专利名称：车用驱动系统的控制设备的制作方法
技术领域：
本发明一般而言涉及包括差速机构的车用驱动系统，所述差速机构具有差速功能并用作变速器机构，更具体而言，涉及减小车用驱动系统中设置的电动机大小的技术。
背景技术：
已知一种车用驱动系统，其包括设置来将发动机输出分配到第一电动机和输出轴的差速机构，以及布置在差速机构的输出轴和车辆的驱动轮之间的第二电动机。此类型的车用驱动系统的示例包括用于混合动力车的驱动系统，如在JP-2000-2327A、JP-2000-346187A中公开的驱动系统，典型地为JP-2000-2327A中公开的驱动系统。在这些混合动力车驱动系统中，差速机构例如由行星齿轮组构成，发动机产生的驱动力的主要部分通过差速机构的差速功能被机械地传递到驱动轮，而驱动力的其余部分通过第一电动机和第二电动机之间的电气路径从第一电动机电气地传递到第二电动机，使得差速机构用作例如其速比可电控改变的电控无级变速器，由此使得可以在控制设备的控制下驱动车辆，同时发动机被保持在燃油经济性提高了的最优工作状态下。
无级变速器通常被认为是适合于提高车辆燃油经济性的动力传动机构，而另一方面，诸如有级自动变速器的齿轮式变速器设备被认为是适合于提高动力传动效率的动力传动机构。但是，尚未知晓任何一种适合于提高燃油经济性和动力传动效率两者的动力传动机构。例如JP-2002-2327中公开的混合动力车驱动系统具有电气路径，电能通过此电气路径从第一电动机传递到第二电动机，即，具有这样的动力传动路径，车辆驱动力中已经从机械能转换成电能的部分通过此动力传动路径被传递。此驱动系统要求第一电动机为大型的以增大发动机的所需要输出，因此也要求以第一电动机供应的电能被操作的第二电动机为大型的，由此驱动系统趋向于不令人满意地大型化。此相同驱动系统还会由于发动机产生的机械能的一部分被转换成电能(电能随后又转换成机械能以被传递到车辆的驱动轮)而在车辆高速行驶期间遇到燃油经济性恶化的危险。在差速机构被用作其速比可电控改变的变速器(例如，用作所谓“电控CVT”的无级变速器)的车用驱动系统中也会碰到类似的问题。
通常，期望控制车用驱动系统以最小化驱动系统的操作冲击。在车用驱动系统免于上述问题的情况下，期望控制此驱动系统以减小操作冲击。
发明内容
本发明是在考虑到上述背景技术的情况下做出的。所以本发明的目的是提供一种用于车用驱动系统的控制设备，其使得车用驱动系统小型化，并允许提高车辆的燃油经济性并减小驱动系统的操作冲击。
作为努力解决上述问题的广泛研究的结果，本发明的发明者发现，当发动机处于大输出状态时，通过控制车用驱动系统使得发动机输出主要通过机械动力传动路径被传动到驱动轮，第一电动机和第二电动机可以被小型化以减小车用驱动系统的大小。此发现是基于这样的事实，即所要求的第一电动机和第二电动机的负载量或输出在发动机输出较小的发动机正常输出状态中不太大，而在发动机输出较大的大输出状态(例如在车辆高速行驶期间)中较大。在发动机输出主要通过机械动力传动路径传动到驱动轮的情况下，在不存在电气路径(已经由第一电动机通过转换发动机的一部分输出产生的电能通过此电气路径供应到第二电动机，以产生机械能来传动到驱动轮)的情况下，利用减小的从机械能到电能的转换损失，可以提高车辆在车辆高速行驶期间的燃油经济性。根据基于此发现而做出的本发明，提供了一种控制设备，其被设置来控制车用驱动系统使得驱动系统的发动机输出主要通过机械动力传动路径被传动，并且其可操作来减小驱动系统的操作冲击。
也就是说，根据本发明的以下模式的任何一个都可以实现上述目的，这些模式中的每一个都和所附权利要求一样地编号并在恰当的情况下依赖于其他一个或多个模式，以便于理解本申请公开的技术特征和这些技术特征的可能组合。应该理解到本发明并不限于这些技术特征或其组合。
(1)一种用于车用驱动系统的控制设备，所述车用驱动系统包括(a)可操作来将发动机的输出分配到第一电动机和动力传动构件的差速机构、(b)布置在所述动力传动构件和车辆的驱动轮之间的动力传动路径中的第二电动机和(c)可操作来将所述差速机构选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能，所述控制设备包括切换控制部分，所述切换控制部分可操作来控制所述差速状态切换设备将所述差速机构选择性地置于所述差速状态和锁止状态之一中；和动力源转矩变化限制控制部分，当所述差速机构在所述切换控制部分的控制下由所述差速状态切换设备在所述差速状态和所述锁止状态之间切换时，所述动力源转矩变化限制控制部分可操作来限制所述发动机的输出转矩的变化。
在根据本发明的上述模式(1)的控制设备中，差速机构在切换控制部分的控制下被差速状态切换设备所切换，以被选择性地置于差速状态和锁止状态之一中，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能。所以，本控制设备不仅具有由于其速比可电控变化的变速器的功能而使得燃油经济性提高的优点，还具有由于能够机械传动车辆驱动力的齿轮式变速器的功能而获得高动力传动效率的优点。所以，当在车辆行驶于较低或中等速度下的同时发动机处于具有较低或中等输出的正常输出状态中时，差速机构被置于差速状态，确保了车辆的高度燃油经济性。另一方面，当车辆行驶在较高速度下时，差速机构被置于锁止状态(其中发动机的输出主要通过机械动力传动路径被传动到驱动轮)中，使得由于减少了机械能到电能的转换损失(当差速机构被用作其速比可电控改变的变速器时会发生此转换损失)而提高了燃油经济性。当发动机处于高输出状态中时，差速机构也被置于锁止状态。所以，仅当车速相对较低或中等大小，或者发动机输出相对较低或中等大小时，差速机构被用作其速比可电控变化的变速器，使得可以减小由电动机产生的所要求电能量即必须从电动机传递的最大电能量，使得可以最小化电动机的所要求大小，并最小化包括该电动机的驱动系统的所要求大小。
当差速机构由差速状态切换设备在差速状态和锁止状态之间切换时，差速状态切换设备的耦合设备被选择性地松开或啮合，并且耦合设备的啮合转矩在啮合动作过程中增大或者在松开动作过程中减小，同时第一电动机的反作用转矩向零减小或向预定值增大。根据本发明的控制设备的动力源转矩变化限制控制部分被设置成在差速机构切换的过渡时间段中限制发动机输出转矩的变化，在该过渡时间段中差速状态切换设备的耦合设备的啮合转矩以及第一电动机的反作用转矩被改变。所以，第一电动机的反作用转矩平稳减小到零或增大到预定值，同时耦合设备的啮合转矩(即通过耦合设备传递的转矩)被平稳增大或减小，因此差速机构的操作状态在差速和锁止状态之间切换时差速机构的切换冲击可以被极大减小。
(2)如上述模式(1)所述的控制设备，其中所述车用驱动系统包括具有所述差速机构、所述第二电动机和所述差速状态切换设备的无级变速器部分，并且所述差速状态切换设备可操作来将所述差速机构在所述差速状态和锁止状态之间进行切换，以将所述无级变速器部分选择性地置于无级换档状态和有级换档状态之一中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器，并且其中当所述无级变速器部分在所述切换控制部分的控制下由所述差速状态切换设备在所述无级换档状态和所述有级换档状态之间切换时，所述动力源转矩变化限制控制部分可操作来限制所述发动机的所述输出转矩的变化。
在根据本发明的上述模式(2)的控制设备中，车用驱动系统的无级变速器部分在切换控制部分的控制下被差速状态切换设备所控制，以被选择性地置于无级换档状态和有级换档状态中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器。也就是说，当差速机构被置于差速状态中时无级变速器部分被置于无级换档状态，而当差速机构被置于锁止状态中时被置于有级换档状态。
当无级变速器部分被差速状态切换设备在无级换档状态和有级换档状态之间进行切换时，差速状态切换设备的耦合设备的啮合转矩在啮合或松开动作的过程中被增大或减小，同时第一电动机的反作用转矩向零减小或向预定值增大。根据上述模式(2)的控制设备的动力源转矩变化限制控制部分被设置成在无级变速器部分切换的过渡时间段中限制发动机输出的变化，在该过渡时间段中耦合设备的啮合转矩以及第一电动机的反作用转矩被改变。所以，第一电动机的反作用转矩平稳减小或增大，同时耦合设备的啮合转矩平稳增大或减小，因此无级变速器部分的操作状态在无级和有级换档状态之间切换时无级变速器部分的切换冲击可以被极大减小。
(3)如上述模式(1)或(2)所述的控制设备，其中当所述发动机的所述输出转矩的变化程度高于预定阈值时，所述动力源转矩变化限制控制部分减小所述发动机的所述输出转矩的变化。此设置有效地防止了发动机输出转矩以高于预定阈值的程度变化，使得可以最小化差速机构在差速和锁止状态之间切换时的换档冲击，或者无级变速器部分在无级和有级换档状态之间切换时的换档冲击。在这点上，应注意换档冲击随发动机输出转矩的变化程度而增大。
(4)如上述模式(1)-(3)中任一项所述的控制设备，其中当所述差速状态切换设备的操作响应性低于预定阈值时，所述动力源转矩变化限制控制部分减小所述发动机的所述输出转矩的变化。此设置也有效减小了发动机输出转矩的变化程度(其随差速状态切换设备的操作响应性的降低而增大)，使得可以最小化差速机构在差速和锁止状态之间切换时的换档冲击，或者无级变速器部分在无级和有级换档状态之间切换时的换档冲击。
(5)一种用于车用驱动系统的控制设备，所述车用驱动系统包括(a)可操作来将发动机的输出分配到第一电动机和动力传动构件的差速机构、(b)布置在所述动力传动构件和车辆的驱动轮之间的动力传动路径中的第二电动机和(c)可操作来将所述差速机构选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能，所述控制设备包括切换控制部分，所述切换控制部分可操作来控制所述差速状态切换设备将所述差速机构选择性地置于所述差速状态和锁止状态之一中；和转矩减小控制部分，当所述差速机构在所述切换控制部分的控制下由所述差速状态切换设备从所述差速状态切换到所述锁止状态时，所述转矩减小控制部分可操作来减小所述发动机的输出转矩、所述第一电动机的输出转矩和所述第二电动机的输出转矩中的至少一个。
在根据本发明的上述模式(5)的控制设备中，差速机构在切换控制部分的控制下被差速状态切换设备所切换，以被选择性地置于差速状态和锁止状态中，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能。所以，本控制设备具有与根据本发明的上述模式(1)的控制设备基本上相同的优点。
当差速机构在根据上述模式(5)的控制设备的切换控制部分的控制下由差速状态切换设备从差速状态切换到锁止状态时，本控制设备的转矩减小控制部分被设置成在差速机构从差速状态切换到锁止状态的过渡时间段中减小所述发动机、所述第一电动机和所述第二电动机的输出转矩中的至少一个。因此在差速机构的操作状态从差速状态切换到锁止状态时差速机构的切换冲击可以被极大减小。
(6)如上述模式(5)所述的控制设备，其中所述车用驱动系统包括具有所述差速机构、所述第二电动机和所述差速状态切换设备的无级变速器部分，并且所述差速状态切换设备可操作来将所述差速机构在所述差速状态和锁止状态之间进行切换，以将所述无级变速器部分选择性地置于无级换档状态和有级换档状态之一中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器，并且其中当所述无级变速器部分在所述切换控制部分的控制下由所述差速状态切换设备从所述无级换档状态切换到所述有级换档状态时，所述转矩减小控制部分可操作来减小所述发动机的所述输出转矩、所述第一电动机的所述输出转矩和所述第二电动机的所述输出转矩中的至少一个。
在根据本发明的上述模式(6)的控制设备中，车用驱动系统的无级变速器部分在切换控制部分的控制下被差速状态切换设备所切换，以被选择性地置于无级换档状态和有级换档状态中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器。也就是说，当差速机构被置于差速状态中时无级变速器部分被置于无级换档状态，而当差速机构被置于锁止状态中时被置于有级换档状态。
当无级变速器部分被差速状态切换设备从无级换档状态切换到有级换档状态时，根据上述模式(6)的控制设备的转矩减小控制部分被设置成减小所述发动机、所述第一电动机和所述第二电动机的输出转矩中的至少一个。所以，在无级变速器部分的换档状态从无级切换到有级换档状态时无级变速器部分的切换冲击可以被极大减小。
(7)一种用于车用驱动系统的控制设备，所述车用驱动系统包括(a)可操作来将发动机的输出分配到第一电动机和动力传动构件的差速机构、(b)布置在所述动力传动构件和车辆的驱动轮之间的动力传动路径中的第二电动机和(c)可操作来将所述差速机构选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能，所述控制设备包括切换控制部分，所述切换控制部分可操作来控制所述差速状态切换设备将所述差速机构选择性地置于所述差速状态和锁止状态之一中；和转矩减小控制部分，当所述差速机构在所述切换控制部分的控制下由所述差速状态切换设备从所述差速状态切换到所述锁止状态时，所述转矩减小控制部分可操作来减小由于所述差速机构的速度变化引起的所述差速机构的惯性矩。
在根据本发明的上述模式(7)的控制设备中，差速机构在切换控制部分的控制下被差速状态切换设备所切换，以被选择性地置于差速状态和锁止状态中，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能。所以，本控制设备具有与根据本发明的上述模式(1)或(5)的控制设备基本上相同的优点。
