(57)【要約】  車両用途に指定速度比内で動作する電気機械的パワースプリット無限可変トランスミッション（１０２）のパワー管理方法。トランスミッションは、パワーを受け取るために駆動エンジン（１００）の出力シャフトに連結される入力シャフト（１０３）、駆動シャフト（１０４）、電気的機械Ｅ１，Ｅ２、各々が太陽部材Ｓ、リング部材Ｒ、一組の遊星部材Ｐ及び惑星キャリアＣを有する一対の遊星トレーンＵ１，Ｕ２、１以上のトルク移送装置Ｌを含み、トルク伝達のために遊星トレーンＵ１，Ｕ２の部材を連結・切断する。駆動シャフトは車両のファイナルドライブ（１０６）と連結され、車両駆動ホイール（１０５）へのパワーの供給・取出を行う。Ｅ１，Ｅ２はパワー制御ユニット（１２０）を通して電気相互接続され、遊星トレーンＵ１，Ｕ２の部材と連結される。パワー管理方法は、入力シャフトと駆動シャフトの現在速度、トルク、所望動作パラメータに基づき選択される。
2007503356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動シャフトへのパワーの送出を調整するためのパワー伝達システムであって、
出力シャフトを有するエンジンと、
前記エンジンから前記駆動シャフトまでパワー出力を伝達するために、前記出力シャフトと前記駆動シャフトとの間で動作可能に連結され、各々が、太陽部材、リング部材、一組の惑星部材及び惑星キャリアを含む一対の遊星トレーンと、
前記一対の遊星トレーンで、前記駆動シャフトへパワーを伝達しかつパワーを受け取るに第１遊星トレーンの少なくとも前記１つの部材と連結される第１電気的機械と、
前記駆動シャフトからパワーを受け取りかつパワーを伝達するために前記一対の遊星トレーン内の第２遊星トレーンの前記１つの部材と連結される第２電気的機械と、
前記一対の遊星トレーンに動作可能に連結され、前記第２遊星トレーンの部材に前記第1遊星トレーンの部材を選択的に連結するためのクラッチ、及び前記第２遊星トレーンの部材を前記パワー伝達システムの固定部材に選択的に連結するためのブレーキを含む一組のトルク移送構成部品と、
性能目標に基づいて確立される目標トルクレベルに応じてエンジントルクを提供するように構成されるエンジン制御ユニットと、
前記第１及び第２電気的機械に動作可能に連結され、駆動シャフトに供給されるパワーの大きさを調整するために前記電気的機械の各々へ及びそこからの電気的パワーのフローを制御するように構成され、トルク移送構成部品の前記少なくとも一組を制御するために更に構成されるパワー制御ユニットと、を備えたパワー伝達システム。
【請求項２】
前記第１及び第２電気的機械が各々、下式のパワーレートＰｖを有し、
【数１】
2007503356.tif 000027
ここで、
Ｐｉｎは前記パワー伝達システムの入力に供給されるパワーであり、
ＳＲ１は、前記第１電気的機械がゼロの回転速度を有する出力対入力速度比であり、
ＳＲ２は、前記第２電気的機械がゼロの回転速度を有する出力対入力速度比であり、
ψは、前記エンジン出力シャフトでの機械的動入力パワーに対する前記第１及び第２電気的機械への電気的な入力パワーの比である、請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項３】
前記パワー制御ユニットが、前記駆動シャフトと前記エンジン出力シャフトとの間の速度比に応じて前記第１及び第２電気的機械に対する制御構造を選択するように構成される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項４】
前記パワー制御ユニットが、トルクを提供して前記速度比を調整するために、前記第１及び第２電気的機械の１つを制御するように構成されている請求項３に記載のパワー伝達システム。
【請求項５】
前記パワー制御ユニットが、トルクを提供して前記一対の遊星トレーンでパワーを釣り合わせるために、前記第１及び第２電気的機械の１つを制御するように構成されている請求項３に記載のパワー伝達システム。
【請求項６】
前記パワー制御ユニットが、前記駆動シャフトと前記エンジン出力シャフトの間の速度比に応じて、前記少なくとも一組のトルク移送構成部品を選択的に制御するように構成されている請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項７】
前記パワー制御ユニットが、出力パワー−スプリット構成の前記対の遊星トレーンの２以上の構成部品を選択的に連結するために、前記少なくとも一組のトルク移送構成部品を制御するように構成されている請求項６に記載のパワー伝達システム。
【請求項８】
前記パワー制御ユニットが、合成パワー−スプリット構成内の前記一対の遊星トレーンの２以上の構成部品を選択的に連結するために、前記少なくとも一組のトルク移送構成部品を制御するように構成されている請求項６に記載のパワー伝達システム。
【請求項９】
前記パワー制御ユニットが、前記第１及び第２電気的機械のうちの少なくとも１つの回転速度が実質的にゼロであるノード・ポイントでの出力パワー−スプリット構成と合成パワー−スプリット構成との間で、前記一対の遊星トレーンの間の１以上のカップリングを変更するために、前記少なくとも一組のトルク移送構成部品を制御するように構成されている請求項６に記載のパワー伝達システム。
【請求項１０】
前記第１及び第２電気的機械に動作可能に連結されるエネルギ蓄積装置を更に含み、
前記パワー制御ユニットが、前記エネルギ蓄積装置、前記第１電気的機械及び前記第２電気的機械の間の電気エネルギの流れを調整するために、前記エネルギ蓄積装置に動作可能に連結される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項１１】
前記エンジン制御ユニットが、動作条件の所定の組に応じて前記エンジンを遮断するように構成され、
前記パワー制御ユニットが更に、動作条件の前記所定のセットに応じて前記第１及び第２遊星トレーンを分離するために前記トルク移送構成部品を制御し、かつ前記エネルギ蓄積装置から前記第１及び第２電気的機械のうちの少なくとも１つまでの電気的パワーのフローを調整するように構成され、前記電気的機械が前記第２遊星トレーンを通して前記駆動シャフトにパワーを提供する請求項１０に記載のパワー伝達システム。
【請求項１２】
前記速度比に応じて前記パワー制御ユニットが、
（ａ）第１制御体制を利用して第１ノード・ポイント以下で前記第１電気的機械と前記第２電気的機械からのトルクを調整し、
（ｂ）第２制御体制を利用して前記第１ノード・ポイントより大きいところで前記第１電気的機械と前記第２電気的機械からのトルクを調整するように構成される請求項３に記載のパワー伝達システム。
【請求項１３】
