DE69615744T2 - Drive arrangement and reverse gear control for a hybrid vehicle - Google Patents
Drive arrangement and reverse gear control for a hybrid vehicleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsabgabevorrichtung und ein Verfahren zu deren Steuerung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Leistungsabgabevorrichtung zum übertragen oder Anwenden der von einer Brennkraftmaschine erzeugten Leistung mit einem hohen Wirkungsgrad und Drehen einer Antriebswelle in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Steuern einer solchen Leistungsabgabevorrichtung.The present invention relates to a power output device and a method for controlling the same. In particular, the invention relates to a power output device for transmitting or applying the power generated by an internal combustion engine with high efficiency and rotating a drive shaft in the opposite direction to that of the output shaft of the internal combustion engine. The invention further relates to a method for controlling such a power output device.
Drehmomentwandler, die ein Fluid verwenden, werden im allgemeinen verwendet, um ein Ausgangsdrehmoment einer Brennkraftmaschine oder dergleichen in Leistung umzuwandeln und die umgewandelte Leistung zu übertragen. Bei den herkömmlichen fluidbasierenden Drehmomentwandlern sind eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle nicht vollständig gegeneinander gesperrt, so daß infolgedessen ein Energieverlust vorliegt, der einem zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle auftretenden Schlupf entspricht. Der Energieverlust, der als Wärme aufgebraucht wird, ist als das Produkt aus der Differenz der Drehgeschwindigkeit zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle und dem zu diesem Zeitpunkt übertragenen Drehmoment ausgedrückt. Bei Fahrzeugen, in denen ein solcher Drehmomentwandler installiert ist, tritt ein hoher Energieverlust in einem Übergangszustand wie etwa beim Anfahren auf. Der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung beträgt selbst bei stetiger Fahrt nicht 100%. Im Vergleich mit Schaltgetrieben führen Drehmomentwandler zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch.Torque converters using a fluid are generally used to convert an output torque of an internal combustion engine or the like into power and to transmit the converted power. In the conventional fluid-based torque converters, an input shaft and an output shaft are not completely locked against each other, so that as a result there is an energy loss corresponding to a slip occurring between the input shaft and the output shaft. The energy loss, which is consumed as heat, is expressed as the product of the difference in rotational speed between the input shaft and the output shaft and the torque transmitted at that time. In vehicles in which such a If a torque converter is installed, a high energy loss occurs in a transient state such as starting. The efficiency of the power transmission is not 100% even when driving at a steady speed. Compared to manual transmissions, torque converters lead to lower fuel consumption.
Einige vorgeschlagene Leistungsabgabevorrichtungen wenden anders als die herkömmlichen Drehmomentwandler kein Fluid für die Drehmomentumwandlung oder Leistungsübertragung an, sondern übertragen Leistung mittels mechanisch-elektrisch-mechanischer Umwandlung. Beispielsweise koppelt eine in der JP-Offenlegungsschrift Nr. 53- 133814 offengelegte Leistungsabgabevorrichtung eine Ausgangswelle einer Brennkraftmaschine mit einer Drehwelle eines Gleichstrommotors über eine elektromagnetische Kupplung, um die Drehwelle als eine Antriebswelle zu betreiben. Die Brennkraftmaschine treibt einen Rotor auf der Seite der Gleichstrom-Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung an, während der andere Rotor auf der Seite einer Wechselstrom-Ankerwicklung die Drehwelle des Gleichstrommotors oder die Antriebswelle antreibt. Elektrische Leistung, die durch einen Schlupf zwischen den beiden Rotoren der elektromagnetischen Kupplung erzeugt wird, wird von dem Rotor auf der Seite der Wechselstrom- Ankerwicklung über einen Gleichrichter an den Gleichstrommotor geliefert. Der Gleichstrommotor erhält auch elektrische Energie von einer Batterie, um die Antriebswelle zu drehen. Anders als die herkömmlichen fluidbasierenden Drehmomentwandler weist dieser vorgeschlagene Aufbau im wesentlichen keinen Energieverlust infolge von Schlupf auf. Es ist daher möglich, den Energieverlust in der Leistungsübertragungseinrichtung durch Verbessern der Wirkungsgrade der elektromagnetischen Kupplung und des Gleichstrommotors relativ gering zu halten.Some proposed power output devices, unlike the conventional torque converters, do not use fluid for torque conversion or power transmission, but transmit power by means of mechanical-electrical-mechanical conversion. For example, a power output device disclosed in JP Laid-Open No. 53-133814 couples an output shaft of an internal combustion engine to a rotary shaft of a DC motor via an electromagnetic clutch to operate the rotary shaft as a drive shaft. The internal combustion engine drives a rotor on the DC field winding side of the electromagnetic clutch, while the other rotor on the AC armature winding side drives the rotary shaft of the DC motor or the drive shaft. Electric power generated by slip between the two rotors of the electromagnetic clutch is supplied from the rotor on the AC armature winding side to the DC motor via a rectifier. The DC motor also receives electrical energy from a battery to rotate the drive shaft. Unlike the conventional fluid-based torque converters, this proposed structure has substantially no energy loss due to slippage. It is therefore possible to keep the energy loss in the power transmission device relatively small by improving the efficiencies of the electromagnetic clutch and the DC motor.
Bei dem vorgeschlagenen Aufbau wird die Antriebswelle (Drehwelle des Gleichstrommotors) jedoch generell nur in der Drehrichtung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine gedreht. Die Erfordernis, die Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine zu drehen, wird nicht im besonderen berücksichtigt.However, in the proposed structure, the drive shaft (rotating shaft of the DC motor) is generally rotated only in the direction of rotation of the output shaft of the internal combustion engine. The requirement to rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine is not specifically taken into account.
Die Schrift GB 1 193 965, die den nächstkommenden Stand der Technik für alle nebengeordneten Ansprüche außer 5 und 16 darstellt, betrifft einen Drehmomentwandler, bei dem eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle über ein Feldelement und ein Ankerelement verbunden sind, das einen Wechselstromgenerator darstellt. Der Wechselstromgenerator ist so konzipiert, daß eine magnetische Sperrung zwischen den beiden Teilen des Wechselstromgenerators stattfindet, wenn ihre Drehzahlen gleich sind. Der im Wechselstromgenerator erzeugte Strom kann zum umgekehrten Antreiben der Ausgangswelle verwendet werden.GB 1 193 965, which represents the closest prior art for all independent claims except 5 and 16, relates to a torque converter in which an input shaft and an output shaft are connected via a field element and an armature element, which constitutes an alternator. The alternator is designed so that a magnetic lock occurs between the two parts of the alternator when their speeds are equal. The current generated in the alternator can be used to drive the output shaft in reverse.
Die Schrift GB-A-2 278 242, die den nächstkommenden Stand der Technik für Ansprüche 5 und 16 darstellt, betrifft ein elektromagnetisches Übertragungssystem, in dem ein Eingangsrotor 1 und ein Ausgangsrotor 2 vorgesehen sind. Bei einer Ausführungsform wird Drehenergie mittels elektromagnetischer Kopplung zwischen den Rotoren und gegebenenfalls durch Zuführen der vom Eingangsrotor 1 erzeugten Energie auf eine Spule eines Gehäuses 3 übertragen, so daß der Ausgangsrotor 2 von dem in der Spule des Gehäuses 3 erzeugten Feld angetrieben wird. Bei einer zweiten Ausführungsform wird aufgrund der Drehung des Eingangsrotors 20 bezüglich des Ausgangsrotors 22 ein Strom im Eingangsrotor 20 erzeugt, der auf eine Wicklung am Gehäuse 3 übertragen wird. Diese Wicklung 3 überträgt die Energie zum umgekehrten Drehen des Ausgangsrotors 22 an den Ausgangsrotor 22.Document GB-A-2 278 242, which represents the closest prior art for claims 5 and 16, relates to an electromagnetic transmission system in which an input rotor 1 and an output rotor 2 are provided. In one embodiment, rotational energy is transmitted by means of electromagnetic coupling between the rotors and optionally by supplying the energy generated by the input rotor 1 to a coil of a housing 3, so that the output rotor 2 is driven by the field generated in the coil of the housing 3. In a second embodiment, due to the rotation of the input rotor 20 with respect to the output rotor 22, a current is generated in the input rotor 20, which is transmitted to a winding on the housing 3. This winding 3 transmits the energy for rotating the output rotor 22 in reverse to the output rotor 22.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Leistung von einer Brennkraftmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad zu übertragen oder zu verwenden, und eine Antriebswelle zu einer Drehung entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine zu befähigen.It is the object of the present invention to transmit or use power from an internal combustion engine with a high efficiency and to enable a drive shaft to rotate opposite to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird durch eine erste Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle gemäß den Ansprüchen 1, 3, 5, 8, 12 und durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 15, 16, 18, 20, 21, 24 gelöst.This object is achieved by a first power output device for outputting power to a drive shaft according to claims 1, 3, 5, 8, 12 and by methods according to claims 15, 16, 18, 20, 21, 24.
Die erste Leistungsabgabevorrichtung gemäß dem Hintergrund der Erfindung weist auf: eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; einen ersten Motor mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, und der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; eine erste Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor; einen zweiten Motor mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der Stator mit dem dritten Rotor elektromagnetisch gekoppelt ist; eine zweite Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung zum Antreiben des zweiten Motors derart, daß die Antriebswelle zu einer Drehung in eine zweite Richtung veranlaßt wird, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.The first power output device according to the background of the invention comprises: an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a first motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, and the first and second rotors being electromagnetically coupled to each other, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; a first motor drive device for exchanging electric currents with the first motor to vary the electromagnetic coupling the first rotor to the second rotor; a second motor having a stator and a third rotor connected to the drive shaft, the stator being electromagnetically coupled to the third rotor; second motor drive means for exchanging electrical currents with the second motor to vary the electromagnetic coupling of the stator to the third rotor; and control means for controlling the second motor drive means to drive the second motor such that the drive shaft is caused to rotate in a second direction opposite to the first direction.
Der Aufbau einer solchen ersten Leistungsabgabevorrichtung erfordert keinerlei besondere Räder, um die Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine zu drehen, wodurch das Gesamtgewicht der Leistungsabgabevorrichtung verringert, Zeit und Arbeit für den Zusammenbau eingespart, und die Herstellungskosten gesenkt werden.The structure of such a first power output device does not require any special gears to rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine, thereby reducing the overall weight of the power output device, saving time and labor for assembly, and reducing the manufacturing cost.
Gemäß einem Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren auf: eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; und wobei die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung aufweist, um ein von dem ersten Motor erzeugtes Drehmoment auf höchstens ein vorgegebenes Niveau einzustellen, und Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung, um die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor zuzuführen.According to one aspect of the background of the invention, the power output device further comprises: a storage device for storing electric energy; and wherein the control device comprises means for controlling the first motor drive device to set a torque generated by the first motor to at most a predetermined level, and controlling the second motor drive device to supply the electric energy stored in the storage device to the second motor.
Bei diesem Aufbau steuert die Steuereinrichtung die zweite Motorantriebseinrichtung so, daß sie den zweiten Motor antreibt und dadurch die Antriebswelle in die zweite Richtung, d. h. entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine dreht. Die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie wird verwendet, um den zweiten Motor zu drehen. Die Steuereinrichtung steuert des weiteren die erste Motorantriebseinrichtung so, daß das von dem ersten Motor erzeugte Drehmoment gleich oder weniger als ein vorgegebenes Niveau wird. Das resultierende, an die Antriebswelle abgegebene Drehmoment wird somit durch das von dem ersten Motor erzeugte Drehmoment nicht stark verringert.In this construction, the control device controls the second motor drive device so that it drives the second motor and thereby drives the drive shaft into the second Direction, ie opposite to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine. The electrical energy stored in the storage device is used to rotate the second motor. The control device further controls the first motor drive device so that the torque generated by the first motor becomes equal to or less than a predetermined level. The resulting torque delivered to the drive shaft is thus not greatly reduced by the torque generated by the first motor.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung auf, um den ersten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren, und Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung, um die regenerierte elektrische Energie dem zweiten Motor zuzuführen.According to another aspect of the background of the invention, the control device comprises means for controlling the first motor drive device to enable the first motor to regenerate electrical energy, and controlling the second motor drive device to supply the regenerated electrical energy to the second motor.
Bei diesem Aufbau erhält der erste Motor die von der Brennkraftmaschine ausgegebene Leistung, um sie als elektrische Energie zu regenerieren; der zweite Motor wird mit der regenerierten elektrischen Leistung so angetrieben, daß er die Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine dreht.In this structure, the first motor receives the power output from the internal combustion engine to regenerate it as electric energy; the second motor is driven by the regenerated electric power so as to rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine.
Dieser Aufbau kann von der Brennkraftmaschine erzeugte Leistung durch die Energieumwandlung wirksam übertragen, wodurch die umgekehrte Drehung der Antriebswelle bewirkt wird.This structure can effectively transmit power generated by the internal combustion engine through energy conversion, thereby causing the reverse rotation of the drive shaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren auf: eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; wobei die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung aufweist, um den ersten Motor zum Regenerieren von elektrischer Energie zu befähigen, und Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung, um die regenerierte elektrische Energie und die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor zuzuführen.According to another aspect of the background of the invention, the power output device further comprises: a storage device for storing electrical energy; wherein the control device comprises means for Controlling the first motor drive means to enable the first motor to regenerate electrical energy, and controlling the second motor drive means to supply the regenerated electrical energy and the electrical energy stored in the storage means to the second motor.
In diesem Aufbau wird der zweite Motor nicht nur mit der von dem ersten Motor regenerierten elektrischen Energie, sondern auch durch die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie angetrieben, um die Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine zu drehen. Der Aufbau dreht die Antriebswelle in der umgekehrten Richtung mit der von dem ersten Motor regenerierten elektrischen Energie und der in der Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Energie, wodurch es ermöglicht wird, ein hohes Drehmoment an die Antriebswelle auszugeben.In this structure, the second motor is driven not only by the electric energy regenerated by the first motor but also by the electric energy stored in the storage device to rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine. The structure rotates the drive shaft in the reverse direction with the electric energy regenerated by the first motor and the electric energy stored in the storage device, thereby making it possible to output a high torque to the drive shaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren auf: eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; wobei die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung aufweist, um den ersten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren, und Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung, die regenerierte elektrische Energie dem zweiten Motor sowie zumindest teilweise der Speichereinrichtung zuzuführen, um gespeichert zu werden.According to another aspect of the background of the invention, the power output device further comprises: a storage device for storing electric energy; wherein the control device comprises means for controlling the first motor drive device to enable the first motor to regenerate electric energy and controlling the second motor drive device to supply the regenerated electric energy to the second motor and at least partially to the storage device to be stored.
Dieser Aufbau kann die Speichereinrichtung mit der restlichen elektrischen Energie aufladen, während die umgekehrte Drehung der Antriebswelle durchgeführt wird. Dieser Aufbau ist insbesondere günstig, wenn die Speichereinrichtung eine geringe Restkapazität an elektrischer Energie aufweist.This structure can charge the storage device with the remaining electrical energy while the reverse rotation of the drive shaft is carried out. This structure is particularly advantageous when the storage device has a low residual capacity of electrical energy.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist eine zweite Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle auf: eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; einen Motor mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; eine Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor; eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; und eine Steuereinrichtung, um die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie dem Motor zuzuführen, um den Motor anzutreiben und des weiteren den Motor zum Erzeugen eines Drehmoments zu befähigen, das in eine zweite, zu der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung wirkt, und Anlegen des Drehmoments an die Antriebswelle, wodurch die Antriebswelle in die zweite Richtung gedreht wird.According to another aspect of the background of the invention, a second power output device for outputting power to a drive shaft comprises: an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to each other, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; a motor drive device for exchanging electric currents with the first motor to vary the electromagnetic coupling of the first rotor with the second rotor; a storage device for storing electric energy; and a control device for supplying the electrical energy stored in the storage device to the motor to drive the motor and further enabling the motor to generate a torque acting in a second direction opposite to the first direction and applying the torque to the drive shaft, thereby rotating the drive shaft in the second direction.
In der zweiten Leistungsabgabevorrichtung des Hintergrundes der Erfindung steuert die Steuereinrichtung die Motorantriebseinrichtung, um den Motor mit der in der Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Energie anzutreiben und des weiteren den Motor zu befähigen, das Drehmoment, das entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine wirkt, an die Antriebswelle zu legen. An der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine gleicht das vom Motor erzeugte Drehmoment im wesentlichen das Haftreibungsmoment der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine (im stetigen Zustand) aus. Der Motor kann die Antriebswelle somit entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine drehen, mit dem Haftreibungsmoment der Brennkraftmaschine als Abstützung.In the second power output device of the background of the invention, the control means controls the motor driving means to drive the motor with the electric energy stored in the storage means and further to enable the motor to apply the torque acting in the opposite direction to the rotation of the engine's output shaft to the drive shaft. At the engine's output shaft, the torque generated by the motor essentially balances out the static friction torque of the engine's output shaft (in a steady state). The motor can thus rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the engine's output shaft, with the engine's static friction torque as a support.
Gemäß wieder einem anderen Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist eine dritte Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an ein Antriebswelle auf: eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; einen ersten Motor mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; eine erste Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor; einen zweiten Motor mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der Stator mit dem dritten Rotor elektromagnetisch gekoppelt ist; eine zweite Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung, wenn die Antriebswelle in eine zweite Richtung dreht, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, um den zweiten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren, ein erstes Drehmoment zu erzeugen, das in der ersten Richtung wirkt, und das erste Drehmoment an die Antriebswelle zu legen, wobei die Steuereinrichtung gleichzeitig die erste Motorantriebseinrichtung steuert, um die regenerierte elektrische Energie dem ersten Motor zuzuführen, um den ersten Motor anzutreiben und des weiteren den ersten Motor zu befähigen, ein zweites Drehmoment zu erzeugen, das in die zweite Richtung wirkt, und das zweite Drehmoment an die Antriebswelle zu legen.According to yet another aspect of the background of the invention, a third power output device for outputting power to a drive shaft comprises: an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a first motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to one another, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; a first motor drive device for exchanging electrical currents with the first motor for varying the electromagnetic coupling of the first rotor with the second rotor; a second motor having a stator and a third rotor connected to the drive shaft, the stator being electromagnetically coupled to the third rotor; a second motor drive device for exchanging electrical currents with the second motor for varying the electromagnetic coupling the stator to the third rotor; and a control device for controlling the second motor drive device when the drive shaft rotates in a second direction opposite to the first direction to enable the second motor to regenerate electrical energy, generate a first torque acting in the first direction, and apply the first torque to the drive shaft, the control device simultaneously controlling the first motor drive device to supply the regenerated electrical energy to the first motor to drive the first motor and further enable the first motor to generate a second torque acting in the second direction and apply the second torque to the drive shaft.
Bei der dritten Leistungsabgabevorrichtung des Hintergrundes der Erfindung steuert die Steuereinrichtung die zweite Motorantriebseinrichtung, um den zweiten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren, während die Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Brennkraftmaschine dreht. Die Steuereinrichtung steuert des weiteren die erste Motorantriebseinrichtung, um den ersten Motor mit der von dem zweiten Motor regenerierten elektrischen Energie anzutreiben. Es existiert ein bestimmter Energieverlustbetrag bei dem Vorgang des Übertragens der regenerierten Leistung von dem zweiten Motor zu dem ersten Motor. Die von dem ersten Motor verbrauchte elektrische Energie ist somit geringer als die von dem zweiten Motor regenerierte elektrische Energie. Die Drehgeschwindigkeit des zweiten Motors ist niedriger als die Drehgeschwindigkeit des ersten Motors. Das von dem zweiten Motor erzeugte Drehmoment besitzt folglich eine größere Größe als das von dem ersten Motor erzeugte Drehmoment. An der Antriebswelle wirkt das von dem ersten Motor erzeugte Drehmoment entgegengesetzt zur Drehung der Brennkraftmaschine, während das von dem zweiten Motor erzeugte Drehmoment in der Drehrichtung der Brennkraftmaschine wirkt. Das resultierende, an die Antriebswelle gelegte Drehmoment wirkt somit in der Drehrichtung der Brennkraftmaschine. Die Antriebswelle, die entgegengesetzt zur Drehung der Brennkraftmaschine dreht, erfährt folglich eine Verlangsamung (d. h. eine Beschleunigung in der Drehrichtung der Brennkraftmaschine) und verringert allmählich ihre Drehzahl.In the third power output device of the background of the invention, the control means controls the second motor driving means to enable the second motor to regenerate electric energy while the drive shaft rotates in the opposite direction to the rotation of the internal combustion engine. The control means further controls the first motor driving means to drive the first motor with the electric energy regenerated by the second motor. There is a certain amount of energy loss in the process of transmitting the regenerated power from the second motor to the first motor. The electric energy consumed by the first motor is thus less than the electric energy regenerated by the second motor. The rotational speed of the second motor is lower than the rotational speed of the first motor. The torque generated by the second motor is thus larger in magnitude than the torque generated by the first motor. The torque generated by the first motor acts on the drive shaft. The torque generated by the first motor acts in the opposite direction to the rotation of the engine, while the torque generated by the second motor acts in the direction of rotation of the engine. The resulting torque applied to the drive shaft thus acts in the direction of rotation of the engine. The drive shaft, which rotates in the opposite direction to the rotation of the engine, consequently experiences a deceleration (ie an acceleration in the direction of rotation of the engine) and gradually reduces its speed.
Selbst wenn sich die Speichereinrichtung im vollständig aufgeladenen Zustand befindet und keine weitere elektrische Energie mehr aufnehmen kann, kann der Aufbau der dritten Leistungsabgabevorrichtung die Geschwindigkeit der umgekehrten Drehung der Antriebswelle reduzieren, während sie den ersten Motor befähigt, die regenerierte Leistung zu verbrauchen.Even when the storage device is in the fully charged state and cannot absorb any more electric energy, the structure of the third power output device can reduce the speed of reverse rotation of the drive shaft while enabling the first motor to consume the regenerated power.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist eine vierte Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle auf: eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; einen ersten Motor mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; eine erste Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor; einen zweiten Motor mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; eine zweite Motorantriebseinrichtung zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung, um den ersten Motor anzutreiben, um die Antriebswelle zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.According to another aspect of the background of the invention, a fourth power output device for outputting power to a drive shaft comprises: an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a first motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to each other, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; a first motor drive device for exchanging electrical currents with the first motor for varying the electromagnetic coupling of the first rotor with the second rotor; a second motor having a stator and a third rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine, the stator being electromagnetically coupled to the third rotor; second motor drive means for exchanging electrical currents with the second motor for varying the electromagnetic coupling of the stator with the third rotor; and control means for controlling the first motor drive means to drive the first motor to cause the drive shaft to rotate in a second direction opposite to the first direction.
Der Aufbau der vierten Leistungsabgabevorrichtung gemäß dem Hintergrund der Erfindung erfordert keinerlei besondere Räder, um die Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine zu drehen, wodurch das Gesamtgewicht der Leistungsabgabevorrichtung verringert wird, Zeit und Arbeit für den Zusammenbau gespart, und die Herstellungskosten gesenkt werden.The structure of the fourth power output device according to the background of the invention does not require any special gears to rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine, thereby reducing the overall weight of the power output device, saving time and labor for assembly, and reducing the manufacturing cost.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren auf: eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; wobei die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung aufweist, um die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor zuzuführen und den zweiten Motor zu befähigen, die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine festzuhalten und die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine an einer Drehung zu hindern, und die erste Motorantriebseinrichtung zu steuern, um die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie dem ersten Motor zuzuführen.According to another aspect of the background of the invention, the power output device further comprises: a storage device for storing electric energy; wherein the control device comprises means for controlling the second motor drive device to supply the electric energy stored in the storage device to the second motor and enable the second motor to hold the output shaft of the internal combustion engine and prevent the output shaft of the internal combustion engine from rotating, and controlling the first motor drive device to perform the electric energy stored in the storage device to supply electrical energy stored in the first motor.
Bei diesem Aufbau steuert die Steuereinrichtung die erste Motorantriebseinrichtung zum Antreiben des ersten Motors und Drehen der Antriebswelle entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine. Die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie wird verwendet, um den ersten Motor anzutreiben. Die Steuereinrichtung steuert des weiteren die zweite Motorantriebseinrichtung, um den zweiten Motor zu befähigen, die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine festzuhalten und der Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine entgegenzuwirken. Auch wenn der erste Motor ein Drehmoment an die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine legt, verhindert dieser Aufbau effektiv eine Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine. Die Antriebswelle kann in ausreichendem Maße in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden, mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine als Abstützung.In this structure, the control means controls the first motor drive means to drive the first motor and rotate the drive shaft in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the engine. The electric energy stored in the storage means is used to drive the first motor. The control means further controls the second motor drive means to enable the second motor to hold the output shaft of the engine and to oppose the rotation of the output shaft of the engine. Even if the first motor applies torque to the output shaft of the engine, this structure effectively prevents the output shaft of the engine from rotating. The drive shaft can be sufficiently rotated in the opposite direction with the output shaft of the engine as a support.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung auf, um den zweiten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren und die erste Motorantriebseinrichtung zu steuern, um die regenerierte elektrische Energie dem ersten Motor zuzuführen.According to another aspect of the background of the invention, the control device comprises means for controlling the second motor drive device to enable the second motor to regenerate electrical energy and controlling the first motor drive device to supply the regenerated electrical energy to the first motor.
Dieser Aufbau kann auf wirksame Weise die von der Brennkraftmaschine erzeugte Leistung durch die Energieumwandlung übertragen und die umgekehrte Drehung der Antriebswelle bewerkstelligen.This structure can effectively transmit the power generated by the internal combustion engine through the energy conversion and accomplish the reverse rotation of the drive shaft.
Gemäß einem wieder anderen Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren auf: eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; wobei die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung aufweist, um den zweiten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren, und Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung, um die regenerierte elektrische Energie und die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie dem ersten Motor zuzuführen.According to yet another aspect of the background of the invention, the power output device further comprises: storage means for storing electric energy; wherein the control means comprises means for controlling the second motor drive means to enable the second motor to regenerate electric energy and controlling the first motor drive means to supply the regenerated electric energy and the electric energy stored in the storage means to the first motor.
Bei diesem Aufbau wird die Antriebswelle mit der von dem zweiten Motor regenerierten elektrischen Energie und der in der Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Energie entgegengesetzt zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine gedreht. Dieser Aufbau ermöglicht die Ausgabe eines hohen Drehmoments an die Antriebswelle.In this structure, the drive shaft is rotated in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine using the electric energy regenerated by the second motor and the electric energy stored in the storage device. This structure enables a high torque to be output to the drive shaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren auf: eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; wobei die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung aufweist, um den zweiten Motor zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren, und Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung, die regenerierte elektrische Energie dem ersten Motor zuzuführen sowie zumindest teilweise der Speichereinrichtung, um gespeichert zu werden.According to another aspect of the background of the invention, the power output device further comprises: a storage device for storing electric energy; wherein the control device comprises means for controlling the second motor drive device to enable the second motor to regenerate electric energy and controlling the first motor drive device to supply the regenerated electric energy to the first motor and at least partially to the storage device to be stored.
