DE69721890T2

DE69721890T2 - Ausgangsleistungsapparat und Verfahren zur Steuerung desselben

Info

Publication number: DE69721890T2
Application number: DE69721890T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Toyota-shi Taga; Tomohiro Toyota-shi Oda; Yasutomo Toyota-shi Kawabata; Ryuji Toyota-shi Toh; Eiji Toyota-shi Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: EP1340645A2; EP1340645A3; DE69739696D1; JPH09266601A; EP1340645B1; US5973460A; EP0800951B1; JP3003573B2; EP0800951A1; DE69721890D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsabgabevorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung derselben. Die vorliegende Erfindung betrifft im Besonderen eine Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben einer von einer Brennkraftmaschine erzeugten Leistung an eine Antriebswelle mit einem hohen Wirkungsgrad und ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Leistungsabgabevorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In bekannten Leistungsabgabevorrichtungen, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, steht die Ausgangswelle einer Brennkraftmaschine mittels einer elektromagnetischen Kupplung elektromagnetisch in Verbindung mit einer Antriebswelle, die mit dem Rotor eines Motors verbunden ist, so dass die Leistung der Brennkraftmaschine an die Antriebswelle übertragen wird (wie es beispielsweise in dem japanischen Patent unter der Offenlegungsnummer 53-133814) offenbart ist. Bei dieser bekannten Leistungsabgabevorrichtung leitet der Motor den Antrieb des Fahrzeugs ein. Wenn die Drehzahl des Motors ein vorgegebenes Niveau erreicht, wird die elektromagnetische Kupplung zeitgleich mit der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine und der Funkenzündung mit einem Erregerstrom zum Ankurbeln der Brennkraftmaschine versorgt, so dass die Brennkraftmaschine zu arbeiten beginnt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung über die elektromagnetische Kupp lung auf die Antriebswelle übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben. Wenn die über die elektromagnetische Kupplung auf die Antriebswelle übertragene Leistung nicht der erforderlichen Leistung an der Antriebswelle genügt, wird der Motor zur Ergänzung der unzureichenden Leistung angetrieben. Während der Übertragung der Leistung auf die Antriebswelle regeneriert die elektromagnetische Kupplung elektrische Leistung entsprechend einem Schlupf der elektromagnetischen Kupplung. Die regenerierte elektrische Leistung wird in einer zum Starten des Fahrzeugs verwendeten Batterie gespeichert oder als eine Leistung für den Motor zur Ergänzung der unzureichenden Leistung der Antriebswelle verwendet.
Diese Leistungsabgabevorrichtung benötigt einen Motor mit einem hohen Abgabedrehmoment. Zum Starten oder Ingangsetzen des Fahrzeugs wird ausschließlich die Leistung des Motors verwendet; zudem ist der Motor mit einem hohen Abgabedrehmoment dementsprechend für eine ausreichende Beschleunigung erforderlich. Im Hinblick auf einen Start an einer Steigung ist es sogar erforderlich, dass der Motor ein größeres Abgabedrehmoment hat. Der Motor, der ein hohes Abgabedrehmoment hat, ist im Allgemeinen relativ sperrig und trägt unerwünschterweise zu einer Zunahme der Baugröße der Leistungsabgabevorrichtung insgesamt bei. Dies ist insbesondere dann nicht zweckmäßig, wenn die Leistungsabgabevorrichtung in einem begrenzten Raum eingebaut, wie z. B. in einem Fahrzeug, ist. Gleichermaßen muß die Batterie, die den Motor mit elektrischer Leistung versorgt, eine hohe Kapazität haben und weist dadurch eine relativ große Baugröße auf.
Der Anmelder hat ein Verfahren (nicht angemeldet) erfunden, das die Übertragung von Leistung, die von einer Brennkraftmaschine, deren Betrieb vor dem Start des Fahrzeugs beginnt, abgegeben wird, über eine elektromagneti sche Kupplung sowie zusätzliche Leistung von einem Motor auf die Antriebswelle ermöglicht. Dadurch ist das erforderliche Abgabedrehmoment des Motors niedriger und die Leistungsabgabevorrichtung insgesamt relativ kompakt. Beim Starten des Fahrzeugs ist die Drehzahl der Antriebswelle extrem niedrig, so dass die über die elektromagnetische Kupplung regenerierte elektrische Leistung größer wird als die vom Motor verbrauchte elektrische Leistung. Dies kann zu einem übermäßigen Laden und einer Beschädigung der Batterie führen.
Aus dem US Patent Nr. US 3,789,281 oder US 3,623,568 ist eine Leistungsabgabevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungsabgabevorrichtung, die beim Starten des Fahrzeugs eine ausreichende Abgabeleistung gewährleistet, ohne die Batterie zu beschädigen, sowie ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Leistungsabgabevorrichtung zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungsabgabevorrichtung mit Motoren von kleiner Baugröße und einer Batterie von kleiner Baugröße sowie ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Leistungsabgabevorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgaben werden durch die Leistungsabgabevorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Leistungsabgabevorrichtung weist im Besonderen auf: eine Brennkraftmaschine, welche eine Ausgangswelle aufweist, eine Brennkraftmaschinensteuereinrichtung zum Antreiben der Brennkraftmaschine, einen ersten Motor, welcher einen mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden ersten Rotor und einen mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden zweiten Rotor aufweist, wobei der zweite Rotor eine gemeinsame Achse mit dem ersten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann, und wobei der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, wodurch über eine elektromagnetische Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor eine Leistungsübertragung zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle erfolgt, einen ersten Motorsteuerkreis zum Steuern des Grads der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor im ersten Motor und zum Regulieren der Drehung des zweiten Rotors relativ zum ersten Rotor, einen zweiten Motor, welcher mit der Antriebswelle oder der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, einen zweiten Motorsteuerkreis zum Antreiben und Steuern des zweiten Motors, eine Speicherbatterieeinrichtung, welche mit dem ersten Motorsteuerkreis und dem zweiten Motorsteuerkreis in Verbindung steht, und welche über den ersten Motorsteuerkreis und den zweiten Motorsteuerkreis mit elektrischer Leistung geladen bzw. zum Freigeben elektrischer Leistung entladen wird, eine Fahrzustandserfassungseinrichtung zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs, eine Leistungsvoraussageeinrichtung zum Voraussagen eines Abgabezustands von Leistung an die Antriebswelle entsprechend einem bestimmten Abgabezustand auf der Basis des durch die Fahrzustandserfassungseinrichtung erfassten Fahrzustands des Fahrzeugs, wobei der bestimmte Abgabezustand den Abgabezustand begleitet von einem Ladeprozess der Speicherbatterieeinrichtung mit elektrischer Leistung, die gleich oder größer ist als eine bestimmte elektrische Leistung, repräsentiert, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine über die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung sowie des ersten Motors und des zweiten Motors über den ersten Mo torsteuerkreis bzw. den zweiten Motorsteuerkreis so, dass die Speicherbatterieeinrichtung mit wenigstens der bestimmten elektrischen Leistung geladen werden kann, wenn die Leistungsvoraussageeinrichtung den bestimmten Abgabezustand voraussagt.
Die Bezeichnung "Fahrzeug" steht hier und im Folgenden für herkömmliche Kraftfahrzeuge, die auf einer schienenfreien Fahrbahn fahren, für Zugmaschinen, die auf Schienen fahren, für Spezialfahrzeuge, wie z. B. Krane und Gabelstapler, und für gewerbliche Maschinen.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung wird, wenn der bestimmte Abgabezustand von Leistung an die Antriebswelle erwartet wird, der von einem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit elektrischer Leistung begleitet wird, die auf oder über einer bestimmten elektrischen Leistung liegt, eine Steuerung ausgeführt, die ermöglicht, dass die Speicherbatterieeinrichtung wenigstens mit der bestimmten elektrischen Leistung geladen werden kann. Diese Ausgestaltung verhindert effektiv, dass die Speicherbatterieeinrichtung durch ein übermäßiges Laden beschädigt wird, und verhindert den unerwünschten Zustand, in dem infolge einer voll geladenen Speicherbatterieeinrichtung keine Leistung abgegeben werden kann. Während der Abgabe der Leistung der Brennkraftmaschine über den ersten Motor an die Antriebswelle wird die Leistung des zweiten Motors an die Antriebswelle abgegeben. D. h., dass die erforderliche Leistung der Antriebswelle sowohl durch die Brennkraftmaschine als auch den zweiten Motor zur Verfügung gestellt wird. Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, in der ausschließlich der zweite Motor die erforderliche Leistung an der Antriebswelle bereitstellt, gestattet die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Verkleinerung der Baugröße des zweiten Motors. Ein Teil oder die gesamte elektri sche Leistung, die der zweite Motor benötigt, wird durch die durch den ersten Motor regenerierte elektrische Leistung kompensiert. Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, in der die erforderliche elektrische Leistung vollständig von der Speicherbatterieeinrichtung abhängt, gestattet diese Ausgestaltung eine Verringerung der Baugröße der Speicherbatterieeinrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Leistungsabgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Leistungsvoraussageeinrichtung des Weiteren eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn der durch die Fahrzustandserfassungseinrichtung erfasste Fahrzustand des Fahrzeugs einen Zustand repräsentiert, in dem das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder einem größeren Anstiegsgradienten fährt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine problemlose Voraussage des von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit übermäßig hoher elektrischer Leistung begleiteten Abgabezustands der Leistung, beispielsweise eines Starts oder Antriebs des Fahrzeugs mit niedriger Geschwindigkeit an einer Steigung. Diese Zustände repräsentieren den Abgabezustand der Leistung in Begleitung von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit übermäßig hoher elektrischer Leistung aus dem folgenden Grund. Die an die Antriebswelle abzugebende Leistung hat ein hohes Drehmoment aber eine kleine Drehzahl, wohingegen eine bestimmte Drehzahl aber essentiell ist, damit die Brennkraftmaschineum ein hohes Drehmoment abgibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Leistungsabgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung, weist die Leistungsabgabevorrichtung weiter eine Positions-/Richtungserfassungseinrichtung auf, welche Kartendaten aufweist und die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf die Kartendaten erfasst, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung den bestimmten Abgabezustand auf der Basis des durch die Fahrzustandserfassungseinrichtung erfassten Fahrzustands des Fahrzeugs und der durch die Positions/Richtungserfassungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Kartendaten erfassten momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs voraussagt. Diese Ausgestaltung gestattet eine genauere Voraussage des bestimmten Abgabezustands der Leistung, der von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit übermäßiger elektrischer Leistung begleitet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Leistungsabgabevorrichtung erfasst die Fahrzustandserfassungseinrichtung die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf im Voraus gespeicherte Kartendaten als den Fahrzustand des Fahrzeugs.
In dieser Ausführungsform der Leistungsabgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung wird, wenn der bestimmte Abgabezustand der Leistung an die Antriebswelle, der von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit elektrischer Leistung begleitet wird, die auf oder über einer bestimmten elektrischen Leistung liegt, erwartet wird, eine Steuerung ausgeführt, um die Speicherbatterieeinrichtung wenigstens mit der bestimmten elektrischen Leistung laden zu können. Diese Ausgestaltung verhindert effektiv, dass die Speicherbatterieeinrichtung durch ein übermäßiges Laden beschädigt wird, und verhindert den unerwünschten Zustand, in dem infolge einer voll geladenen Speicherbatterieeinrichtung keine Leistung abgegeben werden kann. Die Voraussage des Fahrzustands des Fahrzeugs erfolgt auf der Grundlage der momentanen Fahrposition und Fahrtrichtung des Fahrzeugs sowie der Kartendaten. Dadurch kann der Abgabezustand der Leistung, der von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit übermäßiger elektrischer Leistung genauer und einfacher vorhergesagt werden. Während der Abgabe der Leistung der Brennkraftmaschine über den ersten Motor an die Antriebswelle wird die Leistung des zweiten Motors an die Antriebswelle abgegeben. D. h., dass die erforderliche Leistung an der Antriebswelle sowohl durch die Brennkraftmaschine als auch den zweiten Motor bereitgestellt wird. Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, in der ausschließlich der zweite Motor die erforderliche Leistung an der Antriebswelle bereitstellt, kann mit der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Baugröße des zweiten Motors verkleinert werden. Ein Teil der oder die gesamte elektrische Leistung, die der zweite Motor benötigt, wird durch die durch den ersten Motor regenerierte elektrische Leistung kompensiert. Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, in der die erforderliche elektrische Leistung vollständig von der Speicherbatterieeinrichtung abhängt, gestattet diese Ausgestaltung eine Verkleinerung der Baugröße der Speicherbatterieeinrichtung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Kartendaten der Positions/Richtungserfassungseinrichtung spezifische Daten betreffend ein spezifisches Gebiet, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und erfordert, dass das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn die durch die Positions/Richtungserfassungseinrichtung erfasste momentane Position des Fahrzeugs dem spezifischen Gebiet entspricht, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und das als die spezifischen Daten in den Kartendaten enthalten ist, aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Kartendaten der Positions/Richtungserfassungseinrichtung spezifische Daten betreffend ein spezifisches Gebiet, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und erfordert, dass das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn erwartet wird, dass das Fahrzeug in dem bestimmten Zeitraum das spezifische Gebiet betritt, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und das als die spezifische Information in den Kartendaten enthalten ist, auf der Basis der durch die Positions/Richtungserfassungseinrichtung erfassten momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs aufweist.
Diese Ausgestaltungen ermöglichen eine genauere Voraussage des bestimmten Abgabezustands der Leistung, der von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit übermäßiger elektrischer Leistung begleitet wird, in einem früheren Stadium.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Kartendaten der Positions/Richtungserfassungseinrichtung Daten betreffend Steigungen auf einer Fahrstrecke des Fahrzeugs als die spezifische Daten, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, auf der Basis der Kartendaten und der durch die Positions/Richtungserfassungseinrichtung erfassten momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine genauere Voraussage des bestimmten Abgabezustands der Leistung, der von dem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit übermäßiger elektrischer Leistung begleitet wird, in einem früheren Stadium.
Bezugnehmend auf eine Ausgestaltung, in der der zweite Motor mit der Antriebswelle verbunden ist, lassen sich der erste Motor und der zweite Motor als ein komplexer Motor ausbilden, der einen mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden dritten Rotor, einen mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden vierten Rotor, der eine gemeinsame Achse mit dem dritten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann, und einen Stator zum Drehen des vierten Rotors aufweist, wobei der dritte Rotor und der vierte Rotor den ersten Motor mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bilden, wohingegen der vierte Rotor und der Stator den zweiten Motor bilden. Die integrierte Ausgestaltung aus dem ersten Motor und dem zweiten Motor verkleinert die Baugröße der Leistungsabgabevorrichtung insgesamt.
Bezugnehmend auf eine Ausgestaltung, in der der zweite Motor mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, lassen sich der erste Motor und der zweite Motor als ein komplexer Motor ausbilden, der einen mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden dritten Rotor, einen mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden vierten Rotor, welcher eine gemeinsame Achse mit dem dritten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann, und einen Stator zum Drehen des vierten Rotors aufweist, wobei der dritte Rotor und der vierte Rotor den ersten Motor mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bilden, wohingegen der dritte Rotor und der Stator den zweiten Motor bilden. Die integrierte Ausgestaltung aus dem ersten Motor und dem zweiten Motor verkleinert die Baugröße der Leistungsabgabevorrichtung insgesamt.
Vorstehende Aufgaben werden ebenfalls gelöst durch das Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung gemäß dem Anspruch 10. Dieses Verfahren umfasst im Besonderen die Schritte: (a) Bereitstellen einer Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, eines ersten Motors, welcher einen mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden ersten Rotor und einen mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden zweiten Rotor aufweist, wobei der zweite Rotor eine gemeinsame Achse mit dem ersten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann und wobei der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, wodurch über eine elektromagnetische Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor eine Leistungsübertragung zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle erfolgt, eines mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden zweiten Motors und einer Speicherbatterieeinrichtung, welche durch den ersten Motor und den zweiten Motor mit elektrischer Leistung geladen bzw. zum Freigeben von elektrischen Leistung entladen wird, (b) Erfassen eines Fahrzustands des Fahrzeugs, (c) Voraussagen eines Abgabezustands der Leistung an die Antriebswelle entsprechend einem bestimmten Abgabezustand auf der Basis des im Schritt (b) erfassten Fahrzustands des Fahrzeugs, wobei der bestimmte Abgabezustand den Abgabezustand begleitet von einem Ladeprozess der Speicherbatterieeinrichtung mit einer elektrischen Leistung, die gleich oder größer ist als eine bestimmte elektrische Leistung, repräsentiert, und (d) Steuern der Brennkraftmaschine, des ersten Motors und des zweiten Motors so, dass die Speicherbatterieeinrichtung mit wenigstens der bestimmten elektrischen Leistung geladen werden kann, wenn der bestimmte Abgabezustand im Schritt (c) erwartet wird.
