專利名稱：功率輸出設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)系到功率輸出設(shè)備及其控制方法。更具體地說，本發(fā)明是關(guān)于給主動軸輸出功率的功率輸出設(shè)備及控制這一功率輸出設(shè)備的方法。
所提出的功率輸出設(shè)備包括內(nèi)燃機，三軸式功率輸入/輸出裝置的行星齒輪，兩個能輸入和輸出功率的電動機(第一電動機和第二電動機)，提供和接收電能所需的電池，此電池用于給兩個電動機輸出功率和從這兩個電動機輸入功率，以及一個控制該內(nèi)燃機和這兩個電動機的控制器(例如，聯(lián)邦德國專利申請DE4124479A1)。在此熟知的功率輸出設(shè)備中，內(nèi)燃機的曲軸，即輸出軸，經(jīng)過單向離合器連接到中心齒輪軸，此中心齒輪軸與行星齒輪的中心齒輪相連，而與行星齒輪的行星齒輪支架相連的支架軸經(jīng)過差動齒輪連接到驅(qū)動輪。第二電動機的轉(zhuǎn)子連到中心齒輪軸，使得功率在第二電動機與中心齒輪軸之間傳送。第一電動機的轉(zhuǎn)子連到環(huán)形齒輪軸，此環(huán)形齒輪軸與行星齒輪的環(huán)形齒輪相連，使得功率在第一電動機與環(huán)形齒輪軸之間傳送。該功率輸出設(shè)備還包括離合器，此離合器使中心齒輪軸與環(huán)形齒輪軸相連，從而使三根軸(中心齒輪軸，環(huán)形齒輪軸，和支架軸)與行星齒輪結(jié)合成一體。
在此功率輸出設(shè)備中，內(nèi)燃機輸出的功率與輸入到第二電動機的功率或從第二電動機輸出的功率之和傳給行星齒輪，而第一電動機給環(huán)形齒輪一個反作用力。這就使功率輸出給支架軸，從而驅(qū)動驅(qū)動輪。為了給驅(qū)動輪一個制動力，離合器將行星齒輪的三根軸連在一起，并使第一電動機和第二電動機的作用成為發(fā)電機。
然而，若電池處在充足電的狀態(tài)，此熟知的功率輸出設(shè)備既不能使第一電動機和第二電動機起到發(fā)電機的作用，也不給驅(qū)動輪一個制動力。在此功率輸出設(shè)備中，曲軸與中心齒輪軸是經(jīng)過單向離合器互相連在一起的，使得轉(zhuǎn)動內(nèi)燃機的扭矩不能從中心齒輪軸傳送給曲軸。即，制動力不能以發(fā)動機閘的方式輸出給驅(qū)動輪。需要有附加的裝置，諸如液壓管路和執(zhí)行機構(gòu)，以保證中心齒輪軸連到環(huán)形齒輪軸的離合器工作。這就使整個功率輸出設(shè)備變得格外復(fù)雜和龐大。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種功率輸出設(shè)備，它從發(fā)動機經(jīng)過三軸式功率輸入/輸出裝置輸出功率給主動軸，該裝置輸入和輸出由電動機調(diào)節(jié)的功率并控制此電動機，為的是使該發(fā)動機消耗的能量可以作為一個制動力輸出到主動軸，以及提供一個控制這種功率輸出設(shè)備的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種功率輸出設(shè)備，它輸出一個制動力給主動軸，而包含在該設(shè)備中的蓄電池組根據(jù)其充電狀態(tài)可以是充電，放電，或既不充電也不放電以及提供一個控制這種功率輸出設(shè)備的方法。
本發(fā)明的第三個目的是簡化功率輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)并減小其尺寸。
至少部分上述目的及其他有關(guān)目的是由本發(fā)明輸出功率到主動軸的功率輸出設(shè)備實現(xiàn)了，此功率輸出設(shè)備包括帶輸出軸的發(fā)動機；帶轉(zhuǎn)軸的電動機，此電動機通過此轉(zhuǎn)軸輸出功率和輸入功率；帶三根軸的三軸式功率輸入/輸出裝置，三根軸分別與主動軸，輸出軸和轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)此三根軸中任意兩根軸的預(yù)定輸入和輸出功率，三軸式功率輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；供給和接收所需電能的蓄電池組，用于向電動機輸出功率和從這個電動機輸入功率；以及控制發(fā)動機和電動機的制動控制器，為的是使制動力可以加到主動軸上。
本發(fā)明的功率輸出設(shè)備控制該發(fā)動機和電動機，為的是通過三軸式功率輸入/輸出裝置使輸出到發(fā)動機輸出軸和電動機轉(zhuǎn)軸上的功率以及從這兩根軸的輸入功率，都能加到主動軸上。因此，這種結(jié)構(gòu)允許發(fā)動機和電動機給主動軸輸出一個制動力。
在本發(fā)明的功率輸出設(shè)備中，制動控制器可以包括使電動機執(zhí)行能量回收作業(yè)的裝置，從而將制動力加到主動軸上，或者包括使電動機執(zhí)行動力作業(yè)的裝置，從而將制動力加到主動軸上。這種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)可以在對蓄電池組充電或放電的同時，將制動力輸出到主動軸上。
按照本發(fā)明功率輸出設(shè)備的一個方面，其中制動控制器可以包括控制電動機的裝置，為的是使電動機驅(qū)動發(fā)動機。這一結(jié)構(gòu)能使驅(qū)動發(fā)動機所用能量作為一個制動力輸出到主動軸上。
按照本發(fā)明功率輸出設(shè)備的第二方面，其中制動控制器可以包括鎖住電動機的裝置。這一結(jié)構(gòu)以發(fā)動機閘的形式輸出制動力到主動軸上。
按照本發(fā)明功率輸出設(shè)備的第三方面，除了作為第一電動機工作的電動機以外，該功率輸出設(shè)備還包含第二電動機，它用于向主動軸輸出功率和從這根主動軸輸入功率；其中蓄電池組包含供給和接收所需電能的裝置，此裝置用于向第二電動機輸出功率和從第二電動機輸入功率；制動控制器包含控制發(fā)動機，第一電動機和第二電動機的裝置，為的是使制動力可以加到主動軸上。這種結(jié)構(gòu)(a)不僅能使發(fā)動機和第一電動機，而且能使第二電動機，輸出一個制動力到主動軸上。
按照此結(jié)構(gòu)(a)的一個方面，該功率輸出設(shè)備還包括充電狀態(tài)檢測裝置，用于檢測蓄電池組的充電狀態(tài)；而其中制動控制器根據(jù)充電狀態(tài)檢測裝置測得的蓄電池組充電狀態(tài)，控制發(fā)動機，第一電動機和第二電動機，從而將制動力加到主動軸上。此結(jié)構(gòu)把蓄電池組的充電狀態(tài)設(shè)定在所需的電平上。在此結(jié)構(gòu)中，制動控制器可以包括調(diào)節(jié)蓄電池組充電狀態(tài)到預(yù)定范圍內(nèi)的裝置，此充電狀態(tài)由充電狀態(tài)檢測裝置測定。此結(jié)構(gòu)將蓄電池組的充電狀態(tài)保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
按照此結(jié)構(gòu)(a)的第二方面，其中制動控制器包括控制第二電動機的裝置，為的是能使第二電動機將制動力加到主動軸上，此時控制第一電動機使輸入到第一電動機和從第一電動機輸出的功率為零。三軸式功率輸入/輸出裝置穩(wěn)定地保持第一電動機和發(fā)動機消耗能量最少的狀態(tài)。這使第二電動機回收最多的能量。
按照此結(jié)構(gòu)(a)的第三方面，其中制動控制器包括控制第二電動機的裝置，為的是使第二電動機能夠?qū)⒅苿恿釉谥鲃虞S上，同時控制發(fā)動機和第一電動機以便將發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)置在預(yù)定的運行條件。此結(jié)構(gòu)將發(fā)動機在制動控制過程中設(shè)定在所需驅(qū)動狀態(tài)。發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)可用發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速表示。在此結(jié)構(gòu)中，功率輸出設(shè)備可能包括驅(qū)動狀態(tài)檢測裝置，它檢測主動軸的驅(qū)動狀態(tài)；以及制動時間驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定裝置，它根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)檢測裝置測得的主動軸驅(qū)動狀態(tài)，設(shè)置預(yù)定的運行條件。此結(jié)構(gòu)根據(jù)主動軸的驅(qū)動狀態(tài)，改變發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)。
按照此結(jié)構(gòu)(a)的第四方面，其中制動控制器包括控制第一電動機的裝置，為的是使第一電動機能驅(qū)動發(fā)動機。此結(jié)構(gòu)能使驅(qū)動發(fā)動機所用能量作為制動力輸出到主動軸上。
按照此結(jié)構(gòu)(a)的第五方面，其中制動控制器包括控制第一電動機和第二電動機的裝置，為的是使第二電動機回收的電能與第一電動機消耗的電能完全相等。不論蓄電池組處于何種充電狀態(tài)，此結(jié)構(gòu)都能使制動力作為輸出加到主動軸上。
按照本發(fā)明功率輸出設(shè)備的第四方面，此功率輸出設(shè)備除了有作為第一電動機工作的電動機以外，可以包括第二電動機，第二電動機用于輸出功率到發(fā)動機輸出軸和從這個發(fā)動機輸出軸輸入功率；其中蓄電池組包括供給和接收所需電能的裝置，此裝置用于給第二電動機輸出功率和從第二電動機輸入功率；制動控制器包括控制發(fā)動機，第一電動機和第二電動機的裝置，為的是使制動力可以加到主動軸上。這種結(jié)構(gòu)(b)調(diào)節(jié)輸入到第二電動機和從第二電動機輸出的功率，從而將制動力加到主動軸上，而發(fā)動機和第一電動機也輸出制動力到主動軸上。
按照此結(jié)構(gòu)(b)的一個方面，該功率輸出裝置可包括檢測蓄電池組充電狀態(tài)的充電狀態(tài)檢測裝置；其中制動控制器根據(jù)充電狀態(tài)檢測裝置測得的蓄電池組充電狀態(tài)，控制發(fā)動機，第一電動機和第二電動機。此結(jié)構(gòu)將蓄電池組的充電狀態(tài)設(shè)定在所需的電平上。在此結(jié)構(gòu)中，制動控制器可以包括調(diào)節(jié)蓄電池組充電狀態(tài)到預(yù)定范圍內(nèi)的裝置，此充電狀態(tài)由充電狀態(tài)檢測裝置測定。此結(jié)構(gòu)將蓄電池組的充電狀態(tài)保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
按照此結(jié)構(gòu)(b)的第二方面，其中制動控制器可以包括控制第一電動機的裝置，為的是使第一電動機能驅(qū)動發(fā)動機，而控制第二電動機是為了使第二電動機可以加制動力到發(fā)動機的輸出軸上。此結(jié)構(gòu)可以有更大的制動力輸出到主動軸上。
按照此結(jié)構(gòu)(b)的第三方面，其中制動控制器包括控制第一電動機和第二電動機的裝置，為的是使第二電動機回收的電能與第一電動機消耗的電能完全相等。此結(jié)構(gòu)能使制動力作為輸出加到主動軸上，而與蓄電池組的充電狀態(tài)無關(guān)。
至少部分上述目的及其他有關(guān)目的是由控制輸出功率到主動軸的功率輸出設(shè)備第一方法實現(xiàn)的，第一方法包含的步驟為(a)提供(1)帶輸出軸的發(fā)動機，(2)帶轉(zhuǎn)軸的電動機，此電動機向轉(zhuǎn)軸輸出功率和從這個轉(zhuǎn)軸輸入功率，以及(3)三軸式功率輸入/輸出裝置，其三根軸分別與主動軸，輸出軸和轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)此三根軸中任意兩根軸預(yù)定的輸入和輸出功率，三軸式功率輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；和(b)控制該電動機，為的是使此電動機能驅(qū)動發(fā)動機，從而將制動力加到主動軸上。
本發(fā)明控制功率輸出設(shè)備的第一方法能使用于驅(qū)動發(fā)動機的能量作為制動力輸出到主動軸上。
至少部分上述目的及其他有關(guān)目的是由控制輸出功率到主動軸的功率輸出設(shè)備第二個方法實現(xiàn)的，第二個方法包含的步驟為(a)提供(1)帶輸出軸的發(fā)動機，(2)帶轉(zhuǎn)軸的第一電動機，第一電動機向轉(zhuǎn)軸輸出功率和從這根轉(zhuǎn)軸輸入功率，(3)第二電動機，它用于向主動軸輸出功率和從這根主動軸輸入功率，以及(4)三軸式功率輸入/輸出裝置，三根軸分別與主動軸，輸出軸和轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)此三根軸中任意兩根軸預(yù)定的輸入和輸出功率，三軸式功率輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；(b)控制第二電動機，為的是使第二電動機可以加制動力到主動軸上；和(c)控制該發(fā)動機和第一電動機，為的是將發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)置在預(yù)定的運行條件。
本發(fā)明控制功率輸出設(shè)備的第二方法能使第二電動機輸出制動力到主動軸上，而使發(fā)動機到達(dá)所需的驅(qū)動狀態(tài)。
至少部分上述目的及其他有關(guān)目的是由控制輸出功率到主動軸的功率輸出設(shè)備第三方法實現(xiàn)的，第三方法包含的步驟為(a)提供(1)帶輸出軸的發(fā)動機，(2)帶轉(zhuǎn)軸的第一電動機，第一電動機向轉(zhuǎn)軸輸出功率和從這根轉(zhuǎn)軸輸入功率，(3)第二電動機，它用于向主動軸輸出功率和從這根主動軸輸入功率，(4)三軸式功率輸入/輸出裝置，其三根軸分別與主動軸，輸出軸和轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)此三根軸中任意兩根軸預(yù)定的輸入和輸出功率，三軸式功率輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率，以及(5)供給和接收電能的蓄電池組，它用于向第一電動機輸出功率和從第一電動機輸入功率，和供給和接收電能，用于向第二電動機輸出功率和從第二電動機輸入功率；和(b)控制發(fā)動機，第一電動機和第二電動機，為的是將制動力加到主動軸上，同時將蓄電池組的充電狀態(tài)保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
