专利名称：汽车的变速机控制装置和自动变速装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车的变速机控制装置和自动变速装置，特别是涉及控制在变速机构中组合了电动机的自动变速机的汽车的变速机控制装置和自动变速装置。
背景技术：
以往的自动变速机一般是采用如下的方法，即，使用行星齿轮式或平行轴式变速机构，通过将分别设置的离合器选择性地与不同变速比的齿轮级联接而实现变速。
另外，还提出有例如在特开2003-113932号公报中所记载的装置，该装置通过在具有2个输入轴的平行轴式变速机构中组合电动机来进行主动变速。
专利文献1特开2003-113932号公报但是在特开2003-113932号公报所公开的系统中，为了把动力分别传递到被配置在2个输入轴上的齿轮组，对电动机的旋转转矩和转速进行控制。因此，在变速时能够在维持车辆的驱动力的同时逐渐地进行变速。但是如果逐渐地进行变速，则存在着响应较差，电动机驱动用电源的负担增大等问题。另外，当进行急速变速时，在有级变速机中，由于齿轮比不同，所以驱动力必然发生变化，这种变化会使乘车者感觉到变速感。这种变速感根据不同的情况，有时会给人以快感，而有时会使人感到不适。并且，由于还产生急剧的转速变化，所以增加了发动机等的驱动源的负担，由此会导致效率的下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够使乘车者获得舒适的变速或行驶感觉的汽车的变速控制装置和自动变速装置。
(1)为了达到上述的目的，本发明提供一种汽车变速机控制装置，其被使用在变速机中，用于控制所述变速机的变速比，所述变速机，由差动齿轮箱装置连接车辆驱动用动力装置、旋转电动机和车轴，在变速过程中，由所述旋转电动机将所述车辆驱动用动力装置的动力传递至车轴，来进行变速，其特征在于，具有控制所述旋转电动机的驱动力的驱动力控制单元；向所述驱动力控制单元指定所述旋转电动机的驱动力的变速速度控制单元；和输出目标变速速度的目标变速速度切换单元，所述目标变速速度为由所述变速速度控制单元所控制的变速速度的目标。
根据上述的结构，对乘车人提供良好的变速和平稳的行驶感觉。
(2)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据能够由汽车的驾驶者操作的开关和/或调整旋钮的、由驾驶者所选择的位置，来切换变速速度。
(3)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据汽车的加速踏板开度来切换变速速度。
(4)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据汽车的制动踏板的踏下状态来切换变速速度。
(5)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据加速踏板变化速度来切换变速速度。
(6)在上述(1)中，所述变速速度控制单元根据所述车辆驱动用动力装置的输出转矩、车轴的目标驱动转矩、各个惯性矩、和旋转电动机的惯性矩，输出所述旋转电动机的驱动力。
(7)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据所述车辆驱动用动力装置的输出转矩来切换变速速度。
(8)在上述(7)中，优选所述驱动力控制单元以使车轴的旋转转矩保持一定的方式来控制所述旋转电动机的输出。
(9)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据所述车辆驱动用动力装置的旋转速度来切换变速速度。
(10)在上述(1)中，优选所述驱动力控制单元以使所述车辆驱动用动力装置的旋转速度保持一定的方式来控制所述旋转电动机的驱动力。
(11)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据所述车辆驱动用动力装置的旋转速度与输出轴的旋转速度之比来切换变速速度。
(12)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据蓄电装置的蓄电量来切换变速速度。
(13)在上述(1)中，优选所述目标变速速度切换单元根据变速传输度来切换变速速度。
(14)另外，为了达到上述的目的，本发明提供一种汽车的自动变速装置，其被使用在变速机中，具有用于控制所述变速机的变速比的变速机控制装置和由所述变速机控制装置控制的致动器，所述变速机，由差动齿轮箱装置连接车辆驱动用动力装置、旋转电动机和车轴，在变速过程中，由所述旋转电动机将所述车辆驱动用动力装置的动力传递至车轴，来进行变速，其特征在于，所述变速机控制装置具有控制所述旋转电动机的驱动力的驱动力控制单元；向所述驱动力控制单元指定所述旋转电动机的驱动力的变速速度控制单元；和输出目标变速速度的目标变速速度切换单元，所述目标变速速度为由所述变速速度控制单元所控制的变速速度的目标。
根据上述的结构，可向乘车人提供良好的变速和平稳的行驶感觉。
图1是表示使用了本发明的一实施方式的汽车的变速控制装置的汽车的基本结构的系统构成图。
图2是说明由本发明的一实施方式的汽车的变速控制装置所控制的变速机的变速速度的说明图。
图3是表示使用了本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的汽车的概念结构的系统构成图。
图4是表示使用了本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的汽车的具体结构的系统构成图。
图5是表示本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的变速级的控制内容的流程图。
图6是本发明的一实施方式的汽车的变速控制装置的变速级控制时的动力传导路径图。
图7是本发明的一实施方式的汽车的变速控制装置的变速级控制时的时序图。