Bei diesem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird, wenn der bestimmte Abgabezustand der Leistung an der Antriebswelle erwartet wird, der von einem Prozess zum Laden der Speicherbatterieeinrichtung mit elektrischer Leistung begleitet wird, die auf oder über einer bestimmten elektrischen Leistung liegt, die Steuerung ausgeführt, die gestattet, dass die Speicherbatterieeinrichtung wenigstens mit der bestimmten elektrischen Leistung geladen wird. Diese Ausgestaltung verhindert effektiv, dass die Speicherbatterieeinrichtung durch ein übermäßiges Laden beschädigt wird, und verhindert den unerwünschten Zustand, in dem infolge einer voll geladenen Speicherbatterieeinrichtung keine Leistung abgegeben werden kann. Während der Abgabe von Leistung der Brennkraftmaschine über den ersten Motor an die Antriebswelle wird die Leistung des zweiten Motors an die Antriebswelle abgegeben. D.h., dass die erforderliche Leistung an der Antriebswelle sowohl durch die Brennkraftmaschine als auch den zweiten Motor bereitgestellt wird. Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, in der ausschließlich der zweite Motor die erforderliche Leistung an der Antriebswelle bereitstellt, gestattet die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Verkleinerung der Baugröße des zweiten Motors. Ein Teil oder die gesamte elektrische Leistung, die der zweite Motor benötigt, wird durch die durch den ersten Motor regenerierte elektrische Leistung kompensiert. Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, in der die gesamte elektrische Leistung von der Speicherbatterieeinrichtung abhängt, gestattet diese Ausgestaltung eine Verkleinerung der Baugröße der Speicherbatterieeinrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung beinhaltet der Schritt (b) das Erfassen der momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf im Voraus gespeicherte Kartendaten als den Fahrzustand des Fahrzeugs.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die die Ausgestaltung einer Leistungsabgabevorrichtung 20 als eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform veranschaulicht;
2 Darstellung im Querschnitt, die die Ausgestaltung eines Kupplungsmotors 30 und eines Hilfsmotors 40, die in der Leistungsabgabevorrichtung 20 von 1 enthalten sind, im Detail veranschaulicht;
3 ist eine schematische Darstellung, die die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs veranschaulicht, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20 von 1 eingebaut ist;
4 ist eine Darstellung, die das Funktionsprinzip der Leistungsabgabevorrichtung 20 zeigt;
5 bis 7 sind Flussschemata, die eine Drehmomentsteuerungsroutine zeigen, die die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 ausführt;
8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Abgabeenergie Pd, des Soll-Brennkraftmaschinendrehmoments Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne*;
9 ist ein Flussschema, das ein grundlegendes Steuerungsverfahren des Kupplungsmotors 30 zeigt, das das Steuergerät 80 ausführt;
10 ist ein Flussschema, das ein grundlegendes Steuerungsverfahren des Hilfsmotors 40 zeigt, das das Steuergerät 80 ausführt;
11 ist eine Darstellung, die die ladefähige elektrische Leistung aufgetragen gegenüber der Restladung BRM der Batterie 94 zeigt;
12 zeigt den Energiezustand in jeweiligen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 50 zeigt;
13 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer anderen Leistungsabgabevorrichtung 20A als eine Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform;
14 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20B als eine andere Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform;
15 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20C als eine weitere Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform;
16 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20D als eine weitere Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform;
17 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20E als eine weitere Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform;
18 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20F als eine weitere Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform;
19 veranschaulicht schematisch die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs, in dem eine Leistungsabgabevorrichtung 20G einer zweiten Ausführungsform eingebaut ist.
20 bis 22 sind Flussschemata, die eine Drehmomentsteuerungsroutine zeigen, die die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 in der zweiten Ausführungsform ausführt;
23 veranschaulicht schematisch die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs, in dem eine Leistungsabgabevorrichtung 20H einer dritten Ausführungsform eingebaut ist;
24 und 25 sind Flussschemata, die eine Drehmomentsteuerungsroutine zeigen, die die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 in der dritten Ausführungsform ausführt;
26 ist ein Flussschema, das eine Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung zeigt, das die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 in der dritten Ausführungsform ausführt;
27 ist ein Flussschema, das eine andere Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung zeigt;
28 veranschaulicht schematisch, die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs, in dem eine Leistungsabgabevorrichtung 20J eingebaut ist, die eine Abwandlung der dritten Ausführungsform ist;
29 zeigt die Positionen eines vorderen Höhenmessers 132 und eines hinteren Höhenmessers 134 in einem Fahrzeug 130, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20J von 28 eingebaut ist;
30 ist ein Flussschema, das eine Routine zur voraussage einer hohen Ladeleistung zeigt, die die Leistungsabgabevorrichtung 20J ausführt; und
31 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung, bei der die grundlegende Ausgestaltung der in 1 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsmodi der vorliegenden Erfindung als bevorzugte Ausführungsformen erläutert. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Ausgestaltung einer Leistungsabgabevorrichtung 20 als eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform veranschaulicht; 2 ist eine Darstellung im Querschnitt, die die Ausgestaltung eines Kupplungsmotors 30 und eines Hilfsmotors 40, die in der Leistungsabgabevorrichtung 20 von 1 enthalten sind, im Detail zeigt; und 3 ist eine schematische Darstellung, die die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs zeigt, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20 von 1 eingebaut ist. Aus Gründen der Vereinfachung der Beschriebung wird zunächst auf die all-gemeine Ausgestaltung des Fahrzeugs eingegangen.
Es wird auf 3 Bezug genommen; das Fahrzeug ist mit einer benzinbetriebenen Brennkraftmaschine 50 als Leistungsquelle ausgestattet. Die von einem Luftversorgungssystem über ein Drosselventil 66 aufgenommene Luft wird mit Brennstoff, d. h. in dieser Ausführungsform mit Benzin, der von einem Einspritzventil 51 eingespritzt wird, gemischt. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird einem Brennraum 52 zugeführt, wo es explosiv gezündet und verbrannt wird. Die Linearbewegung eines Kolbens 54, der durch die Explosion des Luft/Kraftstoff-Gemisches nach unten gepresst wird, wird in die Drehbewegung einer Kurbelwelle 56 umgewandelt. Das Drosselventil 66 wird zum Öffnen und Schließen von einem Aktuator 68 angesteuert. Eine Zündkerze 62 wandelt die von einer Zündvorrichtung 58 über einen Verteiler 60 angelegte Hochspannung in einen Funken um, der das Luft-/Kraftstoff-Gemisch explosiv entzündet und verbrennt.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 50 wird von einem elektronischen Steuergerät (nachfolgend als EFIECU bezeichnet) 70 gesteuert. Die EFIECU 70 empfängt Informationen verschiedener Sensoren, die die Betriebszustände der Brennkraftmaschine 50 erfassen. Diese Sensoren umfassen einen Drosselventilstellungssensor 67 zum Erfassen des Ventilhubs oder der Ventilstellung BP des Drosselventils 66, einen Ansaugvakuumsensor 72 zum Messen der der Brennnkraftmaschine 50 auferlegten Last, einen Wassertemperatursensor 74 zum Messen der Temperatur des Kühlwassers in der Brennkraftmaschine 50 sowie einen Drehzahlsensor 76 und einen Winkelsensor 78, die am Verteiler 60 angebracht sind, zum Messen der Drehzahl (der Zahl der Umdrehungen pro vorgegebener Zeitdauer) bzw. des Drehwinkels der Kurbelwelle 56. Ein Anlasserschalter 79 zum Er fassen des Startzustands ST eines (nicht gezeigten) Zündschlüssels ist ebenfalls mit der EFIECU 70 verbunden. Weitere Sensoren und Schalter, die mit der EFIECU 170 verbunden sind, sind in der Darstellung nicht gezeigt.
Die Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 ist über einen Kupplungsmotor 30 mit einer Antriebswelle 22 und mit einem Hilfsmotor 40 (die nachstehend ausführlich beschrieben werden) verbunden. Die Antriebswelle 22 ist des Weiteren mit einem Differentialgetriebe 24 verbunden, das das von der Anriebswelle 22 der Leistungsabgabevorrichtung 20 abgegebene Drehmoment schließlich auf das linke und das rechte Antriebsrad 26 bzw. 28 überträgt. Der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 werden angetrieben und gesteuert von einem Steuergerät 80. Das Steuergerät 80 umfasst eine interne Steuerungs-CPU und empfängt Eingangssignale von einem Schalthebelstellungssensor 84, der an einem Schalthebel 82 angebracht ist, und einem Gaspedalstellungssensor 65, der an einem Gaspedal 64 angebracht ist, wie es nachstehend ausführlich beschrieben wird. Das Steuergerät 80 sendet und empfängt über eine Verbindung eine Vielzahl von Daten und Informationen an die bzw. von der EFIECU 70. Einzelheiten des Steuerungsverfahrens, einschließlich eines Kommunikationsprotokolls, werden nachstehend beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen; die Leistungsabgabevorrichtung 20 umfasst im Wesentlichen die Brennkraftmaschine 50 zur Leistungserzeugung, den Kupplungsmotor 30 mit einem Außenrotor 32 und einem Innenrotor 34, den Hilfsmotor 40 mit einem Rotor 42 und das Steuergerät 80 zum Antreiben und Steuern des Kupplungsmotors 30 und Hilfsmotors 40. Der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 ist mechanisch mit einem Ende der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 verbunden, wohingegen dessen Innen rotor 34 mechanisch mit dem Rotor 42 des Hilfsmotors 40 verbunden ist.
Die Ausgestaltung des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 werden kurz erläutert. Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Kupplungsmotor 30 als Synchronmotor mit Permanentmagneten 35, die an der Innenoberfläche des Außenrotors 32 angebracht sind, und Drehstromwicklungen 36, die in am Innenrotor 34 ausgebildeten Schlitzen 34 aufgewickelt sind, ausgebildet. Die Drehstromwicklungen 36 werden über einen Drehumformer 38 mit Leistung versorgt. Zur Ausbildung der Zähne und Schlitze für die Drehstromwicklungen 36 am Innenrotor 34 werden geschichtete Platten aus nichtgerichtetem, elektromagnetischem Stahl verwendet. Zum Messen des Drehwinkels θe der Kurbelwelle 56 ist an der Kurbelwelle 56 ein Drehmelder 39 angebracht. Der Drehmelder 39 kann des Weiteren als der am Verteiler 60 angebrachte Winkelsensor 78 dienen.
Der Hilfsmotor 40 ist ebenfalls als Synchronmotor mit Drehstromwicklungen 44, die auf einen an einem Gehäuse 45 befestigten Stator 43 gewickelt sind, um ein umlaufendes Magnetfeld zu erzeugen, ausgebildet. Der Stator 43 ist ebenfalls aus geschichteten Platten aus nichtgerichtetem, elektromagnetischem Stahl hergestellt. An der Außenoberfläche des Rotors 42 sind eine Vielzahl von Permanentmagneten 46 angebracht. Im Hilfsmotor 40 bewirkt das Zusammenspiel zwischen dem durch die Permanentmagneten 46 ausgebildeten Magnetfeld und dem durch die Drehstromwicklungen 44 ausgebildeten umlaufenden Magnetfeld eine Drehung des Rotors 42. Der Rotor 42 ist mechanisch mit der Antriebswelle 22 verbunden, die als Drehmomentausgangswelle der Leistungsabgabevorrichtung 20 arbeitet. An der Antriebswelle 22, die über ein im Gehäuse 45 sitzendes Lager 49 gelagert ist, ist ein Drehmelder 48 zum Messen des Drehwinkels θd der Antriebswelle 22 angebracht.
Der Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30 ist mechanisch mit dem Rotor 42 des Hilfsmotors 40 und weiter mit der Antriebswelle 22 verbunden. Die Drehung und das Drehmoment der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 werden dementsprechend über den Außenrotor 32 und den Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30 auf die Antriebswelle 22 übertragen, wobei die Drehung und das Drehmoment des Hilfsmotors 40 der übertragenen Drehung bzw. dem übertragenen Drehmoment hinzugeben oder von diesen abgezogen werden.
Während der Hilfsmotor 40 als ein herkömmlicher Permanentmagnet-Drehstrom-Synchronmotor ausgebildet ist, umfasst der Kupplungsmotor 30 zwei Drehelemente oder Rotoren, d. h. den Außenrotor 32 mit den an diesem angebrachten Permanentmagneten 35 und den Innenrotor 34 mit den an diesem angebrachten Drehstromwicklungen 36. Die detaillierte Ausgestaltung des Kupplungsmotors 30 wird anhand des Querschnitt von 2 erläutert. Der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 ist am Umfangsende einer auf der Kurbelwelle 56 angeordneten Scheibe 57 mittels eines Druckstifts 59a und einer Schraube 59b angebracht. Ein zentraler Abschnitt der Scheibe 57 ragt in der Form eines wellenartigen Elements vor, auf dem der Innenrotor 34 über Lager 37A und 37B drehbar sitzt. Die Antriebswelle 22 ist an einem Ende am Innenrotor 34 befestigt.
An der Innenoberfläche des Außenrotors 32 sind, wie vorstehend erwähnt, eine Vielzahl von Permanentmagneten 35, acht in dieser Ausführungsform, angebracht. Die Permanentmagneten 35 sind in eine Richtung zum axialen Zentrum des Kupplungsmotors 30 magnetisiert und haben abwechselnd umgedrehte Magnetpolrichtungen. Die den Permanentmagneten 35 in einem kurzen Abstand gegenüberliegenden Drehstromwicklungen 36 des Innenrotors 34 sind insge samt in 12 Schlitzen (nicht gezeigt) aufgewickelt, die am Innenrotor 34 ausgebildet sind: Die Stromversorgung der Wicklungen bewirkt jeweils die Erzeugung eines magnetischen Flusses, der durch die (nicht gezeigten) Zähne geht, die die Schlitze voneinander trennen. Durch Anlegen eines Drehstromwechselstroms an die jeweiligen Wicklungen läuft dieses Magnetfeld um. Die Drehstromwicklungen 36 sind zur Aufnahme von über den Drehumformer 38 bereitgestellter elektrischer Leistung angeschlossen. Der Drehumformer 38 umfasst Primärwicklungen 38A, die am Gehäuse 45 befestigt sind, und Sekundärwicklungen 38B, die an der Antriebswelle 22 angebracht sind, die mit dem Innenrotor 34 in Verbindung steht. Durch elektromagnetische Induktion kann elektrische Leistung von den Primärwicklungen 38A zu den Sekundärwicklungen 38B oder umgekehrt übertragen werden. Der Drehumformer 38 weist Wicklungen für die drei Phasen, d. h. die U-, V- und W-Phase, auf, um die Übertragung der elektrischen Dreiphasen- bzw. Drehströme zu ermöglichen.
Das Zusammenspiel zwischen dem Magnetfeld, das durch ein benachbartes Paar von Permanentmagneten 35 gebildet wird, und dem durch die Drehstromwicklungen 36 des Innenrotors 34 gebildeten umlaufenden Magnetfeld führt zu einem vielseitigen Verhalten des Außenrotors 32 und Innenrotors 34. Die Frequenz des den Drehstromwicklungen 36 zugeführten Dreiphasenwechselstroms ist im Allgemeinen gleich der Differenz zwischen der Drehzahl (der Zahl der Umdrehungen pro Sekunde) des unmittelbar mit der Kurbelwelle 56 in Verbindung stehenden Außenrotors 32 und der Drehzahl des Innenrotors 34. Dies führt zu einem Schlupf zwischen den Drehungen des Außenrotors 32 und des Innenrotors 34. Einzelheiten der Steuerungsprozesse des Kupplungsmotors 30 und Hilfsmotors 40 werden auf der Basis von Flussdiagrammen nachstehend erläutert.
Wie vorstehend erwähnt, werden der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 von der Steuereinheit 80 angetrieben und gesteuert. Es wird wieder auf 1 Bezug genommen; die Steuereinheit 80 umfasst einen ersten Steuerkreis 91 zur Ansteuerung des Kupplungsmotors 30, einen zweiten Steuerkreis 92 zur Ansteuerung des Hilfsmotors 40, eine Steuerungs-CPU 90 zur Steuerung sowohl des ersten als auch des zweiten Steuerkreises 91 bzw. 92 und eine Batterie 94 mit einer Zahl von Sekundärzellen. Die Steuerungs-CPU 90 ist ein Einchip-Mikroprozessor mit einem als Arbeitsspeicher verwendeten RAM 90a, einem ROM-Speicher 90b, in dem verschiedene SteuerungsProgrammme gespeichert sind, einem (nicht gezeigten) Eingabe/Ausgabeport und einem (nicht gezeigten) seriellen Kommunikationsport, durch den Daten an die EFIECU 70 geschickt oder von dieser empfangen werden. Die Steuerungs-CPU 90 empfängt eine Vielzahl von Daten über den Eingabe/Ausgabe-Port. Die Eingabedaten umfassen den durch den Drehmelder 39 gemessenen Drehwinkel θe der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50, den durch den Drehmelder 48 gemessenen Drehwinkel θd der Antriebswelle 22, die vom Gaspedalstellungssensor 65 ausgegebene Gaspedalstellung AP (den Betätigungsbetrag des Gaspedals 64), die vom Schalthebelstellungssensor 84 ausgegebene Schalthebelstellung SP, Kupplungsmotorströme Iuc und Ivc von zwei in dem ersten Steuerkreis 91 angeordneten Strommessern 95 bzw. 96, Hilfsmotorströme Iua und Iva von zwei in dem zweiten Steuerkreis 92 angeordneten Strommessern 97 bzw. 98 und die durch ein Restladungsmessgerät 99 gemessene Restladung BRM der Batterie 94. Das Restladungsmessgerät 99 kann die Restladung BRM der Batterie 94 nach jedem bekannten Verfahren bestimmen, zum Beispiel durch Messen des spezifischen Gewichts einer elektrolytischen Lösung in der Batterie 94 oder des Gesamtgewichts der Batterie 94, durch Berechnen der Ströme und der Lade- und Entladezeit oder durch Herbeiführen eines vorübergehenden Kurz- schlusses zwischen den Anschlussklemmen der Batterie 94 und Messen des Innenwiderstandes gegen den elektrischen Strom.