本發(fā)明控制功率輸出設(shè)備的第三方法能使發(fā)動機，第一電動機和第二電動機輸出制動力到主動軸上，同時將蓄電池組的充電狀態(tài)保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
本發(fā)明的這些和其他目的，特征，方面以及優(yōu)點將從下面優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述和附圖中變得更加明顯。


圖1概略地畫出具體實施本發(fā)明功率輸出設(shè)備110的結(jié)構(gòu)；圖2畫出本實施例功率輸出設(shè)備110重要部分的放大圖；圖3概略地畫出含本實施例功率輸出設(shè)備110的車輛的一般結(jié)構(gòu)；圖4表示本實施例功率輸出設(shè)備110的運行原理圖；圖5表示本實施例功率輸出設(shè)備110中，轉(zhuǎn)速與連接到行星齒輪120的三根軸上扭矩之間關(guān)系的諾模圖；圖6表示本實施例功率輸出設(shè)備110中，轉(zhuǎn)速與連接到行星齒輪120的三根軸上扭矩之間關(guān)系的諾模圖；圖7表示無扭矩狀態(tài)的諾模圖；圖8表示控制第一電動機MG1去執(zhí)行能量回收作業(yè)，從而能使制動力加到環(huán)形齒輪軸126狀態(tài)的諾模圖；圖9表示控制第一電動機MG1去執(zhí)行動力作業(yè)，從而能使制動力加到環(huán)形齒輪軸126狀態(tài)的諾模圖；圖10表示發(fā)動機150空轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速Ne與起反作用力的扭矩Te的曲線圖；圖11表示第一個實施例中由控制器180控制CPU190執(zhí)行制動控制程序的流程圖；圖12表示制動力加到環(huán)形齒輪軸126，而第一電動機MG1在鎖定狀態(tài)的諾模圖；圖13和圖14表示第一個實施例中由控制器180控制CPU190執(zhí)行制動狀態(tài)下扭矩控制程序的流程圖；圖15表示電池194殘存電荷BRM與閾值為Bref的可充電電功率的關(guān)系曲線圖；圖16表示由控制器180控制CPU190執(zhí)行第一電動機MG1控制程序的流程圖；圖17表示由控制器180控制CPU190執(zhí)行第二電動機MG2控制程序的流程圖；圖18表示第一個實施例中制動力加到環(huán)形齒輪軸126時，而電池194在充電狀態(tài)的諾模圖；圖19表示發(fā)動機150在空轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速Ne，起反作用力的扭矩Te及制動能量Pr之間關(guān)系的曲線圖；圖20表示第一個實施例中制動力加到環(huán)形齒輪軸126上，而電池194不工作狀態(tài)的諾模圖；圖21表示制動狀態(tài)下部分改型的扭矩控制程序的流程圖；圖22表示在制動狀態(tài)下執(zhí)行改型扭矩控制程序的狀態(tài)的諾模圖；圖23表示預(yù)定轉(zhuǎn)速Nst與環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)速Nr之間關(guān)系的曲線圖；圖24表示第一個實施例中由控制器180控制CPU190執(zhí)行連續(xù)制動控制程序的流程圖；圖25概略地畫出另一個功率輸出設(shè)備110A，它作為第一個實施例的改型例子；圖26概略地畫出第三個功率輸出設(shè)備110B，它作為第一實施例的另一個改型例子；圖27概略地畫出第四個功率輸出設(shè)備110C重要部分的結(jié)構(gòu)，它作為按照本發(fā)明的第二個實施例；圖28表示第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中轉(zhuǎn)速與連接到行星齒輪120的三根軸上扭矩之間關(guān)系的諾模圖；圖29表示第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中轉(zhuǎn)速與連接到行星齒輪120的三根軸上扭矩之間關(guān)系的諾模圖；圖30和圖31表示第二個實施例中由控制器180控制CPU190執(zhí)行制動狀態(tài)下扭矩控制程序的流程圖；圖32表示第二個實施例中制動力加到環(huán)形齒輪軸126時，電池194在充電狀態(tài)的諾模圖；圖33表示第二個實施例中制動力加到環(huán)形齒輪軸126時，電池194不在工作狀態(tài)的諾模圖；圖34表示第二個實施例中由控制器180控制CPU190執(zhí)行連續(xù)制動控制程序的流程圖；圖35概略地畫出第五個功率輸出設(shè)備110D，它作為第二個實施例的改型例子；圖36概略地畫出第六個功率輸出設(shè)備110E，它作為第二個實施例的另一個改型例子；圖37概略地畫出帶功率輸出設(shè)備110F的四輪驅(qū)動車輛結(jié)構(gòu)，該設(shè)備110F等同于第一個實施例的功率輸出設(shè)備110。
一些實現(xiàn)本發(fā)明的方法，現(xiàn)作為優(yōu)選的實施例加以描述。圖1概略地畫出實施本發(fā)明功率輸出設(shè)備110的結(jié)構(gòu)；圖2畫出本實施例功率輸出設(shè)備110重要部分的放大圖；圖3概略地畫出含本實施例功率輸出設(shè)備110的車輛一般結(jié)構(gòu)。為了解釋方便，首先描述車輛的一般結(jié)構(gòu)。
參照圖3，此車輛備有發(fā)動機150，它消耗汽油燃料和輸出功率，從供氣系統(tǒng)吸入的空氣經(jīng)過節(jié)流閥166與燃料噴射閥151噴出的燃料混合，本實施例中的燃料是汽油。將空氣/燃料混合物送入燃燒室152迅猛點火并燃燒?？諝?燃料混合物的爆炸壓迫活塞154向下作直線運動，此直線運動轉(zhuǎn)換成曲軸156的旋轉(zhuǎn)運動。節(jié)流閥166被致動器168驅(qū)動而打開和關(guān)閉。火花塞162將來自點火器158所加的高電壓經(jīng)過分配器160轉(zhuǎn)化成火花，此火花迅猛點火并燃燒空氣/燃料混合物。
發(fā)動機150的運行受電子控制單元170(此后稱之為EFIECU)控制。EFIECU170接收各種傳感器送來的信息，這些傳感器檢測發(fā)動機150的運行條件。這些傳感器包括節(jié)流閥位置傳感器167，它檢測閥行程，即節(jié)流閥166的位置、歧管真空傳感器172，它測量加到發(fā)動機150上的負(fù)載；水溫傳感器174，它測量發(fā)動機150中冷卻水的溫度，以及安裝在分配器160上的速度傳感器176和角度傳感器178，用于測量轉(zhuǎn)速(每預(yù)定時間間隔內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù))和曲軸156的轉(zhuǎn)角。檢測點火鑰匙(未畫出)起動條件ST的起動器開關(guān)179也連到EFIECU170。其他與EFIECU170相連的傳感器和開關(guān)在此圖中省略了。
發(fā)動機150的曲軸156經(jīng)過行星齒輪120以及第一電動機MG1和第二電動機MG2(以后詳細(xì)描述)與動力傳輸齒輪111機械連動，動力傳輸齒輪111有一根主動軸112作為轉(zhuǎn)軸。動力傳輸齒輪111還與差動齒輪114相連，使得從功率輸出設(shè)備110輸出的功率最終傳輸?shù)阶篁?qū)動輪116和右驅(qū)動輪118。第一電動機MG1和第二電動機MG2電路上連接到控制器180并受其控制?？刂破?80包含內(nèi)部控制CPU并接收依附在變速器182上來自變速器位置傳感器184的輸入，依附在加速器踏板164上來自加速器位置傳感器164a的輸入，以及依附在制動器踏板165上來自制動器踏板位置傳感器165a的輸入，這些在下面要詳細(xì)描述?？刂破?80與EFIECU170之間用通信方式發(fā)送和接收各種數(shù)據(jù)和信息。包括通信協(xié)議在內(nèi)的控制過程細(xì)節(jié)在下面描述。
參照圖1和圖2，本實施例功率輸出設(shè)備110主要包括發(fā)動機150；行星齒輪120，它的行星齒輪架124與發(fā)動機150曲軸156機械連動；第一電動機MG1，它與行星齒輪120的中心齒輪121相連；第二電動機MG2，它與行星齒輪120的環(huán)形齒輪122相連；以及驅(qū)動并控制第一電動機MG1和第二電動機MG2的控制器180。
下面依據(jù)圖2描述行星齒輪120以及第一電動機MG1和第二電動機MG2的結(jié)構(gòu)。行星齒輪120包括與空心的中心齒輪軸125相連的中心齒輪121，曲軸156穿過此空心軸；與環(huán)形齒輪軸126相連的環(huán)形齒輪122，環(huán)形齒輪軸126與曲軸156共軸；多個行星游輪123，這些游輪123分布在中心齒輪121與環(huán)形齒輪122之間，它們在繞著本身軸轉(zhuǎn)動的同時，圍繞著中心齒輪121旋轉(zhuǎn)；以及行星齒輪架124，它與曲軸156的一端相連以支承行星游輪123的轉(zhuǎn)軸。在行星齒輪120中，三根軸，即中心齒輪軸125，環(huán)形齒輪軸126和曲軸156分別與中心齒輪121，環(huán)形齒輪122和行星齒輪架124相連，這三根軸是功率的輸入軸和輸出軸。確定了三根軸中任意兩根軸的輸入和輸出功率就自動地確定了余下一根軸的輸入和輸出功率。行星齒輪120三根軸上功率輸入和輸出的運行細(xì)節(jié)下面要討論。
取出動力的動力進給齒輪128與環(huán)形齒輪122相連，且安排在第一電動機MG1一側(cè)。動力進給齒輪128經(jīng)過鏈帶129還與動力傳輸齒輪111相連，使得動力在動力進給齒輪128與動力傳輸齒輪111之間傳輸。
第一電動機MG1的結(jié)構(gòu)是一同步電動發(fā)電機，它包括轉(zhuǎn)子132和定子133，在轉(zhuǎn)子132外表面有多塊永久磁鐵135，而在定子133上面繞了三相線圈134以形成旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子132連到與行星齒輪120的中心齒輪121相連的中心齒輪軸125。定子133用多片無方向電磁鋼薄片互相重疊制成，且固定在外殼119上。第一電動機MG1起電動機作用時，它是通過永久磁鐵135產(chǎn)生的磁場與三相線圈134產(chǎn)生的磁場之間相互作用使轉(zhuǎn)子132旋轉(zhuǎn)，或者起發(fā)電機作用時，它是由永久磁鐵135產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子132轉(zhuǎn)動的相互作用在三相線圈各端之間產(chǎn)生電動勢。中心齒輪軸125還備有測量其轉(zhuǎn)角θs的解算器139。
與第一電動機MG1一樣，第二電動機MG2也制成同步電動發(fā)電機，它包括轉(zhuǎn)子142和定子143，在轉(zhuǎn)子142外表面有多塊永久磁鐵145，而在定子143上面繞了三相線圈144以形成旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子142連到與行星齒輪120的環(huán)形齒輪122相連的環(huán)形齒輪軸126，而定子143固定在外殼119上。電動機MG2的定子143也是用多片無方向電磁鋼薄片互相重疊制成。與第一電動機MG1一樣，第二電動機MG2也可以按電動機或發(fā)電機方式工作。環(huán)形齒輪軸126也備有測量其轉(zhuǎn)角θr的解算器149。
驅(qū)動并控制第一電動機MG1和第二電動機MG2的控制器180有下面的結(jié)構(gòu)。還參照圖1，控制器180包括驅(qū)動第一電動機MG1的第一驅(qū)動電路191，驅(qū)動第二電動機MG2的第二驅(qū)動電路192，控制第一電路191和第二電路192的控制CPU190，以及含有多個蓄電池的電池194?？刂艭PU190是一個單片微處理器，它包括工作存儲器的RAM190a，存貯各種控制程序的ROM190b，輸入/輸出端口(未畫出)和串行通信口(未畫出)，通過這個通信口數(shù)據(jù)傳送到EFIECU和從EFIECU接收數(shù)據(jù)?？刂艭PU190經(jīng)過該輸入端口接收各種數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)包括用解算器139測得的中心齒輪軸125轉(zhuǎn)角θs，用解算器149測得的環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)角θr，從加速器位置傳感器164a輸出的加速器踏板位置AP(加速器踏板164的踩踏量)，以制動踏板位置傳感器165a輸出的制動踏板位置BP(制動踏板165的踩踏量)，以變速器位置傳感器184輸出的變速器位置SP，放在第一驅(qū)動電路191中兩個安培表195和196的電流值IU1和IV1，放在第二驅(qū)動電路192中兩個安培表197和198的電流值IU2和IV2，以及用殘留電荷表199測得的電池194殘留電荷BRM。殘留電荷表199能用任何熟知的方法測定電池194的殘留電荷BRM，例如，測量電池194中電解液的比重或電池194的總重量，計算充電和放電的電流和時間，或使電池194兩電極之間瞬時短路并測量內(nèi)阻與電流。
控制CPU190輸出第一控制信號SW1和第二控制信號SW2，SW1驅(qū)動第一驅(qū)動電路191中起開關(guān)元件作用的6個晶體管Tr1至Tr6，SW2驅(qū)動第二驅(qū)動電路192中起開關(guān)元件作用的6個晶體管Tr11至Tr16。第一驅(qū)動電路191中Tr1至Tr66個晶體管組成晶體管倒相器，且成對地安排，作為源和匯，與一對輸電線L1和L2對應(yīng)。第一電動機MG1的三相線圈(U，V，W)134連接到第一驅(qū)動電路191成對晶體管相應(yīng)的觸點。輸電線L1和L2分別連接到電池194的正極和負(fù)極。因此，從控制CPU190輸出的控制信號SW1相繼地控制成對晶體管Tr1至Tr6的加電時間。流過三相線圈134的電流經(jīng)過PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制成為準(zhǔn)正弦波，此準(zhǔn)正弦波能使三相線圈134生成旋轉(zhuǎn)磁場。
第二驅(qū)動電路192中6個晶體管Tr11至Tr16也組成晶體管倒相器，且按第一驅(qū)動電路191中Tr1至Tr66個晶體管同樣方式安排。第二電動機MG2的三相線圈(U，V，W)144連接到第二驅(qū)動電路192中成對晶體管的相應(yīng)觸點。因此，從控制CPU190輸出的第二控制信號SW2相繼地控制成對晶體管Tr11至Tr16的加電時間。流過三相線圈144的電流經(jīng)過PWM控制成為準(zhǔn)正弦波，該準(zhǔn)正弦波能使三相線圈144生成旋轉(zhuǎn)磁場。
