CN1891547A - 混合动力车辆控制操作 - Google Patents

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CN1891547A
CN1891547A CNA2006100925563A CN200610092556A CN1891547A CN 1891547 A CN1891547 A CN 1891547A CN A2006100925563 A CNA2006100925563 A CN A2006100925563A CN 200610092556 A CN200610092556 A CN 200610092556A CN 1891547 A CN1891547 A CN 1891547A
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rotating
vehicle driven
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CNA2006100925563A
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土川晴久
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆的驱动系统，包括差速器，该差速器包括行星齿轮组和至少一个接合元件，该行星齿轮组具有多个旋转元件。第一马达发电机、发动机、驱动轮和第二马达发电机中的每一个与至少一个旋转元件相连接。所述至少一个接合元件为差速器选择性提供可变速比模式和固定速比模式。在可变速比模式下，第一马达发电机从发动机和第二马达发电机的至少一个的输出功率中产生电力。驱动系统还包括在电池的充电状态低于预定值时选择可变速比模式，以给混合动力车辆的电池充电。

Description

混合动力车辆控制操作
技术领域
本发明涉及控制混合动力车辆的驱动模式。
背景技术
混合动力车辆包括具有内燃机和一个或多个电动机/发电机的动力总成系统。在一些实施例中，混合动力车辆的动力总成系统可以包括两个马达/发电机和具有二自由度的差速器。这种二自由度允许来自内燃机和/或两个马达/发电机的动力用于驱动车辆的车轮。例如，差速器可以包括行星齿轮机构，以提供所述二自由度。动力总成系统还可以包括制动器，以接合差速器的元件，来将差速器限制为一个自由度。
差速器提供如下的驱动模式，这些驱动模式包括：电动车辆(EV)驱动模式，利用该驱动模式，可变的速比仅通过两个马达获得；电动车辆/低速制动(EV-LB)驱动模式，利用该驱动模式，车辆在制动器接合的情况下由两个马达以固定的传动比驱动；电动无极变速传动(EIVT)驱动模式，利用这种模式，在发动机和两个马达/发电机被驱动的同时获得可变的速比；以及低速制动(LB)驱动模式，利用该模式，在发动机和两个马达/发电机被驱动的同时获得固定的传动比。驱动模式基于车辆的运行状态从驱动模式控制图中任意地选择。
发明内容
传统技术的问题在于：如果在车辆以可变速比驱动模式在低速范围内运行时驱动力增大，除非由马达/发电机中的一个或多个产生电力，否则不能增大驱动力，如果不这样产生电力，就不能获得充足的驱动力，这是因为连接到马达/发电机、发动机和输出轴上的差速器元件之间的关系所致。这个关系可以在列线图中予以说明。
本发明的各实施例可用于减少不期望的驱动模式的变化。例如，当车辆起动时，由于选择LB驱动模式，并然后低速制动LB释放，且选择可变传动比驱动模式，因此会产生换档(shift transmission)震动。
在一个实施例中，本发明旨在一种混合动力车辆的驱动总成，其包括：差速器，该差速器包括提供多个旋转元件的一组行星齿轮。混合动力车辆的第一马达发电机、混合动力车辆的发动机、混合动力车辆的驱动轮以及混合动力车辆的第二马达发电机中的每一个连接至少一个所述多个旋转元件的旋转元件。至少一个接合元件选择性为差速器提供可变速比模式和固定速比模式。在可变速比模式下，第一马达发电机从发动机和第二马达发电机中的至少一个的输出功率中产生电力。驱动系统还包括控制器，该控制器在电池的充电状态低于预定值时选择可变速比模式，来给混合动力车辆的电池充电。
在另一实施例中，本发明旨在一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括：第一马达发电机、第二马达发电机、发动机、向驱动轮输出驱动力的输出轴、以及包括提供多个旋转元件的一组行星齿轮的差速器。混合动力车辆的第一马达发电机、混合动力车辆的发动机、混合动力车辆的驱动轮以及混合动力车辆的第二马达发电机中的每一个连接至少一个所述多个旋转元件的旋转元件。至少一个接合元件选择性地约束第一马达发电机的转动，且响应混合动力车辆的车辆驱动条件，差速器选择性地提供可变速比模式和固定速比模式。在可变速比模式下，第一马达发电机产生电力。在固定速比模式下，所述至少一个接合元件约束第一马达发电机的转动。该系统还包括电池和控制器，其中所述电池电连接到第一和第二马达发电机，而所述控制器在所述电池的充电状态低于预定值时选择可变速比模式。
