CN100522677C - 混合动力车辆及其控制方法 - Google Patents

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CN100522677C CNB2005800173796A CN200580017379A CN100522677C CN 100522677 C CN100522677 C CN 100522677C CN B2005800173796 A CNB2005800173796 A CN B2005800173796A CN 200580017379 A CN200580017379 A CN 200580017379A CN 100522677 C CN100522677 C CN 100522677C
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Abstract

响应于加热器开关信号HSW和经济开关信号ESW的同时接通设定，将经济优先图设为间歇运行容许图(步骤S350)。加热器开关信号HSW是从用于加热乘客车厢的加热器开关中输出的，而经济开关信号ESW是从经济开关中输出的，经济开关用于给予提高车辆燃料消耗优于加热器功能的优先权。经济优先图被设计得在比响应于经济开关信号ESW的断开设定和加热器开关信号HSW的接通设定而设定的加热器接通状态图更低范围的发动机冷却水温度Tw下允许发动机的间歇运行。本发明的控制程序参考间歇运行容许图，并基于当前冷却水温度Tw和表示自车辆系统启动之后发动机第一次起动时的冷却水的温度的起动时冷却水温度Tst判定发动机的间歇运行是被容许还是被禁止(步骤S360)。

Description

混合动力车辆及其控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力车辆及混合动力车辆的控制方法。
背景技术
一种提出的混合动力车辆装有用于以发动机作为热源加热乘客车厢的空调系统，并根据测得的乘客车厢内部温度、空调系统中设定的目标温度以及发动机的冷却水温度间歇性地运行发动机(例如，日本专利申请公开公报No.9-233601)。当空调系统中设定的目标温度与测得的乘客车厢内部温度之间的温度差ΔT不小于预定基准值(该预定基准值取决于发动机的冷却水温度)时，甚至在车辆停止时或者在单独使用电动机用于驱动的电机驱动模式中，该现有技术混合动力车辆驱动发动机以确保充分的加热性能。
发明内容
出于环境保护的目的，对于增强车辆的能量效率会给予优于乘客车厢的高水平加热性能的优先权。即使在由于受限的加热性能导致的低温范围内容许作为热源的发动机的间歇运行，在增强了车辆的能量效率的同时，牺牲了驾驶员和其他乘客的乘坐舒适性。另一方面，为了高水平加热性能而禁止作为热源的发动机的间歇运行，在增强驾驶员和其他乘客的乘坐舒适性的同时，会不利地降低车辆的能量效率。
本发明的目的在于改进混合动力车辆的能量效率同时确保车辆中一定水平的加热性能以及混合动力车辆的控制方法。本发明的目的还在于实现混合动力车辆中内燃机的适当间歇运行以及混合动力车辆的控制方法。
为了实现上述目的的至少一部分，本发明的混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法如下所述的。
本发明涉及一种装有内燃机和电机并由至少从电机输出到驱动轴的动力驱动的混合动力车辆，所述混合动力车辆包括：加热组件，其使用内燃机作为热源加热乘客车厢；燃料消耗优先指令组件，其响应于操作者的要求，给出用于对燃料消耗给出优先选择的燃料消耗优先指令；冷却水温度测量组件，其测量内燃机中的冷却水温度；动力要求设定组件，其设定驱动轴所需的动力要求。第一混合动力车辆还包括间歇运行容许组件，在由所述加热组件加热乘客车厢期间，在未接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述冷却水温度测量组件测量的冷却水温度不低于预定第一温度的条件下，容许内燃机的间歇运行，否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。另一方面，在由加热组件加热乘客车厢期间，在接收到由燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由冷却水温度测量组件测量的冷却水温度不低于预定第二温度(该预定第二温度低于预定第一温度)的条件下，所述间歇运行容许组件容许内燃机的间歇运行，否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。第一混合动力车辆还包括控制组件，在间歇运行容许组件容许内燃机的间歇运行时，控制内燃机和电机以确保在内燃机的间歇运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。另一方面，在间歇运行容许组件禁止内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制内燃机和电机以确保在内燃机的连续运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。
在本发明的第一混合动力车辆中，在乘客车厢的加热期间，在未接收到燃料消耗优先指令时，在内燃机的冷却水温度不低于预定第一温度的条件下，容许内燃机的间歇运行。否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。另一方面，在乘客车厢的加热期间，在接收到燃料消耗优先指令时，在内燃机的冷却水温度不低于预定第二温度(该预定第二温度低于预定第一温度)的条件下，容许内燃机的间歇运行。否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。在容许内燃机的间歇运行时，内燃机和电机被控制以确保在内燃机的间歇运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。与之相反，在禁止内燃机的间歇运行时，内燃机和电机被控制以确保在内燃机的连续运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。因此，与未接收到燃料消耗优先指令的情况相比较，本发明的第一混合动力车辆在乘客车厢的加热期间在接收到燃料消耗优先指令时，甚至在内燃机的冷却水温度的低温范围内在内燃机的间歇运行的情况下，确保输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。这种布置有效地提高了车辆的能量效率，同时确保了一定程度的加热性能。