前記パワー制御ユニットが、更に、スイッチ・ポイントより大きな前記速度比に応じて第３の制御体制を利用して前記第２電気的機械と前記第１電気的機械からのトルクを調整するように構成される請求項１２に記載のパワー伝達システム。
【請求項１４】
前記パワー制御ユニットが更に、前記第１電気的機械と前記第２電気的機械からのトルクを調整するために、前記速度比が前記第１ノード・ポイントより大きい場合、前記第２制御体制の代わりに、任意に前記第３の制御体制を利用するように構成された請求項１３に記載のパワー伝達システム。
【請求項１５】
前記パワー制御ユニットが、前記第１ノード・ポイント以下の前記速度比に応じて、前記第１電気的機械からトルクを下式のように調整するように構成され、
【数２】
2007503356.tif 000028
前記第２電気的機械からのパワーを下式のように調整するように構成され、
【数３】
2007503356.tif 000029
ここで、
ＴＲ１は、第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は、第１遊星トレーンの遊星比であり、
φＳＧＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ１は、第１電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記対の遊星トレーンから取り除かれる電気的パワーである請求項１２に記載のパワー伝達システム。
【請求項１６】
前記パワー制御ユニットが、前記第１ノード・ポイントより大きな前記速度比に応じて、前記第１電気的機械からのトルクを下式のように調整するように構成され、
【数４】
2007503356.tif 000030
前記第２電気的機械からのパワーを下式のように調整するように構成され、
【数５】
2007503356.tif 000031
ここで、
ＴＲ１は、第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は、第１遊星トレーンの遊星比であり、
Ｋ２は、第２遊星トレーンの遊星比であり、
ＳＲｏ−Ｉは、速度比であり、
φＳＧＩＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ１は、前記第１電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記遊星トレーンの対から取り除かれる電気的パワーである請求項１２に記載のトランスミッションシステム。
【請求項１７】
前記パワー制御ユニットが、前記第１ノード・ポイントより大きな前記速度比に応じて、前記第２電気的機械からのトルクを下式のように調整するように構成され、
【数６】
2007503356.tif 000032
前記第１電気的機械からのパワーを下式のように調整するように構成され、
【数７】
2007503356.tif 000033
ここで、
ＴＲ１は、第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は、第１遊星トレーンの遊星比であり、
Ｋ２は、第２遊星トレーンの遊星比であり、
ＳＲｏ−Ｉは、速度比であり、
ωｄは駆動シャフト速度であり、
φＳＧＩＩＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ２は前記第２電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記遊星トレーンの対から取り除かれる電気的パワーである請求項１２に記載のパワー伝達システム。
【請求項１８】
前記パワー制御ユニットが、前記速度比に応じて、
（ａ）前記第１ノード・ポイントより大きく第２前記ノード・ポイントより少ないスイッチ・ポイントの下で、前記第１電気的機械からのトルクを下式のように調整するように構成され、
【数８】
2007503356.tif 000034
前記第２電気的機械からのパワーを下式のように調整するように構成され、
【数９】
2007503356.tif 000035
ここで、
ＴＲ１は第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は、第１遊星トレーンの遊星比であり
Ｋ２は、第２遊星トレーンの遊星比であり、
ＳＲｏ−Ｉは、速度比であり、
φＳＧＩＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ１は、前記第１電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記遊星トレーンの対から取り除かれる電気的パワーであり、
（ｂ）前記スイッチ・ポイント以上の点で前記第２電気的機械からのトルクを下式のように調整するように構成され、
【数１０】
2007503356.tif 000036
そして、前記第１電気的機械からパワーを下式のように調整するように構成され、
【数１１】
2007503356.tif 000037
ここで
ＴＲ１は第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は第１遊星トレーンの遊星比であり
Ｋ２は第２遊星トレーンの遊星比であり、
ＳＲｏ−Ｉは速度比であり、
ωｄは駆動シャフト速度であり、
φＳＧＩＩＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ２は前記第２電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記遊星トレーンの対から取り除かれる電気的パワーである請求項１２に記載のパワー伝達システム。
【請求項１９】
前記パワー制御ユニットが更に、前記第１及び第２遊星トレーンを分離するためにトルク移送構成部品の前記少なくとも１つのセットを制御し、電気的パワーを発生させるために前記第１遊星トレーンを通して前記エンジンから前記第１電気的機械を駆動し、
かつ前記第２遊星トレーンを通して前記第２電気的機械から逆動作で前記駆動シャフトを駆動するように構成され、
前記パワー制御ユニットが、更に前記第１電気的機械から前記第２電気的機械まで電気的パワーのフローを調整するように構成される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項２０】
前記第１遊星トレーンが、前記エンジンの前記出力シャフトと前記第１電気的機械との間の回転速度を拡大するように構成され、
前記第２遊星トレーンが、前記第２電気的機械と前記駆動シャフトとの間の回転速度を減速するように構成される請求項１９に記載のパワー伝達システム。
【請求項２１】