Dieser Aufbau ermöglicht eine zur Drehung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine entgegengesetzte Drehung der Antriebswelle bei gleichzeitigem Aufladen der Speichereinrichtung mit der übrigen elektrischen Energie. Dieser Aufbau ist insbesondere bevorzugt, wenn die Speichereinrichtung eine geringe Restkapazität an elektrischer Energie aufweist.This structure enables the drive shaft to rotate in the opposite direction to the rotation of the output shaft of the internal combustion engine, while simultaneously charging the storage device with the remaining electrical energy. This structure is particularly preferred when the storage device has a low residual capacity of electrical energy.
Gemäß wieder einem anderen Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist eine fünfte Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von mechanischer Energie als Leistung an eine Antriebswelle auf: eine mit einer Drehwelle verbundene Brennkraftmaschine; einen mit der Drehwelle verbundenen ersten Motor; und einen mit der Antriebswelle verbundenen zweiten Motor; wobei die Brennkraftmaschine mechanische Energie erzeugt und die mechanische Energie an die Drehwelle überträgt; der erste Motor die über die Drehwelle übertragene mechanische Energie und von dem zweiten Motor übertragene mechanische Energie erhält, die gesamte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, und die umgewandelte elektrische Energie dem zweiten Motor zuführt; und der zweite Motor die vom ersten Motor gelieferte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, einen Teil der umgewandelten mechanischen Energie an den ersten Motor überträgt, und den Rest der umgewandelten mechanischen Energie an die Antriebswelle abgibt.According to still another aspect of the background of the invention, a fifth power output device for outputting mechanical energy as power to a drive shaft comprises: an internal combustion engine connected to a rotary shaft; a first motor connected to the rotary shaft; and a second motor connected to the drive shaft; wherein the internal combustion engine generates mechanical energy and transmits the mechanical energy to the rotary shaft; the first motor receives the mechanical energy transmitted via the rotary shaft and mechanical energy transmitted from the second motor, converts all of the mechanical energy into electrical energy, and supplies the converted electrical energy to the second motor; and the second motor converts the electrical energy supplied from the first motor into mechanical energy, transmits a part of the converted mechanical energy to the first motor, and outputs the rest of the converted mechanical energy to the drive shaft.
Bei der fünften Leistungsabgabevorrichtung des Hintergrundes der Erfindung wandelt der erste Motor die Summe der von der Brennkraftmaschine erzeugten mechanischen Energie und der vom zweiten Motor übertragenen mechanischen Energie in elektrische Energie um, die vom zweiten Motor zurück in mechanische Energie umgewandelt wird. Ein Teil der umgewandelten mechanischen Energie wird auf den ersten Motor übertragen, während der Rest an die Antriebswelle abgegeben wird.In the fifth power output device of the background of the invention, the first motor converts the sum of the mechanical energy generated by the internal combustion engine and the mechanical energy transmitted by the second motor into electrical energy, which is converted back into mechanical energy by the second motor. A part of the converted mechanical energy is transmitted to the first motor, while the rest is output to the drive shaft.
Der Aufbau der fünften Leistungsabgabevorrichtung des Hintergrundes der Erfindung kann die von der Brennkraftmaschine erzeugte mechanische Energie auf wirkungsvolle Weise übertragen und nutzen. Dieser Aufbau ist effektiv, wenn ein hoher Betrag an elektrischer Energie benötigt wird.The structure of the fifth power output device of the background of the invention can be used by the internal combustion engine efficiently transfer and use the mechanical energy generated. This design is effective when a large amount of electrical energy is required.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist eine sechste Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von mechanischer Energie als Leistung an eine Antriebswelle auf: eine mit einer Drehwelle verbundene Brennkraftmaschine; einen mit der Drehwelle verbundenen ersten Motor; eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; und einen mit der Antriebswelle verbundenen zweiten Motor; wobei die Brennkraftmaschine mechanische Energie erzeugt und die mechanische Energie auf die Drehwelle überträgt; der erste Motor die über die Drehwelle übertragene mechanische Energie und die vom zweiten Motor übertragene mechanische Energie erhält, die gesamte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, und die umgewandelte elektrische Energie dem zweiten Motor zuführt; die Speichereinrichtung die gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor zuführt; und der zweite Motor die vom ersten Motor gelieferte elektrische Energie und die von der Speichereinrichtung gelieferte elektrische Energie erhält, die gesamte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, einen Teil der umgewandelten mechanischen Energie an den ersten Motor überträgt, und den Rest der umgewandelten mechanischen Energie an die Antriebswelle abgibt.According to another aspect of the background of the invention, a sixth power output device for outputting mechanical energy as power to a drive shaft comprises: an internal combustion engine connected to a rotary shaft; a first motor connected to the rotary shaft; a storage device for storing electrical energy; and a second motor connected to the drive shaft; wherein the internal combustion engine generates mechanical energy and transmits the mechanical energy to the rotary shaft; the first motor receives the mechanical energy transmitted via the rotary shaft and the mechanical energy transmitted from the second motor, converts all of the mechanical energy into electrical energy, and supplies the converted electrical energy to the second motor; the storage device supplies the stored electrical energy to the second motor; and the second motor receives the electrical energy supplied by the first motor and the electrical energy supplied by the storage device, converts all of the electrical energy into mechanical energy, transmits a portion of the converted mechanical energy to the first motor, and outputs the remainder of the converted mechanical energy to the drive shaft.
Der Aufbau der sechsten Leistungsabgabevorrichtung gemäß dem Hintergrund der Erfindung wird auf geeignete Weise auf diejenigen Fälle angewendet, in denen die vom ersten Motor gelieferte elektrische Energie nicht ausreichend ist.The structure of the sixth power output device according to the background of the invention is suitably applied to those cases where the electric power supplied from the first motor is insufficient.
Gemäß wieder einem anderen Aspekt des Hintergrundes der Erfindung weist eine siebte Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von mechanischer Energie als Leistung an eine Antriebswelle auf: eine mit einer Drehwelle verbundene Brennkraftmaschine; einen mit der Drehwelle verbundenen ersten Motor; einen mit der Antriebswelle verbundenen zweiten Motor; und eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; wobei die Brennkraftmaschine mechanische Energie erzeugt und die mechanische Energie an die Drehwelle überträgt; der erste Motor die über die Drehwelle übertragene mechanische Energie und die vom zweiten Motor übertragene mechanische Energie erhält, die gesamte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, und die umgewandelte elektrische Energie an den zweiten Motor und die Speichereinrichtung liefert; der zweite Motor die vom ersten Motor gelieferte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, einen Teil der umgewandelten mechanischen Energie an den ersten Motor überträgt, und den Rest der umgewandelten mechanischen Energie an die Antriebswelle abgibt; und die Speichereinrichtung die vom ersten Motor gelieferte elektrische Energie speichert.According to still another aspect of the background of the invention, a seventh power output device for outputting mechanical energy as power to a drive shaft comprises: an internal combustion engine connected to a rotary shaft; a first motor connected to the rotary shaft; a second motor connected to the drive shaft; and a storage device for storing electrical energy; wherein the internal combustion engine generates mechanical energy and transmits the mechanical energy to the rotary shaft; the first motor receives the mechanical energy transmitted via the rotary shaft and the mechanical energy transmitted from the second motor, converts all of the mechanical energy into electrical energy, and supplies the converted electrical energy to the second motor and the storage device; the second motor converts the electrical energy supplied from the first motor into mechanical energy, transmits a part of the converted mechanical energy to the first motor, and outputs the rest of the converted mechanical energy to the drive shaft; and the storage device stores the electrical energy supplied from the first motor.
Bei der siebten Leistungsabgabevorrichtung des Hintergrundes der Erfindung kann die vom ersten Motor gelieferte elektrische Energie in die Speichereinrichtung gespeichert und nach Bedarf entnommen werden.In the seventh power output device of the background invention, the electric energy supplied from the first motor can be stored in the storage device and taken out as needed.
Ein erstes Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle gemäß dem Hintergrund der Erfindung weist die Schritte auf: (a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; und (b) Antreiben des zweiten Motors, um die Antriebswelle zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist.A first method of controlling a power output device for outputting power to a drive shaft according to the background of the invention comprises the steps of: (a) providing an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a first motor having a first rotor connected to the output shaft the internal combustion engine, and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to one another, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; and a second motor having a stator and a third rotor connected to the drive shaft, the stator being electromagnetically coupled to the third rotor; and (b) driving the second motor to cause the drive shaft to rotate in a second direction opposite to the first direction.
Ein zweites Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an ein Antriebswelle gemäß dem Hintergrund der Erfindung weist die Schritte auf: (a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; eines Motors mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und einer Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; und (b) Zuführen der in der Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Energie zum Motor, um den Motor anzutreiben und des weiteren den Motor zu befähigen, ein Drehmoment zu erzeugen, das in einer zweiten Richtung wirkt, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, und das Drehmoment an die Antriebswelle zu legen, wodurch die Antriebswelle in die zweite Richtung gedreht wird.A second method for controlling a power output device for outputting power to a drive shaft according to the background of the invention comprises the steps of: (a) providing an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to one another, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; and a storage device for storing electrical energy; and (b) supplying the electrical energy stored in the storage device to the motor to drive the motor and further enabling the motor to produce a torque acting in a second direction opposite to the first direction and to apply the torque to the drive shaft, thereby rotating the drive shaft in the second direction.
Ein drittes Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle gemäß dem Hintergrund der Erfindung weist die Schritte auf: (a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; (b) Befähigen des zweiten Motor, elektrische Energie zu regenerieren, ein erstes Drehmoment zu erzeugen, das in der ersten Richtung wirkt, und das erste Drehmoment an die Antriebswelle zu legen, wenn die Antriebswelle in einer zweiten Richtung dreht, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; und (c) Zuführen der regenerierten elektrische Energie zum ersten Motor, um den ersten Motor anzutreiben und des weiteren den ersten Motor zu befähigen, ein zweites Drehmoment zu erzeugen, das in der zweiten Richtung wirkt, und das zweite Drehmoment an die Antriebswelle zu legen.A third method of controlling a power output device to output power to a drive shaft according to the background of the invention comprises the steps of: (a) providing an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a first motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to each other, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; and a second motor having a stator and a third rotor connected to the drive shaft, the stator being electromagnetically coupled to the third rotor; (b) enabling the second motor to regenerate electrical energy, produce a first torque acting in the first direction, and apply the first torque to the drive shaft when the drive shaft rotates in a second direction opposite to the first direction; and (c) supplying the regenerated electrical energy to the first motor to drive the first motor and further enabling the first motor to produce a second torque acting in the second direction and apply the second torque to the drive shaft.
Ein viertes Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle gemäß dem Hintergrund der Erfindung weist die Schritte auf: (a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Rotor koaxial mit dem ersten Rotor angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, der erste und der zweite Rotor elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, infolgedessen zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; und (b) Antreiben des ersten Motors, um die Antriebswelle zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist.A fourth method of controlling a power output device to output power to a drive shaft according to the background of the invention comprises the steps of: (a) providing an internal combustion engine having an output shaft, the internal combustion engine rotating the output shaft in a first direction; a first motor having a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, the second rotor being coaxial with and rotatable relative to the first rotor, the first and second rotors being electromagnetically coupled to each other, as a result of which power is transmitted between the output shaft of the internal combustion engine and the drive shaft via the electromagnetic coupling of the first and second rotors; and a second motor having a stator and a third rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine, the stator being electromagnetically coupled to the third rotor; and (b) driving the first motor to cause the drive shaft to rotate in a second direction opposite to the first direction.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit der beigefügten Zeichnung.These and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments together with the accompanying drawings.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch den Aufbau einer Leistungsabgabevorrichtung 20 als eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 schematically illustrates the structure of a power output device 20 as a first embodiment according to the present invention;
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung eines detaillierten Aufbaus eines Kupplungsmotors 30 und eines Unterstützungsmotor 40, die in der Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1 enthalten sind;Fig. 2 is a cross-sectional view for illustrating a detailed structure of a clutch motor 30 and an assist motor 40 included in the power output device 20 of Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung des allgemeinen Aufbaus eines Fahrzeugs, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1 eingebaut ist;Fig. 3 is a schematic view for illustrating the general structure of a vehicle in which the power output device 20 of Fig. 1 is installed;
Fig. 4 ist ein Graph, der einen vom Kupplungsmotor 30 regenerierten und einen vom Unterstützungsmotor 40 verbrauchten Energiebetrag schematisch veranschaulicht;Fig. 4 is a graph schematically illustrating an amount of energy regenerated by the clutch motor 30 and an amount of energy consumed by the assist motor 40;
Fig. 5 ist ein Graph, der einen im Overdrive-Zustand vom Kupplungsmotor 30 verbrauchten und einen vom Unterstützungsmotor 40 regenerierten Energiebetrag schematisch veranschaulicht;Fig. 5 is a graph schematically illustrating an amount of energy consumed by the clutch motor 30 and an amount of energy regenerated by the assist motor 40 in the overdrive state;
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der ersten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben;Fig. 6 is a flowchart showing a control process of the first embodiment performed by the control CPU 90 to drive the vehicle in the forward direction;
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten des Steuervorgangs des Kupplungsmotors 30 zeigt, der in Schritt S108 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 durchgeführt wird;Fig. 7 is a flowchart showing details of the control operation of the clutch motor 30 performed in step S108 in the flowchart of Fig. 6;
Fig. 8 und 9 sind Ablaufdiagramme, die Einzelheiten des Steuervorgangs des Unterstützungsmotors 40 zeigen, der in Schritt S110 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 durchgeführt wird;Fig. 8 and 9 are flowcharts showing details of the control operation of the assist motor 40, which is performed in step S110 in the flowchart of Fig. 6;
Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der ersten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung anzutreiben;Fig. 10 is a flowchart showing a control process of the first embodiment performed by the control CPU 90 to drive the vehicle in the reverse direction;
Fig. 11 ist ein Graph, der einen vom Kupplungsmotor 30 regenerierten und einen vom Unterstützungsmotor 40 verbrauchten Energiebetrag schematisch veranschaulicht;Fig. 11 is a graph schematically illustrating an amount of energy regenerated by the clutch motor 30 and an amount of energy consumed by the assist motor 40;
Fig. 12(a) bis 12(c) zeigen einen Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30, dem Unterstützungsmotor 40 und der Batterie 94;Fig. 12(a) to 12(c) show a power flow between the gasoline engine 50, the clutch motor 30, the assist motor 40 and the battery 94;
Fig. 13 zeigt Drehmomente, die in der Leistungsabgabevorrichtung der zweiten Ausführungsform an die jeweiligen Wellen gelegt werden;Fig. 13 shows torques applied to the respective shafts in the power output device of the second embodiment;
Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der zweiten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung anzutreiben;Fig. 14 is a flowchart showing a control process of the second embodiment performed by the control CPU 90 to drive the vehicle in the reverse direction;
Fig. 15 zeigt Drehmomente, die bei der Leistungsabgabevorrichtung der dritten Ausführungsform an die jeweiligen Wellen gelegt werden;Fig. 15 shows torques applied to the respective shafts in the power output device of the third embodiment;
Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der dritten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um die Geschwindigkeit des rückwärts fahrenden Fahrzeugs zu verringern;Fig. 16 is a flowchart showing a control process of the third embodiment performed by the control CPU 90 to reduce the speed of the reversing vehicle;
Fig. 17 veranschaulicht schematisch einen wesentlichen Teil einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20A als einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 17 schematically illustrates an essential part of another power output device 20A as a fourth embodiment of the present invention;
Fig. 18 zeigt Drehmomente, die an die jeweiligen Wellen der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 gelegt werden;Fig. 18 shows torques applied to the respective shafts of the power output device 20A of Fig. 17;
Fig. 19 zeigt ebenfalls Drehmomente, die an die jeweiligen Wellen der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 gelegt werden;Fig. 19 also shows torques applied to the respective shafts of the power output device 20A of Fig. 17;
Fig. 20 ist ein Graph, der einen vom Unterstützungsmotor 40A regenerierten und einen vom Kupplungsmotor 30A verbrauchten Energiebetrag unter der Bedingung von Fig. 19 schematisch veranschaulicht;Fig. 20 is a graph schematically illustrating an amount of energy regenerated by the assist motor 40A and an amount of energy consumed by the clutch motor 30A under the condition of Fig. 19;
Fig. 21 zeigt einen Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30A und dem Unterstützungsmotor 40A;Fig. 21 shows a power flow between the gasoline engine 50, the clutch motor 30A and the assist motor 40A;
Fig. 22 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils einer Leistungsabgabevorrichtung 20B als einer Modifikation der Erfindung;Fig. 22 is a schematic view illustrating an essential part of a power output device 20B as a modification of the invention;
Fig. 23 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20C als einer wieder anderen Modifikation der Erfindung; undFig. 23 is a schematic view illustrating an essential part of another power output device 20C as still another modification of the invention; and
Fig. 24 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils wieder einer anderen Leistungsabgabevorrichtung 20D als einer weiteren Modifikation der Erfindung.Fig. 24 is a schematic view for illustrating an essential part of still another power output device 20D as a further modification of the invention.
Fig. 1 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Leistungsabgabevorrichtung 20 als erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ist eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung des detaillierten Aufbaus eines Kupplungsmotors 30 und eines Unterstützungsmotors 40, die in der Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1 beinhaltet sind; und Fig. 3 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung des allgemeinen Aufbaus eines Fahrzeugs, in das die Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1 eingebaut ist. Der allgemeine Aufbau des Fahrzeugs wird zur Vereinfachung zuerst beschrieben.Fig. 1 is a schematic view for illustrating the structure of a power output device 20 as a first embodiment according to the present invention; Fig. 2 is a cross-sectional view for illustrating the detailed structure of a clutch motor 30 and an assist motor 40 included in the power output device 20 of Fig. 1; and Fig. 3 is a schematic view for illustrating the general structure of a vehicle in which the power output device 20 of Fig. 1 is installed. The general structure of the vehicle will be described first for simplicity.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 weist das Fahrzeug als eine Leistungsquelle oder eine Antriebsmaschine einen Benzinmotor 50 auf, der mit Benzin angetrieben wird. Die von einem Luftzufuhrsystem her über eine Drosselklappe 66 aufgenommene Luft wird mit Kraftstoff vermischt, d. h. bei dieser Ausführungsform Benzin, das aus einem Kraftstoffeinspritzventil 51 eingespritzt wird. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird einem Verbrennungsraum 52 zugeführt, wo es explosionsartig entzündet und verbrannt wird. Die lineare Bewegung eines Kolbens 54, der durch die Explosion des Luft-Kraftstoff-Gemischs nach unten gedrückt wird, wird in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 56 umgesetzt. Die Drosselklappe 66 wird von einem Motor 68 zum Öffnen und Schließen angetrieben. Eine Zündkerze 62 wandelt eine von einem Zünder 58 über einen Zündverteiler 60 angelegte Hochspannung in einen Funken um, der das Luft-Kraftstoff-Gemisch explosionsartig entzündet und verbrennt.Referring to Fig. 3, the vehicle has as a power source or a prime mover a gasoline engine 50 driven by gasoline. The air taken in from an air supply system via a throttle valve 66 is mixed with fuel, i.e., gasoline in this embodiment, injected from a fuel injection valve 51. The air-fuel mixture is supplied to a combustion chamber 52, where it is explosively ignited and burned. The linear motion of a piston 54 pushed down by the explosion of the air-fuel mixture is converted into a rotary motion of a crankshaft 56. The throttle valve 66 is driven by a motor 68 to open and close. A spark plug 62 converts a high voltage applied by an igniter 58 via an ignition distributor 60 into a spark which explosively ignites and burns the air-fuel mixture.
Der Betrieb des Benzinmotors 50 wird von einer elektronischen Steuereinheit (im nachfolgenden als EFIECU bezeichnet) 70 gesteuert. Die EFIECU 70 erhält Informationen von verschiedenen Sensoren, die Betriebsbedingungen des Benzinmotors 50 erfassen. Diese Sensoren umfassen einen Drosselklappenstellungssensor 67 zum Erfassen der Klappenbewegung oder der Stellung der Drosselklappe 66, einen Ansaugunterdruckfühler 72 zum Messen einer am Benzinmotor 50 anliegenden Last, einen Wassertemperatursensor 74 zum Messen der Temperatur von Kühlwasser im Benzinmotor 50, sowie einen auf dem Zündverteiler 60 angebrachten Drehzahlsensor 76 und Winkelsensor 78 zum Messen der Drehgeschwindigkeit und des Drehwinkels der Kurbelwelle 56. Ein Starterschalter 79 zum Erfassen einer Startbedingung 5T eines Zündschalters (nicht gezeigt) ist des weiteren mit der EFIECU 70 verbunden. Weitere an die EFIECU 70 angeschlossene Sensoren und Schalter sind in der Zeichnung weggelassen.The operation of the gasoline engine 50 is controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as EFIECU) 70. The EFIECU 70 receives information from various sensors that detect operating conditions of the gasoline engine 50. These sensors include a throttle position sensor 67 for detecting the valve movement or position of the throttle valve 66, an intake vacuum sensor 72 for measuring a load applied to the gasoline engine 50, a water temperature sensor 74 for measuring the temperature of cooling water in the gasoline engine 50, and a speed sensor 76 and angle sensor 78 mounted on the ignition distributor 60 for measuring the rotational speed and angle of the crankshaft 56. A starter switch 79 for detecting a start condition 5T of an ignition switch (not shown) is further connected to the EFIECU 70. Other sensors and switches connected to the EFIECU 70 are omitted from the drawing.
Die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 ist über einen Kupplungsmotor 30 und einen Unterstützungsmotor 40 mit einer Antriebswelle 22 gekoppelt. Die Antriebswelle 22 ist des weiteren mit einem Differentialgetriebe 24 verbunden, das letztlich das von der Antriebswelle 22 ausgegebene Drehmoment an das linke und rechte Antriebsrad 26 und 28 ausgibt. Der Kupplungsmotor 30 und der Unterstützungsmotor 40 werden durch einen Controller 80 angesteuert und gesteuert. Der Controller 80 beinhaltet eine interne Steuerungs-CPU und empfängt Eingänge von einem an einem Wählhebel 82 angebrachten Wählhebelstellungssensor 84 und einem an einem Fahrpedal 64 angebrachten Fahrpedalstellungssensor 65, wie im nachfolgenden ausführlich beschrieben ist. Der Controller 80 sendet und erhält eine Vielfalt von Daten und Informationen zu bzw. von der EFIECU 70 mittels Kommunikation. Einzelheiten des Steuervorgangs einschließlich eines Kommunikationsprotokolls sind weiter unten beschrieben.The crankshaft 56 of the gasoline engine 50 is coupled to a drive shaft 22 via a clutch motor 30 and an assist motor 40. The drive shaft 22 is further connected to a differential gear 24 which ultimately outputs the torque output from the drive shaft 22 to the left and right drive wheels 26 and 28. The clutch motor 30 and the assist motor 40 are driven and controlled by a controller 80. The controller 80 includes an internal control CPU and receives inputs from a selector lever position sensor 84 attached to a selector lever 82 and an accelerator pedal position sensor 65 attached to an accelerator pedal 64, as described in detail below. The controller 80 sends and receives a variety of data and information to and from the EFIECU 70 by communication. Details of the control process including a communication protocol are described below.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist die Leistungsabgabevorrichtung 20 im wesentlichen den Benzinmotor 50 zum Erzeugen von Leistung, den Kupplungsmotor 30 mit einem Außenrotor 32 und einem Innenrotor 34, den Unterstützungsmotor 40 mit einem Rotor 42, und den Controller 80 zum Ansteuern und Steuern des Kupplungsmotors 30 und des Unterstützungsmotors 40 auf. Der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 ist mechanisch mit einem Ende der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 verbunden, während sein Innenrotor 34 mit dem Rotor 42 des Unterstützungsmotors 40 mechanisch gekoppelt ist.Referring to Fig. 1, the power output device 20 basically includes the gasoline engine 50 for generating power, the clutch motor 30 having an outer rotor 32 and an inner rotor 34, the assist motor 40 having a rotor 42, and the controller 80 for driving and controlling the clutch motor 30 and the assist motor 40. The outer rotor 32 of the clutch motor 30 is mechanically connected to one end of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, while its inner rotor 34 is mechanically coupled to the rotor 42 of the assist motor 40.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Kupplungsmotor 30 als Synchronmotor mit Permanentmagneten 35 aufgebaut, die an einer Innenfläche des Außenrotors 32 angebracht sind, und Dreiphasenwicklungen 36, die auf Schlitze gewickelt sind, die im Innenrotor 34 ausgebildet sind. Leistung wird den Dreiphasenwicklungen 36 über einen Drehtransformator 38 zugeführt. Eine dünne laminare Schicht aus ungerichtetem elektromagnetischen Stahl wird zum Ausbilden von Zähnen und Schlitzen für die Dreiphasenwicklungen 36 im Innenrotor 34 verwendet. Ein Resolver 39 zum Messen eines Drehwinkels θe der Kurbelwelle 56 ist an der Kurbelwelle 56 angebracht. Der Resolver 39 kann auch als der auf dem Zündverteiler 60 installierte Winkelsensor 78 dienen.As shown in Fig. 1, the clutch motor 30 is constructed as a synchronous motor with permanent magnets 35 attached to an inner surface of the outer rotor 32 and three-phase windings 36 wound on slots formed in the inner rotor 34. Power is supplied to the three-phase windings 36 via a rotary transformer 38. A thin laminar layer of non-directional electromagnetic steel is used to form teeth and slots for the three-phase windings 36 in the inner rotor 34. A resolver 39 for measuring a rotation angle θe of the crankshaft 56 is attached to the crankshaft 56. The resolver 39 may also serve as the angle sensor 78 installed on the ignition distributor 60.
Der Unterstützungsmotor 40 ist ebenfalls als Synchronmotor mit Dreiphasenwicklungen 44 aufgebaut, die auf einen Stator 43 gewickelt sind, der an einem Gehäuse 45 befestigt ist, zum Erzeugen eines drehenden Magnetfeldes. Der Stator 43 ist auch aus einer dünnen laminaren Schicht aus ungerichtetem elektromagnetischen Stahl gefertigt. Eine Mehrzahl von Permanentmagneten 46 ist an einer Außenfläche des Rotors 42 angebracht. Bei dem Unterstützungsmotor 40 führt eine Wechselwirkung zwischen einem von den Permanentmagneten 46 gebildeten Magnetfeld und einem von den Dreiphasenwicklungen 44 gebildeten, drehenden Magnetfeld zu einer Drehung des Rotors 42. Der Rotor 42 ist mit der Antriebswelle 22, die als Drehmomentabgabewelle der Leistungsabgabevorrichtung 20 dient, mechanisch gekoppelt. Ein Resolver 48 zum Messen eines Drehwinkels θd der Antriebswelle 22 ist an der Antriebswelle 22 angebracht, die des weiteren durch ein im Gehäuse 45 gehaltenes Lager 49 gelagert ist.The assist motor 40 is also constructed as a synchronous motor with three-phase windings 44 wound on a stator 43 fixed to a housing 45 for generating a rotating magnetic field. The stator 43 is also made of a thin laminar layer of non-directional electromagnetic steel. A plurality of permanent magnets 46 are attached to an outer surface of the rotor 42. In the assist motor 40, an interaction between a magnetic field formed by the permanent magnets 46 and a rotating magnetic field formed by the three-phase windings 44 causes the rotor 42 to rotate. The rotor 42 is mechanically coupled to the drive shaft 22 serving as a torque output shaft of the power output device 20. A resolver 48 for measuring a rotation angle θd of the drive shaft 22 is attached to the drive shaft 22, which is further supported by a bearing 49 held in the housing 45.
