DE60116919T2

DE60116919T2 - Hybridfahrzeug und Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE60116919T2
Application number: DE60116919T
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Toyota-shi łAichi-ken Nada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: DE60122797D1; JP3702749B2; EP1157873A2; US20010048226A1; JP2001329884A; EP1566303B1; EP1566303A1; EP1157873A3; US20030102673A1; DE60122797T2; US6563230B2; US6784563B2; DE60116919D1; EP1157873B1

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zur Steuerung des Hybridfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug mit einer Maschine zur Ausgabe einer Leistung durch Verbrennung von Brennstoff, einen Generator zur Erzeugung einer elektrischen Leistung mit zumindest einem Teil der von der Maschine abgegebenen Leistung, und einen Motor, der eine Leistung zu einer Antriebswelle des Fahrzeugs abgibt, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs.
Beschreibung des Standes der Technik
Es wurde bereits eine Vielzahl von Hybridfahrzeugen vorgeschlagen. Das Hybridfahrzeug umfasst einen Motor zur Ausgabe einer elektrischen Leistung als eine Antriebskraft zusätzlich zu einer Maschine, die eine Leistung durch Verbrennen eines Brennstoffs, wie beispielsweise Benzin, abgibt. Das Hybridfahrzeug verwendet die Maschine als die letztliche Energiequelle, und es ist somit lediglich die Versorgung mit Benzin oder einem anderen Brennstoff erforderlich. Es ist daher nicht erforderlich, im Allgemeinen neue Einrichtungen und Versorgungsanlagen, wie beispielsweise Kraftstationen zum Laden der Batterien bereitzustellen.
Die Hybridfahrzeuge sind im Wesentlichen in serielle Hybridfahrzeuge und parallele Hybridfahrzeuge klassifiziert. Die seriellen Hybridfahrzeuge verwenden die Gesamtheit der von der Maschine ausgegebenen Leistung zum Antreiben eines Generators, akkumulieren die mittels des Generators erzeugte elektrische Leistung in einer Batterie, und stellen eine erforderliche Antriebskraft zur Ausgabe an die Antriebswelle durch einen Motor bereit, der durch die in der Batterie angesammelte elektrische Leistung betrieben wird. Das parallele Hybridfahrzeug umfasst einen Dreiwellen-Leistungsverteilungsmechanismus oder einen Doppelläufermotor zur Verteilung der Leistung der Maschine, beispielsweise einer Benzin-Maschine, und es wird bewirkt, dass die Ausgangsleistung der Maschine einen Teil der an die Antriebswelle abzugebenden Antriebskraft bereitstellt. In dem parallelen Hybridfahrzeug wird die verbleibende und nicht an die Antriebswelle abgegebene Leistung zur Leistungserzeugung mittels des Generators verwendet. Die erzeugte elektrische Leistung wird im Allgemeinen in einer Batterie oder einen Kondensator höherer Kapazität angesammelt bzw. gespeichert.
Die in der Sekundärbatterie oder dem Kondensator mit höherer Kapazität angesammelte elektrische Leistung wird zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet, während die Maschine stillgesetzt ist. Wird die Maschine betrieben und reicht jedoch die Antriebskraft der Maschine nicht für das angeforderte Drehmoment aus, dann verwendet der Motor die angesammelte elektrische Leistung, um einen Beitrag zu dem nicht ausreichenden Drehmoment zu leisten.
In dem Hybridfahrzeug mit dem vorstehenden Aufbau wird in dem Fall einer Fehlfunktion der Sekundärbatterie oder des Kondensators mit höherer Kapazität, die die elektrische Leistung darin ansammeln, oder in dem Falle einer Fehlfunktion einer Ladeschaltung zum Laden der Sekundärbatterie oder des Kondensators mit höherer Kapazität, der Betrieb des Generators nicht zugelassen. Dies führt dazu, dass das weitere Fahren des Fahrzeugs schwierig wird. Gemäß den Prinzipien des Hybridfahrzeugs kann das Fahrzeug durch direktes Verbinden des Generators mit dem Motor und Antreiben des Motors mit der erzeugten elektrischen Leistung angetrieben werden. Die Antriebsbetriebsart wird in diesem Fall als die batterielose Antriebsbetriebsart bezeichnet. In dem Fall, dass das Fahrzeug tatsächlich mit der direkten Verbindung des Generators mit dem Motor betrieben wird, bewirken erwartete plötzliche Änderungen in der Belastung des Motors während des Antriebs verschiedene Probleme und Nachteile. Es besteht hierbei die Möglichkeit, dass die Belastung oder die erforderliche Leistung der Antriebswelle während des Fahrens plötzlich innerhalb einer kurzen Zeitdauer vermindert wird infolge des Schleuderns der Räder oder eines Bremsvorgangs. In einem derartigen Fall vermindert sich der in den Motor fließende elektrische Strom ebenfalls abrupt während einer sehr kurzen Zeitdauer. Die abrupte Verminderung in dem erforderlichen elektrischen Strom bewirkt eine hohe Impedanz in dem Generator, der durch die Maschine in einem stationären Zustand angetrieben wird.
Dies führt zu einem plötzlichen Anstieg der Spannung zwischen den Anschlüssen des Generators und bewirkt das Anlegen einer unerwartet hohen Spannung an die Schaltung und vergrößert den Leistungsverbrauch der Schaltung.
In dem tatsächlichen Zustand bewirken diese Probleme, dass die batterielose Antriebsbetriebsart im Wesentlichen nicht praktikabel ist. Es ist ebenfalls schwierig, eine Notbetriebsfähigkeit bereitzustellen, die es dem Fahrzeug ermöglicht, dass das Fahrzeug auf jeden Fall zu einer Tankstelle fahren kann, während die Batterie oder ihre Ladeschaltung Fehlfunktionen aufweist. Insbesondere in dem Fall der Fehlfunktion eines in einem Inverter, der mit dem Generator zur Bildung der Ladeschaltung verbunden ist, enthaltenen Schaltelements wird das Fahrzeug lediglich mit der in der Batterie angesammelten elektrischen Leistung angetrieben, auch wenn die Maschine, der Generator und der Motor alle in normaler Weise betreibbar sind. Dies führt zu einem beschränkten Fahrbereich oder einer beschränkten Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die in dem Hybridfahrzeug verwendete Sekundärbatterie ist eine Hochspannungsbatterie. Positive und negative Leistungsversorgungsleitungen umfassen jeweils Kontakte zum Abschalten der Verbindung der Leistungsversorgungsleitungen mit der Sekundärbatterie in dem inaktiven Zustand. Diese Kontakte werden offen gehalten, wenn sich das Fahrzeug nicht im Betrieb befindet oder wenn eine Abnormalität in der Batterie erfasst wird. Die offene Position der Kontakte verhindert das Anlegen der hohen Spannung der Sekundärbatterie an die Leistungsversorgungsleitungen, wenn dies nicht erforderlich ist. Diese Kontakte dienen zum Bereitstellen oder Sperren eines erheblichen elektrischen Stroms und sind daher oft Gegenstand von Problemen durch Verschweißen der Kontakte. Die Anordnung gemäß dem Stand der Technik verbindet somit die Leistungsversorgungsleitungen mit einem Standardkontakt parallel über einen Widerstand zum Beschränken des Stroms, und einem Hilfskontakt. Der Ablauf schließt zuerst den Hilfskontakt zum Ermöglichen eines beschränkten elektrischen Stroms, und schließt sodann den Standardkontakt.
In dieser Anordnung gemäß dem Stand der Technik besteht jedoch noch immer die Möglichkeit, dass die Kontakte verschweißen. In Abhängigkeit von der Erfassung einer Verschweißung der Kontakte in jeweils einer der positiven und negativen Leistungsversorgungsleitungen verhindert die Anordnung gemäß dem Stand der Technik die Verwendung der Sekundärbatterie. Wird die kontinuierliche Verwendung der Sekundärbatterie in dem verschweißten Zustand eines Kontakts zugelassen, kann die Verbindung der Sekundärbatterie mit den Leistungsversorgungsleitungen im Falle eines Verschweißens des anderen Kontakts nicht abgeschaltet werden.
Die Druckschrift US-A-3 732 751 offenbart den nächstkommenden Stand der Technik und beschreibt ein Hybridfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der eine Hauptmaschine, zwei Leistungswandler, eine epizyklische Getriebeanordnung, eine Batteriespeichereinrichtung und zugehörige Steuerungssysteme aufweist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel führt die Hauptmaschine, eine Brennkraftmaschine, typischerweise Leistung der Getriebeanordnung zu, die eine mechanische Leistung auf einen der Leistungskonverter – einen elektrischen Generator – oder die Ausgangswelle der Getriebeanordnung aufteilt. Die Leistung des Generators wird entweder der Energiespeichereinrichtung, einer Batterie, oder dem zweiten Leistungswandler, einem elektrischen Motor- Generator, der dynamisch mit der Ausgangswelle verbunden ist, oder beiden Elementen zugeführt.
Die Druckschrift EP-A-0 965 474 beschreibt ein Hybridfahrzeug, das mittels eines Antriebssystems einschließlich einer Brennkraftmaschine, eines Generators und eines elektrischen Motors angetrieben wird. Eine Differenzialgetriebeeinheit ist zwischen der Maschine und dem Generator vorgesehen und umfasst zumindest drei Getriebeelemente, von denen das erste mit dem Generator, das zweite mit einer Drehmomentausgangswelle und das dritte mit der Maschine verbunden ist. Eine Steuerungseinrichtung ist vorgesehen zur Steuerung einer Maschinendrehzahl auf der Basis der Ausgangsdrehzahl des zweiten Getriebeelements oder der Drehmomentausgangswelle, die mittels eines Sensors erfasst wird, sodass die Drehung des Generators beschränkt wird, falls mit dem Generator ein Problem auftritt.
Die Druckschrift US-A-5 823 281 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem elektrischen Motor, einem Generator, dessen Drehzahl gesteuert wird, einer Ausgangswelle, die mit Antriebsrädern verbunden ist, einer Differenzialgetriebeeinheit, bestehend aus zumindest drei Elementen, in denen ein erstes Element mit der Maschine, ein zweites Element mit dem Generator und ein drittes Element mit der Ausgangswelle und dem Elektromotor verbunden ist, einer elektrischen Speichereinrichtung zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem elektrischen Motor und zum Speichern von mittels der in dem elektrischen Motor und dem Generator erzeugten elektrischen Leistung, wobei die elektrische Speichereinrichtung sowohl mit dem elektrischen Motor als auch mit dem Generator elektrisch verbunden ist, eine Anforderungsminimalbelastungsbewertungseinrichtung zum Bewerten der angeforderten minimalen Belastung der Antriebsräder des Fahrzeugs, und einer Generatorsteuerungseinrichtung zur Steuerung einer Drehzahl des Generators und einer Änderungsrate der Drehzahl, wobei die Generatorsteuerungseinrichtung in Abhängigkeit von der mittels der Anforderungsminimalbelastungsbewertungseinrichtung bewerteten angeforderten Minimalbelastung gesteuert wird. Das Hybridfahrzeug ermöglicht die Steuerung einer beispielsweise durch das Anlegen einer Bremse erzeugten abrupten Änderung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Hybridfahrzeug und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs bereitzustellen, sodass es möglich ist, ein verbessertes Antreiben bzw. Fahren des Hybridfahrzeugs mit einer Maschine, einem Generator und einem darin angeordneten Motor ohne Verwendung einer Sekundärbatterie zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Hybridfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 9 und ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs gemäß Patentanspruch 16 gelöst.
Zumindest ein Teil der vorstehenden und weiteren zugehörigen Aufgaben wird durch ein erstes Hybridfahrzeug verwirklicht mit einer Maschine, einem Generator und einem darin angeordneten Motor, wobei die Maschine die Leistung durch Verbrennen eines Brennstoffs abgibt, der Generator mit Permanentmagneten ausgestattet ist, zum Erzeugen einer elektrischen Leistung mit zumindest einem Teil der von der Maschine ausgegebenen Leistung, und der Motor Leistung an eine Antriebswelle des Hybridfahrzeugs ausgibt. Das erste Hybridfahrzeug umfasst: eine Maschinensteuerungseinheit zur rückgekoppelten Steuerung der einzuspritzenden Brennstoffmenge für die Maschine zum Erzielen einer spezifischen Solldrehzahl der Maschine, eine Leistungserzeugungssteuerungseinheit, die den Generator zu einer Leistungserzeugung veranlasst unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft, eine Belastungserfassungseinheit, die eine auf das Hybridfahrzeug einwirkende Belastung bestimmt, eine Generatordrehzahländerungseinheit zum Ändern einer Drehzahl des Generators auf der Basis der bestimmten Belastung, und einer Motoransteuerungseinheit, die den Motor mit der mittels des Generators mit der sich ändernden Drehzahl erzeugten elektrischen Leistung ansteuert bzw. antreibt.
Ferner ist ein Verfahren zur Steuerung des Hybridfahrzeugs vorgesehen, dass der Anordnung des ersten Hybridfahrzeugs entspricht. Die vorliegende Erfindung ist somit auf ein erstes Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs gerichtet, wobei eine Maschine durch das Verbrennen eines Brennstoffs Leistung abgibt, ein Generator mit Permanentmagneten ausgestattet ist, zur Erzeugung einer elektrischen Leistung mit zumindest einem Teil der von der Maschine ausgegebenen Leistung, und ein Motor, der mit zumindest einem Teil der durch den Generator erzeugten elektrischen Leistung angetrieben wird, eine Leistung an eine Antriebswelle des Fahrzeugs abgibt. Das erste Verfahren umfasst die Schritte: rückgekoppeltes Steuern (regeln) einer Brennstoffeinspritzmenge der Maschine zum Erzielen einer spezifischen Solldrehzahl der Maschine, Veranlassen des Generators zum Durchführen einer Leistungserzeugung unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft, Bestimmen einer auf das Hybridfahrzeug einwirkenden Belastung, Ändern einer Drehzahl des Generators auf der Basis der bestimmten Belastung, und Ansteuern bzw. Antreiben des Motors mit der mittels des Generators bei der veränderlichen Drehzahl erzeugten elektrischen Leistung.
Das erste Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung oder das erste Verfahren zur Steuerung des Hybridfahrzeugs bewirkt eine rückgekoppelte Steuerung (Regelung) der Brennstoffeinspritzmenge der Maschine, um die tatsächliche Drehzahl der Maschine in Übereinstimmung mit einer spezifizierten bzw. bestimmten Solldrehzahl zu bringen. Diese Anordnung verhindert in effektiver Weise, dass sich die Drehzahl der Maschine bei einer Änderung der Belastung des Generators, der zumindest mit einem Teil der von der Maschine ausgegebenen Leistung elektrische Leistung erzeugt, ändert. Während der Generator eine Leistungserzeugung unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft durchführt, verbraucht der Motor die mittels des Generators erzeugte elektrische Leistung und führt eine Leistungsverarbeitung durch. Die Drehzahl des Generators verändert sich entsprechend der auf das Fahrzeug einwirkenden Belastung. Die Anordnung ermöglicht, dass entsprechend der Belastung des Fahrzeugs eine angemessene Leistung zur Antriebswelle des Fahrzeugs ausgegeben wird. Die Anordnung des Änderns der Drehzahl des Generators mit einer Änderung in der auf das Fahrzeug einwirkenden Belastung verhindert in effektiver Weise, dass sich die Drehzahl des Generators unter der Bedingung einer niedrigen Belastung unnötig erhöht.
In Verbindung mit einer bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung umfasst das Hybridfahrzeug ferner: einen Inverter, der einen durch eine Mehrphasenspule des Generators fließenden elektrischen Strom schaltet, und eine Sekundärbatterie, die mittels durch Schaltvorgänge des Inverters umgewandelten Gleichstrom geladen wird. Der Steuerungsvorgang veranlasst die Leistungserzeugungssteuerungseinheit, die Generatordrehzahländerungseinheit und die Motoransteuerungseinheit, ihre jeweiligen Funktionen in Abhängigkeit von der Erfassung eines abnormalen Zustands zu verwirklichen, bei dem es nicht erlaubt ist, die Sekundärbatterie mittels des Inverters zu laden. Die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft umfasst striktere Beschränkungen, beispielsweise hinsichtlich der maximalen Leistungserzeugung im Vergleich zur Leistungserzeugung unter Verwendung des Inverters. Die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft wird somit in dem Zustand durchgeführt, bei dem ein Laden der Sekundärbatterie mittels des Inverters nicht erlaubt ist.
In dem Hybridfahrzeug gemäß der vorstehenden Anwendung verhindert eine bevorzugte Anordnung die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft durch die Leistungserzeugungssteuerungseinheit, und steuert jedoch den Motor mittels einer in der Sekundärbatterie angesammelten elektrischen Leistung an, wenn ein erfasster Spannungspegel der Sekundärbatterie höher als die elektromotorische Gegenkraft zur Verwendung für die Leistungserzeugung über die Leistungserzeugungssteuerungseinheit ist. In dem Fall, dass die Sekundärbatterie einen ausreichend hohen Spannungspegel als ihren Ladezustand (SOC) aufweist, kann der Motor mittels der aus der Sekundärbatterie entnommenen elektrischen Leistung betrieben werden. Während eines Fahrens des Hybridfahrzeugs kann die Sekundärbatterie mit der regenerativen elektrischen Leistung geladen werden. In diesem Fall verwendet das Hybridfahrzeug in vorteilhafter Weise eine Maschinenbremsung.
In dem ersten Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Solldrehzahl der Maschine auf der Basis eines Verhaltens eines Beschleunigungspedals bestimmt werden. Das Verhalten des Beschleunigungspedals ist in hohem Maße mit der in der nahen Zukunft zu erwartenden Leistungsanforderung des Fahrzeugs verbunden. Beispielsweise führt das Niederdrücken bzw. das Betätigen des Beschleunigungspedals zu einer Vergrößerung der angeforderten Leistung zur Ausgabe an die Antriebswelle. Die Anordnung des Bestimmens der Solldrehzahl der Maschine durch Berücksichtigung einer derartigen Korrelation ermöglicht die Anpassung der oberen Grenze der von der Maschine auszugebenden Leistung zu früheren Zeiten. Ein bevorzugter Ablauf vergrößert die Drehzahl des Generators mit einer Vergrößerung des Betrags des Niederdrückens des Beschleunigungspedals. Das schnelle Ansprechen der Vergrößerung des Betrags des Niederdrückens des Beschleunigungspedals verbessert in erheblichem Umfang die Fahrbarkeit des Fahrzeugs.