本发明的一个或多个实施例的细节将在附图以及下面的描述中给出。本发明的其他特征、目的和优点将从附图和说明书以及从权利要求中得以理解。
附图说明
图1是示出利用第一示例性实施例的发动机起动控制装置的混合动力车辆的整个系统图；
图2A-2E是示出在配备有第一示例性实施例的发动机起动控制装置的电动车辆驱动模式中混合车辆的五个驱动模式的列线图；
图3A-3E是示出在配备有第一示例性实施例的发动机起动控制装置的混合动力车辆驱动模式中混合车辆的五个驱动模式的列线图；
图4是示出用于选择配备有第一示例性实施例的发动机起动控制装置的混合动力车辆的驱动模式的驱动模式控制图的示例的视图；
图5是配备有第一示例性实施例的发动机起动控制装置的混合动力车辆的发动机、发动机离合器、马达发电机、低速制动器、高速离合器、高速/低速制动器、串联离合器(series clutch)和10驱动模式的马达发电机离合器的操作图表；
图6是示出在配备有第一示例性实施例的发动机起动控制装置的混合动力车辆的每个接合元件之间的关系的列线图；
图7是示出由第一示例性实施例的集成控制器做出的驱动模式控制图变化的流程的流程图；
图8是示出第一示例性实施例的马达发电机扭矩比的视图；
图9是第一示例性实施例的低速-iVT驱动模式的充电状态的列线图；
图10是示出在低速-iVT驱动模式下的驱动力线的视图；
图11是第一示例性实施例的高速-iVT驱动模式的充电状态的列线图。
具体实施方式
图1是示出使用第一示例性实施例的发动机起动控制装置的混合动力车辆的驱动系统的系统图。如图1所示，第一示例性实施例的混合动力车辆的驱动系统由发动机E、第一马达发电机MG1、第二马达发电机MG2、输出轴OUT(输出轴)和驱动力结合变速器，该变速器具有差速结构(第一行星齿轮PG1、第二行星齿轮PG2、和第三行星齿轮PG3)，其中，输入和输出元件E、MG1、MG2和OUT相连接。第一示例性实施例的混合动力车辆是后轮驱动类型的，其驱动驱动轮18。
接合元件的接合和释放基于所选择的驱动模式由油压控制装置5所控制的油压来加以控制，第一示例性实施例的混合动力车辆的驱动系统具有高速离合器HC、发动机离合器EC、串联离合器SC、马达发电机离合器MGC、低速制动器LB和高速/低速制动器HLB。
发动机E是汽油机或柴油机，其中，节气门的节气门开度基于来自发动机控制器1的控制命令而得以控制。
第一马达发电机MG1和第二马达发电机MG2是同步马达发电机，具有其中嵌入永久磁铁的转子和缠绕定子线圈的定子，并且，基于马达控制器2，它们向每个定子线圈提供由逆变器产生的三相交流电，并单独被控制。
第一行星齿轮PG1、第二行星齿轮PG2和第三行星齿轮PG3是带有二自由度的单个小齿轮型行星齿轮，具有三个元件并且作为混合动力车辆的驱动总成的一部分。第一行星齿轮PG1由第一太阳轮S1、支撑第一小齿轮P1的第一行星架PC1和与第一小齿轮P1相啮合的第一齿圈R1构成。第二行星齿轮PG2由第二太阳轮S2、支撑第二小齿轮P2的第二行星架PC2以及与第二小齿轮P2相啮合的第二齿圈R2构成。第三行星齿轮PG3由第三太阳轮S3、支撑第三小齿轮P3的行星架PC3和与第三小齿轮P3啮合的第三齿圈R3构成。
第一太阳轮S1由第一旋转元件M1直接连接到第二太阳轮S2。第一齿圈R1由第二旋转元件M2直接连接到第三太阳轮S3。第二行星架PC2由第三旋转元件M3直接连接到第三齿圈R3上。因此，三组行星齿轮PG1、PG2和PG3具有6个旋转元件：第一旋转元件M1、第二旋转元件M2、第三旋转元件M3、第一行星架PC1、第二齿圈R2和第三行星架PC3。
现在描述驱动力源E、MG1和MG2及输出轴OUT与对应于差速结构的六个旋转元件的每个接合元件LB、HC、HLB、EC、SC和MGC之间的连接关系。第二马达发电机MG2连接到第一旋转元件M1(S1和S2)。第二旋转元件M2(R1和R3)不连接到任何输入和输出元件。发动机E通过发动机离合器EC连接到旋转元件M3(PC2和R3)。
第一行星架PCI通过高速离合器HC连接到第二马达发电机MG2。而且，第一行星架PC1通过低速制动器LB连接到变速箱TC。
第二齿圈R2通过马达发电机离合器MGC连接到第一马达发电机MG1。而且，第二齿圈R2通过高速/低速制动器HLB连接到变速箱TC。
输出轴OUT连接到第三行星架PC3。在此，输出轴OUT具有输出轴固定控制单元16(输出轴固定控制单元)，在马达发电机MG1和MG2其中一个故障时，在发动机起动的情况下，该输出轴固定控制单元固定输出轴OUT。而且，驱动力从输出轴OUT通过图中未示出的传动轴、差速器和驱动轴传递到左和右车轮。此外，发动机E通过串联离合器SC连接到第一马达发电机MG1。