Der Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30 ist mit dem Rotor 42 des Unterstützungsmotors 40 und des weiteren mit der Antriebswelle 22 mechanisch gekoppelt. Wenn die Drehung und das axiale Drehmoment der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 über den Außenrotor 32 auf den Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30 übertragen werden, addiert bzw. subtrahiert sich die Drehung und das Drehmoment des Unterstützungsmotors 40 zu bzw. von der übertragenen Drehung und dem übertragenen Drehmoment.The inner rotor 34 of the clutch motor 30 is mechanically coupled to the rotor 42 of the assist motor 40 and further to the drive shaft 22. When the rotation and axial torque of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 are transmitted to the inner rotor 34 of the clutch motor 30 via the outer rotor 32, the rotation and torque of the assist motor 40 are added to or subtracted from the transmitted rotation and torque.
Während der Unterstützungsmotor 40 als ein herkömmlicher dreiphasiger Synchronmotor vom Permanentmagnettyp aufgebaut ist, weist der Kupplungsmotor 30 zwei Drehelemente oder Rotoren auf, d. h. den Außenrotor 32 mit den Permanentmagneten 35 und den Innenrotor 34 mit den Dreiphasenwicklungen 36. Der detaillierte Aufbau des Kupplungsmotors 30 ist durch die Querschnittansicht von Fig. 2 beschrieben. Der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 ist mittels eines Druckstiftes 59a und einer Schraube 59b an einem Umfangsende eines Rades 57 angebracht, das um die Kurbelwelle 56 angebracht ist. Ein Mittelabschnitt des Rad 57 steht als ein wellenähnliches Element vor, an dem der Innenrotor 34 durch Lager 37A und 37B drehbar angebracht ist. Ein Ende der Antriebswelle 22 ist am Innenrotor 34 befestigt.While the assist motor 40 is constructed as a conventional three-phase synchronous motor of the permanent magnet type, the clutch motor 30 has two rotating elements or rotors, i.e., the outer rotor 32 with the permanent magnets 35 and the inner rotor 34 with the three-phase windings 36. The detailed construction of the clutch motor 30 is described by the cross-sectional view of Fig. 2. The outer rotor 32 of the clutch motor 30 is attached by means of a pressure pin 59a and a screw 59b to a peripheral end of a wheel 57 which is rotated around the crankshaft 56 is attached. A central portion of the gear 57 projects as a shaft-like member to which the inner rotor 34 is rotatably attached through bearings 37A and 37B. One end of the drive shaft 22 is fixed to the inner rotor 34.
Eine Mehrzahl von Permanentmagneten 35 - bei der vorliegenden Ausführungsform vier - sind wie vorausgehend erwähnt an der Innenfläche des Außenrotors 32 angebracht. Die Permanentmagneten 35 sind in der Richtung auf die axiale Mitte des Kupplungsmotors 30 hin magnetisiert und weisen Magnetpole mit abwechselnd invertierten Richtungen auf. Die Dreiphasenwicklungen 36 des Innenrotors 34, die den Permanentmagneten 35 über einen geringen Spalt gegenüberliegen, sind auf insgesamt 24 Schlitze (nicht gezeigt) gewickelt, die im Innenrotor 34 ausgebildet sind. Die Zufuhr von Elektrizität zu den jeweiligen Spulen bildet Magnetflüsse, die bis zu den Zähnen (nicht gezeigt) laufen, welche die Schlitze voneinander trennen. Die Zufuhr eines dreiphasigen Wechselstroms zu den jeweiligen Spulen dreht dieses Magnetfeld. Die Dreiphasenwicklungen 36 sind so angeschlossen, daß sie vom Drehtransformator 38 gelieferte elektrische Energie erhalten. Der Drehtransformator 38 weist Primärwicklungen 38a auf, die am Gehäuse 45 befestigt sind, und Sekundärwicklungen 38b, die an der mit dem Innenrotor 34 gekoppelten Antriebswelle 22 angebracht sind. Elektromagnetische Induktion ermöglicht die Übertragung von elektrischer Energie von den Primärwicklungen 38a auf die Sekundärwicklungen 38b oder umgekehrt. Der Drehtransformator 38 besitzt Wicklungen für drei Phasen, d. h. eine U-, V- und W-Phase, um die Übertragung von dreiphasigen elektrischen Strömen zu ermöglichen.A plurality of permanent magnets 35 - four in the present embodiment - are attached to the inner surface of the outer rotor 32 as previously mentioned. The permanent magnets 35 are magnetized in the direction toward the axial center of the clutch motor 30 and have magnetic poles with alternately inverted directions. The three-phase windings 36 of the inner rotor 34, which face the permanent magnets 35 across a small gap, are wound on a total of 24 slots (not shown) formed in the inner rotor 34. The supply of electricity to the respective coils forms magnetic fluxes that run up to the teeth (not shown) separating the slots from each other. The supply of a three-phase alternating current to the respective coils rotates this magnetic field. The three-phase windings 36 are connected to receive electrical energy supplied by the rotary transformer 38. The rotary transformer 38 has primary windings 38a fixed to the housing 45 and secondary windings 38b attached to the drive shaft 22 coupled to the inner rotor 34. Electromagnetic induction enables the transfer of electrical energy from the primary windings 38a to the secondary windings 38b or vice versa. The rotary transformer 38 has windings for three phases, i.e., U, V and W phases, to enable the transfer of three-phase electrical currents.
Die Wechselwirkung zwischen einem durch ein nebeneinanderliegendes Paar von Permanentmagneten 35 gebildeten Magnetfeld und einem durch die Dreiphasenwicklungen 36 des Innenrotors 34 gebildeten drehenden Magnetfeld führt zu einer Vielfalt von Verhaltensweisen des Außenrotors 32 und des Innenrotors 34. Die Frequenz des den Dreiphasenwicklungen 36 zugeführten dreiphasigen Wechselstroms ist im wesentlichen gleich einer Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit (Umdrehungen pro Sekunde) des direkt mit der Kurbelwelle 56 verbundenen Außenrotors 32 und der Drehgeschwindigkeit des Innenrotors 34. Dies führt zu einem Schlupf zwischen der Drehung des Außenrotors 32 und des Innenrotors 34. Details der Steuervorgangs des Kupplungsmotors 30 und des Unterstützungsmotors 40 werden im nachfolgenden basierend auf den Ablaufdiagrammen beschrieben.The interaction between a magnetic field formed by an adjacent pair of permanent magnets 35 and a rotating magnetic field formed by the three-phase windings 36 of the inner rotor 34 results in a variety of behaviors of the outer rotor 32 and the inner rotor 34. The frequency of the three-phase alternating current supplied to the three-phase windings 36 is substantially equal to a difference between the rotational speed (revolutions per second) of the outer rotor 32 directly connected to the crankshaft 56 and the rotational speed of the inner rotor 34. This results in a slip between the rotation of the outer rotor 32 and the inner rotor 34. Details of the control operation of the clutch motor 30 and the assist motor 40 are described below based on the flowcharts.
Wie obenstehend erwähnt wurde, werden der Kupplungsmotor 30 und der Unterstützungsmotor 40 durch den Controller 80 angesteuert und gesteuert. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist der Controller 80 eine erste Ansteuerschaltung 91 zum Ansteuern des Kupplungsmotors 30, eine zweite Ansteuerschaltung 92 zum Ansteuern des Unterstützungsmotors 40, eine Steuerungs-CPU 90 zum Steuern sowohl der ersten als auch der zweiten Ansteuerschaltung 91 und 92, und eine Batterie 94 mit einer Anzahl von Sekundärelementen auf. Die Steuerungs-CPU 90 ist ein Ein-Chip- Mikroprozessor mit einem als Arbeitsspeicher verwendeten RAM 90a, einem ROM 90b, in dem verschiedene Steuerprogramme gespeichert sind, einem Eingabe-/Ausgabe-Port (nicht gezeigt), und einem seriellen Kommunikationsanschluß (nicht gezeigt), durch den Daten an die bzw. von der EFIECU 70 gesendet und empfangen werden. Die Steuerungs-CPU 90 erhält eine Vielfalt von Daten durch den Eingabe-/Ausgabe-Port. Die Eingabedaten umfassen einen Drehwinkel θe der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 vom Resolver 39, einen Drehwinkel θd der Antriebswelle 22 vom Resolver 48, eine Fahrpedalstellung AP (Betätigungsbetrag des Fahrpedals 64) vom Fahrpedalstellungssensor 65, eine Wählhebelstellung SP vom Wählhebelstellungssensor 84, Kupplungsmotorströme Iuc und Ivc von zwei Strommessern 95 und 96 in der ersten Ansteuerschaltung 91, Unterstützungsmotorströme Iua und Iva von zwei Strommessern 97 und 98 in der zweiten Ansteuerschaltung 92, und eine Restkapazität BRM der Batterie 94 von einer Restkapazität- Meßeinrichtung 99. Die Restkapazität-Meßeinrichtung 99 kann die Restkapazität BRM der Batterie 94 mittels irgendeines bekannten Verfahrens bestimmen, beispielsweise durch Messen der volumenbezogenen Masse einer Elektrolytlösung in der Batterie 94 oder des Gesamtgewichts der Batterie 94, durch Berechnen der Ströme und Lade- bzw. Entladezeiten, oder durch Herstellen eines momentanen Kurzschlusses zwischen Klemmen der Batterie 94 und Messen eines Innenwiderstands gegen den elektrischen Strom.As mentioned above, the clutch motor 30 and the assist motor 40 are driven and controlled by the controller 80. Referring to Fig. 1, the controller 80 includes a first drive circuit 91 for driving the clutch motor 30, a second drive circuit 92 for driving the assist motor 40, a control CPU 90 for controlling both the first and second drive circuits 91 and 92, and a battery 94 having a number of secondary elements. The control CPU 90 is a single-chip microprocessor including a RAM 90a used as a working memory, a ROM 90b in which various control programs are stored, an input/output port (not shown), and a serial communication port (not shown) through which data is sent to and received from the EFIECU 70. The control CPU 90 receives a variety of data through the input/output port. The input data includes a Rotation angle θe of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 from the resolver 39, a rotation angle θd of the drive shaft 22 from the resolver 48, an accelerator pedal position AP (operating amount of the accelerator pedal 64) from the accelerator pedal position sensor 65, a selector lever position SP from the selector lever position sensor 84, clutch motor currents Iuc and Ivc from two ammeters 95 and 96 in the first drive circuit 91, assist motor currents Iua and Iva from two ammeters 97 and 98 in the second drive circuit 92, and a remaining capacity BRM of the battery 94 from a remaining capacity measuring device 99. The remaining capacity measuring device 99 can determine the remaining capacity BRM of the battery 94 by any known method, for example by measuring the volumetric mass of an electrolyte solution in the battery 94 or the total weight of the battery 94, by Calculating the currents and charging or discharging times, or by creating a momentary short circuit between the terminals of the battery 94 and measuring an internal resistance to the electrical current.
Die Steuerungs-CPU 90 gibt ein erstes Steuersignal SW1 zum Ansteuern von sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 aus, die als Schaltelemente der ersten Ansteuerschaltung 91 wirken, und ein zweites Steuersignal SW2 zum Ansteuern von sechs Transistoren Tr11 bis Tr16, die als Schaltelemente der zweiten Ansteuerschaltung 92 wirken. Die sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 stellen einen Transistorumrichter dar und sind paarweise angeordnet, so daß sie als eine Quelle und eine Senke im Hinblick auf ein Paar von Leistungsversorgungsleitungen P1 und P2 wirken. Die Dreiphasenwicklungen (U,V,W) 36 des Kupplungsmotors 30 sind über den Drehtransformator 38 mit den jeweiligen Kontakten der gepaarten Transistoren verbunden. Die Leistungsversorgungsleitungen P1 und P2 sind mit einer Plus- bzw. Minusklemme der Batterie 94 verbunden. Das von der Steuerungs-CPU 90 ausgegebene erste Steuersignal SW1 steuert nacheinander die Einschaltzeit der gepaarten Transistoren Tr1 bis Tr6. Der elektrische Strom, der durch jede Spule 36 fließt, erfährt eine PWM (Pulsdauermodulation) und ergibt daher eine Quasisinuswelle, was die Dreiphasenwicklungen 36 zum Bilden eines drehenden Magnetfeldes befähigt.The control CPU 90 outputs a first control signal SW1 for driving six transistors Tr1 to Tr6 acting as switching elements of the first drive circuit 91, and a second control signal SW2 for driving six transistors Tr11 to Tr16 acting as switching elements of the second drive circuit 92. The six transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91 constitute a transistor inverter and are arranged in pairs so as to act as a source and a sink with respect to a pair of power supply lines P1 and P2. The three-phase windings (U, V, W) 36 of the clutch motor 30 are connected to the respective contacts of the paired transistors via the rotary transformer 38. The power supply lines P1 and P2 are connected to a plus and minus terminal of the battery 94, respectively. The first control signal SW1 output from the control CPU 90 sequentially controls the turn-on time of the paired transistors Tr1 to Tr6. The electric current flowing through each coil 36 undergoes PWM (Pulse Width Modulation) and therefore results in a quasi-sine wave, enabling the three-phase windings 36 to form a rotating magnetic field.
Die sechs Transistoren Tr11 bis Tr16 in der zweiten Ansteuerschaltung 92 bilden auch einen Transistorumrichter und sind auf die gleiche Weise wie die Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 angeordnet. Die Dreiphasenwicklungen (U,V,W) 44 des Unterstützungsmotors 40 sind mit den jeweiligen Kontakten der gepaarten Transistoren verbunden. Das von der Steuerungs- CPU 90 ausgegebene zweite Steuersignal SW2 steuert nacheinander die Einschaltzeit der gepaarten Transistoren Tr11 bis Tr16. Der elektrische Strom, der durch jede Spule 44 fließt, erfährt eine PWM und ergibt daher eine Quasisinuswelle, was die Dreiphasenwicklungen 44 zum Bilden eines drehenden Magnetfelds befähigt.The six transistors Tr11 to Tr16 in the second drive circuit 92 also constitute a transistor inverter and are arranged in the same manner as the transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91. The three-phase windings (U, V, W) 44 of the assist motor 40 are connected to the respective contacts of the paired transistors. The second control signal SW2 output from the control CPU 90 sequentially controls the turn-on time of the paired transistors Tr11 to Tr16. The electric current flowing through each coil 44 undergoes PWM and therefore results in a quasi-sine wave, enabling the three-phase windings 44 to form a rotating magnetic field.
Im nachfolgenden wird der wesentliche Betrieb der auf diese Weise aufgebauten Leistungsabgabevorrichtung 20 beschrieben. Es wird zuerst ein allgemeiner Betrieb beschrieben, der durchgeführt wird, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben, d. h. um die Antriebswelle 22 in der Drehrichtung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 anzutreiben. Beispielhaft wird angenommen, daß der von der EFIECU 70 angesteuerte Benzinmotor 50 mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit Ne dreht. Während sich die Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 in der AUS-Stellung [OFF] befinden, liefert der Controller 80 keinen Strom über den Drehtransformator 38 an die Dreiphasenwicklungen 36 des Kupplungsmotors 30. Eine Abwesenheit von Versorgung mit elektrischem Strom führt zu einer Unterbrechung der elektromagnetischen Verbindung des Außenrotors 32 des Kupplungsmotors 30 vom Innenrotor 34. Dies führt dazu, daß die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 hochgedreht wird. Unter der Bedingung, daß sich alle Transistoren Tr1 bis Tr6 in der AUS- Stellung befinden, findet keine Regenerierung von Energie von den Dreiphasenwicklungen 36 statt, und der Benzinmotor 50 wird im Leerlauf gehalten.The following describes the essential operation of the power output device 20 constructed in this manner. First, a general operation performed to drive the vehicle in the forward direction, that is, to drive the drive shaft 22 in the rotational direction of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, will be described. For example, it is assumed that the gasoline engine 50 controlled by the EFIECU 70 rotates at a predetermined rotational speed Ne. While the transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91 are in the OFF position [OFF], the controller 80 does not supply current through the rotary transformer 38 to the three-phase windings 36 of the clutch motor 30. Absence of supply of electric current results in an interruption of the electromagnetic connection of the outer rotor 32 of the clutch motor 30 from the inner rotor 34. This results in the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 being revved up. Under the condition that all transistors Tr1 to Tr6 are in the OFF position, no regeneration of energy from the three-phase windings 36 takes place and the gasoline engine 50 is kept idling.
Sobald die Steuerungs-CPU 90 des Controller 80 das erste Steuersignal SW1 ausgibt, um die Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 ein- und auszusteuern, wird ein konstanter elektrischer Strom durch die Dreiphasenwicklungen 36 des Kupplungsmotors 30 geleitet, basierend auf der Differenz zwischen einer Drehgeschwindigkeit Ne der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 und einer Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 (d. h. der Differenz Nc (= Ne - Nd) zwischen der Drehgeschwindigkeit des Außenrotors 32 und derjenigen des Innenrotors 34 im Kupplungsmotor 30). Ein gewisser Schlupf besteht somit zwischen dem Außenrotor 32 und dem Innenrotor 34 des Kupplungsmotors 30. Zu diesem Zeitpunkt dreht der Innenrotor 34 mit einer Drehgeschwindigkeit, die niedriger als diejenige des Außenrotors 32 ist. Dies impliziert, daß die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 niedriger als die Drehgeschwindigkeit Ne der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 ist (Nd < Ne). In diesem Zustand fungiert der Kupplungsmotor 30 als Generator und führt den Regenerationsbetrieb zum Regenerieren eines elektrischen Stroms über die erste Ansteuerschaltung 91 durch. Um zu ermöglichen, daß der Unterstützungsmotor 40 Energie verbraucht, die identisch mit der vom Kupplungsmotor 30 regenerierten elektrischen Energie ist, steuert die Steuerungs-CPU 90 die Transistoren Tr11 bis Tr16 in der zweiten Ansteuerschaltung 92 an und aus. Die Ein/Aus- Steuerung der Transistoren Tr11 bis Tr16 ermöglicht es, daß ein elektrischer Strom bis zu den Dreiphasenwicklungen 44 des Unterstützungsmotors 40 fließt, und der Unterstützungsmotor 40 führt folglich den Leistungsbetrieb aus, so daß er ein Drehmoment erzeugt.When the control CPU 90 of the controller 80 outputs the first control signal SW1 to control the transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91 on and off, a constant electric current is passed through the three-phase windings 36 of the clutch motor 30 based on the difference between a rotational speed Ne of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 and a rotational speed Nd of the drive shaft 22 (i.e., the difference Nc (= Ne - Nd) between the rotational speed of the outer rotor 32 and that of the inner rotor 34 in the clutch motor 30). Thus, a certain slip exists between the outer rotor 32 and the inner rotor 34 of the clutch motor 30. At this time, the inner rotor 34 rotates at a rotational speed lower than that of the outer rotor 32. This implies that the rotational speed Nd of the drive shaft 22 is lower than the rotational speed Ne of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 (Nd < Ne). In this state, the clutch motor 30 functions as a generator and performs the regeneration operation for regenerating an electric current via the first drive circuit 91. In order to allow the assist motor 40 to consume energy identical to the electric energy regenerated by the clutch motor 30, the control CPU 90 controls the transistors Tr11 to Tr16 in the second drive circuit 92 on and off. The on/off control of the transistors Tr11 to Tr16 allows an electric current to flow up to the three-phase windings 44 of the assist motor 40, and the assist motor 40 thus performs the power operation so as to generate a torque.
Fig. 4 ist ein Graph, der einen vom Kupplungsmotor 30 regenerierten und einen vom Unterstützungsmotor 40 verbrauchten Energiebetrag schematisch veranschaulicht. Während die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 mit einer Drehgeschwindigkeit Ne und einem Drehmoment Te angetrieben wird, wird Energie in einem Bereich Gc durch den Kupplungsmotor 30 als elektrische Energie regeneriert. Die regenerierte Leistung wird dem Unterstützungsmotor 40 zugeführt und in einem Bereich Ga in Energie konvertiert, der es ermöglicht, daß die Antriebswelle 22 mit einer Drehgeschwindigkeit Nd und einem Drehmoment Td dreht. Die Drehmomentumwandlung wird auf die obenstehend erläuterte Weise ausgeführt, und die Energie, die dem Schlupf im Kupplungsmotor 30 bzw. der Drehgeschwindigkeitdifferenz (Ne - Nd) entspricht, wird folglich als Drehmoment an die Antriebswelle 22 gegeben.Fig. 4 is a graph schematically illustrating an amount of energy regenerated by the clutch motor 30 and an amount of energy consumed by the assist motor 40. While the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 is driven at a rotational speed Ne and a torque Te, energy is regenerated as electric energy in a region Gc by the clutch motor 30. The regenerated power is supplied to the assist motor 40 and converted into energy in a region Ga, which allows the drive shaft 22 to rotate at a rotational speed Nd and a torque Td. The torque conversion is carried out in the manner explained above, and the energy corresponding to the slip in the clutch motor 30 or the rotational speed difference (Ne - Nd) is thus given to the drive shaft 22 as torque.
Wenn die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 über die Drehgeschwindigkeit Ne der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 angestiegen ist (Nd > Ne), geht das Fahrzeug in den Overdrive-Zustand über. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Innenrotor 34 mit einer Drehgeschwindigkeit zu drehen, die höher als diejenige des Außenrotors 32 im Kupplungsmotor 30 ist. Wenn die Steuerungs-CPU 90 des Controller 80 das erste Steuersignal SW1 ausgibt, um die Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 im Overdrive-Zustand an- und auszusteuern, fungiert der Kupplungsmotor 30 als ein normaler Motor. D. h., der Kupplungsmotor 30 führt den Leistungsbetrieb durch, um die Drehgeschwindigkeit des Innenrotors 34 relativ zum Außenrotor 32 zu erhöhen. Dies erhöht die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 relativ zur Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 weiter. Während der Kupplungsmotor 30 als ein normaler Motor fungiert, verbraucht er elektrische Energie.When the rotational speed Nd of the drive shaft 22 has increased above the rotational speed Ne of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 (Nd > Ne), the vehicle enters the overdrive state. At this time, the inner rotor 34 starts rotating at a rotational speed higher than that of the outer rotor 32 in the clutch motor 30. When the control CPU 90 of the controller 80 outputs the first control signal SW1 to control the transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91 on and off in the overdrive state, the clutch motor 30 as a normal motor. That is, the clutch motor 30 performs the power operation to increase the rotational speed of the inner rotor 34 relative to the outer rotor 32. This further increases the rotational speed Nd of the drive shaft 22 relative to the rotational speed Ne of the gasoline engine 50. While the clutch motor 30 functions as a normal motor, it consumes electric power.
Um es zu ermöglichen, daß der Unterstützungsmotor 40 Energie regeneriert, die identisch mit der vom Kupplungsmotor 30 verbrauchten elektrischen Energie ist, steuert die Steuerungs-CPU 90 die Transistoren Tr11 bis Tr16 in der zweiten Ansteuerschaltung 92 an und aus. Die Ein/Aus- Steuerung der Transistoren Tr11 bis Tr16 ermöglicht es dem Unterstützungsmotor 40, den Regenerationsbetrieb auszuführen. Ein elektrischer Strom fließt somit bis zu den Dreiphasenwicklungen 44 des Unterstützungsmotors 40, infolgedessen elektrische Energie über die zweite Ansteuerschaltung 92 regeneriert wird. Die regenerierte Leistung wird dem Kupplungsmotor 30 zugeführt, um für die vom Kupplungsmotor 30 verbrauchte elektrische Energie zu kompensieren.In order to enable the assist motor 40 to regenerate energy identical to the electric energy consumed by the clutch motor 30, the control CPU 90 controls the transistors Tr11 to Tr16 in the second drive circuit 92 on and off. The on/off control of the transistors Tr11 to Tr16 enables the assist motor 40 to perform the regeneration operation. An electric current thus flows up to the three-phase windings 44 of the assist motor 40, as a result of which electric energy is regenerated via the second drive circuit 92. The regenerated power is supplied to the clutch motor 30 to compensate for the electric energy consumed by the clutch motor 30.
Fig. 5 is ein Graph, der einen vom Kupplungsmotor 30 verbrauchten und einen vom Unterstützungsmotor 40 regenerierten Energiebetrag schematisch veranschaulicht. Beispielhaft wird angenommen, daß die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 mit einer Drehgeschwindigkeit Ne und einem Drehmoment Te angetrieben wird, und daß die Antriebswelle 22 mit einer Drehgeschwindigkeit Nd und einem Drehmoment Td angetrieben wird. In diesem Zustand wird Energie in einem Bereich Ga vom Unterstützungsmotor 40 als elektrische Energie regeneriert. Die regenerierte Leistung wird dem Kupplungsmotor 30 zugeführt und in einem Bereich Gc in Energie umgewandelt, die letztlich durch den Kupplungsmotor 30 verbraucht wird. Mit einer Abnahme des Drehmoments Td der Antriebswelle 22 (d. h. des Ausgangsdrehmoments) gegenüber dem Drehmoment Te des Benzinmotors 50 erhöht sich die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 gegenüber der Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 (d. h. der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 56).Fig. 5 is a graph schematically illustrating an amount of energy consumed by the clutch motor 30 and an amount of energy regenerated by the assist motor 40. For example, it is assumed that the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 is driven at a rotational speed Ne and a torque Te, and that the drive shaft 22 is driven at a rotational speed Nd and a torque Td. In this state, energy in a range Ga is regenerated by the assist motor 40 as electric energy. The regenerated power is supplied to the clutch motor 30 and converted into a region Gc into energy which is ultimately consumed by the clutch motor 30. As the torque Td of the drive shaft 22 (ie, the output torque) decreases relative to the torque Te of the gasoline engine 50, the rotational speed Nd of the drive shaft 22 increases relative to the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 (ie, the rotational speed of the crankshaft 56).
Abgesehen von der obenstehend erläuterten Drehmomentumwandlung und Drehgeschwindigkeitumwandlung kann die Leistungsabgabevorrichtung 20 der Ausführungsform die Batterie 94 mit einem Überschuß an elektrischer Energie laden oder die Batterie 94 entladen, um die elektrische Energie zu ergänzen. Dies wird bewerkstelligt, indem die vom Benzinmotor 50 ausgegebene mechanische Energie (d. h. das Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehgeschwindigkeit Ne), die vom Kupplungsmotor 30 regenerierte oder verbrauchte elektrische Energie, und die vom Unterstützungsmotor 40 regenerierte oder verbrauchte elektrische Energie gesteuert wird. Die vom Benzinmotor 50 ausgegebene Energie kann daher mit einem höheren Wirkungsgrad als Leistung an die Antriebswelle 22 übertragen werden.Apart from the torque conversion and rotational speed conversion explained above, the power output device 20 of the embodiment can charge the battery 94 with a surplus of electric energy or discharge the battery 94 to supplement the electric energy. This is accomplished by controlling the mechanical energy output from the gasoline engine 50 (i.e., the product of the torque Te and the rotational speed Ne), the electric energy regenerated or consumed by the clutch motor 30, and the electric energy regenerated or consumed by the assist motor 40. The energy output from the gasoline engine 50 can therefore be transmitted as power to the drive shaft 22 with a higher efficiency.