In Verbindung mit einer weiteren bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung wird die Solldrehzahl der Maschine in Abhängigkeit von der Erfassung einer Vergrößerungstendenz oder einer Verminderungstendenz einer tatsächlichen Drehzahl der Maschine relativ zu der Solldrehzahl der Maschine vermindert oder erhöht. Die Maschine steht unter der rückgekoppelten Steuerung (Regelung) zum Erreichen der Solldrehzahl. Die Steuerung des Antriebszustands des Generators vergrößert oder verkleinert sofort die tatsächliche Drehzahl der Maschine. Der Steuerungsablauf dieser Anwendung vermindert oder vergrößert die Solldrehzahl der Maschine in Abhängigkeit von einer Änderung in der tatsächlichen Drehzahl der Maschine. Dies sieht eine Änderung in der Belastung in der nahen Zukunft voraus. Eine derartige Steuerung ist insbesondere effektiv, wenn getrennte Steuerungseinheiten zur Steuerung der Maschine und zur Steuerung des Generators und des Motors vorgesehen sind, und es besteht eine Überschneidung mit der Übertragung der Solldrehzahl zwischen den getrennten Steuerungseinheiten, beispielsweise mittels einer Kommunikation. Der Steuerungsablauf dieser Anwendung kann jedoch auch in anderen Anordnungen angewendet werden, die nicht die Übertragung der Solldrehzahl in dieser Weise erfordern.
In dem Hybridfahrzeug gemäß der vorstehenden Anwendung veranlasst ein bevorzugter Steuerungsablauf die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft, wenn eine externe Kraft bewirkt, dass sich die Antriebswelle in der Gegenrichtung dreht und der Motor in einen Zustand der Leistungserzeugung gelangt. Liegt ein Mangel an Ausgangsdrehmoment des Fahrzeugs vor, beispielsweise wenn eine große Steigung befahren wird, dann kann das Fahrzeug zurück fallen bzw. zurück laufen. In einem derartigen Fall wird die Antriebswelle in entgegengesetzter Richtung gedreht, und der Motor gelangt in einen Zustand der Leistungserzeugung. Der vorstehende Steuerungsablauf verhindert in gewünschter Weise in diesen Fällen eine Überspannung.
In dem ersten Hybridfahrzeug der vorliegenden Erfindung stellt ein bevorzugter Steuerungsablauf eine durch die Leistung der Maschine mittels des Generators erzeugte maximale elektrische Leistung ein und bestimmt die zum Antreiben des Motors innerhalb der voreingestellten maximalen elektrischen Leistung von dem Motor aufzunehmende elektrische Leistung auf der Basis der bestimmten Belastung. Der Steuerungsablauf treibt den Generator zur Erzeugung der elektrischen Leistung an, die äquivalent zu der von dem Motor aufgenommenen elektrischen Leistung ist, und regelt den durch eine Mehrphasenspule des Motors in Verbindung mit der erzeugten elektrischen Leistung fließenden elektrischen Strom. Der Steuerungsablauf dieser Anwendung stellt die maximale, mittels des Generators erzeugte elektrische Leistung ein und gewährleistet den Ausgleich der erzeugten elektrischen Leistung mit der aufgenommenen elektrischen Leistung innerhalb der voreingestellten maximalen elektrischen Leistung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein zweites Hybridfahrzeug mit einer Maschine, einem Generator und einem daran angeordneten Motor, wobei die Maschine Leistung durch Verbrennen eines Brennstoffs abgibt, der Generator eine elektrische Leistung mit zumindest einem Teil der von der Maschine ausgegebenen Leistung erzeugt, und der Motor eine Leistung an eine Antriebswelle des Hybridfahrzeugs abgibt. Das zweite Hybridfahrzeug umfasst: eine Maschinensteuerungseinheit zum rückgekoppelten Steuern einer Brennstoffeinspritzmenge der Maschine zum Erreichen einer bestimmten Solldrehzahl der Maschine, eine Generativenergieberechnungseinheit zur Berechnung einer momentanen Stärke der von dem Generator zu erzeugenden generativen Energie unter Berücksichtigung einer Energiebilanz in einem System einschließlich der Maschine, des Generators und des Motors, einer Spannungsmesseinheit zur Messung einer generativen Spannung des Generators, einer Regelungsvariablen-Berechnungseinheit zur Berechnung einer Regelungsvariablen entsprechend einer Differenz zwischen einer erfassten generativen Spannung und einer generativen Sollspannung des Generators, einer Generatorregelungseinheit zur Regelung des Generators mit der berechneten momentanen Stärke der generativen Energie und der berechneten Regelungsvariablen, eine Anforderungserfassungseinheit zur Erfassung einer Anforderung eines Antriebs des Fahrzeugs, und einer Motoransteuerungseinheit, die ein Ausgangsdrehmoment des Motors auf der Basis eines direkt von dem Generator ausgegebenen Drehmoments, das unter der Regelung der Generatorregelungseinheit steht, und eines angeforderten Drehmoments bezüglich der erfassten Anforderung des Antriebs des Fahrzeugs berechnet, und den Motor zum Erreichen des berechneten Antriebsdrehmoments antreibt.
Ferner ist ein Verfahren zur Steuerung des Hybridfahrzeugs vorgesehen, dass der Anordnung gemäß dem zweiten Hybridfahrzeug entspricht. Die vorliegende Erfindung ist somit auf ein zweites Verfahren zum Regeln eines Hybridfahrzeugs gerichtet, wobei eine Maschine Leistung durch Verbrennen eines Brennstoffs abgibt, ein Generator mit Permanentmagneten ausgestattet ist zur Erzeugung einer elektrischen Leistung mit zumindest einem Teil der von der Maschine ausgegebenen Leistung, und ein Motor mit zumindest einem Teil der von dem Generator erzeugten elektrischen Leistung angetrieben wird zur Ausgabe von Leistung an eine Antriebswelle des Fahrzeugs. Das zweite Verfahren umfasst die Schritte: rückgekoppeltes Steuern bzw. Regeln einer Brennstoffeinspritzmenge der Maschine zum Erreichen einer bestimmten Solldrehzahl der Maschine, Berechnen einer momentanen Größe einer durch den Generator zu erzeugenden generativen Energie unter Berücksichtigung einer Energiebilanz in einem System einschließlich der Maschine, des Generators und des Motors, Messen einer generativen Spannung des Generators, Berechnen einer Regelungsvariablen entsprechend einer Differenz zwischen der beobachteten generativen Spannung und einer generativen Sollspannung des Generators, Regeln des Generators mit der berechneten momentanen Größe der generativen Energie und der berechneten Regelungsvariablen, Erfassen einer Anforderung eines Antriebs des Fahrzeugs, und Berechnen eines Ausgangsdrehmoments des Motors auf der Basis eines von dem Generator ausgegebenen direkten Drehmoments, das unter der Regelung der Generatorregelungseinheit steht, und eines angeforderten Drehmoments bezüglich der erfassten Anforderung des Antriebs des Fahrzeugs, und Antreiben des Motors zum Erreichen des berechneten Ausgangsdrehmoments.
Das zweite Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung oder das entsprechende zweite Verfahren zur Regelung des Hybridfahrzeugs führt die Regelung entsprechend der berechneten momentanen Größe der durch den Generator zu erzeugenden generativen Energie sowie entsprechend der berechneten Regelungsvariablen durch. Die momentane Größe der generativen Energie wird unter Berücksichtigung der Energiebilanz in dem System einschließlich der Maschine, des Generators und des Motors berechnet. Die Regelungsvariable wird entsprechend der Differenz zwischen der beobachteten (erfassten) generativen Spannung des Generators und einer generativen Sollspannung berechnet. Auch wenn sich die generative Spannung des Generators mit einer Änderung der Belastung ändert, gewährleistet diese Anordnung ein schnelles Ansprechen auf eine derartige Änderung und bewirkt einen Ausgleich (Balance) zwischen der Größe der Energieerzeugung und der Größe des Energieverbrauchs. Dies ermöglicht es dem Hybridfahrzeug, ohne Laden oder Entladen der Sekundärbatterie betrieben zu werden.
In Verbindung mit einer bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet der Generator Permanentmagnete zur Bildung eines Magnetfelds, und das Hybridfahrzeug umfasst ferner: einen Inverter zum Schalten eines in einer Mehrphasenspule des Generators fließenden elektrischen Stroms, und eine Sekundärbatterie, die mit dem durch den Schaltvorgang des Inverters erzeugten Gleichstrom geladen wird. Der Steuerungsablauf (Regelungsablauf) beendet den Schaltvorgang des Inverters und veranlasst den Generator zur Durchführung einer Leistungserzeugung unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft in Abhängigkeit von der Erfassung eines Fehlerzustands in der Regelung des Generators unter Verwendung der Regelungsvariablen. In dem Fall, dass der Generator in einen Fehlerzustand eintritt, beendet diese Anordnung schnell die Regelung und veranlasst den Generator zu einer Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft. Diese Anordnung verhindert in effektive Weise eine Fehlfunktion der gesamten Regelung bzw. Steuerung. Obwohl eine obere Grenze besteht, ermöglicht die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft die Leistungserzeugung entsprechend der Größe einer Leistungsaufnahme und bewirkt auf diese Weise eine Größe der Energieerzeugung im Ausgleich mit der Größe der Energieaufnahme bzw. des Energieverbrauchs. In dem Fall, dass die Regelung des Generators durch den Schaltvorgang des Inverters in einen Fehlerzustand infolge von Störungen fällt, bewirkt die zeitweilige Umschaltung zu der Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft in effektiver Weise eine Erholung bzw. Wiederherstellung des gesamten Zustands der Regelung.
In dem zweiten Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung beendet in einem spezifischen Ansteuerungszustand, bei dem der Motor elektrische Leistung erzeugt, beispielsweise im Verlauf einer Bremsung, ein bevorzugter Regelungsablauf die Brennstoffeinspritzung zur Maschine und veranlasst den Generator zum Antreiben der Maschine und um auf diese Weise die durch den Motor erzeugte elektrische Leistung aufzunehmen. Diese Anordnung ermöglicht es dem Hybridfahrzeug, eine Maschinenbremse zu benutzen.
Eine Vielzahl von Anordnungen ist bei jedem des ersten und zweiten Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar, sowie bei den Hybridfahrzeugen gemäß den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Verfahren. Typische Anordnungen bzw. Konstruktionen sind ein serielles Hybridfahrzeug und ein paralleles Hybridfahrzeug. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Generator einen Doppelrotoraufbau einschließlich eines Paars von Rotoren (Läufer), die jeweils relativ zueinander drehbar sind, und führt zum Erhalten einer Spannung und einer elektrischen Leistung entsprechend einer gleitenden Drehzahl der beiden Rotoren eine Leistungserzeugung durch. Dieser Aufbau entspricht einem parallelen Hybridfahrzeug vom elektrischen Verteilungstyp. Es kann ebenfalls ein paralleles Hybridfahrzeug vom mechanischen Verteilungstyp vorliegen. Bei diesem Aufbau ist der Generator mit einer Welle einer Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung verbunden, wobei eine an einer Welle eingegebene und ausgegebene Leistung automatisch bestimmt wird, wenn eingegebene und ausgegebene Leistungen von zwei verbleibenden Wellen bestimmt sind. Ein Beispiel einer Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung ist ein Planetengetriebemechanismus. Eine andere Welle der Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung ist mit einer Ausgangswelle der Maschine, und eine weitere Welle der Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung ist mit der Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden. Das parallele Hybridfahrzeug verwendet einen Teil der von der Maschine ausgegebenen Leistung als eine Antriebskraft der Antriebswelle. Dies vermindert in gewünschter Weise die Abmessungen des Motors in dem parallelen Hybridfahrzeug.
In einem Anwendungsaufbau für ein beliebiges des ersten und zweiten Hybridfahrzeugs und entsprechend dem ersten Verfahren ist der Generator mit einer ersten Leistungsansteuerungsschaltung verbunden, die den Generator zur Durchführung entweder eines generativen Vorgangs oder eines Leistungsvorgangs veranlasst, auf der Basis eines EIN/AUS-Zustands der in der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung enthaltenen Schaltelemente, und ist der Motor mit einer zweiten elektrischen Ansteuerungsschaltung verbunden, die den Motor zur Durchführung entweder eines Leistungsvorgangs oder eines generativen Vorgangs veranlasst, auf der Basis eines EIN/AUS-Zustands der in der zweiten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung enthaltenen Schaltelemente. Dies entspricht dem Aufbau eines Halbleiterinverters und gewährleistet eine genaue Steuerung bzw. Regelung durch Steuern der Schaltelemente. Eine Verbindung der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung mit der zweiten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung in diesem Aufbau ermöglicht es dem Hybridfahrzeug, in der batterielosen Antriebsbetriebsart betrieben zu werden, die frei von einer Verbindung zu der Batterie ist. Es ist jedoch ebenfalls praktikabel, eine Batterieantriebsbetriebsart bereitzustellen, bei der eine Verbindung zu der Batterie vorgesehen ist. In dem letzten Fall ist eine Sekundärbatterie oder ein Kondensator mit hoher Kapazität mit zumindest der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung verbunden. Eine derartige Verbindung gewährleistet, dass die mittels des Generators erzeugte elektrische Leistung in der zweiten Batterie oder in dem Kondensator mit hoher Kapazität angesammelt werden kann.
In dem Aufbau, der es dem Hybridfahrzeug ermöglicht, in der batterielosen Betriebsart betrieben zu werden, stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Schalteinheit bereit, die die Verbindung zwischen der Sekundärbatterie und der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung abschaltet bzw. unterbricht. Zumindest wenn eine generative Spannung durch den Generator höher als eine innere Anschlussspannung zwischen den Anschlüssen der Sekundärbatterie ist, wird die Abschalteinheit zum Abschalten der Verbindung zwischen der Sekundärbatterie und der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung aktiviert. In der batterielosen Antriebsbetriebsart kann ein Teil der erzeugten elektrischen Leistung zum Laden der Sekundärbatterie verwendet werden, wenn die Sekundärbatterie einen niedrigen Spannungspegel aufweist. Dies vermindert den zum Fahren verwendeten Betrag an elektrischer Leistung. Die Anordnung bzw. Ausführung des Abschaltens der Verbindung zwischen der Sekundärbatterie und der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung mittels der Abschalteinheit gewährleistet, dass die gesamte erzeugte elektrische Leistung zum Antreiben des Motors verwendet wird.
In dem Hybridfahrzeug gemäß dem vorstehenden Aufbau steuert in Abhängigkeit von der Erfassung eines speziellen Zustands, der es nicht erlaubt, dass die Sekundärbatterie über die erste elektrische Leistungsansteuerungsschaltung geladen wird, ein bevorzugter Ablauf den Motor mit einem elektrischen Strom an, der mittels einer elektromotorischen Gegenkraft induziert wird, die zwischen den Anschlüssen der Mehrphasenspule des Generators durch den Betrieb der Maschine erzeugt wird, und der über einen Gleichrichter läuft, der in Verbindung mit jedem Schaltelement in der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung vorgesehen ist. Auch in dem Fall einer Fehlfunktion des Schaltelements in der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung gewährleistet diese Anordnung die Leistungserzeugung durch den Generator. Entsprechend dieser Ausführung ist die erzeugte elektrische Leistung autonom in Abhängigkeit von der Belastung bestimmt. Dies vereinfacht in erheblichem Umfang das Antreiben bzw. Fahren des Hybridfahrzeugs in der batterielosen Antriebsbetriebsart.
Dies und weitere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt einen Aufbau eines Hybridfahrzeugs in einer Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Hybridfahrzeugs in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 zeigt die Verbindung der Ansteuerungsschaltungen mit Motoren MG1 und MG2 in dem Hybridfahrzeug gemäß 2,
4A zeigt die Verbindung einer Hochspannungsbatterie (HV-Batterie) mit Systemhauptrelais SMR1, SMR2 und SMR3 in dem Hybridfahrzeug gemäß 2,
4B zeigt eine zeitliche Sequenz des Ein- und Ausschaltens der Relais SMR1, SMR2 und SMR3,
5 ist ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des allgemeinen Aufbaus eines Steuerungssystems (Regelungssystem) in dem Hybridfahrzeug,
6 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Fehlererfassungszeitsteuerungsroutine eines batterielosen Betriebs, wie er in dem Ausführungsbeispiel durchgeführt wird,
7 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Solldrehzahl NE* einer Maschine, die gegen die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD aufgetragen ist,
8 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Betriebslinie OL in dem Hybridfahrzeug vom mechanischen Verteilungstyp,
9 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der elektromotorischen Gegenkraft V, die gegen die Drehzahl Ng des Motors MG1 aufgetragen ist, zur Beschreibung des Zustands der Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft,
10 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Leistungserzeugungsbetrags P des Motors MG1, die gegen die Drehzahl Ng des Motors MG1 aufgetragen ist,
11 zeigt eine maximal erzeugte Ausgabe Pgmx bei einer vorbestimmten Drehzahl in dem Motor MG1,
12 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils einer Belastungssteuerungsroutine, die mittels einer Hauptsteuerungs-CPU durchgeführt wird,
13 zeigt eine Änderung in einem Motordrehmoment Tm und eine Änderung in der Drehzahl NE der Maschine,
14 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils einer Solldrehzahlregelroutine, die mittels einer Maschinen-ECU durchgeführt wird,
15 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Antriebssteuerungsroutine für einen batterielosen Betrieb unter Verwendung von Invertern,
16 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verlusts in dem Motor MG1,
17 ist eine grafische Darstellung des Drehmoments Tg, das gegen die Drehzahl Ng des Motors MG1 in Verbindung mit der Spannung Vm als ein Parameter aufgetragen ist,
18 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem maximalen Ausgangsdrehmoment Temx und der Drehzahl NE der Maschine,
19 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Anforderungsdrehmoments Td, das gegen die Fahrzeuggeschwindigkeit in Verbindung mit dem Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals als ein Parameter aufgetragen ist,
20 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Antriebssteuerungsroutine in dem Zustand eines Verschweißungsfehlers des Systemhauptrelais SMR3,
21 zeigt schematisch den Aufbau eines Leistungsausgabesystems in einem Hybridfahrzeug vom elektrischen Verteilungstyp, und
22 zeigt eine Änderung der Antriebsbetriebsart in dem Hybridfahrzeug.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zum Zwecke der Klarstellung des Aufbaus und der Funktionen der vorliegenden Erfindung wird eine Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben. 1 zeigt den Aufbau eines Hybridfahrzeugs in einer Anwendung der vorliegenden Erfindung. Eine Maschine EG ist eine Brennkraftmaschine, in der Benzin von einem Brennstoffeinspritzventil IJ eingespritzt wird, das an einer Eingangsöffnung angeordnet wird, in einen Zylinder SL mittels der Bewegung eines Kolbens PT aufgenommen wird, mittels des Kolbens PT komprimiert und mittels eines Funkens einer Zündkerze IP für eine explosive Verbrennung gezündet wird. Die Energie der Verbrennung wird mittels des Kolbens PT als Drehbewegungen einer Kurbelwelle CS entnommen. Die Antriebsbedingungen der Maschine EG, und insbesondere die Öffnung eines Drosselventils TH und die Brennstoffeinspritzmenge werden durch eine spezielle Maschinensteuerungseinheit EFIECU gesteuert. Die Maschinensteuerungseinheit EFIECU empfängt eine beobachtete bzw. erfasste Drehzahl NE der Kurbelwelle CS, die mittels eines Geschwindigkeitssensors S1 gemessen wurde, und führt eine Regelung mit einer vorbestimmten Verstärkung G durch, um die beobachtete Drehzahl NE in Übereinstimmung mit der extern zugeführten Solldrehzahl NE* zu bringen.