利用该连接关系，可以引入刚性杆驱动模式(第一行星齿轮PG1的杆(1)、第二行星齿轮PG2的杆(2)、第三行星齿轮PG3的杆(3))，它们可以简单地表示行星齿轮排的动力操作，并且在如图2所示的列线图中按第一马达发电机MG1(R2)、发动机E(PC2和R3)、输出轴OUT(PC3)和第二马达发电机MG2(S1和S2)的顺序构成。在此“列线图”是速度图，它用在绘图系统所获得的方法中，在考虑差速齿轮的传动比时，该方法比利用方程的方法更简单容易。速度轴代表每个旋转元件的旋转数(number of rotation)(转动速度)，而水平轴代表每个旋转元件，如齿圈、行星架和太阳轮，使得每个旋转元件的间隔变成共线杆比(collinear lever ratio)(α、β、δ)，它们由太阳轮和齿圈的传动比确定。
高速离合器HC为多片摩擦离合器，它们由油压接合。HC放置在与图6的列线图中第二马达发动机MG2的旋转速度轴相对应的位置处，且如图2和图3的列线图所示，实现“第二固定速比模式”、“高速侧可变速比模式”和“高速固定速比模式”。
发动机离合器EC是多片摩擦离合器，它由油压接合。EC放置在与图6的列线图中发动机E的旋转速度轴相对应的位置处，并通过接合将发动机E的旋转和扭矩输入到作为发动机输入旋转元件的第三旋转元件M3(PC2和R3)。
串联离合器SC是多片摩擦离合器，它由油压接合。SC放置在图6的列线图中发动机E与第一马达发电机MG1相连接的位置处，并且通过接合将发动机E与第一马达发电机MG1相连接。
马达发电机离合器MGC是多片摩擦离合器，它由油压接合。在图6的列线图中，MGC放置在第一马达发电机MG1与第二齿圈R2相连接的位置，并且将第一马达发电机MG1与第二齿圈R2解脱。
低速制动器LB是多片摩擦离合器，它由油压接合。在图6的列线图中，LB放置在第二马达发电机MG2的旋转速度轴外侧，且如图2和图3的列线图所示，实现“低速固定速比模式”和“低速侧可变速比模式”。
高速/低速制动器HLB是多片摩擦离合器，它由油压接合。在图6的列线图中，HLB放置在与第一马达发动机MG1的旋转速度轴相对应的位置处，如图2和图3的列线图所示，当与低速制动器LB一起接合时，改变驱动侧的“低速固定速比模式”的传动比，而当与高速离合器HC一起接合时，改变超速侧的“高速固定速比模式”的传动比。
接着，描述混和动力车辆的驱动总成的控制系统。如图1所示，控制系统包括发动机控制器1、马达控制器2、逆变器3、电池4、油压控制装置5、集成控制器6、油门开度传感器7、车速传感器8、发动机旋转数传感器9、第一马达发电机旋转数传感器10、第二马达发电机旋转数传感器11、第三齿圈旋转数传感器12、第二齿圈旋转数传感器13和轮速传感器17，该轮速传感器探测作为从动轮的前车轮的轮速和作为驱动轮的后车轮的轮速。
发动机控制器1接收来自集成控制器6的命令，如目标发动机扭矩命令，该集成控制器6输入来自油门开度传感器7的油门开度AP和来自发动机旋转数传感器9的发动机旋转数Ne，且发动机控制器1将控制发动机工作点(Ne和Te)的指令输出到例如节气门致动器(图中未示出)。
马达控制器2接收来自集成控制器6的命令，如目标马达发动机扭矩命令，该集成控制器6通过求解器输入来自两个马达发电机旋转数传感器10和11的马达发电机旋转数N1和N2，且马达控制器2将单独控制第一马达发电机MG1的马达工作点(N1和T1)和第二马达发电机MG2的工作点(N2和T2)的命令输出到逆变器3。在此，从马达控制器2，表示电池4的充电状态的关于电池充电状态的信息输出到集成控制器6。
逆变器3连接到第一马达发电机MG1和第二马达发电机MG2的每个定子线圈上，并产生与来自马达控制器2的马达命令相关的两个彼此独立的三相交流电。电池4连接到逆变器3，在动力运行时，该电池放电，而在再生制动时，该电池被充电。
油压控制装置5基于来自集成控制器6的控制油压的命令控制用于接合和解脱低速制动器LB、高速离合器HC、高速/低速制动器HLB、发动机离合器EC、串联离合器SC和马达发电机离合器MGC的油压。接合油压控制和解脱油压控制包括通过打滑接合控制和解脱控制进行的半离合控制。
集成控制器6从油门开度传感器7输入关于油门开度AP的信息、从车速传感器8输入关于车速VSP的信息、从发动机旋转数传感器9输入关于发动机旋转数Ne的信息、从第一马达发电机旋转数传感器10输入关于第一马达发电机旋转数N1的信息、从第二马达发电机旋转数传感器11输入关于第二马达发电机旋转数N2的信息、并从第三齿圈旋转数传感器12输入关于驱动力结合传动的输入旋转数Ni的信息，并进行预定计算。然后，它基于计算结果向发动机控制器1、马达控制器2和油压控制装置5输出控制命令。而且，集成控制器6基于来自轮速传感器17的轮速探测驱动轮的打滑状态，并控制具有牵引力的车轮的功率。