Die Steuerungs-CPU 90 liefert ein erstes Steuersignal SW1 zum Ansteuern von sechs Transistoren Tr1 bis Tr6, die als Schaltelemente des ersten Steuerkreises 91 arbeiten, und ein zweites Steuersignal SW2 zum Ansteuerung von sechs Transistoren Tr11 bis Tr16, die als Schaltelemente des zweiten Steuerkreises 92 arbeiten. Die sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 in dem ersten Steuerkreis 91 bilden einen Transistorwechselrichter und sind paarweise angeordnet, so dass sie als Source und Drain bezüglich eines Paares von Versorgungsleitungen L1 und L2 wirken. Die Drehstromwicklungen (U, V, W) 36 des Kupplungsmotors 30 sind über den Drehumwandler 38 jeweils mit der Plus- und Minusklemme der Batterie 94 verbunden. Das von der Steuerungs-GPU 90 ausgegebene erste Steuersignal SW1 steuert somit nacheinander die Einschaltzeit der paarweisen Transistoren Tr1 bis Tr6. Der durch jede Wicklung 36 fließende Strom unterliegt einer PWM ("pulse width modulation"), so dass eine quasi-sinusförmige Welle erhalten wird, die ermöglicht, dass die Drehstromwicklungen 36 ein umlaufendes Magnetfeld bilden.
Die sechs Transistoren Tr11 bis Tr16 in dem zweiten Steuerkreis 92 bilden ebenfalls einen Transistorwechselrichter und sind in der gleichen Weise wie die Transistoren Tr1 bis Tr6 in dem ersten Steuerkreis 91 angeordnet. Die Drehstromwicklungen (U, V, W) 44 des Hilfsmotors 40 sind jeweils mit Kontakten der paarweisen Transistoren verbunden. Das von der Steuerungs-GPU 90 ausgegebene zweite Steuersignal SW2 steuert somit nacheinander die Einschaltzeit der paarweisen Transistoren Tr11 bis Tr16. Der elektrische Strom, der durch jede Wicklung 44 fließt, unterliegt einer PWM, so dass eine quasi-sinusförmige Welle erhalten wird, die ermöglicht, dass die Drehstromwicklungen 44 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugen.
Die so ausgebildete Leistungsabgabevorrichtung 20 arbeitet nach dem nachstehend erläuterten Funktionsprinzip, insbesondere nach dem Prinzip der Drehmomentumwandlung. Als Beispiel sei angenommen, dass die durch die EFIECU 70 angetriebene Brennkraftmaschine 50 mit einer Drehzahl Ne dreht, die gleich einem vorgegebenen Wert N1 ist. Solange die Transistoren Tr1 bis Tr6 in dem ersten Steuerkreis 91 gesperrt sind, werden die Drehstromwicklungen 36 des Kupplungsmotors 30 durch das Steuergerät 80 nicht mit elektrischem Strom über den Drehumformer 38 gespeist. Ohne Stromzufuhr ist der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 elektromagnetisch getrennt vom Innenrotor 34. Dies führt zu einem Hochdrehen der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50. Im Sperrzustand sämtlicher Transistoren Tr1 bis Tr6 findet keine Regeneration von Energie an den Drehstromwicklungen 36 statt, und die Brennkraftmaschine 50 wird im Leerlauf gehalten.
Wenn die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 das erste Steuersignal SW1 zur Durchschalte- und Sperr-Steuerung der Transistoren Tr1 bis Tr6 in dem ersten Steuerkreis 91 ausgibt, fließt durch die Drehstromwicklungen 36 des Kupplungsmotors 30 ein konstanter elektrischer Strom basierend auf der Differenz zwischen der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 und der Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 (in anderen Worten, auf der Basis der Differenz Nc (= Ne – Nd) zwischen der Drehzahl des Außenrotors 32 und derjenigen des Innenrotors 34 im Kupplungsmotor 30). Dementsprechend tritt zwischen dem Außenrotor 32 und dem Innenrotor 34, die im Kupplungsmotor 30 miteinander in Verbindung stehen, ein bestimmter Schlupf auf. Dabei dreht sich der Innenrotor 34 mit der Drehzahl Nd, die kleiner ist als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 (Drehzahl der Kurbelwelle 56). In diesem Zustand fungiert der Kupplungsmotor 30 als ein Generator und führt eine Regenerationsfunktion zur Regeneration von elektrischem Strom über den ersten Steuerkreis 91 aus und lädt die Batterie 94 mit der so regenerierten elektrischen Leistung. Um zu ermöglichen, dass der Hilfsmotor 40 Energie verbraucht, die mit der durch den Kupplungsmotor 30 regenerierten Energie identisch ist, steuert die Steuerungs-CPU 90 die Transistoren Tr11 bis Trl6 in dem zweiten Steuerkreis 92 durchschaltend und sperrend. Die Durchschalte- und Sperr-Steuerung der Transistoren Tr11 bis Tr16 ermöglicht, dass durch die Drehstromwicklungen 44 des Hilfsmotors 40 elektrischer Strom fließt und der Hilfsmotor 40 im Ergebnis eine Leistungsfunktion zum Erzeugen eines Drehmoments ausführt.
Es wird auf Fig. Bezug 4 genommen; wenn die Kurbelwelle 56 mit einer Drehzahl N1 und einem Drehmoment T1 angetrieben wird, führt der Kupplungsmotor 30 die Regenerationsfunktion aus, um die durch eine Fläche G1 definierte Energie zu erzeugen. Die Energie der Fläche G1 wird dem Hilfsmotor 40 zugeführt, wodurch die Antriebswelle 22 mit einer Drehzahl N2 und einem Drehmoment T2 dreht. Die Drehmomentumwandlung erfolgt in der vorstehend diskutierten Weise, wobei die Energie entsprechend dem Schlupf im Kupplungsmotor 30 oder der positiven Drehzahldifferenz Nc (= Ne – Nd) folglich der Antriebswelle 22 als Drehmoment hinzugegeben wird.
Als ein anderes Beispiel sei angenommen, dass die Brennkraftmaschine 50 mit der Drehzahl Ne gleich dem Wert N2 und einem Drehmoment Te gleich dem Wert T2 läuft, während die Antriebswelle 22 mit der Drehzahl N1 dreht, die größer ist als die Drehzahl N2. In diesem Zustand dreht sich der Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30 relativ zum Außenrotor 32 in Drehrichtung der Antriebswelle 22 mit einer Drehzahl definiert durch den Absolutwert der Drehzahldifferenz Nc (= Ne – Nd). Der Kupplungsmotor 30 fungiert dementsprechend als ein normaler Motor und verbraucht von der Batterie 94 bereitgestellte elektrische Leistung, um der Antriebswelle 22 Drehbewegungsenergie zuzuführen. Wenn die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 den zweiten Steuerkreis 92 ansteuert, um zu ermöglichen, dass der Hilfsmotor 40 elektrische Energie regeneriert, bewirkt der Schlupf zwischen dem Rotor 42 und dem Stator 43 des Hilfsmotors 40, dass regenerativer Strom durch die Drehstromwicklungen 44 fließt. Um zu ermöglichen, dass der Kupplungsmotor 30 die durch den Hilfsmotor 40 regenerierte elektrische Leistung verbraucht, steuert die Steuerungs-CPU 90 sowohl den ersten Steuerkreis 91 als auch den zweiten Steuerkreis 92 an. Dies ermöglicht einen Betrieb des Kupplungsmotors 30, ohne elektrische Leistung zu verwenden, die in der Batterie 94 gespeichert ist.
Es wird wieder auf 4 Bezug genommen; wenn die Kurbelwelle 56 mit einer Drehzahl Ne = N2 und einem Drehmoment Te = T2 angetrieben wird, regeneriert der Hilfsmotor 40 Energie entsprechend der Summe aus den Flächen G2 und G3. Die Energie der Flächen G2 und G3 wird dem Kupplungsmotor 30 zugeführt, wodurch die Antriebswelle 22 mit der Drehzahl Nd = N1 und dem Drehmoment Td = T1 angetrieben wird.
Im Gegensatz zu der vorstehend diskutierten Drehmomentumwandlung kann die Leistungsabgabevorrichtung 20 der Ausführungsform die Batterie 94 mit einem Überschuss an elektrischer Energie laden oder die Batterie 94 entladen, um elektrische Energie zu ergänzen. Dies wird durch eine Steuerung der Abgabeenergie der Brennkraftmaschine 50 (d. h. des Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne), der durch den Kupplungsmotor 30 regenerierten oder verbrauchten elektrischen Energie und der durch den Hilfsmotor 40 regenerierten oder verbrauchten elektrischen Energie realisiert. Die Abgabeenergie von der Brennkraftmaschine 50 kann somit mit einer höheren Effizienz als die Leistung an die Antriebswelle 22 übertragen werden.
Im Folgenden wird ein typisches Verfahren dieser Drehmomentumwandlung beschrieben, die gemäß der in 5 bis 7 gezeigten Drehmomentsteuerungsroutine ausgeführt wird. Wenn das Programmm die Drehmomentsteuerungsroutine von 5 aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 zunächst im Schritt S100 Daten betreffend die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22. Die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 lässt sich aus dem vom Drehmelder 48 gelesenen Drehwinkel θd der Antriebswelle 22 berechnen. In dem anschließenden Schritt S102 liest die Steuerungs-CPU 90 die durch den Gaspedalstellungssensor 65 erfasste Gaspedalstellung AP. Der Fahrer betätigt das Gaspedal 64, wenn er spürt, dass das abgegebene Drehmoment nicht ausreicht. Der Betrag der Gaspedalstellung AP stellt dementsprechend das gewünschte Abgabedrehmoment (d. h. das gewünschte Drehmoment der Antriebswelle 22) dar, das der Fahrer anfordert. Das Programmm geht dann zum Schritt S104, in dem die Steuerungs-CPU 90 ein Soll-Abgabedrehmoment Td* entsprechend der eingegebenen Gaspedalstellung AP ermittelt. In dieser Ausführungsform wurden Abgabedrehmomentbefehlswerte Td* entsprechend jeweiligen Gaspedalstellungen AP im Voraus eingestellt. Im Ansprechen auf die Eingabe der Gaspedalstellung AP liest die Steuerungs-CPU 90 den Abgabedrehmomentbefehlswert Td* entsprechend der eingegebenen Gaspedalstellung AP.
Im Schritt S106 wird der Betrag der an die Antriebswelle 22 abzugebenden Energie Pd aus dem im Schritt S104 erhaltenen Abgabedrehmomentbefehlswert Td* und der einge gebenen Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 gemäß der Gleichung Pd = Td* × Nd berechnet. Das Programm geht anschließend zum Schritt S108, in dem bestimmt wird, ob die Abgabeenergie Pd gleich einer oder größer als eine minimale Abgabeenergie Pemin ist oder nicht. Die minimale Abgabeenergie Pemin ist als ein minimaler Wert eingestellt, den die Brennkraftmaschine 50 mit einem ausreichenden Wirkungsgrad stabil abgeben kann. Wenn bestimmt wird, dass die Abgabeenergie Pd nicht kleiner ist als die minimale Abgabeenergie Pemin, führt das Programm die Verarbeitung der in den Flussschemata von 5 und 6 gezeigten Schritte S110 bis S142 aus. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Abgabeenergie Pd kleiner ist als die minimale Abgabeenergie Pemin, führt das Programm die Verarbeitung der im Flussschema von 7 gezeigten Schritte S150 bis S168 aus. Die Abgabeenergie Pd ist unter normalen Bedingungen gleich der oder größer als die minimale Abgabeenergie Pemin. Im Folgenden wird daher zunächst die Verarbeitung für die Bedingung, dass Pd nicht kleiner ist als Pemin, und anschließend die Verarbeitung für die Bedingung, dass Pd kleiner ist als Pemin, beschrieben.
Wenn im Schritt S108 bestimmt wird, dass die Abgabeenergie Pd gleich der oder größer als die minimale Abgabeenergie Pemin ist, geht das Programm zum Schritt S110, in dem die Steuerungs-CPU 90 ein Soll-Drehmoment Te* und eine Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 einstellt. Hier wird davon ausgegangen, dass die insgesamt erforderliche Energie Pd, die an die Antriebswelle 22 abzugeben ist, von der Brennkraftmaschine 50 bereitgestellt wird. Da die von der Brennkraftmaschine 50 bereitgestellte Energie gleich dem Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 ist, lässt sich unter dieser Annahme die Beziehung zwischen der Abgabeenergie Pd, dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* durch Pd = Te* × Ne* ausdrücken. Es gibt jedoch zahlreiche Kombinationen zwischen dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne*, die der vorstehenden Beziehung genügen. In dieser Ausführungsform wird eine günstige Kombination zwischen dem Soll-Drehmoment Te* und der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 auf die folgende Weise eingestellt, um zu ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine 50 in einem Betriebspunkt mit größtmöglichem Wirkungsgrad angetrieben wird.
8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Abgabeenergie Pd, dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne*, die gestattet, dass die Brennkraftmaschine 50 in Betriebspunkten mit größtmöglichem Wirkungsgrad angetrieben wird. Die Kurve A in 8 repräsentiert die Grenze des Brennkraftmaschinenbetriebsbereichs, in dem die Brennkraftmachine 50 betrieben werden kann, und die Kurve DPL repräsertiert Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 50 mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. Im Brennkraftmaschinenbetriebsbereich können Wirkungsgradkurven, wie z. B. die Kurven α1 bis α6, gezeichnet werden, indem Betriebspunkte mit identischem Wirkungsgrad miteinander verbunden werden. Die Kurve DPL wird durch eine Verbindung der Kämme dieser Wirkungsgradkurven erhalten. Die von der Brennkraftmaschine 50 abzugebende Energie Pd ist definiert als das Produkt aus dem Brennkraftmaschinendrehmoment Te und der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und lässt sich somit als die Kurve Pd konstanter Abgabeenergie in 8 darstellen. Bezüglich der bekannten Abgabeenergie Pd kann das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 als der Betriebspunkt im Schnittpunkt der Kurve Pd konstanter Abgabeenergie und der Kurve DPL bestimmt werden. In dieser Ausführungsform wird die Beziehung zwischen der Abgabeenergie Pd, dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und der Soll- Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* im Voraus als ein Kennfeld im ROM 90b gespeichert. Das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* entsprechend der berechneten Abgabeenergie Pd werden dann aus dem Kennfeld gelesen.
In dem folgenden Schritt S112 wird der im Schritt S104 erhaltene Abgabedrehmomentbefehlswert Td* mit der Summe aus dem Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax, das der Hilfsmotor 40 abgeben kann, verglichen. Die Summe aus dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und dem maximalen Drehmoment Tamax repräsentiert das maximale Drehmoment, das an die Antriebswelle 22 abgegeben werden kann, wenn die Brennkraftmaschine 50 mit dem Soll-Drehmoment Te* betrieben wird. Der Grund dafür ist wie folgt. Das maximale Drehmoment, das an die Antriebswelle 22 abgegeben werden kann, wird im Allgemeinen als die Summe aus dem Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 und dem maximalen Drehmoment Tamax ausgedrückt. Das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 ist jedoch identisch mit dem Last-Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50 und wird damit gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* (Tc = Te*) gesetzt, um die Brennkraftmaschine 50 mit dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* anzutreiben. Mit der Verarbeitung des Schritts 5112 wird dementsprechend bestimmt, ob das Abgabedrehmoment Td*, das gemäß dem Wunsch des Fahrers an die Antriebswelle 22 übertragen werden soll, innerhalb des möglichen Abgabebereichs der Brennkraftmaschine 50 liegt, die in dem spezifischen Betriebspunkt betrieben wird, der entsprechend dem Abgabedrehmoment Td* mit Hilfe der Beziehung von 8 eingestellt wird.
Wenn der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* im Schritt S112 gleich der oder kleiner als die Summe aus dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und dem maximalen Dreh moment Tamax ist, geht das Programm zum Schritt S114, in dem die durch die Subtraktion des Soll-Brennkraftmaschinendrehmoments Te* vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* erhaltene Differenz als ein Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 eingestellt wird, und anschließend zum Schritt S116, in dem das Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 als ein Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 eingestellt wird. Der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 wird gleich dem Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 gesetzt, da das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 identisch ist mit dem vorstehend erwähnten Last-Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50. Die Verarbeitung, die ausgeführt wird, wenn der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* im Schritt 5112 größer ist als die Summe aus dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und dem maximalen Drehmoment Tamax, wird später beschrieben.