当差速机构在根据上述模式(7)的控制设备的切换控制部分的控制下由差速状态切换设备从差速状态切换到锁止状态时，本控制设备的转矩减小控制部分被设置成在差速机构从差速状态切换到锁止状态的过渡时间段中减小所述差速机构的惯性矩。因此在差速机构的操作状态从差速状态切换到锁止状态时差速机构的切换冲击可以被极大减小。
(8)如上述模式(7)所述的控制设备，其中所述车用驱动系统包括具有所述差速机构、所述第二电动机和所述差速状态切换设备的无级变速器部分，并且所述差速状态切换设备可操作来将所述差速机构在所述差速状态和锁止状态之间进行切换，以将所述无级变速器部分选择性地置于无级换档状态和有级换档状态之一中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器，并且其中当所述无级变速器部分在所述切换控制部分的控制下由所述差速状态切换设备从所述无级换档状态切换到所述有级换档状态时，所述转矩减小控制部分可操作来减小所述差速机构的所述惯性矩。
在根据本发明的上述模式(8)的控制设备中，车用驱动系统的无级变速器部分在切换控制部分的控制下被差速状态切换设备所切换，以被选择性地置于无级换档状态和有级换档状态中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器。也就是说，当差速机构被置于差速状态中时无级变速器部分被置于无级换档状态，而当差速机构被置于锁止状态中时被置于有级换档状态。
当无级变速器部分被差速状态切换设备从无级换档状态切换到有级换档状态时，根据上述模式(8)的控制设备的转矩减小控制部分被设置成减小所述差速机构的惯性矩。所以，在无级变速器部分的换档状态从无级切换到有级换档状态时无级变速器部分的切换冲击可以被极大减小
(9)如上述模式(7)或(8)所述的控制设备，其中所述转矩减小控制部分通过控制所述第一电动机和第二电动机中的至少一个来减小所述差速机构的所述惯性矩。根据此设置，差速机构的惯性矩可以被有效地减小，因此在差速机构的操作状态从差速状态切换到锁止状态时差速机构的切换冲击可以被极大减小。
(10)如上述模式(1)-(9)中任一项所述的控制设备，其中所述差速机构包括固定到所述发动机的第一元件、固定到所述第一电动机的第二元件和固定到所述动力传动构件的第三元件，并且所述差速状态切换设备可操作来允许所述第一、第二和第三元件相对于彼此旋转，以由此将所述差速机构置于所述差速状态中，并可操作来将所述第一、第二和第三元件连接起来以作为一个单元旋转或者使所述第二元件保持静止，以由此将所述差速机构置于所述锁止状态中。在此设置中，差速机构可以被差速状态切换设备在差速状态和锁止状态之间恰当地切换。
(11)如上述模式(10)所述的控制设备，其中所述差速状态切换设备包括离合器和/或制动器，所述离合器可操作来将所述第一、第二和第三元件中的至少两个连接到彼此以使得所述第一、第二和第三元件作为一个单元旋转，所述制动器可操作来将所述第二元件固定到静止构件来使所述第二元件保持静止。在此设置中，差速机构可以被差速状态切换设备在差速状态和锁止状态之间恰当地切换。
(12)如上述模式(11)所述的控制设备，其中所述差速状态切换设备包括所述离合器和所述制动器两者，并且可以操作来松开所述离合器和所述制动器以由此将所述差速机构置于其中所述第一、第二和第三元件可相对于彼此旋转的所述差速状态中，并且可操作来啮合所述离合器并松开所述制动器以由此使得所述差速机构能够用作具有速比1的变速器，或者啮合所述制动器并松开所述离合器以由此使得所述差速机构能够用作速比小于1的增速变速器。在此设置中，差速机构可以被差速状态切换设备在差速状态和锁止状态之间恰当地切换，并且可用作具有单个固定速比或多个固定速比的变速器。
(13)如上述模式(10)-(12)中任一项所述的控制设备，其中所述差速机构是行星齿轮组，并且所述第一、第二和第三元件分别是所述行星齿轮组的行星轮架、太阳轮和齿圈。根据此设置，差速机构的轴向尺寸可以被减小，并且差速机构可以由一个行星齿轮组简单地构成。
(14)如上述模式(13)所述的控制设备，其中所述行星齿轮组是单级行星齿轮式。根据此设置，差速机构的轴向尺寸可以被减小，并且差速机构可以由一个单级行星齿轮式的行星齿轮组简单地构成。
(15)如上述模式(1)-(14)中任一项所述的控制设备，其中所述车用驱动系统还包括布置在所述动力传动构件和所述驱动轮之间的自动变速器部分，并且所述车用驱动系统具有由所述差速部分的速比和所述自动变速器部分的速比所确定的总速比。根据此设置，自动变速器部分的速比可以被有效地利用，使得可以在驱动系统的较广速比范围上获得车辆驱动力，由此可以提高用作电控无级变速器的差速机构(或无级变速器部分)的工作效率。
(16)如上述模式(15)所述的控制设备，其中所述自动变速器部分是有级自动变速器。根据此设置，无级变速器由有级自动变速器和置于其差速状态的差速机构构成，而有级变速器由有级自动变速器和置于其锁止状态的差速机构构成。
从结合附图对本发明优选实施例的以下详细说明，将更好地理解本发明的以上和其他目的、特征、优点以及技术和工业重要性，附图中图1是示出混合动力车驱动系统的变速器机构的布置的示意图，其由根据本发明第一实施例的电子控制设备控制；图2是一张表，表示与实现各个换档动作的液压操作摩擦耦合设备的操作状态的不同组合相关的，图1实施例的车用驱动系统变速器机构的换档动作，该机构可在无级换档状态和有级换档状态中所选择一个下工作；图3是共线图，表示在有级换档状态下工作的图1实施例的车用驱动系统变速器机构的旋转元件在变速器机构的不同档位下的相对转速；图4是表示设置来控制图1实施例的车用驱动系统的电子控制设备的输入和输出信号的视图；图5是图示由图4的电子控制单元执行的主要控制功能的功能框图；图6是视图，其图示用于确定驱动系统的自动换档部分的换档动作的所存储换档边界线图(有级换档控制图)和用于使变速器机构在有级换档状态和无级换档状态之间进行切换的所存储切换边界线图(切换控制图)，这些边界线图被定义在一个轴为车速而另一个轴为自动变速器部分的输出转矩的二维坐标系中；图7是图示换档区域切换图的视图，换档区域切换图表示在由发动机速度轴和发动机转矩轴所定义的二维坐标系中定义出有级换档区域和无级换档区域的边界线，这些换档区域的边界线对应于由图6中虚线所表示的切换控制图的边界线；图8是表示由有级自动变速器部分的升档动作所引起的发动机速度变化的示例的视图；图9是图示切换冲击减小例程的流程图，该例程由图5的电子控制设备执行来减小当变速器机构从无级换档状态切换到有级换档状态时变速器机构的切换冲击；图10是时序图，用于解释当通过加速踏板的踩压操作引起的切换离合器的啮合动作将变速器机构从无级换档状态切换到有级换档状态时，根据图9的流程图的切换冲击减小例程所执行的操作；图11是与图10相对应的时序图，用于解释当通过加速踏板的松开操作引起的切换离合器的松开动作将变速器机构从有级换档状态切换到无级换档状态时，根据切换冲击减小例程所执行的操作；图12是与图5相对应的功能框图，图示由根据本发明第二实施例的电子控制设备所执行的主要功能；图13是与图9相对应的流程图，图示在图12的第二实施例中执行的切换冲击减小例程；图14是与图10相对应的时序图，用于解释根据图13流程图的切换冲击减小例程所执行的操作；图15是与图1相对应的示意图，示出了用于根据本发明第三实施例的混合动力车的驱动系统的变速器部分的布置；图16是与图2相对应的表，表示图15的车用驱动系统的换档动作；图17是与图3相对应的共线图，表示图15的驱动系统的变速器结构的旋转元件在不同档位下的相对转速；和图18是示出用作有级换档开关和无级换档开关的采用交换转换式开关形式的手动可操作换档状态选择设备的立体图，该交换转换式开关设置在本发明第四实施例中，并由混合动力车的驾驶员操作以手动将图15驱动系统的变速器机构置于有级换档状态和无级换档状态之一。
具体实施例方式
将参照附图详细说明本发明的优选实施例。
第一实施例图1是示意图，解释了构成用于混合动力车的驱动系统一部分的变速器机构10，该驱动系统由根据本发明一个实施例的控制设备所控制。变速器机构10包括采用输入轴14形式的输入旋转构件，其布置在变速器壳体12中的公共轴上，壳体12用作安装到车身上的静止构件；直接或者经由未示出的脉动吸收阻尼器(减振设备)间接连接到输入轴14的无级变速器部分11；有级或多级自动变速器部分20，其布置在无级变速器部分11和车辆驱动轮38之间并通过动力传动构件(动力传动轴)18串联连接到车辆的无级变速器部分11和驱动轮38(如图5所示)；以及采用输出轴22形式的输出旋转构件，其连接到自动变速器部分20。输入轴12、无级变速器部分11、自动变速器部分20和输出轴22彼此串联连接。此变速器机构10适合用于横置FR车辆(发动机前置后驱车辆)，并且布置在内燃机8形式的驱动动力源和一对驱动轮38之间，以通过差速齿轮设备(最终减速器)36和一对驱动桥将车辆驱动力从发动机8传递到该对驱动轮38，如图5所示。发动机8可以是汽油机或者柴油机并用作直接连接到输入轴14或经由脉动吸收阻尼器间接连接到输入轴14的车辆驱动动力源。注意，在图1中省略了相对于其轴线对称构造的变速器机构10的下半部分。在下面说明的其他实施例中也同样如此。在本变速器机构10中，发动机8和无级变速器部分11如上所述地直接或通过脉动吸收阻尼器间接连接到彼此，但诸如变矩器或者液力耦合器之类的液动动力传动设备没有设置在发动机8和变速器部分11之间。
无级变速器部分11包括第一电动机M1；用作差速机构的动力分配机构16，其可操作来将输入轴14接收到的发动机8的输出机械分配到第一电动机M1和动力传动构件18；以及其输出轴可随动力传动构件18一起旋转的第二电动机M2。第二电动机M2可以布置在动力传动构件18和驱动轮38之间的动力传动路径的任何位置处。在本实施例中所使用的第一电动机M1和第二电动机M2中的每个都是具有电动机功能以及发电机功能的所谓电动/发电机。但是，第一电动机M1应当至少用作可操作来产生电能和反作用力的发电机，而第二电动机M2应当至少用作可操作来产生车辆驱动力的驱动动力源。
作为主要部件，动力分配机构16包括具有例如约0.418的传动比ρ1的单级行星齿轮式的第一行星齿轮组24、切换离合器C0和切换制动器B0。第一行星齿轮组24具有旋转元件，包括第一太阳轮S1；第一行星齿轮P1；第一行星轮架CA1，其支撑第一行星齿轮P1使得第一行星齿轮P1可以绕其轴线旋转并且可绕第一太阳轮S1的轴线旋转；和通过第一行星齿轮P1与第一太阳轮S1啮合的第一齿圈R1。在第一太阳轮S1和第一齿圈R1的齿数分别由ZS1和ZR1表示的情况下，上述传动比ρ1由ZS1/ZR1表示。
在动力分配机构16中，第一行星轮架CA1连接到输入轴14，即连接到发动机8，并且第一太阳轮S1连接到第一电动机M1，而第一齿圈R1连接到动力传动构件18。切换制动器B0布置在第一太阳轮S1和变速器壳体12之间，而切换离合器C0布置在第一太阳轮S1和第一行星轮架CA1之间。当切换离合器C0和制动器B0都松开时，动力分配机构16被置于差速状态，在此差速状态中，第一行星齿轮组24的第一太阳轮S1、第一行星轮架CA1和第一齿圈R1相对于彼此可旋转，以执行差速功能，使得发动机8的输出被分配到第一电动机M1和动力传动构件18，由此发动机8的一部分输出被用来驱动第一电动机M1而产生电能，此电能被存储或者用来驱动第二电动机M2。所以，动力分配机构16被置于无级换档状态(电控建立的CVT状态)，在此无级换档状态中动力传动构件18的转速可连续变化而无论发动机8的转速如何，也就是说被置于差速状态，其中动力分配机构16的速比γ0(输入轴14的转速/动力传动构件18的转速)从最小值γ0min连续变化到最大值γ0max，即被置于无级换档状态，其中动力分配机构16用作其速比γ0可以从最小值γ0min连续变化到最大值γ0max的电控无级变速器。
当动力分配机构16被置于无级换档状态的同时使切换离合器C0或制动器B0啮合时，机构16进入锁止状态或非差速状态，在此状态中差速功能不可用。更具体而言，当切换离合器C0啮合时，第一太阳轮S1和第一行星轮架CA1连接到一起，使得动力分配机构16被置于锁止状态或者非差速状态，其中第一行星齿轮组24包括第一太阳轮S1、第一行星轮架CA1和第一齿圈R1的三个旋转元件可作为一个单元旋转，使得无级变速器部分11也被置于非差速状态。在此非差速状态中，使得发动机8的转速和动力传动构件18的转速彼此相等，因此动力分配机构16被置于固定速比换档状态或者有级换档状态，其中机构16用作具有等于1的固定速比γ0的变速器。当切换制动器B0取代切换离合器C0而被啮合时，第一太阳轮S1固定到变速器壳体12，使得动力分配机构16被置于锁止或者非差速状态，其中第一太阳轮S1不可旋转。因为使得第一齿圈R1的转速高于第一行星轮架CA1的转速，所以无级变速器部分11被置于固定速比换档状态或者有级换档状态，其中机构16用作具有比1小的固定速比(例如约0.7)的增速变速器。因此，采用切换离合器C0和制动B0形式的摩擦耦合设备用作差速状态切换设备，其可操作来选择性地将无级变速器部分11置于无级换档状态(差速状态)以及锁止状态或有级换档状态，在无级换档状态中机构16可用作其速比可连续变化的电控无级变速器，在锁止状态或有级换档状态中机构16不可用作电控无级变速器，后一状态即固定速比换档状态(非差速状态)，其中机构16用作包括具有一个速比的单个档位或者具有不同速比的多个档位的变速器。