在本发明混合动力车辆的一个优选实施例中，基于自混合动力车辆起动之后内燃机第一次发动时由冷却水温度测量组件测量的起动时冷却水温度，间歇运行容许组件容许内燃机的间歇运行。这归因于这样一个事实，即，内燃机起动时的冷却水温度取决于室外气温和从车辆的运行停止之后经过的时间周期。因此这种布置保证了内燃机的适当间歇运行。基于随起动时冷却水温度的增加而减小的预定第二温度，间歇运行容许组件可容许内燃机的间歇运行。
在另一个优选实施例中，本发明的混合动力车辆还包括发动机运行停止指令组件，基于动力要求给出用于停止内燃机的运行的发动机运行停止指令。在该实施例中，在由所述间歇运行容许组件禁止内燃机的间歇运行时，在由所述发动机运行停止指令组件给出内燃机的发动机运行停止指令时，所述控制组件可将内燃机控制为怠速运行。
在一个优选实施例中，本发明的混合动力车辆还包括电力-机械动力输入输出组件，其连接于内燃机的输出轴以及连接于与所述混合动力车辆的预定车桥相连接的驱动轴，并且通过电力和机械动力的输入和输出从内燃机中将至少部分动力输出到驱动轴，其中所述电机连接于与驱动轴相连接的预定车桥和不同于所述预定车桥的所述混合动力车辆的另一个车桥中的任意一个。在本实施例中，控制组件可控制电力-机械动力输入输出组件。这里，作为一种结构，电力-机械动力输入输出组件可包括连接于三个轴(即，内燃机的输出轴、驱动轴、以及转动轴)并基于从这三个轴中的任意两个轴中输入及输出到所述任意两个轴中的动力判定从剩余一个轴中输入及输出到所述剩余一个轴中的动力的三轴型动力输入输出单元，以及能够从转动轴中输入动力以及将动力输出到转动轴中的电机。作为另一种结构，电力-机械动力输入输出组件可包括成对转子电机，所述成对转子电机具有连接于内燃机输出轴的第一转子和连接于驱动轴的第二转子，其中第一转子和第二转子相对于彼此转动以驱动所述成对转子电机。
本发明还涉及装有内燃机和电机并由至少从电机输出到驱动轴的动力驱动的第二混合动力车辆，所述混合动力车辆包括：加热组件，其使用内燃机作为热源加热乘客车厢；燃料消耗优先指令组件，其响应于操作者的要求，给出用于对燃料消耗给出优先选择的燃料消耗优先指令；温度测量组件，其测量内燃机的温度和取决于内燃机温度的介质的温度中的任意一个，并将测得的温度设定为控制温度；以及动力要求设定组件，其设定驱动轴所需的动力要求。第二混合动力车辆还包括间歇运行容许组件，在由所述加热组件加热乘客车厢期间，在未接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述温度测量组件测量的控制温度不低于预定第一温度的条件下，容许内燃机的间歇运行，否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。另一方面，在由所述加热组件加热乘客车厢期间，在接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述冷却水温度测量组件测量的控制温度不低于预定第二温度(所述预定第二温度低于预定第一温度)的条件下，所述间歇运行容许组件容许内燃机的间歇运行，否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。第二混合动力车辆还包括控制组件，在所述间歇运行容许组件容许内燃机的间歇运行时，控制内燃机和电机以确保在内燃机的间歇运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。另一方面，在所述间歇运行容许组件禁止内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制内燃机和电机以确保在内燃机的连续运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。
在本发明的第二混合动力车辆中，在乘客车厢的加热期间，在未接收到燃料消耗优先指令时，在内燃机的温度或取决于内燃机温度的介质温度中的任意一个不低于预定第一温度的条件下，容许内燃机的间歇运行。否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。另一方面，在乘客车厢的加热期间，在接收到燃料消耗优先指令时，在控制温度不低于预定第二温度(所述预定第二温度低于预定第一温度)的条件下，容许内燃机的间歇运行。否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。在容许内燃机的间歇运行时，内燃机和电机被控制以确保在内燃机的间歇运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。与之相反，在禁止内燃机的间歇运行时，内燃机和电机被控制以确保在内燃机的连续运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。因此，与未接收燃料消耗优先指令的情况相比较，本发明的第二混合动力车辆，在乘客车厢的加热期间在接收到燃料消耗优先指令时，甚至在内燃机的冷却水温度的低温范围内，在内燃机的间歇运行的情况下确保输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。这种布置有效地提高可车辆的能量效率，同时确保了一定程度的加热性能。