如此構(gòu)成的本實施例功率輸出設(shè)備110按照下面討論的原理運行，特別是按照扭矩轉(zhuǎn)換原理運行。舉例來說，假定發(fā)動機150在轉(zhuǎn)速Ne和扭矩Te的驅(qū)動點P1上工作，而環(huán)形齒輪軸126在另一驅(qū)動點P2上工作，驅(qū)動點P2由不同的轉(zhuǎn)速Nr和不同的扭矩Tr確定，但給出的能量與從發(fā)動機150輸出的能量Pe完全相等。這意味著，發(fā)動機150輸出的功率經(jīng)過扭矩轉(zhuǎn)換并加在環(huán)形齒輪軸126上。在這種條件下，發(fā)動機150的扭矩和轉(zhuǎn)速與環(huán)形齒輪軸126的扭矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系表示在圖4中曲線上。
按照力學(xué)原理，行星齒輪120三根軸(即，中心齒輪軸125，環(huán)形齒輪軸126，和行星齒輪架124(曲軸156))的轉(zhuǎn)速與扭矩之間的關(guān)系可以表示成圖5和圖6畫出的諾模圖，并可以用幾何方法求解。不采用諾模圖，行星齒輪120中三根軸的轉(zhuǎn)速與扭矩之間關(guān)系可以通過計算機應(yīng)軸的能量用數(shù)字方法分析。為了解釋清楚，本實施例中采用諾模圖。
在圖5的諾模圖中，三根軸的轉(zhuǎn)速畫成縱坐標(biāo)，三根軸在坐標(biāo)軸上位置之比畫成橫坐標(biāo)。當(dāng)中心齒輪軸125的坐標(biāo)軸S和環(huán)形齒輪軸126的坐標(biāo)軸R放置在一直線段的兩端時，行星齒輪架124的坐標(biāo)軸C是以S軸和R軸的內(nèi)分割線給出，其比例為1比ρ，其中ρ代表中心齒輪121齒數(shù)與環(huán)形齒輪122齒數(shù)之比，并表示成以下的公式(1)
如上所述，發(fā)動機以轉(zhuǎn)速Ne驅(qū)動，而環(huán)形齒輪軸126以轉(zhuǎn)速Nr驅(qū)動。因此，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne可以畫在與發(fā)動機150曲軸156相連的行星齒輪架124的坐標(biāo)軸C上，環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr可以畫在環(huán)形齒輪軸126的坐標(biāo)軸R上。通過該兩點畫一條直線，于是得到的中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns為此直線與坐標(biāo)軸S的交點。這條直線此后稱之為動態(tài)共線直線。中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns可以按照以下比例表達(dá)式(2)從發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne和環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)速Nr算出。在行星齒輪120中，確定了中心齒輪121，環(huán)形齒輪122和行星齒輪架124中兩種齒輪的轉(zhuǎn)動就自動地確定了余下一種齒輪的轉(zhuǎn)動。Ns=Nr-(Nr-Ne)1+ρρ---(2)]]>然后，發(fā)動機150的扭矩Te加到動態(tài)共線直線上行星齒輪架124的坐標(biāo)軸C(在圖中方向向上)，該直線的功能是一作用線。動態(tài)共線直線對扭矩來說可以看成是一剛體，力作為一個矢量加到此剛體上。根據(jù)將力分成兩條不同平行作用線的方法，作用在坐標(biāo)軸C上的扭矩Te分成作用在坐標(biāo)軸S上的扭矩Tes和作用在坐標(biāo)軸R上的扭矩Ter。扭矩Tes和Ter的大小由以下公式(3)和(4)給出Tes=Te×ρ1+ρ---(3)]]>Ter=Te×11+ρ---(4)]]>動態(tài)共線直線上各個力的平衡對于動態(tài)共線直線穩(wěn)定態(tài)是很重要的。按照具體步驟，具有與扭矩Tes同樣大小，但方向相反的扭矩Tm1加到坐標(biāo)軸S，而具有與一合扭矩同樣大小，但方向相反的扭矩Tm2加到坐標(biāo)軸R，此合扭矩是扭矩Ter以及與輸出到環(huán)形齒輪軸126的扭矩Tr有同樣大小，但方向相反的扭矩之和。扭矩Tm1由第一電動機MG1給出，扭矩Tm2由第二電動機MG2給出，第一電動機MG1加的扭矩Tm1與其轉(zhuǎn)動方向相反，因而它作為發(fā)電機工作而從中心齒輪軸125回收電能Pm1，Pm1由扭矩Tm1與轉(zhuǎn)速Ns的乘積給出，第二電動機MG2加的扭矩Tm2與其轉(zhuǎn)動方向一致，因而它作為電動機工作而輸出電能Pm2，Pm2是扭矩Tm2與轉(zhuǎn)速Nr乘積，是輸出到環(huán)形齒輪軸126上的功率。
若電能Pm1與電能Pm2完全相等，則第二電動機MG2消耗的全部電功率可以由第一電動機MG1回收和供給。為了達(dá)到這一狀態(tài)，全部輸入能量應(yīng)該都輸出；即，從發(fā)動機150輸出的能量Pe應(yīng)該等于輸出到環(huán)形齒輪軸126的能量Pr。即，使表示成扭矩Te與轉(zhuǎn)速Ne乘積的能量Pe等于表示成扭矩Tr與轉(zhuǎn)速Nr乘積的能量Pr。參照圖4，表示成扭矩Te與轉(zhuǎn)速Ne的乘積并以驅(qū)動點P1表示，從發(fā)動機150輸出的功率經(jīng)過扭矩轉(zhuǎn)換并輸出到環(huán)形齒輪軸126上，它成為具有相同能量的功率，但表示為扭矩Tr與轉(zhuǎn)速Nr的乘積。如前面已討論過的，輸出到環(huán)形齒輪軸126的功率經(jīng)過動力進給齒輪128和動力傳輸齒輪111傳輸?shù)街鲃虞S112，再經(jīng)過差動齒輪114傳輸?shù)津?qū)動輪116和118。輸出到環(huán)形齒輪軸126的功率與傳輸?shù)津?qū)動輪116和118的功率之間保持著線性關(guān)系?？梢哉{(diào)節(jié)輸出到環(huán)形齒輪軸126的功率控制傳輸?shù)津?qū)動輪116和118的功率。
雖然在圖5的諾模圖中，中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns是正的，但根據(jù)發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne和環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Ns，中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns可以是負(fù)的，如圖6的諾模圖所示。在后一情況中，第一電動機MG1在其轉(zhuǎn)動方向加扭矩，從而按電動機方式工作，消耗電能Pm1，它以扭矩Tm1與轉(zhuǎn)速Ns的乘積給出。另一方面，第二電動機MG2所加扭矩與其轉(zhuǎn)動方向相反，從而按發(fā)電機方式工作，從環(huán)形齒輪軸126回收電能Pm2，它以扭矩Tm2與轉(zhuǎn)速Nr的乘積給出。若使第一電動機MG1消耗的電能Pm1等于第二電動機MG2回收的電能Pm2，在此條件下，第一電動機MG1消耗的全部電功率可以由第二電動機MG2供給。
以上描述涉及本實施例功率輸出設(shè)備110的基本扭矩轉(zhuǎn)換。然而，功率輸出設(shè)備110不但能執(zhí)行上述基本運轉(zhuǎn)方式，將發(fā)動機150輸出的全部功率進行扭矩轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換過的扭矩輸出到環(huán)形齒輪軸126，而且能執(zhí)行其他運轉(zhuǎn)方式。這些可能的運轉(zhuǎn)方式包括用多余的電能對電池194充電和用貯存在電池194中的電力補充不足的電能。這些運轉(zhuǎn)方式是靠調(diào)節(jié)發(fā)動機150輸出的功率(即，扭矩Te與轉(zhuǎn)速Ne的乘積)，第一電動機MG1回收或消耗的電能Pm1以及第二電動機MG2回收或消耗的電能Pm2來實現(xiàn)的。
以上討論的運轉(zhuǎn)原理是做這樣的假定，行星齒輪120，電動機MG1和MG2，以及晶體管Tr1至Tr16的功率轉(zhuǎn)換效率等于值“1”，它代表100％。然而，在實際狀態(tài)中，轉(zhuǎn)換效率小于值“1”，所以就要求，發(fā)動機150輸出的能量Pe稍大于輸出到環(huán)形齒輪軸126的能量Pr，或者使輸出到環(huán)形齒輪軸126的能量Pr略小于從發(fā)動機150輸出的能量Pe。舉例來說，可以用轉(zhuǎn)換效率的倒數(shù)乘上輸出到環(huán)形齒輪軸126的能量Pr計算從發(fā)動機150輸出的能量Pe。在圖5的諾模圖狀態(tài)，可以用兩個電動機MG1和MG2的效率乘上第一電動機MG1回收的電功率計算第二電動機MG2的扭矩Tm2。另一方面，在圖6的諾模圖狀態(tài)，可以用第一電動機MG1消耗的電功率除以兩個電動機MG1和MG2的效率計算第二電動機MG2的扭矩Tm2。在行星齒輪120中，由于機械摩擦等因素，存在著能量損耗或熱損耗，雖然與涉及的全部能量比較，這種能量損耗是非常小的。用作第一電動機MG1和第二電動機MG2的同步電動機效率非常接近值“1”。諸如應(yīng)用于晶體管Tr1至Tr16的GTOs熟知器件有極小的接通電阻。因此，功率轉(zhuǎn)換效率實際上等于值“1”。為了方便起見，在本實施例的以下討論中，除非另作說明，否則效率就認(rèn)為等于值“1” (＝100％)。
下面描述車輛的制動控制，該車輛是由發(fā)動機150輸出的功率經(jīng)過上述扭矩轉(zhuǎn)換傳到環(huán)形齒輪軸126來驅(qū)動的。有三種不同類型的制動控制；即，第一電動機MG1和發(fā)動機150制動控制，第二電動機MG2制動控制，以及第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150制動控制。在第二電動機MG2作為發(fā)電機的制動控制過程中，驅(qū)動輪116的轉(zhuǎn)動線性地傳輸?shù)江h(huán)形齒輪軸126，其轉(zhuǎn)動能量(動能)被取出并作為電能貯存在電池194中。第二電動機MG2制動控制是一熟知的過程，因此就不在此具體描述了。下面首先描述第一電動機MG1和發(fā)動機150制動控制過程，然后描述第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150制動控制過程。第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150制動控制是下面討論的第一電動機MG1和發(fā)動機150制動控制與常規(guī)的第二電動機MG2制動控制的組合。
在第一電動機MG1和發(fā)動機150制動控制的過程中，第一電動機MG1經(jīng)過行星齒輪120驅(qū)動發(fā)動機150，同時停止噴射燃料進發(fā)動機150。被驅(qū)動的發(fā)動機150中活塞的阻力和壓縮所需能量經(jīng)過扭矩轉(zhuǎn)換并作為制動力加到環(huán)形齒輪軸126上。
本實施例功率輸出設(shè)備110保持在圖5和圖6諾模圖狀態(tài)時，假定第一電動機MG1扭矩Tm1和第二電動機MG2扭矩Tm2兩者都設(shè)定為零，且發(fā)動機150工作(噴射燃料)停止。在這些條件下，動態(tài)共線直線穩(wěn)定地保持在這樣的狀態(tài)發(fā)動機150空轉(zhuǎn)所需的能量與第一電動機MG1空轉(zhuǎn)所需的能量之和為最小。因為本實施例功率輸出設(shè)備110中的發(fā)動機150是四沖程汽油機，發(fā)動機150空轉(zhuǎn)所需的能量，即，發(fā)動機150中活塞的摩擦和壓縮所需的能量，大于第一電動機MG1轉(zhuǎn)子132空轉(zhuǎn)所需的能量。因此，動態(tài)共線直線是處在發(fā)動機150停止和第一電動機MG1空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，如圖7的諾模圖所示。
若第一電動機MG1是在發(fā)動機150以轉(zhuǎn)速Ne1被驅(qū)動這一狀態(tài)下被驅(qū)動和控制，則動態(tài)共線直線落在圖8的諾模圖所示的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機150在以轉(zhuǎn)速Ne1被驅(qū)動時，Te1表示作為反作用從發(fā)動機150輸出的扭矩。如前面討論過的，按照公式(4)由扭矩Te1計算出的分扭矩Ter1加到環(huán)形齒輪軸126。當(dāng)發(fā)動機150按圖5和圖6的諾模圖所示被驅(qū)動時，起反作用的扭矩Te1方向與發(fā)動機150輸出的扭矩Te方向相反。因此，作用在環(huán)形齒輪軸126上的分扭矩Ter1起到制動力的作用。在圖8的諾模圖狀態(tài)，中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)動方向不同于第一電動機MG1的扭矩Tm1方向。因此，第一電動機MG1按發(fā)電機方式運行，并使中心齒輪軸125的部分轉(zhuǎn)動能量(動能)可以被取出，作為電能對電池194充電。按照上面給出的方程式(3)，由發(fā)動機150輸出的扭矩Te1計算第一電動機MG1輸出的扭矩Tm1。
第一電動機MG1可以按圖7的諾模圖狀態(tài)下驅(qū)動和控制，此時MG1驅(qū)動發(fā)動機150以轉(zhuǎn)速Ne2轉(zhuǎn)動，如圖9的諾模圖所示。當(dāng)發(fā)動機150以轉(zhuǎn)速Ne2被驅(qū)動時，Te2表示起反作用的扭矩。用與圖8的諾模圖同樣的方法，按照公式(4)由扭矩Te2計算出的分扭矩Ter2作為制動力加到環(huán)形齒輪軸126。在圖9的諾模圖狀態(tài)，中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)動方向與第一電動機MG1的扭矩Tm1方向相同，因而，電動機MG1起電動機的作用。運行第一電動機MG1所需電能由電池194放出的電功率供給。
當(dāng)發(fā)動機150被驅(qū)動時，轉(zhuǎn)速Ne與起反作用的扭矩Te之間關(guān)系取決于發(fā)動機150的類型和特征。在本實施例中，這個關(guān)系用實驗方法確定并作為變換表事先貯存在ROM190b中。圖10表示這種變換的一個例子。從發(fā)動機150輸出作為反作用的扭矩Te取決于轉(zhuǎn)速Ne。取決于加到環(huán)形齒輪軸126制動力的大小和環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr，動態(tài)共線直線或落在圖8的諾模圖狀態(tài)或落在圖9的諾模圖狀態(tài)?？紤]到環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr，適當(dāng)規(guī)定輸出到環(huán)形齒輪軸126制動力大小的過程能確定第一電動機MG1是執(zhí)行電能回收作業(yè)或動力作業(yè)，從而使電池194充電或放電。