自动变速器部分20包括单级行星齿轮式第二行星齿轮组26、单级行星齿轮式第三行星齿轮组28和单级行星齿轮式第四行星齿轮组30。第二行星齿轮组26包括第二太阳轮S2；第二行星齿轮P2；第二行星轮架CA2，其支撑第二行星齿轮P2使得第二行星齿轮P2可以绕其轴线旋转并且可绕第二太阳轮S2的轴线旋转；和通过第二行星齿轮P2而与第二太阳轮S2啮合的第二齿圈R2。例如，第二行星齿轮组26具有约0.562的传动比ρ2。第三行星齿轮组28包括第三太阳轮S3；第三行星齿轮P3；第三行星轮架CA3，其支撑第三行星齿轮P3使得第三行星齿轮P3可以绕其轴线旋转并且可绕第三太阳轮S3的轴线旋转；和通过第三行星齿轮P3而与第三太阳轮S3啮合的第三齿圈R3。例如，第三行星齿轮组28具有约0.425的传动比ρ3。第四行星齿轮组30包括第四太阳轮S4；第四行星齿轮P4；第四行星轮架CA4，其支撑第四行星齿轮P4使得第四行星齿轮P4可以绕其轴线旋转并且可绕第四太阳轮S4的轴线旋转；和通过第四行星齿轮P4而与第四太阳轮S4啮合的第四齿圈R4。例如，第四行星齿轮组30具有约0.421的传动比ρ4。在第二太阳轮S2、第二齿圈R2、第三太阳轮S3、第三齿圈R3、第四太阳轮S4和第四齿圈R4的齿数分别由ZS2、ZR2、ZS3、ZR3、ZS4和ZR4表示的情况下，上述传动比ρ2、ρ3和ρ4分别由ZS2/ZR2、ZS3/ZR3和ZS4/ZR4表示。
在自动变速器部分20中，第二太阳轮S2和第三太阳轮S3一体地固定到彼此作为一个单元，通过第二离合器C2选择性地连接到动力传动构件18，并且通过第一制动器B1选择性地固定到变速器壳体12。第二行星轮架CA2通过第二制动器B2选择性地固定到变速器壳体12，并且第四齿圈R4通过第三制动器B3选择性地固定到变速器壳体12。第二齿圈R2、第三行星轮架CA3和第四行星轮架CA4一体地固定到彼此并且固定到输出轴22。第三齿圈R3和第四太阳轮S4一体地固定到彼此，并且通过第一离合器C1选择性地连接到动力传动构件18。由此，自动变速器部分20和动力传动构件18通过被用来建立自动变速器部分20档位的第二离合器C2或者第一离合器C1而选择性地连接到彼此。换言之，第一离合器C1和第二离合器C2协作以用作耦合设备，其可操作来使连接动力传动构件18和自动变速器部分20的动力传动路径(连接无级变速器部分11(动力传动构件18)和车辆驱动轮38)在动力传动状态和动力断开状态之间切换，在动力传动状态中车辆驱动力可以通过动力传动路径被传动，在动力断开状态中车辆驱动力不能通过动力传动路径被传动。也就是说，当啮合第一离合器C1和第二离合器C2中至少一个时将动力传动路径置于动力传动状态，并当松开第一离合器C1和第二离合器C2两者时将动力传动路径置于动力断开状态。
上述切换离合器C0、第一离合器C1、第二离合器C2、切换制动器B0、第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3是传统车用自动变速器中使用的液压操作摩擦耦合设备。这些摩擦耦合设备中的每一个由包括多个摩擦盘的湿式多片离合器(通过液压驱动器而彼此压紧)构成，或者由包括转鼓和一条带或者两条带的带式制动器构成，所述带缠绕在转鼓的外周表面上并且在一端由液压驱动器张紧。离合器C0-C2和制动器B0-B3中的每一个被选择性地啮合来连接每个离合器或制动器被置于其间的两个构件。
在如上构造的变速器机构10中，通过从上述切换离合器C0、第一离合器C1、第二离合器C2、切换制动器B0、第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3中选择的摩擦耦合设备的相应组合的啮合动作，选择性地建立第一档位(第一速位置)至第五档位(第五速位置)、倒车档位(向后驱动位置)和空档位置之一，如图2的表中所示。这些档位具有成几何级数变化的不同速比γ(输入轴速度NIN/输出轴速度NOUT)。特别地，注意动力分配机构16设置有切换离合器C0和制动器B0，因此无级变速器部分11可以通过切换离合器C0或切换制动器B0的啮合而被选择性地置于固定速比换档状态以及无级换档状态，在固定速比换档状态中机构16可用作包括具有一个速比的单个档位或者具有各自速比的多个档位的变速器，在无级换档状态中机构16可用作无级变速器，如上所述。所以在本变速器机构10中，由自动变速器部分20和通过啮合切换离合器C0或切换制动器B0而被置于固定速比换档状态的无级变速器部分11来构成有级变速器。此外，由自动变速器部分20和在切换离合器C0和制动器B0中没有一个被啮合时置于无级换档状态的无级变速器部分11来构成无级变速器。换言之，变速器机构10通过啮合切换离合器C0和切换制动器B0中的一个而被切换到有级换档状态，并且通过松开切换离合器C0和制动器B0两者而被切换到无级换档状态。无级变速器部分11也被视为可在有级换档状态和无级换档状态之间切换的变速器。
在变速器机构10用作有级变速器的情况下，例如，通过切换离合器C0、第一离合器C1和第三制动器B3的啮合动作建立具有例如约3.357的最高速比γ1的第一档位，并通过切换离合器C0、第一离合器C1和第二制动器B2的啮合动作来建立具有例如约2.180的速比γ2(低于速比γ1)的第二档位，如图2所示。此外，通过切换离合器C0、第一离合器C1和第一制动器B1的啮合动作来建立具有例如约1.424的速比γ3(低于速比γ2)的第三档位，并通过切换离合器C0、第一离合器C1和第二离合器C2的啮合动作来建立具有例如约1.000的速比γ4(低于速比γ3)的第四档位。通过第一离合器C1、第二离合器C2和切换制动器B0的啮合动作建立具有例如约0.705的速比γ5(低于速比γ4)的第五档位。此外，通过第二离合器C2和第三制动器B3的啮合动作建立具有例如约3.209的速比γR(其介于速比γ1和γ2之间)的倒车档位。通过仅啮合切换离合器C0来建立空档位置N。
另一方面，在变速器机构10用作无级变速器的情况下，切换离合器C0和切换制动器B0两者都被松开，如图2所示，使得无级变速器部分11用作无级变速器，同时串联连接到无级变速器部分11的自动变速器部分20用作有级变速器，由此被传递到置于第一档位至第四档位之一的自动变速器部分20的旋转运动的速度，即动力传动构件18的转速被连续地改变，使得当自动变速器部分20被置于上述档位之一时的驱动系统的速比在预定范围上可连续变化。所以，自动变速器部分20的速比在跨越相邻档位上可连续变化，由此变速器机构10的总速比γT可连续变化。
图3的共线图用直线表示旋转元件在变速器机构10的每个档位中的转速之间的关系，变速器机构10由用作无级换档部分或第一换档部分的无级变速器部分11和用作有级换档部分或第二换档部分的自动变速器部分20构成。图3的共线图是矩形二维坐标系，其中行星齿轮组24、26、28、30的传动比ρ被取为沿着横轴，而旋转元件的相对转速被取为沿着纵轴。三条水平线X1、X2、XG中较低的一条，即水平线X1表示0转速，而三条水平线中上面一条，即水平线X2表示1.0转速，即连接到输入轴14的发动机8的运行速度NE。水平线XG表示动力传动构件18的转速。
与无级变速器部分11的动力分配机构16相对应的三条垂直线Y1、Y2和Y3分别表示第一太阳轮S1形式的第二旋转元件(第二元件)RE2、第一行星轮架CA1形式的第一旋转元件(第一元件)RE1、和第一齿圈R1形式的第三旋转元件(第三元件)RE3的相对转速。垂直线Y1、Y2和Y3的相邻垂直线之间的距离由第一行星齿轮组24的传动比ρ1确定。也就是说，垂直线Y1和Y2之间的距离对应于“1”，而垂直线Y2、和Y3之间的距离对应于传动比ρ1。此外，对应于自动变速器部分20的五条垂直线Y4、Y5、Y6、Y7和Y8分别表示采用一体地固定到彼此的第二和第三太阳轮S2、S3形式的第四旋转元件(第四元件)RE4、第二行星轮架CA2形式的第五旋转元件(第五元件)RE5、第四齿圈R4形式的第六旋转元件(第六元件)RE6、采用一体地固定到彼此的第二齿圈R2以及第三和第四行星轮架CA3、CA4形式的第七旋转元件(第七元件)RE7、以及采用一体地固定到彼此的第三齿圈R3和第四太阳轮S4形式的第八旋转元件(第八元件)RE8的相对转速。垂直线Y4-Y8的相邻垂直线之间的距离由第二、第三和第四行星齿轮组26、28、30的传动比ρ2、ρ3和ρ4确定。也就是说，第二、第三和第四行星齿轮组26、28、30中每一个的太阳轮和行星轮架之间的距离对应于“1”，而这些行星齿轮组26、28、30中每一个的行星轮架和齿圈之间的距离对应于传动比ρ。
参照图3的共线图，变速器机构10的动力分配机构16(无级变速器部分11)被设置成第一行星齿轮组24的第一旋转元件RE1(第一行星轮架CA1)被一体地固定到输入轴14(即到发动机8)，并且通过切换离合器C0选择性地连接到第二旋转元件RE2(第一太阳轮S1)；并且此第二旋转元件RE2固定到第一电动机M1，并通过切换制动器B0选择性地固定到变速器壳体12；而第三旋转元件RE3(第一齿圈R1)固定到动力传动构件18和第二电动机M2，使得输入轴14的旋转运动通过动力传动构件18传递到自动变速器部分(有级变速器部分)20。第一太阳轮S1和第一齿圈R1的转速之间的关系由穿过线Y2和X2之间的交点的倾斜直线L0表示。
当通过例如切换离合器C0和切换制动器B0的松开动作而将变速器机构10置于无级换档状态时，通过控制第一电动机M1产生电能的操作所产生的反作用力来升高或者降低由线L0和垂直线Y1之间的交点所表示的第一太阳轮S1的转速，使得由线L0和垂直线Y3之间的交点表示的第一齿圈R1的转速被降低或者升高。当切换离合器C0被啮合时，第一太阳轮S1和第一行星轮架CA1被连接到彼此，并且动力分配机构16被置于其中上述三个旋转元件作为一个单元旋转的非差速状态，因此直线L0与水平线X2对准，由此动力传动构件18在等于发动机速度NE的速度下旋转。另一方面，当切换制动器B0被啮合时，动力分配机构16的旋转被停止，并且动力分配机构16被置于非差速状态并用作增速机构，使得线L0在图3所示的状态下倾斜，由此使得由线L0和Y3之间的交点表示的第一齿圈R1的转速即动力传动构件18的转速高于发动机速度NE，并且被传递到自动变速器部分20。
在自动变速器部分20中，第四旋转元件RE4通过第二离合器C2选择性地连接到动力传动构件18，并且通过第一制动器B1选择性地固定到变速器壳体12，而第五旋转元件RE5通过第二制动器B2选择性地固定到变速器壳体12，同时第六旋转元件RE6通过第三制动器B3选择性地固定到变速器壳体12。第七旋转元件RE7固定到输出轴22，而第八旋转元件RE8通过第一离合器C1选择性地连接到动力传动构件18。
当第一离合器C1和第三制动器B3啮合时，自动变速器部分20被置于第一档位。第一档位中输出轴22的转速由表示固定到输出轴22的第七旋转元件RE7的转速的垂直线Y7和倾斜直线L1之间的交点表示，倾斜直线L1穿过表示第八旋转元件RE8转速的垂直线Y8和水平线X2的交点以及表示第六旋转元件RE6转速的垂直线Y6和水平线X1之间的交点。类似地，通过第一离合器C1和第二制动器B2的啮合动作建立的第二档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的倾斜直线L2和表示固定到输出轴22的第七旋转元件RE7的转速的垂直线Y7之间的交点表示。通过第一离合器C1和第一制动器B1的啮合动作建立的第三档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的倾斜直线L3和表示固定到输出轴22的第七旋转元件RE7的转速的垂直线Y7之间的交点表示。通过第一离合器C1和第二离合器C2的啮合动作建立的第四档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的水平线L4和表示固定到输出轴22的第七旋转元件RE7的转速的垂直线Y7之间的交点表示。在切换离合器C0被置于啮合状态的第一档位至第四档位中，在接收自动力分配机构16的驱动力作用下，第八旋转元件RE8以与发动机速度NE相同的速度旋转。当切换制动器B0取代切换离合器C0而被啮合时，在接收自动力分配机构16的驱动力作用下，第八旋转元件RE8在高于发动机速度NE的速度下旋转。通过第一离合器C1、第二离合器C2和切换制动器B0的啮合动作建立的第五档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的水平线L5和表示固定到输出轴22的第七旋转元件RE7的转速的垂直线Y7之间的交点表示。通过第二离合器C2和第三制动器B3的啮合动作建立的倒档位置R中输出轴22的转速由这些啮合动作所确定的倾斜直线LR和表示固定到输出轴22的第七旋转元件RE7的转速的垂直线Y7之间的交点表示。
图4图示了由设置来控制变速器机构10的电子控制设备40所接收的信号，以及电子控制设备40所产生的信号。此电子控制设备40包括具有CPU、ROM、RAM和输入/输出接口的所谓微计算机，并且被设置成在利用RAM的临时数据存储功能的同时根据存储在ROM中的程序来处理这些信号，以实现发动机8以及电动机M1和M2的混合动力驱动控制、以及例如自动变速器部分20的换档控制的驱动控制。
电子控制设备40被设置成从图4所示的各种传感器和开关接收各种信号，例如表示发动机的冷却水温度的信号；表示换档手柄的所选择操作位置的信号；表示发动机8的工作速度NE的信号；表示代表变速器机构10的前驱位置的所选择组的值的信号；表示M模式(电机驱动模式)的信号；表示空调操作状态的信号；表示与输出轴22的转速相对应的车速的信号；表示自动变速器部分20的工作油的温度的信号；表示驻车制动器的操作状态的信号；表示脚踏制动器的操作状态的信号；表示催化剂温度的信号；表示加速踏板46(如图5所示)的操作角度的信号；表示凸轮角度的信号；表示对雪地驱动模式的选择的信号；表示车辆的纵向加速度值的信号；表示对自动巡航驱动模式的选择的信号；表示车辆重量的信号；表示车辆的驱动轮速度的信号；表示有级换档开关的操作状态的信号，该有级换档开关被设置来将无级变速器部分11(动力分配机构16)置于其中变速器机构10用作有级变速器的固定速比换档状态；表示无级换档开关的信号，该无级换档开关被设置来将无级变速器部分11(动力分配机构16)置于其中变速器机构10用作无级变速器的无级换档状态；表示第一电动机M1的转速NM1的信号；以及表示第二电动机M2的转速NM2的信号。