本发明还涉及一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆装有内燃机、电机、使用内燃机作为热源加热乘客车厢的加热组件、以及响应于操作者的要求给出用于对燃料消耗给出优先选择的燃料消耗优先指令的燃料消耗优先指令组件，所述混合动力车辆由至少从电机输出到驱动轴的动力驱动。所述控制方法包括以下步骤：(a)设定驱动轴所需的动力要求；以及(b)测量内燃机中的冷却水温度。所述控制方法还包括步骤(c)，在由所述加热组件加热乘客车厢期间，在未接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在步骤(b)中所测量的冷却水温度不低于预定第一温度的条件下，容许内燃机的间歇运行，否则的话禁止所述内燃机的间歇运行，而在由所述加热组件加热乘客车厢期间，在接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在步骤(b)中所测量的冷却水温度不低于预定第二温度(所述预定第二温度低于预定第一温度)的条件下，容许内燃机的间歇运行，否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。所述控制方法还包括步骤(d)，响应于在所述步骤(c)容许内燃机的间歇运行时，控制内燃机和电机以确保在内燃机的间歇运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求，以及响应于在所述步骤(c)中在禁止内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制内燃机和电机以确保在内燃机的连续运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。
在本发明的控制方法中，在乘客车厢的加热期间，在未接收到燃料消耗优先指令时，在内燃机的冷却水温度不低于预定第一温度的条件下，容许内燃机的间歇运行。否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。另一方面，在乘客车厢的加热期间，在接收到燃料消耗优先指令时，在内燃机的冷却水温度不低于预定第二温度(所述预定第二温度低于预定第一温度)的条件下，容许内燃机的间歇运行。否则的话禁止所述内燃机的间歇运行。在容许内燃机的间歇运行时，内燃机和电机被控制以确保在内燃机的间歇运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。与之相反，在禁止内燃机的间歇运行时，内燃机和电机被控制以确保在内燃机的连续运行的情况下输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。因此，与未接收燃料消耗优先指令的情况相比较，本发明的控制方法在乘客车厢的加热期间在接收到燃料消耗优先指令时，甚至在内燃机的冷却水温度的低温范围内在内燃机的间歇运行的情况下，确保输出动力水平相当于驱动轴的动力要求。这种布置有效地提高了车辆的能量效率，同时确保了一定程度的加热性能。在本发明控制方法的一个优选实施例中，基于自所述混合动力车辆启动之后内燃机第一次起动时通过所述步骤(b)测量的起动时冷却水温度，所述步骤(c)容许内燃机的间歇运行。在这种情况下，基于随起动时冷却水温度的增加而减小的预定第二温度，所述步骤(c)可容许内燃机的间歇运行。
在另一个优选实施例中，本发明的控制方法在步骤(d)前还包括以下步骤：(e)基于动力要求，给出用于停止内燃机的运行的发动机运行停止指令。在本实施例中，在所述步骤(c)禁止内燃机的间歇运行时，响应于所述步骤(e)中给出的内燃机的发动机运行停止指令，所述(d)将内燃机控制为怠速运行。
附图说明
图1示意性地示出了本发明一个实施例中具有动力输出设备安装于其上的混合动力车辆20的结构；
图2是示出了由混合电子控制单元70执行的驱动控制例程的流程图；
图3是要求扭矩设定图的实例；
图4示出了用于设定目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊的发动机22的有效动作线；
图5是列线图，示出了包含在动力分配集成机构30中的各个转动元件的动力学关系；
图6是流程图，示出了由混合电子控制单元70执行的间歇运行容许例程；
图7是加热器断开状态图的实例；
图8是加热器接通状态图的实例；
图9是经济优先(eco priority)图的实例；
图10示意性地示出了一个修正实例中具有动力输出设备安装于其上的混合动力车辆120的结构；以及
图11示意性地示出了另一个修正实例中具有动力输出设备安装于其上的混合动力车辆220的结构。
具体实施方式
下面将作为一个优选实施例描述执行本发明的一个模式。图1示意性地示出了本发明一个实施例中具有动力输出设备安装于其上的混合动力车辆20的结构。如图中所示的，本实施例的混合动力车辆20包括：发动机22、经由阻尼器28与用作发动机22的输出轴的曲轴26连接的三轴型动力分配集成机构30、与动力分配集成机构30相连接并能够产生电力的电机MG1、安装于用作与动力分配集成机构30相连接的驱动轴的齿圈轴32a的减速器35、与减速器35相连接的另一个电机MG2、调节乘客车厢中温度的空调系统90、以及控制整个动力输出设备的混合电子控制单元70。
发动机22是消耗碳氢化合物燃料(诸如汽油或轻油)以传输动力的内燃机，并处于发动机电子控制单元(在下文中称之为发动机ECU)24的控制下。发动机ECU24从用于检测发动机22的驱动状态的各种传感器(诸如用于测量冷却水温度Tw的冷却水温度传感器23)中接收输入信号，并执行包括燃料喷射控制、点火控制、以及进气流量调节的运行控制。发动机ECU24与混合电子控制单元70相通信并从混合电子控制单元70中接收控制信号以控制发动机22的运行，同时根据要求将有关于发动机22的驱动状态的数据输出到混合电子控制单元70。
动力分配集成机构30具有作为外部齿轮的太阳齿轮31、作为内部齿轮并与太阳齿轮31同心地布置的齿圈32、与太阳齿轮31以及与齿圈32相接合的多个小齿轮33、以及以允许其自由旋转(公转)以及在各个轴上自由转动这样一种方式保持多个小齿轮33的行星架34。也就是说，动力分配集成机构30被构成为允许作为转动元件的太阳齿轮31、齿圈32、行星架34的差速运动的行星齿轮机构。动力分配集成机构30中的行星架34、太阳齿轮31、齿圈32分别与发动机22的曲轴26、电机MG1、以及经由齿圈轴32a与减速器35相连接。在电机MG1用作发电机时，从发动机22中输出以及通过行星架34输入的动力根据传动比被分配到太阳齿轮31和齿圈32中。另一方面，在电机MG1用作电机时，从发动机22中输出以及通过行星架34输入的动力与从电机MG1中输出并通过太阳齿轮31输入的动力相组合，并且所合成的动力被输出到齿圈32。输出到齿圈32的动力最终从齿圈轴32a经由齿轮机构60和差速器62被传输到驱动轮63a和63b。
