动力输出装置及其控制方法及安装有动力输出装置的汽车.pdf

本发明涉及动力输出装置及其控制方法及安装有动力输出装置的汽车。本发明中的程序将从满足要从发动机输出的目标动力Pe*的发动机运转点中选出的有效运转点的转速设定为该发动机的暂定转速Netmp1。该程序还计算既满足要输出至驱动轴的需求转矩Tr*又满足电池或蓄电器的充电极限Win的转速，并将计算出的转速设定为发动机的暂定转速Netmp2。该程序将暂定转速Netmp1和暂定转速Netmp2中的较大者设定为发动机的目标转速Ne*，并控制所述发动机和两个电机。这种方案在考虑蓄电器的充电极限的同时确保响应驾驶员的加速器关闭动作的需求制动力的输出。

1.  一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述动力输出装置包括：
内燃机；
通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至所述驱动轴的电力-动力输入-输出器；
从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；
向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；
控制器，该控制器响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，基于该需求制动力和所述蓄电器的充电极限设定所述内燃机的特定运转点以向所述驱动轴输出与所述需求制动力对应的制动力；并且该控制器控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机，以便使所述内燃机在所述预设定的特定运转点运转并确保向所述驱动轴输出与所述需求制动力对应的制动力。

2.  根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制器将利用通过向和从所述电力-动力输入-输出器输入和输出动力而传送至所述驱动轴的第一驱动力计算出的转速设定为所述内燃机的特定运转点处的目标转速，其中根据该第一驱动力与从所述电机输出至所述驱动轴的第二驱动力之和等于所述需求制动力的一种特定关系和根据向和从所述电力-动力输入-输出器输入和输出的第一电力与向和从所述电机输入和输出的第二电力之和等于所述蓄电器的充电极限的另一种特定关系获得所述第一驱动力。

3.  根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制器将利用所述第一驱动力计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力代入目标动力的关系式、反向计算该关系式以确定一转速，并将该确定的转速设定为所述内燃机的特定运转点处的目标转速，其中所述关系式利用所述内燃机的设定的目标转速确定在所述电力-动力输入-输出器的反馈控制中要从和要向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的目标动力。

4.  根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器包括：
与三根轴即所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向所述三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向所述三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和
从和向所述第三轴输入和输出动力的发电机。

5.  根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器是包括与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子并伴随通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从所述内燃机输出至所述驱动轴的双转子电机。

6.  一种装备有根据权利要求1所述的动力输出装置的汽车，其特征在于，所述驱动轴与所述汽车的车轴机械连接。

7.  一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述动力输出装置包括：
内燃机；
通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至所述驱动轴的电力-动力输入-输出器；
从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；
向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；以及
控制器，该控制器响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，通过考虑所述内燃机的转速由于从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出动力而增大的增大极限以及所述蓄电器的充电极限设定一作为所述需求制动力的限制的制动力极限；并且该控制器控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机，以确保在设定的制动力极限的范围内向所述驱动轴输出与所述需求制动力对应的制动力。

8.  根据权利要求7所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制器计算从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力，以使得所述内燃机的转速等于所述内燃机的转速增大的增大极限；通过考虑计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力以及所述蓄电器的充电极限设定所述电机的输出极限；并基于计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力以及所述电机的设定的输出极限设定所述制动力极限。

9.  根据权利要求8所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制器将与计算出的从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出的动力对应的从所述电力-动力输入-输出器传送至所述驱动轴的驱动力和与设定的输出极限对应的从所述电机输出至所述驱动轴的驱动力相加，以便设定所述制动力极限。

10.  根据权利要求7中所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器包括：
与三根轴即所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向所述三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向所述三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和
从和向所述第三轴输入和输出动力的发电机。

11.  根据权利要求7所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器是包括与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子并伴随通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从所述内燃机输出至所述驱动轴的双转子电机。

12.  一种装备有根据权利要求7所述的动力输出装置的汽车，其特征在于，所述驱动轴与所述汽车的车轴机械连接。

13.  一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述动力输出装置包括：
内燃机；
通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至所述驱动轴的电力-动力输入-输出器；
从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；
向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；以及
控制器，该控制器利用基于响应驾驶员操作的给所述驱动轴的需求驱动力设定目标动力的第一技术设定要从所述内燃机输出的目标动力；响应从驾驶员的加速器打开动作向加速器关闭动作的改变，取代所述第一技术而采用第二技术将低于利用所述第一技术基于所述需求驱动力设定的所述目标动力的动力设定为要从所述内燃机输出的目标动力；并控制要以设定的所述目标动力驱动的所述内燃机，同时控制所述电力-动力输入-输出器和所述电机以向所述驱动轴输出与所述需求驱动力对应的驱动力。

14.  根据权利要求13所述的动力输出装置，其特征在于，当采用所述第二技术时，所述控制器考虑利用所述第一技术基于所述需求驱动力设定的所述内燃机的目标动力和通过对所述目标动力进行平滑处理而获得的经平滑的目标动力，以便将低于利用第一技术设定的所述目标动力的动力设定为要从所述内燃机输出的目标动力。

15.  根据权利要求14所述的动力输出装置，其特征在于，当采用所述第二技术时，所述控制器从利用所述第一技术设定的所述内燃机的目标动力中减去利用所述第一技术基于所述需求驱动力设定的所述目标动力与所述经平滑的目标动力之间的差值，并将减算得到的结果设定为要从所述内燃机输出的目标动力。

16.  根据权利要求13所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器包括：
与三根轴即所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向所述三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向所述三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和
从和向所述第三轴输入和输出动力的发电机。

17.  根据权利要求13所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器是包括与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子并伴随通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从所述内燃机输出至所述驱动轴的双转子电机。

18.  一种装备有根据权利要求13所述的动力输出装置的汽车，其特征在于，所述驱动轴与所述汽车的车轴机械连接。

19.  一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述动力输出装置包括：
内燃机；
通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至所述驱动轴的电力-动力输入-输出器；
从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；
向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；
被启动用来消耗由所述蓄电器、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机至少之一生成的电力的辅机；以及
控制器，该控制器控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机以向所述驱动轴输出需求驱动力，并在预测到响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭操作的控制生成超过所述蓄电器的充电极限的过剩电力时，不管驾驶员的开-关操作而强制启动所述辅机。

20.  根据权利要求19所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制器强制启动所述辅机，以消耗超过所述蓄电器的充电极限的过剩电力。

21.  根据权利要求19所述的动力输出装置，其特征在于：当预测到由对所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机进行控制以向所述驱动轴输出所述需求驱动力的控制生成超过所述蓄电器的充电极限的过剩电力时，所述控制器控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机以使得所述电力-动力输入-输出器驱动所述内燃机并从而消耗掉过剩电力，同时向所述驱动轴输出所述需求驱动力，
当所述电力-动力输入-输出器对所述内燃机的驱动无法消耗尽超过所述蓄电器的充电极限的所有过剩电力时，所述控制器强制启动所述辅机。

22.  根据权利要求19所述的动力输出装置，其特征在于，所述辅机为空气调节装置。

23.  根据权利要求19所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器包括：
与三根轴即所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向所述三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向所述三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和
从和向所述第三轴输入和输出动力的发电机。

24.  根据权利要求19所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器是包括与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子并伴随通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从所述内燃机输出至所述驱动轴的双转子电机。

25.  一种装备有根据权利要求19所述的动力输出装置的汽车，其特征在于，所述驱动轴与所述汽车的车轴机械连接。

26.  一种控制动力输出装置的方法，所述动力输出装置包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；以及向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；所述控制方法包括以下步骤：
(a)响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，基于所述需求制动力和所述蓄电器的充电极限设定所述内燃机的特定运转点以向所述驱动轴输出与所述需求制动力对应的制动力；和
(b)控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机，以便使所述内燃机在所述预设定的特定运转点处运转并确保向所述驱动轴输出与所述需求制动力对应的制动力。

27.  一种控制动力输出装置的方法，所述动力输出装置包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；以及向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；所述控制方法包括以下步骤：
(a)响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，通过考虑所述内燃机的转速由于从和向所述电力-动力输入-输出器输入和输出动力而增大的增大极限以及所述蓄电器的充电极限设定作为所述需求制动力的限制的制动力极限；和
(b)控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机，以便在设定的制动力极限的范围内确保向所述驱动轴输出与所述需求制动力对应的制动力。

28.  一种控制动力输出装置的方法，所述动力输出装置包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；以及向和从所述电力-动力输入-输出器以及所述电机传送电力的蓄电器；所述控制方法包括以下步骤：
(a)基于响应驾驶员操作的给所述驱动轴的需求驱动力设定要从所述内燃机输出的目标动力；
(b)响应从驾驶员的加速器打开动作向加速器关闭动作的改变，使得在所述步骤(a)中设定的目标动力无效，而将低于所述步骤(a)中基于所述需求驱动力设定的目标动力的动力设定为要从所述内燃机输出的目标动力；以及
(c)控制要以设定的所述目标动力驱动的所述内燃机，同时控制所述电力-动力输入-输出器和所述电机以向所述驱动轴输出与所述需求驱动力对应的驱动力。

29.  一种控制动力输出装置的方法，所述动力输出装置包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从所述内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的电机；向和从所述电力-动力输入-输出器和所述电机传送电力的蓄电器；以及被启动用来消耗由所述蓄电器、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机中至少之一生成的电力的辅机；所述控制方法包括以下步骤：
(a)控制所述内燃机、所述电力-动力输入-输出器以及所述电机，以向所述驱动轴输出需求驱动力；和
(b)在预测到所述步骤(a)中的响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭操作的控制生成超过所述蓄电器的充电极限的过剩电力时，不管驾驶员的开-关操作而强制启动所述辅机。