在此，集成控制器6通过双向通信线14连接到发动机控制器1，并且集成控制器6通过双向通信线15连接到马达控制器2，以进行信息交换。
接着，描述混合动力车辆的驱动模式。具有5种驱动模式，包括：低速固定速比模式(此后称为低速驱动模式)、低速侧变速驱动模式(此后称为低速-iVT驱动模式)、两速固定驱动模式(此后称为第二驱动模式)、高速侧变速驱动模式(此后称为高速-iVT驱动模式)以及高速固定速比模式(此后称为高速驱动模式)。
五种驱动模式分类为电动车辆驱动模式(此后称为EV驱动模式)和混合动力车辆驱动模式(此后称为HEV驱动模式)，其中，在电动车辆驱动模式，车辆由马达发电机MG1和MG2而不用发动机E运行，而在混合动力车辆驱动模式，车辆利用发动机E和两个马达发电机MG1和MG2运行。
如图2所示涉及EV驱动模式的五种驱动模式可以和如图3所示涉及HEV驱动模式的五种驱动模式相结合，以产生十种驱动模式。在此，图2(a)是EV-低速驱动模式的列线图，图2(b)是EV-低速-iVT驱动模式的列线图，图2(c)是EV-第二驱动模式的列线图，图2(d)是Ev-高速-iVT驱动模式的列线图，而图2(e)是EV-高速驱动模式的列线图。而且，图3(a)是HEV低速驱动模式的列线图，图3(b)是HEV-低速-iVT驱动模式的列线图，图3(c)是HEV-第二驱动模式的列线图，图3(d)是HEV-高速-iVT驱动模式的列线图，而图3(e)是HEV-高速驱动模式的列线图。
如图2(a)和3(a)的列线图所示，低速驱动模式是通过接合低速制动器LB、解脱高速离合器HC、接合高速/低速制动器HLB、解脱串联离合器SC并接合马达发电机离合器MGC来实现的低速固定速比模式。
如图2(b)和3(b)的列线图所示，低速-iVT驱动模式是通过接合低速制动器LB、解脱高速离合器HC、解脱高速/低速制动器HLB、解脱串联离合器SC并接合马达发电机离合器MGC来实现的低速侧变速驱动模式。
如图2(c)和3(c)的列线图所示，第二驱动模式是通过接合低速制动器LB、解脱高速离合器HC、解脱高速/低速制动器HLB、解脱串联离合器SC并接合马达发电机离合器MGC来实现的两速固定驱动模式。
如图2(d)和3(d)的列线图所示，高速-iVT驱动模式是通过解脱低速制动器LB、接合高速离合器HC、解脱高速/低速制动器HLB、解脱串联离合器SC和接合马达发电机离合器MGC来实现的高速侧变速驱动模式。
如图2(e)和3(e)的列线图所示，高速驱动模式是通过解脱低速制动器LB、接合高速离合器HC、接合高速/低速制动器HLB、解脱串联离合器SC并接合马达发电机离合器MGC来实现的高速固定速比模式。
10种驱动模式的发动机起动控制是通过集成控制器6来执行的。换句话说，事先在集成控制器6中基于需求驱动力Fdrv(从油门开度AP获得)以及车速VSP设定分配10种驱动模式的如图4所示的驱动模式控制图。例如，当车辆运行时，基于需求的驱动力Fdrv和车速VSP的每一个探测值，集成控制器6检索驱动模式控制图，并且基于电池充电量和由VSP和Fdrv确定的车辆工作点选择最优驱动模式。在此，下面解释图4中粗线所示的区域(在低速iVT驱动模式附近的低速驱动模式所处的区域)。
此外，与采用串联SC和马达发电机离合器MGC这个事实一起，除了10种驱动模式外，如图5所示，加入了连续低速固定速比模式(serieslow fixed speed ratio mode)(此后称为S-低速驱动模式)，该驱动模式是在车辆起动时选择的。S-低速驱动模式是通过接合低速制动器LB和高速/低速制动器HLB、解脱发动机离合器EC、高速离合器HC和马达发电机离合器MGC、并接合串联离合器SC来实现的。
10种驱动模式是用于并联式混合动力车辆的驱动模式。另一方面，如图6所示，作为所述连续低速固定速比模式的S-低速驱动模式是串联式混合动力车辆的驱动模式，在串联式混合动力车辆中，发动机E和第一马达发电机MG1与列线图分开，并且，第一马达发电机MG1由发电机E驱动，以产生电力，利用通过接收第一马达发电机MG1产生的电力而充电的电池4，第二马达发电机MG2被电池4的所充的电力驱动。
当通过选择驱动模式控制图，而在EV驱动模式和HEV驱动模式之间转换驱动模式时，如图5所示，发动机E起动并停止，且发动机离合器EC接合和脱离。而且，根据图5所示的开/关工作表，在五种EV驱动模式和五种HEV驱动模式之间转换。
在驱动模式转换的控制中，例如，在同时需要发动机E起动和停止以及多个离合器和制动器的接合和脱离时，且在需要接合和脱离多个离合器和制动器时或者当马达发电机的旋转数需要被控制在发动机E的起动和停止或者离合器和制动器接合和脱离之前时，使用遵循预定程序的顺序控制。