电子控制设备40还被设置成产生各种信号，例如驱动节气门驱动器以控制节气门开度的信号；调节增压器的压力的信号；操作电力空调的信号；控制发动机8的点火正时的信号；操作电动机M1和M2的信号；操作换档范围指示器来表示换档手柄的所选择操作位置的信号；操作传动比指示器来表示传动比的信号；操作雪地模式指示器来表示对雪地驱动模式的选择的信号；操作用于车轮的防抱死制动的ABS驱动器的信号；操作M模式指示器来表示对M模式的选择的信号；操作液压控制单元42中包括的电磁操作阀的信号，液压控制单元42被设置来控制动力分配机构16和自动变速器部分20的液压操作摩擦耦合设备的液压驱动器；操作被用作液压控制单元42的液压源的电动油泵的信号；驱动电热器的信号；以及被施加到巡航控制计算机的信号。
现在参照图5的功能框图，其用于解释控制变速器机构10的方法，即由电子控制设备40执行的主要功能。电子控制设备40包括切换控制部分50、混合动力控制部分52、有级换档控制部分54、图存储56、高速档位判断部分62、加速踏板操作判断部分80和动力源转矩变化限制控制部分82。有级换档控制部分54被设置来判断变速器机构10的换档动作是否应当发生，即确定变速器机构10应当被换档到第一至第五档位中的那个档位。基于检测到的车速V形式的车辆检测状态和自动变速器部分20的检测输出转矩TOUT，并根据换档边界线图(有级换档控制图)来做出此判断，换档边界线图存储在图存储器56中且表示图5中实线所示的升档边界线和图5中点划线所示的降档边界线。有级换档控制部分54命令液压控制单元42自动地将自动变速器部分20换档到所确定的档位。更具体而言，有级换档控制部分54命令液压控制单元42选择性地啮合和松开液压操作摩擦耦合设备C1-C2、B1-B3，来根据图2的表建立所确定的档位。
混合动力控制部分52被设置成控制发动机8以高效率运行，并且控制第一电动机M1和第二电动机M2，以最优化由发动机8和第二电动机M2产生的驱动力以及在第一电动机M1作为发电机运行期间由其产生的反作用力的比例，由此在变速器机构10被置于无级换档状态的同时，即在无级变速器部分11被置于差速状态的同时，控制用作电控无级变速器的无级变速器部分11的速比γ0。例如，混合动力控制部分52基于加速踏板46的操作量Acc和车辆行驶速度V计算在车辆的当前行驶速度下车辆驾驶员所要求的输出，并且基于计算出的所要求输出和要求由第一电动机M1产生的电能生成量来计算所要求的车辆驱动力。基于计算出的所要求车辆驱动力，混合动力控制部分52计算所期望的发动机8的总输出和速度NE，并且根据计算出的所期望的发动机8的总输出和速度NE，来控制发动机8的实际输出和由第一电动机M1的电能生成量。换言之，混合动力控制部分52能够通过控制由第一电动机M1的电能生成量，为车辆行驶速度V的给定值和为自动变速器部分20的给定速比(为动力传动构件18的给定速度)控制发动机速度NE。
混合动力控制部分52被设置成在考虑自动变速器部分20的当前所选择档位的同时实现上述混合动力控制，以提高车辆的驾驶性和发动机8的燃油经济性。在混合动力控制中，无级变速器部分11被控制用作电控无级变速器，以使得为发动机8高效工作的发动机速度NE(期望发动机速度NE*)和车速V、以及由自动变速器部分20的所选择档位确定的动力传动构件18的转速具有最优化协作。也就是说，混合动力控制部分52确定变速器机构10的总速比γT的目标值，使得发动机8根据所存储的最高燃油经济性曲线(图)而工作。变速器机构10的总速比γT的目标值允许发动机转矩TE和速度NE被控制，使得发动机8提供以车辆驾驶员所要求的驱动力驱动车辆所需要的输出。通过试验获得最高燃油经济性曲线，以满足发动机8的期望工作效率和最高燃油经济性两者，并且其被定义在由发动机速度NE轴和发动机转矩TE轴所定义的二维坐标系中。混合动力控制部分52控制无级变速器部分11的速比γ0，以获得总速比γT的目标值，使得可以在预定范围内(例如13和0.5之间)控制总速比γT。
在混合动力控制中，混合动力控制部分52控制逆变器58，使得由第一电动机M1产生的电能通过逆变器58供应到电能存储设备60和第二电动机M2。也就是说，由发动机8产生的驱动力的主要部分被机械地传递到动力传动构件18，而驱动力的其余部分被第一电动机M1消耗以将此部分转换成电能，此电能通过逆变器58供应到第二电动机M2，使得第二电动机M2由供应的电能所操作来产生将被传动到动力传动构件18的机械能。由此，驱动系统设置有电气路径，由发动机8的驱动力的一部分转换所生成的电能通过此电气路径被转换成机械能。此电气路径包括与生成电能和由第二电动机M2消耗所生成电能相关的部件。
还应注意，混合动力控制部分52能够通过利用无级变速器部分11的电控CVT功能建立所谓的“电机起动和驱动”模式，而不管发动机8是处于非工作状态还是处于怠速状态，在“电机起动和驱动”模式中车辆仅由用作驱动动力源的电动机(例如第二电动机M2)起动和驱动。在车辆被用作车辆驱动动力源的发动机8而非电动机所起动的情况下，混合动力控制部分52控制用作发电机的第一电动机M1的反作用力，以由于动力分配机构16的差速功能而增大动力传动构件18的转速，由此控制发动机8进行的车辆起动。车辆通常由电动机起动，但在车辆的某些情况下由发动机8起动。
混合动力控制部分52还能够由于无级变速器部分11的电控CVT功能而将发动机8保持在工作状态，而不管车辆是否静止或者行驶在相对较低的速度下。为了在存储设备60中存储的电能量SOS减小到预定下限之下的情况中对电能存储设备60充电，当车辆静止时可以要求第一电动机M1用作发电机。在此情况下，即使车辆静止时由车速V确定的第二电动机M2的工作速度基本上为零时，由于动力分配机构16的差速功能，被操作来使得作为发电机的第一电动机M1在相对较高速度下运行的发动机8的速度NE也可以被保持得高到足以允许由发动机8自身进行运行。
混合动力控制部分52还能够通过控制第一电动机M1的运行速度NM1和/或第二电动机M2的运行速度NM2，而由无级变速器部分11的电控CVT功能将发动机速度NE保持不变，无论是否车辆静止还是运行在相对较低速度下。换言之，混合动力控制部分52被设置成在保持发动机速度NE不变的同时，按需要控制第一电动机M1的运行速度NM1或第二电动机M2的运行速度NM2。例如当第二电动机M2的运行速度NM2被降低时，混合动力控制部分52在降低第二电动机M2的运行速度NM2并保持发动机速度NE不变的同时控制第一电动机M1以增大其运行速度NM1。
混合动力控制部分52还能够将无级变速器部分11置于动力断开状态，其中变速器部分11内的动力传动路径被断开以防止驱动转矩的传递。通过将第一电动机M1和第二电动机M2保持在自由旋转状态，即通过防止第一电动机M1和第二电动机M2产生反作用转矩来建立此动力断开状态。
高速档位判断部分62被设置成基于车辆的检测状态并根据存储在图存储器56中的换档边界线图，来判断变速器机构10应当换档到的档位是否是高速档位，例如第五档位。做出此判断以判断为了将变速器机构10置于有级换档状态而应当啮合切换离合器C0和制动器B0中的哪一个。
切换控制部分50被设置成判断变速器机构10应当从无级换档状态切换到有级换档状态还是反之，即由车速V和自动变速器部分20的输出转矩TOUT表示的检测车辆状况处于将变速器机构10置于无级换档状态的无级换档区域，还是处于将变速器机构10置于有级换档状态的有级换档区域。基于检测车辆状态并根据存储在图存储器56中的切换边界线图(切换控制图)做出此判断。切换边界线图的一个示例由图6中的虚线和双点划线表示。切换控制部分50根据当前车辆状况是处于无级换档区域还是有级换档区域，将变速器机构10选择性地置于有级换档状态或无级换档状态。
当切换控制部分50判断检测车辆状况处于有级换档区域时，切换控制部分50禁止混合动力控制部分52实现混合动力控制或者无级换档控制，并允许有级换档控制部分54实现预定的有级换档控制，在有级换档控制中自动变速器部分20根据存储在图存储器56中的图6的换档边界线图来实现自动换档。在此有级换档控制模式中，通过啮合液压操作摩擦耦合设备C0、C1、C2、B0、B1、B2和B3中适当的组合，来建立自动变速器部分20的档位中根据图6换档边界线图所选择的一个档位，如图2的表所示，该表表示变速器机构10的每个档位和摩擦耦合设备的相应组合之间的预定关系。此关系也存储在图存储器56中。也就是说，无级变速器部分11和自动变速器部分20用作有级自动变速器，其根据图6的换档边界线图和图2的预定关系而自动换档。
当高速档位判断部分62已经判断变速器机构10应当被换档到第五档位时，切换控制部分50命令液压控制单元42松开切换离合器C0并啮合切换制动器B0，使得无级变速器部分11能够用作具有例如0.7的固定速比γ0的辅助变速器，由此变速器机构10整体上被置于具有低于1.0速比的所谓“超速档位”的高速档位。当高速档位判断部分62没有判断变速器机构10应当换档到第五档位时，切换控制部分50命令液压控制单元42啮合切换离合器C0并松开切换制动器B0，使得无级变速器部分11能够用作具有例如1.0的固定速比γ0的辅助变速器，由此变速器机构10整体上被置于其速比不低于1.0的减速档位。由此，当变速器机构10被置于有级换档状态(其中串联连接到无级变速器部分11的自动变速器部分20用作有级变速器)时，在切换控制部分50的控制下可用作辅助变速器的无级变速器部分11被置于两个档位中所选择的一个中。所以，当车辆状况处于有级换档区域中时，变速器机构10整体上用作有级自动变速器。
当切换控制部分50已经判断检测车辆状况处于将变速器机构10置于无级换档状态的无级换档区域中时，切换控制部分50命令液压控制单元42松开切换离合器C0和切换制动器B0两者以将无级变速器部分11置于无级换档状态。同时，切换控制部分50允许混合动力控制部分52实现混合动力控制，并且命令有级换档控制部分54选择和保持档位中预定的一个，或者允许根据存储在图存储器56中存储的换档边界线图进行自动换档控制。在后一情况下，有级换档控制部分54通过适当地选择图2的表中表示的摩擦耦合设备的操作状态度组合(除了包括啮合切换离合器C0和制动器B0的啮合的组合)来实现自动换档控制。由此，无级变速器部分11用作无级变速器，而串联连接到无级变速器部分11的自动变速器部分20用作有级变速器，因此变速器机构10提供充足的车辆驱动力，使得传递到置于第一档位至第四档位之一的自动变速器部分20的旋转运动的速度即动力传动构件18的转速被连续地改变，因此当自动变速器部分20被置于上述档位之一中时变速器机构10的速比在预定范围上可连续变化。所以，自动变速器部分20的速比可通过相邻档位而连续变化，由此变速器机构10的总速比γT可连续地变化。
将详细说明图6所示的换档边界线图和切换边界线图。存储在图存储器56中并用来判断自动变速器部分20是否应当被换档的换档边界线图表示定义在矩形二维坐标系中的换档边界线，该二维坐标系中沿着一个轴取为车速V，而沿着一个轴取为自动变速器部分20的输出转矩TOUT形式的与驱动力相关的值。在图6中，实线表示升档边界线，而点划线表示降档边界线。图6中的虚线表示切换边界线，其由切换边界线图表示，并界定出被切换控制部分50使用的有级换档区域和无级换档区域。这些切换边界线表示车速上限V1和输出转矩上限T1，超过这些上限就判断车辆处于高速或者高输出行驶状态。图6还示出了双点划线，它们以适当的控制滞后量偏离虚线的切换边界线，因此选择性地使用虚线和双点划线作为切换边界线。图6所示的切换边界线图被切换控制部分50用来根据车速V和输出转矩TOUT是否高于预定上限值V1、T1，而判断车辆是处于有级换档状态还是无级换档状态。此切换边界线图以及换档边界线图可以存储在图存储器56中，作为复合图。切换边界线图可以包括表示车速上限V1和输出转矩上限T1的边界线中的至少一个，并且可以仅使用两个参数V和TOUT中的一个。
换档边界线图和切换边界线图可以被用于将实际车速V与限值V1进行比较和将实际输出转矩TOUT与限值T1进行比较的所存储方程式替代。在此情况下，当检测的实际车速V已经超过上限V1时，或者当检测的自动变速器部分20的输出转矩TOUT已经超过上限T1时，切换控制部分50将变速器机构10切换到有级换档状态中。在检测到例如第一电动机M1、第二电动机M2、逆变器58和电能存储设备60的部件(其与上述电气路径相关联并且其可用来将无级变速器部分11操作为电控无级变速器)的任何功能恶化或故障时，即使车辆状况处于无级换档区域中，切换控制部分50也可以被设置成将变速器机构10置于有级换档状态。
上述与驱动力相关的值是与车辆的驱动力相对应的参数，其可以是自动变速器部分20的输出转矩TOUT、发动机8的输出转矩TE或者车辆的加速度值、以及驱动轮38的驱动转矩或者驱动力。发动机输出转矩TE可以是基于加速踏板的操作量Acc或者节气门开度(或者进气量、空燃比或者燃油喷射量)和发动机速度NE计算的实际值，或者基于车辆驾驶员对加速踏板46的操作量Acc或节气门开度计算出的发动机转矩TE或所要求车辆驱动力的估计值。可以不仅基于输出转矩TOUT等而且基于差速齿轮设备36的速比和驱动轮38的半径来计算车辆驱动转矩，或者通过转矩传感器等直接检测车辆驱动转矩。
例如，车速的上限V1被确定为使得当车速V高于上限V1时变速器机构10被置于有级换档状态。如果变速器机构10在相对较高的车辆行驶速度下被置于无级换档状态，则此确定对最小化车辆燃油经济性恶化的可能性很有效。根据第一电动机M1的操作特性来确定输出转矩TOUT的上限T1，第一电动机M1是小型的并且使其最大电能输出相对较小，使得当在车辆的高输出行驶状态中发动机输出较高时第一电动机M1的反作用转矩不会很大。