Nach der Einstellung des Soll-Drehmoments Te* und der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 sowie des Drehmomentbefehlswerte Tc* und Ta* des Kupplungsmotors 30 bzw. Hilfsmotors 40 geht das Programm zu den Schritten S118, S120 und S122, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung sind die Steuerungen des Kupplungsmotors 30, des Hilfsmotors 40 und der Brennkraftmaschine 50 als separate Schritte darsgestellt. Tatsächlich laufen diese Steuerungen jedoch vollständig parallel ab. Die Steuerungs-CPU 90 steuert beispielsweise den Kupplungsmotor 30 und den Hilfsmotor 40 unter Verwendung eines Interruptprozesses gleichzeitig, während es zugleich der EFIECU 70 über die Verbindung eine Anweisung überträgt, damit die EFIECU 70 gleichzeitig die Brennkraftmaschine 50 steuern kann.
9 ist ein Flussschema, das Einzelheiten des Steuerungsprozesses des Kupplungsmotors 30 zeigt, der im Schritt S118 im Flussschema von 5 ausgeführt wird. wenn das Programm die Kupplungsmotorsteuerungsroutine aufruft, liest die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 zunächst im Schritt S170 den Drehwinkel θd der Antriebswelle 22 vom Drehmelder 48 und im Schritt S172 den Drehwinkel θe der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 vom Drehmelder 39. Die Steuerungs-CPU 90 berechnet anschließend im Schritt S174 einen elektrischen Winkel θc des Kupplungsmotors 30 mit Hilfe der Gleichung θc = 4(θ e – θd).
Das Programm geht zum Schritt S176, in dem die Steuerungs-CPU 90 die Kupplungsmotorströme Iuc und Ivc liest, die durch die U-Phase bzw. V-Phase der Drehstromwicklungen 36 im Kupplungsmotor 30 fließen und durch Strommesser 95 bzw. 96 gemessen werden. Obwohl selbstverständlich durch alle drei Phasen U, V und W Ströme fließen, müssen nur die Ströme gemessen werden, die durch die beiden Phasen fließen, da die Summe der Ströme gleich Null ist. Im nachfolgenden Schritt S178 führt die Steuerungs-CPU 90 eine Koordinatentransformation (Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation) unter Verwendung der im Schritt S176 erhaltenen Werte der Ströme durch, die durch die drei Phasen fließen. Die Koordinatentransformation bildet die Werte der Ströme, die durch die drei Phasen fließen, auf die Werte von Strömen ab, die durch d- und q-Achsen des Permanentmagnet-Synchronmotors fließen, und wird gemäß der nachstehenden Gleichung (1) ausgeführt:
Die Koordinatentransformation wird ausgeführt, da die Ströme, die durch die d- und q-Achsen fließen, zur Drehmomentsteuerung im Permanentmagnet-Synchronmotor notwendig sind. Alternativ dazu kann die Drehmomentsteuerung direkt über die Ströme ausgeführt werden, die durch die drei Phasen fließen. Nach der Transformation auf die Ströme der beiden Achsen berechnet die Steuerungs-CPU 90 aus Strombefehlswerten Idc* und Iqc* der jeweiligen Achsen, welche aus dem Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 berechnet werden, Abweichungen der Ströme Idc und Iqc, die tatsächlich durch die d- und q-Achsen fließen, und bestimmt anschließend im Schritt 180 Spannungsbefehlswerte Vdc und Vqc bezüglich der d- und q-Achsen. Gemäß einem konkreten Verfahren führt die Steuerungs-GPU 90 arithmetische Operationen gemäß den nachstehend angegebenen Gleichungen (2) und Gleichungen (3) aus: ΔIdc = Idc* – Idc ΔIgc = Iqc* – Iqc (2) Vdc = Kp1·ΔIdc + ΣKi1·ΔIdc Vqc = Kp2·ΔIgc + ΣKi2·ΔIgc (3)wobei Kp1, Kp2, Ki1 und Ki2 Koeffizienten darstellen, die der Kennlinie des verwendeten Motors entsprechend angepasst sind. Jeder Spannungsbefehlswert Vdc (Vqc) enthält einen Teil, der in einem Verhältnis zu der Abweichung I vom Strombefehlswert I* (der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (3)) steht und eine Summation historischer Daten "i"-maliger Abweichungen I (der zweite Term auf der rechten Seite). Die Steuerungs-GPU 90 transformiert dann im Schritt S182 die Koordinaten der so erhaltenen Spannungsbefehlswerte zurück (Zweiphasen-Dreiphasen-Transformation). Dies entspricht einer Umkehrung der im Schritt S178 ausgeführten Transformation. Die Umkehrtransformation bestimmt die an die Drehstromwicklungen 36 angelegten tatsächlichen Spannungen Vuc, Vvc und Vwc, die durch die nachstehend angegebene Gleichungen (4) ausgedrückt sind:
Die eigentliche Spannungssteuerung wird durch eine Durchschalte-Sperr-Operation der Transistoren Tr1 bis Tr6 im ersten Steuerkreis 91 ausgeführt. Im Schritt S184 wird die Durchschalte- und Sperr-Zeit der Transistoren Tr1 bis Tr6 im ersten Steuerkreis 91 PWM-gesteuert ("puls width modulation"), um die durch die vorstehenden Gleichungen (4) bestimmten Spannungsbefehlswerte Vuc, Vvc und Vwc zu erhalten.
Der Drehmomentbefehlswert Tc* ist positiv, wenn an die Antriebswelle 22 in Drehrichtung der Kurbelwelle 56 ein positives Drehmoment angelegt wird. Als Beispiel sei angenommen, dass dem Drehmomentbefehlswert Tc* ein positiver Wert zugeordnet ist. Wenn die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 größer ist als die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 unter dieser Annahme, d. h. wenn die Drehzahldifferenz Nc (= Ne – Nd) positiv ist, wird der Kupplungsmotor 30 so gesteuert, dass er die Regenerationsfunktion ausführt und entsprechend der Drehzahldifferenz Nc einen regenerativen Strom erzeugt. Wenn die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 dagegen kleiner ist als die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22, d. h. wenn die Drehzahldifferenz Nc (= Ne – Nd) negativ ist, wird der Kupplungsmotor 30 so gesteuert, dass er eine Leistungsfunktion ausführt und mit einer durch den Absolutwert der Drehzahldifferenz Nc definierten Drehzahl relativ zur Kurbelwelle 56 in Drehrichtung der Antriebswelle 22 dreht. Für den positiven Drehmomentbefehlswert Tc* führen sowohl die Regenerationsfunktion als auch die Leistungs funktion des Kupplungsmotors 30 dieselbe Schaltsteuerung aus. Gemäß einem konkreten Verfahren werden die Transistoren Tr1 bis Tr6 des ersten Steuerkreises 91 so gesteuert, dass ein positives Drehmoment an die Antriebswelle 22 angelegt werden kann durch die Kombination des Magnetfelds, das durch die am Außenrotor 32 angeordneten Permanentmagneten 35 erzeugt wird, mit dem umlaufenden Magnetfeld, das durch die Ströme erzeugt wird, die durch die am Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30 montierten Drehstromwicklungen 36 fließen. Sowohl für die Regenerationsfunktion als auch für die Leistungsfunktion des Kupplungsmotors 30 wird dieselbe Schaltsteuerung ausgeführt, solange wie sich das Vorzeichen des Drehmomentbefehlswerte Tc* nicht ändert. Die Kupplungsmotorsteuerungsroutine von 9 ist somit sowohl für die Regenerationsfunktion anwendbar als auch für die Leistungsfunktion. Unter der Bedingung, dass die Antriebswelle 22 gebremst wird oder das Fahrzeug sich rückwärts bewegt, hat der Drehmomentbefehlswert Tc* ein negatives Vorzeichen. Die Kupplungsmotorsteuerungsroutine von 9 ist auch für das Steuerungsverfahren unter diesen Bedingungen anwendbar, wenn der im Schritt S174 erhaltene relative Winkel θc in umgekehrter Richtung variiert.
10 ist ein Flussschema, das die Einzelheiten des im Schritt S120 im Flussschema von 5 ausgeführten Drehmomentsteuerungsprozesses des Hilfsmotors 40 zeigt. Wenn das Programm die Hilfsmotorsteuerungsroutine aufruft, liest die Steuerungs-CPU 90 zunächst im Schritt S190 den Drehwinkel θd der Antriebswelle 22 vom Drehmelder 48, und berechnet im Schritt 191 einen elektrischen Winkel θa des Hilfsmotors 40 mit Hilfe der Gleichung θ a = 4θd. Die Steuerungs-CPU empfängt anschließend im Schritt S192 Daten betreffend die Hilfsmotorströme Iua und Iva, die durch die U-Phase bzw. V-Phase der Drehstromwicklungen 44 im Hilfsmotor 40 fließen und durch die Strommesser 97 und 98 gemessen werden. Die Steuerungs-CPU 90 führt dann im Schritt S194 eine Koordinationtransformation für die Ströme der drei Phasen aus, berechnet im Schritt S196 die Spannungsbefehlswerte Vda und Vqa und führt im Schritt S198 eine umgekehrte Koordinatentransformation für die Spannungsbefehlswerte aus. In dem anschließenden Schritt S199 bestimmt die Steuerungs-CPU 90 die Durchschalte- und Sperr-Zeit der Transistoren Tr11 bis Tr16 in dem zweiten Steuerkreis 92 für die PWM("puls width modulation") Steuerung. Die in den Schritten S194 bis S199 ausgeführte Verarbeitung ist der Verarbeitung ähnlich, die in den Schritten S178 bis S184 in der im Flussschema von 9 gezeigten Kupplungsmotorsteuerungsroutine ausgeführt wird.
Der Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 wird bestimmt, indem im Schritt 114 im Flussschema von 5 das Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* subtrahiert wird. Hier sei angenommen, dass die Antriebswelle 22 in Drehrichtung der Kurbelwelle 56 dreht und der Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 positiv ist, wenn ein positives Drehmoment an die Antriebswelle 22 in Drehrichtung der Kurbelwelle 56 angelegt ist. Für den Fall, dass der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te*, wird dem Drehmomentbefehlswert Ta* ein positiver Wert zugeordnet, so dass der Hilfsmotor 40 die Leistungsfunktion ausführt, um die Drehung der Antriebswelle 22 zu beschleunigen. Für den Fall, dass der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* dagegen kleiner ist als das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te*, wird dem Drehmomentbefehlswert Ta* ein negativer Wert zugeordnet, so dass der Hilfsmotor 40 die Regenerationsfunktion ausführt, um der Drehung der Antriebswelle 22 entgegenzuwirken. Ebenso wie die Steuerung des Kupplungsmotors 30 ist die Hilfsmotorsteuerungsroutine von 10 somit für die Leistungsfunktion und die Regenerationsfunktion des Hilfsmotors 40 anwendbar. Dies gilt auch dann, wenn die Antriebswelle 22 entgegen der Drehung der Kurbelwelle 56 dreht.
Die Steuerung der Brennkraftmaschine 50 (Schritt S122 im Flussdiagramm von 5) wird wie folgt ausgeführt. Um einen stationären Betrieb in einem spezifischen Betriebspunkt definiert durch das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne*, die im Schritt S110 in 5 eingestellt wurden, zu erhalten, regelt die Steuerungs-CPU 90 das Drehmoment Te und die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Gemäß einem konkreten Verfahren schickt die Steuerungs-CPU 90 eine Anweisung an die EFIECU 70 über die Verbindung, und die EFIECU 70 erhöht oder verringert die Brennstoffeinspritzmenge aus dem Einspritzventil 51 oder vergrößert oder verkleinert die Stellung der Drosselklappe 66, um das Abgabedrehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine 50 nach und nach dem Soll-Brenkraftmaschinendrehmoment Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* anzunähern. Das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50 hängt von dem Last-Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 ab, das durch die im Schritt S118 im Flussschema von 5 ausgeführte Steuerung des Kupplungsmotors 30 gleich dem Drehmomentbefehlswert Tc* eingestellt wird. Dies bedeutet, dass der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* eingestellt ist. Das Steuerungsverfahren der Brennkraftmaschine 50 gleicht dementsprechend die Drehzahl der Brennkraftmaschine 50 der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* an.
Aus Gründen der Klarheit der Erläuterung erfolgt die Verarbeitung der Schritte S110 bis S122 in der Drehmomentsteuerungsroutine von 5 unter der Annahme eines idealen Zusands, in dem sowohl der Kupplungsmotor 30 als auch der Hilfsmotor 40 jeweils einen Wirkungsgrad von 100 haben. In dem Fall, in dem die Wirkungsgrade des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 100% sind, ermöglicht diese Verarbeitung, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung mittels des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 in das erforderliche Drehmoment umgewandelt und auf die Antriebswelle 22 übertragen wird, wie es vorstehend mit Hilfe der Zeichnung von 4 beschrieben wurde. Tatsächlich haben der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 jedoch Wirkungsgrade von weniger als 100. Die Verarbeitung der Schritte S110 bis S122, die bei der Leistungsabgabevorrichtung mit den realen Motoren erfolgt, führt somit zu einer Abnahme der Leistung an der Antriebswelle 22 entsprechend den kleineren Wirkungsgraden der Motoren oder alternativ dazu zu einer Entladung der Batterie 94 zur Ergänzung der unzureichenden Energie. Um eine Abnahme der an die Antriebswelle 22 abgegebenen Leistung oder eine Entladung der Batterie 94 zu verhindern, sollte das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50, die im Schritt S110 im Flussschema von 5 eingestellt werden, nicht aus der Abgabeenergie Pd sondern aus einem wert berechnet werden, der erhalten wird, indem die Abgabeenergie Pd durch den Übertragungswirkungsgrad Kt geteilt wird. Der Übertragungswirkungsgrad Kt repräsentiert den Wirkungsgrad, bei dem der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung auf die Antriebswelle 22 übertragen. Für die Berechnung wird im Besonderen die folgende, durch die Gleichung (5) definierte Beziehung verwendet. Die ganze nachstehende Beschreibung beruht ebenfalls auf der Annahme eines idealen Zustands, in dem der Übertragungswirkungsgrad 100% ist, so dass der reale Zustand bei der tatsächlichen Leistungsabgabevorrichtung durch Multipli kation mit dem tatsächlichen Übertragungswirkungsgrad Kt erhalten wird. Pd/Kt = Te* × Ne* (5)
Es wird wieder auf die im Flussschema von 5 gezeigte 5 Drehmomentsteuerungsroutine Bezug genommen; wenn der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* im Schritt S112 größer ist als die Summe aus dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und dem maximalen Drehmoment Tamax, führt das Programm die im Flussschema von 6 gezeigte Verarbeitung aus. Das Flussschema von 6 zeigt die Verarbeitung, die ausgeführt wird, wenn das Abgabedrehmoment Td*, das gemäß dem Wunsch des Fahrers auf die Antriebswelle 22 übertragen werde soll, außerhalb des möglichen Abgabebereichs der Brennkraftmaschine 50 liegt, die in dem spezifischen Betriebspunkt läuft, der entsprechend dem Abgabedrehmoment Td durch die Beziehung von 8 festgelegt wird. In diesem Fall subtrahiert die Steuerungs-GPU 90 des Steuergeräts 80 zunächst im Schritt S130 das maximale Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40 vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* und stellt die Differenz als ein neues Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 ein. Anschließend wird im Schritt S132 die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 entsprechend dem neu eingestellten Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* aus dem Kennfeld von 8 gelesen, das die Beziehung zwischen der Abgabeenergie Pd, dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* zeigt.
Das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne*, die in den Schritten S130 und S132 neu eingestellt wurden, sind beide größer als jene, die im Schritt S110 eingestellt wurden. In dem Fall, in dem die Brennkraftmaschine 50 mit der Soll- Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* und dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* betrieben wird, kann die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe somit größer werden als die Abgabeenergie Pd, die der Fahrer wünscht. Um zu ermöglichen, dass die Batterie 94 mit dieser Überschussenergie geladen wird, subtrahiert die CPU 90 in dem folgenden Schritt S134 die Abgabeenergie Pd, die an die Antriebswelle 22 abzugeben ist, von der von der Brennkraftmaschine 50 abzugebenden Energie Pe (Pe = Te* × Ne*), um eine Ladeleistung Pbi zum Laden der Batterie 94 zu bestimmen. Im Schritt S136 wird die Ladeleistung Pbi dann mit der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax verglichen. Die maximale ladefähige Leistung Pbimax wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Batterie 94 und deren Restladung BRM bestimmt. Beispielsweise wird die Beziehung zwischen der Restladung BRM und der ladefähigen Leistung der Batterie 94 im Voraus als das in 11 dargestellte Kennfeld eingestellt und die maximale ladefähige Leistung Pbimax entsprechend der Restladung BRM der Batterie 94 aus dem voreingestellten Kennfeld gelesen.
