CN1619194A - 混合变速器的速比控制设备及方法 - Google Patents

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Abstract

在混合变速器的速比控制设备和方法中，综合控制器根据速比代表命令值和速比代表实际测量值之间的偏差来计算速比操纵变量。然后该控制器根据由所计算的速比操纵变量，及换档运动中每一驱动输入部件的加速度比，以及换档运动中每一驱动输入部件的惯量，计算被驱动输入到差动机构的每个驱动输入部件上的转矩的速比目标分量命令值。然后该控制器将所计算的速比目标分量命令值输出给相应的驱动输入部件的转矩作动器。

Description

混合变速器的速比控制设备及方法
技术领域
本发明涉及混合变速器的速比(或齿轮速比)控制设备及方法，其中在至少具有四个旋转部件的二自由度差动机构中，发动机、输出部件、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机被分别(或独立地)连至不同旋转部件。
背景技术
在2003年2月4日公布的日本专利申请第一公开文献2003-34154号举了先前建议的混合变速器速比控制设备的例子，其中通过两个电动机/发电机提供速比。当保持加速器操纵变量恒定的车辆行驶时，通过将发动机转速维持在目标值而控制速比。此外，当加速器被驾驶者松开时，车辆被减速，而速比则根据行驶状态(也即，车辆速度或目标驱动力)来控制。
发明内容
然而，在先前建议的速比控制设备的上述控制中，考虑根据速比(控制)操纵变量的速比控制(或输入转速控制)以及转矩控制中的每一个，确定发动机和两个电动机/发电机的相应工作点(也即转速和转矩)。通过控制瞬时驱动力而执行转矩控制，同时例如通过直接解运动方程而使用第一电动机/发动机转矩、第二电动机/发动机转矩和发动机转矩使速比稳定。在此转矩控制中，包含用于速比稳定的转矩控制以及目标瞬时驱动力的转矩控制两者。因此，为执行速比稳定控制以及在不影响速比控制的条件下的瞬时驱动力控制，要在这些控制之间的调整转矩是困难的，以及这些控制的操作过程是复杂的。
因此，本发明的目的是提供混合变速器的速比控制设备和方法，它们能够给出速比控制转矩，其容易在速比控制中稳定速比而不会干扰瞬时驱动力控制。
根据本发明的一个方面，提供一种用于混合变速器的速比控制设备，该混合变速器具有二自由度差动机构，该差动机构至少具有四个旋转部件，发动机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机和输出部件被分别连至所述四个旋转部件中的每一个，该速比控制设备包括：速比操纵变量计算部分，它根据速比代表命令值和速比代表实际测量值之间的偏差来计算速比操纵变量；速比目标分量命令值计算部分，它根据由速比操纵变量计算部分所计算的速比操纵变量，及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的加速度比，以及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的惯量，计算被驱动输入到差动机构的每个驱动输入部件上的转矩的速比目标分量命令值；以及速比控制命令输出部分，它将所计算的速比目标分量命令值输出给发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的转矩作动器。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于混合变速器的速比控制方法，该混合变速器具有二自由度差动机构，该差动机构至少具有四个旋转部件，发动机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机和输出部件被分别连至所述四个旋转部件中的每一个，该速比控制方法包括：根据速比代表命令值和速比代表实际测量值之间的偏差来计算速比操纵变量；根据所计算的速比操纵变量，及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的加速度比，以及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的惯量，计算被驱动输入到差动机构的每个驱动输入部件上的转矩的速比目标分量命令值；以及将所计算的速比目标分量命令值输出给发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的转矩作动器。
本发明的公开内容不必要描述所有必要特征，因此本发明也可是这些描述特征的各种组合。
附图说明
图1是代表混合变速器配置的原理框图，根据本发明第一优选实施例的速比控制设备应用于该混合变速器。
图2是接合/脱离状态视图，代表每一种驱动模式中混合变速器的三个互锁部件的接合状态。
图3是接合/脱离状态视图，代表混合变速器的电动车辆模式的五种驱动模式和混合车辆模式的五种驱动模式中的发动机、发动机离合器、电动机/发电机、低制动器、高离合器和高低制动器的激励状态。
图4A至图4E是代表混合变速器中电动车辆模式的五种驱动模式的共线图。
图5A至图5E是代表混合变速器中混合车辆模式的五种驱动模式的共线图。
图6是操作流程图，代表根据本发明的速比控制设备的第一优选实施例的综合控制器中所执行的速比控制操作过程。
