程序當前的周期中設定的當前所需動力Pe與先前所需動力之間的差別落在一預定的范圍內。
在設定發動機150所需的動力Pe之后，CPU在圖3的流程圖中的步驟S200設定發動機150的目標轉速netag。步驟S200中設定的細節由圖5的流程圖說明。
在圖5的發動機目標轉速的設定程序中，CPU首先在步驟S205讀取發動機150所需的動力Pe。所需動力Pe已在上述圖4之流程圖所示的發動機所需動力的設定程序中被設定。
接著，CPU在步驟S210中確定出發動機150是否處于空轉狀態。空轉狀態是指發動機150不輸出很大的動力，但卻在沒有電動機MG1或類似物驅動的情況下轉動。例如，當需要發動機150熱起動時，就會產生空轉狀態。步驟S210的具體程序斷定是否滿足空轉狀態下發動機150的傳動條件。當發動機150處于空轉時或當發動機150的狀態被切換到空轉傳動狀態時，該條件得到滿足。
在發動機150未處于空轉狀態時，CPU在步驟S215中斷定發動機150是否處于電動回轉狀態。電動回轉狀態是指發動機150的曲軸156被電動機MG1或電動機MG2強制轉動。例如，如果擔心電池過量充電并且出于消耗動力的觀點，需要發動機電動回轉時，或者當出于發動機150預熱的目的在起動之前需要發動機150電動回轉時，就產生了電動回轉狀態。空轉傳動狀態和電動回轉狀態與無載荷作用于發動機150上的傳動狀態相對應，并在下文中總稱為空載傳動狀態。任何其它有載荷作用于發動機150上的傳動狀態總稱為負載傳動狀態。
當發動機150處于空載傳動狀態時，就是說，或處于空轉狀態(S210)或處于電動回轉狀態(S215)時，CPU在步驟S225中設定發動機150的目標轉速netag等于1000轉/分鐘。目標轉速1000轉/分鐘是基于最小轉速被確定的，所說的最小轉速可允許發動機150穩定工作。
另一方面，當發動機150既沒有處于空轉狀態，也沒有處于電動回轉狀態時，即處于負載傳動狀態時，CPU在步驟S220訪問目標轉速設定表，并基于所需動力Pe設定發動機150的目標轉速netag。圖6為一表明所需動力Pe(kw)與目標轉速netag(rpm)之間關系的曲線圖。實際上，該曲線以表格的形式存儲在控制單元190的ROM內。步驟S220的具體程序讀取該目標轉速設定表，如果需要可執行插入，從而對應于輸入的所需動力Pe確定發動機150的目標轉速netag。
從圖6的曲線可清楚地理解到當所需動力處于1到9的范圍內時，目標轉速netag被固定為一恒定的值1200rpm。負載傳動狀態下該固定的目標轉速1200rpm大于空轉狀態或電動回轉狀態下的目標轉速1000rpm。在所需動力Pe大于9的范圍內，目標轉速netag隨著所需動力Pe的增加而增加。在該范圍內，通過選擇發動機150之最高傳動效率的驅動點確定目標轉速netag，所說發動機150之最高效率的驅動點如下文所述。
圖7為一表明發動機150的驅動點和傳動效率關系的曲線圖。曲線B表示發動機150工作的容許轉速和扭矩的極限。由α1％,α2％等表示的曲線表示等效率曲線，在該曲線上，發動機150的效率是恒定不變的。效率按照α1％,α2％……的順序降低。如圖7所示，發動機150的效率在驅動點的一個相對有限的范圍內很高，而隨著距該范圍的距離的增加，發動機150的效率逐漸降低。