电机MG1和MG2都构成为已知的同步发电电动机，它们作为发电机以及电动机被驱动。电机MG1和MG2经由逆变器41和42从蓄电池50中传输电力以及将电力传输到蓄电池50。将逆变器41和42与蓄电池50相连接的电力线54包括由这两个逆变器41和42共用的正极端子总线(母线)和负极端子总线。这种布置能够使得电机MG1和MG2中之一产生的电力被另一个电机消耗。电机MG1和MG2两者都由电机电子控制单元(在下文中称之为电机ECU)40驱动和控制。电机ECU40接收驱动和控制电机MG1和MG2所需的信号，例如，来自于用于检测电机MG1和MG2中的转子的转动位置的转动位置检测传感器43和44的信号，以及供应到电机MG1和MG2并由未示出的电流传感器检测的相位电流的数值。电机ECU40将切换控制信号输出到逆变器41和42。电机ECU40与混合电子控制单元70相通信并且响应于来自于混合电子控制单元70的控制信号驱动及控制电机MG1和MG2，同时根据要求将与电机MG1和MG2的驱动状态有关的数据输出到混合电子控制单元70。
蓄电池50由蓄电池电子控制单元(在下文中称之为蓄电池ECU)52控制。蓄电池ECU52接收控制蓄电池50所需的信号，例如，由设在蓄电池的终端之间的未示出的电压传感器测得的终端间电压的数值、由安装于与蓄电池的输出端相连接的电力线54的未示出的电流传感器测得的充放电电流的数值、以及由安装于蓄电池50的温度传感器51测得的蓄电池温度Tb。蓄电池ECU52根据要求通过通信将与蓄电池50的状态有关的数据输出到混合电子控制单元70。蓄电池ECU52从电流传感器测得的充放电电流的累加值中计算充电状态(SOC)，以及从充电状态(SOC)和蓄电池温度Tb中计算蓄电池50的输入限制Win和输出限制Wout，用于控制蓄电池50。
空调系统90包括：布置在发动机22的冷却系统中用于与冷却水进行热交换的热交换器91、将外部空气或乘客车厢21中的内部空气吸取到热交换器91中并将通过由热交换器91的热交换加热的热空气输送到乘客车厢21中的鼓风机93、在外部空气与乘客车厢21中的内部空气之间切换鼓风机93的进气源的切换机构92、放置在乘客车厢21中的操作板94、以及控制整个空调系统90的操作的空调电子控制单元(在下文中称之为空调ECU)98。空调ECU98通过其输入口(未示出)接收以下信号，即，从安装在操作板94上并被操纵以控制接通和断开加热器功能的加热器开关95中接收加热器开关信号HSW、从安装在操作板94上并被操纵以对改进车辆的燃料消耗给予优于加热器功能的优先选择的经济开关96中接收经济开关信号ESW、以及从安装于操作板94以测量乘客车厢21的内部温度的温度传感器97中接收乘客车厢温度Tin。空调ECU98响应于这些输入信号驱动和控制鼓风机93以将乘客车厢温度Tin调节为预定水平。空调ECU98建立与混合电子控制单元70的通信以根据要求将表示空调系统90的当前状态的数据输出到混合电子控制单元70。
混合电子控制单元70被构成为包括CPU72、储存处理程序的ROM74、临时储存数据的RAM76、未示出的输入-输出端口、以及未示出的通信口的微处理器。混合电子控制单元70通过输入端口接收各种输入：来自于点火开关80的点火信号、来自于用于检测变速杆81的当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP、来自于用于测量加速器踏板83的踩踏量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自于用于测量制动器踏板85的踩踏量的制动器踏板位置传感器86的制动器踏板位置BP、以及来自于车速传感器88的车速V。混合电子控制单元70通过通信端口与发动机ECU24、电机ECU40、以及蓄电池ECU52通信以将各种控制信号和数据传输到发动机ECU24、电机ECU40、和蓄电池ECU52中以及从发动机ECU24、电机ECU40、和蓄电池ECU52中传输各种控制信号和数据，如前面所述的。
如此构成的本实施例的混合动力车辆20基于与驾驶员对加速器踏板83的踩踏量相对应的加速器开度Acc和车速V计算将被输出到齿圈轴32a或驱动轴的要求扭矩。发动机22和电机MG1和MG2处于运行控制下以使得与所计算的要求扭矩相对应的动力被实际输出到齿圈轴32a。发动机22和电机MG1和MG2的运行控制具有多种模式，即，扭矩变换驱动模式、充放电驱动模式以及电机驱动模式。在扭矩变换驱动模式中，发动机22处于运行控制下以输出与所需动力相等的动力。电机MG1和MG2被驱动和控制以使得从发动机22中输出的总动力借助于动力分配集成机构30以及电机MG1和MG2经历扭矩变换并被输出到齿圈轴32a。在充放电驱动模式中，发动机22处于运行控制下以输出与所需动力和用于为蓄电池50充放电所使用的电力的合计相等的动力。电机MG1和MG2被驱动和控制以使得在蓄电池50充放电的情况下从发动机22中输出的全部或部分动力借助于动力分配集成机构30以及电机MG1和MG2经历扭矩变换并作为所需动力被输出到齿圈轴32a。在电机驱动模式中，发动机22的运行处于停止状态，同时电机MG2被驱动和控制以将与所需动力相等的动力输出到齿圈轴32a。
下面将关于如上所述那样构成的本实施例混合动力车辆20的运行进行描述，尤其是响应于加热器开关95和经济开关96的同时接通设定的一系列控制。图2是示出了由本实施例混合动力车辆20中的混合电子控制单元70执行的驱动控制例程的流程图。该例程在预定时间间隔(例如，每8毫秒)下重复地执行。
在该驱动控制例程中，混合电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的各种数据，即，来自于加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自于制动器踏板位置传感器86的制动器踏板位置BP、来自于车速传感器88的车速V、发动机22的转速Ne、电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、以及蓄电池50的充放电要求Pb＊、输入极限Win及输出极限Wout(步骤S100)。发动机22的转速Ne是从安装于曲轴26的曲轴位置传感器23a检测的曲轴位置信号中计算出来并通过通信从发动机ECU24中接收的。电机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2是从转动位置检测传感器43和44所检测的电机MG1和MG2中的各个转子的转动位置中计算出来并通过通信从电机ECU40中接收的。蓄电池50的充放电要求Pb＊是根据蓄电池50的当前充电状态(SOC)设定并通过通信从蓄电池ECU52中接收的。蓄电池50的输入极限Win及输出极限Wout是由蓄电池ECU52计算出来并通过通信从蓄电池ECU52中接收的。