Nachfolgend wird ein allgemeiner Steuervorgang beschrieben, der vom Controller 80 ausgeführt wird, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben, d. h. um die Antriebswelle 22 in der Drehrichtung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der ersten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben.Next, a general control operation performed by the controller 80 to drive the vehicle in the forward direction, that is, to rotate the drive shaft 22 in the rotational direction of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, will be described. Fig. 6 is a flowchart showing a control operation of the first embodiment performed by the control CPU 90 to drive the vehicle in the forward direction.
Wenn das Programm in die Routine eintritt, erhält die Steuerungs-CPU 90 zuerst in Schritt S100 Daten über die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 kann aus dem Drehwinkel 6d der Antriebswelle 22 errechnet werden, der aus dem Resolver 48 ausgelesen wird. Im nachfolgenden Schritt 5101 liest die Steuerungs-CPU 90 die vom Fahrpedalstellungssensor 65 ausgegebene Fahrpedalstellung AP ein. Der Fahrer tritt auf das Fahrpedal 64, wenn er das Ausgangsdrehmoment als ungenügend empfindet. Der Wert der Fahrpedalstellung AP steht somit für das gewünschte Ausgangsdrehmoment (d. h. das gewünschte Drehmoment der Antriebswelle 22), das der Fahrer anfordert. Das Programm geht dann weiter zu Schritt S102, in dem die Steuerungs-CPU 90 ein Soll-Ausgangsdrehmoment Td* (der Antriebswelle 22) berechnet, das der eingegebenen Fahrpedalstellung AP entspricht. Das Soll-Ausgangsdrehmoment Td* wird auch als Ausgangsdrehmoment-Befehlswert bezeichnet. Ausgangsdrehmoment-Befehlswerte Td* sind im voraus für die jeweiligen Fahrpedalstellungen AP eingestellt. Im Ansprechen auf eine Eingabe der Fahrpedalstellung AP wird der Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* aus der eingegebenen Fahrpedalstellung AP abgeleitet.When the program enters the routine, the control CPU 90 first obtains data on the rotational speed Nd of the drive shaft 22 in step S100. The rotational speed Nd of the drive shaft 22 can be calculated from the rotational angle θd of the drive shaft 22 read from the resolver 48. In the following step S101, the control CPU 90 reads the accelerator pedal position AP output from the accelerator pedal position sensor 65. The driver steps on the accelerator pedal 64 when he feels that the output torque is insufficient. The value of the accelerator pedal position AP thus represents the desired output torque (i.e., the desired torque of the drive shaft 22) that the driver requests. The program then proceeds to step S102, in which the control CPU 90 calculates a target output torque Td* (of the drive shaft 22) corresponding to the input accelerator pedal position AP. The target output torque Td* is also referred to as an output torque command value. Output torque command values Td* are set in advance for the respective accelerator pedal positions AP. In response to an input of the accelerator pedal position AP, the output torque command value Td* is derived from the input accelerator pedal position AP.
In Schritt S103 wird ein von der Antriebswelle 22 auszugebender Energiebetrag Pd gemäß dem Ausdruck Pd = Td*x Nd berechnet, d. h. durch Multiplizieren des abgeleiteten Ausgangsdrehmoment-Befehlswertes Td* (der Antriebswelle 22) mit der eingegebenen Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Das Programm geht dann weiter zu Schritt S104, in dem die Steuerungs-CPU 90 ein Brennkraftmaschinen-Solldrehmoment Te* und eine Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne* des Benzinmotors 50 basierend auf der somit erhaltenen Ausgabeenergie Pd einstellt. Es ist hier angenommen, daß die gesamte von der Antriebswelle 22 abzugebende Energie Pd vom Benzinmotor 50 geliefert wird. Da die vom Benzinmotor 50 gelieferte mechanische Energie gleich dem Produkt aus dem Drehmoment Te und der Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 ist, kann die Beziehung zwischen der Ausgabeenergie Pd, dem Brennkraftmaschinen-Solldrehmoment Te* und der Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne* als Pd = Te*xNe* ausgedrückt werden. Es existieren jedoch zahlreiche Kombinationen des Brennkraftmaschinen-Solldrehmoments Te* und der Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne*, welche diese Beziehung erfüllen. Bei dieser Ausführungsform wird eine optimale Kombination des Brennkraftmaschinen-Solldrehmoments Te* und der Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne* ausgewählt, um einen Betrieb des Benzinmotors 50 mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad zu erzielen.In step S103, an amount of energy Pd to be output from the drive shaft 22 is calculated according to the expression Pd = Td*x Nd, that is, by multiplying the derived output torque command value Td* (of the drive shaft 22) by the input rotational speed Nd of the drive shaft 22. The program then proceeds to step S104, in which the control CPU 90 sets a target engine torque Te* and a target engine speed Ne* of the gasoline engine 50 based on the output energy Pd thus obtained. It is assumed here that the total amount of energy output from the drive shaft 22 is supplied from the gasoline engine 50. Since the mechanical energy supplied from the gasoline engine 50 is equal to the product of the torque Te and the rotational speed Ne of the gasoline engine 50, the relationship between the output energy Pd, the target engine torque Te*, and the target engine speed Ne* can be expressed as Pd = Te*xNe*. However, there are numerous combinations of the target engine torque Te* and the target engine speed Ne* which satisfy this relationship. In this embodiment, an optimal combination of the target engine torque Te* and the target engine speed Ne* is selected to achieve operation of the gasoline engine 50 with the highest possible efficiency.
Im nachfolgenden Schritt S106 bestimmt die Steuerungs-CPU 90 einen Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 basierend auf dem in Schritt S104 eingestellten Brennkraftmaschinen-Solldrehmoment Te*. Um die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 auf einem im wesentlichen konstanten Niveau zu halten, ist es erforderlich, das Drehmoment des Benzinmotors 50 mittels des Drehmoments des Kupplungsmotors 30 auszugleichen. Die Verarbeitung in Schritt S106 stellt folglich den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotor 30 gleich dem Brennkraftmaschinen-Solldrehmoment Te* ein.In the subsequent step S106, the control CPU 90 determines a torque command value Tc* of the clutch motor 30 based on the engine target torque Te* set in step S104. In order to keep the rotation speed Ne of the gasoline engine 50 at a substantially constant level, it is necessary to balance the torque of the gasoline engine 50 by means of the torque of the clutch motor 30. The processing in step S106 therefore sets the torque command value Tc* of the clutch motor 30 equal to the engine target torque Te*.
Nach dem Einstellen des Drehmomentbefehlswerts Tc* des Kupplungsmotor 30 in Schritt S106 geht das Programm weiter zu den Schritten 5108, 5110, und 5111, um den Kupplungsmotor 30, den Unterstützungsmotor 40, bzw. den Benzinmotor 50 zu steuern. Für eine vereinfachte Darstellung sind die Arbeitsschritte zum Steuern des Kupplungsmotors 30, des Unterstützungsmotors 40 und des Benzinmotors 50 als separate Schritte gezeigt. Bei der tatsächlichen Prozedur werden diese Steuerschritte jedoch gemeinschaftlich ausgeführt. Beispielsweise steuert die Steuerungs-CPU 90 gleichzeitig den Kupplungsmotor 30 und den Unterstützungsmotor 40 durch Unterbrechungsverarbeitung, während sie gleichzeitig eine Anweisung an die EFIECU 70 zum Steuern des Benzinmotors 50 durch Kommunikation überträgt.After setting the torque command value Tc* of the clutch motor 30 in step S106, the program proceeds to steps S108, 5110, and 5111 to control the clutch motor 30, the assist motor 40, and the gasoline engine 50, respectively. For the sake of simplicity, the operations for controlling the clutch motor 30, the assist motor 40, and the gasoline engine 50 are 50 are shown as separate steps. However, in the actual procedure, these control steps are executed collectively. For example, the control CPU 90 simultaneously controls the clutch motor 30 and the assist motor 40 by interrupt processing while simultaneously transmitting an instruction to the EFIECU 70 for controlling the gasoline engine 50 by communication.
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten des Vorgangs zum Steuern des Kupplungsmotors 30 zeigt, der in Schritt S108 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 ausgeführt wird. Wenn das Programm in die Kupplungsmotor-Steuerungsroutine eintritt, liest die Steuerungs-CPU 90 des Controller 80 zuerst in Schritt S112 den Drehwinkel Ad der Antriebswelle 22 aus dem Resolver 48 und in Schritt S114 den Drehwinkel 6e der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 aus dem Resolver 39 aus. Die Steuerungs-CPU 90 berechnet dann in Schritt S116 einen Relativwinkel θc der Antriebswelle 22 und der Kurbelwelle 56 mit Hilfe der Gleichung θc = θe - θd.Fig. 7 is a flowchart showing details of the process for controlling the clutch motor 30 executed in step S108 in the flowchart of Fig. 6. When the program enters the clutch motor control routine, the control CPU 90 of the controller 80 first reads the rotation angle Ad of the drive shaft 22 from the resolver 48 in step S112 and the rotation angle θe of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 from the resolver 39 in step S114. The control CPU 90 then calculates a relative angle θc of the drive shaft 22 and the crankshaft 56 using the equation θc = θe - θd in step S116.
Das Programm geht weiter zu Schritt S118, in dem die Steuerungs-CPU 90 von den Strommessern 95 und 96 Daten über die Kupplungsmotorströme Iuc und Ivc erhält, die durch die U- bzw. V-Phase der Dreiphasenwicklungen 36 im Kupplungsmotor 30 fließen. Obgleich die Ströme natürlich durch alle drei Phasen U, V, und W fließen, ist eine Messung nur für diejenigen Ströme erforderlich, die durch zwei Phasen fließen, da die Summe der Ströme gleich Null ist. Im nachfolgenden Schritt S120 führt die Steuerungs- CPU 90 eine Koordinatentransformation (dreiphasig in zweiphasig) unter Verwendung der in Schritt S118 erhaltenen Werte von Strömen durch, die durch die drei Phasen fließen. Die Koordinatentransformation listet die Werte der Ströme auf, die durch die drei Phasen fließen, in Entsprechung zu den Werten der Ströme auf, die durch die d- und q-Achse des Synchronmotors vom Permanenttyp fließen, und wird gemäß der nachstehend angegebenen Gleichung (1) durchgeführt: The program proceeds to step S118, in which the control CPU 90 obtains from the ammeters 95 and 96 data on the clutch motor currents Iuc and Ivc flowing through the U and V phases, respectively, of the three-phase windings 36 in the clutch motor 30. Although the currents naturally flow through all three phases U, V, and W, measurement is only required for those currents flowing through two phases, since the sum of the currents is zero. In the subsequent step S120, the control CPU 90 performs a coordinate transformation (three-phase to two-phase) using the values of currents flowing through the three phases obtained in step S118. The coordinate transformation lists the values of the currents flowing through the three phases in accordance with the values of the currents flowing through the d and q axes of the permanent type synchronous motor and is carried out according to equation (1) given below:
Die Koordinatentransformation wird ausgeführt, weil die durch die d- und q-Achse fließenden Ströme für die Drehmomentsteuerung in dem Synchronmotor vom Permanentmagnet-Typ von entscheidender Wichtigkeit sind. Als Alternative kann die Drehmomentsteuerung unmittelbar mit den Strömen durchgeführt werden, die durch die drei Phasen fließen. Nach der Transformation in die Ströme von zwei Achsen berechnet die Steuerungs-CPU 90 Abweichungen der Ströme Idc und Iqc, die tatsächlich durch die d- und q-Achse fließen, von den Strombefehlswerten Idc* und Iqc* der jeweiligen-Achsen, die aus dem Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 errechnet werden, und bestimmt in Schritt S122 Spannungsbefehlswerte Vdc und Vqc für die d- und q-Achse. Gemäß einer konkreten Prozedur führt die Steuerungs-CPU 90 Operationen durch, die den nachstehend angegebenen Gleichungen (2) und Gleichungen (3) folgen:The coordinate transformation is carried out because the currents flowing through the d and q axes are of critical importance for the torque control in the permanent magnet type synchronous motor. Alternatively, the torque control can be carried out directly with the currents flowing through the three phases. After transformation into the currents of two axes, the control CPU 90 calculates deviations of the currents Idc and Iqc actually flowing through the d and q axes from the current command values Idc* and Iqc* of the respective axes calculated from the torque command value Tc* of the clutch motor 30, and determines voltage command values Vdc and Vqc for the d and q axes in step S122. According to a concrete procedure, the control CPU 90 performs operations following the equations (2) and (3) given below:
ΔIdc = Idc* - IdcΔIdc = Idc* - Idc
ΔIqc = Iqc* - Iqc (2)ΔIqc = Iqc* - Iqc (2)
Vdc = Kp1·ΔIdc + ΣKi1·ΔIdcVdc = Kp1·ΔIdc + ΣKi1·ΔIdc
Vqc = Kp2·ΔIqc + ΣKi2·ΔIqc (3)Vqc = Kp2·ΔIqc + Sigma;Ki2·ΔIqc (3)
wobei Kp1, Kp2, Ki1 und Ki2 für Koeffizienten stehen, die so eingestellt werden, daß sie für die Charakteristiken des verwendeten Motors geeignet sind.where Kp1, Kp2, Ki1 and Ki2 are coefficients that are set to suit the characteristics of the motor used.
Der Spannungsbefehlswert Vdc (Vqc) beinhaltet einen Teil, der proportional zur Abweichung ΔI vom Strombefehlswert I* ist (der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (3)), und eine Summierung von historischen Daten über die Abweichungen ΔI für 'i' Male (der zweite Term auf der rechten Seite). Die Steuerungs-CPU 90 retransformiert daraufhin in Schritt S124 die Koordinaten der auf diese Weise erhaltenen Spannungsbefehlswerte (Transformation von zweiphasig zu dreiphasig). Dies entspricht einer Umkehrung der in Schritt S120 durchgeführten Transformation. Die inverse Transformation bestimmt die Spannungen Vuc, Vvc und Vwc, die tatsächlich an die Dreiphasenwicklungen 36 gelegt werden, folgendermaßen: The voltage command value Vdc (Vqc) includes a part proportional to the deviation ΔI from the current command value I* (the first term on the right-hand side of equation (3)) and a summation of historical data on the deviations ΔI for 'i' times (the second term on the right-hand side). The control CPU 90 then retransforms the coordinates of the voltage command values thus obtained (transformation from two-phase to three-phase) in step S124. This corresponds to an inverse of the transformation performed in step S120. The inverse transformation determines the voltages Vuc, Vvc and Vwc actually applied to the three-phase windings 36 as follows:
Vwc = -Vuc - Vvc (4)Vwc = -Vuc - Vvc (4)
Die tatsächliche Spannungssteuerung wird mittels eines Ein/Aus-Betriebs der Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 bewerkstelligt. In Schritt S126 wird die Ein- und Aus-Zeit der Transistoren Tr1 bis Tr6 in der ersten Ansteuerschaltung 91 PWM (Pulsdauermodulation)-gesteuert, um die durch die obenstehende Gleichung (4) bestimmten Spannungsbefehlswerte Vuc, Vvc und Vwc zu erhalten. Dieser Vorgang befähigt den Kupplungsmotor 30, das Soll-Drehmoment mechanisch auf die Antriebswelle 22 zu übertragen.The actual voltage control is accomplished by means of an on/off operation of the transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91. In step S126, the on and off time of the transistors Tr1 to Tr6 in the first drive circuit 91 is PWM (Pulse Width Modulation) controlled to obtain the voltage command values Vuc, Vvc and Vwc determined by the above equation (4). This operation enables the clutch motor 30 to mechanically transmit the target torque to the drive shaft 22.
Fig. 8 und 9 sind Ablaufdiagramme, die Einzelheiten des Vorgangs zum Steuern des Unterstützungsmotors 40 zeigen, die in Schritt S110 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 ausgeführt werden. Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 8, wenn das Programm in die Unterstützungsmotorsteuerroutine eintritt, erhält die Steuerungs- CPU 90 in Schritt S131 zuerst Daten über die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 wird aus dem Drehwinkel 6d der Antriebswelle 22 berechnet, der aus dem Resolver 48 ausgelesen wird. Die Steuerungs-CPU 90 erhält dann in Schritt S132 Daten über die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50. Die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 kann aus dem aus dem Resolver 39 ausgelesenen Drehwinkel θe der Kurbelwelle 56 berechnet werden oder direkt von dem auf dem Zündverteiler 60 angebrachten Drehzahlsensor 76 gemessen werden. Im letzteren Fall erhält die Steuerungs-CPU 90 Daten über die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 durch Kommunikation mit der EFIECU 70, die mit dem Drehzahlsensor 76 verbunden ist.8 and 9 are flowcharts showing details of the process for controlling the assist motor 40 executed in step S110 in the flowchart of Fig. 6. Referring to the flowchart of Fig. 8, when the program enters the assist motor control routine, the control CPU 90 first obtains data on the rotational speed Nd of the drive shaft 22 in step S131. The rotational speed Nd of the drive shaft 22 is calculated from the rotational angle θd of the drive shaft 22 read from the resolver 48. The control CPU 90 then obtains data on the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 in step S132. The rotational speed Ne of the gasoline engine 50 may be calculated from the rotational angle θe of the crankshaft 56 read from the resolver 39, or directly measured by the rotational speed sensor 76 mounted on the ignition distributor 60. In the latter case, the control CPU 90 obtains data on the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 by communicating with the EFIECU 70 connected to the rotational speed sensor 76.
Eine Drehgeschwindigkeitdifferenz Nc zwischen der Eingabedrehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 und der Eingabedrehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 wird in Schritt S133 gemäß der Gleichung Nc = Ne - Nd berechnet. Im nachfolgenden Schritt S134 wird vom Kupplungsmotor 30 regenerierte elektrische Leistung (Energie) Pc gemäß dem folgenden Ausdruck berechnet:A rotational speed difference Nc between the input rotational speed Nd of the drive shaft 22 and the input rotational speed Ne of the gasoline engine 50 is calculated in step S133 according to the equation Nc = Ne - Nd. In the subsequent step S134, electric power (energy) Pc regenerated by the clutch motor 30 is calculated according to the following expression:
Pc = Ksc · Nc · TcPc = Ksc · Nc · Tc
wobei Ksc einen Wirkungsgrad des Regenerationsbetriebs im Kupplungsmotor 30 darstellt. Das Produkt Ncx Tc definiert die Energie in dem Bereich Gc von Fig. 4, wobei Nc und Tc die Drehgeschwindigkeitdifferenz bzw. das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Ist-Drehmoment bezeichnen.where Ksc represents an efficiency of the regeneration operation in the clutch motor 30. The product Ncx Tc defines the energy in the region Gc of Fig. 4, where Nc and Tc denote the rotational speed difference and the actual torque generated by the clutch motor 30, respectively.
In Schritt S135 wird ein Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 durch den folgenden Ausdruck bestimmt:In step S135, a torque command value Ta* of the assist motor 40 is determined by the following expression:
Ta* = ksa · Pc/NdTa* = ksa · Pc/Nd
wobei ksa für einen Wirkungsgrad des Leistungsbetriebs im Unterstützungsmotor 40 steht. Der auf diese Weise erhaltene Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 wird in Schritt S136 mit einem maximalen Drehmoment Tamax verglichen, das der Unterstützungsmotor 40 potentiell anlegen kann. Wenn der Drehmomentbefehlswert Ta* das maximale Drehmoment Tamax übersteigt, geht das Programm weiter zu Schritt S138, in dem der Drehmomentbefehlswert Ta* auf das maximale Drehmoment Tamax beschränkt wird.where ksa represents an efficiency of power operation in the assist motor 40. The torque command value Ta* of the assist motor 40 thus obtained is compared with a maximum torque Tamax that the assist motor 40 can potentially apply in step S136. If the torque command value Ta* exceeds the maximum torque Tamax, the program proceeds to step S138, where the torque command value Ta* is limited to the maximum torque Tamax.
Nachdem der Drehmomentbefehlswert Ta* in Schritt S138 gleich dem maximalen Drehmoment Tamax eingestellt wurde, oder nachdem in Schritt S136 bestimmt wurde, daß der Drehmomentbefehlswert Ta* das maximale Drehmoment Tamax nicht übersteigen soll, liest die Steuerungs-CPU 90 in Schritt S140 den Drehwinkel 6d der Antriebswelle 22 aus dem Resolver 48 aus und erhält in Schritt S142 Daten über die Unterstützungsmotorströme Iua und Iva, die durch die U-Phase bzw. V-Phase der Dreiphasenwicklungen 44 im Unterstützungsmotor 40 fließen, von den Strommessern 97 und 98. Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 9 führt die Steuerungs-CPU 90 daraufhin in Schritt S144 eine Koordinatentransformation für die Ströme der drei Phasen durch, berechnet in Schritt S146 Spannungsbefehlswerte Vda und Vqa, und führt in Schritt S148 eine inverse Koordinatentransformation für die Spannungsbefehlswerte durch. Im nachfolgenden Schritt S150 bestimmt die Steuerungs-CPU 90 die Ein- und Aus-Zeit der Transistoren Tr11 bis Tr16 in der Zweiten Ansteuerschaltung 92 für PWM (Pulsdauermodulation)-Steuerung. Die in den Schritten S144 bis S150 durchgeführte Verarbeitung ist ähnlich derjenigen, die in den im Ablaufdiagramm von Fig. 7 gezeigten Schritten S120 bis S126 der Kupplungsmotorsteuerroutine durchgeführt wurde.After the torque command value Ta* is set equal to the maximum torque Tamax in step S138, or after it is determined in step S136 that the torque command value Ta* should not exceed the maximum torque Tamax, the control CPU 90 reads the rotation angle θd of the drive shaft 22 from the resolver 48 in step S140, and obtains data on the assist motor currents Iua and Iva flowing through the U-phase and V-phase of the three-phase windings 44 in the assist motor 40 from the ammeters 97 and 98 in step S142. Referring to the flowchart of Fig. 9, the control CPU 90 then performs coordinate transformation for the currents of the three phases in step S144, calculates voltage command values Vda and Vqa in step S146, and performs inverse coordinate transformation for the voltage command values in step S148. In the following step S150, the control CPU 90 determines the on and off times of the transistors Tr11 to Tr16 in the second drive circuit 92 for PWM (Pulse Width Modulation) control. The processing performed in steps S144 to S150 is similar to that performed in steps S120 to S126 of the clutch motor control routine shown in the flowchart of Fig. 7.
Die Steuerung des Benzinmotors 50 (Schritt S111 in Fig. 6) wird auf die folgende Weise durchgeführt. Um eine stetige Fahrt mit dem Brennkraftmaschinen-Solldrehmoment Te* und der Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne* (in Schritt S104 in Fig. 6 eingestellt) zu erzielen, reguliert die Steuerungs-CPU 90 das Drehmoment Te und die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 so, daß sie sich an das Brennkraftmaschinen-Solldrehmoment Te* bzw. die Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne* annähern. Gemäß einem konkreten Vorgang sendet die Steuerungs-CPU 90 durch Kommunikation eine Anweisung an die EFIECU 70, den Kraftstoffeinspritzbetrag oder die Drosselklappenstellung zu regulieren. Eine solche Regulierung führt dazu, daß sich das Drehmoment Te und die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 letztlich an das Brennkraftmaschinen- Solldrehmoment Te* bzw. die Brennkraftmaschinen-Solldrehzahl Ne* annähern.The control of the gasoline engine 50 (step S111 in Fig. 6) is performed in the following manner. In order to achieve steady running with the target engine torque Te* and the target engine speed Ne* (set in step S104 in Fig. 6), the control CPU 90 regulates the torque Te and the rotation speed Ne of the gasoline engine 50 so as to approach the target engine torque Te* and the target engine speed Ne*, respectively. According to a concrete operation, the control CPU 90 sends an instruction to the EFIECU 70 to regulate the fuel injection amount or the throttle position through communication. Such regulation results in the torque Te and the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 ultimately approaching the target engine torque Te* and the target engine speed Ne*, respectively.
Gemäß dem obenstehend beschriebenen Vorgang wandelt der Kupplungsmotor 30 das Drehmoment mit dem vorgegebenen Wirkungsgrad Ksc in elektrische Energie um. Anders ausgedrückt, der Kupplungsmotor 30 regeneriert elektrische Energie proportional zur Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 und der Drehgeschwindigkeit des Innenrotors 34 des Kupplungsmotors 30. Der Unterstützungsmotor 40 erhält die somit regenerierte elektrische Energie und legt ein entsprechendes Drehmoment an die Antriebswelle 22. Das durch den Unterstutzungsmotor 40 an die Antriebswelle 22 gelegte Drehmoment stimmt mit dem Drehmoment überein, das durch den Kupplungsmotor 30 in elektrische Energie umgewandelt wird. In dem Graph von Fig. 4 wird die Energie in dem Bereich Gc in diejenige in dem Bereich Ga umgewandelt, um die Drehmomentumwandlung durchzuführen.According to the above-described process, the clutch motor 30 converts the torque into electrical energy with the predetermined efficiency Ksc. In other words, the clutch motor 30 regenerates electrical energy in proportion to the difference between the rotational speed of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 and the rotational speed of the inner rotor 34 of the clutch motor 30. The assist motor 40 receives the electrical energy thus regenerated and applies a corresponding torque to the drive shaft 22. The torque generated by The torque applied to the drive shaft 22 by the assist motor 40 coincides with the torque converted into electric energy by the clutch motor 30. In the graph of Fig. 4, the energy in the region Gc is converted into that in the region Ga to perform the torque conversion.
Es existiert natürlich ein gewisser Energieverlustbetrag im Kupplungsmotor 30, im Unterstützungsmotor 40, in der ersten Ansteuerschaltung 91 und der zweiten Ansteuerschaltung 92. Es ist folglich selten, daß die Energie in dem Bereich Gc unter praktischen Bedingungen vollständig mit der Energie in dem Bereich Ga übereinstimmt. Der Energieverlust im Kupplungsmotor 30 und im Unterstützungsmotor 40 ist relativ gering, da einige kürzlich entwickelte Synchronmotoren einen sehr nahe bei 1 liegenden Wirkungsgrad besitzen. Der Energieverlust in der ersten Ansteuerschaltung 91 und der zweiten Ansteuerschaltung 92 kann des weiteren genügend gering sein, da der Widerstand im EIN-Zustand von bekannten Transistoren wie etwa GTOs, die für Tr1 bis Tr16 verwendbar sind, äußerst gering ist. Der größte Teil der Drehgeschwindigkeitdifferenz oder des Schlupfes zwischen der Drehung der Antriebswelle 22 und der Kurbelwelle 56 wird somit in Energie für Erzeugung durch die Dreiphasenwicklungen 36 umgewandelt und durch den Unterstützungsmotor 40 als Drehmoment auf die Antriebswelle 22 übertragen.There is, of course, a certain amount of energy loss in the clutch motor 30, the assist motor 40, the first drive circuit 91 and the second drive circuit 92. It is therefore rare that the energy in the region Gc completely coincides with the energy in the region Ga under practical conditions. The energy loss in the clutch motor 30 and the assist motor 40 is relatively small because some recently developed synchronous motors have an efficiency very close to 1. The energy loss in the first drive circuit 91 and the second drive circuit 92 can further be sufficiently small because the ON-state resistance of known transistors such as GTOs usable for Tr1 to Tr16 is extremely small. Most of the rotational speed difference or slip between the rotation of the drive shaft 22 and the crankshaft 56 is thus converted into energy for generation by the three-phase windings 36 and transmitted to the drive shaft 22 as torque by the assist motor 40.