30.  一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，所述动力输出装置包括：
内燃机；
具有第一交流电机并通过从和向所述第一交流电机输入和输出电力和动力而将至少一部分动力从所述内燃机输出至所述驱动轴的电力-动力输入-输出器；
从和向所述驱动轴输入和输出动力的第二交流电机；
向和从所述第一交流电机以及所述第二交流电机传送电力的蓄电器；以及
控制器，该控制器设定所述内燃机的特定运转点以向所述驱动轴输出需求驱动力；启动并控制所述内燃机、所述第一交流电机以及所述第二交流电机，以便使所述内燃机在所述预设定的特定运转点处运转并确保向所述驱动轴输出与所述需求驱动力对应的驱动力；并在出现超过所述蓄电器的充电极限的过剩电力时执行过剩电力消耗控制，其中该过剩电力消耗控制启动并控制所述第一交流电机和所述第二交流电机，以便通过输入和输出一不会生成驱动力的无效电力分量使得至少一部分过剩电力被所述第一交流电机与第二交流电机至少之一消耗掉。

31.  根据权利要求30所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制器响应驾驶员的需要向所述驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作执行所述过剩电力消耗控制。

32.  根据权利要求30所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力-动力输入-输出器包括与三根轴即所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向所述三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向所述三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和
所述第一交流电机是能够从和向所述第三轴输入和输出动力的电动发电机。

33.  根据权利要求30所述的动力输出装置，其特征在于，所述第一交流电机是包括与所述内燃机的输出轴连接的第一转子和与所述驱动轴连接的第二转子并伴随通过所述第一转子与所述第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从所述内燃机输出至所述驱动轴的双转子电机。

34.  一种装备有根据权利要求30所述的动力输出装置的汽车，其特征在于，所述驱动轴与所述汽车的车轴机械连接。

35.  根据权利要求34所述的汽车，其特征在于，所述控制器响应由于与所述车轴连接的车轮的空转而引起的打滑的发生执行所述过剩电力消耗控制。

36.  一种控制动力输出装置的方法，所述动力输出装置包括：内燃机；具有第一交流电机并通过从和向所述第一交流电机输入和输出电力和动力而将至少一部分动力从所述内燃机输出至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向所述驱动轴输入和输出动力的第二交流电机；以及向和从所述第一交流电机以及所述第二交流电机传送电力的蓄电器；所述控制方法包括以下步骤：
(a)设定所述内燃机的特定运转点，以便向所述驱动轴输出需求驱动力；和
(b)启动并控制所述内燃机、所述第一交流电机以及所述第二交流电机，以便使所述内燃机在所述预设定的特定运转点处运转并确保向所述驱动轴输出与所述需求驱动力对应的驱动力，并在出现超过所述蓄电器的充电极限的过剩电力时，启动并控制所述第一交流电机和所述第二交流电机，以便通过输入和输出一不会生成驱动力的无效电力分量使得至少一部分过剩电力被所述第一交流电机与第二交流电机至少之一消耗掉。