图7A至图7C是用于解释换档运动模式、不对换档运动模式造成干扰的加速运动模式和普通加速运动模式中共线图的相应杠杆动作的解释性视图。
图8A和图8B是在根据本发明的速比控制设备的第一优选实施例中常速行驶期间执行速比控制的情况下的解释性控制框图。
图9A和图9B是表示换档控制同义于速比控制的视图。
图10是根据本发明的速比控制设备的第一优选实施例中的解释性控制框图。
图11是解释性视图，用于解释根据本发明的速比控制设备的第一优选实施例中执行速比控制操作时的速比稳定控制过程。
具体实施方式
以后将参考附图，以便于更好地了解本发明。
以下将首先描述根据本发明的第一优选实施例中的配置。
[混合变速器的驱动系统(配置)]
图1是代表混合变速器配置的原理框图，根据本发明第一优选实施例的速比(speed ratio)控制设备应用于该混合变速器。第一实施例中的混合变速器的驱动系统具有发动机E、用作动力源的第一电动机/发电机MG1和第二电动机/发电机MG2，如图1中所示。与这些动力源E、MG1和MG2和输出轴OUT(输出部件)连接的差动机构具有第一行星齿轮PG1，第二行星齿轮PG2，第三行星齿轮PG3，发动机离合器EC，低(loW)制动器LB，高(high)离合器HC和高(high)低制动器HLB。
其中同轴地放置定子S、内转子IR和外传子OR的多层电动机应用于第一电动机/发电机MG1和第二电动机/发电机MG2。通过输入组合电流(例如三相交流和六相交流的组合电流)给定子S的定子线圈，此多层电动机独立地控制内转子IR和外转子OR。第一电动机/发电机MG1由定子S和外转子OR组成。第二电动机/发电机MG1由定子S和内转子IR组成。
用于组成差动机构的所有第一行星齿轮PG1、第二行星齿轮PG2和第三行星齿轮PG3都是单小齿轮类型行星齿轮。第一行星齿轮PG1由第一太阳齿轮S1、支撑第一小齿轮P1的第一小齿轮架PC1和与第一小齿轮P1接合的第一环形齿轮R1组成。第二行星齿轮PG2由第二太阳齿轮S2、支撑第二小齿轮P2的第二小齿轮架PC2和与第二小齿轮P2接合的第二环形齿轮R2组成。第三行星齿轮PG3由第三太阳齿轮S3、支撑第三小齿轮P3的第三小齿轮架PC3和与第三小齿轮P3接合的第三环形齿轮R3组成。
第一太阳齿轮S1通过第一旋转部件M1直接连至第二太阳齿轮S2，及第一环形齿轮R1通过第二旋转部件M2直接连至第三太阳齿轮S3，及第二小齿轮架PC2通过第三旋转部件M3直接连至第三环形齿轮R3。因此，一组三个行星齿轮PG1、PG2和PG3具有六个旋转部件，即第一旋转部件M1、第二旋转部件M2、第三旋转部件M3、第一小齿轮架PC1、第二环形齿轮R2和第三小齿轮架PC3。
下面将解释作为被驱动地输入至差动机构的驱动输入部件的发动机E、第一电动机/发电机MG1和第二电动机/发电机MG2这些动力源之间，以及差动机构的输出轴OUT、发动机离合器EC、每个互锁部件LB，HC，HLB和六个旋转部件之间的连接关系。此外，第二旋转部件M2处于自由状态，M2不与这些部件中任何一个连接。其余五个旋转部件如下地连接。
发动机E的发动机输出轴通过发动机离合器EC连至第三旋转部件M3。因此，当发动机离合器EC接合时，第二小齿轮架PC2和第三环形齿轮R3两者都通过第三旋转部件M3获得发动机转速(或具有与发动机相同的转速)。
第一电动机/发电机MG1的第一电动机/发电机输出轴直接连至第二环形齿轮R2。高低制动器HLB放置在第一电动机/发电机输出轴和变速器壳体TC之间。因此，当高低制动器HLB脱离时，第二环形齿轮R2获得MG1的转速。此外，当高低制动器HLB接合时，第二环形齿轮R2和第一电动机/发电机MG1停止。
第二电动机/发电机MG2的第二电动机/发电机输出轴直接连至第一旋转部件M1。高离合器HC放置在第二电动机/发电机输出轴和第一小齿轮架PC1之间，及低制动器LB放置在第一小齿轮架PC1和变速器壳体TC之间。因此，只当低制动器LB接合时，第一小齿轮架PC1才停止。只当高离合器HC接合时，第一小齿轮架PC1才停止。只当高离合器HC接合时，第一太阳齿轮S1、第二太阳齿轮S2和第一小齿轮架PC1才获得MG2的转速。此外，当低制动器LB和高离合器HC两者都接合时，第一太阳齿轮S1、第二太阳齿轮S2和第一小齿轮架PC1停止。
输出轴OUT直接连至第三小齿轮架PC3。此外，从输出轴OUT通过图外的传动轴、差速单元或驱动轴将驱动力传递到驱动轮的两侧。
从而，如图4A至图4E和图5A至图5E中所示，在共线(alignment)图中按照第一电动机/发电机MG1(R2)、发动机E(PC2、R3)、输出轴OUT(PC3)和第二电动机/发电机MG2(S1、S2)的顺序排列。因此，能使用表示行星齿轮系的动态运动的刚体杠杆模型。
当考虑差动齿轮中的速比时，“共线图”是速度图，用在依靠图来解决速比的更容易和更智能的方法中，该方法可替代依靠公式来解决速比的方法。沿纵轴取相应的旋转部件的每个转速，以及沿横轴取每个旋转部件例如环形齿轮、架、太阳齿轮。各旋转部件之间的每个空间如此安排，以便根据太阳齿轮和环形齿轮的齿轮速比来满足共线图的杠杆比(lever ratio)(α、β、δ)。顺便提及，图4A和图5A中的(1)表示第一行星齿轮PG1的共线图，(2)表示第二行星齿轮PG2的共线图，及(3)表示第三行星齿轮PG3的共线图。