图8是表示本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制内容的流程图。
图9是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图10是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图11是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图12是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图13是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图14是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图15是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图16是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
图17是表示使用了本发明的其它实施方式的汽车变速控制装置的汽车的具体结构的系统构成图。
图中1-车辆驱动用动力装置；5-旋转电动机；6-电池(battery)10-电子控制节气门阀；31-差动齿轮箱装置；100-变速机；100in-输入轴；100out-输出轴；120-变速用动力装置；200-变速机控制装置；210驱动力控制装置；220-变速速度控制装置；230-目标变速速度切换装置；300-车辆驱动用动力控制装置。
具体实施例方式
下面，结合图1～图16，对本发明的一实施方式的汽车变速机控制装置的结构以及动作进行说明。
首先，参照图1，对使用了本实施方式的汽车变速控制装置的汽车的基本结构进行说明。
图1是表示使用了本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的汽车的基本结构的系统构成图。
车辆驱动用动力装置1与变速机100的输入轴100in联接。这里，车辆驱动用动力装置1一般是指内燃机，但也可以与电动机等具有旋转轴的动力装置联接。车辆驱动用动力装置1的转速由车辆驱动用动力控制装置(ECU)300所控制。变速机100的输出轴100out与未图示的车轮联接。
变速机100除了具有齿轮和离合机构以外，还具有差动齿轮箱装置31和旋转电动机5。车轮的旋转速度根据差动齿轮箱装置31的特性，由旋转电动机5和车辆驱动用动力装置1的旋转速度之差所决定。这里，通过调节旋转电动机5的转速能够使车辆驱动用动力装置1与输出轴100out的旋转比发生变化，由此来实现变速。在此，把变速机100的输入轴100in的转速(车辆驱动用动力装置1的转速)与变速机100的输出轴100out的旋转比称为“变速比”。
当减小旋转电动机5的转速时，由于车辆驱动用动力装置1的输出轴100out的转速差变小，所以变速比变小。因此，可通过向减小旋转电动机5的旋转轴转速的方向施加旋转力，来进行变速。
另外，变速机控制装置(CU)200具有驱动力控制单元210；变速速度控制单元220；目标变速速度切换单元230。驱动力控制单元210是参照电流等的状态将旋转电动机5的驱动转矩控制成目标转矩的装置。
变速速度控制单元220用于向驱动力控制单元210发出关于必须输出多大的旋转电动机5的驱动力的指令，通常是计算出驱动转矩。根据旋转比变化速度的目标值和实际值进行驱动转矩的计算。除了这种变速单元以外，也可以根据转速进行驱动转矩的计算。例如，根据输入轴100in的转速和输出轴100out的转速以及加速踏板(accelerator)开度求出驱动转矩。
目标变速速度切换单元230向变速速度控制单元220输出变速机的输入输出轴的旋转比的目标变化速度。该目标变化速度值对应当前的速度比而变化，在变速比大时，增大目标变化速度。在变速比小时变化速度减小。这是因为为了联接下一级的齿轮，必须使转速同步，为此而设定目标值。通过设置目标变速速度切换单元230，能够使驾驶者获得舒适的行驶感觉。另外，变速机控制装置(CU)200通过控制变速机100内部的换档致动器(shift actuator)来控制变速级。
这里，参照图2，对由本实施方式的汽车变速控制装置所控制的变速机的变速速度进行说明。
图2是说明由本发明的一实施方式的汽车变速控制装置所控制的变速机的变速速度的说明图。
在图2中，纵轴表示变速比，横轴表示时间。这里，对例如从变速比G1变速到变速比G2的情况进行说明。
通常的摩擦离合方式的变速装置，如图中虚线所示，从变速比G1变速到变速比G2时的变速速度由离合器的特性所决定，是固定的，不能进行任意变速速度的控制。
而如图1所示，使用了旋转电动机的系统可例如像变速速度I1、I2、I3、I4那样扩大变速速度的变化范围，并可设定为无限大。
图1所示的目标变速速度切换单元230可把由变速速度控制单元220控制的变速速度设定为任意的变速速度，从而可使驾驶者获得舒适的行驶感觉。
下面，结合图3，对使用了本实施方式的汽车变速控制装置的汽车的概念结构进行说明。
图3是表示使用了本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的汽车的概念结构的系统构成图。
汽车的车辆驱动用动力装置1与变速机100联接，其输出轴100out通过差动齿轮来驱动轮胎4。在变速机100中内置有电动机5。电动机5与变速机控制装置(CU)200连接，并且配置有电池6作为变速机控制装置(CU)200的电源。作为电池6，例如可使用铅蓄电池或大容量的电容器。在本实施方式的使用电动机进行主动变速的系统中，由于充放电次数多，所以仅使用铅电池容易导致电池的老化。另一方面，在变速时虽然必然发生充放电，但在变速前后蓄电量的变化小。因此，作为电池6，也可以配置大容量电容器。其配置方法可以与电池并联配置，也可以单独配置，只要具有充分的蓄电容量和输出容量便没有问题。