动力输出装置及其控制方法 及安装有动力输出装置的汽车
技术领域
本发明涉及一种动力(功率)输出装置，一种控制该动力输出装置的方法以及一种安装有该动力输出装置的汽车。具体来说，本发明涉及一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，以及一种控制这种动力输出装置的方法和一种安装有这种动力输出装置的汽车。
背景技术
一种已提出的动力输出装置具有：发动机；包括与发动机曲轴相连的行星架和与驱动轴相连的齿圈(环形齿轮)的行星齿轮机构，该驱动轴与车轴机械地连接；向行星齿轮机构的太阳齿轮输出动力的第一电机；从和向驱动轴输入和输出动力的第二电机；以及向和从第一电机和第二电机传送电力的电池(例如参见日本专利公开No.2000-197208)。响应驾驶员的需要给驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，这种已知动力输出装置执行与该需求制动力对应的第二电机的再生控制，以便利用再生电力对该电池进行充电，同时通过再生制动控制向所述驱动轴输出所需的制动力。
在这种现有动力输出装置中，当在通过第二电机的再生制动控制向驱动轴施加需求制动力的过程中所生成的再生电力超过电池的容许充电极限(限制)时，第二电机仅能够输出与满足电池充电极限的电力对应的制动力。这将无法向驱动轴输出所需的制动力，并且损害驾控性能。
发明内容
本发明的动力输出装置和一种控制该动力输出装置的相应方法旨在确保响应驾驶员的加速器关闭动作的需求制动力的输出，并从而防止驾控性能遭受损害，同时防止蓄电器比如电池被过度充电。本发明的汽车也旨在确保响应驾驶员的加速器关闭动作的需求制动力的输出，并从而防止驾控性能下降，同时防止蓄电器比如电池被过度充电。
为了实现上述目的至少一部分，一种动力输出装置、一种控制这种动力输出装置的方法以及一种其上安装有这种动力输出装置的汽车如下所述构造而成。
本发明的第一动力输出装置向驱动轴输出动力，它包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器(模块，组件)；从和向驱动轴输入和输出动力的电机；向和从电力-动力输入-输出器以及电机传送电力的蓄电器；控制器，该控制器响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，基于该需求制动力和蓄电器的充电极限设定内燃机的特定运转点以向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力；并且该控制器控制内燃机、电力-动力输入-输出器，以及电机，以便使内燃机在预设定的特定运转点运转并确保向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。
本发明中的第一种动力输出装置基于响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作和蓄电器的充电极限设定内燃机的特定运转点，以便向该驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。该第一种动力输出装置控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机，以便使内燃机在预设定的特定运转点运转并确保向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。在此，所述电力-动力输入-输出器通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴，并且电机从和向驱动轴输入和输出动力。这种方案通过考虑响应驾驶员加速器关闭动作的需求制动力和蓄电器的充电极限设定内燃机的特定运转点以输出需求制动力。本发明的第一种动力输出装置因而在满足蓄电器的充电极限的同时确保向驱动轴输出需求制动力。
作为本发明的第一种动力输出装置的一种实施例，控制器将利用通过向和从电力-动力输入-输出器输入和输出动力而传送至驱动轴的第一驱动力计算出的转速设定为内燃机的特定运转点处的目标转速，其中根据该第一驱动力与从电机输出至驱动轴的第二驱动力之和等于需求制动力的一种特定关系和根据向和从电力-动力输入-输出器输入和输出的第一电力与向和从电机输入和输出的第二电力之和等于蓄电器的充电极限的另一种特定关系获得第一驱动力。这种方案设定既满足施加给驱动轴的需求制动力又满足蓄电器地充电极限的内燃机的运转点。在这种情况下，控制器将利用第一驱动力计算出的从和向电力-动力输入-输出器输入和输出的动力代入目标动力的关系式、反向计算该关系式以确定一转速并将该确定的转速设定为内燃机的特定运转点处的目标转速，其中所述关系式利用内燃机的设定的目标转速确定在电力-动力输入-输出器的反馈控制中要从和要向电力-动力输入-输出器输入和输出的目标动力。
本发明中的第二种动力输出装置包括：
内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向驱动轴输入和输出动力的电机；向和从电力-动力输入-输出器以及电机传送电力的蓄电器；以及控制器，该控制器响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，通过考虑内燃机的转速由于从和向电力-动力输入-输出器输入和输出动力而增大的增大极限以及蓄电器的充电极限设定一作为需求制动力的限制的制动力极限；并且该控制器控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机以确保在设定的制动力极限的范围内向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。
第二实施例的动力输出装置响应驾驶员的需要向驱动轴施加一个制动力的加速器关闭动作，通过考虑内燃机的转速由于从和向电力-动力输入-输出器输入和输出动力而增大的增大极限以及蓄电器的充电极限将制动力极限设定为需求制动力的极限。该第二种动力输出装置控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机，以便确保在设定的制动力极限的范围内向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。在此，电力-动力输入-输出器通过动力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴，并且电机从和向驱动轴输入和输出动力。这种方案根据蓄电器的充电极限和内燃机的转速由于从和向电力-动力输入-输出器输入和输出动力而增大的增大极限设定响应驾驶员的加速器关闭动作的需求制动力的极限。本发明的第二种动力输出装置因而在既满足内燃机转速增大的增大极限又满足蓄电器的充电极限的同时确保向驱动轴输出需求制动力。
作为本发明第二种动力输出装置的一种实施例，控制器计算从和向电力-动力输入-输出器输入和输出的动力以使得内燃机的转速等于内燃机的转速增大的增大极限；通过考虑计算出的从和向电力-动力输入-输出器输入和输出的动力以及蓄电器的充电极限设定电机的输出极限；并基于计算出的从和向电力-动力输入-输出器输入和输出的动力以及电机的设定的输出极限设定制动力极限。这种方案能够在内燃机转速增大的增大极限和蓄电器的充电极限的范围内响应驾驶员的加速器关闭动作而向驱动轴输出制动力。在这种情况下，控制器将与计算出的从和向电力-动力输入-输出器输入和输出的动力对应的从电力-动力输入-输出器传送至驱动轴的驱动力和与设定的输出极限对应的从电机输出至驱动轴的驱动力相加，以便设定制动力极限。
本发明的第三种动力输出装置向驱动轴输出动力，它包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向驱动轴输入和输出动力的电机；向和从电力-动力输入-输出器以及电机传送动力的蓄电器；以及控制器，该控制器利用基于响应驾驶员操作的给驱动轴的需求驱动力设定目标动力的第一技术设定要从内燃机输出的目标动力；响应从驾驶员的加速器打开动作向加速器关闭动作的改变，取代第一技术而采用第二技术将低于利用第一技术基于需求驱动力设定的目标动力的动力设定为要从内燃机输出的目标动力；并控制要以设定的目标动力驱动的内燃机，同时控制电力-动力输入-输出器和电机以向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力。
本发明的第三种动力输出装置利用基于响应驾驶员操作的给驱动轴的需求驱动力设定目标动力的第一技术设定要从内燃机输出的目标动力。该第三种动力输出装置响应驾驶员的加速器关闭动作，取代第一技术而采用第二技术将低于利用第一技术基于需求驱动力设定的目标动力的动力设定为要从内燃机输出的目标动力。该第三种动力输出装置控制要以设定的目标动力驱动的内燃机，同时控制电力-动力输入-输出器和电机以向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力。由于从内燃机输出的动力减小，这种方案减少从电力-动力输入-输出器和电机输出的对蓄电器进行充电的电力。本发明的第三种动力输出装置因而在满足蓄电器的充电极限的同时确保响应驾驶员的加速器关闭动作而向驱动轴输出需求驱动力。
作为本发明的第三种动力输出装置的一种实施例，当采用第二技术时，控制器考虑利用第一技术基于需求驱动力设定的内燃机的目标动力和通过对该目标动力进行平滑处理而获得的经平滑的目标动力，以便将低于利用第一技术设定的目标动力的动力设定为要从内燃机输出的目标动力。当采用第二技术时，控制器从利用第一技术设定的内燃机的目标动力中减去利用第一技术基于需求驱动力设定的目标动力与经平滑的目标动力之间的差值，并将减算得到的结果设定为要从内燃机输出的目标动力。
本发明中的第四种动力输出装置包括：内燃机；通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向驱动轴输入和输出动力的电机；向和从电力-动力输入-输出器和电机传送电力的蓄电器；被启动用来消耗由蓄电器、电力-动力输入-输出器以及电机至少之一生成的电力的辅机；以及控制器，该控制器控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机以向驱动轴输出需求驱动力，并在预测到由响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭操作的控制生成超过蓄电器的充电极限的过剩电力时，不管驾驶员的开-关操作而强制启动辅机。
当预测到由对内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机进行控制以响应驾驶员的加速器关闭动作而向驱动轴输出需求驱动力的控制生成超过蓄电器的充电极限的过剩电力时，该第四种动力输出装置不管驾驶员的开-关操作而强制启动辅机。在此，电力-动力输入-输出器通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴。电机从和向驱动轴输入和输出动力。蓄电器向和从电力-动力输入-输出器和电机传送电力。辅机被启动用来消耗由蓄电器、电力-动力输入-输出器以及电机至少之一生成的电力。这种方案在满足蓄电器的充电极限的同时确保响应驾驶员的加速器关闭动作而向驱动轴输出需求制动力。在此，该辅机可以是空气调节装置。