发动机离合器EC是多盘摩擦离合器，它靠液压接合。在图4A至图4E和图5A至图5E中的共线图上，在发动机E的转速轴上定位(align)发动机离合器EC。当发动机离合器EC接合时，发动机离合器EC将发动机E的转速和转矩输入到第三旋转部件M3中，第三旋转部件M3是差动机构中发动机的输入旋转部件。
低制动器LB是多盘摩擦离合器，它靠液压接合。在图4A至图4E和图5A至图5E中的共线图上，低制动器LB定位在第二电动机/发电机MG2的转速轴之外。如图4A、图4B、图5A和图5B中所示，当低制动器LB接合而执行负责低侧(low side)速比的低侧速比模式时，低制动器LB将速比固定为低速比。
高离合器HC是多盘摩擦离合器，它靠液压接合。在图4A至图4E和图5A至图5E中的共线图上，在第二电动机/发电机MG2的转速轴上定位高离合器HC。如图4D、图4E、图5D和图5E中所示，当高离合器HC接合时，它执行负责高侧速比的高侧速比模式。
高低制动器HLB是多盘摩擦离合器，它靠液压接合。在图4A至图4E和图5A至图5E中的共线图上，高低制动器HLB定位在第一电动机/发电机MG1的转速轴之外。当高低制动器HLB接合和低制动器LB也接合时，高低制动器HLB将速比固定为欠驱动侧的低速比。以及当高低制动器HLB接合和高离合器HC也接合时，高低制动器HLB将速比固定为过驱动侧的高速比。
[混合变速器的控制系统(配置)]
第一优选实施例中混合变速器的控制系统由发动机控制器1、电动机控制器2、变换器3、电池4、液压控制单元5、综合控制器6、加速器开启角度传感器7、车速传感器8、发动机转速传感器9、第一电动机/发电机转速传感器10、第二电动机/发电机转速传感器11和第三环形齿轮转速传感器12，如图1中所示。
发动机控制器1根据来自综合控制器6的目标发动机转矩命令来输出用于控制发动机工作点(即发动机转速Ne和发动机转矩Te)的命令给例如图外的节气门作动器(或转矩作动器)，目标发动机转矩命令被从综合控制器6输出，而综合控制器6则接收由加速器开启角度传感器7所得到的加速器开启角度AP和由发动机转速传感器9所得到的发动机转速Ne。
根据来自综合控制器6的目标电动机/发电机(MG)转矩命令，电动机控制器2向变换器3(即转矩作动器)输出用于独立地控制第一电动机/发电机MG1的工作点(即N1和第一电动机/发电机转矩T1)和第二电动机/发电机MG2的工作点(即N2和第一电动机/发电机转矩T2)。该目标MG转矩命令从综合控制器6输出，该综合控制器6接收使用分析器(resolver)从第一电动机/发电机转速传感器10获得的第一电动机/发电机转速N1和使用分析器从第二电动机/发电机转速传感器11获得的第二电动机/发电机转速N2。此外，此电动机控制器2向综合控制器6输出电池S.O.C上的信息，用于显示电池4的充电状态。
变换器3连至在第一电动机/发电机MG1和第二电动机/发电机MG2共用的定子S中的定子线圈。变换器3根据来自电动机控制器2的命令生成组合电流。此变换器3连至电池4，它在工作时放电，而在再生时充电。
根据从综合控制器6接收的液压命令，液压控制单元5执行发动机离合器EC、低制动器LB、高离合器HC和高低制动器HLB的接合液压控制和脱离液压控制。这些接合液压控制和脱离液压控制包括滑动摩擦离合器控制，例如滑动接合液压控制和滑动脱离液压控制。
综合控制器6接收从加速器开启角度传感器7获得的加速器开启角度AP，从车辆速度传感器8获得的车辆速度VSP，从发动机转速传感器9获得的发动机转速Ne，从第一电动机/发电机转速传感器10获得的第一电动机/发电机转速N1，从第二电动机/发电机转速传感器11获得的第二电动机/发电机转速N2，从第三环形齿轮转速传感器12获得的发动机输入转速ωin等等。然后综合控制器6执行预定处理过程并根据处理结果向发动机控制器1、电动机控制器2和液压控制单元5输出控制命令。
综合控制器6和发动机控制器1通过双向通信线14进行连接，用于信息交换。综合控制器6和发动机控制器2也通过双向通信线15进行联接，用于信息交换。
[驱动模式]
第一优选实施例中的混合变速器不单用于FF(前发动机前驱动)车辆，也用于FR(前发动机后驱动)车辆，因为可使混合变速器的输出轴OUT一致地与发动机输出轴处于相同轴上。此外，在第一优选实施例的混合变速器中，作为无级可变速比模式，常用(common)速比区域不能只由一种驱动模式所覆盖，作为无级可变速比模式，常用速比区域能够由低侧无级可变速比模式和高侧无级可变速比模式两个共享模式所覆盖。因此，两个电动机/发电机MG1和MG2的输出分配率能被压低为等于或小于发动机E产生的发动机输出的大约20％。
混合变速器具有五种驱动模式：固定低速比模式(以后也称“低模式”)，低侧无级可变速比模式(以后也称“低-iVT模式”)，固定第二速比模式(以后也称“第二模式”)，高侧无级可变速比模式(以后也称“高-iVT模式”)，和固定高速比模式(以后也称“高模式”)，如图2中所示。
低模式通过接合低制动器LB和高低制动器HLB和脱离高离合器HC而执行，如图2中所示。低iVT模式通过接合低制动器LB和脱离高离合器HC和高低制动器HLB而执行。第二模式通过接合低制动器LB和高离合器HC和脱离高低制动器HLB而执行。高iVT模式通过接合高离合器HC和脱离低制动器LB和高低制动器HLB而执行。高模式通过接合高离合器HC和高低制动器HLB和脱离低制动器LB而执行。