前記エンジン制御ユニットとパワー制御ユニットが、ハイブリッドモード動作のために構成される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項２２】
前記エンジン制御ユニットとパワー制御ユニットが、非ハイブリッドモード動作のために構成される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項２３】
前記エンジン制御ユニット及びパワー制御ユニットが、電気的パワーのみの動作のために構成される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項２４】
前記エンジン制御ユニット及びパワー制御ユニットが、連続ハイブリッドモード動作のために構成される請求項１に記載のパワー伝達システム。
【請求項２５】
出力シャフトを有するエンジンと、前記エンジン出力シャフトと出力駆動シャフトとの間の一対の遊星ユニットとを含み、各遊星ユニットが、太陽部材のまわりに位置するリング部材、前記太陽部材と前記リング部材との間に位置する惑星部材、及び前記惑星部材と連結されかつ前記惑星部材が回転する軸を提供するキャリア部材を有し、第１遊星ユニットの１つの部材は第２遊星ユニットの１つの部材と係合可能であって第１合成部材ブランチを形成し、前記第１ユニットの部材の他の部材は、前記第２遊星ユニットの他の部材と係合可能であって第２合成ブランチを形成し、第１遊星ユニットの太陽部材に連結される第１電気的機械と、第２遊星ユニットの太陽部材に連結される第２電気的機械と、第１及び第２電気的機械に連結されるパワー制御ユニットと、を含むパワー伝達システムの連続ハイブリッド動作のための方法であって、該方法が、
前記第１及び第２遊星トレーンを互いに分離し、
増速機として前記第１遊星トレーンを構成し、
電気的パワーを発生させるために前記第１遊星トレーンを通して前記エンジン出力シャフトから前記第１電気的機械を駆動し、
減速機として前記第２遊星トレーンを構成し、
前記第１電気的機械から前記第２電気的機械へ前記電気的パワーを供給し、
前記第２遊星トレーンを通して前記第２電気的機械から前記出力駆動シャフトを駆動し、
前記出力駆動シャフト回転速度を制御するために前記第１電気的機械から前記第２電気的機械への電気的パワーの前記発生と供給を調整する方法。
【請求項２６】
出力シャフトを有するエンジンと、前記エンジン出力シャフトと出力駆動シャフトとの間の一対の遊星ユニットとを含み、各遊星ユニットが、太陽部材のまわりに位置するリング部材、太陽部材とリング部材との間に位置する惑星部材、及び惑星で連結されかつ前記惑星部材が回転する軸を提供するキャリア部材を有し、第１遊星ユニットの少なくとも１つの部材は第２遊星ユニットの１つの部材と係合可能であって第１合成の部材ブランチを形成し、前記第１遊星ユニットの１つの部材に連結される第１電気的機械と、第２遊星ユニットの１つの部材に連結される第２電気的機械と、第１及び第２電気的機械に連結したパワー制御ユニットとを含むパワー伝達システムのパワー調整のための方法であって、該方法が、
出力駆動シャフト回転速度とドライバ入力を識別し、
前記出力駆動シャフト回転速度と少なくとも１つのドライバ入力を利用してエンジン出力を計算し、
選択された性能目標に基づくエンジン動作ポイントを決定し、
前記出力駆動シャフトと前記エンジン出力シャフトの間で速度比を計算し、
前記計算された速度比に基づいて前記パワー伝達システムに対する動作体制を選択し、
前記計算された速度比に基づいて前記第１及び第２電気的機械の各々に対する制御ルーチンを選択し、
前記動作体制と前記制御ルーチンに基づいて前記エンジン回転速度を調整するトルクを提供するために前記電気的機械の１つを制御し、
前記動作体制と前記制御ルーチンに基づいて前記第１及び第２遊星ユニットにおけるパワーを釣り合わせるトルクを提供するために前記第２電気的機械を制御し
選択された性能目標に基づいて所望のエンジン出力トルクを達成するためにエンジンを調整する、パワー調整のための方法。
【請求項２７】
前記電気的機械の各々に対して制御ルーチンを選択する前記ステップが前記速度比に応じて、
（ａ）第１ノード・ポイント以下で制御ルーチンの第１セットを選択し、
（ｂ）前記第１ノードより大きいところで制御ルーチンの第２セットを選択し、
（ｃ）スイッチ・ポイントより大きいところで制御ルーチンの第３のセットを選択する請求項２６に記載のパワー調整のための方法。
【請求項２８】
前記制御ルーチンの第１セットが、前記第１電気的機械からトルクを下式のように調整するように構成され、
【数１２】
2007503356.tif 000038
前記第２電気的機械からのパワーを下式のように調整するように構成され、
【数１３】
2007503356.tif 000039
ここで、
ＴＲ１は、第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は、第１遊星トレーンの遊星比であり、
φＳＧＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ１は、第１電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記対の遊星トレーンから取り除かれる電気的パワーである請求項２７に記載のパワー調整のための方法。
【請求項２９】
前記制御ルーチンの第２セットが、前記第１電気的機械からのトルクを下式のように調整するように構成され、
【数１４】
2007503356.tif 000040
前記第２電気的機械からのパワーは下式のように調整するように構成され、
【数１５】
2007503356.tif 000041
ここで、
ＴＲ１は第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は、第１遊星トレーンの遊星比であり
Ｋ２は、第２遊星トレーンの遊星比であり、
ＳＲｏ−Ｉは、速度比であり、
φＳＧＩＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ１は、第１電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記遊星トレーンの対から取り除かれる電気的パワーである請求項２７に記載のパワー調整のための方法
【請求項３０】
前記制御ルーチンの第３のセットが、前記第２電気的機械からのトルクを下式のように調整するように構成され、
【数１６】
2007503356.tif 000042
前記第１電気的機械からのパワーを下式のように調整するように構成され、
【数１７】
2007503356.tif 000043
ここで、