Eine Planetengetriebeeinheit PG ist zwischen der Kurbelwelle CS der Maschine EG und einer Antriebswelle DS des Fahrzeugs angeordnet. Die Planetengetriebeeinheit PG umfasst drei drehbare Wellen, die jeweils mit der Kurbelwelle CS, einem Generator GN und der Antriebswelle DS verbunden sind. Ein Motor MG ist ebenfalls an der Antriebswelle DS angeordnet. Das von der Maschine EG über die Planetengetriebeeinheit PG übertragene Drehmoment und das Drehmoment, das in den Motor eingegeben und von dem Motor MG ausgegeben wird, werden zu den Antriebsrädern über ein Differenzialgetriebe DF übertragen. Ein Geschwindigkeitssensor S2 und ein Geschwindigkeitssensor S3 sind jeweils an dem Generator GN und der Antriebswelle DS zur Messung der Drehzahlen derselben angeordnet.
Halbleiterinverter P1 und P2 sind jeweils mit dem Generator GN und dem Motor MG als Ansteuerungsschaltungen verbunden. Die Steuerung des Ein- und Ausschaltzustands der in den Invertern P1 und P2 enthaltenen Schaltelemente steuert die Erzeugung der elektrischen Leistung durch den Generator GN und die Ausgangsleistung von dem Motor MG. Leistungszuführungsleitungen dieser beiden Inverter P1 und P2 sind jeweils miteinander verbunden. Eine Batterie BT ist mit den Leistungszuführungsleitungen über ein Systemhauptrelais SMR verbunden. Wird das Fahrzeug in einen normalen Zustand betrieben, dann wird das Systemhauptrelais SMR in seinem eingeschalteten Zustand (EIN, d. h. in dem Verbindungszustand) gehalten, und es wird die in dem Generator GN erzeugte elektrische Leistung in der Batterie BT angesammelt. Der Motor MG wird durch Aufnahme der in der Batterie BT angesammelten elektrischen Leistung betrieben. Gemäß diesem Aufbau kann der Motor MG als Generator verwendet werden, und es kann der Generator GN als Motor verwendet werden.
Eine Systemsteuerungseinrichtung SCNT steuert die Inverter P1 und P2 und das Systemhauptrelais SMR. Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT ist mit den Geschwindigkeitssensoren (Drehzahlsensoren) S2 und S3, einem Beschleunigungspedalsensor APS zur Messung des Betätigungsbetrags (Betrag des Niederdrückens) eines Beschleunigungspedals AC, einem Restladesensor RCS zur Messung eines Ladezustands oder der verbleibenden Ladung SOC (State of Charge) der Batterie BT und den Invertern P1 und P2 verbunden. Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT gibt die Solldrehzahl NE* der Maschine EG zu der Maschinensteuerungseinheit EFIECU.
Während eines normalen Betriebs berechnet die Systemsteuerungseinrichtung SCNT die Leistung (Drehzahl × Drehmoment), die an die Antriebswelle DS des Fahrzeugs auszugeben ist, und die mittels des Generators GN zur Erzeugung der elektrischen Leistung auf der Basis des erfassten Betätigungsbetrags des Beschleunigungspedals AC, einer beobachteten Drehzahl Nd der Antriebswelle DS und des erfassten Ladezustands SOC der Batterie BT. Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT steuert sodann die Maschine EG und die Inverter P1 und P2 zum Erreichen der berechneten Leistung und der Erzeugung der berechneten elektrischen Leistung. Während die Maschinensteuerungseinheit EFIECU den Betrieb der Maschine EG steuert, gibt die Systemsteuerungseinrichtung SCNT die Solldrehzahl NE* zum indirekten Steuern der Ausgabe der Maschine EG aus. Das Prinzip dieser Steuerung bzw. Regelung wird nachstehend kurz beschrieben.
Die Maschinensteuerungseinheit EFIECU regelt die Drehzahl der Maschine EG. Besteht eine Differenz ΔN zwischen der Solldrehzahl NE* und der tatsächlichen Drehzahl NE, dann regelt die Maschinensteuerungseinheit EFIECU die Ansaugluftmenge und die Brennstoffeinspritzmenge und steuert die Leistung (Drehzahl x Drehmoment), die von der Maschine EG ausgegeben wird, um die tatsächliche Drehzahl NE in Übereinstimmung mit der Solldrehzahl NE* zu bringen. In dem Hybridfahrzeug vom mechanischen Verteilungstyp gemäß der Darstellung in 1 ist die Planetengetriebeeinheit PG mit der Kurbelwelle CS verbunden. Der Generator GN und die Antriebswelle DS sind mit anderen Wellen der Planetengetriebeeinheit PG verbunden. Die Antriebswelle DS ist ebenfalls mit dem Motor MG verbunden. Eine Regelung des Generators GN und des Motors MG regelt somit zwangsläufig die Drehzahl NE der Kurbelwelle CS. Diese Anordnung ermöglicht eine Steuerung, die verhindert, dass die Differenz ΔN zwischen der Solldrehzahl NE* und der tatsächlichen Drehzahl NE sofort auf Null vermindert wird, auch wenn die Maschinensteuerungseinheit EFIECU die Ansaugluftmenge und die Brennstoffeinspritzmenge vergrößert. Wird die Differenz ΔN nicht vermindert, dann regelt die Maschinensteuerungseinheit EFIECU ferner die Ansaugluftmenge und die Brennstoffeinspritzmenge, um des Weiteren die positiv aus der Maschine EG entnommene Leistung zu vergrößern oder zu vermindern. Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT bestimmt die Solldrehzahl NE* und regelt die Drehzahlen des Generators GN und des Motors MG. Dies wiederum regelt die Drehzahl NE der Kurbelwelle CS und ermöglicht die freie Einstellung der aus der Maschine EG entnommenen Energie.
Auf der Basis dieses Hardwareaufbaus und des Prinzips der vorstehend beschriebenen Regelung führt die Systemsteuerungseinrichtung SCNT gemäß der Darstellung in 1 den nachfolgenden Regelungsablauf in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Fehlers durch. Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT erfasst zuerst das Auftreten eines Fehlers, beispielsweise in der Batterie BT oder dem Inverter P1 des Generators GN (Schritt SA), und stellt den Inverter P1 und das Systemhauptrelais SMR in den AUS-Zustand in Abhängigkeit von der Erfassung des Fehlers (Schritt SB) ein. Der Ausschaltvorgang trennt die Batterie BT von der Schaltung der Inverter P1 und P2. Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT liest sodann die Drehzahlen der jeweiligen Wellen (Schritt SC) und misst den Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals (Schritt SD). Die Systemsteuerungseinrichtung SCNT ändert nachfolgend die Drehzahl des Generators GN entsprechend der angeforderten Ausgabe des Fahrzeugs entsprechend einer Berechnung aus dem erfassten Betätigungsbetrag AP und der Drehzahl der Antriebswelle DS (Schritt SE) und steuert den Motor MG entsprechend den Anforderungen des Fahrzeugs (Schritt SF).
In dem Fehlerzustand führt der Generator GN eine Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft des Generators GN anstelle der allgemeinen Inverter-induzierten Leistungserzeugung durch. In dem normalen Zustand gibt der Generator GN den in seinen Spulen induzierten elektrischen Strom ab, wobei ein durch Permanentmagnete gebildetes Magnetfeld die Spulen durchdringt, sodass auf diese Weise die Leistungserzeugung bewirkt wird. Im Falle einer Fehlfunktion des Inverters P1 ist jedoch diese allgemeine Art der Leistungserzeugung nicht möglich. Auch wenn der Inverter P1 abgeschaltet ist, ändert sich das die Spulen durchdringende Magnetfeld mit der Drehung der drehbaren Welle. Zwischen beiden Enden der Spule wird eine elektromotorische Gegenkraft erzeugt zum Aufheben der Änderung in dem Magnetfeld. Ist eine Last bzw. ein Verbraucher mit der Leistungszuführungsleitung verbunden, dann bewirkt die zwischen beiden Spulenenden erzeugte elektromotorische Gegenkraft einen elektrischen Strom in der Last, der über eine Schutzdiode fließt, die in Verbindung mit dem Schaltelement in dem Inverter P1 vorgesehen ist. Die erzeugte Ausgangsleistung durch den Generator GN wird in diesem Zustand autonom entsprechend der Größe des durch die Last fließenden elektrischen Stroms bestimmt. Die erzeugte Ausgangsleistung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft wird in der Weise beschränkt, dass sie nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, der einer voreingestellten niedrigen Grenzspannung entspricht, da die Spannung mit einer Vergrößerung des elektrischen Ausgangsstroms absinkt. Dieser vorbestimmte Wert wird als eine maximal erzeugte Leistung bestimmt.
Der vorstehende Steuerungs- bzw. Regelungsablauf bewirkt, dass das Fahrzeug in der folgenden Weise angetrieben wird. Liest die Systemsteuerungseinrichtung SCNT die Anforderung von dem Fahrer aus dem Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals und die Drehzahl der Antriebswelle DS, und bewirkt sie eine Regelung der Leistung (Drehzahl × Drehmoment), wie sie von dem Motor MG ausgegeben wird (Schritt SF), dann wird die von dem Motor MG benötigte elektrische Leistung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft des Generators GN erzeugt. Die Energiequelle der Leistungserzeugung durch den Generator GN ist die Maschine EG. Es ist daher erforderlich, die Ausgabe der Maschine EG entsprechend der Änderung in der erzeugten elektrischen Leistung zu regeln. Dies wird durch die Regelung der Drehzahl bewirkt, wie es vorstehend beschrieben ist. Die Maschine EG steht unter der Regelung bezüglich der Solldrehzahl NE* durch die Maschinensteuerungseinheit EFIECU. Vermindert sich die Drehzahl NE der Kurbelwelle CS beispielsweise infolge einer Vergrößerung der erzeugten Ausgabe des Generators GN oder einer Vergrößerung der Belastung der Antriebswelle DS des Fahrzeugs, dann vergrößert die Maschinensteuerungseinheit EFIECU die Ansaugluftmenge und die Brennstoffeinspritzmenge und steigert somit die Ausgabe der Maschine EG. Gleichzeitig ändert sich die Drehzahl des Generators GN entsprechend der Belastung des Fahrzeugs. Der Generator GN wird daher mit der Maschine EG als eine Energiequelle geregelt, sodass eine größere Leistung entsprechend einer Vergrößerung der angeforderten und an die Antriebswelle DS auszugebenden Leistung entnommen werden kann.
Der vorstehende Regelungsablauf ermöglicht die kontinuierliche Leistungserzeugung durch den Generator GN und ermöglicht es dem Fahrzeug, mittels der Maschine EG und des Motors MG angetrieben zu werden, sodass in sicherer Weise eine Tankstelle oder eine äquivalente Einrichtung erreicht werden kann, auch wenn eine Fehlfunktion in der Batterie BT oder dem Inverter P1 auftritt. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Notfahrbetriebsart in dem Falle einer Fehlfunktion. Die Technik der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den Steuerungsablauf in dem Zustand eines Fehlers beschränkt, sondern ist bei jeder batterielosen Antriebsbetriebsart anwendbar. Einige Betriebsarten zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung werden nachstehend als bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.
Das Hybridfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in der folgenden Reihenfolge beschrieben:

A. Allgemeiner Aufbau des Hybridfahrzeugs
B. Grundabläufe in dem Hybridfahrzeug
C. Aufbau des Steuerungssystems des Ausführungsbeispiels
D. Steuerung durch die Maschinen-ECU
E. Andere Ausführungen
F. Steuerungsablauf in Abhängigkeit von einer Fehlererfassung
G. Batterieloser Antrieb im Normalzustand der Inverter
H. Steuerungsablauf im Zustand eines Verschweißungsfehlers des Systemhauptrelais
I. Aufbau des elektrischen Verteilungstyps
J. Änderung der Antriebsbetriebsart

A. Allgemeiner Aufbau des Hybridfahrzeugs
2 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau eines Hybridfahrzeugs in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Hybridfahrzeug umfasst drei Kraftmaschinen, eine Maschine 150 und zwei Motorgeneratoren MG1 und MG2. Der Motorgenerator repräsentiert hierbei die Funktion einer Antriebsmaschine sowohl als Motor als auch als Generator. In der nachstehenden Beschreibung werden zur Vereinfachung nachstehend die Motorgeneratoren als Motoren bezeichnet. Das Hybridfahrzeug steht unter der Steuerung bzw. Regelung eines Steuerungssystems 200.
Das Steuerungssystem 200 umfasst eine Haupt-ECU 210, eine Bremsen-ECU 220, eine Batterie-ECU 230 und eine Maschinen-ECU 240. Jeder dieser elektronischen Steuerungseinheiten ECU besteht aus einer integrierten Einheit, wobei eine Vielzahl von Schaltungselementen einschließlich eines Mikrocomputers, eine Eingabeschnittstelle und eine Ausgabeschnittstelle auf einer identischen Schaltungsplatine vorgesehen sind. Die Haupt-ECU 210 umfasst eine Motorsteuerungseinrichtung 260 und eine Hauptsteuerungseinrichtung 270. Die Hauptsteuerungseinrichtung 270 dient zur Bestimmung einer Vielzahl von steuerungs- bzw. regelungsrelevanten Größen, beispielsweise der Verteilung der Ausgangsleistung der drei Antriebsmaschinen 150, MG1 und MG2.
Die Maschine 150 ist eine übliche Benzin-Brennkraftmaschine, die Benzin als Brennstoff verbrennt und eine Kurbelwelle 156 mit der Verbrennungsenergie dreht. Die Maschinen-ECU 240 steuert den Betrieb und die Vorgänge der Maschine 150. Die Maschinen-ECU 240 treibt einen Drosselmotor 152 zum Regeln der Öffnung θ eines in dem Luftansaugrohr angeordneten Drosselventils 151 und betätigt ein Brennstoffeinspritzventil 154 zum Regeln der Brennstoffeinspritzmenge τ in die Maschine 150 auf der Basis der Solldrehzahl NE* entsprechend einer Anweisung durch die Hauptsteuerungseinrichtung 270.
Die Motoren MG1 und MG2 sind als Synchronmotoren ausgeführt und umfassen jeweils Rotoren 132 und 142 mit einer Vielzahl von am äußeren Kreisumfang derselben angeordneten Permanentmagneten, und Ständer 133 und 143 mit daran angeordneten Drei-Phasenwicklungen 131 und 141 zur Erzeugung eines magnetischen Drehfelds. Die Ständer 133 und 143 sind in einem Gehäuse 119 angeordnet. Die Drei-Phasenwicklungen 131 und 141, die um die Ständer 133 und 143 der Motoren MG1 und MG2 gewickelt sind, sind jeweils mit einer Sekundärbatterie oder Hochspannungsbatterie (HV-Batterie, High Voltage Battery) 194 mittels der Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 verbunden. 3 zeigt Einzelheiten der Verbindung der Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 mit den Motoren MG1 und MG2. Die Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 bestehen aus Transistorinvertern, die jeweils Transistoren Tr1 bis Tr6 und Tr11 bis Tr16 aufweisen, die paarweise für die jeweiligen Phasen zwischen den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 angeordnet sind, die über ein Systemhauptrelais SMR mit der HV-Batterie 194 verbunden sind. Ein Kondensator C ist zwischen die Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 geschaltet zum Aufheben einer Spannungsänderung. Eine Schutzdiode D ist in invertierter Polung zwischen einen Kollektor und einen Emitter jedes der Schaltelemente Tr1 bis Tr6 und Tr11 bis Tr16 geschaltet.
Die Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 werden mittels der Motorsteuerungseinrichtung 260 gesteuert. Die Ansteuerungsschaltung 191 umfasst Stromsensoren 181 und 182, die jeweils den elektrischen Strom der U-Phase und der V-Phase messen, wobei die Ansteuerungsschaltung 192 gleichartige Stromsensoren 185 und 186 aufweist. Erfasste Werte des elektrischen Stroms Iu1, Iv1, Iu2 und Iv2 werden der Motorsteuerungseinrichtung 260 zugeführt. Die Motorsteuerungseinrichtung 260 empfängt die erfassten Phasenströme und gibt Steuerungssignale Sw1 und Sw2 zum Erreichen der gewünschten Leistungsausgabe aus. Die in den Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 enthaltenen Transistoren werden ein- und ausgeschaltet in Abhängigkeit von den Ausgangssteuerungssignalen Sw1 und Sw2. Der elektrische Strom zwischen der Batterie 194 und den Motoren MG1 und MG2 fließt über die Transistoren in dem eingeschalteten Zustand (EIN-Zustand). Jeder der Motoren MG1 und MG2 kann als Motor dienen, der zum Antreiben eine Zufuhr von elektrischer Leistung der HV-Batterie 194 empfängt und somit gedreht wird (nachstehend wird dieser Betriebszustand als Leistungsbetrieb bezeichnet). Werden der Rotor 132 oder 142 durch eine externe Kraft gedreht, dann können die Motoren MG1 oder MG2 als Generatoren dienen, indem eine elektromotorische Kraft zwischen beiden Enden der Drei-Phasenspulen 131 oder 141 erzeugt wird, und es kann die HV-Batterie 194 geladen werden (nachstehend wird dieser Betriebszustand als die Leistungserzeugung oder als regenerativer Betrieb bezeichnet). Auch wenn die Schaltelemente nicht eingeschaltet sind, bewirkt die Drehung des Rotors in dem Motor, dass ein durch die Permanentmagnete erzeugtes Magnetfeld die Drei-Phasenspule durchdringt. Dies ändert den die Drei-Phasenspule durchdringenden magnetischen Fluss und erzeugt in jeder Phasenspule eine elektromotorische Gegenkraft. Die elektromotorische Gegenkraft steigert die Zwischenanschlussspannung ohne eine Belastung. Ist jedoch zwischen die Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 eine Last geschaltet, dann fließt der elektrische Strom über die Schutzdiode D, die in Verbindung mit jedem Schaltelement vorgesehen ist. Dies ermöglicht es dem Motor MG1 oder dem Motor MG2, eine Leistungserzeugung durchzuführen. Die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft wird nachstehend noch im Einzelnen beschrieben.
Die HV-Batterie 194 und die Motoren MG1 und MG2 sind ebenfalls mit einer Hilfsmaschinenbatterie 198 mittels eines Wandlers 252 verbunden. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die durch die Motoren MG1 und MG2 erzeugte elektrische Hochspannungsenergie oder in der HV-Batterie 194 angesammelte elektrische Hochspannungsenergie in eine niedrige Gleichspannung von 12 [V] umgewandelt wird, wobei die Hilfsmaschinenbatterie 198 mit der elektrischen Energie entsprechend der umgewandelten niedrigen Spannung geladen wird.