这些五种驱动模式中的每一个被分为电动车辆模式(以后也称为“EV模式”)和混合车辆模式(以后也称为“HEV模式”)，EV模式中只由电动机/发电机MG1和MG2两者驱动而不用发动机E，HEV模式中由发动机E以及电动机/发电机MG1和MG2两者驱动。因此，将如图3中所示，EV模式和HEV模式中共有“十种驱动模式”。EV低模式的共线图示于图4A，及EV低iVT模式的共线图示于图4B，及EV第二模式的共线图示于图4C，及EV高iVT模式(即电动车辆无级可变速比模式)的共线图示于图4D，及EV高模式的共线图示于图4E。HEV低模式的共线图示于图5A，及HEV低iVT模式的共线图示于图5B，及HEV第二模式的共线图示于图5C，及HEV高iVT模式(即混合车辆无级可变速比模式)的共线图示于图5D，及HEV高模式的共线图示于图5E。
综合控制器6具有驱动模式图，其中“十种驱动模式”三维空间被指定，该三维空间由加速器开启角度AP、车辆速度VSP和电池S.O.C组成。当车辆行驶时，或当车辆停止时，综合控制器6根据所检测的加速器开启角度AP、所检测的车辆速度VSP和所检测的电池S.O.C来搜索驱动模式图。然后综合控制器6根据电池的充电状态或者通过加速器开启角度AP和车辆速度VSP所确定的车辆工作点来选择最佳驱动模式。
如果在驱动模式图上选择后造成EV模式和HEV模式之间的模式转换，则要求发动机启动或发动机停止。因而，在此情况下执行发动机离合器EC的接合/脱离控制，或者在除控制外，也执行其它互锁部件(例如离合器或制动器)的接合/脱离控制。此外，如果进行在EV模式的五种模式中、或者在HEV模式的五种模式中的模式转换，则执行互锁部件(例如离合器或制动器)的接合/脱离控制。这些模式转换控制是按照预定过程通过顺序控制来执行的，以使发动机工作点或者电动机工作点能平滑地转换。
其次将描述根据本发明第一优选实施例中的操作和优点。
[速比控制的处理过程]
图6是操作流程图，代表根据本发明的速比控制设备和方法的第一优选实施例的综合控制器中所执行的速比控制操作过程。下面解释每一步。当在行驶中选择HEV高iVT模式(参考图5D)时，此流程图开始，以及当选择其它驱动模式时，此流程图结束。
在步骤S1，综合控制器6计算速比代表实际测量值ωi_act(例如从第三环形齿轮转速传感器12中获得的发动机输入转速ωin)以及流程进到步骤S2。
在步骤S2，综合控制器6计算速比代表命令值ωi_ref(例如发动机输入转速命令值)并且计算速比代表命令值ωi_ref和速比代表实际测量值ωi_act之间的偏差Err。流程进到步骤S3。
在步骤S3，综合控制器6在步骤S2中所计算偏差Err的基础上根据例如以下等式(1)计算速比操纵变量Ti_ref，比例系数Kp和时间常数τs。然后流程进到步骤S4。步骤S3的处理过程对应于速比操纵变量计算部分(装置)。
Ti_ref＝Kp(1+1/(τs))Err  ---(1)
在步骤S4，综合控制器6计算发动机E的转矩的速比目标分量(purpose component)命令值(即发动机转矩Te的速比目标分量命令值dTe)。在步骤S3中所计算的速比操纵变量Ti_ref、发动机加速度比1以及发动机惯量Je的基础上根据以下等式(2)计算发动机转矩Te的速比目标分量命令值dTe，其中发动机加速度比1是换档运动(motion)中的发动机E的加速度比，以及发动机惯量(inertia)Je是换档运动中发动机E的惯性。步骤S4的处理过程对应于速比目标分量命令值计算部分(装置)。流程进到步骤S5。
dTe＝1·Je·Ti_ref＝Je·Ti_ref  ---(2)
在步骤S5，综合控制器6计算第一电动机/发电机MG1上的转矩的速比目标分量命令值(即第一电动机/发电机转矩T1的速比目标分量命令值dT1)。在步骤S3中计算的速比操纵变量Ti_ref、第一电动机/发电机加速度比ka(＝α+1)、以及第一电动机/发电机惯量J1的基础上根据以下等式(3)计算第一电动机/发电机转矩T1的速比目标分量命令值dT1，其中第一电动机/发电机加速度比ka(＝α+1)是换档运动中的第一电动机/发电机MG1的加速度比，以及第一电动机/发电机惯量J1是换档运动中的第一电动机/发电机MG1的惯性。步骤S5的处理过程对应于速比目标分量命令值计算部分(装置)。流程进到步骤S6。
dT1＝(α+1)·J1·Ti_ref  ---(3)
在步骤S6，综合控制器6在步骤S3中所计算的速比操纵变量Ti_ref、第二电动机/发电机加速度比kb(＝-β)、以及第二电动机/发电机惯量J2的基础上根据以下等式(4)计算第二电动机/发电机转矩T2的速比目标分量命令值dT2，其中第二电动机/发电机加速度比kb(＝-β)是换档运动中的第二电动机/发电机MG2的加速度比，以及第二电动机/发电机惯量J2是换档运动中的第二电动机/发电机MG2的惯性。步骤S6的处理过程对应于速比目标分量命令值计算部分(装置)。流程进到步骤S7。
dT2＝(-β)·J2·Ti_ref  ---(4)
在步骤S7中，综合控制器6判断是否存在发动机转矩Te的速比目标分量命令值dTe和发动机转矩Te的速比目标分量实际值之间的偏差转矩dTe_error。如果是，则流程进到步骤S8。如果否，则流程进到步骤S13。例如，当所计算偏差转矩dTe_error等于或大于预定值时，综合控制器6可判断为是。