Im nachfolgenden wird ein allgemeiner Steuervorgang beschrieben, der vom Controller 80 ausgeführt wird, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung anzutreiben, d. h. um die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Wie obenstehend erwähnt wurde, handelt es sich bei der in der Ausführungsform verwendeten Antriebsmaschine um den Benzinmotor 50. Es ist jedoch unmöglich, die Ausgangswelle einer Brennkraftmaschine wie des Benzinmotors 50 in der umgekehrten Richtung zu drehen. Basierend auf der sinnvollen Annahme, daß die Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs im allgemeinen nur während eines kurzen Zeitraums und über eine kurze Strecke erforderlich ist, wird die Leistungsabgabevorrichtung 20 auf die folgende Weise betrieben. In der Batterie 94 gespeicherte elektrische Leistung wird überwiegend als die Energie verwendet, die für die Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs erforderlich ist. Wenn die Batterie 94 keine ausreichende Restkapazität besitzt, wird durch den Kupplungsmotor 30 regenerierte elektrische Energie verwendet, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung anzutreiben.The following describes a general control operation performed by the controller 80 to drive the vehicle in the reverse direction, that is, to rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. As mentioned above, the prime mover used in the embodiment is the Gasoline engine 50. However, it is impossible to rotate the output shaft of an internal combustion engine such as the gasoline engine 50 in the reverse direction. Based on the reasonable assumption that the reverse travel of the vehicle is generally required only for a short period of time and over a short distance, the power output device 20 is operated in the following manner. Electric power stored in the battery 94 is mainly used as the energy required for the reverse travel of the vehicle. When the battery 94 does not have sufficient remaining capacity, electric energy regenerated by the clutch motor 30 is used to drive the vehicle in the reverse direction.
Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der ersten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung anzutreiben. Wenn das Programm in die Routine eintritt, liest die Steuerungs-CPU 90 des Controller 80 in Schritt S200 zuerst die vom Wählhebelstellungssensor 84 ausgegebene Wählhebelstellung SP ein und bestimmt in Schritt S202, ob sich der Wählhebel 82 in der Rückwärtsgangstellung befindet. Wenn sich der Wählhebel 82 in der Rückwärtsgangstellung befindet, bestimmt das Programm, daß der Fahrer rückwärts fahren möchte, und geht weiter zu Schritt S204. Wenn sich der Wählhebel 82 hingegen nicht in der Rückwärtsgangstellung befindet, bestimmt das Programm, daß der Fahrer nicht im Rückwärtsgang fahren möchte, und verläßt die Routine.Fig. 10 is a flowchart showing a control process of the first embodiment performed by the control CPU 90 to drive the vehicle in reverse. When the program enters the routine, the control CPU 90 of the controller 80 first reads the select lever position SP output from the select lever position sensor 84 in step S200 and determines whether the select lever 82 is in the reverse gear position in step S202. If the select lever 82 is in the reverse gear position, the program determines that the driver wants to drive in reverse and proceeds to step S204. On the other hand, if the select lever 82 is not in the reverse gear position, the program determines that the driver does not want to drive in reverse and exits the routine.
In Schritt S204 erhält die Steuerungs-CPU 90 Daten über die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Under der Bedingung dieser Routine wird die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50, d. h. entgegengesetzt zu der in Schritt S100 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 erfaßten Drehung gedreht. Die Steuerungs-CPU 90 liest daraufhin in Schritt S206 die vom Fahrpedalstellungssensor 65 ausgegebene Fahrpedalstellung AP ein und berechnet in Schritt S208 den Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* (der Antriebswelle 22) entsprechend der eingegebenen Fahrpedalstellung AP. Um das Fahrzeug im Rückwärtsgang zu bewegen, müßte das Ausgangsdrehmoment Td (der Antriebswelle 22) entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 wirken. Der in Schritt S208 berechnete Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* weist somit ein negatives Vorzeichen auf, wohingegen der in Schritt S102 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 berechnete Ausgangsdrehmoment- Befehlswert Td* ein positives Vorzeichen aufweist.In step S204, the control CPU 90 receives data on the rotation speed Nd of the drive shaft 22. Under the condition of this routine, the drive shaft 22 is rotated in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, ie, rotated in the opposite direction to the rotation detected in step S100 in the flow chart of Fig. 6. The control CPU 90 then reads the accelerator pedal position AP output from the accelerator pedal position sensor 65 in step S206 and calculates the output torque command value Td* (of the drive shaft 22) in accordance with the input accelerator pedal position AP in step S208. In order to move the vehicle in reverse, the output torque Td (of the drive shaft 22) would have to act in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. The output torque command value Td* calculated in step S208 thus has a negative sign, whereas the output torque command value Td* calculated in step S102 in the flow chart of Fig. 6 has a positive sign.
Die Steuerungs-CPU 90 erhält den Ausgang der Restkapazität-Meßeinrichtung 99 und vergleicht in Schritt S210 die Restkapazität BRM der Batterie 94 mit einem Bezugsmindestniveau Bmin. Wenn die Restkapazität BRM über dem Bezugsmindestniveau Bmin liegt, bestimmt das Programm, daß die Restkapazität BRM der Batterie 94 ausreichend ist, und geht weiter zu Schritt S212 und darauffolgenden Schritten, um das Fahrzeug im Rückwärtsgang nur mit der in der Batterie 94 gespeicherten elektrischen Energie anzutreiben. Wenn die Restkapazität BRM hingegen nicht über dem Bezugsmindestniveau Bmin liegt, bestimmt das Programm, daß die Restkapazität BRM der Batterie 94 ungenügend ist, und geht weiter zu Schritt S220 und darauffolgenden Schritten, um den Kupplungsmotor 30 zu befähigen, elektrische Energie zu regenerieren und das Fahrzeug im Rückwärtsgang mit der vom Kupplungsmotor 30 regenerierten elektrischen Energie anzutreiben.The control CPU 90 receives the output of the remaining capacity measuring device 99 and compares the remaining capacity BRM of the battery 94 with a reference minimum level Bmin in step S210. If the remaining capacity BRM is above the reference minimum level Bmin, the program determines that the remaining capacity BRM of the battery 94 is sufficient and proceeds to step S212 and subsequent steps to drive the vehicle in reverse using only the electric energy stored in the battery 94. On the other hand, if the remaining capacity BRM is not above the reference minimum level Bmin, the program determines that the remaining capacity BRM of the battery 94 is insufficient and proceeds to step S220 and subsequent steps to enable the clutch motor 30 to regenerate electric energy and drive the vehicle in reverse with the electric energy regenerated by the clutch motor 30.
Eine Konkrete Prozedur der vorstehenden Steuerung (Steuerung der Schritte S212 bis S218) wird im einzelnen beschrieben. Die Steuerungs-CPU 90 stellt in Schritt S212 den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 ein. Der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 wird gleich Null eingestellt, um die Antriebswelle 22 von der Kurbelwelle 56 abzukoppeln.A concrete procedure of the above control (control of steps S212 to S218) will be described in detail. The control CPU 90 sets the torque command value Tc* of the clutch motor 30 in step S212. The torque command value Tc* of the clutch motor 30 is set equal to zero to disengage the drive shaft 22 from the crankshaft 56.
Die Steuerungs-CPU 90 bestimmt daraufhin in Schritt S214 den Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40. Die Antriebswelle 22 erhält im allgemeinen ein vom Kupplungsmotor 30 erzeugtes Drehmoment Tc und ein vom Unterstützungsmotor 40 erzeugtes Drehmoment Ta. Da jedoch der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 in Schritt S212 gleich Null eingestellt wird, erhält die Antriebswelle 22 nur das Drehmoment Ta des Unterstützungsmotors 40 als das Ausgangsdrehmoment Td. Der Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 wird somit gleich dem in Schritt S208 berechneten Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* eingestellt. Wie obenstehend erläutert wurde, müßte der Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* ein negatives Vorzeichen aufweisen, um das Fahrzeug im Rückwärtsgang zu bewegen. Der in Schritt S214 eingestellte Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 weist demzufolge das negative Vorzeichen auf, während der in Schritt S135 berechnete Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 im Ablaufdiagramm von Fig. 8 ein positives Vorzeichen aufweist.The control CPU 90 then determines the torque command value Ta* of the assist motor 40 in step S214. The drive shaft 22 generally receives a torque Tc generated by the clutch motor 30 and a torque Ta generated by the assist motor 40. However, since the torque command value Tc* of the clutch motor 30 is set equal to zero in step S212, the drive shaft 22 receives only the torque Ta of the assist motor 40 as the output torque Td. The torque command value Ta* of the assist motor 40 is thus set equal to the output torque command value Td* calculated in step S208. As explained above, the output torque command value Td* should have a negative sign in order to move the vehicle in reverse. Accordingly, the torque command value Ta* of the assist motor 40 set in step S214 has the negative sign, while the torque command value Ta* of the assist motor 40 calculated in step S135 has a positive sign in the flowchart of Fig. 8.
In Schritt S216 steuert die Steuerungs-CPU 90 den Kupplungsmotor 30 basierend auf dem in Schritt S212 eingestellten Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30. Die konkrete Prozedur der Kupplungsmotorsteuerung ist identisch mit der obenstehend beschriebenen gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 7. Die Kupplungsmotorsteuerung macht das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 gleich Null und hebt im wesentlichen die elektromagnetische Kopplung des Außenrotors 32 mit dem Innenrotor 34 im Kupplungsmotor 30 auf. Der Kupplungsmotor 30 führt infolgedessen weder den Regenerationsbetrieb noch den Leistungsbetrieb aus. Die Kupplungsmotorsteuerung befreit des weiteren die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 von Belastung, so daß der Benzinmotor 50 im Leerlauf gehalten wird.In step S216, the control CPU 90 controls the clutch motor 30 based on the torque command value Tc* of the clutch motor 30 set in step S212. The concrete procedure of the clutch motor control is identical to that described above according to the flowchart of Fig. 7. The clutch motor control makes the torque Tc of the clutch motor 30 equal to zero and substantially cancels the electromagnetic coupling of the outer rotor 32 with the inner rotor 34 in the clutch motor 30. The clutch motor 30 consequently performs neither the regeneration operation nor the power operation. The clutch motor controller further relieves the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 of load so that the gasoline engine 50 is kept idling.
In Schritt S218 steuert die Steuerungs-CPU 90 den Unterstützungsmotor 40 basierend auf dem in Schritt S214 eingestellten Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40. Die konkrete Prozedur der Unterstützungsmotorsteuerung ist ähnlich der Verarbeitung von Schritt S136 und darauffolgenden Schritten in den Ablaufdiagrammen der Fig. 8 und 9. In der Unterstützungsmotorsteuerung von Schritt S218 stellt Tamax in den Schritten 5136 und S138 im Ablaufdiagramm von Fig. 8 ein maximales Drehmoment dar, das der Unterstützungsmotor 40 während der umgekehrten Drehung des Unterstützungsmotors 40 anlegen kann. Die Unterstützungsmotorsteuerung befähigt den Unterstützungsmotor 40, den umgekehrten Leistungsbetrieb durchzuführen und entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Der Unterstützungsmotor 40 erzeugt folglich das Drehmoment Ta, das entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 wirkt und der Antriebswelle 22 als das Ausgangsdrehmoment Td mitgeteilt wird. Obgleich der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 in dem obenstehend beschriebenen Steuervorgang gleich Null eingestellt ist, kann der Drehmomentbefehlswert Tc* alternativ auf gleich oder weniger als ein vorgegebener Wert eingestellt werden, um den Kupplungsmotor 30 zu befähigen, ein geringes Drehmoment zu erzeugen.In step S218, the control CPU 90 controls the assist motor 40 based on the torque command value Ta* of the assist motor 40 set in step S214. The concrete procedure of the assist motor control is similar to the processing of step S136 and subsequent steps in the flowcharts of Figs. 8 and 9. In the assist motor control of step S218, Tamax in steps S136 and S138 in the flowchart of Fig. 8 represents a maximum torque that the assist motor 40 can apply during the reverse rotation of the assist motor 40. The assist motor control enables the assist motor 40 to perform the reverse power operation and rotate opposite to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. The assist motor 40 thus generates the torque Ta which acts in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 and is communicated to the drive shaft 22 as the output torque Td. Although the torque command value Tc* of the clutch motor 30 is set to zero in the control process described above, the torque command value Tc* may alternatively be set to be equal to or less than a predetermined value to enable the clutch motor 30 to generate a small torque.
Eine konkrete Prozedur dieser Steuerung (Steuerung der Schritte S220 bis S228) wird im einzelnen beschrieben. In Schritt S220 berechnet die Steuerungs-CPU 90 die Ausgabeenergie Pd der Antriebswelle 22 aus dem in Schritt S208 berechneten Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* (der Antriebswelle 22) und der in Schritt S204 eingelesenen Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22; Pd = Td*j x Nd. Da der Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* bei dieser Routine ein negatives Vorzeichen aufweist, wird der Absolutwert des Ausgangsdrehmoment-Befehlswerts Td* für die Berechnung der Ausgabeenergie Pd verwendet.A concrete procedure of this control (control of steps S220 to S228) will be described in detail. In step S220, the control CPU 90 calculates the output energy Pd of the drive shaft 22 from the output torque command value Td* (of the drive shaft 22) calculated in step S208 and the rotational speed Nd of the drive shaft 22 read in step S204; Pd = Td*j x Nd. Since the output torque command value Td* has a negative sign in this routine, the absolute value of the output torque command value Td* is used for the calculation of the output energy Pd.
Um den Benzinmotor 50 zu befähigen, ausreichend Energie für die in Schritt: S220 berechnete Ausgabeenergie Pd der Antriebswelle 22 zur Verfügung zu stellen, erhöht die Steuerungs-CPU 90 die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 (Kraftmaschinendrehzahl). Gemäß einer konkreten Prozedur sendet die Steuerungs-CPU 90 durch Kommunikation eine Anweisung an die EFIECU 70, die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen und dadurch die vom Benzinmotor 50 gelieferte Energie in den Drehzahlbereich des Benzinmotors 50 mit einem hohen Wirksamkeitsgrad zu verstärken. Der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 wird in Schritt S224 gleich einem angestrebten Wert Tmin eingestellt, um das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30, d. h. das Drehmoment Te des Benzinmotors 50 (Kraftmaschinendrehmoment), zu minimieren.In order to enable the gasoline engine 50 to provide sufficient energy for the output energy Pd calculated in step: S220 of the drive shaft 22, the control CPU 90 increases the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 (engine speed). According to a concrete procedure, the control CPU 90 sends an instruction to the EFIECU 70 through communication to increase the fuel injection amount and thereby amplify the energy supplied by the gasoline engine 50 in the rotational speed range of the gasoline engine 50 with a high degree of efficiency. The torque command value Tc* of the clutch motor 30 is set equal to a target value Tmin in step S224 to minimize the torque Tc of the clutch motor 30, that is, the torque Te of the gasoline engine 50 (engine torque).
In Schritt S226 steuert die Steuerungs-CPU 90 den Kupplungsmotor 30 basierend auf dem in Schritt S224 eingestellten Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30. Die konkrete Prozedur der Kupplungsmotorsteuerung ist identisch mit der obenstehend beschriebenen gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 7. Die Kupplungsmotorsteuerung ermöglicht es dem Kupplungsmotor 30, mit einem niedrigen Drehmoment und mit einer hohen Drehzahl zu drehen und den Regenerationsbetrieb durchzuführen. Während der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 in der Drehrichtung der Kurbelwelle 56 dreht, dreht der Innenrotor 34 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56. Dies resultiert in einer großen Drehgeschwindigkeitdifferenz Nc zwischen dem Außenrotor 32 und dem Innenrotor 34 (d. h. einer hohen Drehgeschwindigkeit des Kupplungsmotors 30). Der Kupplungsmotor 30 führt den Regenerationsbetrieb zum Regenerieren von Energie entsprechend dem Produkt aus der Drehgeschwindigkeitdifferenz Nc, dem Drehmoment Tc und dem Wirkungsgrad des Regenerationsbetriebs Ksc als elektrische Energie durch.In step S226, the control CPU 90 controls the clutch motor 30 based on the torque command value Tc* of the clutch motor 30 set in step S224. The concrete procedure of the clutch motor control is identical to that described above according to the flowchart of Fig. 7. The clutch motor control enables the clutch motor 30 to rotate at a low torque and at a high speed and to perform the regeneration operation. While the outer rotor 32 of the clutch motor 30 rotates in the rotational direction of the crankshaft 56, the inner rotor 34 rotates opposite to the rotation of the crankshaft 56. This results in a large rotational speed difference Nc between the outer rotor 32 and the inner rotor 34 (ie, a high rotational speed of the clutch motor 30). The clutch motor 30 performs the regeneration operation to regenerate energy corresponding to the product of the rotational speed difference Nc, the torque Tc, and the efficiency of the regeneration operation Ksc as electric energy.
Im nachfolgenden Schritt S228 steuert die Steuerungs- CPU 90 den Unterstützungsmotor 40 entsprechend der in den Ablaufdiagrammen der Fig. 8 und 9 gezeigten Unterstützungsmotor-Steuerroutine. Die Unterstützungsmotorsteuerung befähigt den Unterstützungsmotor 40, den umgekehrten Leistungsbetrieb mit der vom Kupplungsmotor 30 regenerierten elektrischen Energie durchzuführen und entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Der Unterstützungsmotor 40 erzeugt folglich das Drehmoment Ta, das entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 wirkt. Die Antriebswelle 22 erhält das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment Tc in der Drehrichtung der Kurbelwelle 56 und das vom Unterstützungsmotor 40 erzeugte Drehmoment Ta entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56. Das Drehmoment Ta des Unterstützungsmotors 40 ist größer als das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30. Das resultierende Ausgangsdrehmoment Td besitzt die Größe Tc - Ta und wirkt entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56.In the subsequent step S228, the control CPU 90 controls the assist motor 40 according to the assist motor control routine shown in the flowcharts of Figs. 8 and 9. The assist motor control enables the assist motor 40 to perform the reverse power operation with the electric power regenerated by the clutch motor 30 and to rotate in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. The assist motor 40 thus generates the torque Ta acting in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56. The drive shaft 22 receives the torque Tc generated by the clutch motor 30 in the direction of rotation of the crankshaft 56 and the torque Ta generated by the assist motor 40 in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56. The torque Ta of the assist motor 40 is greater than the torque Tc of the clutch motor 30. The resulting output torque Td has the magnitude Tc - Ta and acts in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56.
In dem Ablauf diagramm von Fig. 10 sind die Operationen zum Steuern des Kupplungsmotors 30 und des Unterstützungsmotors 40 für eine vereinfachte Darstellung als separate Schritte gezeigt. Bei der tatsächlichen Prozedur werden diese Steueroperationen jedoch gemeinschaftlich ausgeführt. Beispielsweise steuert die Steuerungs- CPU 90 gleichzeitig den Kupplungsmotor 30 und den Unterstützungsmotor 40 durch Unterbrechungsverarbeitung.In the flowchart of Fig. 10, the operations for controlling the clutch motor 30 and the assist motor 40 are shown as separate steps for simplified illustration. However, in the actual procedure, these control operations are carried out collectively. For example, the control CPU 90 simultaneously controls the clutch motor 30 and the assist motor 40 by interrupt processing.
Fig. 11 ist ein Graph, der einen durch den Kupplungsmotor 30 regenerierten und einen durch den Unterstützungsmotor 40 verbrauchten Energiebetrag schematisch veranschaulicht. Wie in Fig. 11 deutlich gezeigt ist, erzeugt der mit einer Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und einem Brennkraftmaschinendrehmoment Te drehende Benzinmotor 50 Energie entsprechend einem Bereich Ge. Unter der Annahme, daß die Antriebswelle 22 mit einer Drehgeschwindigkeit Nd entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 dreht, befähigt die letztere Steuerung (Steuerung der Schritte S220 bis S228) den Kupplungsmotor 30, Energie entsprechend der Summe der Bereiche (Ge + Gm) als elektrische Energie zu regenerieren. Die regenerierte Energie wird dem Unterstützungsmotor 40 zugeführt, der Energie entsprechend der Summe der Bereiche (Gd + Gm) verbraucht. Dies bedeutet, daß die Energie in dem Bereich Ge in diejenige in dem Bereich Gd umgewandelt wird. Die Antriebswelle 22 gibt folglich die Drehmomentdifferenz (Tc - Ta) als das Ausgangsdrehmoment Td aus, d. h. die Antriebswelle 22 gibt die Energie in dem Bereich Ge aus.Fig. 11 is a graph schematically illustrating an amount of energy regenerated by the clutch motor 30 and an amount of energy consumed by the assist motor 40. As clearly shown in Fig. 11, the gasoline engine 50 rotating at an engine speed Ne and an engine torque Te generates energy corresponding to an area Ge. Assuming that the drive shaft 22 rotates at a rotational speed Nd opposite to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, the latter control (control of steps S220 to S228) enables the clutch motor 30 to regenerate energy corresponding to the sum of the areas (Ge + Gm) as electric energy. The regenerated energy is supplied to the assist motor 40, which consumes energy corresponding to the sum of the areas (Gd + Gm). This means that the energy in the region Ge is converted into that in the region Gd. The drive shaft 22 therefore outputs the torque difference (Tc - Ta) as the output torque Td, i.e., the drive shaft 22 outputs the energy in the region Ge.
Es existiert ein gewisser Energieverlustbetrag bei dem Vorgang des Regenerierens von elektrischer Energie im Kupplungsmotor 30, des Übertragens der regenerierten Leistung an den Unterstützungsmotor 40, und des Verbrauchens der übertragenen Leistung im Unterstutzungsmotor 40. Es ist somit selten, daß die Energie in dem Bereich Ge im praktischen Betrieb vollständig mit der Energie in dem Bereich Gd übereinstimmt. Der Energieverlust im Kupplungsmotor 30 und im Unterstützungsmotor 40 ist jedoch vergleichsweise gering, da einige neuerdings entwickelte Synchronmotoren einen Wirkungsgrad sehr nahe bei 1 haben.There is a certain amount of energy loss in the process of regenerating electric energy in the clutch motor 30, transmitting the regenerated power to the assist motor 40, and consuming of the transmitted power in the assist motor 40. It is thus rare that the energy in the region Ge completely coincides with the energy in the region Gd in practical operation. However, the energy loss in the clutch motor 30 and in the assist motor 40 is comparatively small, since some recently developed synchronous motors have an efficiency very close to 1.
Fig. 12(a) zeigt einen Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30, dem Unterstützungsmotor 40 und der Batterie 94. In Fig. 12 zeigt der durchgezogene Pfeil einen Fluß von mechanischer Energie, und der gestrichelte Pfeil zeigt einen Fluß von elektrischer Energie.Fig. 12(a) shows a flow of energy between the gasoline engine 50, the clutch motor 30, the assist motor 40 and the battery 94. In Fig. 12, the solid arrow shows a flow of mechanical energy, and the dashed arrow shows a flow of electrical energy.
Wie in Fig. 12(a) gezeigt ist, erhält der Kupplungsmotor 30 vom Benzinmotor 50 erzeugte mechanische Energie Te · Ne in dem Bereich Ge und vom Unterstützungsmotor 40 übertragene mechanische Energie Tc · Nd in dem Bereich Gm. Der Kupplungsmotor 30 wandelt die gesamte mechanische Energie in elektrische Energie Tc · Nc entsprechend der Summe der Bereiche Gm + Ge um. Die umgewandelte elektrische Energie wird an den Unterstützungsmotor 40 geliefert. Der Unterstützungsmotor 40 wandelt daraufhin die vom Kupplungsmotor 30 gelieferte elektrische Energie in mechanische Energie Ta · Nd entsprechend der Summe der Bereiche Gm + Gd um. Ein Teil der mechanischen Energie Tc · Nd, der dem Bereich Gm entspricht, wird auf den Kupplungsmotor 30 übertragen, während die restliche mechanische Energie Td · Nd, die dem Bereich Gd entspricht, von der Antriebswelle 22 abgegeben wird.As shown in Fig. 12(a), the clutch motor 30 receives mechanical energy Te · Ne generated by the gasoline engine 50 in the region Ge and mechanical energy Tc · Nd transmitted from the assist motor 40 in the region Gm. The clutch motor 30 converts all of the mechanical energy into electrical energy Tc · Nc corresponding to the sum of the regions Gm + Ge. The converted electrical energy is supplied to the assist motor 40. The assist motor 40 then converts the electrical energy supplied from the clutch motor 30 into mechanical energy Ta · Nd corresponding to the sum of the regions Gm + Gd. A part of the mechanical energy Tc · Nd corresponding to the region Gm is transmitted to the clutch motor 30, while the remaining mechanical energy Td · Nd corresponding to the region Gd is output from the drive shaft 22.
Der obenstehende Vorgang ermöglicht es der Antriebswelle 22, entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen, wodurch das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung bewegt wird. Die zum Antreiben des Fahrzeugs im Rückwärtsgang erforderliche Energie wird in erster Linie durch die in der Batterie 94 gespeicherte elektrische Energie abgedeckt. Wenn die Batterie 94 keine ausreichende Restkapazität aufweist, wird die vom Kupplungsmotor 30 regenerierte elektrische Energie dazu verwendet, das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung zu bewegen. Dieser Aufbau ermöglicht es, daß das Fahrzeug im Rückwärtsgang angetrieben wird, ohne daß eine unerwünscht hohe Last an die Batterie 94 gelegt wird. Der Aufbau erfordert keinerlei besondere Räder für die Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs und verringert daher das Gesamtgewicht von Gerätschaft, die in dem Fahrzeug installiert ist, spart Zeit und Arbeit für den Zusammenbau, und senkt die Herstellungskosten.The above process allows the drive shaft 22 to rotate opposite to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, thereby driving the vehicle in The energy required to drive the vehicle in reverse is primarily supplied by the electric energy stored in the battery 94. When the battery 94 does not have sufficient remaining capacity, the electric energy regenerated by the clutch motor 30 is used to drive the vehicle in reverse. This structure enables the vehicle to be driven in reverse without placing an undesirably high load on the battery 94. The structure does not require any special wheels for moving the vehicle backwards and therefore reduces the overall weight of equipment installed in the vehicle, saves time and labor for assembly, and lowers manufacturing costs.
Wie obenstehend erläutert wurde, kann der Aufbau der ersten Ausführungsform wirkungsvoll die vom Benzinmotor 50 erzeugte Leistung übertragen oder anwenden, wodurch der Kraftstoffverbrauch verbessert wird. Der Aufbau ermöglicht es auch, daß die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 dreht, um das Fahrzeug im Rückwärtsgang zu bewegen.As explained above, the structure of the first embodiment can effectively transmit or apply the power generated by the gasoline engine 50, thereby improving fuel consumption. The structure also allows the drive shaft 22 to rotate in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 to move the vehicle in reverse.