ＴＲ１は第１遊星トレーンのリング部材への入力トルクであり、
Ｋ１は第１遊星トレーンの遊星比であり
Ｋ２は第２遊星トレーンの遊星比であり、
ＳＲｏ−Ｉは速度比であり、
ωｄは駆動シャフト速度であり、
φＳＧＩＩＩ（ω＊ｅ−ωｅ）は、エンジン速度エラーのフィードバック機能であり、
ＰＥ２は、第２電気的機械からの電気的パワーであり、
Ｐｐｔｏ＿ｅは、前記エンジン及び前記遊星トレーンの対から取り除かれる電気的パワーである請求項２７に記載のパワー調整のための方法
【請求項３１】
前記パワー伝達システムのための動作体制を選択するステップが、前記計算された速度比に応じ、
（ａ）第１ノード・ポイント以下で、出力−パワースプリット動作体制を選択し、第２合成ブランチ部材を分離し、
（ｂ）前記第１ノード・ポイントより大きいところで合成のパワー−スプリット動作体制を選択し、第２合成ブランチ部材を係合する、
請求項２６に記載のパワー調整のための方法
【請求項３２】
低速ハイブリッド動作体制が、
前記第１及び第２遊星ユニットを連結するステップと、
ゼロに前記エンジン出力トルクを調整するステップと、
エネルギ蓄積装置から電気的パワーを前記第２電気的機械に供給するステップと、
前記第２遊星ユニットを通して前記出力駆動シャフトにトルクを提供するために前記第２電気的機械を制御するステップと、を含んで更に選択される請求項２６に記載のパワー伝達システムのパワー調整のための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、回転運動を伝達するためのトランスミッションに関し、より詳細には、電気機械的出力パワー−スプリット及び合成パワー−スプリット無限可変トランスミッションにおけるパワーフロー管理のための方法に関する。  
【従来技術】
【０００２】
自動車のトランスミッションの一次的機能は、車両の特定の要件を満たすために、エンジン又は原動機の出力速度及びトルクを駆動シャフトの速度及びトルクに変換することである。一般に、このパワー伝達は、最小のパワーロス、すなわち高いトランスミッション効率で発生することが望ましい。全体的なパワートレーン性能、特にエンジンとトランスミッションとの組合せを最適にするために、エンジン過渡現象を最小にし、良好な燃費と、低エミッションと、パワーとの間で最高のトレードオフを与えるパワー状態でエンジンを動作することも望ましい。  
【０００３】
トランスミッションは、最終所望速度比が達成される方法により、「無段」又は「段階式」として広く分類されることができる。段階式トランスミッションは、最終所望速度比を達成するために順に選択される固定数の速度比を有する。したがって、トランスミッションは、その限定数の固定比を通した移動に従ってエンジン速度及び負荷が変動するので、最大の有効エンジンパワーを使用することが常に可能なわけではない。１つの比から他に移動することは、トランスミッション設計説明において時に「シフティング」と呼ばれ、それはしばしば好ましくないトルク割り込みと関係する。そのような割り込みは、全体的なドライブライン効率を相殺して、快適な駆動を損なう。更に、農業用及び建築用車両等のいくつかの用途における出力トルク割り込みは、効率の瞬間的な損失よりも更に極めて望ましくない。シフティングに関連するそのような固有の欠点は、トルク割り込みを減らすためのプレ・シフティング及びクラッチングを組み込んだ最近の設計においていくらか小さくなる。エンジン速度とトルクの変動を低減するために、最新トランスミッションは、より多くの選択可能な比率を用いる。  
【０００４】
原則として、段階式トランスミッションは、無限数の速度比を提供する無段式トランスミッションの全体的な車両効率を達成することができない。無段式トランスミッションにおいて、エンジンをその最適効率又は最低エミッション・ポイントでいつでも動作させるオプションが存在し、一方、車両は所望のパワー・レベルでその所望の速度に動く。  
【０００５】
無段式トランスミッションは、更に連続可変トランスミッション（ＣＶＴｓ）と無限可変トランスミッション（ＩＶＴｓ）とに分類することができる。連続可変トランスミッションは、通常機械式であり、車両の指定速度範囲にわたり連続的に可変な速度比を提供する。このタイプのトランスミッションでは、ランチ−クラッチとエンジン−切断装置が、逆動作のための別個のギアと同様に車両始動のためにしばしば必要である。加えて、大部分のＣＶＴ設計は、接触摩擦面を通してトルクを伝達し、高トルクと高パワーの用途に適切でない。  
【０００６】
定義によると、無限可変トランスミッションは、逆から、ゼロを通って、広範囲にわたる前方への速度への無限に選択可能な（出力対入力）速度比を提供することができる。始動装置は、ＩＶＴに対して必要でない。理論的には、ゼロの出力対入力速度比又は無限の入力出力速度比が存在するため、エンジンはいつでもトランスミッションに直接に連結されることができる。ＩＶＴトランスミッションは、マルチプル、しばしばハイブリット、パワー・パスを提供するパワー−スプリット・コンセプトに基づいている。マルチプルパワーパスの中で、パワーフローを調整する少なくとも１つのパワー・パスが存在し、そして入力対出力速度比制御パスを提供する。調整パス範囲内で速度比変更をもたらす実際の装置は、バリエータと呼ばれている。良好に設計されたパワー−スプリットトランスミッションは、少なくとも２つの平行したパワー・パス内で、入力から出力までパワーを伝達することができ、１つのパスは調整又はバリエータ・パスであり、他のパスは機械的パスである。速度比がバリエータ・パスで制御される一方、大部分のパワーが、効率が最も高い機械的パスを通るようにすることは最も望ましい。  
【０００７】
速度比変更は、バリエータ・パスを通して伝達されるパワーを調整することによりバリエータによってなされる。バリエータ・パス中を通るパワーが文字通り０である瞬間が存在する。すなわち、全てのパワーは、機械的パスを通して伝達される。これらの全ての瞬間で、トランスミッションは最高効率を与える。これらのポイントのトランスミッション出力対入力速度比又は出力速度は、しばしばノード・ポイント又はノードと称される。最低出力対入力速度比又は最低出力速度に対応するノード・ポイントは、第１ノード・ポイントと呼ばれる。次のより高い出力対入力速度比又は次のより高い出力速度に対応するノード・ポイントは、第２ノード・ポイント等である。  
【０００８】