曲線C1-C1,C2-C2和C3-C3表示等動力曲線，在該曲線上，發動機150的動力輸出是恒定不變的。應根據所需動力在這些曲線上選擇發動機150的驅動點。所需動力按照C1-C1,C2-C2,C3-C3的順序降低。例如，當將所需轉速Nr和所需扭矩Tr繪制在曲線C1-C1上時，發動機150選擇的驅動點就是點A1，點A1曲線C1-C1上具有最高的傳動效率。類似地，在曲線C2-C2上發動機150選擇的驅動點為A2，在曲線C3-C3上發動機150選擇的驅動點為A3。圖8為一表明各個曲線C1-C1,C2-C2和C3-C3上發動機150的轉速和傳動效率之間關系的曲線圖。盡管為便于說明僅示出了三條曲線C1-C1,C2-C2,C3-C3和三個驅動點A1,A2,A3，但是可繪制出任意數目的曲線而且可根據所需的動力選擇任意數目的驅動點。將發動機150高的傳動效率點連續連接起來給出了圖7之曲線圖所示的曲線A。如曲線A的曲線被稱為工況曲線。圖6的曲線圖示出了部分工況曲線，該曲線是以所需動力為橫軸，以目標轉速作縱軸繪制出來的。
從圖6中可清楚地了解到當發動機150在高傳動效率的驅動點被驅動時，目標轉速隨著所需動力的減小而降低。在本實施例的發動機150中，如上文所述，穩定工作的最小轉速為1000rpm。如果將優先權賦予發動機150的傳動效率，那么所需動力Pe和目標轉速netag之間的關系應包括值‘1000rpm’。這可由圖6中虛線所示的曲線L1確定。但在本實施例中，設定轉速1200rpm為下限，這是由圖6中實線所示的曲線L2確定的。
在圖7的曲線中，Ne3=1000rpm,Ne2=1200rpm。當所需的動力與曲線C3-C3對應時，當發動機150的目標轉速等于1000rpm時，發動機150就在圖7之曲線上的驅動點A3被驅動；而當發動機150的目標轉速等于1200rpm時，發動機150就在驅動點A4被驅動。這清楚地表明出于發動機150傳動效率的觀點，將發動機150的目標轉速下限設定為等于1200rpm是不利的。在本實施例中這樣設置的意義將由下文中本實施例的作用說明。
根據發動機150的傳動狀態，上述的程序確定目標轉速netag。然后，CPU使已確定的目標轉速在步驟S230執行轉速的限制程序。轉速限制程序包括兩種不同的限制。
第一個限制注重在圖2之曲線中所示的發動機150的轉速限制。由于行星齒輪120與發動機150的曲軸156連接，所以這種限制取決于內嚙合齒輪軸126的轉速。當目標轉速netag超過圖2的極限時，CPU就會將轉速校正到極限值。
第二個限制注重目標轉速netag的變化率。為了發動機150的穩定工作，目標轉速的變化率應落入EFIECU170對發動機150的空轉能夠接受的范圍內。在該平緩變化程序中，CPU從控制單元190的存儲器中讀取程序在前一循環中得到的目標轉速，并校正目標轉速netag，目的是使在程序的當前周期中設定的當前目標轉速與先前的目標轉速之間的差別落在一預定范圍內。
設定目標轉速netag后，CPU在圖3的流程圖中的步驟S300計算出發動機150的目標扭矩Te。目標轉速Te是根據等式Ne=Pe/netag通過所需動力Pe和目標轉速netag計算出來的。因此，CPU就可以設定由目標轉速netag和目標扭矩Te所限定的發動機150的驅動點。
在隨后的步驟S400中，CPU通過這樣得到的發動機150之目標轉速netag計算中心齒輪軸125的目標轉速Ns。在行星齒輪120中，內嚙合齒輪軸126的轉速Nr可根據傳動軸112的所需轉速確定而行星齒輪架的軸127之轉速Nc等于發動機150的目標轉速netag。通過這些數值的代換等式(1)可被改寫為等式(2)，而且中心齒輪軸125的目標轉速Ns可根據等式(2)被計算出來。