4A zeigt im Einzelnen die Verbindung der HV-Batterie 194 mit dem Systemhauptrelais SMR. Die HV-Batterie (Hochspannungsbatterie, High Voltage Battery) 194 ist in zwei Batteriegruppen entsprechend diesem Aufbau aufgeteilt. Die beiden Batteriegruppen sind miteinander über eine Hochspannungssicherung HF und einen Wartungsstecker SP verbunden. Der Wartungsstecker SP dient zum Abschalten des Hochspannungssystems für die Inspektion, die Wartung, und andere Zwecke. Zwei Systemhauptrelais SMR1 und SMR2 sind in der positiven Leistungszuführungsleitung L1 der HV-Batterie 194 vorgesehen. Das tatsächlich in der Schaltung vorgesehene Element ist normalerweise ein Kontakt jedes Relais. Zur vereinfachten Darstellung wird dieser Kontakt als das Systemhauptrelais SMR bezeichnet. Das Systemhauptrelais SMR1 bildet in Verbindung mit einem Strombegrenzungswiderstand R zum Begrenzen des elektrischen Stroms eine Umgehungsschaltung bzw. Bypassschaltung relativ zu dem Systemhauptrelais SMR2. Ein Systemhauptrelais SMR3 ist in der negativen Leistungszuführungsleitung L2 der HV-Batterie 194 vorgesehen.
Zu dem Zeitpunkt der Leistungszuführung zu dem Hochspannungssystem werden die drei Systemhauptrelais SMR1, SMR2 und SMR3 entsprechend dem nachfolgenden Ablauf gesteuert. Zum Starten des Betriebs des Fahrzeugs schaltet der Ablauf zuerst das Systemhauptrelais SMR3 ein (in den geschlossenen Zustand), und es wird sodann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T1 das Systemhauptrelais SMR1 eingeschaltet (EIN). Das Systemhauptrelais SMR2 wird nach Ablauf einer weiteren voreingestellten Zeitdauer T2 eingeschaltet. Wird das Systemhauptrelais SMR1 gemäß der Darstellung in 4B geschlossen, dann fließt ein elektrischer Strom über den Strombegrenzungswiderstand R zum Beschränken der Größe des Einschaltstroms bzw. des Stromstoßes. Diese Anordnung verhindert in effektiver Weise, dass der Kontakt des Systemhauptrelais SMR1 durch einen Lichtbogen eines großen elektrischen Stroms verschweißt. Da der elektrische Strom bereits über den Strombegrenzungswiderstand R geflossen ist, wird das Systemhauptrelais SMR2 im geschlossenen Zustand vor einen Verschweißen geschützt. Zum Zeitpunkt des Abschaltens der Hochspannungsleistungsquelle, gemäß der Darstellung in 4, schaltet der Ablauf zuerst das Systemhauptrelais SMR2 aus (bringt es in seinen geöffneten Zustand) und schaltet sodann, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T3, das Systemhauptrelais SMR3 aus. Das Systemhauptrelais SMR1 wird nach Ablauf einer weiteren voreingestellten Zeitdauer T4 ausgeschaltet.
Die Systemhauptrelais SMR1, SMR2 und SMR3 werden ein- und ausgeschaltet in unterschiedlichen Sequenzen zur Zeit der Leistungszufuhr und zur Zeit der Leistungsabschaltung, wie es vorstehend beschrieben ist. Ein HV-Batteriesensor 196 misst eine Ausgangsspannung Vbt der HV-Batterie 194, während ein Spannungssensor 197 eine Spannung Vhv der Leistungszuführungsleitung misst. Der Verschweißungsfehler jedes Systemhauptrelais SMR wird entsprechend dem Ein- und Ausschaltzustand des Systemhauptrelais SMR und der Beziehung der Spannungen Vbt und Vhv ermittelt. Im Verlauf der Leistungszuführung bestimmt in dem Fall, dass Vbt = Vhv ist, wenn das Systemhauptrelais SMR3 eingeschaltet ist, der Ablauf, dass entweder das Systemhauptrelais SMR1 oder das Systemhauptrelais SMR2 verschweißt ist. Gilt Vbt = Vhv, wenn das Systemhauptrelais SMR ausgeschaltet ist, dann bestimmt im Verlauf der Leistungsabschaltung der Ablauf, dass das Systemhauptrelais SMR3 verschweißt ist. Verschiedene Verfahren sind zur Diagnose des Verschweißungsfehlers anwendbar. Ein anwendbares Verfahren erfasst beispielsweise den Verschweißungsfehler durch Ein- und Ausschalten der jeweiligen Kontakte in unterschiedlichen Sequenzen. Ein anderes Verfahren sieht einen Stromsensor in einer Schaltung vor, die jeden Kontakt durchläuft.
Das Leistungsabgabesystem von der Maschine 150 an die Antriebswelle wird nachstehend unter erneuter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die drehbaren Wellen der Maschine 150 und der Motoren MG1 und MG2 sind mechanisch miteinander über ein Planetengetriebe 120 verbunden. Das Planetengetriebe 120 umfasst ein Sonnenrad 121, ein Ringzahnrad 122 und einen Planetenträger 124 mit einem Planetenritzel 123. In dem Hybridfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Kurbelwelle 156 der Maschine 150 mit einer Planetenträgerwelle 127 über einen Dämpfer 130 verbunden. Der Dämpfer 130 ist vorgesehen zum Absorbieren von Drehvibrationen, die an der Kurbelwelle 156 auftreten. Der Rotor 132 des Motors MG1 ist mit einer Sonnenradwelle 125 verbunden, und der Rotor 142 des Rotors MG2 ist mit einer Ringzahnradwelle 126 verbunden. Die Drehung des Ringzahnrads 122 wird zu einer Achse 112 und Rädern 116R und 116L über ein Kettenband 129 und ein Differenzialgetriebe 114 übertragen.
Das Steuerungssystem 200 verwendet eine Vielzahl von Sensoren zum Bereitstellen der Steuerung des gesamten Hybridfahrzeugs. Derartige Sensoren umfassen einen Beschleunigungssensor 165 zum Messen des Betätigungsbetrags oder des Niederdrückbetrags eines Beschleunigungspedals durch einen Fahrer, einen Getriebeschaltpositionssensor 167 zur Erfassung der Position eines Getriebeschalthebels, einen Bremssensor 163 zum Messen des Betätigungsbetrags eines Bremspedals, einen Batteriesensor 196 zum Messen des Ladungspegels oder des Ladezustands (SOC) der HV-Batterie 194, und einen Geschwindigkeitssensor 144 zum Messen der Drehzahl des Motors MG2. Die Ringzahnradwelle 126 ist mechanisch mit der Achse 112 über das Kettenband 129 verbunden, sodass das Verhältnis der Drehzahlen der Ringzahnradwelle 126 zu der Achse 112 festgelegt ist. Der an der Ringzahnradwelle 126 angeordnete Geschwindigkeitssensor 144 erfasst somit die Drehzahl der Achse 112 sowie die Drehzahl des Motors MG2.
B. Grundabläufe in dem Hybridfahrzeug
Die Beschreibung betrifft zuerst den Betrieb des Planetengetriebes 120 zur Veranschaulichung der Grundvorgänge bzw. des Grundbetriebs des Hybridfahrzeugs. In dem Planetengetriebe 120 wird die Drehzahl der verbleibenden Drehwelle automatisch bestimmt, wenn die Drehzahlen der beiden anderen Drehwellen aus diesen drei Drehwellen in der vorstehend angegebenen Weise bestimmt sind. Die Drehzahlen der jeweiligen Drehwellen erfüllen die Beziehung, wie sie als Gleichung (1) nachstehend angegeben ist. Nc = Ns × ρ/(1 + ρ) + Nr × 1/(1 + ρ) (1)wobei Nc, Ns und Nr jeweils die Drehzahlen der Planetenträgerwelle 127, die Drehzahl der Sonnenradwelle 125 und die Drehzahl der Ringzahnradwelle 126 darstellen und ρ das Getriebeverhältnis des Sonnenrads 121 zu den Ringzahnrad 122 gemäß der nachfolgenden Gleichung ausdrückt: ρ = [Anzahl der Zähne des Sonnenrads 121]/[Anzahl der Zähne des Ringzahnrads 122]
Die Drehmomente dieser drei Drehwellen erfüllen feste Beziehungen, wie sie als Gleichungen (2) und (3) nachstehend angegeben sind, ungeachtet ihrer jeweiligen Drehzahlen: Ts = Tc × ρ/(1 + ρ) (2) Tr = Tc × 1/(1 + ρ) = Ts/ρ (3)wobei Tc, Ts und Tr jeweils das Drehmoment der Planetengetriebewelle 127, das Drehmoment der Sonnenradwelle 125 und das Drehmoment der Ringzahnradwelle 126 bezeichnen.
Die Funktionen des Planetengetriebes 120 ermöglichen dem Hybridfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Betrieb bzw. ein Fahren in unterschiedlichen Betriebsbedingungen. In dem Zustand eines Fahrens mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit unmittelbar nach dem Starten des Hybridfahrzeugs führt der Motor MG2 einen Leistungsbetrieb durch zum Übertragen der Leistung zu der Achse 112 und zum Antreiben des Hybridfahrzeugs, während die Maschine 150 stillgesetzt ist oder sich im Leerlauf befindet.
Erreicht die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs einen vorbestimmten Wert, dann veranlasst das Steuerungssystem 200 den Motor MG1 zur Durchführung des Leistungsbetriebs und bewirkt ein Antreiben und Starten der Maschine 150 mit dem Ausgangsdrehmoment durch den Leistungsbetrieb des Motors MG1. In diesem Falle wird das reaktive Drehmoment des Motors MG1 zu dem Ringzahnrad 122 über das Planetengetriebe 120 ausgegeben.
Wird die Maschine 150 angetrieben zum Drehen der Planetenträgerwelle 127, dann drehen sich die Sonnenradwelle 125 und die Ringzahnradwelle 126 unter einer Bedingung, die die Gleichungen (1) bis (3) gemäß der vorstehenden Angabe erfüllen. Die durch die Drehung der Ringzahnradwelle 126 erzeugte Leistung wird direkt den Rädern 116R und 116L zugeführt. Die durch die Drehung der Sonnenradwelle 125 erzeugte Leistung wird andererseits als elektrische Leistung durch den ersten Motor MG1 regeneriert. Der Leistungsbetrieb des zweiten Motors MG2 ermöglicht die Ausgabe der Leistung zu den Rädern 116R und 116L über die Ringzahnradwelle 126.
In dem Zustand eines stationären Fahrens wird die Ausgabe der Maschine 150 im Wesentlichen gleich der erforderlichen Leistung der Achse 112 (d.h. gemäß dem Ausdruck: Drehzahl × Drehmoment der Achse 112) eingestellt. In diesem Zustand wird ein Teil der Ausgabe der Maschine 150 direkt zu der Achse 112 über die Ringzahnradwelle 126 übertragen, während die verbleibende Leistung als elektrische Leistung durch den ersten Motor MG1 regeneriert wird. Der zweite Motor MG2 verwendet die regenerierte elektrische Leistung zur Bildung eines Drehmoments zum Drehen der Ringzahnradwelle 126. Die Achse 112 wird somit entsprechend einer geforderten Drehzahl und einem geforderten Drehmoment angetrieben. Der Steuerungs- bzw. Regelungsvorgang der Maschine 150 in dem stationären Fahrzustand wird nachstehend noch beschrieben.
Liegt ein Mangel an zur Achse 112 übertragenem Drehmoment vor, dann trägt der zweite Motor MG2 bezüglich des nicht ausreichenden Drehmoments bei. Die durch den regenerativen Betrieb des ersten Motors MG2 erhaltene elektrische Leistung und die in der HV-Batterie 194 akkumulierte elektrische Leistung werden für eine derartige Zusatzleistung verwendet. Auf diese Weise regelt das Steuerungssystem 200 den Betrieb der beiden Motoren MG1 und MG2 entsprechend der geforderten Leistung zur Ausgabe an die Achse 112.
Das Hybridfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel kann in den aktiven Zustand der Maschine 150 rückwärts fahren. Wird die Maschine 150 angetrieben, dann dreht sich die Planetenträgerwelle 127 in der gleichen Richtung wie in dem Falle des Vorwärtsantriebs. Wird der erste Motor MG1 zum Drehen der Sonnenradwelle 125 mit einer höheren Drehzahl als die Drehzahl der Planetenträgerwelle 127 gesteuert, dann wird die Drehrichtung der Ringzahnradwelle 126 zur Richtung des Rückwärtsantriebs invertiert, wie es sich aus der vorstehend angegebenen Gleichung (1) ergibt. Das Steuerungssystem 200 bewirkt eine Drehung des zweiten Motors MG2 in der Richtung des Rückwärtsantriebs und regelt das Ausgangsdrehmoment, sodass auf diese Weise die Rückwärtsfahrt des Hybridfahrzeugs ermöglicht wird.
In dem Planetengetriebe 120 können der Planetenträger 124 und das Sonnenrad 121 gedreht werden, während das Ringzahnrad 122 angehalten ist. Somit kann die Maschine 150 angetrieben werden, während das Fahrzeug steht. Befindet sich beispielsweise die HV-Batterie 194 in einem Zustand mit niedriger Ladung, dann wird die Maschine 150 angetrieben und veranlasst den ersten Motor MG1 zur Durchführung eines regenerativen Betriebs und des Ladens der HV-Batterie 194. Der Leistungsbetrieb des ersten Motors MG1 in dem stationären Zustand des Fahrzeugs bewirkt andererseits ein Antreiben und Starten der Maschine 150 mit dem Ausgangsdrehmoment.
C. Aufbau des Steuerungssystems des Ausführungsbeispiels
5 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung von Einzelheiten des Aufbaus des Steuerungssystems 200 in diesem Ausführungsbeispiel. Die Hauptsteuerungseinrichtung 270 umfasst eine Hauptsteuerungs-CPU 272 und eine Leistungsquellensteuerungsschaltung 274. Die Motorsteuerungseinrichtung 260 umfasst eine Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 und zwei Motorsteuerungs-CPU 264 und 266 zum jeweiligen Steuern der beiden Motoren MG1 und MG2. Jeder der Zentraleinheiten CPU ist auf einem Ein-Chip-Mikrocomputer einschließlich einer Zentraleinheit CPU, eines Speichers ROM, eines Speichers RAM, sowie Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen vorgesehen (nicht gezeigt).
Die Hauptsteuerungs-CPU 272 dient zur Bestimmung der steuerungsrelevanten Größen, beispielsweise der Verteilung der Drehzahlen und der Drehmomente der drei Antriebs- bzw. Kraftmaschinen 150, MG1 und MG2, und überträgt eine Vielzahl von erforderlichen Werten zu anderen Zentraleinheiten CPU und elektronischen Steuerungseinheiten ECU zur Steuerung des Betriebs der jeweiligen Antriebsmaschinen. Zur Bereitstellung einer derartigen Steuerung bzw. Regelung, werden Beschleunigungspositionssignale AP1 und AP2 zur Angabe der Beschleunigungseinrichtungsposition oder Öffnung, Getriebeschaltpositionssignale SP1 und SP2 zur Angabe der Getriebeschaltposition und das Zündsignal IG zur Angabe des zündungsbezogenen Betriebs, das von dem Zündsensor 169 zugeführt wird, direkt mit einem Eingangsanschluss der Hauptsteuerungs-CPU 272 verbunden. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 empfängt ebenfalls ein Bremssignal BT, das von dem Bremssensor 163 über die Bremsen-ECU 220 übertragen wird. Sowohl der Beschleunigungseinrichtungssensor 165 als auch der Getriebeschaltpositionssensor 167 umfassen einen dualen Aufbau, d.h. umfassen zwei Sensorelemente. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 empfängt somit zwei Beschleunigungspositionssignale AP1 und AP2 und zwei Getriebeschaltpositionssignale SP1 und SP2. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 steuert ebenfalls den Ein-Aus-Zustand des Hauptsystemrelais SMR zum Verbinden und Trennen der Hochspannungsleistungsquelle von der HV-Batterie 194, wie es vorstehend angegeben ist. Zum Zwecke der Ein-Aus-Steuerung überwacht die Hauptsteuerungs-CPU 272 den Zustand des Zündsensors 169, der eine Drehbewegung eines Zündschalters (Zündschlüssel) erfasst. An einer inneren Tafel angeordnete Anzeigeeinrichtungen und Lampen sind mit einer Ausgangsschnittstelle der Hauptsteuerungs-CPU 272 verbunden. In der Darstellung gemäß 5 ist lediglich eine Diagnoselampe 291 als ein typisches Beispiel veranschaulicht. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 steuert ihre Ausgangsschnittstelle zum direkten Aufleuchten dieser Anzeigeeinrichtungen und Lampen.
Gemäß der Darstellung in 5 ist die Hauptsteuerungs-CPU 272 mit dem Wandler 252 zur Umwandlung des Hochspannungsgleichstroms der HV-Batterie 194 in einen Niederspannungsgleichstrom, und mit einem Spannungssensor 199 verbunden, der auf der Hilfsmaschinenbatterie 198 angeordnet ist, zur Messung der Spannung der Hilfsmaschinenbatterie 198 und Ausgeben eines Messsignals VCE. Der Zündsensor 169 gibt ein Startanforderungssignal IG in Abhängigkeit von einer Drehbewegung. des Zündschlüssels aus. Das Startanforderungssignal IG schaltet das Relais 197 zum Ermöglichen einer Leistungszufuhr der Niedervoltleistungsquelle Vcc ein. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 empfängt die Leistungszufuhr der Niederspannungsleistungsquelle Vcc, schaltet die Hauptsystemrelais SMR entsprechend der Spannung VCE der Hilfsmaschinenbatterie 198 ein und aus und steuert die Betriebsvorgänge der Wandler 252 entsprechend den Erfordernissen. Die in der Hauptsteuerungseinrichtung 270 enthaltene Leistungsquellensteuerungsschaltung 274 dient als eine Überwachungsschaltung zum Überwachen der Abnormalität der Hauptsteuerungs-CPU 272.
Die Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 überträgt erforderliche elektrische Ströme I1req und I2req zu den beiden Motorsteuerungs-CPU 264 und 266 auf der Basis erforderlicher Drehmomente T1req und T2req der beiden Motoren MG1 und MG2 entsprechend Angaben der Hauptsteuerungs-CPU 272. Die Motorsteuerungs-CPU (Zentraleinheiten) 264 und 266 geben jeweils Steuerungssignale Sw1 und Sw2 entsprechend den erforderlichen elektrischen Strömen I1req und I2req ab zum Steuern der Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 und Antreiben der Motoren MG1 und MG2. Die Geschwindigkeitssensoren (Drehzahlsensoren) der Motoren MG1 und MG2 führen Drehzahlen REV1 und REV2 der Motoren MG1 und MG2 zu der Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 zurück. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 empfängt die Drehzahlen REV1 und REV2 der Motoren MG1 und MG2 sowie einen Wert eines elektrischen Stroms IB, der von der HV-Batterie 194 zu den Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 zugeführt wird, die sämtlich von der Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 zurückgeführt werden.
Die Batterie-ECU 230 überwacht den Zustand des Ladens oder den Ladezustand SOC der HV-Batterie 194 und führt einen erforderlichen Ladewert CHreq der HV-Batterie 194 entsprechend des Erfordernisses der Hauptsteuerungs-CPU 272 zu. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 bestimmt die Ausgabe jeder Antriebsmaschine unter Berücksichtigung des erforderlichen Ladewerts CHreq. Im Falle des Erfordernisses einer Aufladung veranlasst die Hauptsteuerungs-CPU 272 die Maschine 150 zur Ausgabe einer größeren Leistung im Vergleich zu dem Wert, der für einen Antrieb erforderlich ist, und verteilt einen Teil der Ausgangsleistung zu dem Ladevorgang mittels des ersten Motors MG1.