Wenn die Ladeleistung Pbi im Schritt 5136 größer ist als die maximale ladefähige Leistung Pbimax, berechnet die Steuerungs-CPU 90 im Schritt S138 die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* gemäß der nachstehenden Gleichung (6) erneut, um die von der Brennkraftmaschine Pe abgegebene Energie Pe zu reduzieren und die Batterie 94 vor Beschädigungen zu schützen. Gleichung (6) liefert die neue Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne*, die gestattet, dass die Ladeleistung Pbi, die durch Subtraktion der an die Antriebswelle 22 abzugebenden Abgabeenergie Pd von der von der Brennkraftmaschine 50 abzugebenden Energie Pe (= Te* × Ne*) erhalten wird, mit der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax übereinstimmt.
Die Steuerungs-CPU 90 stellt im Schritt S140 anschließend den Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 gleich dem maximalen Drehmoment Tamax und im Schritt S142 den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50. Nach der Einstellung der Soll-Werte und der Drehmomentbefehlswerte geht das Programm zur Verarbeitung der Schritte S118 bis S122 im Flussschema von 5 zurück, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern.
Der Energieumwandlungszustand nach der Verarbeitung von 6 wird ausführlicher beschrieben. 12 zeigt den Energiezustand in den jeweiligen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 50 nach der Verarbeitung von 6. Es sei hier angenommen, dass der Fahrer das Gaspedal 64 während eines Fahrzustands des Fahrzeugs mit niedriger Geschwindigkeit stark Grad betätigt, um einen hohen Abgabedrehmomentbefehlswert Td* einzustellen. Die Antriebswelle 22 dreht unter dieser Bedingung mit einer niedrigen Drehzahl Nd, so dass die durch Multiplikation der Drehzahl Nd mit dem Abgabedrehmomentbefehlswert Td* berechnete Abgabeenergie Pd einen kleinen Wert hat. Der spezifische Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 zum Erzeugen dieser Abgabeenergie Pd ist als Betriebspunkt DP1 in 12 gegeben, der durch das Drehmoment Tel und die Drehzahl Ne2 definiert und als Schnittpunkt der Kurve Pd konstanter Abgabeenergie mit der Kurve DPL, die die Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 50 mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad repräsentiert, ausgedrückt ist. Der Betriebspunkt DP1 ist definiert durch das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Soll-Brennkraftma schinendrehzahl Ne*, die im Schritt S110 im Flussschema von 5 eingestellt werden.
Da der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als die Summe aus dem Drehmoment Tel und dem maximalen Drehmoment Tamax, wird das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* im Schritt S130 im Flussschema von 6 bestimmt, indem das maximale Drehmoment Tamax vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* subtrahiert wird. Der spezifische Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 entsprechend dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* ist als Betriebspunkt DP2 in 12 gegeben, der durch das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Drehzahl Ne2 definiert ist. In diesem Fall ist die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe als das Produkt aus dem Soll-Drehmoment Te* und der Drehzahl Ne2 ausgedrückt und wird größer als die Abgabeenergie Pd, die an die Antriebswelle 22 abzugeben ist. Diese Energiedifferenz wird als Ladeleistung Pbi erhalten und von der Batterie 94 aufgenommen. In dem Fall, in dem die Ladeleistung Pbi größer ist als die maximale ladefähige Leistung Pbimax, wird die Soll-Drehzahl Ne* im Schritt S138 der Brennkraftmaschine 50 so geändert, dass die Ladeleistung Pbi der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax angeglichen wird, um zu ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine 50 im Betriebspunkt DP3 betrieben wird.
Wenn die Brennkraftmaschine 50 im Betriebspunkt DP3 betrieben wird, regeneriert der Kupplungsmotor 30 Energie oder elektrische Leistung ausgedrückt als die Summe aus den Flächen Pbimax und Pco entsprechend der Differenz Nc zwischen der Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 und der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Von der regenerierten elektrischen Leistung wird die elektrische Leistung entsprechend der Fläche Pco dem Hilfsmotor 40 als elektrische Leistung entsprechend einer Fläche Pai zuge führt, während die elektrische Leistung entsprechend der Fläche Pbimax als Ladeleistung Pbi zum Laden der Batterie 94 verwendet wird. In dem Fall, in dem die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe identisch ist mit der Abgabeenergie Pd und das Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 durch Subtraktion des maximalen Drehmoments Tamax vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* bestimmt wird, wird die Brennkraftmaschine 50 mit einer Drehzahl Ne3 betrieben.
Es wird wieder auf das Flussschema von 5 Bezug genommen; wenn die Abgabeenergie Pd im Schritt S108 kleiner ist als die minimale Abgabeenergie Pemin, führt das Programm die im Flussschema von 7 gezeigte Verarbeitung aus. Dieser Zustand ist zu beobachten, wenn das Fahrzeug an einer Steigung startet oder auf einer starken Steigung fährt. In diesem Fall vergleicht die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 zunächst im Schritt S150 den im Schritt S104 im Flussschema von 5 erhaltenen Abgabedrehmomentbefehlswert Td* mit der Summe aus dem minimalen Drehmoment Temin der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40. Das minimale Drehmoment Temin der Brennkraftmaschine 50 repräsentiert das Drehmoment in dem spezifischen Betriebspunkt, der eine minimale Abgabeenergie von der Brennkraftmaschine 50 liefert, wie es in 8 gezeigt ist.
Wenn der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* gleich der oder größer als die Summe aus dem minimalen Drehmoment Temin der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40 ist, führt das Programm die Verarbeitung der Schritte S156 bis S168 aus, die identisch sind den Schritten S130 bis S142 im Flussschema von 6. Nach der Einstellung der Soll-werte und Drehmomentbefehlswerte, geht das Programm zur Verarbeitung der Schritte S118 bis S122 im Flussschema von 5 zurück, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern. Wenn der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* dagegen kleiner ist als die Summe aus dem minimalen Drehmoment Temin der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40, geht das Programm zum Schritt S152, in dem das minimale Drehmoment Temin und die minimale Drehzahl Nemin in einem spezifischen Betriebspunkt, der ein minimales Abgabedrehmoment von der Brennkraftmaschine 50 liefert, als Soll-Drehmoment Te* bzw. Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 eingestellt werden. Die Steuerungs-CPU 90 setzt anschließend im Schritt S154 den Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 gleich der Differenz zwischen dem Abgabedrehmomentbefehlswert Td* und dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und im Schritt S168 den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te*. Nach der Einstellung der Soll-Werte und Drehmomentbefehlswerte geht das Programm zur Verarbeitung der Schritte S118 bis S122 im Flussschema von 5 zurück, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern.
Wie vorstehend diskutiert, ermöglicht die Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung mittels des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotor 40 in das erforderliche Drehmoment umgewandelt und an die Antriebswelle 22 abgegeben wird. Die Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine in Betriebspunkten mit hohem Wirkungsgrad betrieben wird, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungsabgabevorrichtung 20 insgesamt verbessert wird.
In dem Fall, in dem das erforderliche Drehmoment Td* an der Antriebswelle 22 erheblich hoch ist und somit nicht unter der Bedingung, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe identisch ist mit der an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd, von der Brennkraftmaschine 50, dem Kupplungsmotor 30 oder dem Hilfsmotor 40 abgegeben werden kann, wird die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer als die an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd eingestellt. Dadurch wird ermöglicht, dass das erforderliche Drehmoment Td* von der Brennkraftmaschine 50, dem Kupplungsmotor 30 und dem Hilfsmotor 40 abgegeben wird. Die dabei erzeugte Überschussenergie wird vorübergehend in der Batterie 94 gespeichert und später vom Kupplungsmotor 30 oder Hilfsmotor 40 genutzt. Diese Ausgestaltung verbessert des Weiteren den energetischen Wirkungsgrad der Leistungsabgabevorrichtung 20 insgesamt. Wie vorstehend erwähnt, ist die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer als die Abgabeenergie Pd, die an die Antriebswelle 22 abgegeben werden muß, wodurch ermöglicht wird, dass die Brennkraftmaschine 50, der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 das erforderliche Drehmoment Td* an die Antriebswelle 22 abgeben. Wenn dies dazu führt, dass die Überschussenergie über die maximale ladefähige Leistung Pbimax der Batterie 94 hinausgeht, wird der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 verstellt, indem die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 gesenkt wird, während das Drehmoment Te unverändert bleibt. Diese Vorgehensweise vermindert die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe und verhindert effektiv eine Beschädigung der Batterie 94 durch eine Ladung mit übermäßig hoher elektrischer Leistung.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform wird der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 in Abhängigkeit vom Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 50 bestimmt. Gemäß einer anderen möglichen Anwendung kann der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 je doch auch in Abängigkeit von dem Gesamtwirkungsgrad bestimmt werden, der den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 50, die Wirkungsgrade des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 sowie den Lade-Entlade-Wirkungsgrad der Batterie 94 berücksichtigt.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform wird die Ladeleistung Pbi verglichen mit der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax und gleich der oder kleiner als die maximale ladefähige Leistung Pbimax eingestellt. Gemäß einer anderen möglichen Ausgestaltung wird jedoch die Ladeleistung Pbi mit einem bestimmten Wert verglichen, der gleich der oder kleiner als die maximale ladefähige Leistung Pbimax und nicht größer als der bestimmte wert eingestellt ist.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform ist die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer als die an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd, um zu ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine 50, der Kupplungsmotor 30, und der Hilfsmotor 40 das erforderliche Drehmoment Td* an die Antriebswelle 22 abgeben. Wenn dies dazu führt, dass die Überschussenergie über die maximale ladefähige Leistung Pbimax der Batterie 94 hinausgeht, wird der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 verstellt, um die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe zu vermindern, indem die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 verringert wird, während das Drehmoment Te unverändert gelassen wird. Der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 kann jedoch auch verstellt werden, indem sowohl die Drehzahl Ne als auch das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50 bedarfsgerecht verstellt werden.
Wenngleich der Hilfsmotor 40 bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform direkt an der Antriebswelle 22 angebaut ist, kann der Hilfsmotor 40 an einer Welle angebaut sein, die von der Antriebswelle 22 zwar getrennt ist, aber über ein Getriebe mit der Antriebswelle 22 in Verbindung steht. In letzterer Ausgestaltung lassen sich die Eigenschaften des Hilfsmotors 40 durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses variieren. Wie im Fall der Leistungsabgabevorrichtungen 20A und 20B der Abwandlungen, die in 13 und 14 gezeigt sind, kann zwischen der Brennkraftmaschine 50 und dem Kupplungsmotor 30A ein Hilfsmotor 40A angeordnet werden, dessen Rotor 42A mit einem Aussenrotor 32A des Kupplungsmotors 30A verbunden ist, der weiter mit der Antriebswelle 22 in verbindung steht. Anders als der Kupplungsmotor 30 der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform ist bei diesen Abwandlungen die Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 mit einem Innenrotor 34A des Kupplungsmotors 30A verbunden, während die Antriebswelle 22 mit dem Aussenrotor 32A in Verbindung steht. Drehstromwicklungen 36A sind dementsprechend am Aussenrotor 32A und Permanentmagneten 35A am Innenrotor 34A angebracht. Der Drehumwandler 38 kann an der Antriebswelle 22 angebracht sein, wie es in der Leistungsabgabevorrichtung 20A von 13 gezeigt ist, oder alternativ dazu an einer Stelle zwischen dem Kupplungsmotor 30A und dem Hilfsmotor 40A, wie es in der Leistungsabgabevorrichtung 20B von 14 gezeigt ist. Die Position des Drehumwandlers 38 lässt sich in Abhängigkeit vom Raumangebot des Fahrzeugs, in dem die Leistungsabgabevorrichtung eingebaut ist, zweckmäßig wählen.
Bei der vorstehend diskutierten Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform sind der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 separat an verschiedenen Positionen der Antriebswelle 22 angebaut. Wie im Fall einer Leistungsabgabevorrichtung 20C, die in 15 als eine Abwandlung der Leistungsabgabevorrichtung 20 dargestellt ist, können der Kupplungsmotor und der Hilfsmotor aber auch zu einer Einheit miteinander verbunden werden. Ein Kupplungsmotor 30C der Leistungsabgabevorrichtung 20C weist einen mit der Kurbelwelle 56 verbundenen Innenrotor 34C und einen mit der Antriebswelle 22 in Verbindung stehenden Aussenrotor 32C auf. Drehstromwicklungen 36C sind am Innenrotor 34C angebracht, und Permanentmagneten 35C sind am Aussenrotor 32C in der Weise angeordnet, dass dessen Aussen- und Innenoberfläche verschiedene Magnetpole aufweisen. Ein Hilfsmotor 40C weist den Aussenrotor 32C des Kupplungsmotors 30C und einen Stator 43 auf, auf dem Drehstromwicklungen 44 montiert sind. In dieser Ausgestaltung arbeitet der Aussenrotor 32C des Kupplungsmotors 30C ebenfalls als Rotor des Hilfsmotors 40C. Da die Drehstromwicklungen 36C an dem mit der Kurbelwelle 56 in Verbindung stehenden Innenrotor 34C angebracht sind, ist der Drehumwandler 38 zum Versorgen der Drehstromwicklungen 36C des Kupplungsmotors 30C mit elektrischer Leistung an der Kurbelwelle 56 angebracht.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20C wird die an die Drehstromwicklungen 36C am Innenrotor 34C angelegte Spannung gegenüber dem Magnetpol auf Seiten der Innenoberfläche der am Aussenrotor 32C angeordneten Permanentmagneten 35C geregelt. Dadurch kann der Kupplungsmotor 30C in derselben weise arbeiten wie der Kupplungsmotor 30 der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform, bei der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 separat an der Antriebswelle 22 angebaut sind. Die an die Drehstromwicklungen 44 am Stator 43 angelegte Spannung wird gegenüber dem Magnetpol auf Seiten der Außenoberfläche der am Aussenrotor 32C angeordneten Permanentmagneten 35C geregelt. Dadurch kann der Hilfsmotor 40C in derselben Weise arbeiten wie der Hilfsmotor 40 der Leistungsabgabevorrichtung 20. Sämtliche Funktionen der vorstehend diskutierten Leistungsabgabevorrichtung 20, d. h. die in den Flussschemata von 5 bis 7 gezeigten Drehmomentsteuerungsfunktionen, sind somit gleichermaßen auf die Leistungsabgabevorrichtung 20C der Abwandlungen übertragbar.
Der Aussenrotor 32C fungiert gleichzeitig als einer der Rotoren des Kupplungsmotors 30C und als der Rotor des Hilfsmotors 40C, wodurch die Baugröße und das Gewicht der Leistungsabgabevorrichtung 20C effektiv reduziert werden.
wenngleich bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform der Hilfsmotor 40 an der Antriebswelle 22 angebaut ist, kann der Hilfsmotor 40 auch an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut sein, wie es in der anderen Leistungsabgabevorrichtung 20D von 16 als eine weitere Abwandlung gezeigt ist. Im Folgenden wird die Vorgehensweise der bei dieser Leistungsabgabevorrichtung 20D ausgeführten Drehmomentumwandlung beschrieben.
Beispielhaft sei angenommen, dass die Brennkraftmaschine 50 der Leistungsabgabevorrichtung 20D auf der durch Drehmoment und Drehzahl definierten Kurve konstanter Abgabeenergie von 4 in einem spezifischen Betriebspunkt, in dem das Drehmoment Te den Wert T1 und die Drehzahl Ne den Wert N1 hat, betrieben wird und die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 den Wert N2 hat. Wenn der an der Kurbelwelle 56 angebaute Hilfsmotor 40 ein Drehmoment Ta (Ta = T2 – T1) an die Kurbelwelle 56 anlegt, wird die als die Summe aus den Flächen G2 und G3 in 4 ausgedrückte Energie an die Kurbelwelle 56 abgegeben, so dass das Drehmoment an der Kurbelwelle 56 gleich dem Wert T2 (= T1 + Ta) wird. Wenn das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 so gesteuert wird, dass es den Wert T2 hat, wird das Drehmoment Tc (= T1 + Ta) auf die Antriebswelle 22 übertragen, während der Kupplungsmotor 30 elektrische Leistung basierend auf der Differenz Nc zwischen der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 und der Drehzahl Nd der Antriebswelle Nd (d.h. Energie ausgedrückt als die Summe aus den Flächen G1 und G3) regeneriert. Das Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 wird anschließend so eingestellt, dass es gerade durch die durch den Kupplungsmotor 30 regenerierte elektrische Leistung kompensiert wird; die regenerative Leistung wird dem zweiten Steuerkreis 92 über die Stromleitungen L1 und L2 zugeführt, so dass der Hilfsmotor 40 mit regenerativer Leistung angetrieben wird.