Ns=netag+(netag-Nr)/ρ (2)在步驟S500,CPU基于通過上述方式計算出來的中心齒輪軸125的目標轉速Ns執行電動機MG1的控制。電動機MG1通過PI控制方法被控制，這種方法根據中心齒輪軸125的目標轉速Ns與實際轉速的差別設定電動機MG1的目標扭矩。當中心齒輪軸125的目標轉速大于實際轉速時，電動機MG1的目標扭矩為正值。否則，電動機MG1的目標扭矩為負值。根據目標扭矩和轉速控制同步電動機的方法在本領域是公知的，所以，在本說明書中沒有具體說明。
類似地，CPU在步驟S600執行電動機MG2的PI控制。電動機MG2的轉速根據驅動軸112所需的轉速被確定。與電動機MG1的情況類似，電動機MG2的目標扭矩基于目標轉速與實際轉速的差別被設定。
接著，CPU在步驟S700執行發動機150的控制。使發動機150能夠在特定的驅動點被驅動的控制程序在本領域是公知的，所以在本說明書中沒有具體說明。發動機150的控制實際上由EFIECU170來執行的。因此，在扭矩控制程序之步驟S700執行的實際程序就是從控制單元到EFIECU170的所需信息的傳輸，例如傳輸象發動機150的驅動點這樣的信息。
在發動機150的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態的過渡周期內，本實施例的動力輸出裝置可防止電動機MG1的輸出扭矩的突變，從而減小了過渡周期內的振動。除了不必改變扭矩控制程序的內容外，發動機150的傳動狀態是否處于過渡周期，將參照圖9在下文中說明。
圖9的曲線展示出當發動機150的傳動條件從負載傳動狀態(圖9中的區間D1)通過過渡周期(區間D2)切換到空載傳動狀態(區間D3)時，電動機MG1的扭矩指令值、發動機150的轉速和發動機150所需的動力的變化。如圖6的曲線圖所示，發動機150的轉速隨著所需動力Pe的變化而變化。在圖9的實施例中，當發動機150在負載傳動狀態下以最小轉速被驅動時，就會明顯產生由于電動機MG1扭矩的變化而產生的振動作用。實線曲線L3和L5表示出發動機150的轉速和扭矩指令值的變化，其中的發動機150設置于本實施例(圖6的曲線L2)的裝置中。由虛線表示的曲線L4和L6表示出當假設發動機150的轉速在負載傳動狀態下被設定為等于1000rpm(圖6的曲線L1)時，發動機150的轉速和扭矩指令值的變化。
如圖9所示，當發動機150處于負載傳動狀態時，即在區域D1內時，電動機MG1產生電力，并且還具有負的輸出扭矩。與發動機150的最小轉速被設定為等于1200rpm(曲線L3)的實施例之裝置相比，發動機150的最小轉速被設定為等于1000rpm(曲線L4)的裝置需要對發動機150的轉速進一步限制，從而產生較小(但絕對值較大)的電動機MG1的輸出扭矩。
當發動機150的傳動條件從負載傳動狀態被切換到空載傳動狀態時，即在區間D3內時，電動機MG1具有一個正的輸出扭矩。在區間D2的過渡周期內，扭矩的指令值在本實施例的裝置中平滑變化，而在最小轉速等于1000rpm的情況下，扭矩指令值急劇變化并產生了尖峰(圖9中的OS)。
下面基于發動機150的所需動力和轉速的變化說明這種現象的原因。電動機MG1在PI的控制下，如上文所述。當發動機150的最小轉速等于1000rpm(曲線L4)時，最小轉速與空載傳動狀態下(區間D3)的發動機150的目標轉速相一致，從而使電動機MG1設法保持處于這樣條件下的扭矩。當發動機150所需的動力在區間D2內減小時，電動機MG1的負扭矩使發動機150的轉速降低，如曲線L6所示。發動機150轉速的降低使電動機MG1輸出一個正扭矩，目的是將發動機150的轉速提高到目標轉速。這就產生了扭矩的突然升高，如曲線L4所示。