接着，基于图7的流程图描述第一示例性实施例的驱动模式控制图变化。在步骤101中，测量电池充电状态并将该电池充电状态与控制的中心值相比较。例如，控制的中心值可以处于电池被部分充电从而驱动操作可以对电池放电或给电池充电的水平。如果电池充电状态小于控制的中心值，则需要给电池充电，并且在该值高于控制的中心值时，需要对电池放电。在电池充电状态处于控制的中心值或更高时，使用通常的模式控制图(104)。在步骤104，使用通常使用的驱动模式控制图。一个例子是图4所示的忽略续弦的驱动模式控制图。
如果电池充电状态低于控制中心值，则该充电状态与限定的水平相比较(102)。例如，该限定的水平可以是低电池充电状态，从而给电池充电是相对急迫的，以确保在需要时可以使用电池的功率来操纵车辆。档该电池充电状态高于限定水平时，使用通常的模式控制图(104)。如果电池充电状态低于限定水平，使用在低速范围电池辅助下的驱动模式控制图(103)。例如，低速范围电池辅助下的驱动模式控制图如图4所示，其中，低速-iVT驱动模式区域和高速-iVT驱动模式区域由图4中的虚线扩展。
描述驱动模式控制图变化的操作。首先，示出低速-iVT驱动模式的旋转数和扭矩平衡的关系表达式。旋转数的方程如下：
Nout＝(δ/(1+α+β))·(βNmg1-{(1+α+β)-αβ}·Nmg2/(1+β)})
                                                         方程1
Nmg1和Nmg2满足以下方程：
Neng＝(1/(1+α+β))·{(1+β)Nmg1+αNmg2}               方程2
Neng≥0                                             方程3
Nmg2≥0                                             方程4
Nout≥0                                             方程5
在上述方程中，Nout代表输出轴的旋转数；Nmg1代表第一马达发电机的旋转数，Nmg2代表第二马达发电机的旋转数，Neng代表发动机的旋转数，而且，α、β和δ各自代表列线图中的杠杆比(lever ratio)(见图9)。
方程3表示：发动机摩擦增加被考虑并且发动机不会在负转动下工作。方程4表示由于第二马达发电机MG2的旋转数在以低速-iVT驱动模式下运行的过程中变成负，因此，第二马达发电机MG2不以负转动使用。方程5表示车辆向前运行这个假设。
扭矩平衡方程如下：
Tout＝(1/δ)·{αTmg1-(1+β)Tmg2}                      方程6
在此，Tmg1和Tmg2满足以下方程：
Teng＝(1/δ)·{Tmg1(αβ-(1+α+β)δ/(1+β)-βTmg2}    方程7
Teng≤0                                                  方程8
Tout≤0                                                  方程9
在上面的方程中，Tout代表输出轴的扭矩；Tmg1代表第一马达发电机的扭矩；Tmg2代表第二马达发电机的扭矩，Teng代表发动机的扭矩，从扭矩平衡方程可以看出，为了使输出轴的扭矩最大，需要使马达发电机的扭矩输出到最大程度。
图8是示出在低速iVT驱动模式下在发动机扭矩Teng为1时第一马达发电机扭矩Tmg1和第二马达发电机扭矩Tmg2的扭矩比的视图。水平轴代表减速比，而垂直轴代表扭矩比(减速比＝Tout/Teng)。如图8所示，在低速iVT驱动模式下，第一马达发电机MG1的扭矩共享(torqueshare)大于MG2。因此，第一马达发电机扭矩Tmg1的上限成为输出轴扭矩Tout的上限(发动机扭矩的上限相同)。而且，当第二马达发电机扭矩Tmg2是负扭矩时，输出增大。
为了增加发动机扭矩(输出)，需要增加发动机旋转数。当发动机旋转数Neng在低速范围内增大时，第一马达发电机的旋转数Nmg1成为负数(Nmg2成为正数)。对于通过扭矩平衡方程和旋转数方程获得的扭矩和旋转数，每个马达发电机，即，第一马达发电机MG1和第二马达发电机MG2变成负(充电状态)。
电池辅助量是通过旋转数和扭矩方程获得的第一马达发电机MG1和第二马达发电机MG2的输出的总和。因此，电池辅助量由以下方程表达：
Pbat＝Pmg1+Pmg2                                    方程10
在方程10中，Pbat表示电池输出；Pmg1代表第一马达发电机输出，而Pmg2代表第二马达发电机输出。对于方程10，正数表示放电状态，而负数表示充电状态。