参照图7，示出了换档区域切换图，其表示在二维坐标系中界定出有级换档区域和无级换档区域的边界线，该二维坐标系由发动机速度NE轴和发动机转矩TE轴定义。换档区域切换图的边界线被视为由发动机速度NE和发动机输出NT所定义的发动机8的输出线。由图6中虚线表示并且被切换控制装置50用来判断车辆状况是处于有级换档区域或者处于无级换档区域的切换边界线图基于图7的图。切换控制部分50可以使用图7的换档区域切换图代替图6的切换边界线图来判断检测车辆状况是处于无级换档区域还是有级换档区域。
由图6的切换边界线图定义的有级换档区域被定义为其中自动变速器部分20的输出转矩TOUT不低于预定上限T1的高转矩区域(高输出驱动区域)，或者其中车速V不低于预定上限V1的高速区域。所以，当发动机8的转矩TE相当高时或者当车速V相当高时，实现有级换档控制，而当发动机8的转矩TE相当低时或者当车速V相当低时，即当发动机8处于正常输出状态中时，实现无级换档控制。类似地，由图7的换档区域切换图定义的有级换档区域被定义为其中发动机转矩TE不低于预定上限TE1的高转矩区域，或其中发动机速度NE不低于预定上限NE1的高速度区域，或者替代地定义为其中基于发动机转矩TE和速度NE计算的发动机8的输出不低于预定限值的高输出区域。所以，当发动机8的转矩TE、速度NE或者输出相当高时实现有级换档控制，而当发动机8的转矩TE、速度NE或者输出相当低时，即当发动机8处于正常输出状态时，实现无级换档控制。图7的换档区域切换图的边界线可以被视为高速阈值线或者高发动机输出阈值线，其定义车速V或发动机输出的上限。
在上述本实施例中，在车辆的低速或中速行驶状态下，或者在车辆的低输出或中输出行驶状态下，变速器机构10被置于无级换档状态，确保了混合动力车的高度燃油经济性。在车速V高于上限V1的车辆高速行驶中，变速器机构10被置于其中发动机8的输出主要通过机械动力传动路径被传递到驱动轮38的有级换档状态，使得由于减少了机械能到电能的转换损失(当无级变速器部分11(动力分配机构16)被用作电控无级变速器时会发生此转换损失)而提高了燃油经济性。在输出转矩TOUT高于上限T1的车辆高输出行驶状态中，变速器机构10也被置于有级换档状态。所以，仅当车速V相对较低或中等大小，或者发动机输出相对较低或中等大小时，变速器机构10才被置于无级换档状态，使得可以减小由第一电动机M1产生的所要求电能量即必须从第一电动机M1传递的最大电能量，由此可以减小第一电动机M1的所要求电气反作用力，使得可以最小化第一电动机M1和第二电动机M2的所要求大小，以及包括这些电动机的驱动系统的所要求大小。或者，在车辆的高输出行驶状态中，变速器机构10被置于有级换档状态(固定速比换档状态)，因此发动机速度NE随自动变速器部分20的升档动作而变化，确保了当自动变速器部分20升档时的发动机速度NE的舒适节奏性变化，如图8所示。换言之，当发动机处于高输出状态时，满足车辆驾驶员提高车辆驾驶性的需要比满足车辆驾驶员提高燃油经济性的需要更重要。这样，当发动机输出变得相当高时变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态(固定速比换档状态)。所以，车辆驾驶员对在发动机高输出运行期间发动机速度NE的舒适节奏性变化感到满意，如图8所示。
回头参照图5的框图，加速踏板操作判断部分80被设置成判断加速踏板46是否已经被踩下。基于表示加速踏板46的检测操作量Acc的信号来做出此判断，该信号由电子控制设备40接收。例如，当加速踏板46的操作量Acc的变化量大于预定阈值时，加速踏板操作判断部分80判断加速踏板46已经被踩下。操作量Acc表示车辆驾驶员所要求的车辆输出，并是一个与驱动力相关的值。操作量Acc还表示车辆驾驶员所要求的发动机8的输出，并且可以被节气门的操作角、发动机8的进气量或燃油喷射量、或者从节气门的操作角和发动机速度NE计算出的发动机转矩TE的估计值所代替。加速踏板操作判断部分80还用作发动机转矩变化判断部分，其可操作以基于所要求的车辆输出或发动机输出来判断发动机转矩TE的变化量或变化率是否大于预定阈值。
当变速器机构10在切换控制部分50的控制下在无级换档状态和有级换档状态之间切换时，被松开和啮合以分别建立无级换档状态和有级换档状态的切换离合器C0或切换制动器B0在将变速器机构10切换到有级换档状态的其啮合动作过程中(离合器C0或制动器B0的部分滑动状态中)受到所讨论离合器C0或制动器B0的啮合转矩，并且例如在将变速器机构10的换档状态从无级换档状态转换到有级换档状态的过程中受到第一电动机M1的反作用转矩。当变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态中时，例如，第一电动机M1的反作用转矩被逐渐减小，而同时所讨论的切换离合器C0或切换制动器B0的啮合转矩在其啮合作用过程中逐渐增大。因为动力分配机构16将发动机8的输出分配到第一电动机M1和动力传动构件18，所以作用在第一电动机M1的反作用转矩和由切换离合器C0或切换制动器B0在其啮合动作中传递的转矩对应于发动机转矩TE。所以，发动机转矩TE的变化导致第一电动机M1的反作用转矩和切换离合器C0或制动器B0的传递转矩的相应量的变化。第一电动机M1的反作用转矩从零增大和向零减小的时刻，以及所讨论的切换离合器C0或制动器B0被啮合和松开的时刻，被预先确定为使得动力分配机构16在差速状态和非差速(锁止)状态之间切换时第一电动机M1的反作用转矩和所讨论的切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩平稳变化的情况下，减小传递到驱动轮38的发动机转矩TE的变化率。
当发动机转矩TE在第一电动机M1的反作用转矩和所讨论的切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩的变化期间发生变化时，如果第一电动机M1的反作用转矩在预先确定的时刻被改变并且所讨论的切换离合器C0或制动器B0在上述预定时刻处被啮合和松开，则驱动轮38的驱动转矩将改变一个与发动机转矩TE的变化量相对应的量。在此情况下，变速器机构10可能在无级换档状态和有级换档状态之间进行切换时受到很大的切换冲击。
上述动力源转矩变化限制控制部分82包括转矩变化限制判断部分84，其被设置来在加速踏板操作判断部分80已经判断发动机转矩TE将改变后，当切换控制部分50判断变速器机构10应当从无级换档状态切换到有级换档状态时，判断是否需要限制发动机转矩TE形式的驱动动力源转矩的变化。在变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态时，如果转矩变化限制判断部分84判断需要限制发动机转矩TE的变化，则动力源转矩变化限制控制部分82被操作来控制发动机8以在所讨论切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩增大和第一电动机M1的反作用转矩减小期间减小发动机转矩TE的变化率。也就是说，动力源转矩变化限制控制部分82被设置成在变速器机构10的换档的过渡时间段(其中第一电动机M1的反作用转矩向零减小而切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩增大)中减小发动机转矩TE的变化率。例如，动力源转矩变化限制控制部分82被设置成在变速器机构10切换到有级换档状态时切换离合器C0或制动器B0的啮合动作的整个过程中减小发动机转矩TE的变化率。
例如，动力源转矩变化限制控制部分82被设置成通过减小电子节气门94(图5所示)的开度或由喷油设备96(图5所示)喷射到发动机8中的喷油量，或者通过延迟点火设备98进行发动机8的点火正时，来暂时减小发动机转矩TE的增大率。
例如，通过判断发动机转矩TE的变化程度是否大于存储在电子控制设备40的ROM中的预定阈值(例如发动机转矩TE的增大率是否高于存储在ROM中的预定阈值)，来做出由转矩变化限制判断部分84对是否需要限制发动机转矩TE的变化进行的判断。通过试验获得的发动机转矩TE增大率的此阈值是这样的单位时间增大量，即在该单位时间增大量之上就需要限制或减小上述切换冲击。转矩变化限制判断部分84基于估计的发动机转矩值TE来计算发动机转矩TE的增大率，该估计的发动机转矩值TE是基于表示加速踏板46的操作量Acc(节气门开度θTH)和发动机速度NE的信号计算出的，该信号由电子控制设备40接收。
在变速器机构10的切换的过渡时间段(其中所讨论切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩增大，同时第一电动机M1的反作用转矩增大)中，在切换离合器C0或制动器B0的液压操作响应性(啮合响应性)降低的情况下发动机转矩TE的变化程度增大。考虑到此事实，可以通过判断切换离合器C0或制动器B0的液压操作响应性是否低于预定阈值，来做出由转矩变化限制判断部分84对是否应当限制发动机转矩TE的变化进行的判断。在这点上，应注意液压操作响应性随着用来操作切换离合器C0或制动器B0的工作油粘度的增大，即随着工作油温度的降低而降低。所以，转矩变化限制判断部分84可以被设置来在工作油的温度低于预定阈值时，判断发动机转矩TE应当被限制。
参照图9的流程图，将说明切换冲击减小例程，该例程由电子控制设备40执行来减小变速器机构10在从无级换档状态切换到有级换档状态时的切换冲击。此切换冲击减小例程以约数毫秒至数十毫秒的短周期时间被反复执行。图10的时序图示出了在动力源转矩变化限制控制部分82的控制下，由加速踏板46的操作引起的变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态的过程中各种参数的变化。
切换冲击减小例程以与加速踏板操作判断部分80相对应的步骤S1开始，来判断加速踏板46是否已经被踩下。可以通过判断由从加速踏板角度传感器产生并被电子控制设备40接收的信号所表示的加速踏板46操作量Acc的增大量是否大于预定阈值，来做出此判断。如果在步骤S1获得否定结果(“否”)，则控制流程进行到步骤S6以维持车辆的当前状态，并且本例程的一个执行周期结束。
如果在步骤S1中获得肯定结果(“是”)，则在图10的时序图中所示的时间点t1处，控制流程进行到与切换控制部分50相对应的步骤S2，以判断是否需要将变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态。基于自动变速器部分20的输出转矩TOUT而做出此判断。在本实施例中，切换控制部分50判断作为车辆驾驶员对加速踏板46踩压操作的结果，输出转矩TOUT是否已经超过预定上限T1，如上所述。如果在步骤S2中获得否定结果(“否”)，则控制流程进行到步骤S6，以结束本例程的一个执行周期。
如果在步骤S2中获得肯定结果(“是”)，则在图10所示的点t2和t3之间的时间点处，控制流程进行到与动力源转矩变化限制控制部分82的转矩变化限制判断部分84相对应的步骤S3，以判断是否需要限制发动机转矩TE的变化，更确切地说，判断发动机转矩TE的增大率是否高于预定阈值。作为基于发动机转矩TE增大率的本判断的附加或替代步骤，动力源转矩变化限制判断部分84可以被设置成判断被啮合来建立有级换档状态的切换离合器C0或制动器B0的液压操作响应性是否低于预定阈值，更确切地说，判断液压控制单元42的工作油的温度是否低于预定阈值。
如果在步骤S3中获得否定结果(“否”)，则本切换冲击减小例程的一个执行周期结束。如果在步骤S3中获得肯定结果(“是”)，则在图10所示的时间点t3和t5之间的时间点处，控制流程进行到与动力源转矩变化限制控制部分82相对应的步骤S4，以在变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态的过渡时间段(其中切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩增大而第一电动机M1的反作用转矩减小)中，限制发动机转矩TE的增大(该增大已经开始，更具体而言，是减小由于步骤S1中加速踏板46的踩压操作所引起的发动机转矩TE的增大率)。在本实施例中为了减小发动机转矩TE的增大，动力源转矩变化限制控制部分82暂时减小电子节气门94的开度或由喷油设备96喷射到发动机8中的喷油量，或者延迟由点火设备98进行的发动机8的点火正时，如上所述。
与切换控制部分50相对应的步骤S5在图10所示的时间点t2和t5之间的时间段期间基本上与步骤S4同时被执行，以禁止由混合动力控制部分52进行混合动力控制或者无级换档控制，并且同时命令液压控制单元42在高速档位判断部分62已经判断变速器机构10应当被换档到第五档位时啮合切换制动器B0，或者在判断部分62没有判断变速器机构10应当被换档到第五定位时啮合切换离合器C0。所以，第一电动机M1的反作用转矩被减小到零，而将被啮合的切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩被增大以完全啮合切换离合器C0或制动器B0。在变速器机构10被维持在第三档位中的图10的特定示例中，切换离合器C0被啮合。
现在参照图11的时序图，其示出了在变速器机构10从有级换档状态切换到无级换档状态的过程中各个参数的变化，该切换过程是在动力源转矩变化限制控制部分82的控制下，作为加速踏板46的松开操作的结果通过切换离合器C0的松开动作进行的。在此示例中，图9流程图的步骤S1被判断加速踏板46的操作量Acc的减小量是否变得大于预定阈值的步骤所代替。图9流程图的步骤S2被判断变速器机构10是否应当从有级换档状态切换到无级换档状态的步骤所代替。在图11的示例中，加速踏板46的操作量Acc的减小在时间点t1处开始，发动机转矩TE的减小在该时间点处开始。图9流程图的步骤S3被判断发动机转矩TE的减小率是否高于预定阈值的步骤所代替。如果在此步骤中获得肯定结果，则控制流程进行到与图9的步骤4相对应的步骤，以在图11的时序图所示的时间点t3和t5之间的时间段期间减小发动机转矩TE的减小率。然后，在时间点t3和t5之间的时间段期间，基本上与减小发动机转矩TE减小率的步骤同时地执行与图9的步骤S5相对应的步骤，以允许由混合动力控制部分52进行混合动力控制，并命令液压控制单元42松开切换离合器C0，使得切换离合器C0的啮合转矩被减小为零，而第一电动机M1的反作用转矩被增大到预定值。