另一方面，在本實施例的裝置中，處于負載傳動狀態下的發動機150的轉速大于空載傳動狀態下發動機150的目標轉速，如曲線L5所示。即使當電動機MG1的負扭矩在過渡周期內使發動機150的轉速降低時，發動機150的轉速也不會低于目標轉速，從而不存在電動機MG1之扭矩的突變，如曲線L3和L5所示。
如上所述，本實施例的動力輸出裝置不會產生電動機MG1之扭矩的突變，但在過渡周期內會存在平緩的變化，從而實現混合式動力汽車良好的駕駛性能。當發動機150在負載傳動狀態下具有一低的轉速時，如圖9的實施例所示，即當混合式動力汽車處于停止或低速運轉時，駕駛員和乘客只會感到很輕微的振動。本實施例的裝置在這樣的情況下尤其具有顯著的效果。
該實施例的另一優點是可減少產生于行星齒輪120之間的發響噪音。盡管由于還未對發響噪音本身的產生作出說明，這種效果還不是特別明顯，但這種效果還是應該歸功于下述的原因。
在用于本實施例的行星齒輪120內，各個齒輪之間自然存在松動或間隙。在基本穩定的運轉過程中，一個齒輪的齒面壓在與其嚙合的另一個齒輪的齒面上。在這種條件下，電動機MG1的扭矩變化可改變齒輪的嚙合，并使一個齒輪的齒面與另一齒輪的齒面撞擊。當存在電動機MG1大的扭矩變化，并存在由圖9中曲線L4所示的尖峰時，齒輪就會彼此多次地猛烈撞擊。這被認為是產生發響噪音的原因。另一方面，本實施例的結構可實現電動機MG1平緩的扭矩變化，并且當一個齒輪的齒面壓對著其嚙合的另一齒輪的齒面時，也能夠使齒輪轉動。這種設置可有效地防止齒輪的撞擊或至少減小撞擊的強度，從而減小發響噪音。
如上所述，本實施例的動力輸出裝置設定發動機150在負載傳動狀態下的最小轉速大于發動機150在空載狀態下的目標轉速一預定值，從而實現電動機MG1扭矩的平緩變化。該預定值在本實施例中被設定為等于200rpm。該預定值與電動機MG1對PI控制的響應及發動機150負載傳動狀態下電動機MG1的負扭矩輸出密切相關。因此，該預定值可根據這些數值用實驗的方法設定。出于降低電動機MG1過渡周期扭矩變化的目的，需要將發動機150在負載傳動狀態下的最小轉速設置為一較大的值。但是，出于發動機150傳動效率的觀點，如前所述，該較大的最小轉速是不利的。因此，最好是將負載傳動狀態下發動機150的最小轉速在允許的范圍內設定為一盡可能小的值，以實現電動機MG1平緩的扭矩變化。
由于該方法不需要扭矩控制程序的任何修改，也不管發動機150是否處于過渡周期內，因此本實施例采用在負載傳動狀態下限制發動機150的最小轉速的技術作為減少電動機MG1的扭矩變化最簡單的方法。如下文所述，另一種方法也可被用于減少電動機MG1的扭矩變化。
第一種應用是在過渡周期內控制電動機MG1的技術，其中的控制是通過開路控制而不是通過PI控制的。如圖9所示，電動機MG1的輸出扭矩在過渡周期內從負值變化到正值。第一種應用的開路控制在允許的范圍內以一預定的速度逐漸增加了過渡周期內電動機MG1的輸出扭矩，其中所說的范圍是指不考慮發動機150的轉速，在該范圍內不會產生由于扭矩變化而產生的振動。當電動機MG1的扭矩在過渡周期內逐漸增加并且發動機150的轉速達到一接近目標轉速的特定范圍時，電動機MG1的控制程序從開路控制返回到PI控制。
第二種應用是使過渡周期內電動機MG1的扭矩指令值受到一變化限制程序的技術。這種變化限制程序校正在PI控制下設定的電動機MG1的扭矩指令值，目的是使單位時間的變化量不大于一預定的水平。變化限制程序的具體程序通過加權系數和計算產品的平均數倍增了在前一的周期中得到的先前的扭矩指令值和在當前周期中得到的當前扭矩指令值。該變化限制程序將電動機MG1的扭矩變化限制在一預定范圍內變化，從而減小了振動。