图9是在电池充电状态低时低速驱动模式变化到低速-iVT驱动模式的情况的列线图。在低速-iVT驱动模式下，在低车速下，第一马达发电机MG1被控制成使得其旋转数是负，而扭矩状态是正(充电状态)。
图10是示出在低速iVT驱动模式下驱动力线的视图。如图10所示，在低速范围内存在一个充电区域，且当电池被充电时，“示作电池辅助”，有可能产生一个比不使用电池更大的驱动力。当电池充电状态为低时，它可以被充电。因此，即使在驱动模式控制图中的低速驱动模式区域内，在电池由第一马达发电机MG1在低速-iVT驱动模式下产生的电力充电的同时，可以获得较大的驱动力。
如图4的驱动模式控制图所示，当电池充电状态较低时，通过将低速-iVT驱动模式区域扩展到低速驱动模式侧(在图4箭头的方向上扩展)，车辆可以在起动时以低速-iVT驱动模式运行，而不将驱动模式从低速-iVT驱动模式变化到低速驱动模式并然后返回到低速-iVT驱动模式。
描述了驱动模式从低速驱动模式向低速-iVT驱动模式变化。然而，驱动模式变化可以从第二驱动模式到高速-iVT驱动模式。下面描述高速-iVT驱动模式。
在高速-iVT驱动模式下的旋转数方程和扭矩平衡方程如下所示。旋转数方程如下：
Nout＝(1/(1+α+β))·{βNmg1+(1+α)Nmg2}            方程11
Neng＝(1/(1+α+β))·(βNmg1+αNmg2)                方程12
如低速-iVT驱动模式的情况那样，发动机的旋转数和输出轴的旋转数是Nmg1和Nmg2，它们满足正旋转数，而且扭矩平衡的方程如下：
Tout＝αTmg1+(1+β)Tmg2                           方程13
Teng＝-(1+α)Tmg1+βTmg2                          方程14
如在低速-iVT驱动模式的情况那样，发动机扭矩和输出轴扭矩是Tmg1和Tmg2，它们满足正扭矩。
从方程，可以确定输出轴扭矩。而且，在低速范围内，如同低速-iVT驱动模式的情况那样，第二马达发电机MG2的旋转数成为负的，而第一马达发电机MG1和第二马达发电机MG2的输出为负(负充电状态)，因此，如果电池被充电，则驱动力增加。
图11是在电池充电状态较低时，驱动模式从第二驱动模式向高速-iVT驱动模式变化的情况的列线图。对于在低速范围内的高速-iVT驱动模式，第二马达发电机MG2的旋转数为负，而其扭矩为正(充电状态)。即，当电池充电状态较低时，可以为电池充电。因此，即使在驱动模式控制图的第二驱动模式内，在电池由第一马达发电机MG1在高速-iVT驱动模式下产生的电力充电的同时，可以获得更大的驱动力。
如图4的驱动模式控制图所示，当电池充电状态低时，通过将高速-iVT驱动模式区域扩展到第二驱动模式侧(沿着图4中箭头的方向扩展)，车辆在起动时可以按高速-iVT驱动模式运行，而驱动模式不必从高速iVT驱动模式变化到第二驱动模式并再变化到高速-iVT驱动模式。
第一示例性实施例的混合车辆具有如下所述的操作效果。
首先，当探测电池充电的状态并确定充电量低于预定值(可充电)时，无论所选择的驱动模式如何，驱动模式变化到马达发电机产生电力的可变速比驱动模式。结果，有可能输出比不使用电池情况，如低速驱动模式和第二驱动模式的运行状态更大的驱动力。
第二，在电池充电状态较低的同时选择了低速驱动模式的情况下，驱动模式变化到低速-iVT驱动模式，该驱动模式是在马达发电机充电状态下的可变速比驱动模式。结果，有可能快速给电池充电。而且，当车辆起动时，通常选择低速驱动模式，并且当车速增加时，选择低速-iVT驱动模式。因此，可能会产生传动震动。但是，通过从车辆起动时就选择低速-iVT驱动模式，有可能避免传动震动等。此外，通过使用充电的电力，车辆可以在它在放电区域运行的同时使用电池。
第三，在电池充电状态较低的同时选择了第二驱动模式的情况下，驱动模式变化到高速-iVT驱动模式，该驱动模式是马达发电机产生电力情况下的可变速比驱动模式。结果，有可能获得与第二操作效果类似的操作效果。
基于电池充电状态，改变驱动模式控制图的驱动模式区域，使得减少驱动模式的变化。结果，车辆可以以最少的驱动模式变化来运行。而且，可以使电池的利用最大化，由此改善燃料消耗。
第一示例性实施例的发动机起动控制装置是一个例子，其用于配备有驱动力结合传动系统的混合动力车辆，该传动系统具有差速结构，该差速结构由三个单独小齿轮的行星齿轮构成。例如，如在日本公开的未审申请2003-32808号中披露的，它可以用于配备了驱动力结合传动系统的混合动力车辆，该传动系统具有由Ravigneaux行星齿轮构成的差速结构。此外，第一示例性实施例的发动机起动控制可以用于配备有如下的驱动力结合传动系统的另一种混合动力车辆，该传动系统具有差速结构，该差速结构具有发动机和至少两个马达作为驱动力源，并且马达和驱动输出轴彼此连接。