作为本发明第四种动力输出装置的一种实施例，控制器可强制启动辅机以消耗超过蓄电器的充电极限的过剩电力。作为本发明第四种动力输出装置的另一种实施例，当预测到由对内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机进行控制以向驱动轴输出需求驱动力的控制生成超过蓄电器的充电极限的过剩电力时，控制器控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机以使得电力-动力输入-输出器驱动内燃机并从而消耗掉过剩电力，同时向驱动轴输出需求驱动力，并且当内燃机在电力-动力输入-输出器驱动下的运转无法消耗尽超过蓄电器的充电极限的所有过剩电力时，控制器强制启动辅机。当预料到该控制生成超过蓄电器的充电极限的过剩电力时，本实施例的结构使得电力-动力输入-输出器驱动内燃机，并从而消耗过剩电力。当内燃机在电力-动力输入-输出器驱动下的运转无法消耗尽所有过剩电力时，本实施例的结构强制启动辅机，以消耗超过蓄电器的充电极限的剩余的过剩电力，并从而有效防止蓄电器被过度充电。
作为本发明第一种至第四种动力输出装置的一种实施例，电力-动力输入-输出器可以包括：与三根轴即内燃机的输出轴、驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向该三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向该三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和从和向该第三轴输入和输出动力的发电机。电力-动力输入-输出器可以是包括与内燃机的输出轴连接的第一转子和与驱动轴连接的第二转子并伴随通过第一转子与第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从内燃机输出至驱动轴的双转子电机。
本发明可以是一种装备有上述第一种至第四种动力输出装置任一种的汽车，其中驱动轴与该汽车的车轴机械连接。
本发明的第五种动力输出装置向驱动轴输出动力，它包括：内燃机；具有第一交流电机并通过从和向该第一交流电机输入和输出电力和动力而将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器；从和向驱动轴输入和输出动力的第二交流电机；向和从第一交流电机和第二交流电机传送电力的蓄电器；以及控制器，该控制器设定内燃机的特定运转点以向驱动轴输出需求驱动力；启动并控制内燃机、第一交流电机以及第二交流电机，以便使内燃机在预设定的特定运转点处运转并确保向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力；并在出现超过蓄电器的充电极限的过剩电力时执行过剩电力消耗控制，其中该过剩电力消耗控制启动并控制第一交流电机和第二交流电机，以便通过输入和输出一不会生成驱动力的无效电力分量使得至少一部分过剩电力被第一交流电机与第二交流电机至少之一消耗掉。
本发明的第五种动力输出装置设定内燃机的特定运转点以向驱动轴输出需求驱动力；启动并控制内燃机、第一交流电机以及第二交流电机，以便使内燃机在预设定的特定运转点处运转并确保向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力；并在出现超过蓄电器的充电极限的过剩电力时执行过剩电力消耗控制。该过剩电力消耗控制启动并控制第一交流电机和第二交流电机，以便通过输入和输出一不会生成驱动力的无效电力分量使得至少一部分过剩电力被第一交流电机与第二交流电机至少之一消耗掉。这种方案在确保向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力的同时有效防止蓄电器被过度充电或者被利用过大电压充电。至少一部分过剩电力被第一交流电机或者第二交流电机消耗掉。因此，无需设置任何其它装置附加来消耗过剩电力。
作为本发明第五种动力输出装置的一种实施例，控制器可以响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作而执行所述过剩电力消耗控制。
作为本发明中第五种动力输出装置的另一种实施例，电力-动力输入-输出器可以包括与三根轴即内燃机的输出轴、驱动轴以及一第三轴相连并基于从和向该三根轴中的两根轴输入和输出的动力确定从和向该三根轴中的一根剩余轴输入和输出的动力的三轴式动力输入-输出器；和作为能够从和向该第三轴输入和输出动力的电动发电机的第一交流电机。第一交流电机是包括与内燃机的输出轴连接的第一转子和与驱动轴连接的第二转子并伴随通过第一转子与第二转子之间的电磁作用生成的电力的输入和输出而将至少一部分动力从内燃机输出至驱动轴的双转子电机。
本发明可以是一种装备有一种动力输出装置的汽车，其中驱动轴与该汽车的车轴机械连接。在这种情况下，控制器可以响应由于与车轴连接的车轮的空转而引起的打滑的发生执行所述过剩电力消耗控制。
控制本发明动力输出装置的第一种方法是一种控制具有内燃机、通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器、从和向驱动轴输入和输出动力的电机以及向和从电力-动力输入-输出器以及电机传送电力的蓄电器的动力输出装置的方法，该控制方法包括以下步骤：(a)响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭动作，基于需求制动力和蓄电器的充电极限设定内燃机的特定运转点以向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力；和(b)控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机，以便使内燃机在预设定的特定运转点处运转并确保向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。
控制本发明动力输出装置的第二种方法是一种控制具有内燃机、通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器、从和向驱动轴输入和输出动力的电机以及向和从电力-动力输入-输出器以及电机传送电力的蓄电器的动力输出装置的方法，该控制方法包括以下步骤：(a)响应驾驶员的需要向驱动轴施加-需求制动力的加速器关闭动作，通过考虑内燃机的转速由于从和向电力-动力输入-输出器输入和输出动力而增大的增大极限以及蓄电器的充电极限设定作为需求制动力的极限的制动力极限；和(b)控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机，以便在设定的制动力极限的范围内确保向驱动轴输出与需求制动力对应的制动力。
控制本发明动力输出装置的第三种方法是一种控制具有内燃机、通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器、从和向驱动轴输入和输出动力的电机以及向和从电力-动力输入-输出器以及电机传送电力的蓄电器的动力输出装置的方法，该控制方法包括以下步骤：(a)基于响应驾驶员操作的给驱动轴的需求驱动力设定要从内燃机输出的目标动力；(b)响应从驾驶员的加速器打开动作向加速器关闭动作的改变，使得在步骤(a)中设定的目标动力无效，而将低于步骤(a)中基于需求驱动力设定的目标动力的动力设定为要从内燃机输出的目标动力；以及(c)控制要以设定的目标动力驱动的内燃机，同时控制电力-动力输入-输出器和电机以向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力。
控制本发明动力输出装置的第四种方法是一种控制具有内燃机、通过电力和动力的输入和输出将至少一部分动力从内燃机传送至驱动轴的电力-动力输入-输出器、从和向驱动轴输入和输出动力的电机、向和从电力-动力输入-输出器和电机传送电力的蓄电器以及被启动用来消耗由蓄电器、电力-动力输入-输出器以及电机至少之一生成的电力的辅机的动力输出装置的方法，该控制方法包括以下步骤：(a)控制内燃机、电力-动力输入-输出器以及电机以向驱动轴输出需求驱动力；和(b)在预测到步骤(a)中的由响应驾驶员的需要向驱动轴施加一需求制动力的加速器关闭操作的控制生成超过蓄电器的充电极限的过剩电力时，不管驾驶员的开-关操作而强制启动辅机。
控制本发明动力输出装置的第五种方法是一种控制具有内燃机、具有第一交流电机并通过从和向第一交流电机输入和输出电力和动力而将至少一部分动力从内燃机输出至驱动轴的电力-动力输入-输出器、从和向驱动轴输入和输出动力的第二交流电机以及向和从第一交流电机以及第二交流电机传送电力的蓄电器的动力输出装置的方法，该控制方法包括以下步骤：(a)设定内燃机的特定运转点，以便向驱动轴输出需求驱动力；和(b)启动并控制内燃机、第一交流电机以及第二交流电机，以便使内燃机在预设定的特定运转点处运转并确保向驱动轴输出与需求驱动力对应的驱动力；并在出现超过蓄电器的充电极限的过剩电力时，启动并控制第一交流电机和第二交流电机，以便通过输入和输出一不会生成驱动力的无效电力分量使得至少一部分过剩电力被第一交流电机与第二交流电机至少之一消耗掉。
附图说明
图1示意性地示出本发明一个实施例其上安装有动力输出装置的一种混合动力汽车的构造；
图2是示出由包括在该实施例混合动力汽车内的混合动力电子控制单元执行的第一运转控制(驱动控制)程序的流程图；
图3示出表示加速器开度Acc和车速V与需求转矩Tr*的关系的曲线图；
图4是示出包括在该实施例混合动力汽车内的动力分配综合(统筹)机构中的旋转件的转速与转矩之间动态关系的共线图；
图5是示出由第二实施例的混合动力汽车内的混合动力电子控制单元执行的第二运转控制程序的流程图；
图6是示出由第三实施例的混合动力汽车内的混合动力电子控制单元执行的第三运转控制程序的流程图；
图7是示出由第四实施例的混合动力汽车内的混合动力电子控制单元70执行的第四运转控制程序的流程图；
图8是示出由电机ECU40执行的电机控制程序的流程图；
图9示意性地示出一改进示例中的另一种混合动力汽车的构造；和
图10示意性地示出另一改进示例中的再一种混合动力汽车的构造。
具体实施方式
下面作为一个优选实施例对实施本发明的一种方式进行讨论。图1示意性地示出本发明一个实施例其上安装有动力输出装置的一种混合动力汽车20的构造。如图所示，本实施例的混合动力汽车20包括：一台发动机22；一个经由减振器28与用作发动机22的输出轴的曲轴26连接的三轴式动力分配综合机构30；一个与动力分配综合机构30连接并能够生成电力的电机MG1；与齿圈轴32a相连的减速齿轮(减速器)35，该齿圈轴32a用作与动力分配综合机构30相连的驱动轴；与减速齿轮35连接的另一电机MG2；以及一个对整个动力输出装置进行控制的混合动力电子控制单元70。