在上述本实施例中，在被啮合以将变速器机构10(无级变速器部分11或动力分配机构16)从无级换档状态(差速状态)切换到有级换档状态(非差速状态、固定速比换档状态或锁止状态)的切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩增大期间，以及在第一电动机M1的反作用转矩同时减小到零期间，发动机转矩TE的增大被动力源转矩变化限制控制部分82所限制。或者，在被松开以将变速器机构10从有级换档状态切换到无级换档状态的切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩减小期间，以及在第一电动机M1的反作用转矩同时增大期间，发动机转矩TE的减小或降低被动力源转矩变化限制控制部分82所限制。所以，切换离合器C0或制动器B0的啮合转矩被平稳增大(以将离合器或制动器置于其完全啮合状态)或减小(以将离合器或制动器置于其完全松开状态)，同时第一电动机M1的反作用转矩被平稳减小到零或增大到预定值，因此可以极大地减小在变速器机构10的换档状态在无级换档状态和有级换档状态之间进行切换时变速器机构10的切换冲击。
本实施例中提供的动力源转矩变化限制控制部分82被设置成仅在发动机转矩TE的变化程度高于预定阈值时限制发动机转矩TE的变化。此设置有效地防止了发动机转矩TE以高于阈值的速率变化，使得可以最小化在无级换档状态和有级换档状态(差速和锁止状态)之间进行切换时无级变速器部分11(动力分配机构16)的换档冲击，该换档冲击随发动机转矩TE的变化程度而增大。
如上所述，动力源转矩变化限制控制部分82可以被设置成在切换离合器C0或制动器B0的液压操作响应性低于预定阈值时限制发动机转矩TE的变化。此设置也对减小发动机转矩TE的变化程度(其随切换离合器C0或制动器B0的液压操作响应性的降低而增大)有效，使得可以最小化无级变速器部分11(动力分配机构16)在无级换档状态和有级换档状态(差速和锁止状态)之间进行切换时的换档冲击。
将说明本发明的其他实施例。在下面的实施例中，与第一实施例中所用相同的标号将被用来标识功能上相应的元件。
第二实施例参照图12的框图，示出了根据本发明第二实施例的控制设备，其被设置成执行图13的流程图中所示的切换冲击减小例程。虽然根据第二实施例的本控制设备被设置成控制包括图1和5所示的发动机8和变速器机构10的驱动系统，但控制设备包括转矩减小控制部分86和啮合结束阶段判断部分88，来代替第一实施例中设置的动力源转矩变化限制控制部分82。
啮合结束阶段判断部分88被设置成判断要啮合来建立有级换档状态的切换离合器C0或切换制动器B0是否处于其啮合动作的结束阶段，该啮合动作在切换控制部分50判断变速器机构10应当从无级换档状态切换到有级换档状态时开始。结束阶段被定义为离合器C0或B0的啮合动作就在其完全啮合时刻之前的部分。如果啮合结束阶段判断部分88判断要啮合来建立有级换档状态的切换离合器C0或切换制动器B0处于其啮合动作的结束阶段，则上述转矩减小控制部分86开始减小车辆驱动动力源(发动机8以及第一电动机M1和第二电动机M2三者中的至少一个，如下所述)的转矩，以限制在变速器机构10切换到有级换档状态时离合器C0或制动器B0的啮合冲击。
将说明啮合结束阶段判断部分88对切换离合器C0是否处于其啮合动作结束阶段进行判断的方式，和判断部分88对切换制动器B0是否处于其啮合动作的结束阶段进行判断的方式。
在切换离合器C0被啮合以将变速器机构10切换到有级换档状态的情况下，动力分配机构16的旋转元件在此切换离合器C0完全啮合后作为一个单元旋转，因此就在切换离合器C0的啮合完成的时刻之前，连接到旋转元件的第一电动机M1、第二电动机M2和发动机8以基本上彼此相等的各自速度NM1、NM2和NE旋转。换言之，最终使得速度NM1、NM2和NE等于切换离合器C0完全啮合时的同步速度。所以，例如可以通过判断第一电动机M1和第二电动机M2的速度NM1和NM2之间的差是否已经变得小于预定阈值NC0D(低于此阈值则切换离合器C0被视为处于基本完全啮合状态)，来做出啮合结束阶段判断部分88对切换离合器C0是否处于其啮合动作结束阶段进行的判断。
在切换制动器B0被啮合以将变速器机构10切换到有级换档状态的情况下，在此切换制动器B0完全啮合后第一太阳轮S1的转速即第一电动机M1的速度NM1变成零。所以，例如可以通过判断第一电动机M1的速度NM1是否已经降低到预定阈值NB0D(低于此阈值则切换制动器B0被视为处于基本上完全啮合状态)之下，来做出啮合结束阶段判断部分88对切换制动器B0是否处于其啮合动作结束阶段进行的判断。
通过试验获得并存储在电子控制设备40的ROM中的阈值NC0D和NB0D是这样的电机速度差(NM1-NM2)或速度值NM1，在该差或值处由转矩减小控制部分86开始车辆驱动动力源转矩的减小，以有效减小切换离合器C0或切换制动器B0的啮合冲击。
当变速器机构10在切换控制部分50的控制下从无级换档状态切换到有级换档状态时，在切换离合器C0的啮合动作过程中动力分配机构16的旋转元件的转速向着同步速度变化，或者在切换制动器B0的啮合动作过程中太阳轮S1的转速向着零减小。在切换离合器C0或切换制动器B0的啮合动作过程中旋转元件速度的变化导致惯性矩被加到无级变速器部分11的输出转矩T11(动力传动构件18的输出转矩)上。惯性矩加到输出转矩T11上具有在切换离合器C0或切换制动器B0啮合时产生啮合冲击的风险。惯性矩和啮合冲击随通过切换离合器C0或切换制动器B0的啮合动作被连接到彼此的两个旋转元件的啮合后相对速度的增大而增大，啮合后相对速度随开始啮合动作前两个旋转元件的啮合前相对速度的增大而增大。
无级变速器部分11的输出转矩T11趋向于受到切换离合器C0或切换制动器B0完全啮合后的啮合后振荡性变化，其也由切换离合器C0或切换制动器B0的啮合动作引起并导致切换离合器C0或切换制动器B0的啮合冲击。
考虑到上述分析，转矩减小控制部分86被设置成在啮合结束阶段判断部分88判断切换离合器C0或切换制动器B0处于其啮合动作(在切换控制部分50的控制下啮合动作被执行以将变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态)的结束阶段时，减小无级变速器部分11的输出转矩T11。输出转矩T11的此减小对限制切换离合器C0或切换制动器B0的啮合冲击，即减小切换离合器C0或切换制动器B0的啮合冲击是有效的。为了减小输出转矩T11，转矩减小控制部分86被设置成在由啮合结束阶段判断部分88做出上述判断的时刻后开始减小动力源转矩(后面将说明)，使得动力源转矩的减小被执行预定的转矩减小时间段或者在预定的减小率下执行。在与动力源转矩的幅值、切换离合器C0或切换制动器B0的相对速度、输出转矩T11的啮合后振荡性变化的幅值等相关联的情况下，动力源转矩的预定转矩减小时间段或减小率通过试验获得并存储在电子控制设备40的ROM中。
通过减小车辆驱动动力源8、M1、M2的转矩，即通过减小发动机8和第一电动机M1及第二电动机M2的输出转矩中的至少一个，由转矩减小控制部分86减小动力源转矩。例如，转矩减小控制部分86被设置成在车辆的发动机驱动模式(其中发动机8被用作驱动动力源)中减小发动机转矩TE，而在车辆的电机驱动模式(其中第二电动机M2被用作驱动动力源)中减小第二电动机M2的输出转矩TM2。
无级变速器部分11的输出转矩T11是从发动机8机械传递到第一齿圈R1的转矩TR1(第一齿圈转矩)与第二电动机M2的输出转矩TM2之和。在第一行星齿轮组24具有传动比ρ1的情况下，第一电动机M1的反作用转矩TM1、发动机转矩TE和第一齿圈转矩TR1之间的关系由等式TM1∶TE∶TR1＝ρ1∶(1+ρ1)∶1表示。所以，等于TE/(1+ρ1)或者TM1/ρ1的第一齿圈转矩TR1与发动机转矩TE或反作用转矩TM1成比例。因此，转矩减小控制部分86被设置成通过减小发动机8的转矩TE、第一电动机M1的转矩TM1和第二电动机M2的输出转矩TM2中的至少一个，来减小无级变速器部分11的输出转矩T11。在变速器机构10的无级换档状态中由第一电动机M1产生反作用转矩TM1的本实施例中，反作用转矩TM1被视为第一电动机M1的输出转矩。
将说明由转矩减小控制部分86实现的第一电动机M1的反作用转矩TM1的减小和第二电动机M2的输出转矩TM2的减小。
为了减小发动机转矩TE，例如转矩减小控制部分86减小电子节气门94的开度或由喷油设备96喷射到发动机8中的喷油量，或者延迟由点火设备98进行的发动机8的点火正时。为了减小反作用转矩TM1，转矩减小控制部分86命令混合动力控制部分52减小第一电动机M1的电能产生量(即，在作为发电机的第一电动机M1的操作期间产生的电流量)。为了减小第二电动机M2的输出转矩TM2，转矩减小控制部分86命令混合动力控制部分52减小通过逆变器58供应到第二电动机M2的电流量。
或者，转矩减小控制部分86通过命令混合动力控制部分52控制第一电动机M1和/或第二电动机M2在相反方向上产生车辆驱动转矩，或者在对电能存储设备60充电的同时产生能量回收制动转矩，来减小动力源转矩。由此，转矩减小控制部分86被设置成通过减小动力源转矩，或者通过控制第一电动机M1和/或第二电动机M2产生反向车辆驱动转矩或者产生能量回收制动转矩，来减小无级变速器部分11的输出转矩T11以抵消上述惯性矩。
转矩减小控制部分86可以被设置成通过命令混合动力控制部分52控制第一电动机M1和/或第二电动机M2，使得动力分配机构16的旋转元件主动地向切换离合器C0或切换制动器B0完全啮合后的同步速度变化，来限制上述惯性矩的产生量。对惯性矩的此方式的限制可以被实现来代替上述方式的惯性矩抵消，或者作为其附加手段。
在通过啮合切换离合器C0将变速器机构10切换到有级换档状态的情况下，例如，转矩减小控制部分86被设置成命令混合动力控制部分52控制第一电动机M1和第二电动机M2，使得速度NM1和NM2彼此相等，由此限制惯性矩的产生。换言之，在切换离合器C0被啮合以将变速器机构10切换到有级换档状态的情况下，转矩减小控制部分86被设置成命令混合动力控制部分52控制第一电动机M1的速度NM1以向着发动机速度NE变化。在切换制动器B0被啮合以将变速器机构10切换到有级换档状态的情况下，转矩减小控制部分86命令混合动力控制部分52控制第一电动机M1的速度NM1以变成零。
下面参照图13的流程图，将说明切换冲击减小例程，其由电子控制设备40执行以限制变速器机构10在从无级换档状态切换到有级换档状态时的切换冲击。此切换冲击减小例程以约数毫秒至数十毫秒的短周期时间被反复执行。图14的时序图示出了在转矩减小控制部分86的控制下，作为加速踏板46的操作结果引起的变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态的过程中各个参数的变化。
图13的切换冲击减小例程以与加速踏板操作判断部分80相对应的步骤S11开始，以判断加速踏板46是否已经被踩下。可以通过判断加速踏板46的操作量Acc(由从加速踏板角度传感器产生并被电子控制设备40接收的信号所表示)的增大量是否大于预定阈值来做出此判断。如果在步骤S11中获得否定结果(“否”)，则控制流程进行到步骤S16，以实现除了减小或限制切换冲击的控制以外的控制(或者维持车辆的当前状态)，并且本例程的一个执行周期结束。
如果在步骤S11中获得肯定结果(“是”)，则在图14的时序图中所示的时间点t1处，控制流程进行到与切换控制部分50相对应的步骤S12，以判断是否需要将变速器机构10从无级换档状态切换到有级换档状态。基于自动变速器部分20的输出转矩TOUT而做出此判断。在本实施例中，切换控制部分50判断作为车辆驾驶员对加速踏板46踩压操作的结果，输出转矩TOUT是否已经超过预定上限T1，如上所述。在加速踏板操作判断部分80判断变速器机构10应当被切换到有级换档状态时，切换控制部分50命令混合动力控制部分52禁止混合动力控制或无级换档控制，并且同时命令液压控制单元42在高速档位判断部分62已经判断变速器机构10应当被换档到第五档位时啮合切换制动器B0，或者在判断部分62没有判断变速器机构10应当被换档到第五定位时啮合切换离合器C0。如果在步骤S12中获得否定结果(“否”)，则控制流程进行到上述步骤S16，并且结束本例程的一个执行周期。
如果在步骤S12中获得肯定结果(“是”)，则控制流程进行到与啮合结束阶段判断部分88相对应的步骤S13，以判断被啮合的切换离合器C0或切换制动器B0是否处于其啮合动作的结束阶段。步骤S13被重复直到在步骤S13中获得肯定结果(“是”)。在图14的特定示例中，变速器机构10通过啮合切换离合器C0被切换到有级换档状态。在此示例中，在图14的时序图所示的时间点t1和t4之间的时间段期间，通过判断电动机速度NM1和NM2之间的速度差是否已经变得小于预定阈值NC0D，来做出步骤S13中的判断。在通过啮合切换制动器B0以将变速器机构10切换到有级换档状态的情况下，通过判断速度NM1是否已经降低到预定阈值NB0D之下来做出切换制动器B0是否处于其啮合动作结束阶段的判断。
如果在步骤S13中获得肯定结果(“是”)，则控制流程进行到与转矩减小控制部分86相对应的步骤S14，以在图14的时序图所示的时间点t4处，通过减小动力源转矩来开始减小无级变速器部分11的输出转矩T11。例如，发动机8的转矩TE、第一电动机M1的转矩TM1和第二电动机M2的转矩TM2中的至少一个在步骤S14处被减小。动力源转矩的减小被执行预定的转矩减小时间段或者在预定的减小率下执行，该时间段或减小率在与动力源转矩的幅值、切换离合器C0或切换制动器B0的相对速度、输出转矩T11的啮合后振荡性变化的幅值等相关联的情况下，通过试验获得并存储在电子控制设备40的ROM中。在图14的示例中，预定转矩减小时间段是时间点t4和t6之间的时间段。