在步骤S8，综合控制器6将在步骤S7中所计算的偏差转矩dTe_error赋予第一电动机/发电机转矩T1所用速比目标分量命令值dT1和第二电动机/发电机转矩T2所用速比目标分量命令值dT2。根据例如以下等式(5)和(6)来计算所赋偏差转矩dT1_comp和所赋偏差转矩dT2_comp，所赋偏差转矩dT1_comp为赋予速比目标分量命令值dT1的值，所赋偏差转矩dT2_comp为赋予速比目标分量命令值dT2的值。然后所赋偏差转矩dT1_comp和dT2_comp被分别加至速比目标分量命令值dT1和速比目标分量命令值dT2上。
dT1_comp＝dTe_error/(1+α+β)  ---(5)
dT2_comp＝-dTe_error/(1+α+β) ---(6)
步骤S8的处理过程对应于速比目标分量命令值校正部分(装置)。流程进到步骤S9。
在步骤S9，当通过等式(5)计算的所赋偏差转矩dT1_comp被加至第一电动机/发电机转矩T1的速比目标分量命令值dT1上时，综合控制器6判断第一电动机/发电机转矩T1是否饱和。如果是，则流程进到步骤S10。如果否，则流程进到步骤S11。
在步骤S10，如果步骤S9中为是，则综合控制器6只将偏差转矩dTe_error赋予第二电动机/发电机转矩T2所用速比目标分量命令值dT2。根据例如以下等式(7)计算所赋偏差转矩dT2_comp。然后该所赋偏差转矩dT2_comp被加至速比目标分量命令值dT2上。流程进到步骤S13。
dT2_comp＝-dTe_error/(β)  ---(7)
在步骤S11，当通过等式(6)计算的所赋偏差转矩dT2_comp被加至第二电动机/发电机转矩T2的速比目标分量命令值dT2上时，综合控制器6判断第二电动机/发电机转矩T2是否饱和。如果是，则流程进到步骤S12。如果否，则流程进到步骤S13。
在步骤S12，如果步骤S11中结果为是，则综合控制器6只将偏差转矩dTe_error赋予第一电动机/发电机转矩T1所用速比目标分量命令值dT1。根据例如以下等式(8)计算所赋偏差转矩dT1_comp。然后该所赋偏差转矩dT1_comp被加至速比目标分量命令值dT1上。流程进到步骤S13。
dT1_comp＝dTe_error/(1+α)  ---(8)
步骤S9至步骤S12的处理过程对应于速比目标分量命令值校正部分(装置)。
在步骤S13，综合控制器6把由上述处理过程所计算的每个速比目标分量命令值dTe、dT1和dT2(即发动机E、第一电动机/发电机MG1和第二电动机/发电机MG2的每个目标转矩命令)输出至转矩作动器。然后作为输出部件的发动机E、第一电动机/发电机MG1和第二电动机/发电机MG2根据速比目标分量命令值dTe、dT1和dT2来输出转矩。步骤S13的处理过程对应于速比控制命令部分(装置)。流程进到步骤S14。
在步骤S14，综合控制器6判断控制(子例程时间)周期是否已经过去。此判断过程一直继续，直至控制(子例程时间)周期结束。然后流程进到步骤S15。
在步骤S15，综合控制器6判断HEV高iVT模式中的速比控制是否应该结束。如果是，则综合控制器6结束速比控制。如果否，则流程回到步骤S1。
此外，当行驶时选择HEV高iVT模式(参考图4D)，能够使用上述流程图执行速比控制，但把与发动机转矩Te有关的步骤除外(即把步骤S4和步骤S7至步骤S12除外)。
[换档运动模式控制和速比控制之间的关系]
首先，换档运动模式是这样一种模式，其中共线图上的杠杆以这样的方式围绕具有最大惯性的输出轴OUT旋转式，即对于第一电动机/发电机转矩T1、发动机转矩Te和第二电动机/发电机转矩T2，杠杆的旋转方向被平衡，如图7A中所示。
另一方面，加速运动模式具有两种模式。一种模式是其中共线图上的杠杆以这样的方式围绕发动机E进行旋转，即例如将输出轴OUT的瞬时驱动力赋予第一电动机/发电机转矩T1和第二电动机/发电机转矩T2以使输出轴OUT的转速增加，如图7B中所示。另一种模式是其中在共线图上的杠杆以这样一种方式平行地向上移动，即将输出轴OUT的瞬时驱动力赋予第一电动机/发电机转矩T1、发动机转矩Te和第二电动机/发电机转矩T2以使输出轴OUT的转速增加，如图7C中所示。
当图7A与图7B互相比较时，这两个模式的相同点是在共线图上的杠杆都旋转，虽然共线图上杠杆的旋转中心互相不同。因此，其中共线图上的杠杆旋转的换档运动模式和加速运动模式具有互不干扰的关系(或者不造成干扰)。注意到这个关系，在本发明中，在转矩控制中的瞬时驱动力控制和速比稳定控制是分开的，而速比稳定所用转矩控制则被包括在速比控制中。
假设在混合控制系统中，在常速行驶中，输出旋转加速度命令值dωo_ref被设为零值，只有对应于每单位时间速比操纵变量的输入旋转加速度命令值dωi_ref被送给向量执行器(actuator)(或变量变换)，如图8A中所示。在此情况下，向量执行器使用与本发明优选实施例相同的方式根据换档运动中的加速度比和惯性将dωi_ref变换为转矩命令值T1_ref、Te_ref和T2_ref，并且将T1_ref、Te_ref和T2_ref输出至行星齿轮机构(或差动机构)。在此情况下，输出旋转加速度命令值dωo变为零值，从控制系统只输出为输入旋转加速度实际测量值dωi的整数倍的输入转速ωi。因此，用于通过速比稳定转矩控制来控制输入转速ωi的速比控制不会造成对改变输出转速ωo的瞬时驱动力控制造成干扰，如图8B中所示。因此，通过速比稳定转矩控制来执行换档运动模式控制与执行图9A和图9B中所示的速比控制同义。