在车辆驱动用动力装置1中设置有电子控制节气门阀10，可根据请求信号控制车辆驱动用动力装置1的输出。车辆驱动用动力装置1的具体结构例如在之前申请的发明专利申请2003-405310号公报中进行了详细的描述。
变速机控制装置(CU)200在控制电动机5的转矩和转速的同时，还通过车辆驱动用动力控制装置(ECU)300和电子控制节气门阀10控制车辆驱动用动力装置1的输出。变速机控制装置(CU)200向变速机100内部的换档致动器发出动作指令。
接下来，结合图4对使用了本实施方式的汽车变速控制装置的汽车的具体结构进行说明。
图4是表示使用了本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的汽车的具体结构的系统构成图。图4所示的变速机100的结构以及动作与本申请人以前提出的发明专利申请2003-405310号公报中所描述的相同。
车辆驱动用动力装置1与变速机100的输入轴100in联接。变速机100的输出轴100out与未图示的车轮联接。输入轴100in通过爪型离合器103能够在第1中间轴13与第2中间轴17之间传递/断开驱动力。在选择中间轴13时，由直接联接齿轮102与输入轴联接，在选择中间轴17时，由直接联接齿轮102与输入轴联接。第1中间轴和第2中间轴各自通过爪型离合器21、22、23，并通过各个变速齿轮14、15、16、18、19、20与输出轴100out联接。
爪型离合器21、22、23与换档致动器25、26、27、29、30连接，依靠致动器的推进力进行连结、释放。致动器(actuator)25、26、27、29、30是一般的用于自动化的致动器，可使用电动机或油压等的驱动方式。由变速机控制装置(CU)200控制致动器25、26、27、29、30。
并且，输入轴100in与变速用动力装置120的一侧的轴联接。变速用动力装置120的另一侧的轴通过爪型离合器113，并通过电动机齿轮111和电动机齿轮112与第1中间轴13和第2中间轴17联接。
变速用动力装置120由电动机5和行星齿轮机构31构成。电动机5的旋转轴与行星齿轮机构31的行星齿轮联接，将输入轴100in与恒星齿轮(sun gear)联接，将内啮合齿轮(ring gear)联接到爪型离合器113的切换套筒侧。这样，使电动机5的动力作用到输入轴100in和第1或第2中间轴13、17。预先使电动机5的动力以相反的方向施加于输入轴侧和中间轴侧。例如，在向电动机5施加了正向转矩的情况下，在联接成使输入轴的转速上升的状态时，作用于中间轴侧的转矩以使其作用于使转速下降的一侧的方式连接。
变速速度控制单元220根据从被配置在变速机100的输入轴100in上的输入轴转速传感器700输入的输入轴旋转传感信号、从被配置在变速机100的输出轴100out上的输出轴转速传感器701输入的输出轴旋转传感信号、和从被设置在旋转电动机5上的电动机转速传感器702输入的电动机旋转传感信号，向驱动力控制单元210输出驱动力信号。变速速度控制单元220能够根据输入轴旋转传感信号和输出轴旋转传感信号的旋转比来控制变速速度。
目标变速速度切换单元230根据行驶状况切换变速速度控制单元220的目标变速速度，以便使驾驶者获得舒适的行驶感。
为了根据行驶状况(车辆的状态和驾驶者的意图)切换目标变速速度，具有各种传感器和开关等。即，目标变速速度切换单元230根据从行驶档位位置检测传感器705输入的行驶档位的状态和汽车的驾驶者能够操作的调整旋钮706和开关707的位置，能够掌握驾驶者的通常的行驶意图并进行变速控制。作为行驶档位的状态，除了通常的PRND21的换档位置以外，在具有在驾驶者进行了操作的时刻进行升速换档或减速换档的手动位置(±)的变速机中，有使用该手动位置和不使用该手动位置的情况。另外，调整旋钮706和开关707能够通过驾驶者的操作切换目标变速速度。并且，目标变速速度切换单元230由加速踏板开度检测传感器703根据加速踏板的踏入量和踏入速度等，检测出实际行驶时的驾驶者的意图，根据该驾驶者的意图切换变速速度。
另外，目标变速速度切换单元230能够利用输入轴旋转传感器700、输出轴旋转传感器701和旋转电动机5的旋转传感器702进行旋转速度的控制。目标变速速度切换单元230通过从车辆驱动用动力装置1的ECU300输入车辆驱动用动力装置1的驱动力信息，来根据驱动力控制变速速度。并且，目标变速速度切换单元230通过从蓄电状态检测装置709和制动状态检测传感器704输入蓄电状态和制动状态，可分别对应地控制变速速度。
另外，这里是把目标变速速度切换单元230和变速速度控制单元220和驱动力控制单元210整合为一个装置，但也可以采用各自独立的装置，也可以把其全部包含在变速机控制装置200或车辆驱动用动力装置1的ECU300中。通过根据在车辆上的搭载状态和接口的状况进行整合或分割，能够容易地搭载在现有的车辆上。
图4所示的汽车变速控制装置系统由以下各部分构成，即车辆驱动用动力装置；变速用动力装置；与上述车辆驱动用动力装置联接的输入轴；被设置在上述输入轴上，能够与该输入轴结合/释放的2个输入齿轮；第1中间轴；被设置在上述第1中间轴上，与该输入齿轮的一个啮合的第1从动齿轮；第2中间轴；被设置在上述第2中间轴上，与该输入齿轮的另一个啮合的第2从动齿轮；设置在上述第1中间轴上，能够与该第1中间轴结合/释放的第1变速齿轮组；设置在上述第2中间轴上，能够与该第2中间轴结合/释放的第2变速齿轮组；与上述第1变速齿轮组和上述第2变速齿轮组啮合的第3从动齿轮组；和与上述第3从动齿轮组共同联接的输出轴。并构成为使上述变速用动力装置中的一个轴与上述车辆驱动用动力装置联接，使另一个轴以能够被切换联接到上述第1中间轴和上述第2中间轴的任意一个的方式进行连接。
下面，结合图5～图7，对本实施方式的汽车变速控制装置的变速级的控制内容进行说明。