已经描述了本发明的各种实施例。这些和其他实施例都在所附权利要求书的范围内。

Claims (23)

1.一种用于混合动力车辆的驱动系统，包括：
差速器，该差速器包括行星齿轮组和至少一个接合元件，该行星齿轮组具有多个旋转元件；
其中，所述混合动力车辆的第一马达发电机、所述混合动力车辆的发动机、所述混合动力车辆的驱动轮以及所述混合动力车辆的第二马达发电机中的每一个与所述多个旋转元件中的至少一个旋转元件相连接；
其中，所述至少一个接合元件选择性地为所述差速器提供可变速比模式和固定速比模式；
其中，在可变速比模式下，第一马达发电机从发动机和第二马达发电机的至少一个的输出功率中产生电力；以及
控制器，在电池的充电状态低于预定值时，该控制器选择可变速比模式，以给混合动力车辆的电池充电。
2.如权利要求1所述的驱动系统，其中，所述至少一个接合元件包括高速-低速制动器。
3.如权利要求1所述的驱动系统，
其中，所述多个旋转元件包括第一旋转元件、第二旋转元件、第三旋转元件和第四旋转元件，
其中，所述第一旋转元件连接到所述发动机上；
其中，所述第二旋转元件连接到所述第一马达发电机上；
其中，所述第三旋转元件连接到所述第二马达发电机上；且
其中，所述第四旋转元件连接到所述驱动轮上。
4.如权利要求3所述的驱动系统，
其中，所述行星齿轮组包括第一行星齿轮、第二行星齿轮和第三行星齿轮；
其中，所述第一旋转元件是所述第三行星齿轮的部件；
其中，所述第二旋转元件是所述第二行星齿轮的齿圈的部件；
其中，所述第三旋转元件是所述第一行星齿轮的部件；且
其中，所述第四旋转元件是所述第三行星齿轮的行星架的部件。
5.如权利要求3所述的驱动系统，
其中，所述行星齿轮组包括第一行星齿轮、第二行星齿轮和第三行星齿轮；
其中，所述第一旋转元件连接到所述第二行星齿轮的行星架和所述第三行星齿轮的齿圈上；
其中，所述第二旋转元件连接到所述第二行星齿轮的齿圈上；
其中，所述第三旋转元件连接到所述第一行星齿轮的太阳轮和所述第二行星齿轮的太阳轮上；
其中，所述第四旋转元件连接到所述第三行星齿轮的行星架上；
其中，所述多个旋转元件还包括第五旋转元件，该第五旋转元件连接到所述第一行星齿轮的行星架和所述混合动力车辆的固定部件上；且
所述多个旋转元件还包括第六旋转元件，该第六旋转元件连接到所述第一行星齿轮的齿圈和所述第三行星齿轮的太阳轮上。
6.如权利要求5所述的驱动系统，
其中，所述第五旋转元件连接到所述第一行星齿轮的行星架上；且
其中，所述第六旋转元件是所述第二行星齿轮的部件。
7.如权利要求3所述的驱动系统，其中，所述至少一个接合元件包括：第一接合元件，该第一接合元件布置在所述第一马达发电机和混合动力车辆的固定部件之间，以选择性约束所述第一马达发电机的转动；
第二接合元件，该第二接合元件接合和脱离所述发动机和所述第一旋转元件；
第三接合元件，该第三接合元件接合和脱离所述第二马达发电机和所述第五旋转元件；以及
第四接合元件，该第四接合元件接合和脱离所述第五旋转元件和所述混合动力车辆的固定部件，以选择性约束所述第五旋转元件的转动。
8.如权利要求7所述的驱动系统，
其中，所述第二接合元件是发动机离合器；
其中，所述第三接合元件是高速离合器；且
其中，所述第四接合元件是低速制动器。
9.如权利要求7所述的驱动系统，其中，所述至少一个接合元件还包括：
第五接合元件，该第五接合元件接合和脱离所述发动机和所述第一马达发电机；以及
第六接合元件，该第六接合元件接合和脱离所述第一马达发电机和所述第二旋转元件。
10.如权利要求9所述的驱动系统，
其中，所述第五接合元件是串联离合器；且
其中，所述第六接合元件是马达发电机离合器。
11.如权利要求9所述的驱动系统，
其中，所述行星齿轮组包括第一行星齿轮、第二行星齿轮和第三行星齿轮，
其中，所述至少一个接合元件还包括第七接合元件，该第七接合元件接合和脱离所述第三行星齿轮的行星架和所述驱动轮。
12.如权利要求7所述的驱动系统，其中，在选择可变速比模式时，所述第一接合元件将所述第一马达发电机与所述混合动力车辆的所述固定部件脱离，且所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合；且
其中，在选择固定速比模式时，所述第一接合元件将所述第一马达发电机与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合，而所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合。
13.如权利要求7所述的驱动系统，其中，在选择可变速比模式时，所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件脱离，而所述第三接合元件将所述第五旋转元件与所述第二马达发电机接合；且