Die Bremsen-ECU 220 führt eine Steuerung durch zum Ausgleich einer (nicht gezeigten) hydraulischen Bremse mit der regenerativen Bremse mittels des zweiten Motors MG2 durch. Dies ist dadurch bedingt, dass der zweite Motor MG2 den regenerativen Betrieb zum Laden der HV-Batterie 194 im Verlauf des Bremsens des Hybridfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel durchführt. In Verbindung mit einem konkreten Ablauf überträgt die Bremsen-ECU 220 ein erforderliche regenerative Leistung REGreq zu der Hauptsteuerungs-CPU 272 auf der Basis des mittels des Bremssensors 163 gemessenen Bremsdrucks BP. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 bestimmt die jeweiligen Betriebsvorgänge der Motoren MG1 und MG2 in Abhängigkeit von der erforderlichen regenerativen Leistung REGreq und führt eine tatsächliche regenerative Leistung REGprac zur Bremsen-ECU 220 zurück. Die Bremsen-ECU 220 regelt einen Bremsbetrag der hydraulischen Bremse auf einen angemessenen Wert auf der Basis des erfassten Bremsdrucks BP und der Differenz zwischen die erforderlichen regenerativen Leistung REGreq und der tatsächlichen regenerativen Leistung REGprac.
D. Steuerung durch die Maschinen-ECU
Die Maschinen-ECU 240 steuert die Maschine 150 entsprechend einer Solldrehzahl NE*, die von der Hauptsteuerungs-CPU 272 übertragen wird, wie es nachstehend noch angegeben ist. Die Maschinen-ECU 240 führt grundsätzlich eine Regelung der Drehzahl durch. Die Hauptsteuerungs-CPU 272 bestimmt die Solldrehzahl NE*. Die Maschinen-ECU 240 erhält die tatsächliche Drehzahl NE der Maschine 150 und berechnet die Differenz ΔN zwischen der tatsächlichen Drehzahl NE und der Solldrehzahl NE*. Ist die tatsächliche Drehzahl NE niedriger als die Solldrehzahl NE*, dann regelt die Maschinen-ECU 240 den Drosselmotor 152 zum Vergrößern der Öffnung θ des Drosselventils bzw. der Drosselklappe 151. Die Maschinen-ECU 240 steuert ebenfalls das Luft-Brennstoffverhältnis. Wird die Drosselklappe 151 zum Vergrößern der Ansaugluftmenge geöffnet, dann vergrößert sich die Brennstoffeinspritzmenge τ in gleicher Weise. Den Ablauf zur Regelung führt eine PID-Regelung mit einer hohen Verstärkung G1 in einem Bereich einer signifikant großen Differenz ΔN zwischen der tatsächlichen Drehzahl NE und der Solldrehzahl NE* durch. Vermindert sich die Differenz ΔN und liegt sie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von ±E1, dann ändert der Steuerungsablauf die Verstärkung auf einen Wert G2, der niedriger als der Wert G1 ist. Vermindert sich die Differenz ΔN weiter und erreicht einen schmalen Bereich von ±E2 (E2 < E1), dann ändert der Steuerungsablauf die Verstärkung um einen vorbestimmten Übersprungwert, mittels dessen erreicht wird, dass die Drehzahldifferenz ΔN in diesem schmalen Bereich ±E2 gehalten wird. Auch in dem Steuerungssystem, bei dem die Antwort eine Zeitverzögerung erster Ordnung wie in dem Fall der Maschine 150 aufweist, gewährleistet diese Anordnung die Stabilität der Regelung und führt zu einer Übereinstimmung der tatsächlichen Drehzahl mit der Solldrehzahl.
Die Drosselöffnung θ wird ohnehin mit einer Vergrößerung der Differenz ΔN vergrößert. Das Hybridfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel regelt die Differenz ΔN zur Anpassung der Ausgabe (Drehzahl × Drehmoment) der Maschine 150. Zur Verbesserung der Ausgabe der Maschine 150 führt das Hybridfahrzeug eine Regelung bezüglich der Differenz ΔN zwischen der Solldrehzahl NE* und der tatsächlichen Drehzahl NE durch. Die Steuerung kann dabei die Solldrehzahl NE* anheben oder kann die Drehzahlen der Motoren MG1 und MG2, die miteinander über das Planetengetriebe 120 verbunden sind, entsprechend der vorstehend angegebenen Gleichung (1) regeln, um zwingend die Drehzahl der Kurbelwelle 156 zu vermindern.
Unter der Bedingung, dass die Regelung veranlasst, dass die Maschine 150 mit der Solldrehzahl NE* angetrieben wird (Differenz ΔN = 0), bewirkt eine Verminderung des reaktiven Drehmoments, das auf die Kurbelwelle 156 wirkt, eine unmittelbare Erhöhung der Drehzahl NE der Maschine 150. Eine Verminderung des reaktiven Drehmoments wird beispielsweise durch eine Verminderung des Betätigungsbetrags AP des Beschleunigungspedals oder durch eine Verminderung der Last der Antriebswelle entsprechend der Ausgestaltung der zu befahrenden Fläche bewirkt, beispielsweise eine Änderung von einem Anstieg zu einem Gefälle. Die erhöhte Drehzahl NE bewirkt die Drehzahldifferenz ΔN. Die Maschinen-ECU 240 verkleinert die Öffnung θ der Drosselklappe 151 und vermindert die Ausgabe der Maschine 150 zum Aufheben der Differenz ΔN. Wird die Drehzahl der Maschine 150 durch eine Vergrößerung der Last im Gegensatz dazu vermindert, dann tritt ebenfalls eine Drehzahldifferenz ΔN auf. Die Maschinen-ECU 240 erweitert die Öffnung θ der Drosselklappe 151 und vergrößert so unmittelbar die Ausgabe der Maschine 150 zum Aufheben der Differenz ΔN. Die Ausgabe der Maschine 150 ist ebenfalls veränderlich durch Verändern der Solldrehzahl NE*.
Während die Maschinen-ECU 240 die Regelung der Drehzahl der Maschine 150 durchführt, stellt gemäß der vorstehenden Beschreibung die Hauptsteuerungseinrichtung 270 die Bedingungen ein zum Bewirken der Drehzahldifferenz ΔN, um es zu ermöglichen, dass die gewünschte Leistung aus der Maschine 150 entnommen werden kann. Auch in dem Fall einer plötzlichen Änderung in der Belastung erfordert dieser Regelungsablauf keine Erneuerung der der Maschine 150 zugeführten Sollausgabe (Sollausgangsleistung). Die Maschinen-ECU 240 überträgt die tatsächliche Drehzahl NE der Maschine 150 zu der Hauptsteuerungs-CPU 272, sodass die Hauptsteuerungs-CPU 272 ständig über die tatsächliche Drehzahl NE der Maschine 150 informiert ist.
E. Andere Ausführungen
Gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt die Hauptsteuerungs-CPU 272 die Solldrehzahl der Maschine 150 und die Ausgangsleistungen der Motoren MG1 und MG2, und überträgt die erforderlichen Werte zu der ECU 240 und den Zentraleinheiten CPU 264 und 266, die mit den tatsächlichen Steuerungen bzw. Regelungen befasst sind. Die elektronische Steuerungseinheit ECU 240 und die Zentraleinheiten CPU 264 und 266 steuern die entsprechenden Antriebsmaschinen in Abhängigkeit von den erforderlichen Werten. Das Hybridfahrzeug wird daher mit einer angemessenen Leistungsabgabe an der Achse 112 entsprechend dem Fahrzustand angetrieben. In dem Falle des Bremsens kooperiert die Bremsen-ECU 220 mit der Hauptsteuerungs-CPU 272 zum Regeln des Betriebs der jeweiligen Antriebsmaschinen und der hydraulischen Bremse. Diese Anordnung gewährleistet einen wunschgemäßen Bremsvorgang, der dem Fahrer keinen unangenehmen Eindruck vermittelt, während eine Regeneration der elektrischen Leistung ermöglicht wird.
Die beiden Zentraleinheiten CPU 262 und 272 sind mit einer Abnormalitätsdatensatz-Aufzeichnungsschaltung 280 über bidirektionale Kommunikationsleitungen 214 und 216 zum Lesen und Schreiben von Daten verbunden. Eine weitere bidirektionale Kommunikationsleitung 212 ist zwischen der Hauptsteuerungs-CPU 272 und der Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 vorgesehen zum Übertragen einer Vielzahl von Daten einschließlich der Verifikation der Gültigkeit des Ablaufs.
Eine Eingangsschnittstelle der Abnormalitätsdatensatz-Aufzeichnungsschaltung 280 empfängt Rücksetzsignale RES1 und RES2, die zwischen der Hauptsteuerungs-CPU 272 und der Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 übertragen werden. Die Abnormalitätsdatensatz-Aufzeichnungsschaltung 280 registriert die eingegebenen Rücksetzsignale REST und RES2 in einem intern angeordneten Speicher EEPROM 282. Insbesondere weist die Abnormalitätsdatensatz-Aufzeichnungsschaltung 280 die Funktion des Überwachens des Erzeugens der Rücksetzsignale und die Registrierung des Erzeugnisdatensatzes in Abhängigkeit von einem Rücksetzen der Hauptsteuerungs-CPU 272 oder der Hauptmotorsteuerungs-CPU 262 auf.
F. Steuerungsablauf in Abhängigkeit von einer Fehlererfassung
Die nachfolgende Beschreibung betrifft den Regelungsablauf, der durchgeführt wird, wenn eine Abnormalität in der HV-Batterie 194 oder der Ansteuerungsschaltung 191 auftritt. Tritt ein Fehler in der HV-Batterie 194 oder in der Ansteuerungsschaltung 191 in Verbindung mit einer Überschneidung mit dem normalen Ein- und Ausschaltvorgang der als Schaltelemente dienenden Transistoren Tr auf, dann stellt der Steuerungsablauf gemäß der vorstehenden Beschreibung das Systemhauptrelais SMR auf AUS und ermöglicht es dem Fahrzeug, in der batterielosen Antriebsbetriebsart gefahren zu werden. In einem derartigen Fall dient der Motor MG1 als der Generator unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft. Der Fehler der HV-Batterie 194 wird identifiziert, beispielsweise wenn sich der Ladezustand oder die verbleibende Ladung SOC, die erhalten wird durch eine erfasste Spannung mittels des HV-Batteriesensors 196, nicht durch die Lade- oder Entladesteuerung über die Ansteuerungsschaltung 191 ändert, oder wenn ein abnormaler Temperaturpegel mittels eines (nicht gezeigten) Temperatursensors erfasst wird. Der Fehler des Schaltelements in der Ansteuerungsschaltung 191 wird auf der Basis von Messungen der Stromsensoren 181 und 182 identifiziert.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Fehlererfassungszeitsteuerungsroutine, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel verarbeitet wird. Diese Steuerungsroutine wird zur Zeit der Erfassung des Fehlers durchgeführt und verarbeitet, nachdem das Systemhauptrelais SMR ausgeschaltet ist. Das Systemhauptrelais SMR wird zur Zeit des Erfassens des Fehlers ausgeschaltet, da die Leistungserzeugung des Motors MG1 unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft im. Allgemeinen die Zwischenleistungsversorgungsleitungsspannung zwischen den Leistungsversorgungsleitungen L1 und L2 der Ansteuerungsschaltung 191 unter die Zwischenanschlussspannung der HV-Batterie 194 vermindert. Ergibt ein Vergleich zwischen der Zwischenleistungsversorgungsleitungsspannung und der Zwischenanschlussspannung, dass die Zwischenanschlussspannung der HV-Batterie 194 niedrig ist, dann wird der Regelungsablauf das Systemhauptrelais SMR nicht ausschalten.
Tritt das Programm in die durch das Ablaufdiagramm in 6 gezeigte Steuerungsroutine ein, dann liest der Ablauf zuerst die gegenwärtige Geschwindigkeit SPD, den Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals, die Drehzahl Nd der Antriebswelle (d.h. der Achse) gemäß Schritt S100 und bestimmt die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 auf der Basis dieser Eingaben gemäß Schritt S110. Der konkrete Ablauf des Schritts S110 liest die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 aus einem zur Steuerung in dem Zustand eines Fehlers gemäß der Darstellung in 7 vorgesehenen Kennfeld. In dem Kennfeld von 7, wie es in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, vergrößert sich die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 mit einer Vergrößerung der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD. Die durchgezogene Kurve in 7 bezeichnet die Grundkennlinie ohne Berücksichtigung des Betätigungsbetrags AP des Beschleunigungspedals. In diesem Zustand ist jedoch die Solldrehzahl NE* entsprechend dem Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals veränderlich. In einem Bereich mit niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Solldrehzahl NE* mit einer Vergrößerung des Betätigungsbetrags AP des Beschleunigungspedals angehoben. Dieser Bereich mit niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit ist als eine schraffierte Fläche ORA in 7 gezeigt. Betätigt in einem konkreten Beispiel der Fahrer das Beschleunigungspedal zu seiner voll geöffneten Position, dann wird die Solldrehzahl NE* um 700 1/min höher eingestellt als der Grundwert. Wird das Beschleunigungspedal zu der Hälfte der Öffnung betätigt, dann wird die Solldrehzahl NE* um 300 1/min höher als der Basiswert eingestellt. Die Linie der gestrichelten Linie GD in 7 bezeichnet die Kennlinie der Solldrehzahl NE* unter der Bedingung, dass das Beschleunigungspedal zu der voll geöffneten Position betätigt ist.
Ein anderer Ablauf kann die Maschinendrehzahl NE* unter Berücksichtigung der Differenz bzw. des Differentials des Betätigungsbetrags AP des Beschleunigungspedals einstellen. Betätigt der Fahrer das Beschleunigungspedal, dann wird dieser Ablauf die Solldrehzahl NE* im Voraus erhöhen, während die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD noch immer niedrig ist. Insbesondere erhöht dieser Ablauf die Solldrehzahl NE* auf einen höheren Wert als der Wert in dem stationären Zustand, in Abhängigkeit von dem Kennfeld, bei dem die Solldrehzahl NE* gegen die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD aufgetragen ist und dem Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals. Dieses Verfahren gewährleistet in effektiver Weise die zukünftige Ausgabe der Maschine 150, die innerhalb einer kurzen Zeitdauer gefordert wird.
Die Drehzahl Nd der Achse oder der Antriebswelle, die Drehzahl NE der Maschine 150 und die Drehzahl Ng des Motors MG1 erfüllen eine Beziehung gemäß der vorstehenden Gleichung (1). Insbesondere besteht die Beziehung gemäß: NE = Ng × ρ/(1 + ρ) + Nd × 1/(1 + ρ) (1a)
Die Drehzahl Nd der Achse wird eindeutig aus der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD erhalten. Die Einstellung der Drehzahl NE der Maschine 150 bestimmt somit eindeutig die Drehzahl NG des Motors MG1. Diese Beziehung ist in dem Kennfeld gemäß 8 gezeigt. Die drei Drehzahlen Nd, NE und Ng bilden immer eine gerade Linie (Betriebslinie OL). Die Drehzahl des Motors MG1 wird somit durch Regeln der Drehzahl NE der Maschine 150 angepasst. Hinsichtlich der Regelung der Maschine 150 liegt eine Zeitverzögerung vor. Die Einstellung der Solldrehzahl NE* bewirkt nicht unmittelbar, dass die tatsächliche Drehzahl des Motors MG1 mit der berechneten Drehzahl übereinstimmt. Der Ablauf liest sodann die Drehzahl Ng des Motors MG1 in Schritt S120.
In der Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Drehzahl Ng des als Generator dienenden Motors MG1 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD und dem Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals veränderlich. Dies liegt daran, dass eine maximal erzeugte Ausgabe Pgmx, die aus dem Motor MG1 in seiner Funktion als Generator durch die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft entnommen werden kann, von der Drehzahl Ng des Motors MG1 abhängt. Der Ablauf bestimmt die maximale erzeugte Ausgabe Pgmx des Motors MG1 gemäß Schritt S130.
Der Ablauf der Bestimmung der maximal erzeugten Ausgabe Pgmx wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Im Falle der Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft entsprechend der Darstellung durch die charakteristischen Kennlinien der lastlosen Leistungserzeugung NL und der maximalen Leistungserzeugung LD in 9 steigt die Spannung V der Leistungserzeugung mit einer Vergrößerung der Drehzahl Ng des Motors MG1 an. Die erzeugte Ausgabe P steigt mit einer Vergrößerung der Drehzahl Ng gemäß der Darstellung in 10 an. Unter der Bedingung einer festgelegten Drehzahl Ng vermindert sich die Spannung V der Leistungserzeugung mit einer Vergrößerung der erzeugten Ausgabe P gemäß der Darstellung in 11. Überschreitet die erzeugte Ausgabe (Ausgangsleistung) P einen vorbestimmten Wert Pgmx, dann vermindert sich die Spannung V plötzlich. Die Spannung V der Leistungserzeugung, die kleiner als ein voreingestellter Wert ist, erlaubt es nicht, dass der Wandler 252 (Konverter) aktiviert wird. Der Ablauf gemäß dem Ausführungsbeispiel stellt somit die obere Grenze der Leistungserzeugung ein, die sicherstellt, dass die Spannung V der Leistungserzeugung nicht kleiner als 150 V ist, als die maximal erzeugte Ausgabe Pgmx. Die grafische Darstellung der 11 zeigt die Kennlinie, wenn die Drehzahl Ng des Motors MG1 gleich 600 1/min ist. In diesem Fall beträgt die maximal erzeugte Ausgabe (Ausgangsleistung) Pgmx etwa 4 kW.
Der Ablauf gibt die Drehzahl Ng des Motors MG1 in Schritt S120 ein und liest die maximal erzeugte Ausgabe Pgmx entsprechend der eingegebenen Drehzahl Ng aus dem im Voraus gespeicherten Kennfeld gemäß Schritt S130. Der Ablauf berechnet nachfolgend ein erforderliches Drehmoment Td der Achse aus der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit SPD und dem Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals gemäß Schritt S140 und bestimmt ein Ausgabedrehmoment Tm des Motors MG2 zum Erreichen des geforderten Drehmoments Td gemäß Schritt S150. Der Ablauf berechnet sodann eine Leistungsaufnahme bzw. einen Leistungsaufnahmebetrag Pm gemäß Schritt S160 und regelt das Ausgangsdrehmoment Tm zum Beschränken des berechneten Leistungsaufnahmebetrags Pm auf die maximal erzeugte Ausgabe Pgmx gemäß Schritt S170. Der Ablauf steuert nachfolgend den Ein- und Ausschaltzustand der Schaltelemente oder Transistoren Pr11 bis Pr16 in der Ansteuerungsschaltung 192, und veranlasst den Motor MG2 zur Durchführung des Leistungsbetriebs mit dem Drehmoment Tm gemäß Schritt S180.