[速比控制的优点]
在根据本发明的第一优选实施例中，如图10中所示，速比控制器接收速比代表命令值(例如发动机转速命令值)和速比代表实际值(例如发动机转速实际值)之间的偏差，通过电子变速器(＝混合变速器)输出被反馈到该速比控制器。然后，速比控制器计算速比操纵变量。此外，速比控制器通过为相应的驱动输入部件将所计算的速比操纵变量乘上换档运动中的加速度比(1，α+1，-β)来计算换档运动中的发动机加速度、换档运动中的电动机1加速度和换档运动中的电动机2加速度。速比控制器通过为相应的驱动输入部件将换档运动中所计算的加速度乘上换档运动中的惯量(Je，J1和J2)来计算发动机转矩的速比目标分量命令、电动机1转矩的速比目标分量命令和电动机2转矩的速比目标分量命令。然后电子变速器接收这些所计算的速比目标分量命令。
具体说，当行驶时选择HEV高iVT模式和不存在发动机转矩Te的速比目标分量命令值dTe和发动机转矩Te的目标分量实际值之间的偏差转矩dTe_error时，流程按照图6的流程图中的步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5→步骤S6→步骤S7→步骤S13进行。在此情况下，在步骤S4、S5和S6，根据在步骤S3中所计算的速比操纵变量Ti_ref、换档运动中的加速度比(1，α+1，-β)和换档运动中的惯量(Je，J1和J2)来计算发动机转矩Te的速比目标分量命令值dTe、第一电动机/发电机转矩T1的速比目标分量命令值dT1和第二电动机/发电机转矩T2的速比目标分量命令值dT2。然后在步骤S13中将每个速比目标分量命令值dTe、dT1和dT2输出至转矩作动器。
因此，如图11中所示，共线图上的杠杆执行换档操作，其中根据速比操纵变量Ti_ref杠杆围绕输出轴OUT从虚线位置旋转到实线位置。此外，在换档后的杠杆位置上，速比目标分量命令值dT1与第一电动机/发电机对换档运动的惯性反作用力互相平衡，以及速比目标分量命令值dTe与发动机对换档运动的惯性反作用力互相平衡，以及速比目标分量命令值dT2与第二电动机/发电机对换档运动的惯性反作用力互相平衡。其结果是，相对于输出轴OUT位置而言，车体对换档运动的惯性反作用力成为零。因此，在换档后的杠杆位置上，沿旋转方向转矩平衡被保持稳定。因而能够实现速比的稳定反馈控制。由此，容易稳定速比控制中的速比而又不干扰瞬时驱动力控制的速比控制转矩被送至转矩作动器。此外，由于发动机转矩Te也是用于速比稳定的操纵变量，大幅度运动的限制情况(即换档速度上限/下限)比发动机转矩Te不用作速比稳定的操纵变量的情况要好。
此外，当输出轴OUT的瞬时驱动力由于加速请求(即更高速度请求)或减速请求(即更低速度请求)而被请求变化时，独立于速比的上述稳定反馈控制，执行将输出轴OUT的瞬时驱动力赋予第一电动机/发电机转矩T1和第二电动机/发电机转矩T2的控制。例如杠杆围绕发动机E旋转，如图7B中所示。因此能够实现瞬时驱动力的增加/减少要求。
其次，当行驶时选择HEV高iVT模式以及在发动机转矩Te的速比目标分量命令值dTe和发动机转矩Te的速比目标分量实际值之间存在偏差转矩dTe_error时，流程按照图6的流程图中的步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5→步骤S6→步骤S7→步骤S8→步骤S9→步骤S11→步骤S13进行。也即，这是例如瞬时发动机转矩变为饱和或者对瞬时发动机转矩命令值的响应被延迟的情况。在此情况下，在步骤S4、S5和S6，根据在步骤S3中所计算的速比操纵变量Ti_ref、换档运动中的加速度比(1，α+1，-β)和换档运动中的惯量(Je，J1和J2)来计算发动机转矩Te的速比目标分量命令至dTe、第一电动机/发电机转矩T1的速比目标分量命令值dT1和第二电动机/发电机转矩T2的速比目标分量命令值dT2。然后在步骤S8将偏差转矩dTe_error赋予和加至速比目标分量命令值dT1和速比目标分量命令值dT2。然后在步骤S13将被赋予的(和被加的)每个速比目标分量命令值dTe、dT1和dT2输出至转矩作动器。
因此，即使当例如瞬时发动机转矩变为饱和或者对瞬时发动机转矩命令值的响应被延迟时，也能继续进行速比控制而不影响由速比稳定转矩控制所控制的速比或驱动力。
其次，当行驶时选择HEV高iVT模式及存在偏差转矩dTe_error，以及当此偏差转矩dTe_error被赋予速比目标分量命令值dT1和dT2时第一电动机/发电机转矩T1变为饱和的情况下，流程按照图6的流程图中的步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5→步骤S6→步骤S7→步骤S8→步骤S9→步骤S10→步骤S13进行。在此情况下，在步骤S10只将偏差转矩dTe_error赋予第二电动机/发电机转矩T2的速比目标分量命令值dT2。其次，当行驶时选择HEV高iVT模式及存在偏差转矩dTe_error，以及当此偏差转矩dTe_error被赋予速比目标分量命令值dT1和dT2时第二电动机/发电机转矩T2成为饱和的情况下，流程按照图6的流程图中的步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5→步骤S6→步骤S7→步骤S8→步骤S9→步骤S11→步骤S12→步骤S13进行。在此情况下，在步骤S12只将偏差转矩dTe_error赋予第一电动机/发电机转矩T1的速比目标分量命令值dT1。