由第一電動機MG1和發(fā)動機150的基本制動控制遵循圖11的流程圖中制動控制程序。當(dāng)駕駛員踩在制動踏板165上時，就重復(fù)執(zhí)行制動控制程序，在第一電動機MG1和發(fā)動機150制動控制過程中所用的制動扭矩Tr*是根據(jù)制動踏板165的踩踏量設(shè)定的。當(dāng)執(zhí)行這個制動控制程序時，控制器180的控制CPU190同時輸出一停止信號經(jīng)通信信道給EFIECU，為的是停止噴射燃料進發(fā)動機150。
當(dāng)工作進程進入圖11的程序時，控制器180的控制CPU190首先在步驟S100讀出制動扭矩Tr*。制動扭矩Tr*是按照制動踏板165的踩踏量設(shè)定的，并寫入到RAM190a的預(yù)定地址。按照一個具體過程，在步驟S100控制CPU190讀出以前寫入到預(yù)定地址的制動扭矩Tr*數(shù)據(jù)。然后，在步驟S102，控制CPU190根據(jù)制動扭矩Tr*，設(shè)定發(fā)動機150的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*。為了輸出制動扭矩Tr*到環(huán)形齒輪軸126，要求發(fā)動機150輸出扭矩Te，此扭矩Te是以Tr*代換對Te改寫的公式(4)中的扭矩Ter而得到的。按照一個具體過程，對應(yīng)于如此得到的扭矩Te的轉(zhuǎn)速Ne是從圖10中所示的變換關(guān)系讀出的，并設(shè)定為步驟S102的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*。
在設(shè)定發(fā)動機150的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*之后，控制CPU190在步驟S104讀出環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr和中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns。中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns可以根據(jù)解算器139讀出的中心齒輪軸125轉(zhuǎn)角θs計算出，而環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr可以根據(jù)解算器149讀出的環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)角θr計算出?？刂艭PU190接著在步驟S106按照下面給出的公式(5)，由發(fā)動機150的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*和環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr計算出中心齒輪軸125的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ns*。公式(5)是將發(fā)動機150的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*代入公式(2)中的Ne而得到的。Ns*←Nr-(Nr-Ne*)×1+ρρ---(5)]]>控制CPU190在步驟S108按照下面給出的公式(6)，計算并設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*。公式(6)右邊第一項是根據(jù)圖8或圖9的諾模圖所示動態(tài)共線直線上的平衡而得到的。右邊第二項是一比例項，用來抵消實際轉(zhuǎn)速Ns與目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ns*的偏差，右邊第三項是一積分項，用來抵消靜態(tài)偏差。在靜態(tài)中(即，當(dāng)轉(zhuǎn)速Ns與目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ns*的偏差等于零)，第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*設(shè)置成等于右邊第一項Tr*×ρ，此項是根據(jù)動態(tài)共線直線上的平衡而得到的。公式(6)中的K1和K2表示比例常數(shù)。
Tm1*←Tr*×ρ+K1(Ns*-Ns)+K2∫(Ns*-Ns)dt(6)在設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*之后，控制CPU190在步驟S110接收來自解算器139的中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)角θs值，并且在步驟S111根據(jù)中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)角θs計算第一電動機MG1的電角度θ1。在本實施例中，由于四極對(即，4個N極和4個S極)同步電機用作第一電動機MG1，中心齒輪軸125轉(zhuǎn)角θs的四倍為電角度θ1(θ1＝4θs)。然后，控制CPU190在步驟S112用安培表195和196檢測流過第一電動機MG1三相線圈134中U相和V相的電流值IU1和IV1。雖然，電流自然流過全部三相U，V，和W，但只要求測量流過兩相的電流，因為三相電流之和等于零。在下一步驟S114中，利用步驟S112中得到流過三相的電流值，控制CPU190執(zhí)行坐標(biāo)變換(三相到兩相的變換)。坐標(biāo)變換將流過三相的電流值變換成流過永磁型同步電機d軸和q軸的電流值，并按照下面給出的公式(7)執(zhí)行。進行坐標(biāo)變換是因為流過d軸和q軸的電流對于永磁型同步電機中的扭矩控制是十分重要的?；蛘?，扭矩控制可以用流過三相的電流直接實行。Id1Iq1=2-sin(θ1-120)sinθ1-cos(θ1-120)cosθ1Iu1Iv1---(7)]]>在變換到兩個軸的電流之后，控制CPU190計算實際流過d軸和q軸的電流Id1和Iq1與相應(yīng)兩個軸的電流命令值Id1*和Iq1*之間偏差，這兩個電流命令值是從第一電動機MG1扭矩命令值Tm1*計算出的，隨后，控制CPU190在步驟S116確定d軸和q軸的電壓命令值Vd1和Vq1，按照一個具體過程，控制CPU190執(zhí)行下面給出的公式(8)和公式(9)算術(shù)運算。在公式(9)中，Kp1，Kp2，Ki1，和Ki2表示系數(shù)，調(diào)整這些系數(shù)以適合所用電動機的特性。每個電壓命令值Vd1(Vq1)包括一個與電流命令值I*偏差ΔI成正比的部分(公式(9)的右邊第一項)和過去“i”次偏差ΔI之和(右邊第二項)。
ΔId1＝Id1*-Id1ΔIq1＝Iq1*-Iq1(8)Vd1＝Kp1·ΔId1+∑Ki1·ΔId1Vq1＝Kp2·ΔIq1+∑Ki2·ΔIq1 (9)控制CPU190然后在步驟S118對得到的電壓命令值再進行坐標(biāo)變換(兩相至三相的變換)。這相應(yīng)于在步驟S114執(zhí)行的變換的逆變換。此逆變換確定實際加在三相線圈134上的電壓Vu1，Vv1，Vw1，由以下公式(10)表示。Vu1Vv1=23cosθ1-sinθ1cos(θ1-120)-sin(θ1-120)Vd1Vq1]]>Vw1＝-Vu1-Vv1(10)實際的電壓控制是由第一驅(qū)動電路191中Tr1至Tr6晶體管的開-關(guān)工作完成的。在步驟S119，第一驅(qū)動電路191中Tr1至Tr6晶體管的開關(guān)時間是PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制的，為的是達(dá)到上面公式(10)確定的電壓命令值Vu1，Vv1，和Vw1。
假定，當(dāng)所加扭矩Tm1的方向是圖8和圖9諾模圖所示的方向，則第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*為正。對于一個相同的正扭矩命令值Tm1*，當(dāng)扭矩命令值Tm1*在如圖8的諾模圖狀態(tài)下與中心齒輪軸125轉(zhuǎn)動方向相反的作用時，控制第一電動機MG1實現(xiàn)能量回收作業(yè)，而當(dāng)扭矩命令值Tm1*在如圖9的諾模圖狀態(tài)下與中心齒輪軸125轉(zhuǎn)動方向相同的作用時，控制第一電動機MG1實現(xiàn)動力作業(yè)。對于正扭矩命令值Tm1*，第一電動機MG1的能量回收作業(yè)和動力作業(yè)都實行相同的開關(guān)控制。按照一個具體過程，控制第一驅(qū)動電路191中晶體管Tr1至Tr6，由放置在轉(zhuǎn)子132外表面上永久磁鐵135產(chǎn)生的磁場與電流流過三相線圈134產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的迭加，可以使正扭矩加到中心齒輪軸125上。只要扭矩命令值Tm1*的符號不變，對第一電動機MG1的能量回收作業(yè)和動力作業(yè)都執(zhí)行相同的開關(guān)控制。因此，圖11的流程圖中所示制動控制程序適用于能量回收作業(yè)和動力作業(yè)。
上述控制過程將動態(tài)共線直線設(shè)置在圖8的諾模圖狀態(tài)或圖9的諾模圖狀態(tài)，且都能使制動力加到環(huán)形齒輪軸126上，并最終加到驅(qū)動輪116和118上。
如上面所討論的，本實施例功率輸出設(shè)備110實現(xiàn)第一電動機MG1和發(fā)動機150的制動控制，能使制動力加到環(huán)形齒輪軸126上，且最終加到驅(qū)動輪116和118。考慮到環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr，適當(dāng)規(guī)定輸出到環(huán)形齒輪軸126制動力矩Tr*大小的過程，能使第一電動機MG1實現(xiàn)制動和對電池194充電的能量回收作業(yè)，或者使第一電動機MG1實現(xiàn)制動和使電池194放電的動力作業(yè)。即，根據(jù)電池194的殘留電荷BRM，第一電動機MG1能夠利用能量回收作業(yè)或動力作業(yè)實現(xiàn)制動。
在本實施例的制動控制程序中，設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和中心齒輪軸125的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ns*，借助第一電動機MG1和發(fā)動機150能使預(yù)置的制動扭矩Tr*輸出到環(huán)形齒輪軸126。按照另一個可能的應(yīng)用，可以根據(jù)電池194的殘留電荷BRM設(shè)定制動扭矩Tr*。這一種結(jié)構(gòu)可將電池194的殘留電荷BRM保持在所需的水平上。
雖然在本實施例中，停止了燃料噴進發(fā)動機150，但也可以實現(xiàn)燃料噴射，使發(fā)動機150以空轉(zhuǎn)速或另一個適當(dāng)轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。后一情況中起反作用的扭矩Te不同于本實施例中的扭矩。因此，燃料噴射量，轉(zhuǎn)速Ne和起反作用的扭矩Te之間關(guān)系應(yīng)當(dāng)事先決定，并作為變換表貯存起來。
本實施例的制動控制過程有效地控制第一電動機MG1，為的是能使制動扭矩Tr*作為制動力加到環(huán)形齒輪軸126上。另一種制動控制過程用電磁方法剎住第一電動機MG1的轉(zhuǎn)子132，即，鎖住第一電動機MG1，為的是能使制動力加到環(huán)形齒輪軸126。圖12是這一狀態(tài)的諾模圖。此時中心齒輪軸125是固定的，行星齒輪120起減速齒輪的作用。減速比乘上環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速就是曲軸156的轉(zhuǎn)速。這等同于發(fā)動機制動操作。此情況中對第一電動機MG1的控制是為了驅(qū)動第一電動機MG1而關(guān)斷第一驅(qū)動電路191中所有的晶體管Tr1至Tr6。
下面描述第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150的制動控制過程。如前面已提到，第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150制動控制是第一電動機MG1和發(fā)動機150制動控制與第二電動機MG2制動控制的組合。此制動控制包括各種操作例如，將相應(yīng)于制動踏板165踩踏量的制動力加到環(huán)形齒輪軸126的操作以及當(dāng)車輛向下行進在一長斜坡時，將一與制動踏板165踩踏量無關(guān)的制動力加到環(huán)形齒輪軸126的操作。在本實施例中，將相應(yīng)于制動踏板165踩踏量的制動力加到環(huán)形齒輪軸126的操作遵循圖13和圖14流程圖中所示制動狀態(tài)下的扭矩控制程序。當(dāng)車輛向下行進在一長斜坡時，將一與制動踏板165踩踏量無關(guān)的制動力加到齒輪軸126的操作遵循圖24流程圖所示的連續(xù)制動控制程序。
當(dāng)車輛行駛時，圖13和圖14的流程圖中所示制動狀態(tài)下的扭矩控制程序以預(yù)定的時間間隔重復(fù)地被執(zhí)行(例如，每8msec)。當(dāng)工作進程進入圖13的程序中時，控制器180的控制CPU190首先在步驟S120讀出由制動踏板位置傳感器165a測得的制動踏板位置BP。駕駛員踏制動踏板165，將制動力加到驅(qū)動輪116和118。制動踏板位置BP值于是就代表駕駛員要求的所需制動扭矩。根據(jù)步驟S122上輸入的制動踏板位置BP，控制CPU190確定輸出到環(huán)形齒輪軸126的制動扭矩Tr*。按照制動踏板位置BP，此處確定的不是輸出到驅(qū)動輪116和118的制動扭矩，而是輸出到環(huán)形齒輪軸126的制動扭矩Tr*。這是因為環(huán)形齒輪軸126經(jīng)過動力進給齒輪128，動力傳輸齒輪111和差動齒輪114與驅(qū)動輪116和118機械連動，確定了輸出到環(huán)形齒輪軸126的制動扭矩Tr*因而就確定了輸出到驅(qū)動輪116和118的制動扭矩。在此實施例中，代表制動扭矩Tr*與制動踏板位置BP之間關(guān)系的變換表是事先準(zhǔn)備好的并貯存在ROM190b中。按照一個具體過程，在步驟S122，相應(yīng)于輸入的制動踏板位置BP的制動扭矩Tr*從貯存在ROM190b中的變換表中讀出。
