DE69615744T2

DE69615744T2 - Antriebsanordnung und Rückwärtsgangsteuerung für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE69615744T2
Application number: DE69615744T
Authority: DE
Inventors: Yasutomo Kawabata; Tetsuya Miura; Takao Miyatani; Ryouji Mizutani; Eiji Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: DE69615744D1; DE69614755D1; DE69614754D1; DE69614640T2; DE69609561D1; DE69609764D1; DE69609378D1; DE69609562D1; DE69614754T2; DE69609561T2; DE69615745D1; DE69615745T2; DE69609764T2; DE69614640D1; DE69614755T2; DE69609562T2; DE69609378T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technisches Gebiet der Erfindung

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.

Beschreibung des Standes der Technik

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.
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.
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.
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.
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.

ABRISS DER ERFINDUNG

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Dieser Aufbau kann von der Brennkraftmaschine erzeugte Leistung durch die Energieumwandlung wirksam übertragen, wodurch die umgekehrte Drehung der Antriebswelle bewirkt wird.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Dieser Aufbau kann auf wirksame Weise die von der Brennkraftmaschine erzeugte Leistung durch die Energieumwandlung übertragen und die umgekehrte Drehung der Antriebswelle bewerkstelligen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 veranschaulicht schematisch den Aufbau einer Leistungsabgabevorrichtung 20 als eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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. 3 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung des allgemeinen Aufbaus eines Fahrzeugs, in dem die Leistungsabgabevorrichtung 20 von Fig. 1 eingebaut ist;
Fig. 4 ist ein Graph, der einen vom Kupplungsmotor 30 regenerierten und einen vom Unterstützungsmotor 40 verbrauchten Energiebetrag schematisch veranschaulicht;
Fig. 5 ist ein Graph, der einen im Overdrive-Zustand vom Kupplungsmotor 30 verbrauchten und einen vom Unterstützungsmotor 40 regenerierten Energiebetrag schematisch veranschaulicht;
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. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten des Steuervorgangs des Kupplungsmotors 30 zeigt, der in Schritt S108 im Ablaufdiagramm von Fig. 6 durchgeführt wird;
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. 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. 11 ist ein Graph, der einen vom Kupplungsmotor 30 regenerierten und einen vom Unterstützungsmotor 40 verbrauchten Energiebetrag schematisch veranschaulicht;
Fig. 12(a) bis 12(c) zeigen einen Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30, dem Unterstützungsmotor 40 und der Batterie 94;
Fig. 13 zeigt Drehmomente, die in der Leistungsabgabevorrichtung der zweiten Ausführungsform an die jeweiligen Wellen gelegt werden;
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. 15 zeigt Drehmomente, die bei der Leistungsabgabevorrichtung der dritten Ausführungsform an die jeweiligen Wellen gelegt werden;
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. 17 veranschaulicht schematisch einen wesentlichen Teil einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20A als einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 zeigt Drehmomente, die an die jeweiligen Wellen der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 gelegt werden;
Fig. 19 zeigt ebenfalls Drehmomente, die an die jeweiligen Wellen der Leistungsabgabevorrichtung 20A von Fig. 17 gelegt werden;
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. 21 zeigt einen Energiefluß zwischen dem Benzinmotor 50, dem Kupplungsmotor 30A und dem Unterstützungsmotor 40A;
Fig. 22 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils einer Leistungsabgabevorrichtung 20B als einer Modifikation der Erfindung;
Fig. 23 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils einer weiteren Leistungsabgabevorrichtung 20C als einer wieder anderen Modifikation der Erfindung; und
Fig. 24 ist eine Schemaansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils wieder einer anderen Leistungsabgabevorrichtung 20D als einer weiteren Modifikation der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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:
ΔIdc = Idc* - Idc
ΔIqc = Iqc* - Iqc (2)
Vdc = Kp1·ΔIdc + ΣKi1·ΔIdc
Vqc = Kp2·ΔIqc + ΣKi2·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.
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:
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.
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.
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:
Pc = 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.
In Schritt S135 wird ein Drehmomentbefehlswert Ta* des Unterstützungsmotors 40 durch den folgenden Ausdruck bestimmt:
Ta* = 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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 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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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).
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.
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.
Die Bedingung, die erforderlich ist, um den Kupplungsmotor 30 daran zu hindern, die Kurbelwelle 56 des Benzinmotors 50 zu drehen, ist folgendermaßen angegeben:
Tefmax ≥ Tef = Tc (5)
wobei Tefmax das maximale statische Haftreibungsmoment der Kurbelwelle 56 bezeichnet.
Die Bedingung, die erforderlich ist, um die Antriebswelle 22 zu einer Drehung entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehung der Kurbelwelle 56 zu befähigen, ist folgendermaßen angegeben:
Td > 0 (6),
wobei Td das Ausgangsdrehmoment der Antriebswelle 22 bezeichnet, das gleich Tc-Tdf ist. Der Ausdruck (6) wird daher geschrieben als:
Tc > Tdf (7)
Die Ausdrücke (5) und (7) können kombiniert und geschrieben werden als:
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die vom Unterstützungsmotor 40 als elektrische Energie regenerierte Energie Pa ist ausgedrückt als:
Pa = Ksa · Ta · Nd (9)
wobei Ksa einen Wirkungsgrad des Regenerationsbetriebs im Unterstützungsmotor 40 bezeichnet, und Nd für die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 22 steht.
Vom Kupplungsmotor 30 verbrauchte Energie Pc ist angegeben als:
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.
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:
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:
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:
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Schutzbereich und der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung sind nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle, wobei die Leistungsabgabevorrichtung aufweist:

eine Brennkraftmaschine (50) mit einer Ausgangswelle (56), wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle (56) in einer ersten Richtung dreht;

einen ersten Motor (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird;

eine erste Motorantriebseinrichtung (91) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor (30) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor;

einen zweiten Motor (40) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei der Stator mit dem dritten Rotor elektromagnetisch gekoppelt ist;

eine zweite Motorantriebseinrichtung (92) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor (40) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor; und

eine Steuereinrichtung (90) zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung (92) zum Antreiben des zweiten Motors (40) derart, daß die Antriebswelle (22) zu einer Drehung in eine zweite Richtung veranlaßt wird, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; gekennzeichnet durch

eine Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie; und wobei die Steuereinrichtung (90) Mittel zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung (91) aufweist, um ein von dem ersten Motor (30) erzeugtes Drehmoment (Tc) auf höchstens ein vorgegebenes Niveau (Tmin) einzustellen, und Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung (92), um die in der Speichereinrichtung (94) gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor (40) zuzuführen.

2. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das von dem ersten Motor (30) erzeugte Drehmoment (Tc) im wesentlichen gleich Null ist (S212).

3. Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle, wobei die Leistungsabgabevorrichtung aufweist:

einen ersten Motor (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird;

eine Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie;

wobei die Steuereinrichtung (90) Mittel zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung (91) aufweist, um den ersten Motor (30) zum Erzeugen von elektrischer Energie zu befähigen, und Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung (92),

a) um die erzeugte elektrische Energie und die in der Speichereinrichtung (94) gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor (40) zuzuführen, oder

b) um die erzeugte elektrische Energie dem zweiten Motor (40) zuzuführen sowie zumindest teilweise der Speichereinrichtung (94), um gespeichert zu werden.

4. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren aufweist:

eine Restkapazität-Meßeinrichtung (99) zum Messen einer Restkapazität (BRM) von in der Speichereinrichtung (94) gespeicherter elektrischer Energie; und

eine Leistungserzeugungs-Verstärkungseinrichtung zum Erhöhen (S222) der Drehgeschwindigkeit (Ne) der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine, um die von dem ersten Motor (30) erzeugte elektrische Energie zu verstärken, wenn die von der Restkapazität-Meßeinrichtung gemessene Restkapazität (BRM) nicht größer als ein vorgegebener Wert (Bmin) ist.

5. Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei die Leistungsabgabevorrichtung aufweist:

einen Motor (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird;

eine Motorantriebseinrichtung (91) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor (30) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor;

eine Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie; gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (90) zum Steuern der Motorantriebseinrichtung (91), um die in der Speichereinrichtung (94) gespeicherte elektrische Energie dem Motor zuzuführen, um den Motor (30) anzutreiben und des weiteren den Motor zum Erzeugen eines Drehmoments (Tc) zu befähigen, das in eine zweite, zu der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung wirkt, und das Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle (22) zu legen, wodurch die Antriebswelle (22) in die zweite Richtung gedreht wird.

6. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinrichtung (90) Mittel zum Steuern (S312) der Motorantriebseinrichtung (91) aufweist, um den Motor (30) zu befähigen, das Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das nicht größer als ein maximales Haftreibungsmoment (Tefmax) der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine ist, und das Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle (22) zu legen, wenn sich die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine im Ruhezustand befindet.

7. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren aufweist:

eine Restkapazität-Meßeinrichtung (99) zum Messen einer Restkapazität (BRM) von in der Speichereinrichtung (94) gespeicherter elektrische Energie;

eine Einrichtung zum Befähigen (S310) der Steuereinrichtung (90), die Steuerung der Motorantriebseinrichtung (91) durchzuführen, wenn die von der Restkapazität-Meßeinrichtung (99) gemessene Restkapazität (BRM) größer als ein vorgegebener Wert (Bmin) ist.

8. Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei die Leistungsabgabevorrichtung aufweist:

eine erste Motorantriebseinrichtung (91) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor (40) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor;

einen zweiten Motor (40) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei der Stator mit dem dritten Rotor elektromagnetisch gekoppelt ist; und

eine zweite Motorantriebseinrichtung (92) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor (40) zum variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor; gekennzeichnet durch

eine Steuereinrichtung (90) zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung (92), wenn die Antriebswelle (22) in eine zweite Richtung dreht, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, um den zweiten Motor (40) zu befähigen (S412), elektrische Energie zu erzeugen, ein erstes Drehmoment (Ta) zu erzeugen, das in der ersten Richtung wirkt, und das erste Drehmoment (Ta) an die Antriebswelle (22) zu legen, wobei die Steuereinrichtung (90) gleichzeitig die erste Motorantriebseinrichtung (91) steuert, um die erzeugte elektrische Energie (Pa) dem ersten Motor (30) zuzuführen, um den ersten Motor (30) anzutreiben und des weiteren den ersten Motor (30) zu befähigen, ein zweites Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das in die zweite Richtung wirkt, und das zweite Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle zu legen.

9. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 8, bei der das von dem zweiten Motor (40) erzeugte und an die Antriebswelle (22) gelegte erste Drehmoment (Ta) größer als das von dem ersten Motor (30) erzeugte und an die Antriebswelle (22) gelegte zweite Drehmoment (Tc) ist.

10. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die Steuereinrichtung (90) Mittel zum Steuern (5404) der ersten Motorantriebseinrichtung (91) aufweist, um den ersten Motor (30) zu befähigen, das zweite Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das nicht größer als ein maximales Haftreibungsmoment (Tefmax) der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine ist, und das zweite Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle zu legen, wenn sich die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine im Ruhezustand befindet.

11. Leistungsabgabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der dritte Rotor an dem mit der Antriebswelle (22) verbundenen zweiten Rotor angebracht ist.

12. Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei die Leistungsabgabevorrichtung aufweist:

einen ersten Motor (30A) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird;

eine erste Motorantriebseinrichtung (91) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor (30A) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor;

einen zweiten Motor (40A) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; und

eine zweite Motorantriebseinrichtung (92) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor (40A) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor;

eine Steuereinrichtung (90) zum Steuern der ersten Motorantriebseinrichtung (91) zum Antreiben des ersten Motors (30A), um die Antriebswelle (56) zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist; dadurch gekennzeichnet, daß

die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren eine Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist; und

die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der zweiten Motorantriebseinrichtung (92) aufweist,

a) um die in der Speichereinrichtung (94) gespeicherte elektrische Energie dem zweiten Motor (40A) zuzuführen und den zweiten Motor (40) zu befähigen, die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine festzuhalten und die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine an einer Drehung zu hindern, und die erste Motorantriebseinrichtung (91) zu steuern, um die in der Speichereinrichtung (94) gespeicherte elektrische Energie dem ersten Motor (30A) zuzuführen; oder

c) um den zweiten Motor (40A) zu befähigen, elektrische Energie zu erzeugen und die erste Motorantriebseinrichtung (91) zu steuern, um die erzeugte elektrische Energie dem ersten Motor (30A) zuzuführen sowie zumindest teilweise der Speichereinrichtung (94), um gespeichert zu werden; oder

b) um den zweiten Motor (40A) zu befähigen, elektrische Energie zu erzeugen und die erste Motorantriebseinrichtung (91) zu steuern, um die erzeugte elektrische Energie und die in der Speichereinrichtung (94) gespeicherte elektrische Energie dem ersten Motor (30A) zuzuführen.

13. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher der dritte Rotor an dem mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine (50) verbundenen ersten Rotor angebracht ist.

14. Leistungsabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 11 bis 13, wobei die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren aufweist:

eine Eingabeeinrichtung (84) zum Eingeben eines Befehls bezüglich einer Drehrichtung der Antriebswelle (22); und

Mittel zum Befähigen (5202, S302) der Steuereinrichtung (90), die Steuerung auszuführen, um die Antriebswelle (22) in die zweite Richtung zu drehen, wenn die Eingabeeinrichtung (84) den Befehl eingibt, die zweite Richtung als die Drehrichtung festzulegen.

15. Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Ausgangswelle (56), wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle (56) in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und eines zweiten Rotors, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors (40) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; und

(b) Antreiben des zweiten Motors (40), um die Antriebswelle (22) zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist; dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt (a) den Schritt aufweist, eine Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie vorzusehen; und

der Schritt (b) die Schritte aufweist:

(b-1) Einstellen eines von dem ersten Motor (30) erzeugten Drehmoments (Tc) auf höchstens ein vorgegebenes Niveau (Tmin); und

(b-2) Zuführen der in der Speichereinrichtung (94) gespeicherten elektrischen Energie zu dem zweiten Motor (40).

16. Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei das Verfahren den Schritt aufweist:

(a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Ausgangswelle (56), wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle (56) in einer ersten Richtung dreht; eines Motors (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und einer Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie; gekennzeichnet durch den Schritt

(b) des Zuführens der in der Speichereinrichtung (94) gespeicherten elektrischen Energie zum Motor (30), um den Motor (30) anzutreiben und des weiteren den Motor (30) zu befähigen, ein Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das in einer zweiten Richtung wirkt, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, und das Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle (22) zu legen, wodurch die Antriebswelle (22) in die zweite Richtung gedreht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt (b) den Schritt aufweist:

Befähigen des Motors (30), das Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das nicht größer als ein maximales Haftreibungsmoment (Tefmax) der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine ist, und das Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle (22) zu legen, wenn sich die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine im Ruhezustand befindet.

18. Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle, wobei das Verfahren den Schritt aufweist:

(a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Ausgangswelle (56), wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle (56) in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors (40) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; gekennzeichnet durch die Schritte

(b) des Befähigens des zweiten Motors (40), elektrische Energie zu erzeugen, ein erstes Drehmoment (Ta) zu erzeugen, das in die erste Richtung wirkt, und das erste Drehmoment (Ta) an die Antriebswelle (22) zu legen, wenn die Antriebswelle (22) in eine zweite Richtung dreht, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist; und

(c) des Zuführens der erzeugten elektrischen Energie zum ersten Motor (30), um den ersten Motor (30) anzutreiben, und des weiteren den ersten Motor (30) zu befähigen, ein zweites Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das in die zweite Richtung wirkt, und das zweite Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle (22) zu legen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt (c) die Schritte aufweist: Befähigen des ersten Motors (30), das zweite Drehmoment (Tc) zu erzeugen, das nicht größer als ein maximales Haftreibungsmoment (Tefmax) der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine ist, und das zweite Drehmoment (Tc) an die Antriebswelle (22) zu legen, wenn sich die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine im Ruhezustand befindet.

20. Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Ausgangswelle (56), wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle (56) in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors (30A) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors (40A) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; und

(b) Antreiben des ersten Motors (30A), um die Antriebswelle (22) zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist; dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt (a) den Schritt des Vorsehens einer Speichereinrichtung (94) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist; und

der Schritt (b) die Schritte aufweist:

(b-1) Zuführen der in der Speichereinrichtung (94) gespeicherten elektrischen Energie zu dem zweiten Motor (40A) und Befähigen des zweiten Motors (40A), die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine festzuhalten und die Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine an einer Drehung zu hindern; und

(b-2) Zuführen der in der Speichereinrichtung (94) gespeicherten elektrischen Energie zu dem ersten Motor (30A).

21. Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle, wobei die Leistungsabgabevorrichtung aufweist:

einen ersten Motor (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und

einen zweiten Motor (40) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; gekennzeichnet durch

einen ersten Inverter (91) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem ersten Motor (30) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor;

einen zweiten Inverter (92) zum Austauschen von elektrischen Strömen mit dem zweiten Motor (40) zum Variieren der elektromagnetischen Kopplung des Stators mit dem dritten Rotor;

eine Steuereinrichtung (90) zum Steuern des zweiten Inverters (92) zum Antreiben des zweiten Motors (40), um die Antriebswelle (22) zu einer Drehung in eine zweite Richtung zu veranlassen, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist;

wobei die Steuereinrichtung (90) Mittel zum Steuern des ersten Inverters (91) aufweist, um den ersten Motor (30) zu befähigen, elektrische Energie zu erzeugen, sowie zum Steuern des zweiten Inverters (92), um die erzeugte elektrische Energie dem zweiten Motor (40) zuzuführen.

22. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Leistungsabgabevorrichtung des weiteren aufweist;

eine Leistungserzeugungs-Verstärkungseinrichtung zum Erhöhen (S222) der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine, um die von dem ersten Motor (30) erzeugte elektrische Energie zu verstärken.

23. Leistungsabgabevorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, bei welcher der dritte Rotor an dem mit der Antriebswelle (22) verbundenen zweiten Rotor angebracht ist.

24. Verfahren zum Steuern einer Leistungsabgabevorrichtung zum Abgeben von Leistung an eine Antriebswelle (22), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(a) Vorsehen einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Ausgangswelle (56), wobei die Brennkraftmaschine die Ausgangswelle (56) in einer ersten Richtung dreht; eines ersten Motors (30) mit einem ersten Rotor, der mit der Ausgangswelle (56) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) 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 (56) der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle (22) über die elektromagnetische Kopplung des ersten und des zweiten Rotors Leistung übertragen wird; und eines zweiten Motors (40) mit einem Stator und einem dritten Rotor, der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei der Stator elektromagnetisch mit dem dritten Rotor gekoppelt ist; und

der Schritt (b) den Schritt aufweist: (b-1) Steuern eines ersten Inverters (91), um den ersten Motor (30) zu befähigen, elektrische Energie zu erzeugen; und

(b-2) Steuern eines zweiten Inverters (92), um die erzeugte elektrische Energie dem zweiten Motor (40) zuzuführen.