第三種應用是使電動機MG1對PI控制的反應慢于電動機MG2對PI控制的反應的技術。如上所述，在設置有電動機MG1和MG2的混合式動力汽車上，設定電動機MG2的扭矩指令值，以使從傳動軸112輸出的扭矩與所需扭矩相一致。如果電動機MG2的控制足以接受電動機MG1的扭矩變化，那么就不會存在由扭矩變化而產生的振動。但是，實際上，電動機MG1對控制的反應基本等于電動機MG2的反應。因此，在電動機MG2接受電動機MG1的扭矩變化之前，就會存在一定的時間延遲。由于扭矩的變化，這種時間延遲產生了振動。第三實施例的結構使得電動機MG1對PI控制的反應慢于電動機MG2的反應，從而使電動機MG2的控制足以接受電動機MG1扭矩的變化，從而消除了振動。有許多方法可應用于使電動機MG1對PI控制的反應慢于電動機MG2的反應。一種可行的方法改變了用于電動機MG1之扭矩指令值計算的增益系數。另一種可行的方法使電動機MG1的扭矩指令值經歷變化限制程序。再一種可行的方法使控制電動機MG1的周期長于控制電動機MG2的周期。
在上述的任一應用，發動機150都可在負載傳動狀態下的高傳動效率的驅動點被驅動。與上述的實施例相比，這些應用在發動機150的轉速達到目標轉速之前會產生一小的時間延遲。但是由于在空轉傳動狀態下不需要發動機150轉速的嚴格調整，因此該問題不很明顯。
在本實施例的動力輸出裝置中，執行了扭矩控制程序，目的是防止在發動機150的傳動條件從負載傳動狀態被切換到空載傳動狀態的過渡周期內電動機MG1的扭矩突變。扭矩控制程序也可被用于發動機150的傳動條件從空載傳動狀態被切換到負載傳動狀態的過渡周期內。在這種情況下，負載傳動狀態下的發動機150的目標轉速以與圖6所示相同的方式被設定為大于空載傳動狀態下發動機150的最小轉速。這種設置有效地防止了從空載傳動狀態到負載傳動狀態的過渡周期內電動機MG1扭矩的突變，從而減小了振動。
當按照區間D3,D2,D1的順序觀察圖9的曲線圖時，可清楚理解這些作用。當發動機150的傳動條件從空載傳動狀態(區間D3)被切換到負載傳動狀態(區間D1)時，發動機150所需的動力增加，如圖9所示。電動機MG1在空載傳動狀態下輸出一預定的正扭矩，這就可增加發動機150的轉速。當負載傳動狀態下發動機150的目標轉速被設定為大于空載傳動狀態下發動機150的最小轉速時，電動機MG1的輸出扭矩不會劇烈變化，而是平滑地變化，如圖9所示。
動力輸出裝置的各個部件還可具有除上述結構外的各種結構。例如，永磁體(PM)型同步電動機可被用于本實施例的電動機MG1和MG2。任何其它可完成再生操作和動力操作的電動機，象可變磁阻(VR)式同步電動機，微調電動機，直流電動機，異步電動機，超導電動機及步進式電動機可根據需要被用作電動機MG1和MG2。
混合式動力汽車還存在其它可能的結構，其中這種混合式動力汽車上安裝著本實施例的動力輸出裝置。在圖1所示結構的混合式動力汽車上，發動機150和電動機MG2的驅動力通過行星齒輪120被傳輸給驅動輪116和118。如圖10和11所示，改進的結構也可被用于行星齒輪120與發動機150及電動機MG1、MG2的連接。在圖1的結構中，輸出到內嚙合齒輪軸126上的動力通過與內嚙合齒輪122連接的動力進給齒輪128從電動機MG1與MG2之間的部分取出。在圖10的改進結構中，動力從加長的內嚙合齒輪軸126A上取出。在圖11的改進結構中，發動機150，行星齒輪120B，電動機MG2及電動機MG1可按照這種順序設置。在這種情況下，中心齒輪軸125B可以不是中空的，而內嚙合齒輪軸126B應該是中空的。在該結構中，輸出到內嚙合齒輪軸126B的動力取自發動機150和電動機MG2之間的部分。雖然沒有具體說明，但在圖10的結構中，電動機MG2與電動機MG1可彼此替代。