控制CPU190然后在步驟S124讀出由殘留電荷表199測得的電池194殘留電荷BRM，并且在步驟S126將輸入的電池194殘留電荷BRM與閾值Bref進行比較。將閾值Bref設(shè)置成接近于完全充足電狀態(tài)下的一個值，在此狀態(tài)下電池194不能再充電了，此閾值取決于電池194的類型和特性。圖15表示電池194殘留電荷BRM與閾值為Bref的可充電電功率的關(guān)系曲線。
在步驟S126，若電池194的殘留電荷BRM小于閾值Bref，則程序確定有必要對電池194充電，并在步驟S128將第一電動機MG1扭矩命令值Tm1*設(shè)置為零，而在步驟S130將制動扭矩Tr*賦予第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*。然后控制CPU190在步驟S132從通訊口輸出一信號給EFIECU170，使燃料停止噴進發(fā)動機150。該程序接著在步驟S134至S138根據(jù)預(yù)置值控制第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150。為了便于說明，第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150的控制以分開的步驟說明。然而，在實際過程中，這些控制作用是并行和全面地實現(xiàn)的。舉例來說，利用中斷過程，使控制CPU190同時控制第一電動機MG1和第二電動機MG2，而經(jīng)過通訊口將指令傳輸給EFIECU170，為的是允許EFIECU170同時控制發(fā)動機150。
第一電動機MG1的控制遵循圖16中流程圖所示的第一電動機MG1控制程序，而第二電動機MG2的控制遵循圖17中流程圖所示的第二電動機MG2控制程序。這兩個控制程序與圖11制動控制程序中步驟S110到S119的過程完全相同，所以不在此處具體描述了。當(dāng)?shù)谝浑妱訖CMG1的扭矩命令值Tm1*設(shè)置成零時，第一電動機MG1的控制不遵循圖16流程圖中所示的第一電動機MG1控制程序，而是如前面所討論過的，關(guān)斷第一驅(qū)動電路中所有的晶體管Tr1至Tr6。發(fā)動機150的控制是由接收到停止燃料噴射指令后的EFIECU170執(zhí)行。EFIECU170實際上既停止火花塞162點火又停止燃料噴射，從而停止了發(fā)動機150的運轉(zhuǎn)。
在步驟S126，當(dāng)電池194的殘留電荷BRM確定為小于閾值Bref時，第一電動機MG1扭矩Tm1和第二電動機MG2扭矩Tm2都設(shè)置為0，并如上面圖7諾模圖討論過的那樣，停止發(fā)動機150運轉(zhuǎn)(燃料噴射)，同時令第二電動機MG2加一相應(yīng)于扭矩命令值Tm2*的扭矩到環(huán)形齒輪軸126。如圖18諾模圖所示，這個過程停止了發(fā)動機150和使第一電動機MG1空轉(zhuǎn)。如前面所討論的，這個狀態(tài)消耗最少的能量，使得環(huán)形齒輪軸126的大部分轉(zhuǎn)動能量(功能)能被第二電動機MG2回收成電能，并貯存在電池194中。
另一方面，在步驟S126，若電池194的殘留電荷BRM不小于閾值Bref，程序確定沒有必要對電池194充電，并執(zhí)行圖14流程圖中步驟S140至S152的流程。該流程設(shè)置第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*，為的是在不對電池194充電的同時，能將制動力加到環(huán)形齒輪軸126。在圖14的程序中，控制器180的控制CPU190首先在步驟S140讀出環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr和中心齒輪軸125的轉(zhuǎn)速Ns，在步驟S142用公式Pr＝Tr*×Nr計算制動作用所需的制動能Pr。
控制CPU190然后在步驟S144根據(jù)計算出的制動能Pr設(shè)置發(fā)動機150的目標(biāo)扭矩Te*和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*。發(fā)動機150消耗的能量等于起反作用力的扭矩Te與發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne的乘積。制動能Pr以及發(fā)動機150的目標(biāo)扭矩Tr*和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*因而滿足關(guān)系式Pr＝Te*×Ne*。如前面用圖10的曲線圖討論過的，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne與起反作用力的扭矩Te之間關(guān)系是明確規(guī)定的。因而找到所需運算的特定點，在此點上該乘積與制動能相等，并且此特定點處的扭矩Te和轉(zhuǎn)速Ne確定為發(fā)動機150的目標(biāo)扭矩Te*和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*。舉例來說，此特定點可以由代表發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne與起反作用力的扭矩之間的關(guān)系曲線A與恒定能量曲線Pr的交點確定，如圖19的曲線所示。在此實施例中，制動能Pr以及發(fā)動機150相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩Te以變換表的形式貯存在ROM190b中。按照一個具體過程，在步驟S144，相應(yīng)于算出的制動能Pr的轉(zhuǎn)速Ne和扭矩Te從貯存在ROM190b的變換表中讀出，并設(shè)置成發(fā)動機目標(biāo)速度Ne*和發(fā)動機目標(biāo)扭矩Te*。
控制CPU190然后在步驟S146按照上面給出的公式(5)計算中心齒輪軸125的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ns*，并且在步驟S148按照以下給出的方程式(11)計算和設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm*。除了右邊第一項取決于發(fā)動機150的目標(biāo)扭矩Te*以外，公式(11)類似于公式(6)。Tm1*←Te*×ρ1+ρ+K1(Ns*-Ns)+K2∫(Ns*-Ns)dt---(11)]]>在設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*之后，控制CPU190在步驟S150按照下面給出的公式(12)計算第一電動機MG1消耗或回收的電能Pm1，其在步驟S152按照下面給出的公式(13)由算出的電能Pm1計算并設(shè)定第二電動機MG2的扭矩命令值Tm*2。Km1和Km2表示第一電動機MG1和第二電動機MG2的電動機效率。
Pm1←Km1×Tm1*×Ns (12)Tm2*←Km2×PmlNr---(13)]]>程序然后返回到圖13流程圖中步驟S132，在此步驟S132，從通訊口輸出一信號給EFIECU170停止燃料噴入發(fā)動機150，該程序在步驟S134至S138，根據(jù)預(yù)置值控制第一電動機MG1，第二電動機MG2和發(fā)動機150。
作為這種控制的一個例子，圖20的諾模圖表示控制第一電動機MG1去執(zhí)行動力作業(yè)時的狀態(tài)。參照圖20，環(huán)形齒輪軸126接收制動扭矩Tr*，此扭矩Tr*是基于起反作用扭矩Te的分扭矩Ter與相應(yīng)于第二電動機MG2輸出扭矩命令值Tm2*的扭矩Tm2之和。雖然沒有具體地畫出，但當(dāng)控制第一電動機MG1去執(zhí)行能量回收作業(yè)時，動態(tài)共線直線便落在圖8諾模圖所示的狀態(tài)。若第一電動機MG1執(zhí)行能量回收作業(yè)和第二電動機MG2執(zhí)行動力作業(yè)，則從第二電動機MG2輸出的扭矩方向與圖20所示扭矩Tm2方向相反。
在圖13流程圖步驟S126，當(dāng)電池194的殘留電荷BRM不小于閾值Bref時，由第一電動機MG1消耗或回收的電能Pm1被第二電動機MG2回收或消耗。因而電池194既不充電，也不放電。這一過程在對電池194既不充電也不放電的同時，能使所需的制動力輸出到環(huán)形齒輪軸126。
在本實施例制動狀態(tài)下扭矩控制程序中，在步驟S126，當(dāng)電池194的殘留電荷BRM小于閾值Bref時，程序設(shè)置第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*等于零，從而停止發(fā)動機150并使第一電動機MG1空轉(zhuǎn)。然而，按照另一個可能的應(yīng)用，可以驅(qū)動發(fā)動機150到所需的轉(zhuǎn)速。舉例來說，為了驅(qū)動發(fā)動機150到預(yù)定的轉(zhuǎn)速Nst，在圖13和圖14流程圖所示制動狀態(tài)下，扭矩控制程序中步驟S128和S130的處理可以用圖21流程圖所示制動狀態(tài)下的改型扭矩控制程序步驟S180至S188替代。
在圖21制動狀態(tài)下的改型扭矩控制程序中，控制器180的控制CPU190在步驟S180將預(yù)定的轉(zhuǎn)速Nst賦值給發(fā)動機150的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*，且在步驟S181從變換表(例如，圖10的變換)讀出起反作用力并相應(yīng)于預(yù)定轉(zhuǎn)速Nst的扭矩Tst。控制CPU190然后在步驟S182讀出環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr，在步驟S184按照上面給出的公式(5)計算出中心齒輪軸125的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ns*。控制CPU190接著在步驟S186按照下面給出的公式(14)計算并設(shè)置第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*，在步驟S188按照下面給出的公式(15)計算并設(shè)置第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*。然后，程序執(zhí)行圖13流程圖中步驟S132至S138。圖22的諾模圖表示執(zhí)行這種控制的狀態(tài)。第一電動機MG1的控制能使發(fā)動機150在預(yù)定轉(zhuǎn)速Nst下被驅(qū)動。Tm1*←Tst×ρ1+ρ+K1(Ns*-Ns)+K2∫(Ns*-Ns)dt---(14)]]>Tm2*←Tr*-Tst×11+ρ---(15)]]>此改型過程并不停止發(fā)動機150的運轉(zhuǎn)，而是允許發(fā)動機150在預(yù)定轉(zhuǎn)速Nst下轉(zhuǎn)動。當(dāng)駕駛員在制動控制過程中踩踏加速器踏板164并要求發(fā)動機150輸出相應(yīng)于加速器踏板踩踏量的能量Pe時，此改型過程比本實施例過程更快地實現(xiàn)要求。在步驟S180，將預(yù)定轉(zhuǎn)速Nst賦值給發(fā)動機150的目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*，此預(yù)定轉(zhuǎn)速Nst可以隨環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr變化而改變，如圖23的曲線所示。這進一步提高了從發(fā)動機150輸出所需能量的過程速度。
如上所述，當(dāng)車輛向下行進在一長斜坡時，與制動踏板165的踩踏量無關(guān)，把制動力加到環(huán)形齒輪軸126上的操作遵循圖24流程圖所示連續(xù)制動控制程序。當(dāng)駕駛員設(shè)定一個連續(xù)制動扭矩Tr2*且既不踩加速器踏板164也不踩制動踏板165時，此程序即被執(zhí)行。連續(xù)制動扭矩Tr2*的設(shè)定是通過放置在駕駛員座位附近的一個開關(guān)操作的。在此實施例中，連續(xù)制動扭矩Tr2*可以在三個不同檔上選擇。
當(dāng)工作進程進入圖24的程序時，控制器180的控制CPU190首先在步驟S200讀出連續(xù)制動扭矩Tr2*。連續(xù)制動扭矩Tr2*的設(shè)定由駕駛員通過開關(guān)操作，已寫入RAM190a中預(yù)定地址。按照一個具體過程，控制CPU190在步驟S200讀出以前寫入預(yù)定地址的連續(xù)制動扭矩Tr2*數(shù)據(jù)?？刂艭PU190然后在步驟S202讀出殘留電荷表199測得的電池194的殘留電荷BRM，并在步驟S204將殘留電荷BRM與閾值Bref進行比較。
在步驟S204，若電池194的殘留電荷BRM不小于閾值Bref，該程序確定沒有不要對電池194充電，所以就執(zhí)行步驟S206至S218的處理，即設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*，為了在電池194既不充電也不放電的同時，能使連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126。步驟S206至S218的處理與圖13和圖14的流程圖所示制動狀態(tài)下扭矩控制程序中步驟S140至S152的處理完全相同。在這種工作方式下設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*的過程能使連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126，而同時電池194保持不受影響，如同以前在圖13和圖14程序中所討論那樣。
另一方面，在步驟S204，若電池194的殘留電荷BRM小于閾值Bref，該程序確定有必要對電池194充電，所以就在步驟S220設(shè)置第一電動機的扭矩命令值Tm1*為零，而在步驟S222將連續(xù)制動扭矩Tr2*賦值給第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*。步驟S220和S222的處理與圖13和圖14流程圖所示制動狀態(tài)下扭矩控制程序中步驟S128和S130相當(dāng)。在這種工作方式下設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*能使連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126，而同時電池194被充電，如同從前在圖13和圖14程序中所討論那樣。