即使当第一电动机/发电机转矩T1变为饱和或当第二电动机/发电机转矩T2变为饱和时，虽然驱动力稍有波动，但也能继续进行速比控制而不影响由速比稳定转矩控制所控制的速比。
本申请是基于在2003年11月18日提交的现有日本专利申请No.2003-388364的。此日本专利申请No.2003-388364在此全部引为参考。
虽然已经参考本发明的一定实施例描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。本领域技术人员知道，考虑到上述教导，可以对上述实施例作出不同修改和变化。例如，在第一优选实施例中已经描述了HEV高iVT模式和EV高iVT模式。然而，本发明也能应用于HEV低iVT模式和EV低iVT模式。在此情况下(即HEV低iVT模式和EV低iVT模式中)，换档运动中的第一电动机/发电机加速度比(Ka)和第二电动机/发电机加速度比(-Kb)只是把第一优选实施例中的值修改为不同值。
在第一优选实施例中，本发明中的速比控制设备应用于由具有三个单小齿轮类型的行星齿轮的差动机构所组成的混合变速器。然而，本发明中的速比控制设备也可应用于由具有Ravigneaux(Ravigneawx)(维列奥克斯)行星齿轮的差动机构所组成的混合变速器，只要发动机、输出部件、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机分别连至至少具有四个旋转部件的二自由度差动机构中的不同旋转部件即可。本发明的范围参考以下权利要求书而规定。

Claims (13)

1.一种用于混合变速器的速比控制设备，该混合变速器具有二自由度差动机构，该差动机构至少具有四个旋转部件，发动机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机和输出部件被分别连至所述四个旋转部件中的每一个，该速比控制设备包括：
速比操纵变量计算部分，它根据速比代表命令值和速比代表实际测量值之间的偏差来计算速比操纵变量；
速比目标分量命令值计算部分，它根据由速比操纵变量计算部分所计算的速比操纵变量，及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的加速度比，以及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的惯量，计算被驱动输入到差动机构的每个驱动输入部件上的转矩的速比目标分量命令值；以及
速比控制命令输出部分，它将所计算的速比目标分量命令值输出给发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的转矩作动器。
2.如权利要求1中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，还包括：
放置于发动机和差动机构之间的发动机离合器，它根据发动机离合器的接合-脱离控制可操作地进入混合变速器的电动车辆模式和混合车辆模式。
3.如权利要求1中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，其中速比目标分量命令值计算部分以这种方式计算除发动机转矩以外的第一电动机/发电机转矩和第二电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值，即以下关系成立：
dT1∶dT2＝(Ka)J1∶(-Kb)J2，
其中dT1表示第一电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值，dT2表示第二电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值，Ka表示换档运动中第一电动机/发电机的加速度比，J1表示换档运动中第一电动机/发电机的惯量，(-Kb)表示换档运动中第二电动机/发电机的加速度比，J2表示换档运动中第二电动机/发电机的惯量。
4.如权利要求3中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，还包括：
放置于发动机和差动机构之间的发动机离合器，它根据发动机离合器的接合-脱离控制可操作地进入混合变速器的电动车辆模式和混合车辆模式，并且其中当发动机离合器脱离时选择电动车辆模式。
5.如权利要求4中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，还包括：
放置于第一电动机/发电机、第二电动机/发电机、差动机构和变速器壳体之间的各互锁部件，所述各互锁部件根据其接合-脱离控制可操作地进入混合变速器中的低模式、低iVT模式、第二模式、高iVT模式和高模式，并且其中通过各互锁部件的接合-脱离控制而选择低iVT模式和高iVT模式中的一种。
6.如权利要求1中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，其中速比目标分量命令值计算部分以这种方式计算第一电动机/发电机转矩、发动机转矩和第二电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值，即使以下关系成立：