在改進的結構中，即電動機MG2在負載傳動狀態下對發動機150施加載荷的情況下，本發明的原理被用于扭矩控制，該扭矩控制防止了替代電動機MG1的電動機MG2之扭矩的突變。
本發明的原理可被用于另一種結構，在這種結構中沒有包括行星齒輪120，如圖12所示。在圖12的結構中，圖1結構中的電動機MG1和中心齒輪120被離合式電動機MG3所替代，這種離合式電動機MG3包括一轉子(內轉子)234和定子(外定子)232，轉子234和定子232可相對同一軸心轉動，并起到電磁鐵耦合的作用。離合式電動機MG3的外轉子232與發動機150的曲軸156機械連接。離合式電動機MG3的內轉子234和電動機MG2的轉子142與傳動軸112A相連接，而電動機MG2的定子143被固定于殼體119上。
在這種改進結構的混合式動力汽車上，離合式電動機MG3對發動機150施加一個載荷。本發明的原理被應用于扭矩控制，這種扭矩控制可防止離合式電動機MG3扭矩的突變。
這種混合式動力汽車可具有如圖3所示的串聯結構。在串聯式混合式動力汽車上，發動機150的輸出軸與發電機G機械連接，該發電機G也可作為電動機工作。一電動機MG4通過傳動齒輪111被連接到驅動輪116和118上，而發動機150不與驅動輪116和118相連接。因此，發動機150的動力不會傳輸給驅動輪116和118，而是用于驅動發電機G。電動機MG4利用存儲在電池194中的電力驅動汽車。
在串聯式的混合式動力汽車上，本發明的原理被應用于扭矩控制，這種扭矩控制可防止發電機G之扭矩的突變。在串聯式的混合式動力汽車上，雖然發動機150和發電機G的扭矩不直接傳輸到傳動軸112，但駕駛員和乘客會感覺到由于所傳輸的發電機G之扭矩的突變而通過車體產生的振動。用于減小振動的本發明在這種串聯式的混合式動力汽車上是有效的。
本發明的原理還可應用于傳統的汽車，傳統的汽車僅用發動機150作為動力源，但它包括一大型的發電機，該發電機用于產生動力。本發明并不局限于上述的實施例或其變形，它還可以有許多其它的變型、變化和選擇，而沒有脫離本發明之主要特征的范圍。
應該清楚地理解上述的實施例僅僅是說明性的，而不具有任何限制的意味。本發明的保護范圍僅由所附的權利要求書來限定。
權利要求
1.一種具有內燃機和電動發電機組的動力輸出裝置，其中所說的電動發電機組與所說的內燃機機械連接，并對所說的內燃機施加一個很大的載荷，所說的動力輸出裝置包括一扭矩變化限制單元，該單元控制所說的內燃機和所說的電動發電機組，以便在過渡周期內，限制從所說的電動發電機組輸出的扭矩變化達到或低于一預定水平，在所說的過渡周期內，所說內燃機的傳動條件從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態，在所說的負載傳動狀態下，所說的電動發電機組對所說的內燃機施加一個載荷，在所說的空載傳動狀態下，沒有載荷作用于所說的內燃機上。
2.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于所說的扭矩變化限制單元控制處于負載傳動狀態下的所說的內燃機和所說的電動發電機組，以使負載傳動狀態下所說的內燃機的最小轉速保持在一特定的水平，該水平大于空載傳動狀態下目標轉速一預定值。