发动机22是一台利用碳氢化合物燃料比如汽油或者轻油输出动力的内燃机。发动机电子控制单元(下文中称作发动机ECU)24从检测发动机22的运转状态的各个传感器接收信号，并负责发动机22的运转控制，例如燃料喷射控制、点火控制以及吸入空气量调节。发动机ECU24与混合动力电子控制单元70相通，用以响应从混合动力电子控制单元70传送的控制信号而控制发动机22的运转，同时根据要求向混合动力电子控制单元70输出与发动机22的运转状态相关的数据。
动力分配综合机构30具有一个太阳齿轮31，它是一个外齿轮；一个齿圈32，它是一个内齿轮并且与太阳齿轮31同心布置；多个与太阳齿轮31和齿圈32啮合的行星齿轮33；以及一个行星架34，该行星架以这样一种方式保持多个行星齿轮33，即允许它们在各自轴线上自由公转和自由自转。也就是说，动力分配综合机构30被构造成一个允许太阳齿轮31、齿圈32以及行星架34作为旋转件发生差速运动的行星齿轮机构。动力分配综合机构30中的行星架34、太阳齿轮31以及齿圈32分别与发动机22的曲轴26、与电机MG1以及经由齿圈轴32a与减速齿轮35连接。在电机MG1用作一台发电机时，从发动机22输出并经由行星架34输入的动力依照齿轮齿数比被分配给太阳齿轮31和齿圈32。另一方面，在电机MG1用作一台电机时，从发动机22输出并经由行星架34输入的动力与从电机MG1输出并经由太阳齿轮31输入的动力被组合，并且合成的动力输出至齿圈32。输出至齿圈32的动力因而最终经由齿轮机构60和差速齿轮62从齿圈轴32a传送至驱动轮63a和63b。
电机MG1和MG2均是已知的作为发电机和作为电动机运转的同步电动发电机(例如，具有一个其外表面上安装有永久磁体的转子和一个其上缠绕有三相线圈的定子的PM同步电动发电机)。电机MG1和MG2经由逆变器41和42向和从电池50传送电力。连接逆变器41和42与电池50的电力线54被构造成由逆变器41和42共用的正极母线和负极母线。这种方案能够使得由电机MG1和MG2之一生成的电力被另一电机消耗掉。电池50利用电机MG1或者MG2生成的过剩电力进行充电，并放出电力来补给电力的不足。当在电机MG1和MG2之间获得电力平衡时，电池50既不充电也不放电。电机MG1和MG2的运转由一电机电子控制单元(下文中称作电机ECU)40控制。电机ECU40接收控制电机MG1和MG2的运转所需的各种信号，例如来自对电机MG1和MG2中转子的旋转位置进行检测的旋转位置检测传感器43和44的信号和施加在电机MG1和MG2上并由电流传感器(未示出)测量的相电流。电机ECU40向逆变器41和42输出转换控制信号。电机ECU40与混合动力电子控制单元70连通，用于响应从混合动力电子控制单元70发出的控制信号而控制电机MG1和MG2的运转，同时根据需要向混合动力电子控制单元70输出与电机MG1和MG2的运转状态相关的数据。
电池50处于电池电子控制单元(下文中称作电池ECU)52的控制下。电池ECU52接收控制电池50所需的各种信号，例如由位于电池50的端子之间的电压传感器(未示出)测定出的端子间电压；由与电力线54连接的电流传感器(未示出)测定出的充电-放电电流，其中电力线54与电池50的输出端子相连；以及由与电池50连接的温度传感器(未示出)测定出的电池温度。电池ECU52根据需要通过通信向混合动力电子控制单元70输出与电池50的状态相关的数据。电池ECU52基于由电流传感器测定出的累计充电-放电电流计算出电池50的充电状态(SOC)，用以控制电池50。
一个用于调节混合动力汽车20内部空间中的空气的空气调节装置90经由转换器94连接在电力线54上，电力线54与电池50以及电机MG1和MG2连接。空气调节装置90利用存储在电池50中并经由转换器94供应的电力以及由电机MG1和MG2生成的电力启动。
混合动力电子控制单元70被构造成一微处理器并且包括一个CPU72、一个存储处理程序的ROM74、一个临时存储数据的RAM76、一个输入～输出端口(未示出)以及一个通信端口(未示出)。混合动力电子控制单元70经由输入端口接收各种数据和信号。输入的数据和信号包括来自点火开关80的点火信号；来自用于检测换档杆81当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP；来自用于检测加速器踏板83的踏下量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc；来自用于检测制动踏板85的踏下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP；来自车速传感器88的车速V；以及来自用于启动和关闭空气调节装置90的空气调节装置开关92的工作信号。混合动力电子控制单元70如上所述经由通信端口与发动机ECU24、电机ECU40以及电池ECU52相连，并向和从发动机ECU24、电机ECU40以及电池ECU52传送各种控制信号和数据。
由此构造而成的该实施例混合动力汽车20基于车速V的以及与驾驶员在加速器踏板83上的踏下量对应的加速器开度Acc的检测值计算要输出至用作驱动轴的齿圈轴32a的需求转矩。发动机22以及电机MG1和MG2受到运转控制以向齿圈轴32a输出与计算的需求转矩对应的所需动力。发动机22以及电机MG1和MG2的运转控制选择性地执行转矩变换运转模式、充电-放电运转模式以及电机运转模式中的一种。转矩变换运转模式控制发动机22的运转以输出与所需动力相当的动力，同时驱动和控制电机MG1和MG2以使得从发动机22输出的所有动力均借助于动力分配综合机构30以及电机MG1和MG2经受转矩变换并输出至齿圈轴32a。充电-放电运转模式对发动机22的运转进行控制以输出与所需动力和给电池50充电所消耗的电力或者电池50放电所供应的电力之和相当的动力，同时驱动和控制电机MG1和MG2以使得与所需动力相当的从发动机22输出的所有或者部分动力均借助于动力分配综合机构30以及电机MG1和MG2经受转矩变换并输出至齿圈轴32a，同时对电池50进行充电或放电。电机运转模式停止发动机22的运转并驱动和控制电机MG2以向齿圈轴32a输出与所需动力相当的动力。
下面说明如上所述构造而成的本实施例混合动力汽车20的运转，尤其是驾驶员踏下加速器踏板83时的运转。图2是示出由本实施例混合动力汽车20内的混合动力电子控制单元70执行的第一运转控制程序的流程图。从驾驶员对加速器踏板83的踏下动作开始，以预定时间间隔(例如每隔8毫秒)反复执行该程序。驾驶员对加速器踏板83的踏下动作例如基于前次加速器开度Acc与由加速器踏板位置传感器84检测到的当前加速器开度Acc之间的差值确定。
当程序进入该第一运转控制程序时，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的数据，该数据包括表示加速器踏板83的踏下量的加速器开度Acc；从车速传感器88发出的车速V；发动机22的曲轴26的转速Ne；以及电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2(步骤S100)。电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2利用由旋转位置检测传感器43和44检测到的电机MG1和MG2中转子的旋转位置计算得出，并通过通信从电机ECU40输入混合动力电子控制单元70中。发动机22的转速Ne利用电机MG1的转速Nm1、齿圈轴32a的转速Nr以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ(太阳齿轮的齿数/齿圈的齿数)计算得出。在此，齿圈轴32a的转速Nr通过电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的齿轮齿数比Gr(电机MG2的转速/齿圈轴32a的转速)而获得。另一种可利用的结构是将一转速传感器连接在发动机22的曲轴26上，直接测定出发动机22的转速Ne。
在所需数据输入之后，CPU72基于输入的加速器开度Acc和车速V设定要输出至用作驱动轴的齿圈轴32a的所需转矩Tr*和要从发动机22输出的目标动力Pe*(步骤S102)。在本实施例的结构中，预先确定加速器开度Acc和车速V与需求转矩Tr*的关系，并以需求转矩设定图的形式存储在ROM74内。本实施例的程序从存储在ROM74中的需求转矩设定图读取和设定与加速器开度Acc和车速V的输入数据对应的需求转矩Tr*的值。图3示出需求转矩设定图的一个示例。发动机22的目标动力Pe*被设定为需求转矩Tr*和齿圈轴32a的转速Nr的乘积、电池50的充电-放电需求量或所需充电-放电量Pb*、以及潜在损耗Loss的总和。在此，电池50的充电-放电需求量Pb*根据电池50的充电状态(SOC)设定。齿圈轴32a的转速Nr可以通过车速V乘以换算系数k或者通过电机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的齿轮齿数比Gr获得。
在设定发动机22的目标动力Pe*之后，CPU72将发动机22的从能够实现目标动力Pe*的运转点(由转矩与转速的组合所限定的点)中选出的有效运转点的转速设定为暂定(试行)发动机转速Netmp1(步骤S104)。
接着，CPU72按照下面给出的公式(1)和(2)，利用设定的需求转矩Tr*和电池50的充电极限Win(充电极限Win在充电状态下为负值)计算电机MG1的暂定电机转矩Tm1tmp1(步骤S106)，其中需求转矩Tr*为在步骤S102中确定的要输出至用作驱动轴的齿圈轴32a的需求转矩。公式(1)示出一种特定关系，即从电机MG1和MG2输出并传送至齿圈轴32a或者驱动轴的转矩总和等于需求转矩Tr*。公式(2)示出另一种特定关系，即输入电机MG1和MG2的电力以及从电机MG1和MG2输出的电力与潜在损耗的总和等于电池50的充电极限Win。电池50的充电极限Win依照所检测的电池温度Tb以及电池50的充电状态(SOC)确定。图4是示出动力分配综合机构30中的旋转件的转速与转矩之间动态关系的共线图。在图4的共线图中，位于轴R上的两个粗箭头分别表示随着从发动机22输出的转矩Te*在发动机22在由目标转矩Te*与目标转速Ne*限定的特定运转点处稳定运转的同时经由动力分配综合机构30传送而作用在齿圈轴32a上的转矩和从电机MG2输出并经由减速齿轮35传送至齿圈轴32a的转矩。因此，公式(1)的左侧表示转矩Tm2tmp从电机MG2输出时经由减速齿轮35传送至齿圈轴32a的转矩与转矩Tm1tmp1从电机MG1输出时经由动力分配综合机构30传送至齿圈轴32a的转矩的总和。
Tm2tmp×Gr+(-Tm1tmp1/ρ)＝Tr*              ……(1)
Nm2×Tm2tmp+Nm1×Tm1tmp+Loss＝Win          ……(2)
接着，CPU72通过将计算出的暂定电机转矩Tm1tmp1取代目标转矩Tm1*代入下面给出的公式(3)并反向计算公式(3)而计算暂定电机转速Nm1tmp(步骤S108)。公式(3)基于目标转速Nm1*与检测到的当前转速Nm1之间的差值确定在反馈控制中要从电机MG1输出的转矩(目标转矩Tm1*)，使得电机MG1以设定的目标转速Nm1*旋转。暂定电机转矩Tm1tmp1与暂定电机转速Nm1tmp之间的关系在公式(4)中给出。公式(3)和(4)中的函数PID(比例积分微分)具有用于反馈控制的比例项、积分项以及微分项。“前次Tm1*”项表示电机MG1的前次目标转矩Tm1*，该前次目标转矩Tm1*在第一运转控制程序的前次(先前)循环中在步骤S124或在步骤132(后面讨论)设定。