其中，在选择固定速比模式时，所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件接合，而所述第三接合元件将所述第五旋转元件与所述第二马达发电机接合。
14.如权利要求1所述的驱动系统，其中，所述控制器根据如驱动模式控制图所定义的车辆驱动条件选择可变速比模式和固定速比模式中的一种；
其中，在所述电池的充电状态低于预定值时，所述控制器扩展驱动模式控制图上的可变速比模式的区域，由此所述电池由所述第一马达发电机充电。
15.一种用于混合动力车辆的驱动系统，包括：
差速器，该差速器包括行星齿轮组和至少一个接合元件，该行星齿轮组具有多个旋转元件；
其中，所述混合动力车辆的第一马达发电机、所述混合动力车辆的发动机、所述混合动力车辆的驱动轮以及所述混合动力车辆的第二马达发电机中的每一个与所述多个旋转元件中的至少一个旋转元件相连接；
其中，所述至少一个接合元件选择性地约束所述第一马达发电机的转动；
其中，响应所述混合动力车辆的车辆驱动条件，所述差速器选择性地提供可变速比模式和固定速比模式；并且
其中，所述第一马达发电机在可变速比模式下产生电力；
其中，在所述固定速比模式下，所述至少一个接合元件约束所述第一马达发电机的转动；
所述驱动系统还包括电池，该电池电连接到所述第一和第二马达发电机上；以及
控制器，在所述电池的充电状态低于预定值时，该控制器选择可变速比模式。
16.如权利要求15所述的驱动系统，
其中，所述多个旋转元件包括第一旋转元件、第二旋转元件、第三旋转元件和第四旋转元件；
其中，所述第一旋转元件连接到所述发动机上；
其中，所述第二旋转元件连接到所述第一马达发电机上；
其中，所述第三旋转元件连接到所述第二马达发电机上；且
其中，所述第四旋转元件连接到所述驱动轮上。
17.如权利要求16所述的驱动系统，其中，所述至少一个接合元件包括：第一接合元件，该第一接合元件布置在所述第一马达发电机和所述混合动力车辆的固定部件之间，以选择性约束所述第一马达发电机的转动；
第二接合元件，该第二接合元件接合和脱离所述发动机和所述第一旋转元件；
第三接合元件，该第三接合元件接合和脱离所述第二马达发电机和所述第五旋转元件；以及
第四接合元件，该第四接合元件接合和脱离所述第五旋转元件和所述混合动力车辆的固定部件，以选择性约束所述第五旋转元件的转动。
18.如权利要求17所述的驱动系统，其中，所述至少一个接合元件还包括：
第五接合元件，该第五接合元件接合和脱离所述发动机和所述第一马达发电机；以及
第六接合元件，该第六接合元件接合和脱离所述第一马达发电机和所述第二旋转元件。
19.如权利要求18所述的驱动系统，
其中，所述行星齿轮组包括第一行星齿轮、第二行星齿轮、和第三行星齿轮；
其中，所述至少一个接合元件还包括第七接合元件，该第七接合元件接合和脱离所述第三行星齿轮的行星架和所述驱动轮。
20.如权利要求17所述的驱动系统，其中，在选择可变速比模式时，所述第一接合元件将所述第一马达发电机与所述混合动力车辆的所述固定部件脱离，而所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合；
其中，在选择固定速比模式时，所述第一接合元件将所述第一马达发电机与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合，而所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合。
21.如权利要求17所述的驱动系统，其中，在选择可变速比模式时，所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件脱离，而所述第三接合元件将所述第五旋转元件与所述第二马达发电机相接合；且
其中，在选择固定速比模式时，所述第四接合元件将所述第五旋转元件与所述混合动力车辆的所述固定部件相接合，而所述第三接合元件将所述第五旋转元件与所述第二马达发电机相接合。
22.如权利要求15所述的驱动系统，
其中，所述多个旋转元件包括第一旋转元件、第二旋转元件、第三旋转元件和第四旋转元件，
其中，所述行星齿轮组包括第一行星齿轮、第二行星齿轮、和第三行星齿轮；
其中，所述第一旋转元件是所述第三行星齿轮的部件；
其中，所述第二旋转元件是所述第二行星齿轮的齿圈的部件；
其中，所述第三旋转元件是所述第一行星齿轮的部件；且
其中，所述第四旋转元件是所述第三行星齿轮的行星架的部件。
23.如权利要求22所述的驱动系统，
其中，所述多个旋转元件还包括第五旋转元件，该第五旋转元件连接到所述第一行星齿轮的行星架上；以及
第六旋转元件，该第六旋转元件是所述第一行星齿轮的部件。
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