在設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*之后，該程序在步驟S224輸出一信號到EFIECU170，停止燃料噴入發(fā)動機150，并在步驟S226至S230根據(jù)預(yù)置值控制第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150。步驟S226至S230的處理與圖13和圖14流程圖所示制動狀態(tài)下扭矩控制程序中步驟S134至S138的處理完全相同。
即使駕駛員不踩制動踏板165，連續(xù)制動控制程序允許相應(yīng)于預(yù)置連續(xù)制動扭矩Tr2*的扭矩輸出到環(huán)形齒輪軸126。車輛因而能向下行進在連續(xù)長斜坡而不要求駕駛員持續(xù)地踩制動踏板165。
駕駛員既不踩加速器踏板164也不踩制動踏板165，連續(xù)制動控制程序仍被執(zhí)行。因此，這不會干擾依據(jù)加速器踏板164踩踏量的加速狀態(tài)下的扭矩控制，也不會干擾依據(jù)制動踏板165踩踏量的制動狀態(tài)下的扭矩控制。
這個過程能實現(xiàn)制動控制，而不論電池194是在充電或不在充電，這是由電池194的殘留電荷BRM決定的。這就使電池194的殘留電荷BRM保持在閾值Bref電平上。
雖然本實施例中連續(xù)制動扭矩Tr2*的大小是在三個不同檔上選取，但是此連續(xù)制動扭矩可以在更多的檔上選取，或固定在一個檔上。在本實施例中，由駕駛員設(shè)定連續(xù)制動扭矩Tr2*的大小。然而，連續(xù)制動扭矩Tr2*也可以根據(jù)驅(qū)動輪116和118的轉(zhuǎn)速設(shè)定，即根據(jù)環(huán)形齒輪軸126的轉(zhuǎn)速Nr設(shè)定，或者根據(jù)轉(zhuǎn)速Nr的變化率設(shè)定。萬一環(huán)形齒輪軸126有更高的轉(zhuǎn)速Nr(即，當(dāng)車輛在高速行駛時)，或者萬一環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)速Nr有更大的變化率(即，車輛速度更大的變化率)，后一種情況允許有更大的制動扭矩輸出到環(huán)形齒輪軸126。
在本實施例的連續(xù)制動控制程序中，當(dāng)電池194的殘留電荷BRM小于閾值Bref時，執(zhí)行對電池194充電的制動控制，即設(shè)置第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*為零，并停止發(fā)動機150的運轉(zhuǎn)。然而，如在圖21改型程序中所討論的，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne可以設(shè)置成預(yù)定的轉(zhuǎn)速Nst。這種情況能使發(fā)動機150對踩踏加速器踏板164很快響應(yīng)并輸出所需的能量。
在本實施例的連續(xù)制動控制程序中，當(dāng)電池194的殘留電荷BRM不小于閾值Bref時，執(zhí)行不對電池194充電的制動控制，它控制第一電動機MG1和第二電動機MG2，可以使第一電動機MG1回收或消耗的電能Pm1被第二電動機MG2消耗或回收，從而允許連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126上。按照另一個可能的應(yīng)用，制動力可以輸出到環(huán)形齒輪軸126，而同時使第一電動機MG1保持在鎖定狀態(tài)，如圖12的諾模圖所示。在此情況中，雖然預(yù)置的連續(xù)制動扭矩Tr2*不能輸出到環(huán)形齒輪軸126，但是相應(yīng)于環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)速Nr的制動扭矩能夠輸出到環(huán)形齒輪軸126。
如上所討論的，本實施例的功率輸出設(shè)備110借助第一電動機MG1和發(fā)動機150，或借助第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150，能使制動扭矩Tr*或連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126。另一種可能的情況是借助機械摩擦閘輸出部分的制動扭矩Tr*或部分的連續(xù)制動扭矩Tr2*到環(huán)形齒輪軸126，而同時由第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150輸出余下的扭矩。
在本實施例功率輸出設(shè)備110中，輸出到環(huán)形齒輪軸126的功率是經(jīng)過與環(huán)形齒輪122相連的動力進給齒輪128，從第一電動機MG1與第二電動機MG2之間裝置中取出。然而，類似于圖25所示作為改型例子的功率輸出設(shè)備110A，功率可以從外殼119外取得，環(huán)形齒輪軸126從此外殼延伸出來。圖26表示作為另一個改型例子的第三個功率輸出設(shè)備110B，其中發(fā)動機150，行至齒輪120，第二電動機MG2，和第一電動機MG1按照這個順序安裝。在此情況中，中心齒輪軸125B可能沒有空心結(jié)構(gòu)，而要求有空心的環(huán)形齒輪軸126B。此改型結(jié)構(gòu)能使輸出到環(huán)形齒輪軸126B的功率從發(fā)動機150與第二電動機MG2之間的裝置中取出。
下面描述按照本發(fā)明第四個功率輸出設(shè)備110C作為第二個實施例。圖27概略地畫出第二個實施例功率輸出設(shè)備110C重要部分的結(jié)構(gòu)。參照圖27，除了第二電動機MG2轉(zhuǎn)子142與曲軸156相連以及第一電動機MG1和第二電動機MG2有不同的構(gòu)造以外，第二實施例功率輸出設(shè)備110C的結(jié)構(gòu)類似于第一實施例功率輸出設(shè)備110的結(jié)構(gòu)。與圖1所示第一實施例功率輸出設(shè)備110的相同的組件，如控制器180，在圖27中省略了。第二實施例功率輸出設(shè)備110C也可以安裝在圖3所示的車輛上。第二實施例功率輸出設(shè)備110C中與第一實施例功率輸出設(shè)備110中相同的組件用相同的數(shù)字和符號表示，且不在此處具體描述。除非另作說明，第一實施例描述中所用的符號與第二實施例描述中所用的符號有相同的意義。
在第二實施例功率輸出設(shè)備110C中，發(fā)動機150，第二電動機MG2，行星齒輪120，和第一電動機MG1按這個順序布置，如圖27所示。第一電動機MG1轉(zhuǎn)子132與中心齒輪軸125C相連，中心齒輪軸125C連接到行星齒輪120的中心齒輪121，與第一實施例功率輸出設(shè)備110一樣，行星齒輪架124與發(fā)動機150的曲軸156相連。第二電動機MG2轉(zhuǎn)子142和測量曲軸156轉(zhuǎn)角θe的解算器157還附著在曲軸156上。與行星齒輪120環(huán)形齒輪122相連的環(huán)形齒輪軸126C連接到動力進給齒輪128。測量環(huán)形齒輪軸126C轉(zhuǎn)角θr的解算器149附著在環(huán)形齒輪軸126C上。
第二實施例功率輸出設(shè)備110C有不同于第一實施例功率輸出設(shè)備110的構(gòu)造。然而，與第一實施例功率輸出設(shè)備110一樣，第一電動機MG1三相線圈134連接到控制器180的第一驅(qū)動電路191，第二電動機MG2三相線圈144連接到第二驅(qū)動電路192。雖然沒有具體地畫出，解算器157經(jīng)過一根信號線連接到控制器180控制CPU190的輸入口。
第二實施例功率輸出設(shè)備110C按照以下方式工作。舉例來說，假定發(fā)動機150在轉(zhuǎn)速Ne和扭矩Te的驅(qū)動點P1上被驅(qū)動，且輸出能量Pe(Pe＝Ne×Te)，假定環(huán)形齒輪軸126C在轉(zhuǎn)速Nr和扭矩Tr的另一個驅(qū)動點P2上被驅(qū)動，且輸出的能量Pr(Pr＝Wr×Tr)與能量Pe相等。這意味著，從發(fā)動機150輸出的功率經(jīng)過扭矩轉(zhuǎn)換，并加到環(huán)形齒輪軸126C上。圖28和圖29是這一狀態(tài)下的諾模圖。
下面給出的公式(16)至(19)是從圖28諾模圖中動態(tài)共線直線的平衡性得到的。公式(16)是從發(fā)動機150輸出的能量Pe與輸出到環(huán)形齒輪軸126C的能量平衡得到的，公式(17)表示經(jīng)過曲軸156輸入到行星齒輪架124的總能量。公式(18)和(19)是將作用到行星齒輪架124的扭矩Tc分解成作用到坐標(biāo)軸S和R上的分扭矩Tcs和Tcr導(dǎo)出的。
Te×Ne＝Tr×Nr(16)Tc＝Te+Tm2(17)Tcs=Tc×ρ1+ρ---(18)]]>Tcr=Tc×11+ρ---(19)]]>動態(tài)共線直線上各個力的平衡對于動態(tài)共線直線的穩(wěn)定態(tài)是至關(guān)重要的。因此，要求設(shè)置扭矩Tm1等于分扭矩Tcs以及扭矩Tr等于分扭矩Tcr。于是，扭矩Tm1和Tm2表示成以下給出的公式(20)和(21)Tm1＝Tr×ρ(20)Tm2＝Tr×(1+ρ)-Te (21)讓第一電動機MG1將公式(20)表示的扭矩Tm1加到中心齒輪軸125C，讓第二電動機MG2將公式(21)表示的扭矩Tm2加到曲軸156，那么，從發(fā)動機150輸出并由扭矩Te和轉(zhuǎn)速Ne確定的功率便轉(zhuǎn)換成由扭矩Tr和轉(zhuǎn)速Nr確定并輸出到環(huán)形齒輪軸126C的功率。在圖28的諾模圖狀態(tài)中，從第一電動機MG1輸出的扭矩方向與轉(zhuǎn)子132的轉(zhuǎn)動方向相反。因此，第一電動機MG1起發(fā)電機的作用，回收的電能Pm1表示成扭矩Tm1與轉(zhuǎn)速Ns的乘積。另一方面，從第二電動機MG2輸出的扭矩方向與轉(zhuǎn)子142的轉(zhuǎn)動方向一致。因此，第二電動機MG2起電動機的作用，消耗的電能Pm2表示成扭矩Tm2與轉(zhuǎn)速Nr的乘積。
雖然中心齒輪軸125C的轉(zhuǎn)速Ws在圖28的諾模圖中是正的，但根據(jù)發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne和環(huán)形齒輪軸126C的轉(zhuǎn)速Nr，中心齒輪軸125C的轉(zhuǎn)速Ns可以是負(fù)的，如圖29的諾模圖所示。在后一情況中，第一電動機MG1沿轉(zhuǎn)子132的轉(zhuǎn)動方向加扭矩，從而起電動機的作用，消耗的電能Pm1表示成扭矩Tm1與轉(zhuǎn)速Ns的乘積。另一方面，第二電動機MG2沿轉(zhuǎn)子142轉(zhuǎn)動的反方向加扭矩，從而起發(fā)電機的作用，以環(huán)形齒輪軸126C回收電能Pm2，它表示成扭矩Tm2與轉(zhuǎn)速Nr的乘積。
與第一個實施例功率輸出設(shè)備110的工作原理一樣，第二個實施例的工作原理假定，行星齒輪120，兩個電動機MG1和MG2，以及晶體管Tr1至Tr16的功率轉(zhuǎn)換效率等于值‘1’，它表示100％。然而實際上，轉(zhuǎn)換效率小于值‘1’，所以要求從發(fā)動機150輸出的能量Pe稍大于輸出到環(huán)形齒輪軸126C的能量Pr，或輸出到環(huán)形齒輪軸126C的能量Pr略小于從發(fā)動機150輸出的能量Pe。如以前所討論的，行星齒輪120中由于機械摩擦的能量損耗非常小，且用作兩個電動機MG1和MG2的同步電機效率非常接近于值‘1’，所以，動力轉(zhuǎn)換效率實際上等于值‘1’。為了方便起見，在下面第二個實施例的討論中，除非另外指出，就認(rèn)為效率等于值‘1’(＝100％)。
只要第二電動機MG2不被驅(qū)動，第一個實施例功率輸出設(shè)備110中由第一電動機MG1和發(fā)動機150執(zhí)行的制動控制可應(yīng)用于第二個實施例功率輸出設(shè)備110C。所以，控制第一電動機MG1去執(zhí)行回收作業(yè)或動力作業(yè)，并能將制動力輸出到環(huán)形齒輪軸126C。第一電動機MG1和發(fā)動機150的制動控制已經(jīng)結(jié)合圖7至12的繪圖詳細(xì)討論過了，所以不在此處具體描述。下面描述第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中被第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150執(zhí)行的制動控制。由于第二電動機MG2設(shè)有連到環(huán)形齒輪軸126C，第二個實施例功率輸出設(shè)備110C不能用第二電動機MG2執(zhí)行制動控制。
在第一個實施例功率輸出設(shè)備110中由第一電動機MG1和發(fā)動機150執(zhí)行的制動控制，起反作用力的扭矩Te是由圖10曲線中對應(yīng)于發(fā)動機150的預(yù)置轉(zhuǎn)速Ne來確定的。因此，能夠輸出到環(huán)形齒輪軸126的制動扭矩取決于發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne。即，在保持發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne不變時，第一個實施例的結(jié)構(gòu)不能增加或減少輸出到環(huán)形齒輪軸126的制動力。另一方面，在第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中，第二電動機MG2連到發(fā)動機150的曲軸156，所以能輸出扭矩到曲軸156，從而在保持發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne不變時，能使輸出到環(huán)形齒輪軸126C的制動力增加或減少。通過對第二電動機MG2的控制，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne在制動狀態(tài)下可以設(shè)定在所需的速度值。在第二個實施例中，第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150的制動控制遵循圖30和圖31流程圖所示制動狀態(tài)下的扭矩控制程序，以及遵循圖34流程圖所示連續(xù)制動控制程序。
當(dāng)車輛行駛時，圖30和圖31流程圖所示制動狀態(tài)下的扭矩控制程序按預(yù)定的時間間隔(例如，每8msec)重復(fù)地執(zhí)行。當(dāng)工作進程進入圖30的程序時，控制CPU190首先在步驟S300讀出發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne。發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne可以從解算器157測得的曲軸156轉(zhuǎn)角θe計算出?；蛘?，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne用連到分配器160的速度傳感器176直接測量。在后一情況中，控制CPU190通過通訊口接收連到速度傳感器176的EFIECU170送來的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)Ne。