dT1∶dTe∶dT2＝(Ka)J1∶(1)Je∶(-Kb)J2，
其中dT1表示第一电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值，dTe表示发动机转矩的速比目标分量命令值，dT2表示第二电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值，Ka表示换档运动中第一电动机/发电机的加速度比，J1表示换档运动中第一电动机/发电机的惯量，(1)表示换档运动中发动机的加速度比，Je表示换档运动中发动机的惯量，(-Kb)表示换档运动中第二电动机/发电机的加速度比，J2表示换档运动中第二电动机/发电机的惯量。
7.如权利要求6中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，还包括：
放置于发动机和差动机构之间的发动机离合器，它根据发动机离合器的接合-脱离控制可操作地进入混合变速器中的电动车辆模式和混合车辆模式，并且其中当发动机离合器接合时选择混合车辆模式。
8.如权利要求7中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，还包括：
放置于第一电动机/发电机、第二电动机/发电机、差动机构和变速器壳体之间的，所述各互锁部件根据其接合-脱离控制可操作地进入混合变速器中的低模式、低iVT模式、第二模式、高iVT模式和高模式，以及其中通过各互锁部件的接合-脱离控制而选择低iVT模式和高iVT模式中的一种。
9.如权利要求1中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，还包括：
速比目标分量命令值校正部分，它将发动机转矩速比目标分量命令值和发动机转矩速比目标分量实际值之间的偏差赋予第一电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值和第二电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值。
10.如权利要求9中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，其中当偏差被赋予第一电动机/发电机转矩和第二电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值时，在第一电动机/发电机转矩和第二电动机/发电机转矩中的至少一个变为饱和的情况下，速比目标分量命令值校正部分只将偏差转矩赋予非饱和的电动机/发电机转矩的速比目标分量命令值。
11.如权利要求1中所要求的用于混合变速器的速比控制设备，其中由于加速/减速请求输出部件的瞬时驱动力被请求变化时，速比目标分量命令值计算部分将输出部件的瞬时驱动力赋予第一电动机/发电机和第二电动机/发电机。
12.一种用于混合变速器的速比控制方法，该混合变速器具有二自由度差动机构，该差动机构至少具有四个旋转部件，发动机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机和输出部件被分别连至所述四个旋转部件中的每一个，该速比控制方法包括：
根据速比代表命令值和速比代表实际测量值之间的偏差来计算速比操纵变量；
根据所计算的速比操纵变量，及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的加速度比，以及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的惯量，计算被驱动输入到差动机构的每个驱动输入部件上的转矩的速比目标分量命令值；以及
将所计算的速比目标分量命令值输出给发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的转矩作动器。
13.一种用于混合变速器的速比控制设备，该混合变速器具有二自由度差动机构，该差动机构至少具有四个旋转部件，发动机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机和输出部件被分别连至所述四个旋转部件中的每一个，该速比控制设备包括：
速比操纵变量计算装置，它根据速比代表命令值和速比代表实际测量值之间的偏差来计算速比操纵变量；
速比目标分量命令值计算装置，它根据由速比操纵变量计算装置所计算的速比操纵变量，及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的加速度比，以及换档运动中发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的惯量，计算被驱动输入到差动机构的每个驱动输入部件上的转矩的速比目标分量命令值；以及
速比控制命令输出装置，它将所计算的速比目标分量命令值输出给发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的每一个的转矩作动器。
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