Gemäß einem anderen Beispiel sei angenommen, dass die Brennkraftmaschine 50 in einem anderen Betriebspunkt von 4 betrieben wird, in dem das Drehmoment Te den Wert T2 und die Drehzahl Ne den Wert N2 hat, und dass die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 den Wert N1 hat. Wenn das Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 auf den Wert (T2 – T1) gesteuert wird, führt der Hilfsmotor 40 die Regnenerationsfunktion aus und regeneriert die als die Fläche G2 in 4 ausgedrückte Energie (elektrische Leistung) von der Kurbelwelle 56. Im Kupplungsmotor 30 dreht der Innenrotor 34 dagegen relativ zum Aussenrotor 32 in Drehrichtung der Antriebswelle 22 mit einer Drehzahl entsprechend der Drehzahldifferenz Nc (= N1 – N2). Der Kupplungsmotor 30 fungiert dementsprechend als ein normaler Motor und gibt die als die Fläche G1 ausgedrückte und der Drehzahldifferenz Nc entsprechende Energie an der Antriebswelle 22 als Drehbewegungsenergie ab. Das Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 wird anschließend so eingestellt, dass die vom Kupplungsmotor 30 verbrauchte elektrische Leistung gerade durch die vom Hilfsmotor 40 regenerierte elektrische Leistung kompensiert werden kann, so dass der Kupplungsmotor 30 mit der vom Hilfsmotor 40 regenerierten elektrische Leistung angetrieben wird.
Wie im Fall der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform werden bei der Leistungsabgabevorrichtung 20D der Abwandlung das Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 und das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 so gesteuert, dass sie die nachstehenden Gleichungen (7) und (8) erfüllen. Dadurch kann die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie einer freien Drehmomentumwandlung unterzogen und an die Antriebswelle 22 abgegeben werden. Die Beziehungen der Gleichungen (7) und (8) repräsentieren den idealen Zustand, in dem sowohl der Kupplungsmotor 30 als auch der Hilfsmotor 40 Wirkungsgrade 100% haben. Tatsächlich werden Tc × Nd und Ta ein wenig kleiner. Te × Ne = Tc × Nd (7) Te + Ta = Tc = Td (8)
Wenn die Drehmomentsteuerungsroutine von 5 bis 7 auf die Leistungsabgabevorrichtung 20D der Abwandlung übertragen wird, in der der Hilfsmotor 40 an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut ist, wird der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 in den Schritten S116, S142, und S168 gleich dem Abgabedrehmomentbefehlswert Td* statt gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* gesetzt.
Diese Ausgestaltung, bei der der Hilfsmotor 40 an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut ist, wird auch in einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20E umgesetzt, die in 17 gezeigt ist. Bei dieser Leistungsabgabevorrichtung 20E ist die Brennkraftmaschine 50 zwischen dem Kupplungsmotor 30 und dem Hilfsmotor 40 angeordnet.
wie im Fall einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20F, die in 18 gezeigt ist, können der Kupplungsmotor und der Hilfsmotor zu einer Einheit miteinander verbunden werden. Es wird auf 18 Bezug genommen; bei der Leistungsabgabevorrichtung 20F arbeitet ein Aussenrotor 32F eines Kupplungsmotors 30F gleichermaßen als ein Rotor eines Hilfsmotors 40F. Die an die Drehstromwicklungen 36 am Innenrotor 34 angelegte Spannung wird gegenüber dem Magnetpol auf Seiten der Innenoberfläche der am Aussenrotor 32F angeordneten Permanentmagneten 35F geregelt. Dadurch kann der Kupplungsmotor 30F in derselben Weise wie der Kupplungsmotor 30 der in 16 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20D arbeiten. Die an die Drehstromwicklungen 44 am Stator 43 angelegte Spannung wird gegenüber dem Magnetpol auf Seiten der Aussenoberfläche der am Aussenrotor 32F angeordneten Permanentmagneten 35F geregelt. Dadurch kann der Hilfsmotor 40F in derselben Weise wie der Hilfsmotor 40 der Leistungsabgabevorrichtung 20D arbeiten. Die Leistungsabgabevorrichtung 20F führt dementsprechend dieselben Funktion aus und erzielt dieselben Effekte wie im Fall der vorstehend diskutierten Leistungsabgabevorrichtung 20D. Neben den Effekten der Leistungsabgabevorrichtung 20D erzielt diese Abwandlung den weiteren Effekt, dass sich die Baugröße und das Gewicht der Leistungsabgabevorrichtung 20 insgesamt verringern.
Im Folgenden wird eine andere Leistungsabgabevorrichtung 20G als eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. 19 zeigt schematisch die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform eingebaut ist. Die Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform weist abgesehen davon, dass die Verbindung der Stromleitungen L1 und L2 mit einem Motorkühlgebläse 102, einem Klimaanlagenkompressor 104, einer Kühlwasser zirkulationspumpe 108 der Brennkraftmaschine 50 und weiteren ähnlichen, im Fahrzeug eingebauten Komponenten klar gezeigt ist, eine ähnliche Ausgestaltung aus wie die Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform. Die Komponenten der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform, die mit den entsprechenden Komponenten der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht mehr in besonderer Weise beschrieben. Die in der Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendeten Bezugszeichen und Symbole haben in der Beschreibung der zweiten Ausführungsform dieselbe Bedeutung, sofern es nicht anders angegeben ist.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform führt anstelle der von der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform ausgeführten Drehmomentsteuerungsroutine von 5 bis 7 eine Drehmomentsteuerungsroutine aus, die in den Flussschemata von 20 bis 22 gezeigt ist. Im Folgenden werden die wesentlichen Merkmale der bei der bei der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform ausgeführten Drehmomentsteuerung auf der Grundlage der Drehmomentsteuerungsroutine von 20 bis 22 beschrieben.
Die im Flussschema von 20 gezeigte Verarbeitung ist bis auf den Prozess im Schritt S218, in dem eine Überschussleistung Ps gleich Null gesetzt wird, und die Steuerung zum Zwangsverbrauch der Überschussleistung im Schritt S226, welche später diskutiert werden, der Verarbeitung von 5 ähnlich.
Wenn im Schritt S212 im Flussschema von 20 bestimmt wird, dass der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als die Summe aus dem Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40, führt das Programm die Verarbeitung der Schritte S230 bis S236 im Flussschema von 21 durch, die mit der Verarbeitung der Schritte S130 bis S136 im Flussschema von 6 identisch ist. Die Steuerungs-GPU 90 des Steuergeräts 80 berechnet zunächst im Schritt S230 das Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 gemäß der Gleichung Te* = Td* – Tamax, liest im Schritt S232 die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* entsprechend dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* aus einem Kennfeld (beispielsweise dem in 8 gezeigten Kennfeld), berechnet im Schritt S234 die Ladeleistung Pbi gemäß der Gleichung Pbi = Te* × Ne* – Pd, und vergleicht im Schritt S236 die berechnete Ladeleistung Pbi mit der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax.
Wenn die Ladeleistung Pbi im Schritt S236 gleich der oder kleiner als die maximale ladefähige Leistung Pbimax ist, geht das Programm zum Schritt S238, in dem eine Überschussleistung Ps auf Null setzt. Wenn die Ladeleistung Pbi dagegen größer ist als die maximale ladefähige Leistung Pbimax, geht das Programm zum Schritt S240, um die Überschussleistung Ps durch Subtraktion der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax von der Ladeleistung Pbi einzustellen, und dann zum Schritt S242, um die Ladeleistung Pbi auf die maximale ladefähige Leistung Pbimax zu berichtigen. Die Überschussleistung Ps wird berechnet, indem die maximale ladefähige Leistung Pbimax von der Ladeleistung Pbi subtrahiert wird, und repräsentiert dementsprechend einen Betrag an elektrischer Leistung, der über der ladefähigen Leistung der Batterie 94 liegt. Das Programm führt anschließend die Verarbeitung der Schritte S244 und S246 aus, die identisch ist mit der Verarbeitung der Schritte S140 und S142 im Flussschema von 6. D. h., dass die Steuerungs-GPU 90 im Schritt S244 den Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 gleich dem maximalen Drehmoment Tamax und im Schritt S246 den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* setzt. Das Programm geht dann zu den Schritten S220 bis S226 im Flussschema von 20 zurück, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern und die Steuerung zum Zwangsverbrauch der Überschussleistung auszuführen.
Die Steuerung zum Zwangsverbrauch der Überschussleistung zwangsaktiviert leistungsverbrauchende Vorrichtungen, wie z. B. das Motorkühlgebläse 102, den Klimaanlagenkompressor 104 und die Kühlwasserzirkulationspumpe 108, in Abhängigkeit vom Wert der Überschussleistung Ps, um dadurch die Überschussleistung Ps zu verbrauchen. Gemäß einem konkreten Verfahren sind mögliche Kombination zwischen der Überschussleistung Ps, der leistungsverbrauchenden Vorrichtung, die die Überschussleistung Ps verbraucht, und dem Betriebspunkt der leistungsverbrauchenden Vorrichtung im Voraus als Kennfeld gespeichert. Eine zweckmäßige leistungsverbrauchende Vorrichtung und deren Betriebspunkt entsprechend der voreingegestellten Überschussleistung Ps werden aus dem Kennfeld gelesen, und die gewählte leistungsverbrauchende Vorrichtung wird zwangsaktiviert und in dem gewählten Betriebspunkt angetrieben. Dies ermöglicht einen Verbrauch der Überschussleistung Ps. Die leistungsverbrauchende Vorrichtung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Vorrichtungen beschränkt, sondern kann jede andere Vorrichtung beinhalten, die im Fahrzeug eingebaut ist oder einen Entladewiderstand aufweist.
Wenn im Schritt 5208 im Flussschema von 20 bestimmt wird, dass die Abgabeenergie Pd kleiner ist als die minimale Abgabeenergie Pemin, führt das Programm die Verarbeitung der Schritte S250 bis S272 im Flussschema von 22 aus, die bis auf die Verarbeitung der Schritte S262 bis S268 der Verarbeitung der Schritte S150 bis S168 im Flussschema von 7 ähnlich ist. Die Verarbeitung der Schritte S262 bis S268 ist identisch mit der Verarbeitung der Schritte S236 bis S242 im Flussschema von 21. Wenn im Schritt S250 im Flussschema von 22 bestimmt wird, dass der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* gleich der oder größer als die Summe aus dem minimalen Drehmoment Temin der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40 ist, berechnet die Steuerungs-CPU 90 im Schritt S256 das Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 gemäß der Gleichung Te* = Td* – Tamax, liest im Schritt S258 die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* entsprechend dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* aus einem Kennfeld (beispielsweise dem in 8 gezeigten Kennfeld) und berechnet im Schritt S260 die Ladeleistung Pbi gemäß der Gleichung Pbi = Te* × Ne* – Pd. Wenn die berechnete Ladeleistung Pbi im Schritt 5262 größer ist als die maximale ladefähige Leistung Pbimax, berechnet die Steuerungs-CPU 90 im Schritt S266 die Überschussleistung Ps gemäß der Gleichung Ps = Pbi – Pbimax und berichtigt die Ladeleistung Pbi im Schritt S268 auf die maximale ladefähige Leistung Pbimax.
Bei der vorstehend diskutierten Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform wird für den Fall, dass das erforderliche Drehmoment Td* an der Antriebswelle 22 sehr hoch ist und somit unter der Bedingung, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe identisch ist mit der an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd, nicht von der Brennkraftmaschine 50, dem Kupplungsmotor 30 oder dem Hilfsmotor 40 abgegeben werden kann, die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer als die an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd eingestellt. Dies ermö gicht, dass das erforderliche Drehmoment Td* von der Brennkraftmaschine 50, dem Kupplungsmotor 30 und dem Hilfsmotor 40 abgegeben werden kann. Die dabei erzeugte Überschussenergie wird vorübergehend in der Batterie 94 gespeichert und später vom Kupplungsmotor 30 oder Hilfsmotor 40 genutzt. Diese Ausgestaltung verbessert weiter den energetischen Wirkungsgrad der Leistungsabgabevorrichtung 20 insgesamt. Wie vorstehend erwähnt, ist die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer als die an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd, um zu ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine 50, der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 das erforderliche Drehmoment Td* an die Antriebswelle 22 abgeben können. Wenn dies dazu führt, dass die Überschussenergie größer ist als die maximale ladefähige Leistung Pbimax der Batterie 94, wird die Überschussleistung Ps, die über die maximale ladefähige Leistung Pbimax hinausgeht, durch die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen, wie z. B. das Motorkühlgebläse 102, den Klimaanlagenkompressor 104 und die Kühlwasserzirkulationspumpe 108, verbraucht. Dieses Verfahren verhindert effektiv, dass die Batterie 94 durch eine übermäßig hohe elektrische Leistung beschädigt wird.
Wie vorstehend diskutiert, ermöglicht die Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung mittels des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 in das erforderliche Drehmoment umgewandelt und an die Antriebswelle 22 abgegeben wird. Die Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine in Betriebspunkten mit hohem Wirkungsgrad betrieben wird, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungsabgabevorrichtung 20G insgesamt verbessert wird.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform wird die Ladeleistung Pbi mit der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax verglichen und auf die maximalen ladefähige Leistung Pbimax berichtigt, wenn Pbi über Pbimax liegt. Gemäß einer anderen möglichen Ausgestaltung wird die Ladeleistung Pbi aber mit einem bestimmten Wert verglichen, der gleich der oder kleiner als die maximale ladefähige Leistung Pbimax ist, und auf den bestimmten Wert korrigiert, wenn Pbi über dem bestimmten Wert liegt.
Wenngleich bei der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform der Hilfsmotor 40 direkt an der Antriebswelle 22 angebaut ist, kann der Hilfsmotor 40 auch an einer Welle angebaut sein, die von der Antriebswelle 22 zwar getrennt ist, aber über ein Getriebe mit der Antriebswelle 22 in Verbindung steht. In dieser letzteren Ausgestaltung können die Eigenschaften des Hilfsmotors 40 durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses variiert werden. Wie im Fall der Leistungsabgabevorrichtungen 20A und 20B der Abwandlungen, die in 13 und 14 gezeigt sind, kann der Hilfsmotor 40A zwischen der Brennkraftmaschine 50 und dem Kupplungsmotor 30A angeordnet sein, wobei der Rotor 42A des Hilfsmotors 40A mit dem Aussenrotor 32A des Kupplungsmotors 30A verbunden ist, der weiter mit der Antriebswelle 22 in Verbindung steht. Als eine andere mögliche Ausgestaltung können der Kupplungsmotor und der Hilfsmotor zu einer Einheit miteinander verbunden sein, wie bei der Leistungsabgabevorrichtung 20C der Abwandlung, die 15 gezeigt ist.
Wenngleich bei der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform der Hilfsmotor 40 an der Antriebswelle 22 angebaut ist, kann der Hilfsmotor 40 wie bei den Leistungsabgabevorrichtungen 20D und 20E der Abwandlungen, die in 16 und 17 gezeigt sind, an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut sein. Wenn die Drehmomentsteuerungsroutine von 20 bis 22 auf diese Abwandlungen übertragen wird, in denen der Hilfsmotor 40 an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut ist, wird der Drehmomentbefehlswert Tc* in den Schritten S216, S246, und S272 gleich dem Abgabedrehmomentbefehlswert Td* statt gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* des Kupplungsmotors 30 gesetzt. Als eine andere mögliche Ausgestaltung können der Kupplungsmotor und der Hilfsmotor zu einer Einheit miteinander verbunden sein wie bei der Leistungsabgabevorrichtung 20F der Abwandlung, die in 18 gezeigt ist.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform wird, wenn die Ladeleistung Pbi über der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax liegt, die Ladeleistung Pbi auf die maximale ladefähige Leistung Pbimax korrigiert, während die Überschussenergie als Überschussleistung Ps von den leistungsverbrauchenden Vorrichtungen verbraucht wird. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird, wenn die Ladeleistung Pbi über der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax liegt, der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 50 verstellt, um die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe zu verringern, indem die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 vermindert wird, während das Drehmoment Te unverändert bleibt, wie es im Rahmen der Drehmomentsteuerung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Wenn die Ladeleistung Pbi auch nach diesem Prozess noch über der maximalen ladefähigen Leistung Pbimax liegt, wird die Ladeleistung Pbi auf die maximale ladefähige Leistung Pbimax korrigiert, während die Überschussenergie als Überschussleistung Ps von den leistungsverbrauchenden Vorrichtungen verbraucht wird. Diese alternative Ausgestaltung führt zu den Effekten sowohl der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform als auch der Leistungsabgabevorrichtung 20G der zweiten Ausführungsform.
Im Folgenden wird eine andere Leistungsabgabevorrichtung 20H als eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. 23 zeigt schematisch die allgemeine Ausgestaltung eines Fahrzeugs, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform eingebaut ist. Die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform ist bis auf ein Navigationssystem 110, das Informationen über die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf der Grundlage von Signalen von einem GPS ("global positioning system")-Satelliten und Karteninformation ausgibt, in der Ausgestaltung der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Komponenten der Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform, die mit den entsprechenden Komponenten der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht mehr in besonderer Weise beschrieben. Die Bezugszeichen und Symbole, die in der Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendet wurden, haben in der Beschreibung der dritten Ausführungsform dieselbe Bedeutung, sofern es nicht anders angegeben ist.