電気機械的無限可変トランスミッション（ｅＶＴ）で、バリエータは、電気的機械、すなわち、モータ及び発電機である。電動モータと発電機を使用する利点は、広範囲の速度、より良い効率及び低減されたノイズ動作に関して改良された性能、制御性、及びシステム設計の柔軟性、を含む。電気機械的トランスミッションは、また、出力パワーを補うためのエネルギ蓄積装置と共に使用されてもよく、エンジンをサイズダウンし、及び／又はより大きな期間に対して最適効率ポイントで動作することが可能となる。これらの、いわゆるハイブリッド電気機械的パワー−スプリットトランスミッションは、自動車及び重量トラックの両方ために最近設計された。  
【０００９】
３つの基本的なパワー−スプリット構成、「入力パワー−スプリット」、「出力パワー−スプリット」及び「合成パワー−スプリット」が存在する。これらの３つの構成は、バリエータ・パス内のパワーとトランスミッションの速度比との間の異なる関係を定め、入力パワー−スプリット構成及び出力パワー−スプリット構成は、しばしば単一の遊星トランスミッションを有する装置であり、少なくとも単一のノード・ポイントを提供することができる。合成パワー−スプリット構成は、主に合成遊星トランスミッションと関連し、少なくとも２つのノード・ポイントを提供することができる。  
【００１０】
パワー−スプリットトランスミッション内で、速度比が特定の範囲を越え、電気的パス内のパワーが、トランスミッション内の機械的パスを通して伝達されるパワーを何度か実際に超えることができる瞬間がある。この現象は、内部パワー循環として既知である。それは、トランスミッション内で不要な熱を発生させることによってパワーを消費し、トランスミッション効率を減少する。  
【００１１】
入力パワー−スプリットトランスミッションに対して、出力対入力速度比がノード・ポイントの下のいずれかにあるとき、内部パワー循環が発生する。トランスミッションが低速体制で動作されるとき、バリエータ・パス内のパワーは、トランスミッションを通して伝達されるパワーを何度か実際に超えることができる。同様に、ノード・ポイントよりいくらか上の高出力対入力速度比（オーバドライブ）又は逆動作で動作されるとき、内部パワー循環は、出力パワー−スプリットトランスミッションで発生することができる。２つのノード・ポイントの間で動作されるとき、合成パワー−スプリットトランスミッションは非常に高効率を有する。内部パワー循環は、第１ノード・ポイントのいくらか下で又は第２ノード・ポイントより上の速度比で発生する。  
【００１２】
電気的機械を通したパワー循環を制限し、電気的パワー・パスでの電気的パワーの大きさを制御するための種々の制御系が、例えば、出力パワー−スプリット構成と入力−パワー−スプリット構成に対する、ヨーロッパ特許第０８６７３２３Ａ２号公報、米国特許第５，９０７，１９１号公報、第５，９１４，５７５号公報及び第５，９９１，６８３号公報に示されるように知られている。これらの制御系は、電気的モータトルクを監視するため、電動モータのトルク限界に達するとき、より高いエンジン速度へエンジンの動作ポイントをシフトするためにトルク制御ルーチンを使用する。しかし、そうする際に、最適よりも低い点で、エンジンが動作される。  
【００１３】
代替の制御システムが、ホームズらの米国特許第６，４７８，７０５Ｂ１号公報（７０５号特許）で示される。この７０５号特許は、エンジンと第１及び第２電気的機械に連結される２つの差動のギヤ・セットを有するｅＶＴを開示し、そこでギヤ・セットは入力−スプリット及び合成スプリット・モードで可変である。７０５号特許で示された制御システムは、電気機械的な１つのゼロの速度点だけの入力−スプリット動作モードと合成スプリット動作モードとの間で、シフティングを提供し、それによって、同期クラッチ係合を滑らかにする。しかし、７０５号特許の制御システムのモードシフトが第２電気的機械の状態から独立して発生するので、トランスミッションが逆に動作されるとき、及び、第２電気的機械がモードシフトの間、システムにトルクを提供し続けるとき、内部パワー循環の問題は残る。  
【００１４】
したがって、車両用途によって特定された指定速度比内で動作されるとき、上記の内部パワー循環問題を被らないｅＶＴを開発することは有利である。
【発明の概要】
【００１５】
簡潔に述べると、本発明は、車両用途に対して指定速度比内で動作するように設計された電気機械的パワー−スプリット無限可変トランスミッション（ｅＶＴ）におけるパワー管理方法を提供する。ｅＶＴは、パワーを受け取るために駆動エンジンの出力シャフトに連結される入力シャフトと、駆動シャフトと、２つの電気的機械と、各々が太陽部材、リング部材、一組の遊星部材と惑星キャリアを有する一対の遊星トレーンと、を備える。ｅＶＴは、更に、トルクを伝達するために遊星トレーンの部材を接続又は切断するための１以上のトルク切替え装置を含む。駆動シャフトは、車両駆動ホイールへパワーを供給するか、又はそこからパワーを取り戻すために車両のファイナルドライブと連結される。２つの電気的機械は、パワー制御ユニットを通して電子的に相互接続し、遊星トレーンの部材にそれぞれ連結される。ｅＶＴの電気的パワー管理の方法は、入力と駆動シャフトの現在の速度とトルク、そして所望の作動パラメータに基づいて選択される。
【００１６】
現在の好ましい実施形態と同様に前述及び他の目的及び特徴と発明の利点は、添付の図面と関連して以下の説明を読むことからより明確になるであろう。
【００１７】
対応する参照符号は、図面の複数の図を通して対応する部品を示す。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の詳細な説明は、本発明を、一例として示すもので制限するものではない。この説明は、当該技術に熟練した者が本発明を製造しかつ使用することを明確に可能とし、現在本発明を実施する最良のモードであると思われているものを含む本明のいくつかの実施形態、適用例、変形例、代替例及び使用例を説明するものである。  
【００１９】
まず図１を参照すると、本発明と共に使用される車両駆動システムを、全般的に１０で示す。システム１０は、エンジン１００と、エンジンからの入力シャフト１０３を有する電気機械的パワー−スプリット無限可変トランスミッション１０２と、ファイナルドライブ１０６を介して駆動ホイール１０５に連結される駆動シャフト１０４とを含む。システム１０は、エンジン１００の動作を制御するためのエンジン制御ユニット１１０と、当該エンジン制御ユニット１１０と通信しかつトランスミッション１０２の動作を制御するためのパワートレーン制御ユニット１２０とを更に含み、エンジン１００は、アクセルペダル１２２、ブレーキペダル１２４、ギア−シフト・セレクタ１２６、駆動モード・セレクタ１２８及び車両の他のセンサによって提供される情報に基づく。システムは、パワーを供給するか、パワーを受け取るための蓄電池１４０を更に含んでもよく、トランスミッション１０２は、電池充電（ＳＯＣ）の動作条件と状況に基づく。  
【００２０】