在数据输入之后，CPU72基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，将待输出到齿圈轴32a或连接于驱动轮63a和63b的驱动轴的要求扭矩Tr＊设定为车辆所需的扭矩并设定驱动混合动力车辆20所需的要求动力P＊(S110)。本实施例中设定要求扭矩Tr＊的具体程序预先将要求扭矩Tr＊相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为要求扭矩设定图储存在ROM74中，并从该图中读出与给定加速器开度Acc和给定车速V相对应的要求扭矩Tr＊。在图3中示出了要求扭矩设定图的一个示例。该图包括制动扭矩变化，尽管该部分不是与本实施例的控制程序直接相关。要求动力P＊被计算为要求扭矩Tr＊与齿圈轴32a或驱动轴的转速Nr的乘积、蓄电池50的充放电要求Pb＊以及电位损失的合计。通过用车速V乘以转换系数k或通过用减速器35的传动比Gr除电机MG2的转速Nm2获得齿圈轴32a的转速Nr。
将所设定的要求动力P＊与预定阈值Pref相比较(步骤S120)。预定阈值Pref用作用于判定发动机22的运行是否要停止的标准，并将其设定为从发动机22输出的有效动力的下限或该下限左右。当要求动力P＊不低于预定阈值Pref时，CPU72设定与要求动力P＊相对应的发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊(步骤S130)。根据确保发动机22有效运行的有效动作线和要求动力P＊确定发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊。图4示出了用于设定目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊的发动机22的有效动作线。在有效动作线与恒定要求动力P＊的线的交叉点给出目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊(＝Ne＊×Te＊)。
CPU72根据下面给出的等式(1)从发动机22的目标转速Ne＊、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)以及动力分配集成机构30的传动比ρ中计算电机MG1的目标转速Nm1＊，同时根据下面给出的等式(2)从所计算的目标转速Nm1＊和电机MG1的当前转速Nm1中计算电机MG1的扭矩指令Tm1＊(步骤S140)：
Nm1＊＝Ne＊·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)              (1)
Tm1＊＝先前的Tm1＊+k1(Nm1＊-Nm1)+k2∫(Nm1＊-Nm1)dt   (2)
等式(1)是包含在动力分配集成机构30中的转动元件的动力学关系式。图5是列线图，示出了包含在动力分配集成机构30中的各个转动元件的扭矩转速动力学关系。左轴“S”表示等于电机MG1的转速Nm1的太阳齿轮31的转速。中间轴“C”表示等于发动机22的转速Ne的行星架34的转速。右轴“R”表示齿圈32(齿圈轴32a)的转速Nr，其是通过用减速器35的传动比Gr乘以电机MG2的转速Nm2获得的。从图5的该列线图中容易地导出等式(1)。轴“R”上的两个粗箭头分别示出了当在稳定运行中在目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊的特定驱动点下从发动机22中输出扭矩Te＊时传递到齿圈轴32a的扭矩，以及当从电机MG2中输出扭矩Tm2＊时通过减速器35施加于齿圈轴32a的扭矩。等式(2)是用于驱动电机MG1并使其在目标转速Nm1＊下转动的反馈控制的关系式。在上面给出的等式(2)中，右侧的第二项中的“k1”和第三项中的“k2”分别表示比例项的增益和积分项的增益。
在计算了电机MG1的目标转速Nm1＊和扭矩指令Tm1＊之后，CPU72根据下面给出的等式(3)和(4)计算作为从电机MG2中输出的最小扭矩和最大扭矩的扭矩下限Tmin和扭矩上限Tmax(步骤S200)：
Tmin＝(Win-Tm1＊·Nm1)/Nm2    (3)
Tmax＝(Wout-Tm1＊·Nm1)/Nm2   (4)
通过用输入的电机MG2的当前转速Nm2分别除蓄电池50的输入极限Win与电机MG1的功耗(发电)(该功耗为电机MG1的扭矩指令Tm1＊与输入的当前转速Nm1的积)之间的差、以及蓄电池50的输出极限Wout与电机MG1的功耗(发电)之间的差，给出扭矩下限Tmin和扭矩上限Tmax。之后CPU72根据以下给出的等式(5)从要求扭矩Tr＊电机MG1的扭矩指令Tm1＊、动力分配集成机构30的传动比ρ、以及减速器35的传动比Gr中计算将从电机MG2中输出的假定电机扭矩Tm2tmp(步骤S210)：
Tm2tmp＝(Tr＊+Tm1＊/ρ)/Gr   (5)
CPU72将所计算的假定电机扭矩Tm2tmp限制于扭矩下限Tmin和扭矩上限Tmax之间的范围内，以设定电机MG2的扭矩指令Tm2＊(步骤S220)。以这种方式设定电机MG2的扭矩指令Tm2＊将要输出到齿圈轴32a或驱动轴的要求扭矩Tr＊限制在输入极限Win和输出极限Wout之间的范围内。可从图5的列线图中容易地引导出等式(5)。