基本上与步骤S14中输出转矩T11减小开始的同时，执行与切换控制部分50相对应的步骤S15来完成切换离合器C0或切换制动器B0的啮合。在图14的示例中，在图14中所示的时间点t4处，切换离合器C0被置于其完全啮合状态以将变速器机构10切换到有级换档状态。
由此，根据本发明第二实施例的控制设备的转矩减小控制部分86被设置成在切换离合器C0或切换制动器B0的啮合动作的结束阶段中减小发动机转矩TE、第一电动机M1的转矩TM1和第二电动机M2的转矩TM2中的至少一个，来减小变速器机构10(无级变速器部分11或动力分配机构16)从无级换档状态(差速状态)切换到有级换档状态(固定速比换档状态、非差速状态或锁止状态)时变速器机构10的切换冲击。
或者，转矩减小控制部分86被设置成在切换离合器C0或切换制动器B0的啮合动作的结束阶段中减小由于动力分配机构16的旋转元件的转速变化产生的惯性矩，来减小变速器机构10从无级换档状态到有级换档状态的切换冲击。
在转矩减小控制部分86被设置来减小惯性矩的情况下，此转矩减小控制部分86控制第一电动机M1和/或第二电动机M2，以抵消惯性矩或限制惯性矩的产生量，来减小变速器机构10将其换档状态从无级换档状态切换到有级换档状态时的换档冲击。
第三实施例参照图15的示意图，示出了根据本发明第三实施例的车用驱动系统的变速器机构70的布置，变速器机构70可以由第一或第二实施例中的电子控制设备所控制。虽然变速器机构70与根据图1-11的第一实施例的变速器机构10不同，但是变速器机构70由与针对图1-11的第一实施例或图12-14的第二实施例的上述电子控制设备40基本上相同的电子控制设备来控制。图16是表示变速器机构70的档位和用于分别建立这些档位的液压操作摩擦耦合设备的啮合状态的不同组合的表，而图17是用于解释变速器机构70的换档操作的共线图。
变速器机构70包括无级变速器部分11，其具有第一电动机M1、动力分配机构16和第二电动机M2，与第一实施例中一样。变速器机构70还包括具有三个前驱位置的自动变速器部分72。自动变速器部分72布置在无级变速器部分11和输出轴22之间，并且通过动力传动构件18串联连接到无级变速器部分11和输出轴22。动力分配机构16包括具有例如约0.418的传动比ρ1的单级行星齿轮式的第一行星齿轮组24、切换离合器C0和切换制动器B0，与第一实施例中一样。自动变速器部分72包括具有例如约0.532的传动比ρ2的单级行星齿轮式的第二行星齿轮组26，和具有例如约0.418的传动比ρ3的单级行星齿轮式的第三行星齿轮组28。第二行星齿轮组26的第二太阳轮S2和第三行星齿轮组28的第三太阳轮S3一体地固定到彼此作为一个单元，通过第二离合器C2选择性地连接到动力传动构件18，并且通过第一制动器B1选择性地固定到变速器壳体12。第二行星齿轮组26的第二行星轮架CA2和第三行星齿轮组28的第三齿圈R3一体地固定到彼此并且固定到输出轴22。第二齿圈R2通过第一离合器C1选择性地连接到动力传动构件18，并且第三行星轮架CA3通过第二制动器B2选择性地固定到变速器壳体12。
在如上构造的变速器机构70中，通过从上述切换离合器C0、第一离合器C1、第二离合器C2、切换制动器B0、第一制动器B1和第二制动器B2中选择的摩擦耦合设备的相应组合的啮合动作，选择性地建立第一档位(第一速位置)至第四档位(第四速位置)、倒车档位(向后驱动位置)和空档位置之一，如图16的表所示。这些档位具有成几何级数变化的不同速比γ(输入轴速度NIN/输出轴速度NOUT)。特别地，注意设置有切换离合器C0和制动器B0的动力分配机构16可以通过切换离合器C0或切换制动器B0的啮合而被选择性地置于固定速比换档状态以及无级换档状态，在固定速比换档状态中动力分配机构16可用作具有一个多个固定速比的变速器，在无级换档状态中动力分配机构16如上所述地可用作无级变速器。所以在本变速器机构70中，由自动变速器部分20和通过啮合切换离合器C0或切换制动器B0而被置于固定速比换档状态的无级变速器部分11来构成有级变速器。此外，由自动变速器部分20和切换离合器C0和制动器B0中没有一个被啮合时置于无级换档状态的无级变速器部分11来构成无级变速器。换言之，变速器机构70通过啮合切换离合器C0和切换制动器B0中的一个而被切换到有级换档状态，并且通过松开切换离合器C0和制动器B0两者而被切换到无级换档状态。
在变速器机构70用作有级变速器的情况下，例如，通过切换离合器C0、第一离合器C1和第二制动器B2的啮合动作建立具有例如约2.804的最高速比γ1的第一档位，并通过切换离合器C0、第一离合器C1和第一制动器B1的啮合动作来建立具有例如约1.531的速比γ2(低于速比γ1)的第二档位，如图16所示。此外，通过切换离合器C0、第一离合器C1和第二离合器C2的啮合动作来建立具有例如约1.000的速比γ3(低于速比γ2)的第三档位，并通过第一离合器C1、第二离合器C2和切换制动器B0的啮合动作建立具有例如约0.705的速比γ4(低于速比γ3)的第四档位。此外，通过第二离合器C2和第二制动器B2的啮合动作建立具有例如约2.393的速比γR(其介于速比γ1和γ2之间)的倒车档位。通过仅啮合切换离合器C0来建立空档位置N。
另一方面，在变速器机构70用作无级变速器时，切换离合器C0和切换制动器B0两者都被松开，使得无级变速器部分11用作无级变速器，同时串联连接到无级变速器部分11的自动变速器部分72用作有级变速器，由此被传递到置于第一档位至第三档位之一的自动变速器部分72的旋转运动的速度，即动力传动构件18的转速被连续地改变，使得当自动变速器部分72被置于上述档位之一时的变速器机构70的速比在预定范围上可连续变化。所以，自动变速器部分72的速比可跨越相邻档位连续变化，由此变速器机构70的总速比γT可连续变化。
图17的共线图用直线表示旋转元件在变速器机构70的每个档位中的转速之间的关系，变速器机构70由用作无级换档部分或第一换档部分的无级变速器部分11和用作有级换档部分或第二换档部分的自动变速器部分72构成。图17的共线图表示当切换离合器C0和切换制动器B0两者都松开时无级变速器部分11的各个元件的转速，和当切换离合器C0或切换制动器B0啮合时这些元件的转速，与前一实施例中相同。
在图17中，对应于自动变速器部分72的四条垂直线Y4、Y5、Y6、和Y7分别表示采用一体地固定到彼此的第二和第三太阳轮S2、S3形式的第四旋转元件(第四元件)RE4、第三行星轮架CA3形式的第五旋转元件(第五元件)RE5、采用一体地固定到彼此的第二行星轮架CA2和第三齿圈R3形式的第六旋转元件(第六元件)RE6、以及第二齿圈R2形式的第七旋转元件(第七元件)RE7的相对转速。在自动变速器部分72中，第四旋转元件RE4通过第二离合器C2选择性地连接到动力传动构件18，并且通过第一制动器B1选择性地固定到变速器壳体12，而第五旋转元件RE5通过第二制动器B2选择性地固定到变速器壳体12。第六旋转元件RE6固定到自动变速器部分72的输出轴22，而第七旋转元件RE7通过第一离合器C1选择性地连接到动力传动构件18。
当第一离合器C1和第二制动器B2啮合时，自动变速器部分72被置于第一档位。第一档位中输出轴22的转速由表示固定到输出轴22的第六旋转元件RE6的转速的垂直线Y6和倾斜直线L1之间的交点表示，倾斜直线L1穿过表示第七旋转元件RE7(R2)转速的垂直线Y7和水平线X2的交点以及表示第五旋转元件RE5(CA3)转速的垂直线Y5和水平线X1之间的交点。类似地，通过第一离合器C1和第一制动器B1的啮合动作建立的第二档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的倾斜直线L2和表示固定到输出轴22的第六旋转元件RE6(CA2、R3)的转速的垂直线Y6之间的交点表示。通过第一离合器C1和第二离合器C2的啮合动作建立的第三档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的倾斜直线L3和表示固定到输出轴22的第六旋转元件RE6的转速的垂直线Y6之间的交点表示。在切换离合器C0被置于啮合状态的第一档位至第三档位中，在接收自无级变速器部分11的驱动力作用下，第七旋转元件RE7以与发动机速度NE相同的速度旋转。当切换制动器B0取代切换离合器C0而被啮合时，在接收自无级变速器部分11的驱动力作用下，第六旋转元件RE6在高于发动机速度NE的速度下旋转。通过第一离合器C1、第二离合器C2和切换制动器B0的啮合动作建立的第四档位中的输出轴22的转速，由通过这些啮合动作所确定的水平线L4和表示固定到输出轴22的第六旋转元件RE6的转速的垂直线Y6之间的交点表示。
根据本第三实施例的变速器机构70也由用作无级换档部分或第一换档部分的无级变速器部分11和用作有级换档部分或第二换档部分的自动变速器部分72构成，因此本变速器机构70具有与第一实施例相似的优点。
第四实施例图18示出了用换档状态选择设备的交互转换式开关44，其可手动操作来选择动力分配机构16的差速状态或非差速状态，即选择变速器机构10的无级换档状态或有级换档状态。在前述实施例中，基于检测的车辆状况并根据图6的切换边界线图或图7的换档区域切换图而自动地切换变速器机构10、70的换档状态。但是，可以通过交互转换式开关44的手动操作来手动地切换变速器机构10、70的换档状态。即，切换控制部分50可以设置成根据交互转换式开关44被置于其无级换档位置还是有级换档位置，来选择性地将变速器机构10、70置于无级换档状态或者有级换档状态。交互转换式开关44具有标为“有级”的第一部分和标为“无级”的第二部分，如图18所示，并且通过在其第一部分按压交互转换式开关44而将其置于有级换档位置，和通过在其第二部分按压交互转换式开关44而将其置于无级换档位置。例如，当用户希望变速器机构10、70操作为无级变速器或者想提高发动机的燃油经济性时，车辆用户手动操作交互转换式开关44以将变速器机构10、70置于无级换档状态中，或者当用户希望操作为有级变速器的自动变速器部分20的换档动作引起发动机速度的变化时，将其置于有级换档状态。交互转换式开关44除了无级换档位置和有级换档位置外还可以具有中立位置。在此情况下，当用户没有选择期望的换档状态或者希望变速器机构10、70被自动地置于无级换档状态和有级换档状态之一时，交互转换式开关44可以被置于其中立位置。
虽然已经参照附图详细说明了本发明的优选实施例，但应当理解到本发明可以按照其他方式实施。
在图示实施例中，图9的步骤S1和S2，或者图13的步骤S11和S12被表达为根据作为对加速踏板46操作的结果，输出转矩TOUT形式的车辆驾驶员的所要求输出是否已经超过上限T1，来判断变速器机构10、70是否应当从无级换档状态切换到有级换档状态。但是，可以根据是否满足任何其他条件来做出步骤S2或S12中对变速器机构10、70是否应当从无级换档状态切换到有级换档状态的判断。例如，当检测车速V已经超过预定上限V1时，当检测车辆状况处于由图6的切换边界线图或图7的换档区域切换图所定义的有级换档区域中时，当可操作来使无级变速器部分11用作电控无级变速器的电气部件(例如第一电动机M1、第二电动机M2)中的任何一个被发现有故障或功能恶化时，或者当交互转换式开关44已被置于有级换档位置时，可以判断变速器机构10、70应当从无级换档状态切换到有级换档状态。还要注意，本发明的原理可以应用到与自动变速器部分20、72的自动换档控制同时发生的变速器机构10、70的切换。虽然自动变速器部分20、72根据图6的换档边界线图自动地换档，但自动变速器部分20、72可以通过诸如换档手柄的合适可手动操作构件的手动操作来换档，换档手柄具有手动换档自动变速器部分20、72的手动前驱位置，以及其中自动变速器部分20、72被自动地换档到前驱档位中所选择一个档位的自动前驱位置。
第二实施例中设置的啮合结束阶段判断部分88(图13的流程图的步骤S13)可以设置成根据在切换控制部分50判断变速器机构70应当从无级换档状态切换到有级换档状态的时刻后是否已经经过预定时间，来判断切换离合器C0是否处于其啮合动作的结束阶段。预定时间是切换离合器C0几乎完全啮合所需要的时间长度，该时间长度通过试验获得并被存储在电子控制设备40的ROM中。
在第二实施例中图13的流程图的步骤S14中，实现转矩减小控制以抵消由于动力分配机构16的旋转元件的速度变化所产生的惯性矩。但是，此转矩减小控制可以被混合动力控制部分52执行的转矩减小控制所代替或者作为其补充，混合动力控制部分52执行该转矩减小控制来控制第一电动机M1和/或第二电动机M2，使得动力分配机构16的旋转元件主动地向切换离合器C0或切换制动器B0完全啮合后的同步速度变化。在此情况下，切换离合器C0或切换制动器B0在连接到其的两个旋转元件的相对转速被保持得较低的同时被置于其啮合状态，因此离合器C0或制动器B0的啮合冲击可以被进一步减小。
在举例说明的实施例中，当无级变速器部分11(动力分配机构16)被选择性地置于其差速状态和非差速状态时，变速器机构10、70被选择性地置于其无级换档状态和有级换档状态之一，在差速状态中无级变速器部分11可用作电控无级变速器，在非差速状态中无级变速器部分11不可用作电控无级变速器。但是，当无级变速器部分11保持在差速状态中时，在此变速器部分11的速比可按级变化而非连续变化时变速器机构10、70可以用作有级变速器。换言之，无级变速器部分11的差速和非差速状态不需要分别对应于变速器机构10、70的无级换档状态和有级换档状态，并且无级变速器部分11不需要可在无级和有级换档状态之间切换。本发明的原理可以应用到可在差速状态和非差速状态之间切换的任何变速器机构(其无级变速器部分11或动力分配机构16)。