図２に、電気機械的パワー−スプリット無限可変トランスミッション１０２の第１の典型的な実施形態を示す。トランスミッション１０２は、機械部分とバリエータ部分とを備え、バリエータは電気的機械Ｅ１とＥ２であり、モータ又は発電機としてのどちらでも機能する。トランスミッション１０２は、無限の速度比を有し、トランスミッション速度比、出力速度及びパワー要求を含むいくつかの係数によって、少なくとも２つのモード−すなわち、出力−スプリット・モードと合成−スプリット・モード−で動作する。このために、そのモードの各々におけるトランスミッション１０２は、２つのパス、特に単なる機械的パス及びバリエータ・パスを通して、パワーを伝達する。機械的パスは、トランスミッション１０２の速度比を変更するための基準を提供しない。バリエータ・パスは、両方の動作モードに対してそれを行う。このように、トランスミッション１０２はパワー−スプリット原理の上で動作する。後で検討するように、トランスミッションはまた、直列ハイブリッドモードで動作してもよい。
【００２１】
出力−スプリット・モードの場合、トランスミッション１０２は、その最大の入力対出力比（すなわち、その最低出力速度）を有する。パワーの移送が機械的パスとバリエータ・パスとの両方を通して全般的に発生する間、出力速度が増加すると、パワーの移送は、移送の全てが機械のパスで発生する点又はノードに到達する。合成パワー−スプリット・モードの場合、パワーの移送は、多少異なる機械的パスとバリエータ・パスとを通して、移送が単に機械的パスを通して発生する場合に１つは低速ノード、他は高速ノードである２つの点又はノード以外で発生する。合成−スプリット・モードに対する低速ノードは、出力−スプリット・モードに対する１つのノードと対応する。モードの間の移行は、トルクに割り込みのない、さもなくば感知できない低速モードで発生する。このように、トランスミッション１０２は、そのノード・ポイント間で高効率を提供する合成−スプリットトランスミッションと、高入力対出力速度比及び車両ランチで高効率を提供する出力−スプリットトランスミッションと両方で利点を提供する。  
【００２２】
一方、電気機械的パワー−スプリットで、無限可変トランスミッション１０２はいくつかの構造のいずれも仮定することができ、各構造は以下の成分を有する：
１．２つの遊星ユニットＵ１とＵ２
２．２つの電気機械的バリエータＥ１とＥ２
３．トルク移送−装置Ｌ
４．入力Ｉ
５．出力Ｏ
６．制御ユニットＫ
７．ハウジングＨ
【００２３】
また、それはエネルギ蓄積装置Ｅを有してもよい。  
【００２４】
各遊星ユニットＵ１、Ｕ２は、太陽部材Ｓ、太陽部材のまわりに位置するリング部材Ｒ、太陽部材とリング部材Ｒとの間に位置する少なくとも１つでむしろそれ以上の惑星Ｐ、そして、惑星Ｐと連結されかつ惑星Ｐが回転する軸を提供するキャリア部材Ｃを含む。このように、各遊星ユニットＵ１とＵ２は、すなわち、その太陽部材Ｓ、そのリング部材Ｒとそのキャリア部材Ｃである３つの同心部材を有する。一般に、太陽部材Ｓ、リング部材Ｒ及び惑星Ｐは、ギアシステムの場合にあるような、いかなる機械式インタロックもない単に摩擦接触を通すだけでパワーを伝達する牽引ローラが存在してもよいが、かみ合うギアである。２つの遊星ユニットＵ１とＵ２は、共通の軸線Ｘに関して編成されたハウジング内に含まれる。偏心配置も可能である。ユニットＵ１は、太陽部材Ｓ１、リング部材Ｒ１、惑星Ｐ１及びキャリア部材Ｃ１を有する。同様に、ユニットＵ２は、太陽部材Ｓ２、リング部材Ｒ２、惑星Ｐ２及びキャリア部材Ｃ２を有する。望ましくは、第１太陽部材Ｓ１は、第１電気的機械Ｅ１に動作可能に連結され、第２太陽部材Ｓ２は、第２電気的機械Ｅ２に動作可能に連結される。  
【００２５】
トランスミッション１０２がその合成スプリット・モードで動作するとき、２つの遊星ユニットＵ１とＵ２は合成される。特に、ユニットＵ１の３つの同心部材の１つは、ユニットＵ２の３つの同心部材の１つに接続され、ユニットＵ１の３つの部材の他の１つはユニットＵ２の３つの部材の他の１つに接続され、このように、２つの合成部材ブランチを形成して、２つの単一部材ブランチを離れる。好ましくは、２つのキャリア部材Ｃ１とＣ２は１つの合成部材ブランチを形成するために結合され、出力Ｏに動作可能に接続される。リング部材Ｒ２は、他の１つの合成部材ブランチへの若しくはそこからのクラッチ１３０を通して太陽部材Ｓ１に、又はブレーキ１３１を通してトランスミッション１０２の固定部材Ｆに選択的に結合されてもよい。これはリング部材Ｒ１と太陽部材Ｓ２とを単一の部材ブランチとして残す。合成部材ブランチの１つは、バリエータＥ１、Ｅ２に接続され、他は出力Ｏへ接続される。  
【００２６】
一例で、太陽部材Ｓ１とリング部材Ｒ２によって形成される合成部材ブランチは、バリエータＥ１に接続される、一方、連結されたキャリア部材Ｃ１とＣ２によって形成される他の合成部材ブランチは、出力Ｏに接続される。単一の部材ブランチの１つは、入力Ｉに接続され、他は、他のバリエータＥ２に接続される。リング部材Ｒ１は、入力Ｉに連結され、太陽部材Ｓ２は、バリエータＥ２に接続される。  
【００２７】
バリエータＥ１、Ｅ２について言及すると、各々は、パワーを供給し（発生し）、パワーを受け取る（消費する）能力を有する。それらは、コントロールユニットＫを通して電気的コンジット１３２によって共に接続され、それによって、バリエータＥ１がパワーを発生させるとき、バリエータＥ２はそのように発生されたパワーを消費することができ、逆に、バリエータＥ２がパワーを発生させるとき、バリエータＥ１は発生されたパワーを消費することができる。一般的に、そして望ましくは、各バリエータＥ１、Ｅ２は、発電機とモータとしての両方に機能することができる電気的機械である。そのように構成されるとき、各バリエータＥ１、Ｅ２は、ハウジングＨに装着されるステータ１３３と、ハウジングＨ内で回転するロータ１３４を含む。２つのバリエータＥ１とＥ２は、コントロールユニットＫを通してエネルギ蓄積装置Ｅに任意に接続される。
【００２８】
転移装置Ｌは、クラッチ１３０とブレーキ１３１を含む。クラッチ１３０は合成部材ブランチの１つを切断又は中断する能力を有し、故にそのブランチにあるユニットＵ１の部材をそのブランチにあるユニットＵ２の部材から分離する。ブレーキ１３１は、それをハウジングＨに望ましくは固定することによって、分離された部材の１つの回転を妨害、言い換えると、分離した部材を「接地」する。クラッチ１３０から解放されてブレーキ１３１が適用される場合、トランスミッション１０２はその出力パワー−スプリット・モードで動作し、逆にトランスミッション１０２がその合成パワー−スプリット・モードで動作される場合、クラッチ１３０が係合され、ブレーキ１３１が開放される。  