图5是表示本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的变速级的控制内容的流程图。图6是本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的变速级的控制时的动力传导路径图。图7是本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的变速级的控制时的时序图。
这里，关于升速换档的控制内容，以1→2驱动状态下升速换档为例，说明齿轮的切换状况和转矩迁移的状况。图6表示转矩传导路径的变化和啮合离合器动作的状况。图7表示各个部分的转矩和转速，图7(A)表示节气门(throttle)开度，图7(B)表示变速指令。图7(C)表示啮合离合器的状态，图(D)表示发动机转速(Ne)。图7(E)表示电动机转速(Nm)，图7(F)表示输出轴转速(No)。图7(G)表示发动机转矩(Te)，图7(H)表示电动机转矩(Tm)。图7(I)表示齿轮转矩，图7(J)表示输出轴转矩(To)。
如图6(a)所示，在1速状态下，与1速齿轮14结合进行行驶。
在该1速状态下，在图5的步骤1a中，驱动力控制单元210如图7(E)所示地控制电动机转速。然后，在步骤1b中，驱动力控制单元210使电动机转速变化，直到判断为电动机转速Nm成为与(发动机转速Ne-第2中间轴转速Na)相等的同步状态为止。在判断为同步状态后，在步骤1c中，变速机控制装置(CU)200如图6所示地操作爪型离合器113，如图7(c)所示地联接齿轮114。
接下来，在步骤2a中，驱动力控制单元210控制电动机转速，在步骤2b中，使电动机转速变化，直到电动机转速Nm成为与(G1-G1.5)No相等的2速齿轮18的同步状态为止。然后，如图7(E)所示，在判断为Nm＝(G1-G1.5)No，2速齿轮18的同步状态后，在步骤2c，如图6(b)和图7(C)所示，结合2速齿轮。这样，电动机5以(N1-N2)的转速进行空转。这里，转速N1、N2可利用以下的算式(1)、(2)求出。
N2＝G1.5×No(1)N1＝G1×No (2)这里，G1.5是2速齿轮18与电动机齿轮112的齿轮比的积，G1是1速齿轮的齿轮比。根据算式(1)、(2)，结果为N1＞N2，(N1-N2)为正值。
接下来，在步骤3a中，驱动力控制单元210如图7(H)所示，如果向负的方向(对于输出轴成为驱动力，对于发动机成为负载的方向)增加电动机转矩，则如图7(I)所示，2速齿轮的输入转矩增加，1速齿轮的输入转矩减小。这就是被称为转矩相位(torque phase)的转矩迁移过程。
如图6(c)所示，转矩迁移过程是从中间轴13向中间轴17的转矩迁移，由于使电动机转矩Tm为负值，所以2速齿轮18的输入转矩T2增加、1速齿轮14的输入转矩T1减小，如图7(H)所示，当Tm＝-Te时，如图7(I)所示，T1＝0、T2＝Te。
接下来，在步骤3b中，驱动力控制单元210进行转矩相位的结束判断。转矩相位的结束判断是判断1速齿轮14的输入转矩是否变为0的判断，但由于在多数的情况下不能直接检测出齿轮的输入转矩，所以在电动机的实际转矩成为与发动机转矩的绝对值相等时(Tm＝|Te|)时，可视为(齿轮的输入转矩＝0)。为此，需要预先检测出或者通过计算来求出发动机转矩Te，关于其具体的方法，在例如由本申请人提出的发明专利申请特开平5-240073号公报和特开平6-317242号公报等中进行了详细的说明。
当1速齿轮14的输入转矩T1成为0时，在步骤3c中，如图(7(C)所示，变速机控制装置200释放1速齿轮。由于是T1＝0的状态，所以容易进行释放，变速机的动作不产生任何变化。另外，由于是2速直接联接，所以如图7(C)所示，直接联接齿轮101也被释放。
当1速齿轮被释放后，发动机转速成为可以变化的状态。因此，在步骤4a中，驱动力控制单元210生成电动机转速变化指令，由此，如图7(D)所示，发动机转速朝向2速齿轮的输入转速变化。这就是如图6(d)所示的被称为惯性相位(inertia phase)的转速迁移过程。
在转速迁移过程中，在1→2升速换档的情况下，如果保持Tm＝-Te不变来降低电动机转速，则如图7(E)所示，电动机的转速下降，并且旋转方向发生反转，向负的方向上升。
然后，在步骤4b中，驱动力控制单元210进行惯性相位的结束判断。惯性相位的结束判断是，判断发电动机转速Nm与下一级齿轮的输入转速是否达到了同步。即，在Nm＝(G2-G1.5)No时，判断为惯性相位结束。另外，G2是2速齿轮的齿轮比。
在惯性转移结束后，在步骤4c中，变速机控制装置200，如图6(d)所示，操作爪型离合器103，如图7(C)所示那样，将直接联接齿轮102联结。由于是同步状态，所以可容易地进行联接，不会使变速机的动作产生任何变化。
接下来，在步骤5a中，如图7(H)所示，驱动力控制单元210生成电动机转矩降低指令，当使电动机转矩降为0时，如图6(e)所示，通过电动机5传导至G1.5的发动机转矩Te，如图6(f)所示，移动到2速齿轮18。
然后，在步骤5b中，如图7(H)所示，驱动力控制单元210根据电动机转矩成为Tm＝0的状态，判断为第2转矩相位结束。
最后，在步骤5c中，如图7(C)所示，驱动力控制单元210释放电动机齿轮112，结束变速。由于是Tm＝0的状态，所以可容易地进行释放，不会使变速机的动作产生任何变化。
下面，结合图8～图16，对本实施方式的汽车变速控制装置的变速速度的控制内容进行说明。
图8是表示本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制内容的流程图。图9～图16是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的控制状态的说明图。
在步骤s10中，目标变速速度切换单元230判断电池6的蓄电状态，在蓄电状态为多的情况下，进入步骤s15，在少的情况下，进入步骤s30。