然后，控制CPU190在步驟S302讀出由制動踏板位置傳感器165a制得的制動踏板位置BP，而根據(jù)在步驟S304輸入的制動踏板位置BP，確定輸出到環(huán)形齒輪軸126C的制動扭矩Tr*。確定制動扭矩Tr*的過程與第一個實施例中解釋的過程完全相同?？刂艭PU190接著在步驟S306讀出由殘留電荷表199測得的電池194殘留電荷BRM，并且在步驟S308將輸入的電池194殘留電荷BRM與閾值Bref進行比較。
在步驟S308，若電池194殘留電荷BRM小于閾值Bref，該程序確定有必要對電池194充電，并在步驟S310，按照公式Tm1*＝Tr*×ρ將計算值賦予第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*，而在步驟S312，計算下面給出的公式(22)，把計算值賦予第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*。公式(22)右邊第一項是從圖28和圖29諾模圖所示動態(tài)共線直線的平衡而得到的。右邊第二項是一比例項，以消去發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne與值‘0’的偏差，右邊第三項是一積分項，以消去靜態(tài)偏差。在靜態(tài)(即，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne等于零)，第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*設(shè)置成等于右邊第一項Tr*×(1+ρ)，此項是從動態(tài)共線直線上的平衡而得到的。公式(22)中K3和K4表示比例常數(shù)。
Tm2*←Tr*×(1+ρ)-K3×Ne-K4∫Nedt (22)然后，控制CPU190在步驟S314從通信口輸出一信號給EFIECU170，停止燃料噴進發(fā)動機150，并在步驟S316至S320，根據(jù)預(yù)置值控制第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150。與第一個實施例一樣，雖然為了方便起見，第二個實施例中第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150的控制操作表示成分開的幾個步驟，這些控制操作在實際情況中是并行和合并進行的。第二個實施例圖30程序中步驟S316至S320，是第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150的控制過程，與圖13和圖14流程圖所示第一個實施例制動狀態(tài)下的扭矩控制程序中步驟S314至S318的控制過程完全相同，因此不在此處具體描述了。
在步驟S308，當(dāng)電池194殘留電荷BRM確定為小于閾值Bref時，控制過程能使動態(tài)共線直線落進發(fā)動機150停止的狀態(tài)中，如圖32諾模圖中所示。在這個狀態(tài)，與第二電動機MG2輸出扭矩Tm2的同時，發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne等于零。因此，第二電動機MG2消耗的能量為最小值。制動作用產(chǎn)生的大部分能量因而可以由第一電動機MG1回收成電能，給電池194充電。從圖32的諾模圖清楚地表明，鎖住第二電動機MG2的過程可以替代步驟S312設(shè)置第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*的過程。
另一方面，在步驟S308，若電池194殘留電荷BRM不小于閾值Bref，該程序確定沒有必要對電池194充電，執(zhí)行圖31流程圖所示步驟S330至S338的處理。這一處理是設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*，為的是在不對電池194充電的同時，能使制動力加到環(huán)形齒輪軸126C。在圖31程序中，控制器180的控制CPU190首先在步驟S330讀出環(huán)形齒輪軸126C的轉(zhuǎn)速Nr，并在步驟S332由Pr＝Tr*×Nr計算制動所需的制動能量Pr。
然后，控制CPU190在步驟S334根據(jù)計算出的制動能量Pr設(shè)置發(fā)動機150的目標(biāo)扭矩Te*和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne*。計算出的制動能量Pr與發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne和扭矩Te之間的關(guān)系以及確定目標(biāo)發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne*和目標(biāo)發(fā)動機扭矩Te*的方法，在以前步驟S144已經(jīng)討論過了，步驟S144是在圖13和圖14流程圖所示第一個實施例制動狀態(tài)下的扭矩控制程序之中。
控制CPU190接著在步驟S336把按照公式Tm1*＝Tr*×ρ計算出的值賦予第一電動機MG1扭矩命令值Tm1*，而在步驟S338把按照下面公式(23)計算出的值賦予第二電動機MG2扭矩命令值Tm2。公式(23)右邊第一項和第二項是以圖33諾模圖所示動態(tài)共線直線上的平衡而得到的。右邊第三項是一比例項，以消去發(fā)動機150轉(zhuǎn)速Ne與發(fā)動機目標(biāo)速度Ne*之偏差，右邊第四項是一積分項，以消去靜態(tài)偏差。第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150在步驟S330至S338的處理之后受到控制，圖33諾模圖表示此時的目標(biāo)驅(qū)動狀態(tài)。
Tm2*←Tr*×(1+ρ)-Te*+K3(Ne*-Ne)+K4∫(Ne*-Ne)dt (23)然后，控制CPU190在步驟S314以通信口輸出一信號給EFIECU170，停止燃料噴進發(fā)動機150，并根據(jù)步驟S316至S320的預(yù)置值控制第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150。
控制過程能使基于扭矩Tc的分扭矩Tcr(制動扭矩Tr*)加到環(huán)形齒輪軸126C，該扭矩Tc是起反作用的扭矩Te與對應(yīng)于第二電動機MG2輸出扭矩命令值Tm2*的扭矩Tm2之和，如圖33的諾模圖所示。在圖33的諾模圖狀態(tài)中，中心齒輪軸125C的轉(zhuǎn)速Ns是正的。因而，第一電動機MG1被控制去執(zhí)行動力作業(yè)，而第二電動機MG2被控制去回收第一電動機MG1消耗的電能Pm1。相反，當(dāng)中心齒輪軸126C的轉(zhuǎn)速Ns是負(fù)時，第一電動機執(zhí)行能量回收作業(yè)，第二電動機MG2執(zhí)行消耗電能Pm1的動力作業(yè)，該電能Pm1由第一電動機MG1回收。
在步驟S308，當(dāng)電池194殘留電荷BRM確定為不小于閾值Bref時，第二電動機MG2回收或消耗由第一電動機MG1消耗或回收的電能Pm1。因此，電池194既不充電，也不放電。這個過程能使所需制動力輸出到環(huán)形齒輪軸126C，而同時對電池既不充電，也不放電。
在第二個實施例的制動狀態(tài)下扭矩控制程序中，在步驟S308，當(dāng)電池194殘留電荷BRM小于閾值Bref時，控制第一電動機MG1和第二電動機MG2，使發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne等于零。然而，另一個可能的過程可以是，控制第一電動機MG1和第二電動機MG2，讓發(fā)動機150在所需的轉(zhuǎn)速下被驅(qū)動。在這一情況中，通過調(diào)節(jié)中心齒輪軸125C的轉(zhuǎn)速Ns，使發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne被控制到一個預(yù)定值。為此目的，圖21諾模圖所示制動狀態(tài)下改型扭矩控制程序中步驟S180至S188的處理，被應(yīng)用于第二個實施例的結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，第二電動機MG2連到曲軸156。改型了的過程并不停止發(fā)動機150的運轉(zhuǎn)，但允許發(fā)動機150以預(yù)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員在這種制動控制過程中踩踏加速器踏板164時，此改型結(jié)構(gòu)能使所需能量毫無延遲地從發(fā)動機150輸出。
當(dāng)車輛向下行進在一連續(xù)長坡時，與制動踏板165的踩踏無關(guān)，把制動力加到環(huán)形齒輪軸126C的操作遵循圖34流程圖所示的連續(xù)制動控制程序。與圖24流程圖所示第一個實施例的連續(xù)制動控制程序一樣，這個程序是在駕駛員設(shè)定連續(xù)制動扭矩Tr2*以及既不踩加速器踏板164也不踩制動踏板165時被執(zhí)行。連續(xù)制動扭矩Tr2*是通過放置在駕駛員座位附近的開關(guān)操作而設(shè)定的。在第二個實施例中，連續(xù)制動扭矩Tr2*能夠在三個不同檔上選取。
當(dāng)工作進程進入圖34的程序時，控制器180的控制CPU190首先在步驟S400讀出連續(xù)制動扭矩Tr2*，并在步驟S402接收發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)Ne。用與第一個實施例相同的方法輸入連續(xù)制動扭矩Tr2*。然后，控制CPU190在步驟S404讀出由殘留電荷表199檢測的電池194殘留電荷BRM，并在步驟S406將輸入的殘留電荷BRM與閾值Bref進行比較。
在步驟S406，若電池194殘留電荷BRM不小于閾值Bref，該程序確定沒有必要對電池194充電，并進行步驟S408至S416的處理，設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*，為的是在對電池194既不充電也不放電的同時，能使連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126C。步驟S408至S416的處理與圖30和圖31流程圖所示制動狀態(tài)下扭矩控制程序中步驟S330至S338的處理完全相同。用這種方法設(shè)定第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*能使連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126C，而同時電池194保持原狀，如前面所討論那樣。
另一方面，在步驟S406，若電池194殘留電荷BRM小于閾值Bref，該程序確定有必要對電池194充電，并在步驟S418把按照公式Tm1*＝Tr2*×ρ計算出的值賦予第一電動機MG1的扭矩命令值Tm1*，而在步驟S420，把按照公式(22)計算出的值賦予第二電動機MG2的扭矩命令值Tm2*。步驟S418和S420的處理等同于圖30和圖31流程圖所示制動狀態(tài)下扭矩控制程序的步驟S310和S312。如前面所討論的，用這種方法設(shè)定第一電動機MG1扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2扭矩命令值Tm2*的過程在使電池194充電的同時，能使連續(xù)制動扭矩Tr2*輸出到環(huán)形齒輪軸126C。
在設(shè)定第一電動機MG1扭矩命令值Tm1*和第二電動機MG2扭矩命令值Tm2*之后，該程序在步驟S422輸出一信號給EFIECU170，停止燃料噴入發(fā)動機150，并在步驟S424至S428根據(jù)預(yù)置值控制第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150。步驟S424至S428的處理等同于圖13和圖14流程圖所示第一個實施例制動狀態(tài)下扭矩控制程序中的步驟S134至S138的處理。
即使當(dāng)駕駛員不踩制動踏板165，第二個實施例的連續(xù)制動控制程序允許對應(yīng)于預(yù)置連續(xù)制動扭矩Tr2*的扭矩輸出到環(huán)形齒輪軸126C。因此，車輛能夠向下進行在一連續(xù)長斜坡上，而不要求駕駛員持續(xù)踩踏制動踏板165。連續(xù)制動控制程序是在駕駛員既不踩加速器踏板164也不踩制動踏板165時被執(zhí)行的。因此，它并不干擾基于加速器踏板164踩踏量的加速狀態(tài)下的扭矩控制，也不干擾基于制動踏板165踩踏量的制動狀態(tài)下的扭矩控制。
根據(jù)電池194殘留電荷BRM的多少，這個過程能夠?qū)崿F(xiàn)電池194在充電或不在充電狀態(tài)下的制動控制。這就使電池194殘留電荷BRM保持在閾值Bref的電平上。
與第一個實施例一樣，雖然第二個實施例中連續(xù)制動扭矩Tr2*的大小可以在三個不同檔上選取，但是也可以在更多檔上選取或固定在一個檔上。連續(xù)制動扭矩Tr2*可以根據(jù)驅(qū)動輪116和118的轉(zhuǎn)速，即環(huán)形齒輪軸126C的轉(zhuǎn)速Nr設(shè)定，或者根據(jù)轉(zhuǎn)速Nr的變化率設(shè)定。當(dāng)電池194殘留電荷BRM小于閾值Bref時，第二個實施例的連續(xù)制動控制程序停止發(fā)動機150的運轉(zhuǎn)。然而，如前面所討論的，發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速Ne也可以設(shè)置成預(yù)定值。這種情況能使發(fā)動機150對于踩踏加速器踏板164迅速響應(yīng)，很快輸出所需的能量。
如上面所討論的，第二個實施例的功率輸出設(shè)備110C借助第一電動機MG1和發(fā)動機150，或借助第一電動機MG1，第二電動機MG2，或發(fā)動機150，使制動扭矩Tr*或連續(xù)制動扭矩Tr2*能輸出到環(huán)形齒輪軸126C。另一種可能的結(jié)構(gòu)是借助機械摩擦閘輸出部分制動扭矩Tr*或部分連續(xù)制動扭矩Tr2*到環(huán)形齒輪軸126C，而同時借助第一電動機MG1，第二電動機MG2，和發(fā)動機150輸出余下的扭矩。