Gemäß einer möglichen Modifikation kann die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 (Kraftmaschinendrehzahl) in Schritt S222 im Ablaufdiagramm von Fig. 10 weiter auf ein höheres Niveau erhöht werden, wenn die Restkapazität BRM der Batterie 94 nicht über dem Bezugsmindestniveau Bmin liegt. Dies verstärkt die vom Benzinmotor 50 gelieferte Energie und befähigt den Kupplungsmotor 30, mehr elektrische Energie als die vom Unterstützungsmotor 40 verbrauchte Energie zu regenerieren. Daher kann die Batterie 94 mit dem Überschuß an elektrischer Energie geladen werden. In diesem Fall ist ein Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 5U, aem Kupplungsmotor 30, dem Unterstützungsmotor 40 und der Batterie 94 gemäß der Darstellung in Fig. 12(b).According to a possible modification, the rotation speed Ne of the gasoline engine 50 (engine speed) may be further increased to a higher level in step S222 in the flowchart of Fig. 10 when the remaining capacity BRM of the battery 94 is not above the reference minimum level Bmin. This increases the power supplied by the gasoline engine 50 and enables the clutch motor 30 to regenerate more electric energy than the energy consumed by the assist motor 40. Therefore, the battery 94 can be charged with the excess electric energy. In this case, an energy flow between the gasoline engine 5U, the clutch motor 30, the assist motor 40 and the battery 94 as shown in Fig. 12(b).
Gemäß einer weiteren möglichen Modifikation, kann der Unterstützungsmotor 40 mit der in der Batterie 94 gespeicherten elektrischen Energie wie auch mit der vom Kupplungsmotor 30 regenerierten elektrischen Energie angetrieben werden, um die Antriebswelle 22 in die Rückwärtsrichtung zu drehen, wenn die Batterie 94 mit einer Restkapazität BRM, die nicht über dem Bezugsmindestniveau Bmin liegt, noch über eine geringe Energie verfügt. In diesem Fall ist ein Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30, dem Unterstützungsmotor 40 und der Batterie 94 gemäß der Darstellung in Fig. 12(c).According to another possible modification, the assist motor 40 can be driven with the electric energy stored in the battery 94 as well as with the electric energy regenerated by the clutch motor 30 to rotate the drive shaft 22 in the reverse direction when the battery 94 still has a small energy with a remaining capacity BRM not exceeding the reference minimum level Bmin. In this case, an energy flow is between the gasoline engine 50, the clutch motor 30, the assist motor 40 and the battery 94 as shown in Fig. 12(c).
Die Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform kann eine weitere Anwendung finden, die als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben ist. Bei der ersten Ausführungsform wird der Unterstützungsmotor 40 so gesteuert, daß er den umgekehrten Leistungsbetrieb durchführt, um das Fahrzeug in der Rückwärtsrichtung zu bewegen. Das Fahrzeug kann jedoch im Rückwärtsgang durch den Leistungsbetrieb des Kupplungsmotors 30 angetrieben werden. In der zweiten Ausführungsform wird der Kupplungsmotor 30 so gesteuert, daß er den Leistungsbetrieb mit der in der Batterie 94 gespeicherten elektrischen Energie durchführt, während die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 angehalten ist. Der Kupplungsmotor 30 erzeugt somit ein Drehmoment, das nicht größer als das maximale statische Haftreibungsmoment der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 ist, und erlaubt es der Antriebswelle 22, entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 zu drehen.The power output device 20 of the first embodiment can find another application, which is given as a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the assist motor 40 is controlled to perform the reverse power operation to move the vehicle in the reverse direction. However, the vehicle can be driven in reverse by the power operation of the clutch motor 30. In the second embodiment, the clutch motor 30 is controlled to perform the power operation with the electric energy stored in the battery 94 while the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 is stopped. The clutch motor 30 thus generates a torque not greater than the maximum static friction torque of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 and allows the drive shaft 22 to rotate opposite to the original rotation of the crankshaft 56.
Fig. 13 zeigt Drehmomente, die bei der zweiten Ausführungsform an die jeweiligen Wellen der Leistungsabgabevorrichtung gelegt werden. Bei dem Aufbau der zweiten Ausführungsform hat die Kurbelwelle 56, die ursprünglich in der Richtung des gestrichpunkteten offenen Pfeils dreht, ihre Drehung beendet, und die Drehgeschwindigkeit Ne der Kurbelwelle 56 (Kraftmaschinendrehzahl) ist gleich Null. Der Kupplungsmotor 30 wird so gesteuert, daß er den Leistungsbetrieb durchführt und die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 dreht, wie durch den durchgezogenen offenen Pfeil in Fig. 13 gezeigt ist. Unter solchen Bedingungen werden die folgenden Drehmomente an die Kurbelwelle 56 und die Antriebswelle 22 gelegt. Die Kurbelwelle 56 erhält das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment Tc und ein statisches Haftreibungsmoment Tef der Kurbelwelle 56, die in entgegengesetzte Richtungen wirken und einander aufheben. Die Antriebswelle 22 erhält das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment Tc und ein Haftreibungsmoment Tdf der Antriebswelle 22, die in entgegengesetzte Richtungen wirken und einander aufheben. Das an die Kurbelwelle 56 gelegte Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 ist eine Gegenkraft zu dem an die Antriebswelle 22 gelegten Drehmoment Tc.Fig. 13 shows torques applied to the respective shafts of the power output device in the second embodiment. In the structure of the second embodiment, the crankshaft 56, which originally rotates in the direction of the dot-dash open arrow, has finished rotating, and the rotation speed Ne of the crankshaft 56 (engine speed) is zero. The clutch motor 30 is controlled to perform the power operation and rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the original rotation of the crankshaft 56, as shown by the solid open arrow in Fig. 13. Under such conditions, the following torques are applied to the crankshaft 56 and the drive shaft 22. The crankshaft 56 receives the torque Tc generated by the clutch motor 30 and a static friction torque Tef of the crankshaft 56, which act in opposite directions and cancel each other. The drive shaft 22 receives the torque Tc generated by the clutch motor 30 and a static friction torque Tdf of the drive shaft 22, which act in opposite directions and cancel each other out. The torque Tc of the clutch motor 30 applied to the crankshaft 56 is a counterforce to the torque Tc applied to the drive shaft 22.
Die Bedingung, die erforderlich ist, um den Kupplungsmotor 30 daran zu hindern, die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen, ist folgendermaßen angegeben:The condition required to prevent the clutch motor 30 from rotating the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 is given as follows:
Tefmax ≥ Tef = Tc (5)Tefmax ≥ Tef = Tc (5)
wobei Tefmax das maximale statische Haftreibungsmoment der Kurbelwelle 56 bezeichnet.where Tefmax denotes the maximum static friction moment of the crankshaft 56.
Die Bedingung, die erforderlich ist, um die Antriebswelle 22 zu einer Drehung entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 zu befähigen, ist folgendermaßen angegeben:The condition required to enable the drive shaft 22 to rotate opposite to the original rotation of the crankshaft 56 is given as follows:
Td > 0 (6),Td > 0 (6),
wobei Td das Ausgangsdrehmoment der Antriebswelle 22 bezeichnet, das gleich Tc-Tdf ist. Der Ausdruck (6) wird daher geschrieben als:where Td denotes the output torque of the drive shaft 22, which is equal to Tc-Tdf. The expression (6) is therefore written as:
Tc > Tdf (7)Tc > Tdf (7)
Die Ausdrücke (5) und (7) können kombiniert und geschrieben werden als:Expressions (5) and (7) can be combined and written as:
Tefmax ≤ Tc < Tdf (8)Tefmax ≤ Tc < Tdf (8)
Wenn die Bedingungen von Ausdruck (8) erfüllt sind, kann der Kupplungsmotor 30 die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 drehen, ohne die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Das maximale statische Haftreibungsmoment der Kurbelwelle 56 beinhaltet nicht nur ein durch die tatsächliche Reibung erzeugtes Drehmoment, sondern auch ein Drehmoment infolge des Widerstands, der bei dem Vorgang des Verdichtens der Luft in einem Zylinder mit einem Kolben im Benzinmotor 50 erzeugt wird.When the conditions of expression (8) are satisfied, the clutch motor 30 can rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the original rotation of the crankshaft 56 without rotating the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. The maximum static friction torque of the crankshaft 56 includes not only a torque generated by the actual friction but also a torque due to the resistance generated in the process of compressing the air in a cylinder with a piston in the gasoline engine 50.
Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der zweiten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 ausgeführt wird, um das Fahrzeug im Rückwärtsgang anzutreiben. Diese Steuerroutine wird unter der Voraussetzung durchgeführt, daß der Benzinmotor 50 seinen Betrieb eingestellt hat, und daß die Kurbelwelle 56 ihre Drehung eingestellt hat. Auf die gleiche Weise wie die Steuerroutine von Fig. 10, wenn das Programm in die Routine eintritt, liest die Steuerungs-CPU 90 des Controller 80 zuerst in Schritt S300 die vom Wählhebelstellungssensor 84 ausgegebene Wählhebelstellung SP ein und bestimmt in Schritt S302, ob sich der Wählhebel 82 in der Rückwärtsgangstellung befindet. Wenn sich der Wählhebel 82 in der Rückwärtsgangstellung befindet, geht das Programm weiter zu Schritt S306. Wenn sich der Wählhebel 82 hingegen nicht in der Rückwärtsgangstellung befindet, verläßt das Programm die Routine.Fig. 14 is a flowchart showing a control procedure of the second embodiment, which is executed by the control CPU 90 to drive the vehicle in reverse. This control routine is executed on the assumption that the gasoline engine 50 has stopped its operation and that the crankshaft 56 has stopped rotating. In the same manner as the control routine of Fig. 10, when the program enters the routine, the control CPU 90 of the controller 80 first reads the select lever position SP output from the select lever position sensor 84 in step S300 and determines whether the select lever 82 is in the reverse gear position in step S302. If the select lever 82 is in the reverse gear position, the program proceeds to step S306. On the other hand, if the select lever 82 is not in the reverse gear position, the program exits the routine.
Die Steuerungs-CPU 90 liest in Schritt S306 die vom Fahrpedalstellungssensor 65 ausgegebene Fahrpedalstellung AP ein und berechnet in Schritt S308 den Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* (der Antriebswelle 22) entsprechend der eingegebenen Fahrpedalstellung AP. Wie der in Schritt S208 im Ablaufdiagramm von Fig. 10 berechnete Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* weist der in Schritt S308 berechnete Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* ein negatives Vorzeichen auf, wohingegen der in Schritt S102 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 berechnete Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* ein positives Vorzeichen aufweist.The control CPU 90 reads the accelerator pedal position AP output from the accelerator pedal position sensor 65 in step S306, and calculates the output torque command value Td* (of the drive shaft 22) in accordance with the input accelerator pedal position AP in step S308. Like the output torque command value Td* calculated in step S208 in the flowchart of Fig. 10, the output torque command value Td* calculated in step S308 has a negative sign, whereas the output torque command value Td* calculated in step S102 in the flowchart of Fig. 6 has a positive sign.
In Schritt S310 erhält die Steuerungs-CPU 90 den Ausgang der Restkapazität-Meßeinrichtung 99 und vergleicht die Restkapazität BRM der Batterie 94 mit dem Bezugsmindestniveau Bmin. Wenn die Restkapazität BRM über dem Bezugsmindestniveau Bmin liegt, bestimmt das Programm, daß die Restkapazität BRM der Batterie 94 ausreichend ist, und geht weiter zu Schritt S312. Wenn die Restkapazität BRM hingegen nicht über dem Bezugsmindestniveau Bmin liegt, bestimmt das Programm, daß die Restkapazität BRM der Batterie 94 ungenügend ist, und verläßt die Routine. Die Steuerroutine der zweiten Ausführungsform wird unter der Voraussetzung durchgeführt, daß die in der Batterie 94 gespeicherte elektrische Energie für den Leistungsbetrieb des Kupplungsmotors 30 verwendet wird. Das Programm beendet somit die Verarbeitung, wenn die Restkapazität BRM der Batterie 94 ungenügend ist.In step S310, the control CPU 90 receives the output of the remaining capacity measuring device 99 and compares the remaining capacity BRM of the battery 94 with the reference minimum level Bmin. If the remaining capacity BRM is above the reference minimum level Bmin, the program determines that the remaining capacity BRM of the battery 94 is sufficient and proceeds to step S312. On the other hand, if the remaining capacity BRM is not above the reference minimum level Bmin, the program determines that the remaining capacity BRM of the battery 94 is insufficient and exits the routine. The control routine of the second embodiment is under the assumption that the electric energy stored in the battery 94 is used for the power operation of the clutch motor 30. The program thus terminates the processing when the remaining capacity BRM of the battery 94 is insufficient.
In Schritt S312 wird der in Schritt S308 berechnete Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* mit einem vorgegebenen maximalen statischen Haftreibungsmoment Tefmax der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 verglichen. Wenn der Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* gleich oder weniger als das maximale statische Haftreibungsmoment Tefmax ist, geht das Programm zu Schritt S314 über, um den Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem vom Fahrer angeforderten Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* einzustellen. Wenn der Ausgangsdrehmoment-Befehlswert Td* hingegen größer als das maximale statische Haftreibungsmoment Tefmax ist, wird der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 gleich dem maximalen statischen Haftreibungsmoment Tefmax in Schritt S316 eingestellt, damit die Bedingungen von Ausdruck (8) erfüllt sind.In step S312, the output torque command value Td* calculated in step S308 is compared with a predetermined maximum static friction torque Tefmax of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. If the output torque command value Td* is equal to or less than the maximum static friction torque Tefmax, the program proceeds to step S314 to set the torque command value Tc* of the clutch motor 30 equal to the output torque command value Td* requested by the driver. On the other hand, if the output torque command value Td* is greater than the maximum static friction torque Tefmax, the torque command value Tc* of the clutch motor 30 is set equal to the maximum static friction torque Tefmax in step S316 so that the conditions of expression (8) are satisfied.
Nach dem Einstellen des Drehmomentbefehlswerts Tc* des Kupplungsmotors 30 geht das Programm zu Schritt S318 weiter, um den Kupplungsmotor 30 basierend auf dem entweder in Schritt S314 oder in Schritt S316 eingestellten Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 zu steuern. Die konkrete Prozedur der Kupplungsmotorsteuerung ist identisch mit der im Ablaufdiagramm von Fig. 7 gezeigten.After setting the torque command value Tc* of the clutch motor 30, the program proceeds to step S318 to control the clutch motor 30 based on the torque command value Tc* of the clutch motor 30 set in either step S314 or step S316. The concrete procedure of the clutch motor control is identical to that shown in the flowchart of Fig. 7.
Gemäß der obenstehend erläuterten Steuerroutine kann der Kupplungsmotor 30 die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 drehen, ohne die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen, wodurch das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung bewegt wird.According to the control routine explained above, the clutch motor 30 can rotate the drive shaft 22 opposite to the original rotation of the crankshaft 56 without rotating the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, thereby moving the vehicle in reverse.
Obgleich der Betrieb des Unterstützungsmotors 40 in der obenstehenden Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist, kann der Unterstützungsmotor 40 sich nach jeder der nachfolgend angegebenen Optionen richten. Die erste Option ist es, den Unterstützungsmotor 40 im Ruhezustand zu halten. In diesem Fall wird das Fahrzeug nur vom Kupplungsmotor 30 im Rückwärtsgang angetrieben. Die zweite Option ist es, den Unterstützungsmotor 40 zum Durchführen des Leistungsbetriebs zu veranlassen. In diesem Fall wirkt das vom Unterstützungsmotor 40 erzeugte Drehmoment zum Verstärken der Drehung der Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56. Das Fahrzeug wird somit im Rückwärtsgang sowohl vom Kupplungsmotor 30 als auch dem Unterstützungsmotor 40 angetrieben. Die dritte Option ist es, den Unterstützungsmotor 40 zum Durchführen des Regenerationsbetriebs zu veranlassen. In diesem Fall wirkt das vom Unterstützungsmotor 40 erzeugte Drehmoment in der Richtung, in der das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment aufgehoben wird. Dies resultiert in einer Abnahme des Ausgangsdrehmoments der Antriebswelle 22, jedoch kann die vom Unterstützungsmotor 40 regenerierte elektrische Energie die für die Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs erforderliche Energie teilweise abdecken und somit den Verbrauch von in der Batterie 94 gespeicherter elektrischer Energie verringern.Although the operation of the assist motor 40 is not specifically mentioned in the above description, the assist motor 40 may comply with any of the following options. The first option is to keep the assist motor 40 at rest. In this case, the vehicle is driven only by the clutch motor 30 in reverse. The second option is to cause the assist motor 40 to perform the power operation. In this case, the torque generated by the assist motor 40 acts to amplify the rotation of the drive shaft 22 in the opposite direction to the original rotation of the crankshaft 56. The vehicle is thus driven in reverse by both the clutch motor 30 and the assist motor 40. The third option is to cause the assist motor 40 to perform the regeneration operation. In this case, the torque generated by the assist motor 40 acts in the direction in which the torque generated by the clutch motor 30 is cancelled. This results in a decrease in the output torque of the drive shaft 22, but the electric energy regenerated by the assist motor 40 can partially cover the energy required for the vehicle to move backwards, thus reducing the consumption of electric energy stored in the battery 94.
Obgleich die Leistungsabgabevorrichtung 20 in der obenstehenden Beschreibung auf die Steuerung der zweiten Ausführungsform angewendet wird, ist die zweite Ausführungsform nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Beispielsweise ist der Unterstützungsmotor kein wesentlicher Bestandteil bei dem Vorgang, bei dem das Fahrzeug vom Kupplungsmotor 30 in Rückwärtsrichtung bewegt wird, solange die Leistungsabgabevorrichtung den Kupplungsmotor 30, den Benzinmotor 50 und die Batterie 94 beinhaltet.Although the power output device 20 is applied to the controller of the second embodiment in the above description, the second embodiment is not limited to this structure. For example, the assist motor is not an essential part of the process of moving the vehicle in reverse by the clutch motor 30 as long as the power output device includes the clutch motor 30, the gasoline engine 50 and the battery 94.
In der zweiten Ausführungsform wird der Kupplungsmotor 30 so gesteuert, daß er die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 dreht, während die Kurbelwelle 56 angehalten ist. Die Kurbelwelle 56 kann jedoch während des Steuervorgangs gedreht werden. Der Kupplungsmotor 30 kann die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 drehen, solange die Kurbelwelle 56 das Drehmoment mit einer Größe erhält, die gleich oder größer als das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment Tc ist, aber entgegengesetzt zum Drehmoment Tc wirkt. Es macht daher keinen Unterschied, ob die Kurbelwelle 56 dreht oder nicht.In the second embodiment, the clutch motor 30 is controlled to rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the original rotation of the crankshaft 56 while the crankshaft 56 is stopped. However, the crankshaft 56 may be rotated during the control operation. The clutch motor 30 may rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the original rotation of the crankshaft 56 as long as the crankshaft 56 receives the torque having a magnitude equal to or greater than the torque Tc generated by the clutch motor 30 but acting in the opposite direction to the torque Tc. Therefore, it makes no difference whether the crankshaft 56 rotates or not.
Wenn der Kupplungsmotor 30 die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 dreht, während die Kurbelwelle 56 dreht, erhält die Kurbelwelle 56 ein kinetisches Haftreibungsmoment der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50, das entgegengesetzt zum Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 wirkt und das Drehmoment Tc aufhebt. Unter solchen Bedingungen macht es keinen Unterschied, ob der Benzinmotor 50 angetrieben wird oder nicht, da der Benzinmotor 50 in einen Zustand eintritt, der dem Bremsen ähnlich ist. Das kinetische Haftreibungsmoment der Kurbelwelle 56 beinhaltet nicht nur ein durch die tatsächliche Reibung erzeugtes Drehmoment, sondern auch Drehmomente infolge des Widerstands, der bei dem Vorgang des Verdichtens von Luft in einem Zylinder durch einen Kolben im Benzinmotor 50 erzeugt wird, oder des Widerstands, der bei dem Vorgang des Aufnehmens von Luft in den Zylinder erzeugt wird. Wenn der Benzinmotor 50 die Funktion einer Auspuffbremse besitzt, kann durch den Betrieb der Auspuffbremse ein hohes Drehmoment erzeugt werden.When the clutch motor 30 rotates the drive shaft 22 opposite to the original rotation of the crankshaft 56 while the crankshaft 56 is rotating, the crankshaft 56 receives a kinetic stiction torque of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 that acts opposite to the torque Tc of the clutch motor 30 and cancels the torque Tc. Under such conditions, it makes no difference whether the gasoline engine 50 is driven or not because the gasoline engine 50 enters a state similar to braking. The kinetic stiction torque of the crankshaft 56 includes not only a torque generated by actual friction but also torques due to the resistance generated in the process of compressing air in a cylinder by a piston in the gasoline engine 50. or the resistance generated in the process of taking air into the cylinder. When the gasoline engine 50 has the function of an exhaust brake, a high torque can be generated by the operation of the exhaust brake.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20 der ersten Ausführungsform kann eine weitere Anwendung finden, die als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben ist. Um die Geschwindigkeit des im Rückwärtsgang fahrenden Fahrzeugs zu reduzieren, d. h. um die entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 drehende Antriebswelle 22 abzubremsen, ist es erforderlich, daß entweder der Unterstützungsmotor 40 oder der Kupplungsmotor 30 den Regenerationsbetrieb durchführt und regeneratives Bremsen ausführt. Wenn die Restkapazität BRM der Batterie 94 gleich oder größer als ein maximaler Bezugspegel Bmax ist, befindet sich die Batterie 94 im voll aufgeladenen Zustand und kann keine zusätzliche elektrische Energie speichern. Dies bedeutet, daß die Batterie 94 die entweder vom Unterstützungsmotor 40 oder vom Kupplungsmotor 30 regenerierte elektrische Energie nicht aufnehmen kann. Nichtaufnahme der regenerierten Leistung führt zu einer Verringerung der Geschwindigkeit des im Rückwärtsgang fahrenden Fahrzeugs. In der dritten Ausführungsform wird der Unterstützungsmotor 40 so gesteuert, daß er im Ruhezustand des Benzinmotors 50 den Regenerationsbetrieb durchführt und eine regenerative Bremskraft an die Antriebswelle 22 legt, während die vom Unterstützungsmotor 40 regenerierte elektrische Energie an den Kupplungsmotor 30 geliefert wird, der daraufhin den Leistungsbetrieb mit der regenerierten Leistung durchführt.The power output device 20 of the first embodiment can find another application, which is given as a third embodiment of the present invention. In order to reduce the speed of the vehicle traveling in reverse, that is, to brake the drive shaft 22 rotating in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, it is necessary that either the assist motor 40 or the clutch motor 30 performs the regeneration operation and carries out regenerative braking. When the remaining capacity BRM of the battery 94 is equal to or greater than a maximum reference level Bmax, the battery 94 is in the fully charged state and cannot store additional electric energy. This means that the battery 94 cannot absorb the electric energy regenerated by either the assist motor 40 or the clutch motor 30. Failure to use the regenerated power results in a reduction in the speed of the vehicle traveling in reverse. In the third embodiment, the assist motor 40 is controlled to perform the regenerative operation when the gasoline engine 50 is at rest and to apply a regenerative braking force to the drive shaft 22, while the electric power regenerated by the assist motor 40 is supplied to the clutch motor 30, which then performs the power operation with the regenerated power.
Fig. 15 zeigt Drehmomente, die in der dritten Ausführungsform an die jeweiligen Wellen der Leistungsabgabevorrichtung angelegt werden. Bei dem Aufbau der dritten Ausführungsform befindet sich der Benzinmotor 50 im Ruhezustand, und die Kurbelwelle 56, die ursprünglich in der Richtung des gestrichelten offenen Pfeils dreht, hat ihre Drehung eingestellt (Kraftmaschinendrehzahl Ne = 0). Die Antriebswelle 22 wird entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 gedreht, wie durch den durchgezogenen offenen Pfeil in Fig. 15 gezeigt ist. Unter der Bedingung, daß der Unterstützungsmotor 40 den Regenerationsbetrieb durchführt, und daß der Kupplungsmotor 30 den Leistungsbetrieb durchführt, werden die folgenden Drehmomente an die Kurbelwelle 56 und die Antriebswelle 22 gelegt. Wie bei der in Fig. 13 gezeigten zweiten Ausführungsform erhält die Kurbelwelle 56 das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment Tc und das statische Haftreibungsmoment Tef der Kurbelwelle 56, die in entgegengesetzten Richtungen wirken und sich gegenseitig aufheben. Die Antriebswelle 22 erhält das vom Kupplungsmotor 30 erzeugte Drehmoment Tc und das vom Unterstützungsmotor 40 erzeugte Drehmoment Ta. Das Drehmoment Tc wirkt in der Richtung einer Verstärkung der Drehung der Antriebswelle 22, während das Drehmoment Ta in der Richtung des Abbremsens der Drehung der Antriebswelle 22 wirkt. Das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 ist somit entgegengesetzt zur Richtung des Drehmoments Ta des Unterstützungsmotors 40. Das an die Kurbelwelle 56 gelegte Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 ist eine Gegenkraft zu dem an die Antriebswelle 22 gelegten Drehmoment Tc. Die Erklärung berücksichtigt das Haftreibungsmoment der Antriebswelle 22 nicht.Fig. 15 shows torques applied to the respective shafts of the power output device in the third embodiment. In the structure of the third embodiment, the gasoline engine 50 is in the rest state, and the crankshaft 56, which originally rotates in the direction of the dashed open arrow, has stopped rotating (engine speed Ne = 0). The drive shaft 22 is rotated opposite to the original rotation of the crankshaft 56 as shown by the solid open arrow in Fig. 15. Under the condition that the assist motor 40 performs the regeneration operation and that the clutch motor 30 performs the power operation, the following torques are applied to the crankshaft 56 and the drive shaft 22. As in the second embodiment shown in Fig. 13, the crankshaft 56 receives the torque Tc generated by the clutch motor 30 and the static friction torque Tef of the crankshaft 56, which act in opposite directions and cancel each other out. The drive shaft 22 receives the torque Tc generated by the clutch motor 30 and the torque Ta generated by the assist motor 40. The torque Tc acts in the direction of increasing the rotation of the drive shaft 22, while the torque Ta acts in the direction of decelerating the rotation of the drive shaft 22. The torque Tc of the clutch motor 30 is thus opposite to the direction of the torque Ta of the assist motor 40. The torque Tc of the clutch motor 30 applied to the crankshaft 56 is a counterforce to the torque Tc applied to the drive shaft 22. The explanation does not take into account the static friction moment of the drive shaft 22.
Die vom Unterstützungsmotor 40 als elektrische Energie regenerierte Energie Pa ist ausgedrückt als:The energy Pa regenerated by the assist motor 40 as electrical energy is expressed as:
Pa = Ksa · Ta · Nd (9)Pa = Ksa · Ta · Nd (9)
wobei Ksa einen Wirkungsgrad des Regenerationsbetriebs im Unterstützungsmotor 40 bezeichnet, und Nd für die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 22 steht.where Ksa denotes an efficiency of the regeneration operation in the assist motor 40, and Nd stands for the rotational speed of the drive shaft 22.
Vom Kupplungsmotor 30 verbrauchte Energie Pc ist angegeben als:Energy Pc consumed by the clutch motor 30 is given as:
Pc = (1/ksc) · Tc · Nc (10),Pc = (1/ksc) Tc Nc (10),
wobei ksc einen Wirkungsgrad des Leistungsbetriebs im Kupplungsmotor 30 bezeichnet, und Nc für die Drehgeschwindigkeit des Kupplungsmotors 30 (d. h. die Drehgeschwindigkeitdifferenz zwischen der Kurbelwelle 56 und der Antriebswelle 22) steht.where ksc denotes a power operation efficiency in the clutch motor 30, and Nc represents the rotational speed of the clutch motor 30 (i.e., the rotational speed difference between the crankshaft 56 and the drive shaft 22).