3.根據權利要求2所述的動力輸出裝置，其特征在于所說的動力輸出裝置還包括一電動發電機組的控制單元，該控制單元基于所觀測到的所說內燃機的轉速反饋式控制所說電動發電機組的工作，其中在所說扭矩變化限制單元中的所說預定值取決于由于所說電動發電機組控制的延遲而產生的所說內燃機轉速的降低。
4.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于所說的電動發電機組為第一電動發電機組，而所說的電動發電機組的控制單元為第一電動發電機組的控制單元，所說的動力輸出裝置還包括一驅動軸，用于輸出動力；一第二電動發電機組，該電動發電機組將載荷施加于所說的驅動軸上；一第二電動發電機組控制單元，該控制單元調整從所說第二電動發電機組輸出的扭矩，以便使從所說驅動軸輸出的扭矩與所需的扭矩相一致，其中所說的扭矩變化限制單元反饋式控制著所說的第一電動發電機組以一特定的反應速度工作，該反應速度低于所說第二電動發電機組的控制單元的反應速度。
5.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于所說的動力輸出裝置還包括一驅動軸，用于輸出動力；一行星齒輪，該行星齒輪具有三個轉軸；其中所說行星齒輪的所說三個轉軸分別與所說的內燃機，所說的電動發電機組及所說的驅動軸相連接。
6.一種具有內燃機和電動發電機組的動力輸出裝置，其中所說的電動發電機組與所說的內燃機機械連接，并將一個很大的載荷施加于所說的內燃機上，所說的動力輸出裝置包括一電動發電機組的控制單元，該控制單元基于所說內燃機的轉速反饋式控制著所說電動發電機組的運行；一內燃機控制單元，該控制單元控制著所說的內燃機，以使負載傳動狀態下所說內燃機的最小轉速保持在一特定的水平，該特定的水平大于空載傳動狀態下目標轉速一預定值，其中在負載傳動狀態下，所說的電動發電機組將一個載荷施加于所說的內燃機上，而在空載傳動狀態下，無載荷作用于所說的內燃機上。
7.一種控制動力輸出裝置的方法，所說的動力輸出裝置包括一內燃機和一電動發電機組，所說的電動發電機組與所說的內燃機機械連接，而且所說的電動發電機組將一個很大的載荷施加于所說的內燃機上，所說的方法包括以下步驟(a)在負載傳動狀態下，驅動所說的內燃機和所說的電動發電機組，在該狀態下，所說的電動發電機組將一個載荷施加于內燃機上；(b)在空載傳動狀態下，驅動所說的內燃機和所說的電動發電機組，在該狀態下，沒有載荷作用于所說的內燃機上；(c)控制所說的內燃機和所說的電動發電機組，以便在所說的步驟(a)和所說的步驟(b)之間的過渡周期內限制從所說的電動發電機組輸出的扭矩之變化，并使之達到或低于一預定的水平。
全文摘要
在混合式動力汽車中,電動發電機組與內燃機機械連接,可在從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態的過渡周期內防止電動發電機組輸出扭矩的突變。程序設定負載傳動狀態下的內燃機的最小轉速大于空載傳動狀態下的轉速。這種設定能夠使內燃機的轉速在從負載傳動狀態切換到空載傳動狀態的過渡周期內逐漸變化,并且防止了從電動發電機組輸出的扭矩之突變,所說的電動發電機組基于內燃機的轉速處于PI的控制之下。
文檔編號B60W10/10GK1222461SQ9812421
公開日1999年7月14日 申請日期1998年11月12日 優先權日1997年11月12日
發明者原田修, 柴田康行, 山口勝彥 申請人:豐田自動車株式會社