Das in der Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform eingebaute Navigationssystem 110 beinhaltet eine Karteninformationsspeichervorrichtung 114 zum Speichern von Kartendaten bzw. -informationen, wie z. B. Straffen, Namen von Orten, Hauptgebäuden und topographischen Daten, eine Navigationsantenne 116 zum Empfang von Signalen von dem GPS-Satelliten, einen Kreiselsensor 118 zum Messen des Fahrtrichtungswinkels des Fahrzeugs, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 120 zum Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Anzeigefeld 122 zum Anzeigen der Karteninformationen sowie der momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs, und ein Navigationssteuergerät 112. Das Navigationssystem 110 kombiniert Radionavigation, die die momentane Position des Fahrzeugs auf der Grundlage von Signalen misst, die der GPS-Satelliten aussendet, mit eigenständiger Navigation, die die Wegdistanz und Fahrtrichtung des Fahrzeugs mittels des Kreiselsensors 118 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 120 misst. Das Navigationssystem 110 berechnet die momentane Position und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die Fahrzeuggeschwindigkeit, mögliche Routen zu einem Ziel und die Zeitdauer bis zur Ankunft am Ziel und gibt diese Daten mit den Karteninformationen am Anzeigefeld 122 aus.
In der Karteninformationsspeichervorrichtung 114 sind als Karteninformationen eine Vielfalt an Daten gespeichert, welche topographische Daten, Straßen- und Hauptgebäudedaten und Daten betreffend Gebiete mit starker Steigung, die bestimmte Bereiche um Orte mit einer bestimmten oder größeren Steigung (beispielsweise Steigungen nicht kleiner als 10%) aufweisen, beinhalten. Wenngleich es nicht gezeigt ist, ist das Navigationssteuergerät 112 als ein Schaltkreis für arithmetische und logische Operationen mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem Eingabekreis zum Aufnehmen von Daten, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 120 und der Karteninformationsspeichervorrichtung 114 ausgesendet werden, und einen Ausgabekreis zum Ausgeben der Karteninformationen sowie der Operationsergebnisse einschließlich der momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs an das Anzeigefeld 122 und das Steuergerät 80 ausgebildet.
Die so ausgebildete Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform führt eine Drehmomentsteuerungsroutine aus, die in den Flussschemata von 24 und 25 gezeigt ist. Im Folgenden werden die wesentlichen Merkmale der bei der Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform ausgeführten Drehmomentsteuerung auf der Grundlage der Drehmomentsteuerungsroutine von 24 und 25 beschrieben.
Wenn das Programm die Drehmomentsteuerungsroutine aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 zunächst in den Schritten S300 und S302 Daten betreffend die Drehzahl Nd der Antriebswelle 22 bzw. die Gaspedalstellung AP. Die Steuerungs-CPU 90 berechnet dann im Schritt S304 den Abgabedrehmomentbefehlswert Td* aus der eingegebenen Gaspedalstellung AP, berechnet im Schritt 5306 die Abgabeenergie Pd gemäß der Gleichung Pd = Td* × Nd und bestimmt im Schritt S308, ob die Drehzahl Nd kleiner ist als ein Schwellenwert Ndref und der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als ein Schwellenwert Tdref oder nicht. Die Bedingung der kleineren Drehzahl Nd und des größeren Abgabedrehmomentbefehlswerts Td* wird als eine Bedingung erkannt, bei der die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer werden muß als die an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd und dadurch die Batterie 94 mit darau resultierender Überschussenergie geladen wird. Dadurch wird ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine 50, der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 das erforderliche Drehmoment Td* an die Antriebswelle 22 abgeben. Die Schwellenwerte Ndref und Tdref repräsentierten die Drehzahl Nd bzw. den Abgabedrehmomentbefehlswert Td*, die als untere Grenzwerte für diese Bedingung eingestellt sind. In der dritten Ausführungsform ist der Schwellenwert Ndref etwas größer als die minimale Drehzahl Nemin der Brennkraftmaschine 50 in der Darstellung von 8 eingestellt, während der Schwellenwert Tdref gleich der Summe aus dem minimalen Drehmoment Temin der Brennkraftmaschine 50 und dem maximalen Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40 eingestellt ist, wie sie in 8 gezeigt sind.
Wenn im Schritt S308 bestimmt wird, dass die Drehzahl Nd kleiner ist als der Schwellenwert Ndref und der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als der Schwellenwert Tdref, führt das Programm die Verarbeitung der Schritte S330 bis S336 aus, die im Flussschema von 25 gezeigt sind. Wenn im Schritt 5308 dagegen bestimmt wird, dass entweder die Drehzahl Nd nicht kleiner ist als der Schwellenwert Ndref oder der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* nicht größer ist als der Schwellenwert Tdref, führt das Programm die Verarbeitung der Schritte S310 bis S320 im Flussschema von 24 aus. Im Folgenden wird zunächst die Verarbeitung beschrieben, die ausgeführt wird wenn entweder die Drehzahl Nd nicht kleiner ist als der Schwellenwert Ndref oder der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* nicht größer ist als der Schwellenwert Tdref, und anschließend die Verarbeitung, die ausgeführt wird, wenn die Drehzahl Nd kleiner ist als der Schwellenwert Ndref und der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als der Schwellenwert Tdref.
Wenn im Schritt S308 bestimmt wird, dass entweder die Drehzahl Nd nicht kleiner ist als der Schwellenwert Ndref oder der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* nicht größer ist als der Schwellenwert Tdref, liest die Steuerungs-CPU 90 im Schritt S310 die Daten betreffend die Restladung BRM der Batterie 94 und bestimmt im Schritt S312, ob die Restladung BRM größer ist als ein Schwellenwert Bref und ob einem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung der Wert "1" zugeordnet ist oder nicht. Der Schwellenwert Bref ist als die Restladung BRM eingestellt, die ermöglicht, dass die Batterie 94 mit der vorausgesagten hohen Leistung geladen wird, und hat einen Wert, der von der Bauart, der Kapazität und den Eigenschaften der Batterie 94 abhängt. Das Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung zeigt, ob eine Möglichkeit besteht, dass die Batterie 94 mit einer hohen Leistung geladen wird, und wird in einer Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung (die im Flussschema von 26 gezeigt ist) gesetzt, die in bestimmten Zeitintervallen wiederholt wird. Wenn das Programm die Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung von 26 aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 90 des Steuergeräts 80 zunächst im Schritt S340 Daten betreffend die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs vom Navigationssteuergerät 112 des Navigationssystems 110, und empfängt im Schritt S342 anschließend von der Karteninformationsspeichervorrichtung 114 über das Navigationssteuergerät 112 Daten betreffend Gebiete mit starker Steigung in der Nähe der momentanen Position des Fahrzeugs. Im Schritt S344 wird bestimmt, ob die momentane Position des Fahrzeugs innerhalb eines Gebiets mit einer starken Steigung liegt oder nicht, oder ob erwartet wird, dass das Fahrzeug in einem bestimmten Zeitraum in ein Gebiet mit einer starken Steigung kommt, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass entweder die momentane Position des Fahrzeugs in einem Gebiet mit starker Steigung liegt oder das Fahrzeug voraussichtlich in einem bestimmten Zeitraum in ein Gebiet mit starker Steigung kommt, bestimmt das Programm, dass die Batterie 94 voraussichtlich mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, und geht zum Schritt S346, um dem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "1" zuzuordnen. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die momentane Position des Fahrzeugs nicht in einem Gebiet mit starker Steigung liegt und das Fahrzeug voraussichtlich nicht in einem bestimmten Zeitraum in ein Gebiet mit starker Steigung kommt, bestimmt das Programm, dass die Batterie 94 voraussichtlich nicht mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, und geht zum Schritt S348, um dem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "0" zuzordnen.
Es wird wieder auf das Flussschema von 24 Bezug genommen; wenn im Schritt 5312 bestimmt wird, dass die Restladung BRM der Batterie 94 größer ist als der Schwellenwert Bref und das Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "1" hat, bestimmt das Programm, dass der momentane Zustand es nicht gestattet, dass die Batterie 94 mit der vorausgesagten hohen Leistung geladen wird, obwohl der momentane Zustand innerhalb eines spezifischen Bereichs zum Voraussagen, dass die Batterie 94 mit einer hohen Leistung geladen werden würde, liegt oder voraussichtlich innerhalb eines bestimmten Zeitraums in den spezifischen Bereich kommt. Das Programm geht dementsprechend zum Schritt S316, um das Soll-Drehmoment Te* und die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 durch Subtraktion der Entladeleistung Pbo von der Abgabeenergie Pd und unter Bezugnahme auf ein voreingestelltes Kennfeld (beispielsweise das in 8 gezeigte Kennfeld) einzustellen. D. h., dass das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* so bestimmt werden, dass sie die Gleichung Pd – Pbo = Te* × Ne* erfüllen. Die Entladeleistung Pbo repräsentiert die elektrische Leistung, die von der Batterie 94 abgegeben wird, und hat einen Wert, der von der Bauart, der Kapazität und den Eigenschaften der Batterie 94 abhängt. Dieser Prozess zum Einstellen des Soll-Brennkraftmaschinendrehmoments Te* und der Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* macht die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe kleiner als die Abgabeenergie Pd und gestattet, dass die unzureichende Energie von der von der Batterie 94 abgegebenen elektrischen Leistung kompensiert wird, wodurch die Restladung BRM der Batterie 94 gleich dem oder kleiner als der Schwellenwert Bref werden kann.
Wenn im Schritt S312 dagegen bestimmt wird, dass die Restladung BRM der Batterie 94 nicht größer ist als der Schwellenwert Bref, oder dass das Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "0" hat, bestimmt das Programm, dass es der momentane Zustand zulässt, dass die Batterie 94 mit der vorausgesagten hohen Leistung geladen wird, oder aber sagt nicht voraus, dass die Batterie 94 mit einer hohen Leistung geladen werden würde. Das Programm geht dementsprechend zum Schritt S314, um eine zweckmäßige Kombination zwischen dem Soll-Drehmoment Te* und der Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 entsprechend der Abgabeenergie Pd aus einem voreingestellten Kennfeld (beispielsweise dem in 8 gezeigten Kennfeld) zu lesen. In diesem Fall werden das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* und die Soll-Brennkraftmaschinendrehzahl Ne* so bestimmt, dass sie die Gleichung Pd = Te* × Ne* erfüllen und dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe der Abgabeenergie Pd angeglichen wird.
Die Steuerungs-CPU 90 subtrahiert anschließend im Schritt S318 das Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* und stellt die Differenz als den Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 ein, und stellt im Schritt S320 den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* ein. Nach der Einstellung der Soll-Werte und Drehmomentbefehlswerte geht das Programm zum Schritts S322, S324 und S326, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern. Die genauen Verfahren zur Steuerung des Kupplungsmotors 30, des Hilfsmotors 40 und der Brennkraftmaschine 50, die in den Schritten S322 bis S326 ausgeführt werden, sind identisch mit den Verfahren, die in den im Flussschema von 5 gezeigten Schritten s118 bis S122 in der Drehmomentsteuerungsroutine der ersten Ausführungsform ausgeführt werden.
Wenn im Schritt S308 im Flussschema von 24 die Drehzahl Nd kleiner ist als der Schwellenwert Ndref und der Abgabedrehmomentbefehlswert Td* größer ist als der Schwellenwert Tdref, führt das Programm die Verarbeitung der Schritte S330 bis S336 aus, die im Flussschema von 25 gezeigt sind. Die Steuerungs-CPU 90 subtrahiert zunächst im Schritt S330 das maximale Drehmoment Tamax des Hilfsmotors 40 vom Abgabedrehmomentbefehlswert Td* und stellt die Differenz als das Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 ein, und liest im Schritt S332 die Soll-Drehzahl Ne* der Brennkraftmaschine 50 entsprechend dem berechneten Soll-Drehmoment Te* aus einem voreingestellten Kennfeld (beispielsweise dem in 8 gezeigten Kennfeld). Die Steuerungs-CPU 90 stellt anschließend im Schritt S334 den Drehmomentbefehlswert Ta* des Hilfsmotors 40 gleich dem maximalen Drehmoment Tamax und im Schritt S336 den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem Soll-Drehmoment Te* der Brennkraftmaschine 50 ein. Nach der Einstellung der Soll-Werte und Drehmomentbefehlswerte geht das Programm zurück zu den Schritten S322 bis S326 im Flussschema von 24, um den Kupplungsmotor 30, den Hilfsmotor 40 und die Brennkraftmaschine 50 zu steuern.
Bei der vorstehend diskutierten Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform wird in dem Fall, in dem das erforderliche Drehmoment Td* an der Antriebswelle 22 sehr hoch ist und somit von der Brennkraftmaschine 50, dem Kupplungsmotor 30 oder dem Hilfsmotor 40 unter der Bedingung, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe identisch ist mit der an die Antriebswelle 22 abzugebenden Abgabeenergie Pd nicht abgegeben werden kann, die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Energie Pe größer als die an die Antriebswelle 22 abzugebende Abgabeenergie Pd eingestellt. Dadurch kann das erforderliche Drehmoment Td* von der Brennkraftmaschine 50, dem Kupplungsmotor 30 und dem Hilfsmotor 40 abgegeben werden. Die dabei erzeugte Überschussenergie wird vorübergehend in der Batterie 94 gespeichert und später vom Kupplungsmotor 30 oder Hilfsmotor 40 genutzt. Diese Ausgestaltung verbessert weiter den energetischen Wirkungsgrad der Leistungsabgabevorrichtung 20H insgesamt. Wie vorstehend erwähnt, trifft, wenn das Fahrzeug sich innerhalb eines Gebiets mit starker Steigung befindet oder voraussichtlich in einem bestimmten Zeitraum in ein Gebiet mit starker Steigung kommt, die Ausgestaltung der dritten Ausführungsform die Voraussage, dass die Batterie 94 mit hoher Leistung geladen werden würde, und stellt die Restladung BRM der Batterie 94 so ein, dass die Batterie 94 mit der vorausgesagten hohen Leistung geladen werden kann. Dieses Verfahren verhindert effektiv, dass die Batterie 94 durch Laden mit einer übermäßig hohen elektrischen Leistung beschädigt wird.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform ist mit dem Navigationssystem 110 ausgestattet, das die Karteninformationen aufweist und die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf der Grundlage von Signalen bestimmt, die vom GPS-Satelliten und Kreiselsensor 118 ausgesendet werden. Die Ausgestaltung der dritten Ausführungsform verwendet das Navigationssystem 110, um mit einer höheren Genauigkeit vorauszusagen, dass die Batterie 94 mit einer hohen Leistung geladen werden würde.
Wie vorstehend diskutiert, ermöglicht die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform, dass die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung mittels des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 in das erforderliche Drehmoment umgewandelt und an die Antriebswelle 22 abgegeben wird. Die Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ermöglicht, dass die Brennkraftma schine in Betriebspunkten mit hohem Wirkungsgrad betrieben wird, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungsabgabevorrichtung 20H insgesamt verbessert wird.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform weist das Navigationssystem 110 mit Karteninformationen, das die Radionavigation zum Messen der momentanen Position des Fahrzeugs auf der Grundlage der vom GPS-Satelliten ausgesendeten Signale mit eigenständiger Navigation zum Messen der Wegdistanz und Fahrtrichtung des Fahrzeugs mit dem Kreiselsensor 118 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 120 kombiniert, um die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die Fahrzeuggeschwindigkeit, mögliche Routen zu einem Ziel und den benötigten Zeitraum bis zur Ankunft am Ziel zu berechnen. Jedoch kann auch jedes beliebige Navigationssystem mit Karteninformationen, das die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs sowie andere erforderliche Daten misst, auf die Leistungsabgabevorrichtung 20H angewendet werden.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform empfängt Daten betreffend die momentane Position und Fahrtrichtung des. Fahrzeugs und Gebiete mit starker Steigung vom Navigationssystem 110, bestimmt, ob sich das Fahrzeug in einem Gebiet mit starker Steigung befindet oder voraussichtlich in einem bestimmten Zeitraum in ein Gebiet mit starker Steigung kommt oder nicht, und sagt auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung, dass die Batterie 94 mit einer hohen elektrischen Leistung geladen werden würde. Die Voraussage der Ladung der Batterie 94 mit hoher elektrischer Leistung kann ausgeführt werden, indem anstelle der Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung, die im Flussschema von 26 gezeigt ist, die Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung ausgeführt wird, die im Flussschema von 27 gezeigt ist. Wenn das Programm die Routine von 27 aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 90 zunächst in den Schritten S350 und S352 Daten betreffend die momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs bzw. Steigungen der Fahrbahn vom Navigationssystem 110. wenn im Schritt 5354 bestimmt wird, dass das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, bestimmt das Programm, dass die Batterie 94 voraussichtlich mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, und geht zum Schritt S356, um dem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "1" zuzuordnen. Wenn im Schritt S354 dagegen bestimmt wird, dass das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit einem Anstiegsgradienten kleiner als der bestimmte Wert fährt, bestimmt das Programm, dass die Batterie 94 voraussichtlich nicht mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, und geht zum Schritt S358, um dem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "0" zuzuordnen.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform verwendet das Navigationssystem 110, um zu bestimmen, ob die Batterie 94 voraussichtlich mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird oder nicht. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Voraussage der Ladung der Batterie 94 mit einer hohen elektrischen Leistung jedoch ohne das Navigationssystem 110. 28 zeigt schematisch eine Leistungsabgabevorrichtung 20J dieser alternativen Ausgestaltung, und 29 zeigt ein Fahrzeug 130, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20J von 28 eingebaut ist. Die Leistungsabgabevorrichtung 20J hat einen vorderen Höhenmesser 132 zum Messen der Höhe HF in einem Frontbereich des Fahrzeugs 130 und einen hinteren Höhenmesser 134 zum Messen der Höhe HR in einem Heckbereich des Fahrzeugs 130. Diese Ausgestaltung bestimmt, dass die Batterie 94 voraussichtlich mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, wenn das Fahrzeug 130 auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt. Die Leistungsabgabevorrichtung 20J führt anstelle der Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung von 26 die Routine zur Voraussage einer hohen Ladeleistung aus, die im Flussschema von 30 gezeigt ist. Wenn das Programm die Routine von 30 aufruft, empfängt die Steuerungs-CPU 90 zunächst im Schritt S360 die Daten betreffend die vordere Höhe HF und die hintere Höhe HR des Fahrzeugs 130, die mit dem vorderen Höhenmesser 132 und dem hinteren Höhenmesser 134 gemessen wurden, und subtrahiert im Schritt S362 die hintere Höhe HR von der vorderen Höhe HF des Fahrzeugs 130, um eine Höhendifferenz ΔH zu erhalten. Wenn die Höhendifferenz ΔH im Schritt S364 gleich einem oder größer als ein Schwellenwert Href ist, bestimmt das Programm, dass das Fahrzeug 130 auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt und dass dadurch die Batterie 94 voraussichtlich mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, und geht zum Schritt S366, um dem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "1" zuzuordnen. Wenn die Höhendifferenz ΔH im Schritt S364 dagegen kleiner ist als der Schwellenwert Href, bestimmt das Programm, dass das Fahrzeug 130 auf einer Fahrbahn mit einem Anstiegsgradienten kleiner als der bestimmte Wert fährt und dadurch die Batterie 94 voraussichtlich nicht mit einer hohen elektrischen Leistung geladen wird, und geht zum Schritt S368, um dem Flag FNB zur Voraussage einer hohen Ladeleistung den Wert "0" zuzuordnen. Der Schwellenwert Href wird so eingestellt, dass er den bestimmten Anstiegsgradienten, beispielsweise einen Anstiegsgradienten von 10%, repräsentiert.