在从驱动控制例程中退出之前，CPU72将发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊输送到发动机ECU24，同时将电机MG1和MG2的扭矩指令Tm1＊和Tm2＊输送到电机ECU40(步骤S230)。发动机ECU24接收目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊并执行发动机22的燃料喷射控制和点火控制，以在目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊的指定驱动点下驱动发动机22。电机ECU40接收扭矩指令Tm1＊和Tm2＊并执行包含在各个逆变器41和42中的切换元件的切换控制从而通过扭矩指令Tm1＊驱动电机MG1以及通过扭矩指令Tm2＊驱动电机MG2。
在步骤S120，当要求动力P＊小于预定阈值Pref时，CPU72判定发动机22的间歇运行是被容许或是被抑制(步骤S150)。步骤S150的判定伴随如下所述的图6的流程图中所示的间歇运行容许例程。
在间歇运行容许例程中，CPU72首先输入判定发动机22的间歇运行是被容许或是被抑制所需的数据，也就是，加热器开关信号HSW、经济开关信号ESW、自车辆系统启动之后发动机22第一次起动时的冷却水的温度Tst(在下文中称之为起动时冷却水温度Tst)、以及当前冷却水温度Tw(步骤S300)。加热器开关信号HSW和经济开关信号ESW是通过加热器开关95和经济开关96的操作输出的并通过通信从空调ECU98中接收。冷却水温度传感器23在车辆系统启动之后发动机22第一次起动时测得的冷却水温度Tw被设定为起动时冷却水温度Tst并被储存在发动机ECU24中。因此通过通信从发动机ECU24中接收起动时冷却水温度Tst。通过冷却水温度传感器23测量当前冷却水温度Tw并通过通信从发动机ECU24中接收。
在数据输入之后，CPU72检查加热器开关信号HSW和经济开关信号ESW的接通-断开(ON-OFF)设定(步骤S310和S320)。响应于加热器开关信号HSW的断开设定，将加热器断开状态图设为间歇运行容许图(步骤S330)。响应于加热器开关信号HSW的接通设定和经济开关信号ESW的断开设定，将加热器接通状态图设为间歇运行容许图(步骤S340)。响应于加热器开关信号HSW和经济开关信号ESW的同时接通设定，将经济优先图设为间歇运行容许图(步骤S350)。在图7、8和9中示出了加热器断开状态图、加热器接通状态图、和经济优先图的各个示例。在图7的加热器断开状态图中，容许发动机22的间歇运行不取决于起动时冷却水温度Tst。在不低于预定参考温度T1的冷却水温度Tw下允许发动机22的间歇运行，而在低于预定参考温度T1的冷却水温度Tw下禁止发动机22的间歇运行。这是由于在加热器断开状态下，不需要控制发动机22的间歇运行以加热乘客车厢21。参考温度T1可被设定为任何任意值，例如0℃或10℃。在图8的加热器接通状态下，当起动时冷却水温度Tst不低于预定参考温度T4时，容许发动机22的间歇运行不取决于起动时冷却水温度Tst，与加热器断开状态图一样。在不低于预定参考温度T1的冷却水温度Tw下允许发动机22的间歇运行，而在低于预定参考温度T1的冷却水温度Tw下禁止发动机22的间歇运行。另一方面，当起动时冷却水温度Tst低于预定参考温度T4时，较低的起动时冷却水温度Tst给出较高的冷却水温度Tw作为发动机22间歇运行的容许温度。起动时冷却水温度Tst是在车辆系统启动之后发动机22第一次起动时冷却水的测得温度，因此取决于外部空气温度和先前系统启动和当前系统启动之间经历的时间。尤其是当先前系统启动和当前系统启动之间经历了足够的时间段时，起动时冷却水温度Tst恰当地反映了外部空气温度。因此较低的外部空气温度增高了发动机22间歇运行的容许温度。在较低的外部空气温度下增高的容许温度增强了乘客车厢21中的加热效果。参考温度T4可被设定为任何任意值，例如10℃或20℃。在图9的经济优先图中，当起动时冷却水温度Tst不低于预定参考温度T4时，容许发动机22的间歇运行不取决于起动时冷却水温度Tst，与加热器断开状态图一样。在不低于预定参考温度T1的冷却水温度Tw下允许发动机22的间歇运行，而在低于预定参考温度T1的冷却水温度Tw下禁止发动机22的间歇运行。另一方面，当起动时冷却水温度Tst低于预定参考温度T4时，较低的起动时冷却水温度Tst给出较高的冷却水温度Tw作为发动机22间歇运行的容许温度。然而，由图9中的实线所示的经济优先图中的容许温度改变的梯度比图8中所示的加热器接通状态图中的梯度或图9的虚线所示的梯度平缓。也就是说，经济优先图将比加热器接通状态图更低的冷却水温度Tw设为发动机22间歇运行的容许温度。这增加了容许发动机22间歇运行的可能性，因此防止为了加热乘客车厢21而进行的不必要的发动机22连续运行使得燃料消耗恶化。因此这种控制确保了机动车的高燃料消耗。
在响应于加热器开关信号HSW和经济开关信号ESW的接通-断开设定而设定间歇运行容许图之后，CPU72参考间歇运行容许图并基于步骤S300输入的起动时冷却水温度Tst和当前冷却水温度Tw判定发动机22的间歇运行是被容许还是被禁止(步骤S360)。之后终止间歇运行容许例程。响应于加热器开关信号HSW和经济开关信号ESW的同时接通设定，将图9的经济优先图设为间歇运行容许图。允许还是禁止发动机22的间歇运行取决于步骤S300输入的起动时冷却水温度Tst和当前冷却水温度Tw的坐标是位于经济优先图的间歇运行容许区域或间歇运行禁止区域。
在间歇运行容许例程终止时，控制流程返回到图2的驱动控制例程。当在间歇运行容许例程中允许发动机22的间歇运行(步骤S160)时，CPU72将发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊都设定为0以停止发动机22的运行(步骤S170)，并将电机MG1的扭矩指令Tm1＊设定为0(步骤S190)。之后驱动控制例程设定电机MG2的扭矩指令Tm2＊(步骤S200至S220)并将发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊输送到发动机ECU24以及将电机MG1和MG2的扭矩指令Tm1＊和Tm2＊输送到电机ECU40(步骤S230)。响应于都设定为0的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊的接收，发动机ECU24停止发动机22的运行。