在举例说明的实施例中的动力分配机构16中，第一行星轮架CA1被固定到发动机8，而第一太阳轮S1固定到第一电动机M1，同时第一齿圈R1固定到动力传动构件18。但是，此布置不是必需的。发动机8、第一电动机M1和动力传动构件18可以固定到从第一行星齿轮组24的三个元件CA1、S1和R1中选择的任何其他元件。
虽然在举例说明的实施例中发动机8直接固定到输入轴14，但是发动机8可以通过例如齿轮和皮带的任何合适构件可操作地连接到输入轴14，而不需要被布置为与输入轴14共轴。
在举例说明的实施例中，第一电动机M1和第二电动机M2被布置为与输入轴14共轴，并且分别固定到第一太阳轮S1和动力传动构件18。但是，此布置不是必需的。例如，第一电动机M1和第二电动机M2可以通过齿轮或者皮带分别可操作地连接到第一太阳轮S1和动力传动构件18。
虽然在举例说明的实施例中的动力分配机构16设置有切换离合器C0和切换制动器B0，但动力分配机构16不需要设置切换离合器C0和切换制动器B0两者。虽然切换离合器C0被设置来选择性地将第一太阳轮S1和第一行星轮架CA1连接到彼此，但切换离合器C0可以被设置来选择性地将第一太阳轮S1和第一齿圈R1连接到彼此，或者选择性地连接第一行星轮架CA1和第一齿圈R1。也就是说，切换离合器C0可以被设置成连接第一行星齿轮组24的三个元件中的任何两个元件。
虽然在举例说明的实施例中切换离合器C0被啮合以在变速器机构10、70中建立空档位置N，但切换离合器C0不需要被啮合来建立空档位置。
在举例说明的实施例中用作切换离合器C0、切换制动器B0等的液压操作摩擦耦合设备可以被磁力式、电磁式或者机械式的耦合设备所代替，例如粉末离合器(磁粉离合器)、电磁离合器和啮合式爪形离合器。
在举例说明的实施例中，第二电动机M2被固定到动力传动构件18。但是，第二电动机M2可以被固定到输出轴22或者自动变速器部分20、72的旋转构件。
在举例说明的实施例中，自动变速器部分20、72被布置在驱动轮38和作为无级变速器部分11或动力分配机构16的输出构件的动力传动构件18之间的动力传动路径中。但是，自动变速器部分20、72可以被任何其他类型的动力传动设备所代替，例如作为一种自动变速器的无级变速器(CVT)。在设置无级变速器(CVT)的情况下，当动力分配机构16被置于固定速比换档状态中时，变速器机构整体上被置于有级换档状态。固定速比换档状态被定义为这样的状态，其中动力主要通过机械动力传动路径被传递，而不通过电气路径进行动力传递。在存储表示预定速比的数据的有级换档控制部分的控制下，无级变速器可以被设置来建立与自动变速器部分20、72的档位的速比相对应的多个预定固定速比。还应注意，本发明的原理可以应用到不包括自动变速器部分20、72的车用驱动系统。
虽然在举例说明的实施例中自动变速器部分20、72通过动力传动构件18串联连接到无级变速器部分11，但自动变速器部分20、72可以被安装在平行于输入轴14的副轴上或者布置成与副轴共轴。在此情况下，无级变速器部分11和自动变速器部分20、72通过合适的动力传动设备或者一组两个动力传动构件(例如一对反转齿轮、以及链轮与链条的组合)可操作地连接到彼此。
在举例说明的实施例中设置为差速机构的动力分配机构16可以被这样的差速齿轮设备代替，此差速齿轮设备包括由发动机8旋转的小齿轮和分别可操作地连接到第一电动机M1和第二电动机M2的一对斜齿轮。
虽然在举例说明的实施例中动力分配机构16由一个行星齿轮组构成，但动力分配机构16可以由两个或多个行星齿轮组构成，并被设置成在被置于其非差速状态(固定速比换档状态)中时可用作具有三个或更多档位的变速器。
虽然在举例说明的实施例中开关44是交换转换式开关，但开关44可以被单个按钮开关、被选择性地按压到操作位置中的两个按钮开关、杠杆式开关、滑动式开关或者可操作来选择无级换档状态(差速状态)和有级换档状态(非差速状态)中期望的一个状态的任何其他类型的开关所代替。交互转换式开关44可以具有或者不具有中立位置。在交互转换式开关44不具有中立位置的情况下，可以设置额外的开关来允许或者禁止交互转换式开关44。此额外开关的功能对应于交互转换式开关44的中立位置。
应当理解到，按照上述教导，本发明可以进行本领域技术人员可以想到的其他改变和修改。
本申请基于分别在2004年7月1日和7月9日递交的日本专利申请No.2004-196081和2004-203946，其内容通过引用而包含于此。
权利要求
1.一种用于车用驱动系统的控制设备，所述车用驱动系统包括(a)可操作来将发动机(8)的输出分配到第一电动机(M1)和动力传动构件(18)的差速机构(16)、(b)布置在所述动力传动构件和车辆的驱动轮(38)之间的动力传动路径中的第二电动机(M2)和(c)可操作来将所述差速机构(16)选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备(C0、B0)，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能，所述控制设备包括切换控制部分(50)，所述切换控制部分可操作来控制所述差速状态切换设备(C0、B0)将所述差速机构(16)选择性地置于所述差速状态和所述锁止状态之一中；和动力源转矩变化限制控制部分(82)，当所述差速机构(16)在所述切换控制部分(50)的控制下由所述差速状态切换设备(C0、B0)在所述差速状态和所述锁止状态之间切换时，所述动力源转矩变化限制控制部分可操作来限制所述发动机(8)的输出转矩的变化。
2.如权利要求1所述的控制设备，其中所述车用驱动系统包括具有所述差速机构(16)、所述第二电动机(M2)和所述差速状态切换设备(C0、B0)的无级变速器部分(11)，并且所述差速状态切换设备可操作来将所述差速机构在所述差速状态和所述锁止状态之间进行切换，以将所述无级变速器部分选择性地置于无级换档状态和有级换档状态之一中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器，并且其中当所述无级变速器部分(11)在所述切换控制部分(50)的控制下由所述差速状态切换设备在所述无级换档状态和所述有级换档状态之间切换时，所述动力源转矩变化限制控制部分(82)可操作来限制所述发动机(8)的所述输出转矩的变化。
3.如权利要求1或2所述的控制设备，其中当所述发动机的所述输出转矩的变化程度高于预定阈值时，所述动力源转矩变化限制控制部分(82)减小所述发动机的所述输出转矩的变化。
4.如权利要求1或2所述的控制设备，其中当所述差速状态切换设备(C0、B0)的操作响应性低于预定阈值时，所述动力源转矩变化限制控制部分(82)减小所述发动机的所述输出转矩的变化。
5.一种用于车用驱动系统的控制设备，所述车用驱动系统包括(a)可操作来将发动机(8)的输出分配到第一电动机(M1)和动力传动构件(18)的差速机构(16)、(b)布置在所述动力传动构件和车辆的驱动轮(38)之间的动力传动路径中的第二电动机(M2)和(c)可操作来将所述差速机构(16)选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备(C0、B0)，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能，所述控制设备包括切换控制部分(50)，所述切换控制部分可操作来控制所述差速状态切换设备(C0、B0)将所述差速机构(16)选择性地置于所述差速状态和所述锁止状态之一中；和转矩减小控制部分(86)，当所述差速机构(16)在所述切换控制部分(50)的控制下由所述差速状态切换设备(C0、B0)从所述差速状态切换到所述锁止状态时，所述转矩减小控制部分(86)可操作来减小所述发动机(8)的输出转矩、所述第一电动机(M1)的输出转矩和所述第二电动机(M2)的输出转矩中的至少一个。
6.如权利要求5所述的控制设备，其中所述车用驱动系统包括具有所述差速机构(16)、所述第二电动机(M2)和所述差速状态切换设备(C0、B0)的无级变速器部分(11)，并且所述差速状态切换设备可操作来将所述差速机构在所述差速状态和所述锁止状态之间进行切换，以将所述无级变速器部分选择性地置于无级换档状态和有级换档状态之一中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器，并且其中当所述无级变速器部分(11)在所述切换控制部分(50)的控制下由所述差速状态切换设备从所述无级换档状态切换到所述有级换档状态时，所述转矩减小控制部分(86)可操作来减小所述发动机以及所述第一电动机和所述第二电动机的所述输出转矩中的至少一个。
7.一种用于车用驱动系统的控制设备，所述车用驱动系统包括(a)可操作来将发动机(8)的输出分配到第一电动机(M1)和动力传动构件(18)的差速机构(16)、(b)布置在所述动力传动构件和车辆的驱动轮(38)之间的动力传动路径中的第二电动机(M2)和(c)可操作来将所述差速机构(16)选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备(C0、B0)，在所述差速状态中所述差速机构可操作来执行差速功能，在所述锁止状态中所述差速机构不可操作来执行所述差速功能，所述控制设备包括切换控制部分(50)，所述切换控制部分可操作来控制所述差速状态切换设备(C0、B0)将所述差速机构(16)选择性地置于所述差速状态和所述锁止状态之一中；和转矩减小控制部分(86)，当所述差速机构在所述切换控制部分(50)的控制下由所述差速状态切换设备(C0、B0)从所述差速状态切换到所述锁止状态时，所述转矩减小控制部分(86)可操作来减小由于所述差速机构(16)的速度变化引起的所述差速机构的惯性矩。
8.如权利要求7所述的控制设备，其中所述车用驱动系统包括具有所述差速机构(16)、所述第二电动机(M2)和所述差速状态切换设备(C0、B0)的无级变速器部分(11)，并且所述差速状态切换设备可操作来将所述差速机构在所述差速状态和所述锁止状态之间进行切换，以将所述无级变速器部分选择性地置于无级换档状态和有级换档状态之一中，在所述无级换档状态中所述无级变速器部分可操作为电控无级变速器，在所述有级换档状态中所述无级变速器部分不可操作为电控无级变速器，并且其中当所述无级变速器部分(11)在所述切换控制部分(50)的控制下由所述差速状态切换设备从所述无级换档状态切换到所述有级换档状态时，所述转矩减小控制部分(86)可操作来减小所述差速机构(16)的所述惯性矩。
9.如权利要求7或8所述的控制设备，其中所述转矩减小控制部分(86)通过控制所述第一电动机(M1)和所述第二电动机(M2)中的至少一个来减小所述差速机构(16)的所述惯性矩。
10.如权利要求1、5和7中任一项所述的控制设备，其中所述差速机构(16)包括固定到所述发动机(8)的第一元件、固定到所述第一电动机的第二元件和固定到所述动力传动构件(18)的第三元件，并且所述差速状态切换设备(C0、B0)可操作来允许所述第一、第二和第三元件相对于彼此旋转，以由此将所述差速机构置于所述差速状态中，并可操作来将所述第一、第二和第三元件连接起来以作为一个单元旋转或者使所述第二元件保持静止，以由此将所述差速机构置于所述锁止状态中。
11.如权利要求10所述的控制设备，其中所述差速状态切换设备包括离合器(C0)和/或制动器(B0)，所述离合器(C0)可操作来将所述第一、第二和第三元件中的至少两个连接到彼此以使得所述第一、第二和第三元件作为一个单元旋转，所述制动器(B0)可操作来将所述第二元件固定到静止构件来使所述第二元件保持静止。
12.如权利要求11所述的控制设备，其中所述差速状态切换设备包括所述离合器(C0)和所述制动器(B0)两者，并且可操作来松开所述离合器和所述制动器以由此将所述差速机构(16)置于其中所述第一、第二和第三元件可相对于彼此旋转的所述差速状态中，并且可操作来啮合所述离合器并松开所述制动器以由此使得所述差速机构能够用作具有速比1的变速器，或者啮合所述制动器并松开所述离合器以由此使得所述差速机构能够用作速比小于1的增速变速器。
13.如权利要求10所述的控制设备，其中所述差速机构是行星齿轮组(24)，并且所述第一、第二和第三元件分别是所述行星齿轮组的行星轮架(CA1)、太阳轮(S1)和齿圈(R1)。
14.如权利要求13所述的控制设备，其中所述行星齿轮组是单级行星齿轮式。
15.如权利要求1、5和7中任一项所述的控制设备，其中所述车用驱动系统还包括布置在所述动力传动构件(18)和所述驱动轮(38)之间的自动变速器部分(20、72)，并且所述车用驱动系统具有由所述差速部分(16)的速比和所述自动变速器部分的速比所确定的总速比。
16.如权利要求15所述的控制设备，其中所述自动变速器部分是有级自动变速器(20、72)。
全文摘要
本发明公开了一种车用驱动系统的控制设备，该系统包括可将发动机输出分配到第一电动机和动力传动构件的差速机构、布置在动力传动构件和车辆驱动轮之间的第二电动机、和可操作来将差速机构选择性地置于差速状态和锁止状态之一中的差速状态切换设备，控制设备包括可控制差速状态切换设备将差速机构置于差速和锁止状态之一中的切换控制部分；和动力源转矩变化限制控制部分或转矩减小控制部分，前者当差速机构在差速和锁止状态之间切换时可限制发动机输出转矩的变化，后者在差速机构从差速状态切换到锁止状态时可减小发动机、第一和第二电动机输出转矩中至少一个，或者可减小在差速机构从差速状态切换到锁止状态时由于其速度变化产生的惯性矩。
文档编号B60W10/105GK1715088SQ20051008044
公开日2006年1月4日 申请日期2005年7月1日 优先权日2004年7月1日
发明者田端淳, 多贺丰 申请人:丰田自动车株式会社