在蓄电状态为多的情况下，在步骤s15中，目标变速速度切换单元230判断电池6是放电状态(放电区域)还是充电状态(充电区域)。在图4所示的系统中，旋转电动机5在变速的前半进行充电，在变速的后半进行放电。在放电区域的情况下进入步骤s20，在充电区域的情况下进入步骤s25。
另外，在通过步骤s10的判断，判断为蓄电状态不多的情况下，在步骤s30中目标变速速度切换单元230判断电池6的蓄电状态，在蓄电状态为少的情况下，进入步骤s35，在不少的情况下，进入步骤s40。
在蓄电状态为不少的情况下，在步骤s35中，目标变速速度切换单元230判断电池6是放电状态(放电区域)还是充电状态(充电区域)。在放电区域的情况下进入步骤s25，在充电区域的情况下，进入步骤s20。
在步骤s20中，目标变速速度切换单元230以使变速速度减小的方式来设定目标变速速度，控制旋转比，在步骤s25中，目标变速速度切换单元230以使变速速度增加的方式来设定目标变速速度，控制旋转比。
这里，结合图9，对步骤s10～步骤s35的控制内容进行说明。图9(a)是以列表的形式总结了步骤s10～步骤s35的控制内容的图。另外，图9(b)表示在蓄电量少的情况下的控制内容，图9(c)表示在蓄电量多的情况下的控制内容。
如图9(b)所示，在蓄电量少(不足)的情况下，通过减小变速的前半的变化速度来增加充电区域，并通过增加变速后半的变化速度来缩小放电区域，由此来增加总体的蓄电量。
相反，如图9(c)所示，在蓄电量多(充分)的情况下，通过增加变速前半的变化速度来减少充电量，并通过增加变速后半的变化速度来增加放电量，由此来减少总体的蓄电量。由于在一次的行驶过程中要进行多次的变速，所以，一次的蓄电量的变化即使很小，但其累积值是相当大的。因此，通过根据蓄电量来切换变速比的变化率，可确保稳定的蓄电状态。
如上所述，在图4的系统中，旋转电动机5在变速的前半进行充电，在变速的后半进行放电。在进行充放电时，由于使用蓄积在电池6中的能量，所以电池6的状态对行驶性能产生影响。由此在变速中进行充电和放电的系统，根据电池6的蓄电状态来切换变速，从而可对充放电进行系统的管理。
然后，在图8的步骤s40中，目标变速速度切换单元230确认制动踏板的状态，在踏下制动踏板的情况下，在步骤s45中，以使变速速度增加的方式设定目标变速速度，来进行旋转比的控制。这样可增大发动机制动的效果。
在未踏下制动踏板的情况下，在步骤s50中，目标变速速度切换单元230判断发动机的驱动力是否较大，在较大的情况下，在步骤s75中以使变速速度增加的方式设定目标变速速度来进行旋转比的控制，并且进行转矩保持控制，将转矩保持为一定。
这里，结合图10，对本实施方式的汽车变速控制装置的转矩保持控制的内容进行说明。
图10是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置的转矩保持控制的内容的说明图。
在图4所示的系统中，根据变速中的车辆驱动用动力装置1的输出转矩Te和旋转电动机5的输出转矩Tm，利用下记算式(3)，可计算出输出轴的转矩To。
To＝Jo×(-Tm×Je+Te×Jm)×Ga/(Jm×Jo+Jo×Je+Ga×Ga×Je×Jm)(3)这里，To输出轴100out的转矩；Jo车辆的惯性矩；Tm旋转电动机5的输出转矩；Jm旋转电动机5的惯性矩；Te车辆驱动用动力装置1的输出转矩；Je车辆驱动用动力装置1的惯性矩；Ga变速中的从旋转电动机5到输出轴100out的齿轮比。
因此，为了即使在车辆驱动用动力装置1的输出转矩Te下降的情况下，也能够保持一定的输出轴100out的转矩To，只要根据算式(3)反向推算出旋转电动机5的输出转矩Tm即可。由于旋转电动机5的惯性矩Jm、车辆驱动用动力装置1的惯性矩Je、车辆的惯性矩Jo、变速中的从旋转电动机5到输出轴100out的齿轮比Ga为固定值，所以只要根据加速踏板的开度计算出目标驱动力To，根据由电子控制节气门阀10等所提取的值来计算出车辆驱动用动力装置1的输出转矩，便能够计算出来。此时的算式为以下的算式(4)。
Tm＝-{To×(Jm×Jo+Jo×Je+Ga×Ga×Je×Jm)/(Jo×Ga)-Te×Jm}/Je(4)只要在变速速度控制单元220的内部预先构成基于这样的计算式的旋转电动机5的驱动力指令，并构成能够使用基于变速比和基于车辆驱动用动力装置1的输出的两种控制的结构，利用目标变速速度切换装置可进行各种变速方式的切换。
图10表示在提取了车辆驱动用动力装置1的转矩的情况的时序图。图10(A)表示发动机输出(车辆驱动用动力装置1的输出)Te，图10(B)表示变速比，图10(C)表示电动机转矩Tm。
在时刻t0开始进行变速时，如图10(A)所示，由车辆驱动用动力控制装置(ECU)300提取出发动机输出，并且如图10(C)所示，由驱动力控制单元210增加电动机转矩。这样，输出轴100out的转矩To被保持为一定。此时，目标变速速度切换单元230将目标变速速度从较小的值切换成较大的值。
然后，在时刻t2，在变速的迁移状态下，如图10(A)所示，由车辆驱动用动力控制装置(ECU)300将发电动机的输出固定，而且，如图10(C)所示，由驱动力控制单元210将电动机转矩固定，使输出轴100out的转矩To保持一定，并且，由目标变速速度切换单元230将目标变速速度维持为大的值。
并且，在时刻t3，在变速的结束时刻，如图10(A)所示，由车辆驱动用动力控制装置(ECU)300增加发动机的输出，而且如图10(C)所示，由驱动力控制单元210减小电动机转矩，将输出轴100out的转矩To保持为一定，并且由目标变速速度切换单元230将目标变速速度从大值切换成小值。
通过这样的切换输出，对于车辆驱动用动力装置1的转矩下降，可以使旋转变化在瞬间进行，同时能够按照驾驶者的意图进行车辆的加速。
然后，在图8的步骤s55中，目标变速速度切换单元230判断电动机的旋转速度是否大，在大的情况下，在步骤s75中，以增加变速速度的方式设定目标变速速度来控制旋转比，并且进行转矩保持控制，使转矩保持一定。