另一方面，当在间歇运行容许例程中禁止发动机22的间歇运行(步骤S160)时，CPU72将指定用于发动机22怠速运转的怠速速度Nidl和数值0分别设定为发动机的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊(步骤S180)，并将电机MG1的扭矩指令Tm1＊设定为0(步骤S190)。之后驱动控制例程设定电机MG2的扭矩指令Tm2＊(步骤S200至S220)并将发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊输送到发动机ECU24以及将电机MG1和MG2的扭矩指令Tm1＊和Tm2＊输送到电机ECU40(步骤S230)。响应于设定为怠速速度Nidl的目标转速Ne＊和设定为0的目标扭矩Te＊的接收，发动机ECU24控制发动机22以使其在怠速速度Nidl下空转。
在上述实施例的混合动力车辆20中，在加热器开关信号HSW的接通设定下，在经济开关信号ESW的接通设定中设为用于发动机22间歇运行的容许温度的发动机22的冷却水温度Tw低于经济开关信号ESW的断开设定中的所述冷却水温度Tw。所述设定增加了在经济开关信号ESW的接通设定中容许发动机22的间歇运行的可能性。这种控制改进了车辆的燃料消耗，同时略微降低了加热性能。在表示自车辆系统启动之后发动机22第一次起动时的冷却水的温度的起动时冷却水温度Tst的降低在低于预定参考温度T4的范围内的情况下，将较高的冷却水温度Tw设定为用于发动机22间歇运行的容许温度。因此用于发动机22间歇运行的容许温度恰当地反映了外部空气温度和先前系统启动和当前系统启动之间经历的时间。
在该实施例的混合动力车辆20中，经济优先图和加热器接通状态图被如此设计，即，在起动时冷却水温度Tst的降低位于低于预定参考温度T4的范围内的情况下，将较高的冷却水温度Tw设定为用于发动机22间歇运行的容许温度。每个经济优先图和加热器接通状态图可被修改，以将容许发动机22间歇运行和禁止发动机22间歇运行之间的边界设定在冷却水温度Tw的预定基准值下，而与起动时冷却水温度Tst无关。在该修改中，应将经济优先图中的基准值设定得低于加热器接通状态图中的基准值。
在该实施例的混合动力车辆20中，经济优先图和加热器接通状态图被如此设计，即，在起动时冷却水温度Tst的降低在低于预定参考温度T4的范围内的情况下，将较高的冷却水温度Tw设定为用于发动机22间歇运行的容许温度。在另一个可行修改中，经济优先图可被如此设计，即，在起动时冷却水温度Tst的降低在低于另一个指定水平(该指定水平低于预定参考温度T4)的范围内的情况下，将较高的冷却水温度Tw设定为用于发动机22间歇运行的容许温度。
该实施例的混合动力车辆20在加热器开关信号HSW的接通设定和经济开关信号ESW的断开设定中参考加热器接通状态图，并基于起动时冷却水温度Tst和当前冷却水温度Tw判定发动机22的间歇运行是被容许还是被禁止的。在加热器开关信号HSW的接通设定和经济开关信号ESW的断开设定中，一个修正控制可能无条件地禁止发动机22的间歇运行，而与起动时冷却水温度Tst和当前冷却水温度Tw无关。
在该实施例的混合动力车辆20中，电机MG2的动力在通过减速器35进行扭矩变换之后被输出到齿圈轴32a。本发明的技术可用在图10中所示的修改结构的混合动力车辆120中，其中电机MG2的动力被传输到不同于与齿圈轴32a相连接的车桥(联接于驱动轮63a和63b的车桥/车轴)的另一个车桥(联接于轮64a和64b的车桥)。
另外，在该实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力通过动力分配集成机构30被输出到齿圈轴32a或联接于驱动轮63a和63b的驱动轴。本发明的技术还可用于另一种修改结构的混合动力车辆220，所述混合动力车辆220具有如图11中所示的成对转子电机230。成对转子电机230包括连接于发动机22的曲轴26的内部转子232和连接于向驱动轮63a和63b输出动力的驱动轴的外部转子234。发动机22的一部分输出动力被传输到驱动轴，而发动机输出动力的剩余部分被转换成电力。本发明的技术可用于如下构成的任何混合动力车辆，即，允许发动机的间歇运行并使用发动机作为用于加热乘客车厢的热源。
应在所有方面都认为上述实施例是示例性的而不是限制性的。在不脱离本发明的范围或其主要特征的精神的情况下，可存在许多修正、改变、和替换。因此权利要求的等效意义和范围内的所有改变都包含在本发明中。
工业实用性
本发明的技术可应用于车辆制造工业。

Claims (12)

1.一种安装有内燃机和电机并由至少从所述电机输出到驱动轴的动力驱动的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆包括：
加热组件，其使用所述内燃机作为热源来加热乘客车厢；
燃料消耗优先指令组件，其响应于操作者的要求，给出用于使燃料消耗优先的燃料消耗优先指令；
冷却水温度测量组件，其测量所述内燃机中的冷却水温度；
动力要求设定组件，其设定所述驱动轴所需的动力要求；
间歇运行容许组件，在由所述加热组件加热乘客车厢期间，未接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述冷却水温度测量组件测量的冷却水温度不低于预定第一温度的条件下，容许所述内燃机的间歇运行，否则禁止所述内燃机的间歇运行；在由所述加热组件加热乘客车厢期间，接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述冷却水温度测量组件测量的冷却水温度不低于比所述预定第一温度低的预定第二温度的条件下，所述间歇运行容许组件容许所述内燃机的间歇运行，否则禁止所述内燃机的间歇运行；以及
控制组件，在由所述间歇运行容许组件容许所述内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制所述内燃机和所述电机以确保在所述内燃机的间歇运行的情况下向所述驱动轴输出相应于动力要求的动力；在由所述间歇运行容许组件禁止所述内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制所述内燃机和所述电机以确保在所述内燃机的连续操作的情况下向所述驱动轴输出相应于动力要求的动力。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述间歇运行容许组件，基于自所述混合动力车辆启动之后所述内燃机第一次起动时由所述冷却水温度测量组件测量的起动时冷却水温度，容许所述内燃机的间歇运行。