Tm1*＝前次Tm1*+PID(Nm1，Nm1*)               ……(3)
Tm1tmp1＝前次Tm1*+PID(Nm1，Nm1tmp)          ……(4)
在计算出暂定电机转速Nm1tmp之后，CPU72按照下面给出的公式(5)利用计算出的暂定电机转速Nm1tmp、齿圈轴32a的检测到的当前转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ计算暂定发动机转速Netmp2(步骤S110)。步骤S106至S110的处理能够确定作为发动机22的转速的暂定发动机转速Netmp2，该转速Netmp2既满足要输出至齿圈轴32a或者驱动轴的需求转矩Tr*又满足电池50的充电极限Win。
Netmp2＝Nm1tmp×ρ/(1+ρ)+(Nm2/Gr)/(1+ρ)  ……(5)
接着，CPU72将发动机22的前次目标转速Ne*(前次Ne*)与作为增加极限的增加转速Nset相加以确定暂定发动机转速Netmp3(步骤S112)，其中前次目标转速Ne*在第一运转控制程序的前次循环中在步骤S122或步骤S130(后面讨论)设定。CPU72随后按照下面给出的公式(6)基于计算出的暂定发动机转速Netmp3与发动机22的检测到的当前发动机转速Ne之间的差值计算在反馈控制中要从电机MG1输出的暂定电机转矩Tm1tmp2(步骤S114)，使得发动机22以暂定发动机转速Netmp3旋转。
Tm1tmp2＝前次Tm1*+PID(Ne，Netmp3)        ……(6)
CPU72从电池50的充电极限Win中减去在步骤S114计算出的电机MG1的暂定电机转矩Tm1tmp2与电机MG1的检测到的当前转速Nm1的乘积(电力)以及潜在损耗，并将减算得到的结果除以电机MG2的检测到的当前转速Nm2，以便确定要从电机MG2输出的电机转矩极限Tm2lim(步骤S16)。接着，CPU72按照下面给出的公式(7)利用计算出的电机转矩极限Tm2lim、在步骤S114计算出的暂定电机转矩Tm1tmp2以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ计算要输出至齿圈轴32a或者驱动轴的需求转矩极限Trlim(步骤S118)。步骤S112至S118中的处理能够在发动机22的转速由于从电机MG1输出的转矩而上升至发动机22的(转速)适度提升(boost-up)的范围内时在电池50的充电极限Win范围内确定要输出至齿圈轴32a的制动转矩极限。
Trlim＝Tm2lim×Gr-Trm1tmp2/ρ                ……(7)
在计算出需求转矩极限Trlim之后，将设定的需求转矩Tr*与计算出的需求转矩极限Trlim进行比较(步骤S120)，其中需求转矩Tr*为在步骤S102中确定的要输出至齿圈轴32a或驱动轴的需求转矩。由于需求转矩Tr*和需求转矩极限Trlim均为负值，所以步骤S120的程序确定需求转矩Tr*的绝对值是否不小于需求转矩极限Trlim的绝对值。当在步骤S120确定需求转矩Tr*大于需求转矩极限Trlim时，CPU72将在步骤S104中计算出的暂定发动机转速Netmp1与在步骤S110中计算出的暂定发动机转速Netmp2中的较大者设定为发动机22的目标转速Ne*，同时将发动机22的目标动力Pe*除以设定的目标转速Ne*以设定发动机22的目标转矩Te*(步骤S122)。该步骤将既满足需求转矩Tr*又满足电池50的充电极限Win的目标转速Ne*确定为发动机22的转速。随后，CPU72按照下面给出的公式(8)基于设定的发动机22的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ设定电机MG1的目标转速Nm1*，同时按照上面给出的公式(3)基于设定的目标转速Nm1*和电机MG1的检测到的当前转速Nm1设定电机MG1的目标转矩Tm1*(步骤S124)。接着，CPU72按照下面给出的公式(9)基于设定的需求转矩Tr*、设定的目标转矩Tm1*、动力分配集中机构30的齿轮齿数比ρ以及减速齿轮35的齿轮齿数比Gr设定电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S126)。
Nm1*＝Ne*×(1+ρ)/ρ+(Nm2/Gr)/ρ    ……(8)
Tm2*＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr              ……(9)
另一方面，当在步骤S120中确定需求转矩Tr*不大于需求转矩极限Trlim时，推断出在发动机22的转速的增加极限和电池50的充电极限Win的条件下不会向齿圈轴32a输出需求转矩Tr*。因此，CPU72将设定的在步骤S102中确定的需求转矩Tr*改变为需求转矩极限Trlim(步骤S128)，并将在步骤S112中计算出的暂定发动机转速Netmp3设定为发动机22的目标转速Ne*，同时将发动机22的目标动力Pe*除以设定的目标转速Ne*以设定目标转矩Te*(步骤S130)。接着，CPU72将在步骤S114中计算出的暂定电机转矩Tm1tmp2设定为电机MG1的目标转矩Tm1*(步骤S132)，并将在步骤S116中计算出的电机转矩极限Tm2lim设定为电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S134)。
以上述方式执行步骤S122至S126中的处理或者步骤S130至S134中的处理以设定发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*、电机MG1的目标转矩Tm1*和目标转速Nm1*以及电机MG2的目标转矩Tm2*。在设定结束时，CPU72将设定的发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送至发动机ECU24，同时将设定的电机MG1的目标转矩Tm1*和目标转速Nm1*以及电机MG2的目标转矩Tm2*发送至电机ECU40(步骤S136)。随后，程序退出该第一运转控制程序。发动机ECU24接收目标转速Ne*和目标转矩Te*，并执行对发动机22的运转控制包括燃料喷射控制和点火控制，以使得发动机22在由目标转速Ne*和目标转矩Te*限定的特定运转点处运转。电机ECU40接收目标转速Nm1*、目标转矩Tm1*和目标转矩Tm2*，并执行包括在逆变器41和42中的转换元件的转换控制，以便利用目标转矩Tm1*使得电机MG1运转和利用目标转矩Tm2*使得电机MG2运转。
如上所述，本实施例的混合动力汽车20将发动机22的给定运转点(高效运转点)处的转速(即暂定发动机转速Netmp1)与既满足输出至齿圈轴32a的需求转矩Tr*又满足电池50的充电极限Win的转速(即暂定发动机转速Netmp2)中的较大者设定为发动机22的目标转速Ne*，并执行发动机22以及电机MG1和MG2的运转控制，其中发动机22将依照需求转矩Tr*设定的目标动力Pe*输出至齿圈轴32a。这种方案能够确保在有效防止电池50被过度充电的同时向齿圈轴32a输出需求转矩Tr*。即，本实施例的混合动力汽车20在考虑电池50的充电极限Win的同时令人满意地防止驾控性能下降。
本实施例的混合动力汽车20在将需求转矩Tr*限制在需求转矩极限Trlim内的条件下控制发动机22以及电机MG1和MG2的运转，其中需求转矩极限Trlim通过考虑与从电机MG1输出的转矩对应的发动机22的转速的增加极限以及电池50的充电极限Win而确定。这种方案能够确保在有效防止电池50被过度充电并实现发动机22转速适度提升的同时向齿圈轴32a输出需求转矩Tr*。
本实施例的混合动力汽车20通过考虑发动机22转速的增加极限和电池50的充电极限Win而对需求转矩Tr*加以限制。一种可能的改进是从考虑对象中排除发动机22转速的增加极限。这种改进方案的程序从图2所示的第一运转控制程序省略步骤S112至S120的处理和步骤S128至S134的处理。
本实施例的混合动力汽车20考虑了既满足需求转矩Tr*又满足电池50的充电极限Win的发动机22的转速以设定发动机22的目标转速Ne*。一种可能的改进是从考虑对象中排除既满足需求转矩Tr*又满足电池50的充电极限Win的发动机22的转速。这种改进方案的程序从在图2所示的第一运转控制程序中省略步骤S106至S110的处理，并且在步骤S122中将在步骤S104中计算出的暂定发动机转速Netmp1设定为发动机22的目标转速Ne*。
在计算暂定发动机转速Netmp2的过程中，本实施例的混合动力汽车20将暂定电机转矩Tm1tmp1代入PID反馈控制公式中并反向计算该公式以确定暂定电机转速Nm1tmp。该反馈控制并不局限于PID控制，也可以是没有微分项的PI控制或者没有积分项的比例控制。
下面对第二实施例的混合动力汽车进行说明。除了由混合动力电子控制单元70执行的处理存在一些差异之外，该第二实施例的混合动力汽车具有与第一实施例混合动力汽车20相同的构造。该第二实施例的混合动力汽车内与第一实施例混合动力汽车20内相同的组件利用相同的标号和符号表示，在此不予详细描述。图5是示出由该第二实施例混合动力汽车内的混合动力电子控制单元70执行的第二运转控制程序的流程图。从驾驶员对加速器踏板83的踏下动作开始，以预设定的时间间隔(比如每隔8毫秒)反复执行该流程。驾驶员对加速器踏板83的踏下动作比如基于前次加速器开度Acc与由加速器踏板位置传感器84检测到的当前加速器开度Acc之间的差值确定。
当程序进入该第二运转控制程序时，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的数据，该数据包括加速器开度Acc、车速V、发动机22的转速Ne以及电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2(步骤S200)。接着，CPU72比如基于图3的曲线图设定输出至齿圈轴32a或者驱动轴的与输入的加速器开度Acc和车速V对应的需求转矩Tr*，同时将需求转矩Tr*与齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)的乘积、电池50的充电-放电需求量Pb*以及潜在损耗相加，以便设定要从发动机22输出的暂定目标动力Petmp1(步骤S202)。步骤S200和S202的处理与图2中所示第一运转控制程序中的步骤S100和S102的处理相同。
接着，CPU72按照下面给出的公式(10)对发动机22的设定的暂定目标动力Petmp1进行平滑处理(修正处理)，以便计算经平滑的目标动力Petmp2(步骤S204)。在公式(10)中，“前次Petmp2”项表示在第二运转控制程序的前次循环中计算出的经平滑的目标动力，而“K”指代设定在值“1”至值“0”范围内的常数，以确保发动机22的目标动力的平滑改变。
Petmp2＝前次Petmp2+(Petmp1-前次Petmp2)×K    ……(10)