另外，在图8的步骤s60中，目标变速速度切换单元230判断行驶档位是否在手动位置，在手动位置的情况下，在步骤s75中，以使变速速度增加的方式设定目标变速速度，来进行旋转比控制，并且进行转矩保持控制，使转矩保持为一定。
即，从行驶档位检测传感器705输入的行驶档位的状态，即，除了通常的PRND21的换档位置以外，在具有于驾驶者进行了操作的时刻进行升速换档或减速换档的手动位置(±)的变速机中，在行驶档位检测传感器705检测出选择了该手动位置的情况时，目标变速速度切换单元230以使变速速度增加的方式来设定目标变速速度。
另外，在步骤s65中，目标变速速度切换单元230判断图4的开关707的开关状态，在为开状态的情况下，在步骤s75中，以使变速速度增加的方式设定目标变速速度，来进行旋转比控制，并且进行转矩保持控制，使转矩保持为一定。
另外，在步骤s70中，目标变速速度切换单元230判断图4的调整旋钮706的状态，在调整旋钮706的位置为变速速度＝大的情况下，在步骤s75中，以使变速速度增加的方式设定目标变速速度，来控制旋转比，并进行转矩保持控制，使转矩保持为一定。
这样，在步骤s60～s70中，根据行驶档位检测传感器705、调整旋钮706、开关707的位置，可掌握驾驶者的通常的行驶意图，进行变速的控制。
这里，结合图11，对本实施方式的汽车变速控制装置的旋钮和开关的状态的控制内容进行说明。
图11是说明本发明的一实施方式汽车变速控制装置的旋钮和开关的状态的控制内容的说明图。
如图11所示，在开关707为关的情况下，如变速速度I4那样降低变速速度，在开关707为开的情况下，如变速速度I1那样增加变速速度。另外，在调整旋钮706为小的情况下，如变速速度I4那样降低变速速度，在调整旋钮706为大的情况下，如变速速度I1那样增加变速速度。在调整旋钮706从小到大有4档的情况下，也可以分别对应各个位置，如变速速度I1、I2、I3、I4那样切换变速速度。
通过步骤s70的判断，在判断为调整旋钮的位置不是在大的位置的情况下，在步骤s80中，目标变速速度切换单元230降低变速速度，进行旋转比或转速控制。
这里，结合图12，对本实施方式的汽车变速控制装置中变速速度低的情况的控制内容进行说明。
图12是本发明的一个实施方式的汽车变速控制装置中的变速速度低的情况下的控制内容的说明图。
如果提高变速速度，则明显感觉到速度的变化，虽然适合于赛车风格的驾驶，然而在有档变速机中，由于转矩的变动大，所以失去了平稳感。例如，在加速踏板的开度小的情况下，只要使变速比逐渐地变化，即使是有档变速机，也可以使驾驶者感觉不到变速的时刻，从而实现了平稳感，这给驾驶者以良好的驾驶感觉。另外，车辆驱动用动力装置1如果是内燃机，则转速的急剧变化将导致耗油量的增加，影响到环境和行驶成本。因此，尽量使车辆驱动用动力装置1的转速不发生变化这一点也是重要的。变速比是车辆驱动用动力装置1的旋转轴与输出轴的转速比。因此，在车辆正在加速的情况下，车辆驱动用动力装置1的转速即使为一定，只要继续传递动力，输出轴转速就会上升，使变速比变化。
图12表示根据上述的考虑的转速与变速比的变化。图12(A)表示发动机转速，图12(B)表示变速比，图12(C)表示车速。
如图12(B)所示，通过使变速前和变速后的变速比不是像虚线所示那样急剧地变化，而是如实线所示那样减小变速比的变化，可以如图12(A)所示那样使作为车辆驱动用动力装置1的发动机转速从虚线所示的转速的急剧变化状态改变为实线所示的小的变化(将转速保持为一定)，因此，能够继续使用俗称为转矩跳越(torque bound)内燃机的非常高的转矩区域，因而不会导致动力性能的下降。
另外，为了这样地进行旋转变化，需要对旋转电动机5的输出转矩进行微妙的控制。该控制可根据车辆驱动用动力装置1的转速进行计算，对于目标转速和实际转速可使用进行反馈控制的一般的控制方式。
这样，由于能够减小转速的变化来进行变速，还能够进行转速的控制，所以通过将该目标转速保持为一定，可以在使车辆驱动用动力装置1的转速完全不变化，并保持为一定的状态下进行变速。
下面，结合图13，对本实施方式的汽车变速控制装置中的变速速度低的情况下的其它控制内容进行说明。
图13是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置中的变速速度低的情况下的其它控制内容的说明图。
在图13所示的例中，从变速前直到变速后将发动机转速控制为在变速前半稍微提高变速比，降低转速，在后半进行缓慢的变速。此时，在变速比高的前半部分，也可以降低车辆驱动用动力装置1的转矩，即使不降低，而将变速比提高到驾驶者感觉不到的程度，也可以达到效果。
在图12所示的控制中，由于发动机的转速的变化缓慢地进行，所以，如果变速前的车辆驱动用动力装置1的转速高，被维持在高转速状态，则在为内燃机等的情况下，发动机的声音可能会破坏驾驶者的良好的驾驶感觉。对此，如图13所示那样，通过在变速前半部分提高变速比，降低转速，可提高驾驶者的舒适感。
如上所述，只要对应转速进行切换，可进行对应各种状况的平稳的变速。
接下来，在步骤s85中，目标变速速度切换单元230进行基于加速踏板的开度、制动踏板的踏入量和变速传输度的修正。
这里，结合图14，对本实施方式的汽车变速控制装置中的基于加速踏板开度的变速速度修正内容进行说明。
图14是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置中的基于加速踏板开度的变速速度修正内容的说明图。
图14表示适合于驾驶者的加速踏板开度与变速速度的关系。在加速踏板开度大时，驾驶者需要加速感。在这种情况下，需要进行重视加速性能的变速。驾驶者所感到的加速感不仅仅由加速度来实现，而且通过使车辆驱动用动力装置1的旋转轴如赛车机器那样迅速变化也能够实现该加速感。因此，目标变速速度切换单元230读取加速踏板开度信号，在加速踏板开度大时增加变速速度，在加速踏板开度小时降低变速速度，由此可实现驾驶者感觉良好的变速速度。