Die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft bewirkt nicht die Durchführung der Ein- und Ausschaltsteuerung der Transistoren in der ersten Ansteuerungsschaltung 191. Solange keine Last zwischen die Anschlüsse des Motors MG1 geschaltet ist, wenn sich der Rotor mit den daran angeordneten Permanentmagneten dreht zum Ändern der Dichte des die Drei-Phasenspule 131 durchdringenden magnetischen Flusses, wird eine elektromotorische Gegenkraft zwischen den Anschlüssen zum Aufheben der Änderung in der Dichte des magnetischen Flusses erzeugt. Wird die elektromotorische Gegenkraft zwischen den Anschlüssen jeder Phasenspule in dem Motor MG1 erzeugt und ist eine Last zwischen die Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 geschaltet, dann fließt gemäß der Darstellung in 3 der elektrische Strom über die Schutzdiode, die zwischen den Kollektor und den Emitter jedes der Transistoren Tr1 bis Tr6 geschaltet ist. Die Größe des elektrischen Stroms hängt von der Größe der Last ab. Insbesondere erzeugt die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft automatisch die elektrische Leistung entsprechend der durch die Last aufzunehmenden elektrischen Leistung innerhalb des Bereichs der maximal erzeugten Ausgabe Pgmx. In der Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Größe der Belastung angepasst durch Regeln der EIN-Zeit der Transistoren Tr11 bis Tr16 des Leistungsbetriebs des Motors MG2.
Tritt ein beliebiger Fehler in der HV-Batterie 194 oder in der ersten Ansteuerungsschaltung 191 auf, dann schaltet die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel das Systemhauptrelais SMR aus und ermöglicht es dem Fahrzeug, in der batterielosen Antriebsbetriebsart betrieben zu werden. In der batterielosen Antriebsbetriebsart wird die Maschine 150 betrieben und wird der Motor MG1 als der Generator unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft verwendet. Dies gewährleistet eine Leistung von mehreren Kilowatt. Im Falle des Notfahrbetriebs in einem Fehlerzustand gewährleistet diese Anordnung eine bestimmte Höhe der Fahrzeuggeschwindigkeit und eine bestimmte Fahrentfernung, die durch die verbleibende Brennstoffmenge (Benzin) in dem Fahrzeug bestimmt ist. Tritt beispielsweise eine Abnormalität bei dem Fahrzeug während eines Fahrens auf einer Schnellstraße auf, dann ermöglicht diese Anordnung das Fahren des Fahrzeugs bei der bestimmten Größe der Fahrzeuggeschwindigkeit, sodass hierdurch ein sicherer Fahrbetrieb gewährleistet ist.
Der Ablauf gemäß dem Ausführungsbeispiel ändert die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 in Abhängigkeit von der geforderten Leistung des Fahrzeugs und regelt in entsprechender Weise die Drehzahl Ng des Motors MG1, der als Generator dient, zur Anpassung der maximal erzeugten Ausgabe Pgmx in der Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft. Diese Anordnung verhindert in effektiver Weise, dass die Maschine 150 kontinuierlich in einem Hochgeschwindigkeitsbereich betrieben und damit überhitzt wird. Die Drehzahlen der Maschine 150 und des Motors MG1 sind in Abhängigkeit von der Ausgabe des Fahrzeugs veränderlich. Dies bewirkt, dass der Fahrer einen angenehmen und stimmigen Eindruck während des Fahrens des Fahrzeugs hat.
Die Anordnung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann einigen Änderungen unterworfen werden. In dem Aufbau des Ausführungsbeispiels führt die Maschinen-ECU 240 die Regelung der Drehzahl der Maschine 150 durch, und überträgt die Hauptsteuerungs-CPU 272 die Solldrehzahl NE* zu der Maschinen-ECU 240 mittels einer Kommunikation. In einem abgewandelten Aufbau gemäß der nachstehenden Beschreibung besteht keine Kommunikation zwischen der Hauptsteuerungs-CPU 272 und der Maschinen-ECU 240 In diesem Beispiel regelt die Maschinen-ECU 240 unabhängig die Solldrehzahl NE* der Maschine 150. Ein Beispiel des in diesem abgewandelten Aufbau durchgeführten Ablaufs ist in den Ablaufdiagrammen der 12 und 14 gezeigt. Das Ablaufdiagramm gemäß 12 zeigt eine durch die Hauptsteuerungs-CPU 272 durchzuführende Steuerungs- bzw. Regelungsroutine, und das Ablaufdiagramm von 14 zeigt eine Steuerungsroutine zur Durchführung mittels der Maschinen-ECU 240.
Bestimmt in Schritt S200 die Hauptsteuerungs-CPU 272 auf der Basis der Fahrbedingungen des Fahrzeugs, das eine Vergrößerung der Drehzahl der Maschine 150 erforderlich ist, dann vergrößert die Hauptsteuerungs-CPU 272 das Ausgangsdrehmoment Tm des Motors MG2 innerhalb einer kurzen Zeitdauer gemäß Schritt S210. Dieser Ablauf vergrößert den durch den Motor MG2 fließenden elektrischen Strom und vergrößert somit das Belastungsmoment des als Generator dienenden Motors MG1. Das Lastmoment wirkt auf die Maschine 150 ein, sodass die Drehzahl NE der Maschine 150 zeitweilig zu einer Zeit tp1 gemäß der Darstellung in der 13 vermindert ist. Bestimmt die Hauptsteuerungs-CPU 272 in Schritt S200 auf der Basis der Fahrbedingungen des Fahrzeugs, dass eine Verminderung der Drehzahl der Maschine 150 erforderlich ist, dann vermindert andererseits die Hauptsteuerungs-CPU 272 das Ausgangsdrehmoment Tm des Motors. MG2 innerhalb einer kurzen Zeitdauer gemäß Schritt S220. Dieser Ablauf vermindert den durch den Motor MG2 fließenden elektrischen Strom und bewirkt somit eine Verminderung des Lastmoments des als Generator dienenden Motors MG1. Die Drehzahl NE der Maschine 150 wird somit zeitweilig zu einer Zeit tp2 gemäß der Darstellung in 13 erhöht.
Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 14 überwacht die Maschinen-ECU 240 in kontinuierlicher Weise die Drehzahl der Maschine 150 gemäß Schritt S300. Stimmt die tatsächliche Drehzahl NE der Maschine 150 mit der Solldrehzahl NE* gemäß Schritt S305 überein, dann führt die Maschinen-ECU 240 eine Reihe von Verarbeitungen durch, die nachstehend im Einzelnen noch beschrieben werden. Die Maschinen-ECU 240 vergleicht eine Änderung ΔNN in der Drehzahl NE je Zeiteinheit mit einem vorbestimmten Bereich ±ΔNref gemäß Schritt S310. Gilt ΔNN < –ΔNref, dann vergrößert die Maschinen-ECU 240 die Solldrehzahl NE* um einen voreingestellten Wert N1 von dem gegenwärtigen Pegel gemäß Schritt S320. Gilt hingegen ΔNN > ΔNref, dann vermindert die Maschinen-ECU 240 die Solldrehzahl NE* um einen voreingestellten Wert N1 von dem gegenwärtigen Pegel gemäß Schritt S330. In dem Fall, dass die Änderung ΔNN in der Drehzahl NE innerhalb des vorbestimmten Bereichs von ±ΔNref liegt, bewirkt die Maschinen-ECU 240 keine Änderung der Solldrehzahl NE* der Maschine 150, sondern behält den gegenwärtigen Wert bei.
Da die Hauptsteuerungs-CPU 272 und die Maschinen-ECU 240 keine Daten übertragen, ermöglicht es der vorstehende Steuerungsablauf der Hauptsteuerungs-CPU 272, die Drehzahl der Maschine 150 zu ändern. In dem Aufbau, der eine Kommunikation zwischen der Hauptsteuerungs-CPU 272 und der Maschinen-CPU 242 erlaubt, ermöglicht diese Anordnung, dass sich die Drehzahl der Maschine 150 dem gewünschten Pegel annähert, und stellt die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels bereit, auch wenn ein Fehler in dem Kommunikationssystem auftritt. Diese Anordnung regelt die Ausgabe der Maschine in Abhängigkeit von dem angeforderten Drehmoment des Fahrzeugs und ermöglicht es dem Fahrzeug, mit dem erforderlichen Drehmoment gefahren zu werden.
Der vorstehende Ablauf regelt die Solldrehzahl NE* in Abhängigkeit von einer Änderung in der tatsächlichen Drehzahl NE der Maschine 150. In einer weiteren abgeänderten Ausführung erfasst die Maschinen-ECU 240 direkt das Verhalten des Beschleunigungspedals, d.h. die Änderung in der Betätigung AP des Beschleunigungspedals (die Betätigung in der Öffnungsrichtung oder die Betätigung in der Schließrichtung). Die Maschinen-ECU 240 regelt die Solldrehzahl NE* auf der Basis des erfassten Verhaltens des Beschleunigungspedals.
G. Batterieloser Antrieb im Normalzustand der Inverter
Die Anordnung des vorstehenden Ausführungsbeispiels bewirkt, dass das Fahrzeug in der batterielosen Antriebsbetriebsart betrieben werden kann, bei der die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft unter der Annahme durchgeführt wird, dass ein Fehler in der HV-Batterie 194 oder einem weiteren zugehörigen Element aufgetreten ist. Das Fahrzeug kann alternativ in einer weiteren Art der batterielosen Antriebsbetriebsart betrieben werden, bei der die Leistungserzeugung nicht die elektromotorische Gegenkraft verwendet, sondern die Ansteuerungsschaltung 191 und 192 als Inverter verwendet. Das Fahrzeug kann bei dieser Art der batterielosen Antriebsbetriebsart in dem normalen Zustand oder in einem abnormalen Zustand mit einem Fehler in der HV-Batterie 194 betrieben werden, wobei in diesem Fall keine Abnormalität in den als Inverter dienenden Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 auftritt. Tritt lediglich in der HV-Batterie 194 eine Abnormalität auf, dann erfolgt bei dem batterielosen Fahren ein Trennen der HV-Batterie 194 in vorteilhafter Weise, und es wird ein Fahren mit einer großen möglichen Leistung gewährleistet. Das batterielose Fahren bewirkt ebenfalls einige Vorteile in dem normalen Zustand, bei dem sowohl die HV-Batterie 194 als auch die Ansteuerungsschaltungen 191 und 192 alle in normaler Weise arbeiten. Das Fahren des Fahrzeugs in dem Zustand, dass der Leistungserzeugungsbetrag vollständig mit der Leistungsaufnahme ausgeglichen ist, erfordert weder ein Laden noch ein Entladen der HV-Batterie 194, sodass in wünschenswerter Weise die Lebensdauer der HV-Batterie 194 verlängert wird. In dem Fall, dass die HV-Batterie 194 eine übergroße Temperatur durch einen Lade- oder Entladeprozess aufweist, ermöglicht es das batterielose Fahren mit der zeitweilig getrennten HV-Batterie 194 in vorteilhafter Weise, dass Zeit zum Kühlen der HV-Batterie 194 zur Verfügung gestellt wird.
In dem Falle des batterielosen Fahrens in dem Normalzustand ist es erforderlich, den Leistungserzeugungsbetrag durch den Motor MG1 in Ausgleich mit dem Leistungsaufnahmebetrag durch den Motor MG2 zu bringen. Dies wird durch eine Reihe nachstehend beschriebener Abläufe erreicht:

(1) Der Ablauf bestimmt den gegenwärtigen Leistungsaufnahmebetrag des Motors MG2 einschließlich eines Verlusts des Systems zur Berechnung einer erforderlichen Ausgabe der Leistungserzeugung Pgr, die die mittels des als Generator dienenden Motors MG1 zu erzeugende elektrische Leistung darstellt.
(2) Berechnen des Solldrehmoments Tgi: Der Ablauf berechnet ein Solldrehmoment Tgi des als Generator dienenden Motors MG1 als die Summe eines Grunddrehmoments Tgb und eines PI-geregelten Werts Tgf durch eine Spannungsrückführung (Rückkopplung) der Ansteuerungsschaltungen 191 und 192.
(3) Berechnung eines Maximalbetrags der Leistungsaufnahme Pmmx: Der Ablauf berechnet einen maximalen Betrag der Leistungsaufnahme Pmmx durch den Motor MG2.
(4) Berechnung des Solldrehmoments Tm: Der Ablauf berechnet ein Solldrehmoment Tm des Motors MG2, um den Leistungserzeugungsbetrag durch den Motor MG1 in Ausgleich zu dem Leistungsaufnahmebetrag durch den Motor MG2 zu bringen.

Das batterielose Fahren in dem Normalzustand wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 15 beschrieben. Tritt das Programm in die Steuerungsroutine gemäß 15 ein, dann liest der Ablauf zuerst die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit SPD, den Betätigungsbetrag AP des Beschleunigungspedals, und die Drehzahl Nd der Antriebswelle (d.h. der Achse) gemäß Schritt S400, und bestimmt die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 auf der Basis dieser Eingaben gemäß Schritt S410. Der konkrete Ablauf des Schritts S410 liest die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 aus einem zuvor bereitgestellten Kennfeld. Hierbei ist dieses Kennfeld unterschiedlich zu dem Kennfeld zur Steuerung des Fehlerzustands gemäß der Darstellung in 7, und ist entsprechend der Antriebseffizienz der Maschine 150 eingestellt.
Der Ablauf liest sodann die Werte der jeweiligen Sensoren zum Erhalten der Drehzahlen Ng und Nm der Motoren MG1 und MG2 und des gegenwärtigen Drehmoments Tmi – 1 des Motors MG2 gemäß Schritt S420. Hierbei bezeichnet der Index „i – 1" den gegenwärtig erfassten Wert, und der Zusatz „i" bezeichnet den auszugebenden gesteuerten bzw. geregelten Wert.
Der Ablauf berechnet sodann nacheinander die erforderliche Ausgabe der Leistungserzeugung Pgr gemäß Schritt S430, das Solldrehmoment Tgi des Motors MG1 aus dem Grunddrehmoment Tgb und dem spannungsgeregelten Drehmoment Tgf gemäß den Schritten S440 und S450, den Maximalbedarf der Leistungsaufnahme Pmmx gemäß Schritt S460, und das Solldrehmoment Tm des Motors MG2 gemäß Schritt S470. Die Einzelheiten dieses Ablaufs werden nachstehend beschrieben.
(1) Der Ablauf berechnet die erforderliche Ausgabe der Leistungserzeugung Pgr (Schritt S430).
Der Ablauf berechnet zuerst die gegenwärtig von dem Motor MG2 aufgenommene Leistung Pm aus der Drehzahl und dem Drehmoment, die in Schritt S420 gemäß der Gleichung (11) wie nachstehend angegeben erhalten wurden: Pm = (2π/60) × Nm × Tmi – 1 (11)
Der Ablauf liest sodann den gegenwärtigen Verlust Pml des Motorsystems MG2 entsprechend der Drehzahl Nm und des gegenwärtigen Drehmoments Tmi – 1 des Motors MG2 aus einem Kennfeld bezüglich des Verlusts. Der Verlust des Motorsystems vergrößert sich mit einer Vergrößerung des Drehmoments und mit einer Vergrößerung der Drehzahl. Ein Beispiel eines Verlust-Kennfelds ist in 16 gezeigt.
Der Ablauf liest nachfolgend einen gegenwärtigen Verlust Pgl des Generatorsystems entsprechend der Drehzahl Ng und des gegenwärtigen Drehmoments Tgi – 1 des als Generator dienenden Motors MG1 aus einem gleichartigen Verlust- Kennfeld. Der Ablauf berechnet sodann die erforderliche Ausgabe erzeugter Leistung Pgr entsprechend der nachstehend angegebenen Gleichung (12): Pgr = –Pm – Pml – Pgl – Pdc (12)
In Gleichung (12) bezeichnet Pdc einen Verlust des Konverters 252. Obwohl der Verlust Pdc als ein fester Wert angesehen werden kann, kann zur Verbesserung der Genauigkeit der Verlust Pdc entsprechend den Spannungen auf der höheren Seite und der niedrigen Seite und des aufgenommenen elektrischen Stroms auf der niedrigen Seite aus einem Kennfeld gelesen werden. Die vorstehende Reihe von Bearbeitungsschritten führt zur erforderlichen Ausgabe der Leistungserzeugung Pgr gemäß der Gleichung (12).
(2) Ablauf zur Berechnung des Solldrehmoments Tgi des Generators (Schritte S440 und S450)
Das Solldrehmoment Tgi des als Generator dienenden Motors MG1 wird erhalten als die Summe des Grunddrehmoments Tgb und des spannungsgeregelten Drehmoments Tgf gemäß dem nachfolgenden Ausdruck: Tgi ← Tgb + Tgf (13)
Das Grunddrehmoment Tgb wird durch einfache Berechnung der nachstehend angegebenen Gleichung (14) auf der Basis einer grundlegenden Beziehung der Energie = Drehzahl × Drehmoment erhalten: Tgb = (60/2π) × Pgr/Ng (14)
Das Grunddrehmoment Tgb des als Generator dienenden Motors MG1 wird insbesondere erhalten durch Dividieren der erforderlichen Ausgabe der Leistungserzeugung Pgr, die einen Betrag der durch den Motor MG1 zu erzeugenden elektrischen Leistung darstellt, durch die Drehzahl Ng des Motors MG1. Die Verarbeitung des Schritts S440 berechnet das Grunddrehmoment Tgb entsprechend der Gleichung (14).
Der Ablauf berechnet nachfolgend das spannungsgeregelte Drehmoment Tgf. Die Berechnung bestimmt den PI-geregelten Wert Tgf entsprechend einer Differenz ΔV zwischen der erfassten Spannung der Leistungserzeugung des Motors MG1 und einem Sollspannungspegel. Von dem Motor MG1 wird angenommen, dass er die erforderliche Ausgabe der Leistungserzeugung Pgr bereitstellt, die gemäß Schritt S430 berechnet wurde und von der erwartet wird, dass sie der Motor MG2 aufnimmt. Es wird daher angenommen, dass der Leistungserzeugungsbetrag mit dem Leistungsaufnahmebetrag ausgeglichen ist. Die Belastung des Motors MG2 ändert sich jedoch plötzlich infolge einer veränderlichen Straßenoberfläche und anderer Faktoren. Eine Leistungserzeugung entsprechend lediglich der erforderlichen Ausgabe bewirkt somit ein Übermaß oder ein Mangel an erzeugter Leistungsausgabe bei einer Veränderung in der Belastung. Dies führt zu einer abrupten Änderung der Spannung zwischen den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2. Der Ablauf misst somit die Gleichspannung der Leistungszuführungsleitungen und führt eine Regelung zum schnellen Kompensieren der Spannungsänderung durch. Der Ablauf des Schritts S450 addiert den PI-gesteuerten Wert Tgf entsprechend der Rückkopplung der Gleichspannung, zu dem Grunddrehmoment Tgb zum Bestimmen des Solldrehmoments Tgi des Motors MG1.