接着，CPU72将暂定目标动力Petmp1与经平滑的目标动力Petmp2之间的差值设定为欠调量(下冲量undershoot)Peus(步骤S206)；将设定的欠调量Peus的上限限制为“0”以保持欠调量Peus为负值(步骤S208)；并将发动机22的暂定目标动力Petmp1与该负的欠调量Peus相加以设定发动机22的目标动力Pe*(步骤S210)。欠调量Peus用来使目标动力Pe*低于要从发动机22输出的与输出至齿圈轴32a或者驱动轴的需求转矩Tr*以及电池50的充电-放电需求量Pb*对应的预期动力(暂定目标动力Petmp1)。该处理通过欠调量Peus将发动机22的目标动力Pe*设定为低于暂定目标动力Petmp1，并控制发动机22输出目标动力Pe*；同时设定电机MG1和MG2的目标转矩Tm1*和Tm2*以使得需求转矩Tr*作用于齿圈轴32a上，并控制电机MG1和MG2。这种控制使电池50中累积的电力减少与欠调量Peus对应的量。这种方案能够在有效防止电池50被电机MG2(在某些情况为电机MG1和MG2)所再生的再生能量过度充电的同时响应驾驶员对加速器踏板83的踏下动作而向齿圈轴32a传送需求转矩Tr*(制动力)。
在设定发动机22的目标动力Pe*之后，CPU72将发动机22的从满足目标动力Pe*的运转点中选出的有效运转点的转矩和转速设定为发动机22的目标转矩Te*和目标转速Ne*(步骤S212)。接着，CPU72按照上面给出的公式(8)基于发动机22的设定的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ设定电机MG1的目标转速Nm1*，同时按照上面给出的公式(3)基于设定的目标转速Nm1*和电机MG1的检测到的当前转速Nm1设定电机MG1的目标转矩Tm1*(步骤S214)。接着，CPU72按照上面给出的公式(9)基于需求转矩Tr*、电机MG1的目标转矩Tm1*、动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ以及减速齿轮35的齿轮齿数比Gr设定电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S216)。随后，CPU72将设定的发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送至发动机ECU24，同时将设定的电机MG1的目标转矩Tm1*和目标转速Nm1*以及设定的电机MG2的目标转矩Tm2*发送至电机ECU40(步骤S218)。然后，该程序退出第二运转控制程序。
如上所述，第二实施例的混合动力汽车设定低于要从发动机22输出的与输出至齿圈轴32a的需求转矩Tr*以及电池50的充电-放电需求量Pb*对应的预期动力(即暂定目标动力Petmp1)的目标动力Pe*，并控制发动机22输出目标动力Pe*；同时设定电机MG1和MG2的目标转矩Tm1*和Tm2*以使得目标转矩Tr*作用于齿圈轴32a上，并控制电机MG1和MG2。这种方案能够有效防止电池50被电机MG2(在某些情况下为电机MG1和MG2)所再生的再生能量过度充电的同时向齿圈轴32a施加与驾驶员对加速器踏板83的踏下动作对应的需求转矩Tr*。即，第二实施例的混合动力汽车在考虑电池50的充电极限Win的同时令人满意地防止驾控性能下降。
该第二实施例的混合动力汽车将暂定目标动力Petmp1与通过对暂定目标动力Petmp1进行平滑处理而得到的经平滑的目标动力Petmp2之间的差值设定为欠调量Peus。然而，这种设定并不局限于此，还可将任意预设定值设定为欠调量Peus。
下面对第三实施例的混合动力汽车进行说明。除了由混合动力电子控制单元70执行的处理存在一些差异之外，第三实施例的混合动力汽车与第一实施例的混合动力汽车20具有相同构造。该第三实施例的混合动力汽车内与第一实施例混合动力汽车20内相同的组件用相同的标号和符号表示，在此不予详细描述。图6是示出由该第三实施例混合动力汽车内的混合动力电子控制单元70执行的第三运转控制程序的流程图。从驾驶员对加速器踏板83的踏下动作开始，以预设定的时间间隔(比如每隔8毫秒)反复执行该程序。
当程序进入该第三运转控制程序时，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的数据，该数据包括加速器开度Acc、车速V、发动机22的转速Ne以及电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2(步骤S300)。接着，CPU72比如基于图3的曲线图设定输出至齿圈轴32a或者驱动轴的与输入的加速器开度Acc和车速V对应的需求转矩Tr*，同时将需求转矩Tr*与齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)的乘积、电池50的充电-放电需求量Pb*以及潜在损耗相加以设定要从发动机22输出的目标动力Pe*(步骤S302)。步骤S300和S302的处理与图2所示第一运转控制程序中的步骤S100和S102的处理相同。
接着，CPU72将发动机22的从满足目标动力Pe*的运转点中选出的有效运转点的转矩和转速设定为发动机22的目标转矩Te*和目标转速Ne*(步骤S304)。接着，CPU72按照上面给出的公式(8)基于发动机22的设定的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ设定电机MG1的目标转速Nm1*，同时按照上面给出的公式(3)基于设定的目标转速Nm1*和电机MG1的检测到的当前转速Nm1设定电机MG1的目标转矩Tm1*(步骤S306)。接着，CPU72按照上面给出的公式(9)基于需求转矩Tr*、电机MG1的目标转矩Tm1*、动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ以及减速齿轮35的齿轮齿数比Gr设定电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S308)。
CPU72从电池50的充电极限Win减去电机MG1的检测到的当前转速Nm1与电机MG1的目标转矩Tm1*的乘积以及潜在损耗，并将减算得到的结果除以电机MG2的检测到的当前转速Nm2，以便确定要从电机MG2输出的电机转矩极限Tm2lim(步骤S310)。随后，将电机MG2的目标转矩Tm2*与电机MG2的计算出的电机转矩极限Tm2lim进行比较(步骤S312)。由于电机MG2的目标转矩Tm2*和电机转矩极限Tm2lim均为负值，所以步骤S312中的程序确定目标转矩Tm2*的绝对值是否不大于电机转矩极限Tm2lim的绝对值。当在步骤S312中确定出目标转矩Tm2*小于电机转矩极限Tm2lim时，CPU72按照下面给出的公式(11)修改已在步骤S306中设定的电机MG1的目标转矩Tm1*，以便使由电机MG2再生出来并且超过电机转矩极限Tm2lim的过剩电力被用于驱动发动机22的电机MG1消耗掉(步骤S314)。从公式(11)可清楚理解，这种处理对目标转矩Tm1*进行修改以使得电机MG1消耗掉与目标转矩Tm2*和电机转矩极限Tm2lim之间的差值对应的过剩电力。
Tm1*←Tm1*+(Tm2lim-Tm2*)×Nm2/Nm1    ……(11)
接着，CPU72通过反向计算下面给出的公式(12)修改发动机22的目标转速Ne*(步骤S316)。公式(12)基于设定的目标转速Ne*与发动机22的检测到的当前转速Ne之间的差值确定在电机MG1的反馈控制中要从电机MG1输出的目标转矩Tm1*，使得发动机22以目标转速Ne*旋转。在此，发动机22的经修改的目标转速Ne*表示当发动机22由从电机MG1输出的转矩驱动时的发动机22的转速。
Tm1*＝前次Tm1*+PID(Ne，Ne*)              ……(12)
在目标转速Ne*修改之后，将经修改的目标转速Ne*即当发动机22由从电机MG1输出的转矩驱动时的发动机22的转速与被确定为发动机22的容许转速的上限的发动机转速极限Nelim进行比较(步骤S318)。当在步骤S318确定出经修改的目标转速Ne*高于发动机转速极限Nelim时，CPU72推断当电机MG1驱动发动机22达到满足电池50的充电极限Win的程度时，发动机22的转速超过发动机转速极限Nelim。因此，CPU72按照下面给出的公式(13)在电机MG1的反馈控制中重新修改电机MG1的目标转矩Tm1*，以使得发动机22以与发动机转速极限Nelim相当的转速旋转(步骤S320)。
Tm1*←前次Tm1*+PID(Ne，Nelim)            ……(13)
CPU72从电池50的充电极限Win减去经修改的目标转矩Tm1*与电机MG1的检测到的当前转速Nm1的乘积(电力)、目标转矩Tm2*与电机MG2的检测到的当前转速Nm2的乘积(电力)以及潜在损耗以确定超过电池50的充电极限Win的过剩电力，并将该过剩电力设定为空气调节装置90的电力消耗Pair(步骤S322)。
在于步骤S322设定空气调节装置90的电力消耗Pair之后，当在步骤S312确定电机MG2的目标转矩Tm2*不小于电机转矩极限Tm2lim时，或者当在步骤S318确定发动机22的目标转速Ne*不大于发动机转速极限Nelim时，CPU72将设定的发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送至发动机ECU24，同时将设定的电机MG1的目标转矩Tm1*和目标转速Nm1*以及电机MG2的目标转矩Tm2*发送至电机ECU40(步骤S324)。对于在步骤S322中设定该空气调节装置的电力消耗Pair的情况而言，CPU72不管空气调节装置开关92的开-关状态而利用电力消耗Pair强制启动空气调节装置90(步骤S324)。程序随后退出第三运转控制程序。在利用电机MG1驱动发动机22无法消耗尽超过电池50的充电极限Win的过剩电力的情况下，第三实施例的方案不管空气调节装置开关92的开-关状态而强制启动空气调节装置90，以消耗剩余的过剩电力。这样确保在有效防止电池50被过度充电的同时令人满意地响应驾驶员的加速器关闭动作而向齿圈轴32a或者驱动轴施加所需的制动力。
如上所述，对发动机22以及电机MG1和MG2进行控制以向驱动轴输出驾驶员的加速器关闭动作所需的需求转矩Tr*，这会生成超过电池50的充电极限Win的过剩电力。在这种情况下，第三实施例的混合动力汽车强制启动空气调节装置90以消耗超过电池50的充电极限Win的过剩电力。这种方案确保在有效防止电池50被过度充电的同时向齿圈轴32a输出需求转矩Tr*。即，第三实施例的混合动力汽车能够在考虑电池50的充电极限Win的同时令人满意地防止驾控性能下降。
在第三实施例的混合动力汽车内，电机MG1用于驱动发动机22并从而消耗超过电池50的充电极限Win的过剩电力。在电机MG1无法消耗尽该过剩电力的情况下，空气调节装置90被强制启动以消耗剩余的过剩电力。一种可能的改进可以是强制启动空气调节装置90以消耗全部过剩电力，无需对电机MG1进行控制以驱动发动机22。
该第三实施例的混合动力汽车强制启动空气调节装置90以消耗超过电池50的充电极限Win的过剩电力。一种改进的结构可以启动除空气调节装置90之外的任何合适辅机以消耗所述过剩电力，只要这种辅机的启动不会干扰混合动力汽车的平稳运行即可。