3.根据权利要求2所述的混合动力车辆，其特征在于，所述间歇运行容许组件，基于随起动时冷却水温度的增加而减小的所述第二预定温度，容许所述内燃机的间歇运行。
4.根据权利要求1所述的混合动力车辆，所述混合动力车辆还包括：
发动机运行停止指令组件，其基于动力要求给出用于停止所述内燃机的运行的发动机运行停止指令；
其中，在由所述间歇运行容许组件禁止所述内燃机的间歇运行的情况下，当由所述发动机运行停止指令组件给出所述内燃机的发动机运行停止指令时，所述控制组件将所述内燃机控制为怠速运行。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆，所述混合动力车辆还包括：
电力-机械动力输入输出组件，其连接于所述内燃机的输出轴并连接于与所述混合动力车辆的预定车桥相连接的所述驱动轴，并且通过电力和机械动力的输入和输出从所述内燃机中将至少部分动力输出到所述驱动轴；
其中，所述电机连接于与所述驱动轴相连接的所述预定车桥和不同于所述预定车桥的所述混合动力车辆的另一个车桥中的任意一个，并且
所述控制组件控制所述电力-机械动力输入输出组件。
6.根据权利要求5所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述电力-机械动力输入输出组件包括：连接于三个轴，即，所述内燃机的输出轴、所述驱动轴以及转动轴，并基于从所述三个轴中的任意两个轴输入及输出到所述任意两个轴的动力确定从剩余一个轴输入及输出到所述剩余一个轴的动力的三轴型动力输入输出单元；以及能够从所述转动轴中输入动力以及将动力输出到所述转动轴的电机。
7.根据权利要求5所述的混合动力车辆，其特征在于，
所述电力-机械动力输入输出组件包括成对转子电机，所述成对转子电机具有连接于所述内燃机的输出轴的第一转子和连接于所述驱动轴的第二转子，其中所述第一转子和所述第二转子彼此相对转动以驱动所述成对转子电机。
8.一种安装有内燃机和电机并由至少从所述电机输出到驱动轴的动力驱动的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆包括：
加热组件，其使用所述内燃机作为热源来加热乘客车厢；
燃料消耗优先指令组件，其响应于操作者的要求，给出用于使燃料消耗优先的燃料消耗优先指令；
温度测量组件，其测量所述内燃机的温度和取决于所述内燃机的温度的介质的温度中的任意一个，并将测得的温度设定为控制温度；
动力要求设定组件，其设定所述驱动轴所需的动力要求；
间歇运行容许组件，在由所述加热组件加热乘客车厢期间，未接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述温度测量组件测量的控制温度不低于预定第一温度的条件下，容许所述内燃机的间歇运行，否则禁止所述内燃机的间歇运行；在由所述加热组件加热乘客车厢期间，接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在由所述温度测量组件测量的控制温度不低于比所述预定第一温度低的预定第二温度的条件下，所述间歇运行容许组件容许所述内燃机的间歇运行，否则禁止所述内燃机的间歇运行；以及
控制组件，在由所述间歇运行容许组件容许所述内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制所述内燃机和所述电机以确保在所述内燃机的间歇运行的情况下向所述驱动轴输出相应于动力要求的动力；在由所述间歇运行容许组件禁止所述内燃机的间歇运行时，所述控制组件控制所述内燃机和所述电机以确保在所述内燃机的连续操作的情况下向所述驱动轴输出相应于动力要求的动力。
9.一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆安装有内燃机、电机、使用所述内燃机作为热源加热乘客车厢的加热组件、响应于操作者的要求给出用于使燃料消耗优先的燃料消耗优先指令的燃料消耗优先指令组件，所述混合动力车辆由至少从所述电机输出到驱动轴的动力驱动，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
(a)设定所述驱动轴所需的动力要求；
(b)测量所述内燃机中的冷却水温度；
(c)在由所述加热组件加热乘客车厢期间，未接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在所述步骤(b)中所测量的冷却水温度不低于预定第一温度的条件下，容许所述内燃机的间歇运行，否则禁止所述内燃机的间歇运行；在由所述加热组件加热乘客车厢期间，接收到由所述燃料消耗优先指令组件给出的燃料消耗优先指令时，在所述步骤(b)中所测量的冷却水温度不低于比所述预定第一温度低的预定第二温度的条件下，容许所述内燃机的间歇运行，否则禁止所述内燃机的间歇运行；以及
(d)在所述步骤(c)中容许所述内燃机的间歇运行时，控制所述内燃机和所述电机以确保在所述内燃机的间歇运行的情况下向所述驱动轴输出相应于动力要求的动力；在所述步骤(c)中禁止所述内燃机的间歇运行时，控制所述内燃机和所述电机以确保在所述内燃机的连续操作的情况下向所述驱动轴输出相应于动力要求的动力。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，基于自所述混合动力车辆启动之后所述内燃机第一次起动时通过所述步骤(b)测量的起动时冷却水温度，所述步骤(c)容许所述内燃机的间歇运行。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，基于随起动时冷却水温度的增加而减小的所述预定第二温度，所述步骤(c)容许所述内燃机的间歇运行。
12.根据权利要求9所述的控制方法，所述控制方法，在所述步骤(d)以前，还包括以下步骤：
(e)基于动力要求给出用于停止所述内燃机的运行的发动机运行停止指令；
其中，在所述步骤(c)中禁止所述内燃机的间歇运行的情况下，当由所述步骤(e)中给出所述内燃机的发动机运行停止指令时，所述步骤(d)将所述内燃机控制为怠速运行。
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