(3) Ablauf zum Berechnen des maximalen Leistungsaufnahmebetrags Pmmx (Schritt S460)
Der Ablauf bestimmt zuerst ein Grenzdrehmoment oder Maximaldrehmoment Tgmx des als Generator dienenden Motors MG1. Das Maximaldrehmoment wird aus einem Drehmomentkennfeld gemäß der Darstellung in 17 gelesen. Das Drehmoment Tg des Motors MG1 wird aus der Drehzahl Ng und der Spannung Vm bestimmt. Im Falle der Leistungserzeugung mittels der als Inverter dienenden Ansteuerungsschaltung 191 wird das Drehmoment Tg bei der vorbestimmten Drehzahl Ng mit einer Verminderung in der Spannung Vm vermindert. Das auf diese Weise erhaltene maximale Drehmoment kann jedoch nicht vollständig aus dem Motor MG1 entnommen werden. Das Drehmoment des als Generator dienenden Motors MG1 ist ein reaktives Drehmoment gegen das Drehmoment der Maschine 150, und kann somit nicht das Ausgabedrehmoment der Maschine 150 übersteigen. Das Maximaldrehmoment Tgmx, das aus dem Drehmomentkennfeld gemäß 17 gelesen wurde, ist somit auf das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 beschränkt. In dem Falle, dass das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 kleiner als das Maximaldrehmoment Tgmx ist, das aus dem Drehmomentkennfeld gemäß 17 gelesen wurde, wird das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 auf das Maximaldrehmoment Tgmx des Motors MG1 eingestellt. In dem Hybridfahrzeug vom mechanischen Verteilungstyp gemäß dem Ausführungsbeispiel erfüllen das Drehmoment Tg des Motors MG1 und das Drehmoment Te der Maschine 150 die nachfolgende Beziehung. Tg = (1 + ρ) × Te/ρ (3a)
Dies entspricht dem Fall, bei dem das Ts = Tg und Tc = Te in Gleichung (3) gilt. In diesem Ausführungsbeispiel gilt Tg = Te/3.6.
Es wird hier das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 aus dem im Voraus bereitgestellten Drehmomentkennfeld gelesen. Ein Beispiel des Drehmomentkennfelds ist in 18 gezeigt. Das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 wird bezüglich der Drehzahl Ne und der Kühlwassertemperatur THW der Maschine 150 als Parameter eingestellt. In der grafischen Darstellung gemäß 18 bezeichnet eine durchgezogene Linie WU die Drehzahl-Drehmomentkennlinie bei der Aufwärmzeit, und bezeichnet eine gestrichelte Linie CS die Drehzahl-Drehmomentkennlinie in kaltem Zustand. Genauer gesagt wird das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 durch die Höhe (d.h. die Differenz in der Luftdichte) und der Temperatur der Ansaugluft beeinträchtigt. Diese Parameter können bei dem Maximaldrehmoment Temx in einer mehrdimensionalen Version des in 18 gezeigten Drehmomentkennfelds berücksichtigt werden. Das aus dem Drehmomentkennfeld gemäß 18 gelesene Maximaldrehmoment Temx kann alternativ mit der Höhe und der Temperatur der Ansaugluft korrigiert werden.
Nach der Bestimmung des Maximaldrehmoments Tgmx des Motors MG1 und der Beschränkung auf das Maximaldrehmoment Temx der Maschine 150 wird gemäß dem Ablauf ein Verlust Pglmx unter einer derartigen Ausgabebedingung erhalten (d.h. der Drehzahl Ng und des Drehmoments Tgmx). Der Verlust Pglmx des Motors MG1 wird entsprechend der Drehzahl Ng und dem Maximaldrehmoment Tgmx aus dem Verlust-Kennfeld gemäß 16 wie im Falle der Verluste des Motors MG2 gelesen. Der Ablauf berechnet sodann die maximal erzeugte Energie Pgmx des als Generator dienenden Motors MG1 aus dem Maximaldrehmoment Tgmx und der Drehzahl Ng gemäß der nachstehend angegebenen Gleichung (15): Pgmx = (2π/60) × Ng × Tgmx (15)
Der gegenwärtige Verlust Pml des Motorsystems wurde bereits aus dem Verlust-Kennfeld gemäß 16 gelesen. Die von dem Motor MG2 aufgenommene maximale Energie Pmmx wird aus der maximal erzeugten Energie Pgmx des als Generator dienenden Motors MG1, dem Verlust Pglmx des Motors MG1 und dem Verlust Pml des Motors MG2 berechnet. Die von dem Motor MG2 aufgenommene Maximalenergie Pmmx ist somit gleich dem verbleibenden Betrag, der erhalten wird durch Subtrahieren der Verluste von der maximal erzeugten Ausgabe: Pmmx = Maximal erzeugte Ausgabe – Verluste = –Pgmx – Pml – Pglmx – Pdc (16)
Hierbei hat die maximal erzeugte Ausgabe Pgmx des Motors MG1 ein negatives Vorzeichen. Dies liegt daran, dass die aufgenommene Energie mit dem Pluszeichen bezeichnet ist und die erzeugte Energie in den Gleichungen mit einem negativen Vorzeichen bzw. einem Minuszeichen bezeichnet ist.
Der Energieausgleich (Balance) kann wie folgt ausgedrückt werden: I × V = (Pm + Pml) + (Pg + Pgl) + Pdc (17)
Der erste Ausdruck auf der rechten Seite bezeichnet die Summe der aufgenommenen Energie und der Verluste in dem Motor MG2, der zweite Ausdruck bezeichnet die Summe der erzeugten Energie und der Verluste in dem Motor MG1, und der dritte Ausdruck bezeichnet die Verluste des Wandlers (Konverters) 252. Wird angenommen, dass die gesamte erzeugte elektrische Leistung durch den Motor aufgenommen wird, dann gilt I × V= 0 in Gleichung (17). Insbesondere kann die Gleichung (17) in der folgenden Weise umgeschrieben werden: Pm = –Pg – Pml – Pgl – Pdc (18)
Während Gleichung (16) die maximal aufgenommene Energie unter der Bedingung des maximalen Drehmoments und der maximalen Verluste bezeichnet, gibt die Gleichung (18) die aufgenommene Energie zu der Zeit des stationären Fahrens an und ist im Wesentlichen äquivalent zur Gleichung (12).
(4) Ablauf zur Berechnung des Solldrehmoments des Motors MG2 (Schritt S470)
In der letzten Stufe der Reihe der Verarbeitungen bzw. Abläufe bestimmt der Ablauf ein erforderliches Drehmoment Tmr des Motors MG2. Das erforderliche Drehmoment Tmr wird durch Subtrahieren eines direkten Drehmoments (Te/ρ) von einem erforderlichen Drehmoment Td der Achse berechnet und wird wie folgt ausgedrückt: Tmr = Td – Te/ρ (19)
Das erforderliche Drehmoment Td der Achse wird aus einem Fahrzeuganforderungsdrehmomentkennfeld gemäß der Darstellung in 19 gelesen. Dieses Kennfeld stellt das angeforderte Drehmoment Td der Achse gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit bezüglich des Betätigungsbetrags AP des Beschleunigungspedals (oder der Drosselöffnung θ) als Parameter dar. Das direkte Drehmoment ist ein spezifischer Teil des Drehmoments Te der Maschine 150, das zu der Achse übertragen wird, und das definiert ist als Te/ρ gemäß der vorstehend angegebenen Gleichung (5).
Der Ablauf beschränkt sodann das angeforderte Drehmoment Tmr des Motors MG2, das auf diese Weise erhalten wurde, entsprechend einem oberen Grenzdrehmoment Tmmx. Das obere Grenzdrehmoment Tmmx wird aus der maximal aufgenommenen Energie Pmmx des Motors MG2 gemäß der Darstellung durch Gleichung (16) und der Drehzahl Nm des Motors MG2 entsprechend der nachstehend angegebenen Gleichung (20) berechnet: Tmmx = (60/2π) × Pmmx/Nm (20)
Das mittels der Gleichung (19) bestimmte angeforderte Drehmoment Tmr des Motors MG2 wird mit dem gemäß Gleichung (20) bestimmten oberen Grenzdrehmoment Pmmx verglichen. Der Ablauf beschränkt das angeforderte Drehmoment Tmr auf das obere Grenzdrehmoment Tmmx und bestimmt das Solldrehmoment Tm des Motors MG2 wie folgt: Tm ← Tmr (Tmr ≤ Tmmx) Tm ← Tmmx (Tmr > Tmmx) (21)
Unter erneuter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 15 gibt der Ablauf das Solldrehmoment Tm des Motors MG2, das auf diese Weise erhalten wurde, gemäß Schritt S480 aus. Die Steuerungs- bzw. Regelungsroutine gemäß 15 regelt das Solldrehmoment Tgi des Motors MG1, der als Generator dient, auf der Basis des Grunddrehmoments Tgb und des spannungsgeregelten Drehmoments Tgf (Schritt S450), und regelt das Solldrehmoment Tm des Motors MG2 auf der Basis der maximalen aufgenommenen Energie Pmmx des Motors MG2, das durch Subtrahieren der Verluste von der maximal erzeugten Ausgabe gemäß der Gleichung (16) erhalten wurde (Schritt S480). Die Drehzahl NE der Maschine 150 steht unter der Regelung durch die Maschinen-ECU 240. Die Anordnung ermöglicht es, dass der durch den Motor MG1 bereitgestellte Leistungserzeugungsbetrag mit dem Leistungsaufnahmebetrag des Motors MG2 ausgeglichen ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, dass das Fahrzeug ohne Laden oder Entladen der HV-Batterie 194 betrieben bzw.
gefahren werden kann. Der als Generator dienende Motor MG1 unterliegt somit der Regelung mit dem geregelten Wert Tgf auf der Basis der Differenz ΔV zwischen der erfassten Gleichspannung der Leistungserzeugung und der Sollspannung. Diese Regelung gewährleistet ein schnelles Ansprechen auf die Spannungsänderung und bewirkt in effektiver Weise ein Aktualisieren des batterielosen Fahrens, das nicht in ausreichender Weise erreicht werden kann durch einen einfachen Ausgleich der Leistungserzeugung mit der Leistungsaufnahme.
H. Steuerungsablauf im Zustand eines Verschweißungsfehlers des Systemhauptrelais
Nachfolgend wird der Steuerungs- bzw. Regelungsablauf in dem Zustand des Verschweißungsfehlers des Systemhauptrelais SMR als eine Anwendung des Ausführungsbeispiels beschrieben. Das Auftreten des Verschweißungsfehlers der Systemhauptrelais SMR1, SMR2 und SMR3 und das Verfahren zur Erfassung des Verschweißungsfehlers wurden bereits beschrieben. 20 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Antriebssteuerungsroutine zur Durchführung in dem Zustand des Verschweißens des Systemhauptrelais SMR. Am Ende dieser Antriebssteuerungsroutine erfasst der Ablauf einen Verschweißungsfehler des Systemhauptrelais SMR3 zu der in 4B spezifizierten Zeit gemäß Schritt S500 und registriert den Verschweißungsfehler in der Abnormalitätsdatensatz-Aufzeichnungsschaltung 280 gemäß Schritt S510. Soll ein nächstes Fahren des Fahrzeugs gestartet werden, dann tritt das Programm in diese Antriebssteuerungsroutine gemäß 20 ein. Der Ablauf liest zuerst die Inhalte der Abnormalitätsdatensatz-Aufzeichnungsschaltung 280 und bestimmt gemäß Schritt S600, ob das Systemhauptrelais SMR3 einen Verschweißungsfehler aufweist oder nicht. Tritt in dem Systemhauptrelais SMR ein Verschweißungsfehler auf, dann lässt dieser Ablauf die Diagnoselampe 291 aufleuchten und schließt nacheinander die Systemhauptrelais SMR1 und SMR2 zur Verbindung der HV-Batterie 194 mit den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 gemäß Schritt S610 wie in dem Fall des Steuerungsablaufs in dem Normalzustand. Tritt andererseits in dem Systemhauptrelais SMR3 kein Verschweißungsfehler auf, dann führt der Ablauf die Antriebssteuerung bzw. Fahrsteuerung im normalen Zustand gemäß Schritt S680 durch.
In dem Zustand des Verschweißungsfehlers aktiviert der Ablauf die Maschine 150 in Schritt S620 wie in dem Fall des Steuerungsablaufs in dem Normalzustand nach dem Schließen der Systemhauptrelais SMR1 und SMR2. Ist die Maschine 150 aktiviert, dann kann das Fahrzeug in der batterielosen Antriebsbetriebsart gefahren bzw. betrieben werden, wie es in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel bereits beschrieben ist. Der Ablauf wartet in entsprechender Weise gemäß Schritt S630, bis der Betriebszustand der Maschine 150 bestimmte gewünschte Bedingungen erfüllt. Erfüllt der Betriebszustand der Maschine 150 die gewünschten bzw. geforderten Bedingungen, dann öffnet der Ablauf die Systemhauptrelais SMR1 und SMR2 gemäß Schritt S640, um auf diese Weise ein Umschalten zu der batterielosen Antriebsbetriebsart zu ermöglichen. Ist das Fahren des Fahrzeugs beendet (Schritte S650 und S690), dann erfasst in jedem Fall der Ablauf erneut den Verschweißungsfehler des Systemhauptrelais SMR und registriert den Verschweißungsfehler im Falle einer Erfassung (Schritte S500 und S510).
In der Anwendung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels verbindet bei dem Auftreten eines Verschweißungsfehlers in dem Systemhauptrelais SMR3 der Steuerungsablauf (Regelungsablauf) die HV-Batterie 194 mit den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 während einer kurzen Zeitdauer, bis die Maschine 150 aktiviert ist. Ist einmal die Maschine 150 aktiviert, dann wird die HV-Batterie 194 von den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 abgeschaltet, und es wird das Fahrzeug in der batterielosen Antriebsbetriebsart betrieben. In dem Fall, dass das Fahrzeug in einen Verkehrsunfall verwickelt ist, wird das Fahrzeug angehalten zum Beenden der Leistungserzeugung und zum Lösen der Spannung auf den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2. Dies schützt den Fahrer, einen Mechaniker oder andere betroffene Personen von elektrischen Schlägen. In der batterielosen Antriebsbetriebsart wird die HV-Batterie 194 von den Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 getrennt, sodass die Hochspannung der HV-Batterie 194 nicht an die Leistungszuführungsleitungen L1 und L2 angelegt ist.
I. Aufbau des elektrischen Verteilungstyps
Die vorstehende Beschreibung betrifft ein Hybridfahrzeug vom parallelen Verteilungstyp, bei dem die Leistung der Maschine 150 mittels des Planetengetriebes 120 verteilt wird. Die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls anwendbar bei dem Hybridfahrzeug vom elektrischen Verteilungstyp, das einen Doppelrotor-Motor einschließlich eines Paars von relativ zueinander drehbaren Rotoren bzw. Läufern zum Verwirklichen eines gleichartigen batterielosen Fahrens verwendet. 21 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines Leistungsausgabesystems in dem Hybridfahrzeug vom elektrischen Verteilungstyp. Bei diesem Leistungsausgabesystem ist ein Rotor eines Kupplungsmotors 330, zum Erreichen einer variablen gleitenden Geschwindigkeit zwischen den beiden Rotoren, mit der Kurbelwelle 156 und der Maschine 150 verbunden. Der andere Rotor des Kupplungsmotors 330 ist mit der Antriebswelle verbunden. Ein Hilfsmotor 340 ist ebenfalls mit der Antriebswelle verbunden. In dem Leitungsausgabesystem vom elektrischen Verteilungstyp werden der Kupplungsmotor 330 und der Hilfsmotor 340 mittels der Inverterschaltungen wie in dem Aufbau des Ausführungsbeispiels angetrieben. Das Fahrzeug wird in der batterielosen Antriebsbetriebsart bzw. Fahrbetriebsart wie in dem Falle des vorstehenden Ausführungsbeispiels betrieben, wobei eine Ein-/Aus-Schaltsteuerung der mit dem Kupplungsmotor 330 verbundenen Inverterschaltung, und die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft mit einem Strom durchgeführt wird, der die in der Inverterschaltung angeordneten Schutzdioden durchfließt.
J. Änderung der Antriebsbetriebsart
Das Hybridfahrzeug kann betrieben werden, während die Antriebsbetriebsart bzw. die Fahrbetriebsart geändert wird. 22 zeigt eine Änderung der Antriebsbetriebsart. Das Hybridfahrzeug ändert die Antriebsbetriebsart von einer normalen Betriebsart NDM ohne einen Fehler oder eine Abnormalität, zu der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL unter Verwendung der ersten und zweiten Ansteuerungsschaltungen 191 und 192, die als Inverter aufgebaut sind, in Abhängigkeit von der Erfassung eines Fehlers in der HV-Batterie 194 (gemäß der Annahme, dass die Verwendung der ersten Ansteuerungsschaltung 191 erlaubt ist), oder in Reaktion auf die Erfassung eines Verschweißungsfehlers in dem Systemhauptrelais SMR3. Die batterielose Antriebsbetriebsart IBL öffnet die Systemhauptrelais SMR1 und SMR2 zum Trennen der HV-Batterie 194 von der Leistungszuführungsleitung L1. In dem Fall des Verschweißungsfehlers in dem Systemhauptrelais SMR3 schließt der Ablauf die Systemhauptrelais SMR1 und SMR2 und aktiviert die Maschine 150 vor dem Umschalten zu der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL, wie es im Einzelnen in dem Abschnitt „H. Steuerungsablauf im Zustand eines Verschweißungsfehlers des Systemhauptrelais" beschrieben ist. Die Einzelheiten der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL unter Verwendung der ersten und zweiten Ansteuerungsschaltungen 191 und 192, die als Inverter dienen, ist in dem Abschnitt „G. Batterieloser Antrieb im Normalzustand der Inverter" beschrieben, sodass hier keine weitere Beschreibung vorgenommen wird.
Das Hybridfahrzeug ändert die Antriebsbetriebsart (Fahrbetriebsart) von der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL zu einer Antriebsbetriebsart RVL mit Leistungserzeugung entsprechend der elektromotorischen Gegenkraft, wenn die erste Ansteuerungsschaltung 191 einen Fehler aufweist, zum Verhindern weiterer Schaltvorgänge, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt in einem Bereich R entsprechend dem Aufbau des mechanischen Verteilungstyps, oder wenn eine Störung die Spannung unter der Steuerung der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL vermindert. Die Einzelheiten der Leistungserzeugungsbetriebsart RVL mit der elektromotorischen Gegenkraft sind in dem Abschnitt „F. Steuerungsablauf in Abhängigkeit von einer Fehlererfassung" beschrieben. Diese Antriebsbetriebsart RVL stellt die Solldrehzahl NE* der Maschine 150 entsprechend der Belastung ein und veranlasst den Motor MG1 zur Durchführung einer Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft. Im Falle des entgegengesetzten Fahrens in dem Bereich R in dem Aufbau des mechanischen Verteilungstyps wird die Antriebsbetriebsart bzw. die Fahrbetriebsart zu der Leistungserzeugungsantriebsbetriebsart RVL mittels der elektromotorischen Gegenkraft umgeschaltet zur Verhinderung, dass das direkte Drehmoment der Maschine 150 invertiert wird und um auf diese Weise das Antriebsdrehmoment der Antriebswelle aufzuheben. Ein Abfall der Spannung der Leistungserzeugung tritt in dem Fall auf, dass die Spannungsregelung nicht die Wiederherstellung des Spannungspegels erreicht, wenn eine Verzögerung der Leistungserzeugungssteuerung gegen eine Störung oder einen anderen Faktor plötzlich die Gleichspannung vermindert oder wenn durch die sehr niedrige Temperatur der Maschine 150 ihre Drehzahl plötzlich vermindert wird. Der Spannungsabfall vermindert das Ausgangsdrehmoment (siehe 17), und das nicht ausreichende Ausgabedrehmoment erlaubt keine Wiederherstellung des Spannungspegels. In diesem Fall wird die Fahrbetriebsart zu der Leistungserzeugungsfahrbetriebsart RVL mittels der elektromotorischen Gegenkraft umgeschaltet zum Beenden der Schaltvorgänge der ersten Ansteuerungsschaltung 191. Dies erhöht die Zwischenanschlussspannung des Motors MG1 und bewirkt eine Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft. Ist die Spannung entsprechend eines ausreichenden Pegels zur Leistungserzeugung über die Schaltvorgänge der Inverter wieder hergestellt, dann wird die Fahr- bzw. Antriebsbetriebsart zu der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL unter Verwendung der Inverter zurückgeführt. Tritt ein Fehler in der ersten Ansteuerungsschaltung 191 auf, dann ändert das Fahrzeug direkt die Antriebsbetriebsart von der normalen Antriebsbetriebsart NDM zu der Leistungserzeugungsantriebsbetriebsart RVL mittels der elektromotorischen Gegenkraft.