Es existiert ein gewisser Energieverlustbetrag in dem Vorgang des Übertragens der vom Unterstützungsmotor 40 als elektrische Energie regenerierten Energie auf den Kupplungsmotor 30. Die vom Unterstützungsmotor 40 erzeugte Energie Pa ist demzufolge größer als die vom Kupplungsmotor 30 verbrauchte Energie Pc:There is a certain amount of energy loss in the process of transferring the energy regenerated by the assist motor 40 as electric energy to the clutch motor 30. The energy Pa generated by the assist motor 40 is therefore larger than the energy Pc consumed by the clutch motor 30:
Pa > Pc (11)Pa > Pc (11)
Da die Kurbelwelle 56 ihre Drehung eingestellt hat, ist die Drehgeschwindigkeit Nc des Kupplungsmotors 30 gleich der Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Setzt man die Gleichungen (9) und (10) in Ausdruck (11) ein, ergibt sich:Since the crankshaft 56 has stopped rotating, the rotational speed Nc of the clutch motor 30 is equal to the rotational speed Nd of the drive shaft 22. Substituting equations (9) and (10) into expression (11) gives:
Ksa x Ta > (1/ksc) · Tc (12)Ksa x Ta > (1/ksc) Tc (12)
Unter der Annahme, daß sowohl der Wirkungsgrad des Regenerationsbetriebs Ksa im Unterstützungsmotor 40 als auch der Wirkungsgrad des Leistungsbetriebs ksc im Kupplungsmotor 30 nahe bei dem Wert '1' liegen, wird der Ausdruck (12) weiterhin umgeschrieben als:Assuming that both the efficiency of the regeneration operation Ksa in the assist motor 40 and the efficiency of the power operation ksc in the clutch motor 30 are close to the value '1', the expression (12) is further rewritten as:
Ta > Tc (13)Ta > Tc (13)
Wie in Fig. 15 deutlich gezeigt ist, ist das Ausgangsdrehmoment Td der Antriebswelle 22 gleich Ta - Tc. Der Ausdruck (13) wird daher weiter geändert zu:As clearly shown in Fig. 15, the output torque Td of the drive shaft 22 is Ta - Tc. The expression (13) is therefore further modified to:
Td = Ta - Tc > 0 (14)Td = Ta - Tc > 0 (14)
Der Ausdruck (14) zeigt, daß das Ausgangsdrehmoment Td entgegengesetzt zur Drehung der Antriebswelle 22 wirkt und daher die Antriebswelle 22 abbremst. D. h., die Antriebswelle 22 erfährt eine Verlangsamung (d. h. eine Beschleunigung entgegengesetzt zur Drehung der Antriebswelle 22), welche die Geschwindigkeit des im Rückwärtsgang fahrenden Fahrzeugs verringert.Expression (14) shows that the output torque Td acts in the opposite direction to the rotation of the drive shaft 22 and therefore decelerates the drive shaft 22. That is, the drive shaft 22 undergoes deceleration (i.e., acceleration in the opposite direction to the rotation of the drive shaft 22), which reduces the speed of the vehicle traveling in reverse.
Wie obenstehend in der zweiten Ausführungsform erläutert ist, sollte die Bedingung des Ausdrucks (5) erfüllt sein, um zu verhindern, daß der Kupplungsmotor 30 die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 dreht.As explained above in the second embodiment, the condition of expression (5) should be satisfied in order to prevent the clutch motor 30 from rotating the crankshaft 56 of the gasoline engine 50.
Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuervorgang der dritten Ausführungsform zeigt, der von der Steuerungs-CPU 90 durchgeführt wird, um die Geschwindigkeit des im Rückwärtsgang fahrenden Fahrzeugs zu verringern. Diese Steuerroutine wird unter der Voraussetzung ausgeführt, daß das Fahrzeug im Rückwärtsgang fährt (d. h. die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 dreht), der Benzinmotor 50 seinen Betrieb eingestellt hat, und die Kurbelwelle 56 ihre Drehung eingestellt hat. Wenn das Programm in die Routine von Fig. 16 eintritt, bestimmt die Steuerungs-CPU 90 zuerst in Schritt S400, ob ein Bremspedal (nicht gezeigt) niedergedrückt wurde. Der Fahrer tritt im allgemeinen auf das Bremspedal, wenn er die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringern oder das Fahrzeug anhalten möchte. Im Ansprechen auf ein Niederdrücken des Bremspedals bestimmt das Programm, daß der Fahrer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringern möchte, und führt den Verringerungsvorgang gemäß der nachfolgenden Beschreibung durch.Fig. 16 is a flow chart showing a control procedure of the third embodiment, which is performed by the control CPU 90 to reduce the speed of the vehicle traveling in reverse. This control routine is executed under the assumption that the vehicle is traveling in reverse (ie, the drive shaft 22 rotates in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56), the gasoline engine 50 is operating has stopped and the crankshaft 56 has stopped rotating. When the program enters the routine of Fig. 16, the control CPU 90 first determines in step S400 whether a brake pedal (not shown) has been depressed. The driver generally depresses the brake pedal when he wishes to reduce the speed of the vehicle or to stop the vehicle. In response to depression of the brake pedal, the program determines that the driver wishes to reduce the speed of the vehicle and performs the reducing operation as described below.
Die Steuerungs-CPU 90 erhält den Ausgang der Restkapazität-Meßeinrichtung 99 und vergleicht die Restkapazität BRM der Batterie 94 mit einem maximalen Bezugspegel Bmax in Schritt S402. Wenn die Restkapazität BRM der Batterie 94 unter dem maximalen Bezugspegel Bmax liegt, bestimmt das Programm, daß die Batterie 94 noch eine geringe Kapazität zum Speichern von zusätzlicher elektrischer Energie besitzt, und verläßt die Routine von Fig. 16. In diesem Fall wird ein anderer Verringerungsvorgang unter Verwendung der Batterie 94 durchgeführt. Beispielsweise wird der Kupplungsmotor 30 oder der Unterstützungsmotor 40 so gesteuert, daß er den Regenerationsbetrieb durchführt und regeneratives Bremsen ausführt, während die regenerierte Leistung in der Batterie 94 gespeichert wird. Wenn die Restkapazität BRM der Batterie 94 hingegen gleich oder größer als der maximale Bezugspegel Bmax ist, bestimmt das Programm, daß die Batterie 94 im voll aufgeladenen Zustand ist und keine weitere elektrische Energie speichern kann, und geht weiter zu Schritt S404.The control CPU 90 receives the output of the remaining capacity measuring device 99 and compares the remaining capacity BRM of the battery 94 with a maximum reference level Bmax in step S402. If the remaining capacity BRM of the battery 94 is below the maximum reference level Bmax, the program determines that the battery 94 still has a small capacity for storing additional electric energy and exits the routine of Fig. 16. In this case, another reduction process is performed using the battery 94. For example, the clutch motor 30 or the assist motor 40 is controlled to perform the regeneration operation and carry out regenerative braking while storing the regenerated power in the battery 94. On the other hand, if the remaining capacity BRM of the battery 94 is equal to or greater than the maximum reference level Bmax, the program determines that the battery 94 is in the fully charged state and cannot store any more electric energy, and proceeds to step S404.
Basierend auf dem maximalen statischen Haftreibungsmoment Tefmax der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 wird der Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 in Schritt S404 so bestimmt, daß die Bedingung von Ausdruck (5) erfüllt ist. Die Steuerungs-CPU 90 erhält daraufhin in Schritt S406 Daten über die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Da die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 sich wie vorausgehend erewähnt im Ruhezustand befindet, ist die Drehgeschwindigkeit Nc des Kupplungsmotors 30 gleich der Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. In Schritt S406 erhält die Steuerungs-CPU 90 somit Daten über die Drehgeschwindigkeit Nc des Kupplungsmotors 30 sowie die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22.Based on the maximum static friction torque Tefmax of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50, the torque command value Tc* of the clutch motor 30 is Step S404 is determined so that the condition of expression (5) is satisfied. The control CPU 90 then receives data on the rotational speed Nd of the drive shaft 22 in step S406. Since the crankshaft 56 of the gasoline engine 50 is in the rest state as mentioned above, the rotational speed Nc of the clutch motor 30 is equal to the rotational speed Nd of the drive shaft 22. In step S406, the control CPU 90 thus receives data on the rotational speed Nc of the clutch motor 30 and the rotational speed Nd of the drive shaft 22.
Im nachfolgenden Schritt S408 berechnet die Steuerungs-CPU 90 die durch den Kupplungsmotor 30 verbrauchte elektrische Energie Pc aus dem in Schritt S404 eingestellten Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30 und der in Schritt S406 eingegebenen Drehgeschwindigkeit Nc des Kupplungsmotors 30 gemäß der obenstehend angegebenen Gleichung (10). Die vom Unterstützungsmotor 40 zu regenerierende elektrische Energie Pa wird in Schritt S410 von der verbrauchten Leistung Pc abgeleitet, indem der Energieverlust beim Übertragungsvorgang berücksichtigt wird. Die Steuerungs-CPU 90 berechnet in Schritt S412 den Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 aus der in Schritt S406 eingelesenen Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 und der in Schritt S410 abgeleiteten regenerierten Leistung Pa gemäß der obenstehend angegebenen Gleichung (9).In the subsequent step S408, the control CPU 90 calculates the electric power Pc consumed by the clutch motor 30 from the torque command value Tc* of the clutch motor 30 set in step S404 and the rotational speed Nc of the clutch motor 30 input in step S406 according to the above-mentioned equation (10). The electric power Pa to be regenerated by the assist motor 40 is derived from the consumed power Pc in step S410 by taking into account the energy loss in the transmission operation. The control CPU 90 calculates the torque command value Ta* of the assist motor 40 in step S412 from the rotational speed Nd of the drive shaft 22 read in step S406 and the regenerated power Pa derived in step S410 according to the above-mentioned equation (9).
In Schritt S414 steuert die Steuerungs-CPU 90 den Kupplungsmotor 30 basierend auf dem in Schritt S404 eingestellten Drehmomentbefehlswert Tc* des Kupplungsmotors 30. Die konkrete Prozedur der Kupplungsmotorsteuerung ist identisch mit der obenstehend gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 7 beschriebenen. Im nachfolgenden Schritt S416 steuert die Steuerungs-CPU 90 den Unterstützungsmotor 40 basierend auf dem in Schritt S412 eingestellten Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40. Die konkrete Prozedur der Unterstützungsmotorsteuerung ist ähnlich der Verarbeitung von Schritt S140 und darauffolgenden Schritten in den Ablaufdiagrammen der Fig. 8 und 9. In dem Ablaufdiagramm von Fig. 16 sind für eine vereinfachte Darstellung die Steueroperationen des Kupplungsmotors 30 und des Unterstützungsmotors 40 als separate Schritte gezeigt. Bei der tatsächlichen Prozedur werden diese Steueroperationen jedoch gemeinschaftlich ausgeführt. Beispielsweise steuert die Steuerungs-CPU 90 gleichzeitig den Kupplungsmotor 30 und den Unterstützungsmotor 40 durch Unterbrechungsverarbeitung.In step S414, the control CPU 90 controls the clutch motor 30 based on the torque command value Tc* of the clutch motor 30 set in step S404. The concrete procedure of the clutch motor control is identical to that described above according to the flowchart of Fig. 7. In the following step S416, the control CPU 90 controls the assist motor 40 based on the torque command value Ta* of the assist motor 40 set in step S412. The concrete procedure of the assist motor control is similar to the processing of step S140 and subsequent steps in the flowcharts of Figs. 8 and 9. In the flowchart of Fig. 16, for convenience of illustration, the control operations of the clutch motor 30 and the assist motor 40 are shown as separate steps. However, in the actual procedure, these control operations are collectively executed. For example, the control CPU 90 simultaneously controls the clutch motor 30 and the assist motor 40 by interrupt processing.
Der obenstehend erläuterte Steuervorgang befähigt den Unterstützungsmotor 40, den Regenerationsbetrieb durchzuführen und eine regeneratives Bremskraft an die Antriebswelle 22 zu legen, und befähigt gleichzeitig den Kupplungsmotor 30, den Leistungsbetrieb auszuführen und die vom Unterstützungsmotor 40 regenerierte elektrische Energie zu verbrauchen. Der Aufbau der dritten Ausführungsform kann die Antriebswelle 22 bremsen und die Geschwindigkeit des im Rückwärtsgang fahrenden Fahrzeugs verringern, während er dem Kupplungsmotor 30 gestattet, die vom Unterstützungsmotor 40 regenerierte elektrische Energie aufzunehmen.The control operation explained above enables the assist motor 40 to perform the regenerative operation and apply a regenerative braking force to the drive shaft 22, and at the same time enables the clutch motor 30 to perform the power operation and consume the electric energy regenerated by the assist motor 40. The structure of the third embodiment can brake the drive shaft 22 and reduce the speed of the vehicle traveling in reverse while allowing the clutch motor 30 to absorb the electric energy regenerated by the assist motor 40.
Die Größe des Ausgangsdrehmoments Td wird durch Steuern der Betriebsbedingungen des Kupplungsmotors 30 und des Unterstützungsmotors 40 variiert, um den Energieverlustbetrag in den jeweiligen Motoren 30 und 40 zu ändern (beispielsweise durch Variieren des Wirkungsgrades des Regenerationsbetriebs Ksa im Unterstützungsmotor 40 und des Wirkungsgrades des Leistungsbetrieb ksc im Kupplungsmotor 30).The magnitude of the output torque Td is varied by controlling the operating conditions of the clutch motor 30 and the assist motor 40 to change the amount of energy loss in the respective motors 30 and 40 (for example, by varying the efficiency of the regenerative operation Ksa in the assist motor 40 and the efficiency of the power operation ksc in the clutch motor 30).
Wie in der zweiten Ausführungsform wird der Steuervorgang der dritten Ausführungsform ausgeführt, während sich die Kurbelwelle 56 im Stillstand befindet. Die Kurbelwelle 56 kann jedoch während des Vorgangs des Bremsens der Antriebswelle 22 und Verringerns der Fahrzeuggeschwindigkeit gedreht werden.As in the second embodiment, the control operation of the third embodiment is carried out while the crankshaft 56 is at a standstill. However, the crankshaft 56 may be rotated during the operation of braking the drive shaft 22 and reducing the vehicle speed.
Fig. 17 veranschaulicht schematisch einen wesentlichen Teil einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20A als einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obleich bei der Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1 der Unterstützungsmotor 40 an der Antriebswelle 22 angebracht ist, ist bei der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 ein Unterstützungsmotor 40A an der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 angebracht.Fig. 17 schematically illustrates an essential part of another power output device 20A as a fourth embodiment of the present invention. Although in the power output device 20 of Fig. 1, the assist motor 40 is attached to the drive shaft 22, in the power output device 20A of Fig. 17, an assist motor 40A is attached to the crankshaft 56 of the gasoline engine 50.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 hat einen Aufbau ähnlich demjenigen der Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1, mit der Ausnahme, daß der Unterstützungsmotor 40A an der zwischen dem Benzinmotor 50 und einem Kupplungsmotor 30A angeordneten Kurbelwelle 56 angebracht ist. In der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 bezeichnen gleiche Ziffern und Symbole gleiche Elemente wie die der Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1. Falls nicht anderweitig angegeben, haben die in der Beschreibung verwendeten Symbole gleiche Bedeutungen.The power output device 20A of Fig. 17 has a structure similar to that of the power output device 20 of Fig. 1, except that the assist motor 40A is mounted on the crankshaft 56 disposed between the gasoline engine 50 and a clutch motor 30A. In the power output device 20A of Fig. 17, like numerals and symbols denote like elements as those of the power output device 20 of Fig. 1. Unless otherwise indicated, the symbols used in the description have like meanings.
Im folgenden wird der wesentliche Betrieb der in Fig. 17 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20A beschrieben. Zuerst wird der Betrieb der vierten Ausführungsform beschrieben, der ausgeführt wird, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben, d. h. um die Antriebswelle 22 in der Drehrichtung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Beispielhaft wird angenommen, daß der Benzinmotor 50 mit einem Drehmoment Te und mit einer Drehgeschwindigkeit Ne angetrieben wird. Wenn durch den mit der Kurbelwelle 56 verbundenen Unterstützungsmotor 40A ein Drehmoment Ta zur Kurbelwelle 56 hinzugefügt wird, wirkt folglich die Summe der Drehmomente (Te + Ta) auf die Kurbelwelle 56. Wenn der Kupplungsmotor 30A gesteuert wird, um das Drehmoment Tc gleich der Summe der Drehmomente (Te + Ta) zu erzeugen, wird das Drehmoment Tc (= Te + Ta) auf die Antriebswelle 22 übertragen.The following describes the essential operation of the power output device 20A shown in Fig. 17. First, the operation of the fourth embodiment which is carried out to drive the vehicle in the forward direction, that is, to rotate the drive shaft 22 in the direction of rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. For example, assume that the gasoline engine 50 is driven with a torque Te and at a rotational speed Ne. Consequently, when a torque Ta is added to the crankshaft 56 by the assist motor 40A connected to the crankshaft 56, the sum of the torques (Te + Ta) acts on the crankshaft 56. When the clutch motor 30A is controlled to produce the torque Tc equal to the sum of the torques (Te + Ta), the torque Tc (= Te + Ta) is transmitted to the drive shaft 22.
Wenn die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 niedriger als die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 ist (Nd < Ne), regeneriert der Kupplungsmotor 30A elektrische Energie basierend auf der Drehgeschwindigkeitdifferenz Nc zwischen der Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 und der Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22. Die regenerierte Leistung wird über die erste und die zweite Ansteuerschaltung 91 und 92 an den Unterstützungsmotor 40A geliefert, um den Unterstützungsmotor 40A zu aktivieren. Unter der Voraussetzung, daß das Drehmoment Ta des Unterstützungsmotors 40A auf einen Wert eingestellt ist, der den Unterstützungsmotor 40A befähigt, die elektrische Energie zu verbrauchen, die im wesentlichen äquivalent zu der vom Kupplungsmotor 30A regenerierten elektrischen Energie ist, wird innerhalb eines Bereiches, der die Beziehung der untenstehend angegebenen Gleichung (15) einhält, eine freie Drehmomentumwandlung für die vom Benzinmotor 50 ausgegebene Energie zugelassen. Da die Beziehung der Gleichung (15) den Idealzustand mit einem Wirkungsgrad von 100% darstellt, ist (Tc · Nd) im tatsächlichen Zustand ein wenig geringer als (Te · Ne).When the rotational speed Nd of the drive shaft 22 is lower than the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 (Nd < Ne), the clutch motor 30A regenerates electric power based on the rotational speed difference Nc between the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 and the rotational speed Nd of the drive shaft 22. The regenerated power is supplied to the assist motor 40A via the first and second drive circuits 91 and 92 to activate the assist motor 40A. Provided that the torque Ta of the assist motor 40A is set to a value that enables the assist motor 40A to consume the electric energy substantially equivalent to the electric energy regenerated by the clutch motor 30A, free torque conversion is permitted for the energy output from the gasoline engine 50 within a range that satisfies the relationship of the equation (15) given below. Since the relationship of the equation (15) represents the ideal state with an efficiency of 100%, (Tc · Nd) is a little less than (Te · Ne) in the actual state.
Te · Ne = Tc · Nd (15)Te · Ne = Tc · Nd (15)
Wenn die Drehgeschwindigkeit Nd der Antriebswelle 22 höher als die Drehgeschwindigkeit Ne des Benzinmotors 50 (Nd > Ne) ist, arbeitet der Kupplungsmotor 30A als ein normaler Motor. Der Kupplungsmotor 30A verstärkt infolgedessen die Drehgeschwindigkeit des Innenrotor 34 relativ zum Außenrotor 32. Unter der Voraussetzung, daß das Drehmoment Ta des Unterstützungsmotors 40A auf einen negativen Wert eingestellt ist, der den Unterstützungsmotor 40A befähigt, elektrische Energie zu regenerieren, die im wesentlichen gleichwertig mit der vom Kupplungsmotor 30A verbrauchten elektrischen Energie ist, wird auch eine freie Drehmomentumwandlung innerhalb eines Bereiches, der die Beziehung der obenstehend angegebenen Gleichung (15) einhält, für die vom Benzinmotor 50 ausgegebene Energie zugelassen.When the rotational speed Nd of the drive shaft 22 is higher than the rotational speed Ne of the gasoline engine 50 (Nd > Ne), the clutch motor 30A operates as a normal motor. The clutch motor 30A consequently increases the rotational speed of the inner rotor 34 relative to the outer rotor 32. Provided that the torque Ta of the assist motor 40A is set to a negative value that enables the assist motor 40A to regenerate electric energy substantially equivalent to the electric energy consumed by the clutch motor 30A, free torque conversion within a range that satisfies the relationship of the above-mentioned equation (15) is also permitted for the energy output from the gasoline engine 50.
Im folgenden wird der Betrieb der vierten Ausführungsform beschrieben, der durchgeführt wird, um das Fahrzeug im Rückwärtsgang anzutreiben, d. h. um die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen. Jeder der nachfolgenden vier Steuervorgänge kann bei dieser Ausführungsform angewendet werden, um das Fahrzeug rückwärts zu bewegen.The following describes the operation of the fourth embodiment, which is performed to drive the vehicle in reverse, i.e., to rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56 of the gasoline engine 50. Any of the following four control operations can be applied to this embodiment to move the vehicle backward.
Gemäß einem ersten Steuervorgang sendet die Steuerungs-CPU 90 durch Kommunikation eine Anweisung an die EFIECU 70. Die EFIECU 70, welche die Anweisung erhält, steuert den Benzinmotor 50, den Betrieb des Benzinmotors 50 und die Drehung der Kurbelwelle 56 einzustellen. Die Steuerungs-CPU 90 steuert daraufhin die zweite Ansteuerschaltung 92, die Kurbelwelle 56 über die elektromagnetische Kupplung des Stators 43 mit dem Rotor 42 im Unterstützungsmotor 40A festzuhalten. Dies wird dadurch erreicht, indem die Dreiphasenwicklungen 44 befähigt werden, kein drehendes Magnetfeld, sondern ein stehendes Magnetfeld zu erzeugen. Die Steuerungs-CPU 90 steuert daraufhin die erste Ansteuerschaltung 91, um den Kupplungsmotor 30A zu befähigen, den Leistungsbetrieb auszuführen und die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 zu drehen. Die in der Batterie 94 gespeicherte elektrische Energie wird verwendet, um den Unterstützungsmotor 40A und den Kupplungsmotor 30A anzutreiben.According to a first control process, the control CPU 90 sends an instruction to the EFIECU 70 by communication. The EFIECU 70, which receives the instruction, controls the gasoline engine 50 to stop the operation of the gasoline engine 50 and the rotation of the crankshaft 56. The control CPU 90 then controls the second drive circuit 92 to hold the crankshaft 56 in the assist motor 40A via the electromagnetic coupling of the stator 43 to the rotor 42. This is achieved by achieved by enabling the three-phase windings 44 to generate not a rotating magnetic field but a standing magnetic field. The control CPU 90 then controls the first drive circuit 91 to enable the clutch motor 30A to perform the power operation and rotate the drive shaft 22 opposite to the original rotation of the crankshaft 56. The electric energy stored in the battery 94 is used to drive the assist motor 40A and the clutch motor 30A.
Fig. 18 zeigt Drehmomente, die bei der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 an die jeweiligen Wellen gelegt werden. Wenn der Kupplungsmotor 30A die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 (durch den gestrichelten offenen Pfeil gezeigt) dreht, wie durch den durchgezogenen offenen Pfeil gezeigt ist, erhält die Kurbelwelle 56 das durch den Kupplungsmotor 30A erzeugte Drehmoment Tc. Das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30A wirkt in der Richtung der ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 und ist entgegengesetzt zu der Richtung des vom Unterstützungsmotor 40A erzeugten Drehmoments Ta. Dies hindert die Kurbelwelle 56 an einer Drehung. Die Antriebswelle 22 kann somit aufgrund der Abstützung durch die stehende Kurbelwelle 56 weiterhin entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 drehen. Unter praktischen Bedingungen erhält die Kurbelwelle 56 auch das vom Benzinmotor 50 erzeugte statische Haftreibungsmoment Tef der Kurbelwelle 56. Die Summe aus dem statischen Haftreibungsmoment Tef und dem Drehmoment Ta des Unterstützungsmotors 40A hebt somit das Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30A auf.Fig. 18 shows torques applied to the respective shafts in the power output device 20A of Fig. 17. When the clutch motor 30A rotates the drive shaft 22 opposite to the original rotation of the crankshaft 56 (shown by the dashed open arrow) as shown by the solid open arrow, the crankshaft 56 receives the torque Tc generated by the clutch motor 30A. The torque Tc of the clutch motor 30A acts in the direction of the original rotation of the crankshaft 56 and is opposite to the direction of the torque Ta generated by the assist motor 40A. This prevents the crankshaft 56 from rotating. The drive shaft 22 can thus continue to rotate opposite to the original rotation of the crankshaft 56 due to the support by the stationary crankshaft 56. Under practical conditions, the crankshaft 56 also receives the static static friction torque Tef of the crankshaft 56 generated by the gasoline engine 50. The sum of the static static friction torque Tef and the torque Ta of the assist motor 40A thus cancels the torque Tc of the clutch motor 30A.
Wenn die elektromagnetische Kupplung des Stators 43 mit dem Rotor 42 im Unterstützungsmotor 40A aufgehoben wird, wirkt nur das statische Haftreibungsmoment Tef der Kurbelwelle 56 im Benzinmotor 50, um die Kurbelwelle 56 festzuhalten. Unter solchen Bedingungen geht die Leistungsabgabevorrichtung 20A in den Zustand über, der mit dem in der zweiten Ausführungsform beschriebenen identisch ist.When the electromagnetic coupling of the stator 43 with the rotor 42 in the assist motor 40A is released, only the static friction torque Tef of the crankshaft 56 in the gasoline engine 50 acts to hold the crankshaft 56. Under such conditions, the power output device 20A enters the state identical to that described in the second embodiment.
Gemäß einem zweiten Steuervorgang steuert die Steuerungs-CPU 90 die zweite Ansteuerschaltung 92, um den Unterstützungsmotor 40A zu befähigen, den Regenerationsbetrieb auszuführen, während der Benzinmotor 50 sich im Betriebszustand befindet und die Kurbelwelle 56 gedreht wird. Die Steuerungs-CPU 90 steuert daraufhin die erste Ansteuerschaltung 91, um den Kupplungsmotor 30A zu befähigen, den Leistungsbetrieb mit der vom Unterstützungsmotor 40A regenerierten elektrischen Energie durchzuführen und die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 zu drehen. In dem zweiten Vorgang wird die in der Batterie 94 gespeicherte elektrische Energie nicht für den Steuervorgang verwendet.According to a second control operation, the control CPU 90 controls the second drive circuit 92 to enable the assist motor 40A to perform the regeneration operation while the gasoline engine 50 is in the operating state and the crankshaft 56 is rotated. The control CPU 90 then controls the first drive circuit 91 to enable the clutch motor 30A to perform the power operation with the electric energy regenerated by the assist motor 40A and to rotate the drive shaft 22 in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56. In the second operation, the electric energy stored in the battery 94 is not used for the control operation.