在第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中，第二電動機MG2介于發(fā)動機150與第一電動機MG1二者之間。然而，與圖35中作為改型例子的第五個功率輸出設(shè)備110D一樣，發(fā)動機150可以介于第一電動機MG1與第二電動機MG2二者之間。在第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中，輸出到環(huán)形齒輪軸126C的功率，經(jīng)過與環(huán)形齒輪122相連的動力進給齒輪128，從第一電動機MG1與第二電動機MG2之間的裝置取出。然而，與圖36中所示作為另一個改型例子的第六個功率輸出設(shè)備110E一樣，動力可以從外殼119外輸出，環(huán)形齒輪軸126E從此外殼向外伸出。
在第一個實施例功率輸出設(shè)備110，第二個實施例功率輸出設(shè)備110C，及其改型例子中，曲軸156與行星齒輪120的行星齒輪架124相連，而中心齒輪軸125與第一電動機MG1相連以及環(huán)形齒輪軸126與動力傳輸齒輪111相連，動力傳輸齒輪111經(jīng)過動力進給齒輪128與主動軸112相連。然而，曲軸156，第一電動機MG1，和動力傳輸齒輪111可以按任意所需的組合與行星齒輪120的三根軸相連。在任何一種情況中，輸入和輸出的功率，即，在每個扭矩控制過程中相應(yīng)的扭矩命令值，能夠容易地從諾模圖中得到。
本發(fā)明不限制于以上實施例或其改型例，在不偏離本發(fā)明主要特征的范圍或精神下，可以有許多種變動，改變和修改。
第一個實施例功率輸出設(shè)備110及上面討論的改型例子適合于FR型或FF型雙輪驅(qū)動車輛。然而，在圖37的另一個改型例子中，功率輸出設(shè)備110F適合于四輪驅(qū)動車輛。在此結(jié)構(gòu)中，第二電動機MG2與環(huán)形齒輪軸126分開，且單獨地安排在車輛的后輪部分，為的是驅(qū)動后驅(qū)動輪117和119。另一方面，環(huán)形齒輪軸126經(jīng)過動力進給齒輪128和動力傳輸齒輪111連到差動齒輪114，為的是驅(qū)動前驅(qū)動輪116和118。第一個實施例的扭矩控制過程也適合于這種結(jié)構(gòu)。
雖然汽油機被用作第一個實施例功率輸出設(shè)備110和第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中的發(fā)動機150，但是本發(fā)明的原理也適用于其他內(nèi)燃機和外燃機，諸如柴油發(fā)動機，渦輪發(fā)動機，和噴氣發(fā)動機。
在第一個實施例功率輸出設(shè)備110和第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中，行星齒輪120用作三軸式功率輸入/輸出裝置。另一個可利用的范例是有多組行星游輪的雙游輪行星齒輪。每一對中一個行星游輪與中心齒輪相連，另一個行星游輪與環(huán)形齒輪相連，這一對行星游輪互相連在一起，在繞其本身軸轉(zhuǎn)動的同時，圍繞中心齒輪旋轉(zhuǎn)。任何其他機械或齒輪單元，如差動齒輪，也適合于三軸式功率輸入/輸出裝置，只要這種機械或齒輪單元能夠根據(jù)三根軸中任意兩根軸的預(yù)定輸入和輸出功率，確定輸入和輸出到余下一根軸的功率。
永磁(PM)型同步電機用作上面討論的第一個實施例和第二個實施例中第一電動機MG1和第二電動機MG2。然而，任何其他能實施能量回收作業(yè)和動力作業(yè)兩種作業(yè)的電動機，諸如可變磁阻(VR)型同步電動機，微調(diào)電動機，直流電動機，感應(yīng)電動機，超導(dǎo)電動機，和步進電動機，都可以根據(jù)要求來使用。
晶體管倒相器用于第一個實施例功率輸出設(shè)備110和第二個實施例功率輸出設(shè)備110C中第一驅(qū)動電路191和第二驅(qū)動電路192。其他可利用的范例包括IGBT(絕緣門雙極型晶體管)倒相器，閘流管倒相器，電壓PWM(脈沖寬度調(diào)制)倒相器，方波倒相器(電壓倒相器和電流倒相器)，和諧振倒相器。
上面實施例中的電池194可以包括Pb電池，NiMH電池，Li電池，或類似電池。電容器也可以用來替代電池194。
雖然在上面全部實施例中功率輸出設(shè)備是安裝在車輛上，但是也可以安裝在其他運輸設(shè)備中，如船只和飛機，以及各種工業(yè)機械。
應(yīng)當(dāng)清楚地指出，上面各個實施例在任何意義上僅僅是設(shè)明性的，不是限制性的，本發(fā)明的范圍和精神僅受所附權(quán)利要求書的各條文限制。
權(quán)利要求
1.一個輸出功率到主動軸的功率輸出設(shè)備，所述功率輸出設(shè)備包括帶輸出軸的發(fā)動機；帶轉(zhuǎn)軸的電動機，它給所述轉(zhuǎn)軸輸出功率，和從所述轉(zhuǎn)軸輸入功率；三軸式功率輸入/輸出裝置，其三根軸分別與所述主動軸，所述輸出軸和所述轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)所述三根軸中任意兩根軸預(yù)定的輸入和輸出功率，所述三軸式功率輸入/輸出裝置給余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；供給和接收電能所需的蓄電池組，此電能用于向所述電動機輸出功率和從所述電動機輸入功率；以及控制所述發(fā)動機和所述電動機的制動控制器，為的是能使制動力加到所述主動軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括使所述電動機可以執(zhí)行能量回收作業(yè)的裝置，從而將制動力加到所述主動軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括能使所述電動機執(zhí)行動力作業(yè)的裝置，從而將制動力加到所述主動軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述電動機的裝置，為的是能使所述電動機驅(qū)動所述發(fā)動機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括鎖住所述電動機的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的功率輸出設(shè)備，所述功率輸出設(shè)備還包括除了所述電動機作為第一電動機以外，向所述主動軸輸出功率和從所述主動軸輸入功率的第二電動機，其中所述蓄電池組包括供給和接收電能所需的裝置，此裝置是向所述第二電動機輸出功率和從所述第二電動機輸入功率，所述制動控制器包括控制所述發(fā)動機、所述第一電動機和所述第二電動機的裝置，為的是能使制動力加到所述主動軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的功率輸出設(shè)備，所述功率輸出設(shè)備還包括充電狀態(tài)控制裝置，用于檢測所述蓄電池組的充電狀態(tài)，其中所述制動控制器包括控制所述發(fā)動機，所述第一電動機和所述第二電動機的裝置，這是根據(jù)所述充電狀態(tài)檢測裝置測得所述蓄電池組的充電狀態(tài)加以控制的，從而將制動力加到所述主動軸上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括調(diào)節(jié)所述蓄電池組充電狀態(tài)到一預(yù)定范圍內(nèi)的裝置，此充電狀態(tài)是由所述充電狀態(tài)檢測裝置測得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述第二電動機的裝置，為的是能使所述第二電動機將制動力加到所述主動軸上，同時控制所述第一電動機，為的是使輸入到所述第一電動機和從所述第一電動機輸出的功率等于零。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述第二電動機的裝置，為的是能使所述第二電動機將制動力加到所述主動軸上，同時控制所述發(fā)動機和所述第一電動機，為的是將所述發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)置在預(yù)定的運行條件中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的功率輸出設(shè)備，所述功率輸出設(shè)備還包括驅(qū)動狀態(tài)檢測裝置，用于檢測所述主動軸的驅(qū)動狀態(tài)；和制動時間驅(qū)動狀態(tài)設(shè)定裝置，根據(jù)所述驅(qū)動狀態(tài)檢測裝置測得的所述主動軸驅(qū)動狀態(tài)，設(shè)置預(yù)定的運行條件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的功率輸出設(shè)備，其中所述發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)代表所述發(fā)動機所述輸出軸的轉(zhuǎn)速。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述第一電動機的裝置，為的是能使所述第一電動機驅(qū)動所述發(fā)動機。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述第一電動機和所述第二電動機的裝置，為的是能使所述第二電動機回收的電能與所述第一電動機消耗的電能完全相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的功率輸出設(shè)備，所述功率輸出設(shè)備還包括除了所述電動機作為第一電動機以外，向所述發(fā)動機所述輸出軸輸出功率和從所述發(fā)動機所述輸出軸輸入功率的第二電動機，其中所述蓄電池組包括供給和接收電能所需的裝置，此裝置是向所述第二電動機輸出功率和從所述第二電動機輸入功率，所述制動控制器包括控制所述發(fā)動機、所述第一電動機和所述第二電動機的裝置，為的是能使制動力加到所述主動軸上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的功率輸出設(shè)備，所述功率輸出設(shè)備還包括充電狀態(tài)檢測裝置，用于檢測所述蓄電池組的充電狀態(tài)，其中所述制動控制器包括控制所述發(fā)動機，所述第一電動機和所述第二電動機的裝置，這是根據(jù)所述充電狀態(tài)檢測裝置測得所述蓄電池組的充電狀態(tài)加以控制的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括調(diào)節(jié)所述蓄電池組充電狀態(tài)到一預(yù)定范圍內(nèi)的裝置，此充電狀態(tài)是由所述充電狀態(tài)檢測裝置測得的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述第一電動機的裝置，為的是能使所述第一電動機驅(qū)動所述發(fā)動機，同時控制所述第二電動機，為的是能使所述第二電動機將制動力加到所述發(fā)動機所述輸出軸上。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的功率輸出設(shè)備，其中所述制動控制器包括控制所述第一電動機和所述第二電動機的裝置，為的是能使所述第二電動機回收的電能與所述第一電動機消耗的電能完全相等。
20.一個控制功率輸出設(shè)備的方法，它使功率輸出到主動軸上，所述方法包括的步驟為(a)提供(1)帶輸出軸的發(fā)動機；(2)帶轉(zhuǎn)軸的電動機，它向所述轉(zhuǎn)軸輸出功率和從所述轉(zhuǎn)軸輸入功率；以及(3)三軸式功率輸入/輸出裝置，其三根軸分別與所述主動軸、所述輸出軸和所述轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)所述三根軸中任意兩根軸的輸入和輸出的預(yù)定功率，所述三軸式功率輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；和(b)控制所述電動機，為的是能使所述電動機驅(qū)動所述發(fā)動機，從而將制動力加到所述主動軸上。
21.一個控制功率輸出設(shè)備的方法，它使功率輸出到主動軸上，所述方法包括的步驟為(a)提供(1)帶輸出軸的發(fā)動機；(2)帶轉(zhuǎn)軸的第一電動機，它向所述轉(zhuǎn)軸輸出功率和從所述轉(zhuǎn)軸輸入功率；(3)向所述主動軸輸出功率和從所述主動軸輸入功率的第二電動機；以及(4)三軸式功率輸入/輸出裝置，其三根軸分別與所述主動軸，所述輸出軸和所述轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)所述三根軸中任意兩根軸的輸入和輸出的預(yù)定功率，所述三軸式功率輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；(b)控制所述第二電動機，為的是能使所述第二電動機將制動力加到所述主動軸上；和(c)控制所述發(fā)動機和所述第一電動機，為的是將所述發(fā)動機的驅(qū)動狀態(tài)設(shè)置在預(yù)定的運行條件中。
22.一個控制功率輸出設(shè)備的方法，它使功率輸出到主動軸上，所述方法包括的步驟為(a)提供(1)帶輸出軸的發(fā)動機；(2)帶轉(zhuǎn)軸的第一電動機，它向所述轉(zhuǎn)軸輸出功率和從所述轉(zhuǎn)軸輸入功率；(3)向所述主動軸輸出功率和從所述主動軸輸入功率的第二電動機；(4)三軸式功率輸入/輸出裝置，其三根軸分別與所述主動軸，所述輸出軸和所述轉(zhuǎn)軸相連，根據(jù)所述三根軸中任意兩根軸的輸入和輸出預(yù)定功率，所述三軸式輸入/輸出裝置向余下的一根軸輸出功率和從此根軸輸入功率；以及(5)供給和接收電能所需的蓄電池組，用于向所述第一電動機輸出功率和從所述第一電動機輸入功率，以及用于向所述第二電動機輸出功率和從所述第二電動機輸入功率；和(b)控制所述發(fā)動機、所述第一電動機和所述第二電動機，為的是將制動力加到所述主動軸上，同時將所述蓄電池組的充電狀態(tài)保持在預(yù)定的范圍內(nèi)。
全文摘要
當(dāng)與主動軸相連的環(huán)形齒輪軸126轉(zhuǎn)動時,功率輸出設(shè)備110將扭矩加到連著中心齒輪軸125的第一電動機MG1上,從而突然增大已停止噴射燃料的發(fā)動機150轉(zhuǎn)速。由發(fā)動機150中摩擦力,如活塞的摩擦力產(chǎn)生并起反作用力的扭矩經(jīng)過行星齒輪120加到環(huán)形齒輪軸126上,此扭矩起制動扭矩的作用。制動扭矩的大小依賴于摩擦力,如活塞的摩擦力,并且借助第一電動機MG1調(diào)節(jié)發(fā)動機150的轉(zhuǎn)速,此扭矩能被控制。
文檔編號B60W10/18GK1176904SQ9711843
公開日1998年3月25日 申請日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月13日
發(fā)明者佐佐木正一 申請人:豐田自動車株式會社