Anders als der vorstehend diskutierte Prozess zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs auf der Grundlage der Daten betreffend die Steigungen der Fahrbahn, die das Navigationssystem ausgesendet hat, und der Erfassungsprozess auf der Grundlage der Daten, die mit den Höhenmessern gemessen werden, die im Frontbereich und Heckbereich des Fahrzeugs angebracht sind, steht eine Vielfalt an Verfahren zur Verfügung, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt oder nicht, wie z. B. der Erfassungsprozess auf der Grundlage von Signalen, die von einem Kreiselsensor ausgesendet werden, der am Fahrzeug angebracht ist, um die Front- und Heckneigung des Fahrzeugs zu messen.
Wie bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform ist bei der Leistungsabgabevorrichtung 20H der dritten Ausführungsform der Hilfsmotor 40 direkt an der Antriebswelle 22 angebaut. Der Hilfsmotor 40 kann jedoch auch an einer Welle angebaut sein, die von der Antriebswelle 22 zwar getrennt ist, aber über ein Getriebe mit der Antriebswelle 22 in Verbindung steht. Bei dieser letzteren Ausgestaltung können die Eigenschaften des Hilfsmotors 40 durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses variiert werden. Wie bei den Leistungsabgabevorrichtungen 20A und 20B der Abwandlungen, die in 13 und 14 gezeigt sind, kann der Hilfsmotor 40A zwischen der Brennkraftmaschine 50 und dem Kupplungsmotor 30A angeordnet sein, wobei der Rotor 42A des Hilfsmotors 40A mit dem Aussenrotor 32A des Kupplungsmotors 30A verbunden ist, der weiter mit der Antriebswelle 22 in Verbindung steht. Als eine andere mögliche Ausgestaltung können der Kupplungsmotor und der Hilfsmotor zu einer Einheit miteinander verbunden sein wie bei der Leistungsabgabevorrichtung 20C der Abwandlung, die in 15 gezeigt ist.
Alternativ dazu kann der Hilfsmotor 40 an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut sein wie bei den Leistungsabgabevorrichtungen 20D und 20E der Abwand langen, die in 16 und 17 gezeigt sind. Wenn die Drehmomentsteuerungsroutine von 24 und 25 auf diese Abwandlungen angewendet wird, bei denen der Hilfsmotor 40 an der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 angebaut ist, wird der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 in den Schritten S320 und S336 gleich dem Abgabedrehmomentbefehlswert Td* anstatt gleich dem Soll-Brennkraftmaschinendrehmoment Te* eingestellt. Als eine andere mögliche Ausgestaltung können der Kupplungsmotor und der Hilfsmotor zu einer Einheit miteinander verbunden sein wie bei der Leistungsabgabevorrichtung 20F der Abwandlung, die in 18 gezeigt ist.
Die vorliegende Erfindung is nicht auf die vorstehenden Ausführungsforms oder Anwendungen beschränkt; vielmehr kann es ohne im Umfang und im Rahmen des Grundgedankens der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung viele Abwandlungen, Änderungen und Modifikationen geben. Einige Beispiele für mögliche Abwandlungen sind nachstehend angegeben.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, kann beispielsweise auf ein Fahrzeug mit Vierradantrieb (4WD) angewendet werden, wie es in 31 gezeigt ist. Bei der Ausgestaltung von 31 ist der Hilfsmotor 40, der in der Ausgestaltung von 1 mechanisch mit der Antriebswelle 22 in Verbindung steht, von der Antriebswelle 22 getrennt und hiervon unabhängig im Hinterradbereich des Fahrzeugs angeordnet, um hintere Antriebsräder 27 und 29 anzutreiben. Ein Ende der Antriebswelle 22 ist über ein Getriebe 23 mit einem Differentialgetriebe 24 verbunden, um vordere Antriebsräder 26 und 28 anzutreiben. Das Prinzip der ersten Ausführungsform lässt sich mit dieser Ausgestaltung gleichermaßen realisieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen erstrecken sich auf eine Kombination des Drehmomentsteuerungsprozesses der ersten Ausführungsform mit dem der dritten Ausführungsform, eine Kombination des Drehmomentsteuerungsprozesses der zweiten Ausführungsform mit dem der dritten Ausführungsform, und eine Kombination des Drehmomentsteuerungsprozesses der ersten Ausführungsform mit dem der zweiten Ausführungsform und dem der dritten Ausführungsform.
In den vorstehenden Ausführungsformen findet ein benzinbetriebener Ottomotor Verwendung als Brennkraftmaschine 50. Das Prinzip der Erfindung ist jedoch auch auf andere Brennkraftmaschinen mit innerer und äußerer Verbrennung, wie beispielsweise Dieselmotoren, Turbinentriebwerke und Strahltriebwerke, übertragbar.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden für den Kupplungsmotor 30 und den Hilfsmotor 40 Synchronmotoren der Bauart mit Permanentmagneten (PM) verwendet. Für die Regenerationsfunktion und die Leistungsfunktion können aber auch andere Motoren, wie beispielsweise Synchronmotoren der Bauart mit variabler Reluktanz (VR), Feinstellmotoren, Gleichstrommotoren, Induktionsmotoren, supraleitende Motoren und Schrittmotoren, verwendet werden.
Der in den vorstehenden Ausführungsformen als Mittel zum Übertragen elektrischer Leistung auf den Kupplungsmotor 30 verwendete Drehumformer 38 kann durch einen Schleifring-Buchsen-Kontakt, einen Schleifring-Quecksilber-Kontakt, eine Halbleiterkopplung aus magnetischer Energie oder dergleichen ersetzt werden.
Für den ersten und zweiten Steuerkreis 91 bzw. 92 der vorstehenden Ausführungsformen werden Transistorwechselrichter verwendet. Weitere anwendbare Beispiele sind ein IGBT ("insulated gate bipolar mode transistor")-Wechselrichter, Thyristorwechselrichter, Spannungs-PWM ("pulse width modulation")-Wechselrichter, Rechteckwellenwechselrichter (Spannungs- und Stromwechselrichter) und Resonanzwechselrichter.
Die Batterie 94 in den vorstehenden Ausführungsformen kann Pb-Zellen, NiMH-Zellen, Li-Zellen oder gleichartige Zellen beinhalten. Anstelle der Batterie 94 kann auch ein Kondensator verwendet werden.
Wenngleich die Leistungsabgabevorrichtung in sämtlichen vorstehenden Ausführungsformen in einem Fahrzeug eingebaut ist, kann sie in anderen Beförderungseinrichtungen, wie Schiffe und Flugzeuge, sowie in einer Vielfalt gewerblicher Maschinen eingebaut sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend diskutierten Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen, in keiner Weise aber einschränkend zu verstehen sind. Der Umfang und der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung bestimmen sich allein aus den Merkmalen der Ansprüche.

Claims

Leistungsabgabevorrichtung, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22) des Fahrzeugs, mit: einer Brennkraftmaschine (50), welche eine Ausgangswelle (56) aufweist, einer Brennkraftmaschinensteuereinrichtung (70) zum Antreiben der Brennkraftmaschine (50), einem ersten Motor (30) , welcher einen mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung stehenden ersten Rotor und einen mit der Antriebswelle (22) in Verbindung stehenden zweiten Rotor aufweist, wobei der zweite Rotor eine gemeinsame Achse mit dem ersten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann, und wobei der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, wodurch über eine elektromagnetische Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor eine Leistungsübertragung zwischen der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) und der Antriebswelle (22) erfolgt, einem ersten Motorsteuerkreis (91) zum Steuern des Grads der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor im ersten Motor (30) und zum Regulieren der Drehung des zweiten Rotors relativ zum ersten Rotor, einem zweiten Motor (40), welcher mit der Antriebswelle (22) oder der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung steht, einem zweiten Motorsteuerkreis (92) zum Antreiben und Steuern des zweiten Motors, einer Speicherbatterieeinrichtung (94), welche mit dem ersten Motorsteuerkreis (91) und dem zweiten Motorsteuerkreis (92) in Verbindung steht, und welche über den ersten Motorsteuerkreis (91) und den zweiten Motorsteuer kreis (92) mit elektrischer Leistung geladen bzw. zum Freigeben elektrischer Leistung entladen wird, und einer Fahrzustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Fahrzustands des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine Leistungsvoraussageeinrichtung zum Voraussagen eines Abgabezustands der Leistung an die Antriebswelle (22) entsprechend einem bestimmten Abgabezustand auf der Basis des durch die Fahrzustandserfassungseinrichtung erfassten Fahrzustands des Fahrzeugs, wobei der bestimmte Abgabezustand den Abgabezustand begleitet von einem Ladeprozess der Speicherbatterieeinrichtung (94) mit elektrischer Leistung, die gleich oder größer ist als eine bestimmte elektrische Leistung, repräsentiert, und eine Steuereinrichtung (90) zum Steuern der Brennkraftmaschine (50) über die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung (70) sowie des ersten Motors (30) und des zweiten Motors (40) über den ersten Motorsteuerkreis (91) bzw. den zweiten Motorsteuerkreis (92) so, dass die Speicherbatterieeinrichtung (94) mit wenigstens der bestimmten elektrischen Leistung geladen werden kann, wenn die Leistungsvoraussageeinrichtung den bestimmten Abgabezustand voraussagt.
Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn der durch die Fahrzustandserfassungseinrichtung erfasste Fahrzustand des Fahrzeugs einen Zustand repräsentiert, in dem das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder einem größeren Anstiegsgradienten fährt.
Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit: einer Positions-/Richtungserfassungseinrichtung, welche Kartendaten aufweist und eine momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf die Kartendaten erfasst, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung den bestimmten Abgabezustand auf der Basis des durch die Fahrzustandserfassungseinrichtung erfassten Fahrzustands des Fahrzeugs und der durch die Positions/Richtungserfassungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Kartendaten erfassten momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs voraussagt.
Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahrzustandserfassungseinrichtung eine momentane Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf im voraus gespeicherte Kartendaten als den Fahrzustand des Fahrzeugs erfasst.
Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kartendaten der Positions-/Richtungserfassungseinrichtung spezifische Daten in Bezug auf ein spezifisches Gebiet beinhalten, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und das erfordert, dass das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn die durch die Positions-/Richtungserfassungseinrichtung erfasste momentane Position des Fahrzeugs dem spezifischen Gebiet entspricht, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und das als die spezifischen Daten in den Kartendaten enthalten ist, aufweist.
Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kartendaten der Positions-/Richtungserfassungseinrichtung spezifische Daten in Bezug auf ein spezifisches Gebiet beinhaltet, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und erfordert, dass das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn erwartet wird, dass das Fahrzeug in dem bestimmten Zeitraum das spezifische Gebiet betritt, das den bestimmten Abgabezustand erzeugt und das als die spezifische Information in den Kartendaten enthalten ist, auf der Basis der durch die Positions-/Richtungserfassungseinrichtung erfassten momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs aufweist.
Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kartendaten der Positions-/Richtungserfassungseinrichtung Daten in Bezug auf Steigungen auf einer Fahrstrecke des Fahrzeugs als die spezifische Daten enthalten, wobei die Leistungsvoraussageeinrichtung weiter eine Einrichtung zum Voraussagen, dass der bestimmte Abgabezustand in einem bestimmten Zeitraum zu erwarten wäre, wenn das Fahrzeug auf einer Steigung mit einem bestimmten oder größeren Anstiegsgradienten fährt, auf der Basis der Kartendaten und der durch die Positions/Richtungserfassungseinrichtung erfassten momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs aufweist.
Leistungsabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweiten Motor (40) mit der Antriebswelle (22) in Verbindung steht, und wobei der erste Motor (30) und der zweite Motor (40) als ein komplexer Motor ausgebildet sind, der einen mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung stehenden dritten Rotor, einen mit der Antriebswelle (22) in Verbindung stehenden vierten Rotor, der eine gemeinsame Achse mit dem dritten dritten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann, und einen Stator zum Drehen des vier ten Rotors aufweist, wobei der dritte Rotor und der vierte Rotor den ersten Motor (30) mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bilden, wohingegen der vierte Rotor und der Stator den zweiten Motor bilden.
Leistungsabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweiten Motor (40) mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung steht, und wobei der erste Motor (30) und der zweite Motor (40) als ein komplexer Motor ausgebildet sind, der einen mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung stehenden dritten Rotor, einen mit der Antriebswelle (22) in Verbindung stehenden vierten Rotor, welcher eine gemeinsame Achse mit dem dritten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann, und einen Stator zum Drehen des vierten Rotors aufweist, wobei der dritte Rotor und der vierte Rotor den ersten Motor (30) mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bilden, wohingegen der Rotor und der Stator den zweiten Motor bilden.
Verfahren zum Steuern einer in einem Fahrzeug eingebauten Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), mit den folgenden Schritten: (a) Bereitstellen einer Brennkraftmaschine (50), welche eine Ausgangswelle (56) aufweist, eines ersten Motors (30), welcher einen mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung stehenden ersten Rotor und einen mit der Antriebswelle (22) in Verbindung stehenden zweiten Rotor aufweist, wobei der zweite Rotor eine gemeinsame Achse mit dem ersten Rotor aufweist und sich relativ zu diesem drehen kann und wobei der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, wodurch über eine elektromagnetische Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor eine Leistungsübertragung zwischen der Ausgangswelle (56) der Brenn kraftmaschine (50) und der Antriebswelle (22) erfolgt, eines mit der Antriebswelle (22) oder der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) in Verbindung stehenden zweiten Motors (40) und einer Speicherbatterieeinrichtung (94), welche durch den ersten Motor (30) und den zweiten Motor mit elektrischer Leistung geladen bzw. zum Freigeben von elektrischen Leistung entladen wird, und (b) Erfassen eines Fahrzustands des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (c) Voraussagen eines Abgabezustands der Leistung an die Antriebswelle (22) entsprechend einem bestimmten Abgabezustand auf der Basis des im Schritt (b) erfassten Fahrzustands des Fahrzeugs, wobei der bestimmte Abgabezustand den Abgabezustand begleitet von einem Ladeprozess der Speicherbatterieeinrichtung (94) mit einer elektrischen Leistung, die gleich oder größer ist als eine bestimmte elektrische Leistung, repräsentiert, und (d) Steuern der Brennkraftmaschine (50), des ersten Motors (30) und des zweiten Motors so, dass die Speicherbatterieeinrichtung (94) mit wenigstens der bestimmten elektrischen Leistung geladen werden kann, wenn der bestimmte Abgabezustand im Schritt (c) erwartet wird.
Verfahren zum Steuern der Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Schritt (b) das Erfassen einer momentanen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf im voraus gespeicherte Kartendaten als den Fahrzustand des Fahrzeugs aufweist.