Fig. 19 zeigt auch Drehmomente, die bei der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 an die jeweiligen Wellen angelegt werden. Wenn der Unterstützungsmotor 40A gesteuert wird, den Regenerationsbetrieb auszuführen, während die Kurbelwelle 56 in der Richtung des geschlossenen Pfeils dreht, erhält die Kurbelwelle 56 das vom Unterstützungsmotor 40A erzeugte regenerative Drehmoment Ta. Zwischenzeitlich führt der Kupplungsmotor 30A den Leistungsbetrieb aus und legt das Drehmoment Tc an die Kurbelwelle 56, die in der Drehrichtung der Kurbelwelle 56 wirkt und das Drehmoment Ta aufhebt (vorausgesetzt, die Kurbelwelle 56 wird mit einer konstanten Drehzahl gedreht). Gemäß dem Gesetz von Aktion und Reaktion legt der Kupplungsmotor 30A auch das Drehmoment Tc an die Antriebswelle 22, das entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 wirkt. Dieses Drehmoment Tc wird als das Ausgangsdrehmoment Td von der Antriebswelle 22 abgegeben.Fig. 19 also shows torques applied to the respective shafts in the power output device 20A of Fig. 17. When the assist motor 40A is controlled to perform the regenerative operation while the crankshaft 56 rotates in the direction of the closed arrow, the crankshaft 56 receives the regenerative torque Ta generated by the assist motor 40A. Meanwhile, the clutch motor 30A performs the power operation and applies the torque Tc to the crankshaft 56, which acts in the rotation direction of the crankshaft 56 and cancels the torque Ta (provided that the crankshaft 56 is rotated at a constant speed). According to the law of action and reaction, the clutch motor 30A also applies the torque Tc to the drive shaft 22 which acts in opposition to the rotation of the crankshaft 56. This torque Tc is output as the output torque Td from the drive shaft 22.
Fig. 20 ist ein Graph, der schematisch einen vom Unterstützungsmotor 40A regenerierten und einen vom Kupplungsmotor 30A verbrauchten Energiebetrag unter der Bedingung von Fig. 19 veranschaulicht. Wie in Fig. 20 deutlich gezeigt ist, erzeugt der mit einer Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und einem Brennkraftmaschinendrehmoment Te drehende Benzinmotor 50 Energie, die einem Bereich Ge entspricht. Der Unterstützungsmotor 40A regeneriert Energie, die der Summe der Bereiche Ge + Gm entspricht, als elektrische Energie. Die regenerierte Leistung wird dem Kupplungsmotor 30A zugeführt, der Energie entsprechend der Summe der Bereiche Gd + Gm erzeugt und die Antriebswelle 22 mit einer Drehgeschwindigkeit Nd entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 dreht. Dies bedeutet, daß die Energie in dem Bereich Ge in diejenige in dem Bereich Gd umgewandelt wird. Die Antriebswelle 22 gibt folglich die Drehmomentdifferenz (Te - Ta) als das Ausgangsdrehmoment Td aus, d. h. die Antriebswelle 22 gibt die Energie in dem Bereich Ge ab.Fig. 20 is a graph schematically illustrating an amount of energy regenerated by the assist motor 40A and an amount of energy consumed by the clutch motor 30A under the condition of Fig. 19. As clearly shown in Fig. 20, the gasoline engine 50 rotating at an engine speed Ne and an engine torque Te generates energy corresponding to an area Ge. The assist motor 40A regenerates energy corresponding to the sum of the areas Ge + Gm as electric energy. The regenerated power is supplied to the clutch motor 30A, which generates energy corresponding to the sum of the areas Gd + Gm and rotates the drive shaft 22 at a rotational speed Nd opposite to the rotation of the crankshaft 56. This means that the energy in the area Ge is converted into that in the area Gd. The drive shaft 22 thus outputs the torque difference (Te - Ta) as the output torque Td, i.e. the drive shaft 22 outputs the energy in the range Ge.
Es existiert ein bestimmter Energieverlustbetrag in dem Vorgang des Regenerierens von elektrischer Energie im Unterstützungsmotor 40A, des Übertragens der regenerierten Leistung zum Kupplungsmotor 30A, und des Verbrauchens der übertragenen Leistung im Kupplungsmotor 30A. Die Energie in dem Bereich Ge stimmt im praktischen Betrieb folglich nur selten genau mit der Energie in dem Bereich Gd überein, auch wenn der Energieverlust im Kupplungsmotor 30A und Unterstützungsmotor 40A vergleichsweise gering ist.There is a certain amount of energy loss in the process of regenerating electric energy in the assist motor 40A, transmitting the regenerated power to the clutch motor 30A, and consuming the transmitted power in the clutch motor 30A. Therefore, the energy in the region Ge rarely exactly matches the energy in the region Gd in practical operation, even if the energy loss in the Clutch motor 30A and assist motor 40A is comparatively low.
Fig. 21 zeigt einen Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30A und dem Unterstützungsmotor 40A. Der Unterstützungsmotor 40A erhält vom Benzinmotor 50 erzeugte mechanische Energie Te · Ne in dem Bereich Ge und vom Kupplungsmotor 30A übertragene mechanische Energie Tc · Ne in dem Bereich Gm. Der Unterstützungsmotor 40A wandelt die gesamte mechanische Energie in elektrische Energie Ta · Na um, die der Summe der Bereiche Gm + Ge entspricht. Die umgewandelte elektrische Energie wird dem Kupplungsmotor 30A zugeführt. Der Kupplungsmotor 30A wandelt daraufhin die vom Unterstützungsmotor 40A zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie Tc · Nc um, die der Summe der Bereiche Gm + Gd entspricht. Ein Teil der mechanischen Energie Tc · Ne, welcher dem Bereich Gm entspricht, wird zum Unterstützungsmotor 40A übertragen, während die restliche mechanische Energie Td · Nd, die dem Bereich Gd entspricht, von der Antriebswelle 22 abgegeben wird.Fig. 21 shows a flow of energy between the gasoline engine 50, the clutch motor 30A and the assist motor 40A. The assist motor 40A receives mechanical energy Te · Ne generated by the gasoline engine 50 in the area Ge and mechanical energy Tc · Ne transmitted by the clutch motor 30A in the area Gm. The assist motor 40A converts all the mechanical energy into electrical energy Ta · Na corresponding to the sum of the areas Gm + Ge. The converted electrical energy is supplied to the clutch motor 30A. The clutch motor 30A then converts the electrical energy supplied by the assist motor 40A into mechanical energy Tc · Nc corresponding to the sum of the areas Gm + Gd. A part of the mechanical energy Tc · Ne corresponding to the range Gm is transmitted to the assist motor 40A, while the remaining mechanical energy Td · Nd corresponding to the range Gd is output from the drive shaft 22.
Gemäß einem dritten Steuervorgang, wie bei dem zweiten Steuervorgang, aktiviert die Steuerungs-CPU 90 den Regenerationsbetrieb des Unterstützungsmotors 40A und den Leistungsbetrieb des Kupplungsmotors 30A. Bei diesem Vorgang wird die vom Unterstützungsmotor 40A regenerierte elektrische Energie nicht vollständig zum Kupplungsmotor 30A übertragen, sondern teilweise der Batterie 94 zugeführt. Dieser Vorgang ermöglicht es, daß die Batterie 94 mit der regenerierten Leistung aufgeladen wird, während die Antriebswelle 22 entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 gedreht wird.According to a third control operation, as in the second control operation, the control CPU 90 activates the regeneration operation of the assist motor 40A and the power operation of the clutch motor 30A. In this operation, the electric power regenerated by the assist motor 40A is not entirely transmitted to the clutch motor 30A, but is partially supplied to the battery 94. This operation enables the battery 94 to be charged with the regenerated power while the drive shaft 22 is rotated in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56.
Gemäß einem vierten Steuervorgang, wie bei dem zweiten Steuervorgang, aktiviert die Steuerungs-CPU 90 den Regenerationsbetrieb des Unterstützungsmotors 40A und den Leistungsbetrieb des Kupplungsmotors 30A. Bei diesem Vorgang führt der Kupplungsmotor 30A den Leistungsbetrieb nicht nur mit der vom Unterstützungsmotor 40A regenerierten Energie, sondern auch mit der in der Batterie 94 gespeicherten elektrischen Energie durch. Dieser Vorgang ermöglicht die Abgabe eines hohen Drehmoments an die entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 drehende Antriebswelle 22.According to a fourth control operation, as in the second control operation, the control CPU 90 activates the regenerative operation of the assist motor 40A and the power operation of the clutch motor 30A. In this operation, the clutch motor 30A performs the power operation not only with the energy regenerated by the assist motor 40A but also with the electric energy stored in the battery 94. This operation enables a high torque to be output to the drive shaft 22 rotating in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56.
Die Leistungsabgabevorrichtung 20A mit dem in Fig. 17 gezeigten Aufbau kann die Antriebswelle 22 gemäß einem jeglichen der oben erwähnten vier Steuervorgänge entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle 56 drehen.The power output device 20A having the structure shown in Fig. 17 can rotate the drive shaft 22 in accordance with any of the above-mentioned four control operations in the opposite direction to the rotation of the crankshaft 56.
Viele weitere Modifikations, Abwandlungen und Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang oder vom erfindungswesentlichen Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Es ist daher zweifelsfrei, daß die obenstehenden Ausführungsformen nur veranschaulichend und keineswegs einschränkend gedacht sind. Einige Beispiele für Modifikationen sind nachstehend angegeben.Many other modifications, variations and changes can be made without departing from the scope or spirit of the invention. It is therefore to be understood that the above embodiments are intended to be illustrative only and not restrictive. Some examples of modifications are given below.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau der Leistungsabgabevorrichtung 20 sind der Kupplungsmotor 30 und der Unterstützungsmotor 40 separat an unterschiedlichen Stellen der Antriebswelle 22 angebracht. Wie bei einer in Fig. 22 veranschaulichten, modifizierten Leistungsabgabevorrichtung 20B können der Kupplungsmotor und der Unterstützungsmotor jedoch fest aneinander angebracht sein. Ein Kupplungsmotor 30B der Leistungsabgabevorrichtung 20B weist einen mit der Kurbelwelle 56 verbundenen Innenrotor 34 und einen mit der Antriebswelle 22 verbundenen Außenrotor 32B auf. Dreiphasenspülen 36 sind am Innenrotor 34 angebracht, und Permanentmagneten 35B sind am Außenrotor 32B angeordnet, so daß die Außenfläche und die Innenfläche davon verschiedene Magnetpolse aufweisen. Ein Unterstützungsmotor 40B weist den Außenrotor 32B des Kupplungsmotors 30B und einen Stator 43 mit darauf angebrachten Dreiphasenwicklungen 44 auf. Bei diesem Aufbau fungiert der Außenrotor 32B des Kupplungsmotors 30B auch als ein Rotor des Unterstützungsmotors 40B. Da die Dreiphasenwicklungen 36 auf dem Innenrotor 34 angebracht sind, der mit der Kurbelwelle 56 verbunden ist, ist ein Drehtransformator 38 zum Zuführen von elektrischer Energie zu den Dreiphasenwicklungen 36 des Kupplungsmotors 30B an der Kurbelwelle 56 angebracht.In the structure of the power output device 20 shown in Fig. 1, the clutch motor 30 and the assist motor 40 are separately mounted at different locations on the drive shaft 22. However, as in a modified power output device 20B illustrated in Fig. 22, the clutch motor and the assist motor may be fixedly mounted to each other. A clutch motor 30B of the power output device 20B has an inner rotor 34 connected to the crankshaft 56 and an outer rotor 34 connected to the drive shaft 22. 32B. Three-phase coils 36 are mounted on the inner rotor 34, and permanent magnets 35B are arranged on the outer rotor 32B so that the outer surface and the inner surface thereof have different magnetic poles. An assist motor 40B includes the outer rotor 32B of the clutch motor 30B and a stator 43 having three-phase windings 44 mounted thereon. In this structure, the outer rotor 32B of the clutch motor 30B also functions as a rotor of the assist motor 40B. Since the three-phase windings 36 are mounted on the inner rotor 34 which is connected to the crankshaft 56, a rotary transformer 38 for supplying electric power to the three-phase windings 36 of the clutch motor 30B is mounted on the crankshaft 56.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20B wird die an die Dreiphasenwicklungen 36 auf dem Innenrotor 34 gelegte Spannung gegen den Innenflächenmagnetpol des Permanentmagneten 35B gesteuert, der am Außenrotor 32B angeordnet ist. Hierdurch wird es ermöglicht, daß der Kupplungsmotor 30B auf die gleiche Weise wie der Kupplungsmotor 30 der in Fig. 1 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20 arbeitet. Die an die Dreiphasenwicklungen 44 am Stator 43 gelegte Spannung wird gegen den Außenflächenmagnetpol des Permanentmagneten 35B gesteuert, der am Außenrotor 32B angebracht ist. Hierdurch wird es ermöglicht, daß der Unterstützungsmotor 40B auf die gleiche Weise wie der Unterstützungsmotor 40 der Leistungsabgabevorrichtung 20 arbeitet. Die als die erste bis dritte Ausführungsform erläuterten Steuervorgänge sind auf die in Fig. 22 gezeigte Leistungsabgabevorrichtung 20B anwendbar, die folglich die gleichen Effekte wie die in Fig. 1 gezeigte Leistungsabgabevorrichtung 20 bewirkt.In the power output device 20B, the voltage applied to the three-phase windings 36 on the inner rotor 34 is controlled against the inner surface magnetic pole of the permanent magnet 35B mounted on the outer rotor 32B. This allows the clutch motor 30B to operate in the same manner as the clutch motor 30 of the power output device 20 shown in Fig. 1. The voltage applied to the three-phase windings 44 on the stator 43 is controlled against the outer surface magnetic pole of the permanent magnet 35B mounted on the outer rotor 32B. This allows the assist motor 40B to operate in the same manner as the assist motor 40 of the power output device 20. The control operations explained as the first to third embodiments are applicable to the power output device 20B shown in Fig. 22, which thus produces the same effects as the power output device 20 shown in Fig. 1.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20B von Fig. 22 sind der Kupplungsmotor 30B und der Unterstützungsmotor 40B einstückig zusammengefügt, wodurch die Länge der Leistungsabgabevorrichtung 20B entlang der Antriebswelle 22 verkürzt wird. Der Außenrotor 32B fungiert gleichzeitig als einer der Rotoren im Kupplungsmotor 30B und als der Rotor des Unterstützungsmotors 40B, wodurch die Baugröße und das Gewicht der gesamten Leistungsabgabevorrichtung 20B wirkungsvoll verringert werden.In the power output device 20B of Fig. 22, the clutch motor 30B and the assist motor 40B are integrally assembled, thereby shortening the length of the power output device 20B along the drive shaft 22. The outer rotor 32B simultaneously functions as one of the rotors in the clutch motor 30B and the rotor of the assist motor 40B, thereby effectively reducing the size and weight of the entire power output device 20B.
Der modifizierte Aufbau, bei dem der Außenrotor 32B als einer der Rotoren im Kupplungsmotor 30B und als der Rotor des Unterstützungsmotors 40B fungiert, führt dazu, daß der Kupplungsmotor 30B und der Unterstützungsmotor 40B einander magnetisch beeinträchtigen und sich daher negativ aufeinander auswirken. Um eine starke magnetische Störung zu verhindern, kann der Außenrotor 32B als ein Doppelzylinderaufbau mit zwei konzentrischen Zylindern ausgeführt sein. Einer der Zylinder ist dem Rotor des Kupplungsmotors 30B zugeordnet, und der andere dem Rotor des Unterstützungsmotors 40B. Die beiden durch einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennten Zylinder sind mit der Antriebswelle 22 verbunden. Ein magnetisches Abschirmungselement zum Blockieren der magnetischen Kraftlinien ist auch zum Verhindern der magnetischen Störung wirksam.The modified structure in which the outer rotor 32B functions as one of the rotors in the clutch motor 30B and as the rotor of the assist motor 40B causes the clutch motor 30B and the assist motor 40B to interfere with each other magnetically and thus have a negative effect on each other. In order to prevent strong magnetic interference, the outer rotor 32B may be designed as a double cylinder structure with two concentric cylinders. One of the cylinders is associated with the rotor of the clutch motor 30B and the other with the rotor of the assist motor 40B. The two cylinders separated by a predetermined distance are connected to the drive shaft 22. A magnetic shield member for blocking the magnetic lines of force is also effective for preventing the magnetic interference.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17, die als die obenstehend erörterte, vierte Ausführungsform gegeben ist, ist der Unterstützungsmotor 40A an einer Stelle zwischen dem Benzinmotor 50 und dem Kupplungsmotor 30A an der Kurbelwelle 56 angebracht. Wie bei einer weiteren, in Fig. 23 veranschaulichten Leistungsabgabevorrichtung 20C kann der Benzinmotor 50 jedoch zwischen einem Kupplungsmotor 30C und einem Unterstützungsmotor 40C angeordnet sein, die jeweils mit der Kurbelwelle 56 verbunden sind. Die von der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 durchgeführten Steuervorgänge sind auch auf die Leistungsabgabevorrichtung 20C anwendbar, die folglich ähnliche Operationen durchführt und ähnliche Effekte bewirkt.In the power output device 20A of Fig. 17, which is given as the fourth embodiment discussed above, the assist motor 40A is mounted at a location between the gasoline engine 50 and the clutch motor 30A on the crankshaft 56. However, as in another power output device 20C illustrated in Fig. 23, the gasoline engine 50 may be mounted between a clutch motor 30C and an assist motor 40C, each of which is connected to the crankshaft 56. The control operations performed by the power output device 20A of Fig. 17 are also applicable to the power output device 20C, which thus performs similar operations and produces similar effects.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 sind der Kupplungsmotor 30A und der Unterstützungsmotor 40A separat an unterschiedlichen Positionen der Kurbelwelle 56 angebracht. Wie bei einer in Fig. 24 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20D können jedoch der Kupplungsmotor und der Unterstützungsmotor fest aneinander angebracht sein. Ein Kupplungsmotor 30D der Leistungsabgabevorrichtung 20D umfaßt einen mit der Kurbelwelle 56 verbunden Außenrotor 32D und einen mit der Antriebswelle 22 verbundenen Innenrotor 34. Dreiphasige Spulen 36 sind am Innenrotor 34 angebracht, und Permanentmagneten 35D sind am Außenrotor 32D angeordnet, so daß seine Außen- und Innenfläche unterschiedliche Magnetpole besitzen. Ein Unterstützungsmotor 40D umfaßt den Außenrotor 32D des Kupplungsmotors 30D und einen Stator 43 mit darauf angebrachten Dreiphasenwicklungen 44. Bei diesem Aufbau fungiert der Außenrotor 32D des Kupplungsmotors 30D auch als ein Rotor des Unterstützungsmotors 40D.In the power output device 20A of Fig. 17, the clutch motor 30A and the assist motor 40A are separately mounted at different positions of the crankshaft 56. However, as in a power output device 20D shown in Fig. 24, the clutch motor and the assist motor may be fixedly mounted to each other. A clutch motor 30D of the power output device 20D includes an outer rotor 32D connected to the crankshaft 56 and an inner rotor 34 connected to the drive shaft 22. Three-phase coils 36 are mounted on the inner rotor 34, and permanent magnets 35D are arranged on the outer rotor 32D so that its outer and inner surfaces have different magnetic poles. An assist motor 40D includes the outer rotor 32D of the clutch motor 30D and a stator 43 having three-phase windings 44 mounted thereon. In this structure, the outer rotor 32D of the clutch motor 30D also functions as a rotor of the assist motor 40D.
Bei der Leistungsabgabevorrichtung 20D wird die an die Dreiphasenwicklungen 36 auf dem Innenrotor 34 angelegte Spannung gegen den Innenflächenmagnetpol des Permanentmagneten 35D gesteuert, der am Außenrotor 32D angeordnet ist. Dies ermöglicht es, daß der Kupplungsmotor 30D auf die gleiche Weise wie der Kupplungsmotor 30A der in Fig. 17 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20A arbeitet. Die an die Dreiphasenwicklungen 44 auf dem Stator 43 angelegte Spannung wird gegen den Außenflächenmagnetpol des Permanentmagneten 35D gesteuert, der am Außenrotor 32D angeordnet ist. Dies ermöglicht es, daß der Unterstützungsmotor 40D auf die gleiche Weise wie der Unterstützungsmotor 40A der Leistungsabgabevorrichtung 20A arbeitet. Die Steuervorgänge der obenstehend erläuterten vierten Ausführungsform sind auch auf die in Fig. 24 gezeigte Leistungsabgabevorrichtung 20D anwendbar, die folglich die gleichen Effekte wie die in Fig. 17 gezeigte Leistungsabgabevorrichtung 20A bewirkt.In the power output device 20D, the voltage applied to the three-phase windings 36 on the inner rotor 34 is controlled against the inner surface magnetic pole of the permanent magnet 35D arranged on the outer rotor 32D. This enables the clutch motor 30D to operate in the same manner as the clutch motor 30A of the power output device 20A shown in Fig. 17. The voltage applied to the three-phase windings 44 on the stator 43 is controlled against the outer surface magnetic pole of the permanent magnet 35D arranged on the outer rotor 32D. This enables the assist motor 40D to operate in the same manner as the assist motor 40A of the power output device 20A. The control operations of the fourth embodiment explained above are also applicable to the power output device 20D shown in Fig. 24, which thus produces the same effects as the power output device 20A shown in Fig. 17.
Wie im Fall der in Fig. 22 gezeigten Leistungsabgabevorrichtung 20B sind bei der Leistungsabgabevorrichtung 20D von Fig. 24 der Kupplungsmotor 30D und der Unterstützungsmotor 40D einstückig zusammengefügt, wodurch die Länge der Leistungsabgabevorrichtung 20D entlang der Antriebswelle 22 verkürzt wird. Der Außenrotor 32D fungiert gleichzeitig als einer der Rotoren im Kupplungsmotor 30D und als der Rotor des Unterstützungsmotors 40D, wodurch die Baugröße und das Gewicht der gesamten Leistungsabgabevorrichtung 20D effektiv reduziert werden.As in the case of the power output device 20B shown in Fig. 22, in the power output device 20D of Fig. 24, the clutch motor 30D and the assist motor 40D are integrally assembled, thereby shortening the length of the power output device 20D along the drive shaft 22. The outer rotor 32D simultaneously functions as one of the rotors in the clutch motor 30D and the rotor of the assist motor 40D, thereby effectively reducing the size and weight of the entire power output device 20D.
Der mittels Benzin angetriebene Benzinmotor 50 wird bei den obenstehenden Leistungsabgabevorrichtungen als Brennkraftmaschine verwendet. Das Prinzip der Erfindung ist jedoch auf weitere Brennkraftmaschinen und Kraftmaschinen mit äußerer Verbrennung wie Dieselmotoren, Turbinenkraftmaschinen und Düsenmotoren anwendbar.The gasoline-powered gasoline engine 50 is used as an internal combustion engine in the above power output devices. However, the principle of the invention is applicable to other internal combustion engines and external combustion engines such as diesel engines, turbine engines and jet engines.
Synchronmotoren vom Permanentmagnet (PM)-Typ werden in den obenstehend beschriebenen Leistungsabgabevorrichtungen für den Kupplungsmotor 30 und den Unterstützungsmotor 40 verwendet. Weitere Motoren wie Synchronmotoren vom Typ mit variablem Magnetwiderstand (VR), Verniertriebwerke, Gleichstrommotoren, Induktionsmotoren und Supraleitermotoren können sowohl für den Regenerationsbetrieb als auch den Leistungsbetrieb verwendet werden, während Schrittmotoren nur für den Leistungsbetrieb verwendbar sind.Permanent magnet (PM) type synchronous motors are used in the above-described power output devices for the clutch motor 30 and the assist motor 40. Other motors such as variable magnet resistance (VR) type synchronous motors, vernier thrusters, DC motors, induction motors and superconductor motors can be used for both the regeneration operation and power operation, while stepper motors can only be used for power operation.
Bei der obenstehend beschriebenen Leistungsabgabevorrichtung ist der Außenrotor 32 des Kupplungsmotors 30 mit der Kurbelwelle 56 gekoppelt, während der Innenrotor 34 mit der Antriebswelle 22 verbunden ist. Als Alternative kann der Außenrotor 32 mit der Antriebswelle 22 und der Innenrotor 34 mit der Kurbelwelle 56 gekoppelt sein. Einander gegenüberliegende Scheibenrotoren können anstelle des Außenrotors 32 und des Innenrotors 34 verwendet werden.In the above-described power output device, the outer rotor 32 of the clutch motor 30 is coupled to the crankshaft 56, while the inner rotor 34 is connected to the drive shaft 22. Alternatively, the outer rotor 32 may be coupled to the drive shaft 22 and the inner rotor 34 may be coupled to the crankshaft 56. Opposed disk rotors may be used instead of the outer rotor 32 and the inner rotor 34.
Der als Einrichtung zum Übertragen von elektrischer Energie an den Kupplungsmotor 30 verwendete Drehtransformator 38 kann durch einen Schleifring-Bürstenkontakt, einen Schleifring-Quecksilberkontakt, eine Magnetenergie- Halbleiterkopplung oder dergleichen ersetzt sein.The rotary transformer 38 used as a means for transmitting electric energy to the clutch motor 30 may be replaced by a slip ring brush contact, a slip ring mercury contact, a magnetic energy semiconductor coupling or the like.
Bei der obigen Leistungsabgabevorrichtung werden Transistorumrichter für die erste und die zweite Ansteuerschaltung 91 und 92 verwendet. Weitere auf die Ansteuerschaltungen 91 und 92 anwendbare Beispiele umfassen IGBT ("insulated gate bipolar mode transistor")-Inverter, Thyristorinverter, Spannungs-PWM (Pulsdauermodulation) - Inverter, Rechteckwelleninverter (Spannungsinverter und Strominverter), und Resonanzinverter.In the above power output device, transistor inverters are used for the first and second drive circuits 91 and 92. Other examples applicable to the drive circuits 91 and 92 include IGBT (insulated gate bipolar mode transistor) inverters, thyristor inverters, voltage PWM (pulse width modulation) inverters, square wave inverters (voltage inverters and current inverters), and resonance inverters.
Die Batterie 94 kann Pb-Zellen, NiMH-Zellen, Li- Zellen und dergleichen Zellen umfassen. Ein Kondensator kann anstelle der Batterie 94 verwendet werden. Die Batterie 94 fungiert auch als Einrichtung zum Aufnehmen der regenerierten Leistung. Eine Vielfalt von elektrischen Geräten (beispielsweise Beleuchtungs-, Ton- und Kühleinrichtungen), die in dem Fahrzeug installiert sind, können abgesehen von der Batterie 94 für die Mittel zum Aufnehmen der regenerierten Leistung angewendet werden.The battery 94 may include Pb cells, NiMH cells, Li cells and the like. A capacitor may be used instead of the battery 94. The battery 94 also functions as a means for receiving the regenerated power. A variety of electrical devices (e.g., lighting, sound and cooling devices), installed in the vehicle may be used for the means for receiving the regenerated power other than the battery 94.
Obgleich die Leistungsabgabevorrichtung in den obenstehenden Ausführungsformen in einem Fahrzeug installiert ist, kann sie auch in anderen Transporteinrichtungen wie Schiffen und Flugzeugen sowie einer Vielzahl von industriellen Maschinen installiert werden.Although the power output device is installed in a vehicle in the above embodiments, it can also be installed in other transportation devices such as ships and aircraft, as well as a variety of industrial machines.
Der Schutzbereich und der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung sind nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.The scope and spirit of the present invention are limited only by the appended claims.
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