【００２９】
入力Ｉは、単純なシャフト、ギア、プーリー、スプロケット又は他のカップリングであってもよい。同じことが、出力Ｏにも当てはまる。制動装置が、トランスミッションのエンジン１００と入力Ｉの間に任意に存在してもよい。  
【００３０】
コントロールユニットＫは、バリエータＥ１とＥ２の間で伝達されるパワーを制御する。それは、パワーの全てを伝達してもよく、またそれを調整してもよい。エネルギ蓄積装置Ｅが存在する場合、それはまたそのエネルギ蓄積装置Ｅにパワーを伝達してもよい。エネルギ蓄積装置Ｅは、アキュムレータ、キャパシター、バッテリー・パック又はフライホイールのような機械的装置の形をしてもよい。それは、バリエータＥ１、Ｅ２の１つに対して移送するために制御装置Ｋにパワーを開放することができる。  
【００３１】
ゼロ車速から第１のノード速度までの低速動作に対して、トランスミッション１０２は、出力−スプリット・モードで動作する。クラッチ１３０は、セカンドリング部材Ｒ２から第１太陽部材Ｓ１及び電気的機械Ｅ１を離す。これに対応して、ブレーキ１３１が係合し、接地又は固定された部材Ｆに第２リング部材Ｒ２を固定する。  
【００３２】
ゼロ車速で電気的機械Ｅ２は静止しており、トルク反応の単一の供給源を提供し、車両を加速させる。電気的機械Ｅ１は、フリーホイーリング状態にある。ゼロ速度で、このトルク反応は、機械的パワーは消費せず、非常に小さな電気的パワーだけを消費し、故に、どちらの電気的機械も、いかなる実質的な電気的パワーも提供せず又は消費もしない。  
【００３３】
車両が前に動くと、電気的機械Ｅ２は回転速度を増加させ、電気的機械Ｅ２のトルク負荷が減少する。車両加速のために必要なトルクは、エンジン１００と電気的機械Ｅ２との間で分配され、それは、モータとして動作し、出力Ｏにトルク補助を提供する。同時に、電気的機械Ｅ１は発電機として機能し、太陽部材Ｓ１に抵抗トルクを提供し、それによって、リング部材Ｒ１に適用されるエンジントルクを釣り合わせる。電気的機械Ｅ１によって発生された電気的パワーは、コントロールユニットＫを通して調整されて、電気的機械Ｅ２を駆動するために送り出される。  
【００３４】
車両速度が更に増加すると電気的機械Ｅ２の速度は増加し続け、トルクは対応して減少し続ける。電気的機械Ｅ２の速度とトルクは、トランスミッションが第１ノード・ポイントに遭遇するまで反対の回転方向にあり、そこで電気的機械Ｅ２のトルクが一瞬ゼロに落ちる。同時に、電気的機械Ｅ１の速度がゼロになる。この第１ノード・ポイントで、バリエータ・パス中を通るパワーはない。むしろ、全てのパワーは、機械式パワー・パスを通して伝達されている。  
【００３５】
第１ノード・ポイントは、トランスミッション１０２に対する動作の、出力−スプリット・モードの終わりと合成パワー−スプリット・モードの始まりとをマークする。第１ノード・ポイントで、クラッチ１３０は係合し、第２リング部材Ｒ２を第１太陽部材Ｓ１及び第１電気的機械Ｅ１に接続する。ブレーキ１３１は離れ、固定部材Ｆから第２リング部材Ｒ２を開放する。  
【００３６】
車速が増加し続けると、電気的機械Ｅ２の速度が減少し始め、トルクは反対方向に増加し始める。電気的機械Ｅ２は発電機として動作し、機械エネルギを電気エネルギに変換する。同時に、電気的機械Ｅ１は方向を反転して、回転速度を増加させ、機械エネルギに電気エネルギを再転換させるためのモータとして機能する。最終的には、トランスミッション１０２は、第２ノード・ポイントに遭遇し、電気的機械Ｅ２の速度が瞬間的にゼロに落ち、電気的機械Ｅ１のトルクがゼロになる。  
【００３７】
第２ノード・ポイントを越えると、電気的機械Ｅ２のための回転方向が逆になり、そして、電気的機械Ｅ１のトルクが反対方向に増加し始める。電気的機械Ｅ２はモータ動作へ戻り、電気的機械Ｅ１は、発電機としての動作へ戻る。  
【００３８】
出力−スプリットから合成スプリットへのモードのシフティングが速度とトルク内で連続的であるので、それは、滑らかなパワー・シフトである。以下に示す本発明のパワーフロー管理方法は、低速動作における出力−スプリット構成と、中速から高速動作までの間の合成スプリット構成との利点を導入し、全体の速度範囲にわたる内部パワー循環を排除する。したがって、トランスミッション１０２は広い速度範囲にわたる高度な動作効率を提供することができる。  
【００３９】
当該技術における通常の技術を有する者は、例えば図３においてクラッチ１３６及びブレーキ１３８の追加として示すような、他のクラッチ、ブレーキ、及びギアの付加によって、トランスミッション１０２の機能性が高められることを認めるだろう。クラッチ１３６とブレーキ１３８の付加は、パーキング機能性と連続ハイブリッドモード逆機能性を提供する。パーキング機能性は、クラッチ１３６とブレーキ１３８を係合することによって実現される。  
【００４０】
連続電気的ハイブリット逆動作のために、ブレーキ１３８はかみ合い、第１キャリアＣ１を固定部材Ｆに接地する。クラッチ１３６は解放され、キャリアＣ１を出力シャフトＯから分離する。ブレーキ１３１はかみ合い、第２リング部材Ｒ２を固定部材Ｆに接地する。クラッチ１３０が解放され、セカンドリング部材Ｒ２が第１太陽部材Ｓ１及び電気的機械Ｅ１から解放される。    
【００４１】
連続電気的ハイブリッド逆動作の間、第１遊星トレーンＵ１は、入力Ｉと電気的機械Ｅ１との間の増速機として機能する。第２遊星トレーンＵ２は、電気的機械Ｅ２と出力Ｏの間の減速機として機能する。エンジンからの機械的な入力Ｉは、電気的機械Ｅ１を、第１遊星トレーンＵ１を通して電気的パワーを発生するように駆動する。第１遊星トレーンＵ１は入力速度を拡大し、それは多くの場合、電気的パワーを発生させるために電気的機械として望ましい。電気的パワーは、次に電気的機械Ｅ２によって使用され、トルクが増幅される第２遊星トレーンＵ２を通して車両にパワーを与える。  
【００４２】
トランスミッション１０２のパワーフロー管理のための本発明の方法を、図４のフローチャートで示される繰り返しステップの単一のシーケンスを参照して説明する。この単一のシーケンスは、トランスミッション１０２とエンジンとを望ましい動作状態で維持するために、所定の時間間隔の車両動作の間、繰り返して実行される。まず、ステップＳ１００で示すようにセンサ出力が得られる。これらに含まれ、ωｄとして識別される駆動シャフトＯの速度が決定される。駆動シャフトＯのための速度情報は、駆動シャフト速度を直接検出するために取り付けられる１以上のスピードセンサによって提供されることができ、又は、駆動ホイール１０５の速度を通して間接的に決定されてもよい。他のセンサ情報は、一般的にエンジン速度、アクセルペダルの位置、ブレーキペダル位置、バッテリの充電状況、ギアシフト・セレクタ及び駆動モード・セレクタを含む。