下面对第四实施例的混合动力汽车进行说明。除了由混合动力电子控制单元70执行的处理存在一些差异之外，该第四实施例的混合动力汽车与该实施例的混合动力汽车20具有相同构造。该第四实施例的混合动力汽车内与第一实施例混合动力汽车20内相同的组件用相同的标号和符号表示，在此不予详细描述。图7是示出由该第四实施例混合动力汽车内的混合动力电子控制单元70执行的第四运转控制程序的流程图。当加速器踏板83的状态从ON状态(踏下状态)改变至OFF状态(松开状态)时或者由于驱动轮63a和63b的空转而发生打滑时，以预设定的时间间隔(比如每隔8毫秒)反复执行该程序。通过在前次加速器开度Acc与由加速器踏板位置传感器84测定出的当前加速器开度Acc之间进行比较而检测加速器踏板83从ON状态向OFF状态的改变。通过从由旋转位置检测传感器44测定的旋转角度计算出的旋转角速度的时间变化(旋转角加速度)检测由于驱动轮63a和63b的空转而引起的打滑的发生，其中旋转位置检测传感器44连接在与驱动轮63a和63b机械连接的电机MG2上。
当程序进入第四运转控制程序时，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入加速器开度Acc、车速V、发动机22的转速Ne以及电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2(步骤S400)。接着，CPU72比如基于图3的曲线图设定要输出至齿圈轴32a的与输入的加速器开度Acc和车速V对应的需求转矩Tr*，同时将需求转矩Tr*与齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)的乘积、电池50的充电-放电需求量Pb*以及潜在损耗相加，以设定要从发动机22输出的目标动力Pe*(步骤S402)。接着，CPU72将发动机22的从满足目标动力Pe*的运转点中选出的最有效运转点的转矩和转速设定为发动机22的目标转速Ne*和目标转矩Te*(步骤S404)。
随后，CPU72按照上面给出的公式(8)基于发动机22的设定的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr以及动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ设定电机MG1的目标转速Nm1*，同时按照上面给出的公式(3)基于设定的目标转速Nm1*和电机MG1的检测到的当前转速Nm1设定电机MG1的目标转矩Tm1*(步骤S406)。接着，CPU72按照上面给出的公式(9)基于需求转矩Tr*、电机MG1的目标转矩Tm1*、动力分配综合机构30的齿轮齿数比ρ以及减速齿轮35的齿轮齿数比Gr设定电机MG2的目标转矩Tm2*(步骤S408)。在设定电机MG1和MG2的目标转矩Tm1*和Tm2*之后，CPU72按照下面给出的公式(14)和(15)利用设定的目标转矩Tm1*和Tm2*以及输入的转速Nm1和Nm2计算作为由相应电机MG1和MG2生成或者消耗的电力的电机电力Pm1和Pm2(步骤S410)。
Pm1＝Tm1*×Nm1                    ……(14)
Pm2＝Tm2*×Nm2                      ……(15)
随后将计算出的电机电力Pm1和Pm2之和与电池50的充电极限Win进行比较(步骤S412)。该比较确定电机电力Pm1和Pm2之和的绝对值是否大于电池50的充电极限Win的绝对值。当确定出电机电力Pm1和Pm2之和不小于充电极限Win时，CPU72确定此时不存在过剩电力并将设定的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送至发动机ECU24，同时将设定的目标转矩Tm1*和Tm2*发送至电机ECU40(步骤S416)。程序在此退出第四运转控制程序。另一方面，当确定电机电力Pm1和Pm2之和小于充电极限Win时，CPU72从充电极限WIN减去电机电力Pm1和Pm2之和以计算过剩电力Psur(步骤S414)并将设定的目标转速Ne*和目标转矩Te*发送至发动机ECU24，同时将设定的目标转矩Tm1*和Tm2*以及过剩电力Psur发送至电机ECU40(步骤S416)。程序在此退出第四运转控制程序。
电机ECU40接收目标转矩Tm1*和Tm2*以及过剩电力Psur并执行下述的一系列处理。图8是示出由电机ECU40执行的电机控制程序的流程图。在该电机控制程序开始时，电机ECU40首先输入由电流传感器(未示出)测定出的电机MG1和MG2的相电流Iu1、Iv1、Iu2以及Iv2的数据、由旋转位置检测传感器43和44测定出的旋转位置θm1和θm2，以及过剩电力Psur(步骤S450)。电机ECU40将输入的旋转位置θm1和θm2除以电机MG1和MG2的极对数P1和P2以计算电气角(electric angle)θ1和θ2(步骤S452)。接着，假设流过电机MG1和MG2三相线圈的U相、V相以及W相的相电流之和设定为等于0，电机ECU40使按照下面给出的公式(16)和(17)经过坐标变换(三相-二相变换)的相电流Iu1、Iv1、Iu2以及Iv2变换成流过“d”轴和“q”轴的电流Id1、Iq1、Id2以及Iq2的值(步骤S454)。随后，电机ECU40设定与在图7所示第四运转控制程序中的步骤S406和S408设定的目标转矩Tm1*和Tm2*相应的“d”轴和“q”轴的电流指令Id1*、Iq1*、Id2*以及Iq2*(步骤S456)。
Id 1 Iq 1 = 2 - sin ( θ 1 - 120 ) sin ( θ 1 ) - cos ( θ 1 - 120 ) cos ( θ 1 ) Iu 1 Iv 1 . . . ( 16 ) ]]>
Id 2 Iq 2 = 2 - sin ( θ 2 - 120 ) sin ( θ 2 ) - cos ( θ 2 - 120 ) cos ( θ 2 ) Iu 2 Iv 2 . . . ( 17 ) ]]>
然后确定此时是否存在过剩电力Psur(步骤S458)。该判定反映在图7所示第四运转控制程序中的步骤S412确定电机电力Pm1和Pm2之和是否小于充电极限Win的结果。当确定此时不存在过剩电力Psur时，电机ECU40执行一系列标准处理并按照下面给出的公式(18)至(21)计算电机MG1和MG2中的“d”轴和“q”轴的电压指令Vd1、Vq1、Vd2以及Vq2(步骤S462)。在公式(18)至(21)中，KPd1、KPq1、KPd2以及KPq2指代比例系数，而KId1、KIq1、KId2以及KIq2指代积分系数。
Vd1＝KPd1×(Id1*-Id1)+∑KId1(Id1*-Id1)    ……(18)
Vq1＝KPq1×(Iq1*-Iq1)+∑KIq1(Iq1*-Iq1)    ……(19)
Vd2＝KPd2×(Id2*-Id2)+∑KId2(Id2*-Id2)    ……(20)
Vq2＝KPq2×(Iq2*-Iq2)+∑KIq2(Iq2*-Iq2)    ……(21)
电机ECU40使按照下面给出的公式(22)和(23)经过坐标变换(三相-二相变换)的“d”轴和“q”轴上的电压指令Vd1、Vq1、Vd2以及Vq2变换成要施加于电机MG1或MG2三相线圈中的U相、V相以及W相的电压指令Vu1、Vv1、Vw1、Vu2、Vv2以及Vw2(步骤S464)。接着，电机ECU40将电压指令Vu1、Vv1、Vw1、Vu2、Vv2以及Vw2变换成用于逆变器41和42的转换控制的PWM信号(步骤S466)，并将变换的PWM信号输出至逆变器41和42，以便启动和控制电机MG1和MG2(步骤S468)。所述电机控制程序至此结束。
Vu 1 Vv 1 = 2 3 cos ( θ 1 ) - sin ( θ 1 ) - cos ( θ 1 - 120 ) - sin ( θ 1 - 120 ) Vd 1 Vq 1 ]]>
Vw 1 = - Vu 1 - Vv 1 . . . ( 22 ) ]]>
Vu 2 Vv 2 = 2 3 cos ( θ 2 ) - sin ( θ 2 ) - cos ( θ 2 - 120 ) - sin ( θ 2 - 120 ) Vd 2 Vq 2 ]]>
Vw 2 = - Vu 2 - Vv 2 . . . ( 23 ) ]]>
另一方面，当在步骤S458确定此时存在过剩电力Psur时，电机ECU40确定电池50被过度充电或者被利用过大电压充电的可能性。因此，电机ECU40按照下面给出的公式(24)修改在步骤S456设定的电机MG2的电流指令Id2*，以便施加一个不会产生转矩的无效电力并从而在于步骤S462至S468启动和控制电机MG1和MG2之前使电机MG2消耗掉过剩电力Psur(步骤S460)。在公式(24)中，K指代电机MG2的电压的换算系数。该电机控制操作施加一个不会产生转矩的无效电力并从而使电机MG2消耗掉电池50不可接受的过剩电力。这种方案在保持电机MG2的目标转矩Tm2*的同时有效防止电池50被过度充电或者被利用过大电压充电。该第四实施例的程序仅修改“d”轴的电流指令Id2*。也可以考虑电流指令Id2*在永久磁体的磁场中的改变的潜在影响而修改电流指令Iq2*以保持目标转矩Tm2*。
Id 2 * ← Id 2 * + Psur K · Nm 2 . . . ( 24 ) ]]>
如上所述，当此时存在电池50不可接受的过剩电力Psur时，该第四实施例的混合动力汽车施加一个不会在电机MG2上产生转矩的无效电力并从而使电机MG2消耗掉过剩电力Psur，同时保持目标转矩Tm2*。这种方案在满足需求转矩Tr*的同时有效防止电池50被过度充电或者被利用过大电压充电。过剩电力Psur由电机MG2消耗掉，从而无需用于消耗过剩电力Psur的附加装置。
该第四实施例的混合动力汽车在保持目标转矩Tm2*的同时使得电机MG2消耗掉过剩电力Psur。可能的改进可以是在保持目标转矩Tm1*的同时使得电机MG1消耗掉过剩电力Psur，或者可以是在保持各自目标转矩Tm1*和Tm2*的同时使得电机MG1和MG2消耗掉过剩电力Psur。
在第一实施例的混合动力汽车20以及第二、第三、第四实施例的混合动力汽车内，电机MG2的动力通过减速齿轮35变速并输出至齿圈轴32a。在一种如图9所示混合动力汽车120的可能改进中，电机MG2的动力可被输出至不同于与齿圈轴32a相连的车轴(即与驱动轮63a和63b连接的车轴)的另一车轴(即与车轮64a和64b连接的车轴)。
在第一实施例的混合动力汽车20以及第二、第三、第四实施例的混合动力汽车内，发动机22的动力经由动力分配综合机构30输出至用作与驱动轮63a和63b连接的驱动轴的齿圈轴32a。在图10所示的另一种可能改进中，混合动力汽车220可具有双转子电机230，该双转子电机230具有与发动机22的曲轴26相连的内侧转子232和与用于向驱动轮63a、63b输出动力的驱动轴相连的外侧转子234，并且该双转子电机230将从发动机22输出的动力的一部分传送至所述驱动轴，同时将该动力的剩余部分转换成电力。
上述实施例在所有方面均被认为是说明性的，而并非限制性的。在不背离本发明主要特征的保护范围或者精神的条件下，存在多种改进、改变和替换。因此，希望在此涵盖所有落入权利要求书的等效含义和范围内的所有改变。