这里，结合图15，对本实施方式的汽车变速控制装置中的基于加速踏板开度的变速速度其它修正内容进行说明。
图15是说明本发明的一实施方式的汽车变速控制装置中的基于加速踏板开度的变速速度其它修正内容的说明图。
另外，在虽然加速踏板开度小，但加速踏板踏板被瞬间急速踏下的情况下，也需要按照驾驶者的意图进行重视加速的变速。因此，虽然是加速踏板被少许踏下的状态，但在踏下速度(加速踏板变化速度)快的情况下，目标变速速度切换单元230读取加速踏板开度信号，针对图15(A)所示的加速踏板变化速度，如图15(B)所示那样将变速速度保持在高速状态，然后逐渐使其下降，由此，可实现适合于驾驶者的变速感(驾驶者希望通过快速踏下加速踏板，得到短时间的快速响应)。
并且，即使对于制动踏板的操作也能够考虑到驾驶者的意图，所以在驾驶者踏下了制动踏板时，变速机控制装置200进行减速换档，目标变速速度切换单元230检测出制动踏板的踏下量，在踏下量大的情况下，通过增加变速比的变化速度，可获得强大制动力。
这里，结合图16，对本实施方式的汽车变速控制装置中的基于变速传输度的变速速度修正内容进行说明。
图16是本发明的一实施方式的汽车变速控制装置中的基于变速传输度的变速速度修正内容的说明图。
在加速踏板开度大时，需要使车辆驱动用动力装置1的旋转变化急剧变化。在通常的内燃机的情况下，通过控制电子控制节气门阀10和燃料喷射量和点火时间来改变车辆驱动用动力装置1的输出。此时，例如在进行从1速向2速的升速换档时，如果在获取车辆驱动用动力装置1的输出一侧进行控制，则根据茶动装置31的特性，会导致车轮的驱动力下降。由于不能确保动力性能，对于要求加速性能的驾驶者来说，是不满意的。
因此，从变速前直到变速后，能够将变速过程中的时间进行细分来实施控制。变速比例如在从1速至2速的变速的情况下，使齿轮比从3变化到2。在从4速至5速的情况下，使齿轮比从1变化到0.7。因此，通过根据变速传输度来决定变速速度，可容易地进行控制。这里，将变速前的状态(变速比)设为变速传输度0％，将变速后的状态(变速比)设为变速传输度100％。在本实施方式的系统中，在变速过程中可任意改变变速比(变速机的输入轴转速与输出轴转速之比)。例如在从1速至2速的变速的情况下把齿轮比为3时设为变速传输度0％，把齿轮比为2时设为变速传输度100％。变速传输度10％是变速比为2.9的情况，变速传输度70％是变速比为2.3的情况。这样，通过使用变速传输度，尽管基于不同齿轮的变速比不同，但变速传输度不变，因此，对于所有的齿轮可进行同样的控制。
并且，根据变速传输度来切换变速比的方式，例如在进行从基于转矩的控制状态、以由旋转比进行控制的方式进行切换的控制的情况下，可达到良好的效果。
在图16中，图16(A)表示发动机的输出，图16(B)表示变速传输度，图16(C)表示电动机转矩。
在变速传输度10％处应切换转矩控制时的变速变化，在时刻t0～t1的期间，如图16(C)所示，驱动力控制单元210以使旋转电动机5的输出转矩增加的方式进行控制，如图16(A)所示，车辆驱动用动力控制装置300以使降低车辆驱动用动力装置1的输出的方式进行控制。此时，目标变速速度切换单元230将图16(B)所示的速度作为第1变速速度。
在时刻t1，当变速传输度变为10％时，驱动力控制单元210将旋转电动机5的输出转矩控制为一定，车辆驱动用动力控制装置300将车辆驱动用动力装置1的输出控制为一定，并且，如图16(B)所示，目标变速速度切换单元230把变速速度作为比时刻t1之前大的第2变速速度。
当变速传输度达到70％时，根据基于驱动力的控制切换到基于旋转比的控制。另外，在该切换时，也可以不发送ON-OFF那样的信号，而发送进行逐渐切换的指令。在该情况下，例如预先对基于变速速度控制单元220的变速比的驱动力指令乘以1以下的系数k，然后将其与对基于车辆驱动用动力装置1的驱动力的驱动力指令的计算结果乘以1-k的系数之后的值相加，从而成为包含了各个比例的输出值，通过相对变速传输度使k在从0变化至1，可实现切换。
这里，虽然只说明了在从基于驱动力的控制切换到基于旋转比的控制时的控制，但变速传输度可使用于上述的所有情况。另外，如果不采用变速传输度，而采用变速剩余比例，则变速前为100％，变速后为0％，只要以与上述的变速传输度相反的值进行设定即可，这里，本发明根据即使不同的齿轮也能够以相同的值来判断变速比例的参数，来进行变速速度的切换。
如以上说明的那样，根据本实施方式，通过将各个输入信息组合，可对应各种状况进行控制，并可获得驾驶者感觉良好的行驶感觉。
下面，结合图17，对本发明的其它实施方式的使用汽车变速控制装置的汽车的具体结构进行说明。
图17是表示本发明的其它实施方式的使用了汽车变速控制装置的汽车的具体结构的系统构成图。图17所示的变速机100A的结构及动作与本申请人以前提出的发明专利申请特开2003-113932号公报所公开的相同。另外，使用了本实施方式的汽车变速控制装置的汽车的基本结构与图1所示的相同，使用了本实施方式的汽车变速控制装置的汽车的概念结构与图3所示的相同。另外，其基本结构与图4相同。
汽车变速机100A的输入轴100in通过爪型离合器103A能够将驱动力传递给第1中间轴13，或断开至中间轴13的驱动力，另外，通过爪型离合器103B能够将驱动力传递给第2中间轴17，或断开至中间轴17的驱动力。在选择中间轴13时，由直接联接齿轮101与输入轴100in联接，在选择中间轴17时，利用直接联接齿轮102与输入轴100in联接。爪型离合器103A、103B与换档致动器29A、29B连接。
变速用动力装置200的差动齿轮箱装置，即，行星齿轮机构31由恒星齿轮、行星齿轮和环形齿轮构成。在行星齿轮结构31的图中的左侧，配置有被同轴配置的2个轴。内侧的轴与恒星齿轮联接，外侧的轴与环形齿轮联接。