Das Hybridfahrzeug ändert die Antriebsbetriebsart von der Leistungserzeugungsantriebsbetriebsart RVL mittels der elektromotorischen Gegenkraft zu einer Batterieantriebsbetriebsart BDM, wenn die HV-Batterie 194 eine ausreichend hohe Spannung als ihren Ladezustand SOC aufweist. In der Batterieantriebsbetriebsart BDM ist die erste Ansteuerungsschaltung 191 nicht verwendbar, da die Verwendung der zweiten Ansteuerungsschaltung 192 erlaubt ist, sodass das Fahrzeug als das elektrische Fahrzeug betrieben wird. Zum Zeitpunkt des Anhaltens des in der Batterieantriebsbetriebsart BDM betriebenen Fahrzeugs führt der Motor MG2 den regenerativen Betrieb zum Regenerieren des elektrischen Stroms durch und lädt die HV-Batterie 194 über die zweite Ansteuerungsschaltung 192. Dies stellt den Ladezustand SOC der HV-Batterie 194 wieder her. Vermindert sich die Spannung der HV-Batterie 194 allmählich auf einen Wert unterhalb eines spezifischen Pegels, bei dem die HV-Batterie 194 nicht den Konverter 252 betreiben kann (beispielsweise 140 Volt in diesem Ausführungsbeispiel), dann kehrt die Fahrbetriebsart zu der Leistungserzeugungsantriebsbetriebsart RVL mittels der elektromotorischen Gegenkraft zurück. In der Batterieantriebsbetriebsart BDM gewährleistet ein Bremsvorgang eine Bremskraft entsprechend der Maschinenbremse und ermöglicht ferner, dass die Bremsenergie als elektrische Leistung regeneriert werden kann.
Wird die Maschinenbremse im Verlauf einer Verzögerung benötigt oder kann das Fahrzeug eine starke Steigung nicht erklimmen und rollt es zurück, dann ändert das Fahrzeug die Antriebsbetriebsart von der batterielosen Antriebsbetriebsart IBL unter Verwendung der Inverter zu einer motorischen Antriebsbetriebsart EBM (motoring). Im Verlauf der Verzögerung schaltet die motorische Antriebsbetriebsart EBM die Brennstoffzufuhr zum Beenden der Verbrennung des Brennstoffs in der Maschine 150 ab und verwendet den Motor MG2 als den Generator zum Regenerieren der Bremsenergie in Form der elektrischen Leistung. Die regenerierte Energie wird durch den Leistungsbetrieb des Motors MG1 zum Antreiben der Maschine 150 aufgenommen. Fährt das Fahrzeug auf einer starken Steigung unbeabsichtigt rückwärts, dann dreht sich die Achse in umgekehrter Richtung und der Motor MG2 dient als Generator. Es ist daher erforderlich, die Beschränkung des Drehmoments auf das obere Grenzdrehmoment Tmmx aufzuheben, das aus der Leistung des Motors MG1 unter der Annahme der Funktion als Generator berechnet wurde. In derartigen Fällen wird die durch den Motor MG2 erzeugte elektrische Leistung ebenfalls durch den Leistungsbetrieb des Motors MG1 zum Antreiben der Maschine 150 aufgenommen.
Wird die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Vermindern der aufnehmbaren Energie für einen motorischen Betrieb vermindert und wird die regenerative elektrische Leistung größer als die beim motorischen Betrieb aufgenommene elektrische Leistung, dann ändert das Fahrzeug die Fahrbetriebsart bzw. Antriebsbetriebsart von der motorischen Antriebsbetriebsart EBM zu einer Nulldrehmomentantriebsbetriebsart TZM, wobei das Solldrehmoment Tm des Motors MG2 gleich Null gesetzt ist. In der Nulldrehmomentantriebsbetriebsart TZM ist das Fahrzeug weder einer Regeneration elektrischer Leistung noch eines motorischen Betriebs unverworfen.
Das Hybridfahrzeug wird betrieben, während die Antriebsbetriebsart in der vorstehenden Weise geändert wird. Entsprechend den unterschiedlichen Antriebsbetriebsarten weist die normale Antriebsbetriebsart NDM die größte Ausgabe (Ausgangsleistung) auf. Die batterielose Antriebsbetriebsart IBL unter Verwendung der Inverter weist eine größere Ausgabe auf als die Leistungserzeugungs-Antriebsbetriebsart RVL mittels der elektromotorischen Gegenkraft. Es ist nicht erforderlich, sämtliche Betriebsarten gemäß der Darstellung in 22 anzuwenden. Jede beliebige Kombination der erforderlichen Antriebsbetriebsarten kann entsprechend der Ausführung und anderen Anforderungen des Fahrzeugs angewendet werden. Eine weitere mögliche Modifikation stellt eine größere Anzahl von Antriebsbetriebsarten bereit, und ändert die Antriebsbetriebsart entsprechend einer größeren Anzahl von Stufen in Abhängigkeit von den Erfordernissen.

Claims

Hybridfahrzeug mit einer Maschine (150) und einem Motor (MG1, MG2), die an dem Fahrzeug angebracht sind, wobei die Maschine eine Leistung durch die Verbrennung eines Brennstoffs und der Motor eine Leistung an eine Antriebswelle (112) des Hybridfahrzeugs abgibt, wobei das Hybridfahrzeug umfasst: eine Batterie (194), einen Synchrongenerator (MG1, MG2), der Mehrphasenwicklungen (131, 141) und Permanentmagnete (132, 142) aufweist, wobei der Generator mit der Maschine mittels einer Übertragungseinrichtung (120) verbunden ist und vorgesehen ist zur Erzeugung einer elektrischen Leistung in Verbindung mit einem Antrieb durch die Maschine, einen Inverter (191, 192, TR1–TR6, TR11–TR16), der durch die Mehrphasenspulen des Generators fließende elektrische Ströme schaltet, eine Maschinensteuerungseinheit (200, 240, 270), die eine der Maschine einzuspritzende Brennstoffmenge zum Erzeugen einer vorbestimmten Solldrehzahl (NE*) der Maschine regelt, eine Leistungserzeugungssteuerungseinheit (200, 260, 270), die den Generator zu einer Leistungserzeugung veranlasst unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft in einem abnormalen Zustand, der keine Ladung der Batterie erlaubt, und wenn sich der Inverter in einem Haltezustand befindet, wobei die elektromotorische Gegenkraft erzeugt wird, wenn das mittels der Permanentmagnete erzeugte und die Spulen des Generators durchlaufende Magnetfeld sich mit der Drehung der Drehwelle verändert, eine Belastungserfassungseinheit (270), die eine auf das Hybridfahrzeug einwirkende Belastung (SPD, AP) bestimmt, eine Generatordrehzahländerungseinheit (200, 270), die eine Drehzahl (Ng) des Generators auf der Basis der bestimmten Belastung ändert, und eine Motoransteuerungseinheit (260), die den Motor mit der mittels des Generators bei der sich ändernden Drehzahl erzeugten elektrischen Leistung ansteuert.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Hybridfahrzeug umfasst: eine Sekundärbatterie (198), die mittels durch Schaltvorgänge des Inverters umgewandelten Gleichstroms geladen wird, eine Abnormalzustanderfassungseinheit (181, 182, 185, 186, 196, 272, 274), die den abnormalen Zustand erfasst, der nicht erlaubt, dass die Sekundärbatterie über den Inverter geladen wird, und eine Abnormal-Zustandsteuerungseinheit (200), die eine spezifische Steuerung durchführt, die in Abhängigkeit von der Erfassung des abnormalen Zustands mittels der Abnormalzustandserfassungseinheit die Leistungserzeugungssteuerungseinheit, die Generatordrehzahländerungseinheit und die Motoransteuerungseinheit veranlasst, ihre Funktionen zu implementieren.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Hybridfahrzeug ferner umfasst: eine Vergleichseinheit (270) zum Vergleichen eines beobachteten Spannungspegels der Sekundärbatterie mit der elektromotorischen Gegenkraft, die für die Leistungserzeugung über die Leistungserzeugungssteuerungseinheit verwendet wird, und eine Betriebseinheit (200), die die Leistungserzeugung unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft über die Leistungserzeugungssteuerungseinheit sperrt und jedoch den Motor mit der in der Sekundärbatterie gesammelten elektrischen Leistung ansteuert, wenn der beobachtete Spannungspegel der Sekundärbatterie höher als die zur Leistungserzeugung über die Leistungserzeugungssteuerungseinheit verwendete elektromotorische Gegenkraft ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Hybridfahrzeug ferner umfasst: eine Solldrehzahleinstelleinheit (272), die die zu der Maschinensteuerungseinheit übertragenen Solldrehzahl der Maschine entsprechend einem Verhalten eines Beschleunigungseinrichtungspedals bestimmt.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Generatordrehzahländerungseinheit die Drehzahl des Generators entsprechend einer Vergrößerung des Betätigungsbetrags eines Beschleunigungseinrichtungspedals vergrößert.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Generatordrehzahländerungseinheit die Solldrehzahl der Maschine in Abhängigkeit von der Erfassung einer Vergrößerungstendenz oder einer Verminderungstendenz einer tatsächlichen Drehzahl der Maschine relativ zu der zu der Maschinensteuerungseinheit übertragenen Solldrehzahl der Maschine vermindert oder erhöht.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Abnormalzustanderfassungseinheit den abnormalen Zustand erfasst und die Abnormalzustandsteuerungseinheit aktiviert zur Durchführung einer speziellen Steuerung, wenn der Generator in einer Situation elektrische Leistung erzeugt, bei der eine externe Kraft auf das Hybridfahrzeug einwirkt, bei der die Antriebswelle in der Gegenrichtung gedreht wird und der Motor in einen Zustand der Leistungserzeugung fällt.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Motoransteuerungseinheit umfasst: eine elektrische Maximalleistungseinstellungseinheit (262), die eine mit der Leistung der Maschine erzeugte maximale elektrische Leistung durch den Generator einstellt, eine elektrische Ansteuerungsleistungsberechnungseinheit (262), die eine zum Ansteuern des Motors aufzunehmende elektrische Ansteuerungsleistung innerhalb der voreingestellten maximalen elektrischen Leistung auf der Basis der bestimmten Belastung bestimmt, eine Leistungserzeugungseinheit (264, 266), die den Generator zur Erzeugung einer elektrischen Leistung veranlasst, die äquivalent zu der von dem Motor aufgenommenen elektrischen Ansteuerungsleistung ist, und eine Stromsteuerungseinheit (264, 266), die den durch die Mehrphasenspulen des Motors mit der erzeugten elektrischen Leistung fließenden elektrischen Strom steuert.
Hybridfahrzeug mit einer Maschine (150) und einem Motor (MG1, MG2), die daran angeordnet sind, wobei die Maschine eine Leistung durch die Verbrennung eines Brennstoffs und der Motor eine Leistung an einer Antriebswelle (112) des Hybridfahrzeugs abgibt, wobei das Hybridfahrzeug umfasst: eine Batterie (194), einen Synchrongenerator (MG1, MG2), der Mehrphasenspulen (131, 141) und Permanentmagnete (132, 142) aufweist, wobei der Generator mit der Maschine mittels einer Übertragungseinrichtung (120) verbunden ist und angepasst ist zur Erzeugung einer elektrischen Leistung entsprechend einem Antrieb durch die Maschine, einen Inverter (191, 192, TR1–TR6, TR11–TR16), der einen durch die Mehrphasenspulen des Generators fließenden elektrischen Strom schaltet, eine Maschinensteuerungseinheit (200, 240, 270), die eine der Maschine einzuspritzende Brennstoffmenge zum Erzielen einer spezifizierten Solldrehzahl (NE*) der Maschine regelt, eine Generativenergieberechnungseinheit zur Berechnung einer momentanen Stärke einer von dem Generator zu erzeugenden generativen Energie unter Berücksichtigung einer Energiebilanz in einem System einschließlich der Maschine, des Generators und des Motors, eine Spannungsmesseinheit zur Messung einer generativen Spannung des Generators, eine Regelungsvariablenberechnungseinheit zur Berechnung einer Regelungsvariablen entsprechend einer Differenz zwischen der beobachteten generativen Spannung und einer generativen Sollspannung des Generators, eine Generatorregelungseinheit zur Regelung des Generators mit der berechneten momentanen Stärke der generativen Energie und der berechneten Regelungsvariablen, eine Fehlerzustanderfassungseinheit, die einen Fehlerzustand in der Regelung des Generators unter Verwendung der Regelungsvariablen erfasst, wobei die Generatorregelungseinheit einen Mechanismus aufweist, der den Schaltbetrieb des Inverters beendet und den Generator zur Durchführung einer Leistungserzeugung veranlasst unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft in Abhängigkeit von der Erfassung des Fehlerzustands in der Regelung des Generators, wobei es in dem Fehlerzustand nicht erlaubt ist, die Batterie zu laden, und sich der Inverter in einem Haltezustand befindet, wobei die elektromotorische Gegenkraft erzeugt wird, wenn das mittels der Permanentmagnete erzeugte und die Spulen des Generators durchlaufende Magnetfeld sich mit der Drehung der Drehwelle ändert, eine Anforderungserfassungseinheit zur Erfassung einer Anforderung eines Antriebs des Fahrzeugs, und eine Motoransteuerungseinheit, die ein Ausgangsdrehmoment des Motors auf der Basis eines direkt von dem Generator ausgegebenen Drehmoments, das unter der Regelung der Generatorregelungseinheit steht, und eines angeforderten Drehmoments bezüglich der erfassten Anforderung des Antriebs des Fahrzeugs berechnet, und den Motor zum Erreichen des berechneten Ausgangsdrehmoments antreibt.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 9, wobei der Fehlerzustand der Regelung ein Zustand ist, bei dem die Spannung der Leistungserzeugung durch den Generator, die ein mittels des Inverters erzeugter Gleichstrom ist, unter einen vorbestimmten Bereich absinkt, und die Spannung der Leistungserzeugung nicht wieder hergestellt wird.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Hybridfahrzeug ferner umfasst: eine Fahreinheit, die in einem speziellen Fahrzustand, bei dem der Motor elektrische Leistung erzeugt, die Brennstoffeinspritzung zu der Maschine beendet und den Generator veranlasst, die Maschine anzutreiben und auf diese Weise die mittels des Motors erzeugte elektrische Leistung aufzunehmen.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 9, wobei der Generator einen Doppelrotoraufbau (330) einschließlich eines Paars benachbarter drehbarer Rotoren aufweist und die Leistungserzeugung durchführt zum Erhalten einer Spannung und einer elektrischen Leistung entsprechend einer gleitenden Drehzahl der beiden Rotoren.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 9, wobei der Generator mit einer Welle einer Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung (120) verbunden ist, bei der eine an einer Welle eingegebene und ausgegebene Leistung bestimmt wird, wenn eingegebene und ausgegebene Leistungen der verbleibenden beiden Wellen bestimmt sind, und eine weitere Welle der Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung mit einer Ausgangswelle der Maschine verbunden ist, und eine weitere Welle der Dreiwellen-Leistungsverteilungseinrichtung mit der Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 9, wobei der Generator mit einer ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung (191) verbunden ist, die den Generator zur Durchführung entweder eines generativen Vorgangs oder eines Leistungsvorgangs auf der Basis eines Ein/Ausschaltzustands von in der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung enthaltenen Schaltelemente (TR1–TR6) veranlasst, der Motor mit einer zweiten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung (192) verbunden ist, die den Motor zur Durchführung entweder eines Leistungsvorgangs oder eines generativen Vorgangs auf der Basis eines Ein/Ausschaltzustands von in der zweiten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung enthaltenen Schaltelementen (TR11–TR16) veranlasst, und die erste elektrische Leistungsansteuerungsschaltung mit der zweiten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung verbunden ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 14, wobei das Hybridfahrzeug ferner umfasst: eine Abschalteinheit zum Abschalten der Verbindung zwischen der Sekundärbatterie und der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung, und eine Abschaltsteuerungseinheit zum Betätigen der Abschalteinheit zum Abschalten der Verbindung zwischen der Sekundärbatterie und der ersten elektrischen Leistungsansteuerungsschaltung, wenn eine generative Spannung durch den Generator höher als eine innere Anschlussspannung zwischen den Anschlüssen der Sekundärbatterie ist.
Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs wobei eine Maschine (150) Leistung durch die Verbrennung eines Brennstoffs erzeugt, ein Synchrongenerator (MG1, MG2), der Mehrphasenspulen (131, 141) und Permanentmagnete (132, 142) aufweist und elektrische Leistung entsprechend einem Antrieb durch die Maschine erzeugt, ein Motor (MG1, MG2) mit zumindest einem Teil der mittels des Generators erzeugten elektrischen Leistung angetrieben wird zur Abgabe einer Leistung an die Antriebswelle des Fahrzeugs, und ein Inverter (191, 192) den durch die Mehrphasenspulen des Generators fließenden elektrischen Stroms schaltet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Regeln einer der Maschine einzuspritzenden Brennstoffmenge zum Erzielen einer vorbestimmten Solldrehzahl (NE*) der Maschine, Veranlassen des Generators zur Durchführung einer Leistungserzeugung unter Verwendung einer elektromotorischen Gegenkraft in einem abnormalen Zustand, der keine Ladung der Batterie erlaubt, und wenn sich der Inverter in einem Haltezustand befindet, wobei die elektromotorische Gegenkraft erzeugt wird, wenn das mittels der Permanentmagnete erzeugte und die Spulen des Generators durchlaufende Magnetfeld sich mit der Drehung der Drehantriebswelle ändert, Bestimmen einer an das Hybridfahrzeug angelegten Belastung, Ändern einer Drehzahl des Generators auf der Basis der bestimmten Belastung, und Ansteuern des Motors mit einer mittels des Generators bei der veränderlichen Drehzahl erzeugten elektrischen Leistung.