变速机控制装置(CU)200的驱动力控制单元210、变速速度控制单元220和目标变速速度切换单元230进行与在图5～图16中说明的控制内容相同的控制。由于这里的不同之处是旋转电动机5的最大驱动力和旋转速度，所以需要对装置内部的控制常数等进行调整。关于这样的调整常数，根据上述的算式等可容易地判断。
图17所示的汽车变速控制装置系统由以下各部分构成，即车辆驱动用动力装置；变速用动力装置；与上述车辆驱动用动力装置联接的输入轴；设置在上述输入轴上，能够与该输入轴结合/释放的2个输入齿轮；第1中间轴；被设置在上述第1中间轴上，与该输入齿轮中的1个啮合的第1从动齿轮；第2中间轴；被设置在上述第2中间轴上，与该输入齿轮中的另外1个啮合的第2从动齿轮；被设置在上述第1中间轴上，能够与该第1中间轴结合/释放的第1变速齿轮组；被设置在上述第2中间轴上，能够与该第2中间轴结合/释放的第2变速齿轮组；与上述第1变速齿轮组及上述第2变速齿轮组啮合的第3从动齿轮组；与上述第3从动齿轮组共同联接的输出轴。并构成为把上述变速用动力装置连接在上述第1中间轴与上述第2中间轴之间。
另外，作为组合了电动机的进行主动变速的变速装置，除了图4和图16所示的结构以外，例如对于在本申请人提出的特开2003-113934号公报、特开2004-190705号公报、特愿2003-312078中所公开的变速装置，同样可以适用本发明。
权利要求
1.一种汽车变速机控制装置，其被使用在变速机中，用于控制所述变速机的变速比，所述变速机，由差动齿轮箱装置连接车辆驱动用动力装置、旋转电动机和车轴，在变速过程中，由所述旋转电动机将所述车辆驱动用动力装置的动力传递至车轴，来进行变速，其特征在于，具有控制所述旋转电动机的驱动力的驱动力控制单元；向所述驱动力控制单元指定所述旋转电动机的驱动力的变速速度控制单元；和输出目标变速速度的目标变速速度切换单元，所述目标变速速度为由所述变速速度控制单元所控制的变速速度的目标。
2.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据能够由汽车的驾驶者操作的开关和/或调整旋钮的、由驾驶者所选择的位置，来切换变速速度。
3.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据汽车的加速踏板开度来切换变速速度。
4.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据汽车的制动踏板的踏下状态来切换变速速度。
5.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据加速踏板变化速度来切换变速速度。
6.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述变速速度控制单元根据所述车辆驱动用动力装置的输出转矩、车轴的目标驱动转矩、各个惯性矩、和旋转电动机的惯性矩，输出所述旋转电动机的驱动力。
7.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据所述车辆驱动用动力装置的输出转矩来切换变速速度。
8.根据权利要求7所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述驱动力控制单元以使车轴的旋转转矩保持一定的方式来控制所述旋转电动机的输出。
9.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据所述车辆驱动用动力装置的旋转速度来切换变速速度。
10.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述驱动力控制单元以使所述车辆驱动用动力装置的旋转速度保持一定的方式来控制所述旋转电动机的驱动力。
11.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据所述车辆驱动用动力装置的旋转速度与输出轴的旋转速度之比来切换变速速度。
12.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据蓄电装置的蓄电量来切换变速速度。
13.根据权利要求1所述的汽车变速机控制装置，其特征在于，所述目标变速速度切换单元根据变速传输度来切换变速速度。
14.一种汽车的自动变速装置，其被使用在变速机中，具有用于控制所述变速机的变速比的变速机控制装置和由所述变速机控制装置控制的致动器，所述变速机，由差动齿轮箱装置连接车辆驱动用动力装置、旋转电动机和车轴，在变速过程中，由所述旋转电动机将所述车辆驱动用动力装置的动力传递至车轴，来进行变速，其特征在于，所述变速机控制装置具有控制所述旋转电动机的驱动力的驱动力控制单元；向所述驱动力控制单元指定所述旋转电动机的驱动力的变速速度控制单元；和输出目标变速速度的目标变速速度切换单元，所述目标变速速度为由所述变速速度控制单元所控制的变速速度的目标。
全文摘要
本发明提供一种变速机控制装置和自动变速装置。变速机(100)，由差动齿轮箱装置(31)连接车辆驱动用动力装置(1)、旋转电动机(5)和车轴，在变速过程中，通过由旋转电动机(5)将车辆驱动用动力装置(1)的动力传递至车轴，来进行变速。控制变速机(100)的变速比的汽车变速机控制装置(200)具有控制旋转电动机(5)的驱动力的驱动力控制单元(210)；向驱动力控制单元(210)指定所述旋转电动机(5)的驱动力的变速速度控制单元(220)；和输出目标变速速度的目标变速速度切换单元(230)，所述目标变速速度为由变速速度控制单元(220)所控制的变速速度的目标。这样，可实现良好的变速和平稳的行驶。
文档编号B60W10/06GK1818431SQ200610006320
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月16日 优先权日2005年2月1日
发明者坂本宏之, 射场本正彦, 黑岩弘 申请人:株式会社日立制作所