【００４３】
次に、図４のステップＳ１１０で示すように、望ましい駆動シャフトトルクＴｄとパワーＰｄの決定がなされる。車両を前進させ、ドライバの所望する動作を達成するために要求されるトルクは、加速ペダルＰＡの位置とブレーキペダルＰＢの位置とにより設定される。
【００４４】
【数１】
2007503356.tif 000003
【００４５】
ここで、ＣＫ１、ＣＫ２及びＣＫ３は定数である。非ハイブリット動作の場合、ＣＫ２とＣＫ３は通常ゼロである。ハイブリット動作の場合、ＣＫ２とＣＫ３は両方ともゼロ以外であってもよく、負の出力トルク・コマンドを可能とする。負の出力トルク・コマンドは車両を減速し、バッテリ又は他のエネルギ蓄積装置を再充電するために車両の運動エネルギが取り戻されることができるようにする。このモードの動作は、一般に回生制動と称される。駆動シャフトへの望ましい出力パワーは、下式で計算される。
【００４６】
【数２】
2007503356.tif 000004
【００４７】
車両が高速走行速度で動作されるとき、駆動シャフトＯへの最大出力トルクは、最大有効パワーによって制限されてもよい。この場合、駆動シャフトへの所望の出力パワーは、加速ペダルＰＡとブレーキペダルＰＢの位置で決定される。
【００４８】
【数３】
2007503356.tif 000005
【００４９】
そこでＣＫ４、ＣＫ５及びＣＫ６は定数である。非ハイブリット動作の場合、ＣＫ５とＣＫ６は通常ゼロである。駆動シャフトへの所望の出力トルクは次に下式で計算される。
【００５０】
【数４】
2007503356.tif 000006
【００５１】
各々及び全ての駆動シャフト速度とペダル位置に対する式（１）から式（４）によって確定される関係を表示するマップが、制御ユニットＫと関連するＲＯＭ又は他の適当な記憶構成部品の使用に先だって記憶されることができる。その代わりに、式は、直接に式（１）から式（４）を通して直接制御ユニットＫにおいてオンラインで計算されることもできる。  
【００５２】
低速モードのハイブリット動作で、要求されるトランスミッション出力パワーＰｄが小さい場合、エンジンを遮断して短い距離で車両を駆動することは望ましいだろう。これは、エンジンの熱効率が概して良好でないところにおいて低パワー動作ポイントでエンジンの動作を防止するだろう。ここで、この状態は、「電気のみの動作」と称される。電気のみの動作で電気的機械Ｅ２は、遊星トレーンＵ２を通して得られた速度低減を通して車両を前進するためにパワーを提供する。電気的機械Ｅ１に適用されるトルクはない。バッテリ又は他のエネルギ蓄積装置は、電気的機械Ｅ２にパワーを提供するために使用される。  
【００５３】
図４のステップＳ１２０は、電気のみのモードで動作する意思決定を示す。指令された出力パワーＰｄが高いとき、指令された出力トルクＴｄが高いとき、又は、バッテリ又は他のエネルギ蓄積装置の中で蓄えられるエネルギが低かった場合、電気のみの動作は高速車両速度で通常禁止される。この電気のみのモードで、図４においてステップＳ１２５で示されるように、電気的機械Ｅ２は車両を前進するために使用されることができる。高速のためにエンジンを再起動する要求が起こるとき、例えば、エンジンは電気的機械Ｅ１を使用して再起動されることができる。  
【００５４】
図４でＳ１３０として示される次のステップは、所望のエンジン出力パワーＰｅを決定する。所望のエンジン出力パワーＰｅは、要求駆動シャフトパワーＰｄと、加えてエンジンとトランスミッションから取り除かれるいかなる電気的パワーＰｐｔｏ＿ｅ及び機械的パワーＰｐｔｏ＿ｍによっても決定される。所望のエンジン出力パワー計算で、パワートレーン効率ηが考慮され、例えば以下の式で示される。  
【００５５】
【数５】
2007503356.tif 000007
【００５６】
機械的パワーテークオフＰｐｔｏ＿ｍは、例えば水冷ポンプ及びエアコンディショナーのコンプレッサー等の、種々の補助装置を駆動するために要求される全ての機械的パワーを含む。電気的パワーテークオフＰｐｔｏ＿ｅは、車両バッテリを充電するために使用される電気的パワー、及び、車両の種々の電子デバイス、例えばラジオ、ライト、その他によって消費される電気的パワーを含む。トランスミッション１０２が速度比だけを調整することに費やされるケースで、電気的パワーはトランスミッション１０２から取り除かれず、Ｐｐｔｏ＿ｅはゼロである。  
【００５７】
ハイブリット動作で、回生制動の間、電気的パワーＰｐｔｏ＿ｅは、Ｐｄに対して、通常大きさが等しく、符号が反対である。このように、必要なエンジンの出力は、式（５）から計算されるように、補助機械に対して機械的パワーが釣合い、トランスミッション出力に関与した制動エネルギは、バッテリ又は他のエネルギ蓄積装置を再充電するために使用される。  
【００５８】
図４で示した次のステップＳ１４０は、選択された性能目標のための所望のエンジン動作ポイントの決定を必要とする。本発明の方法によると、駆動シャフトに伝達されるべきエンジンからの出力パワーが、種々の所望の性能目標、例えば燃費の最大化を達成することが可能になる。  
【００５９】
エンジン燃費の最大化は、エンジンの正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）マップを使って達成されることができる。例えば図５で示すようなＢＳＦＣマップが実験的に得られてもよい。  図５で見られるように、縦座標はエンジン速度を示し、横座標はエンジン出力トルクを示す。エンジン出力パワーＰｅ＿ａに対応する所与の一定のエンジンパワー線（例えばＡ−Ａ）に対して、最低ＢＳＦＣ又は最良の燃費を提供するポイントＡ１が存在する。ポイントＡ１のエンジンの速度ωｅ＿ａとトルクＴｅ＿ａは、最適燃費パワー状態Ｐｅ＿ａ（ωｅ＿ａ，Ｔｅ＿ａ）を確立する。隣接の一定のパワーラインＢ−Ｂで、同様の燃費パワー状態Ｐｅ＿ｂ（ωｅ＿ｂ，Ｔｅ＿ｂ）がポイントＢ１で識別されることができる。それぞれの及び全ての一定のパワーラインに対してその方法を繰り返すことによって、ｉ＝（ａ，ｂ，ｃ…）に対する一連の燃費パワー状態Ｐｅ＿ｉ（ωｅ＿ｉ，Ｔｅ＿ｉ）が確立されることができる。低パワーから高パワーまでの各燃費パワー状態間の接続線は、最良の燃費が要求されたエンジン出力パワーに対して達成される、エンジンに対する作業曲線を定める。この作業曲線の端点がエンジンの最大パワー動作ポイントであるので、アクセルペダルがその最大にあるとき、このアプローチは同時に最も大きな車両加速を提供する。種々の所望のエンジン出力レベルＰｅに対して、この作業曲線は、ＲＯＭ又はコントローラＫと関連する他のデータ記憶構成部品内に、トルクＴｅと速度ωｅとのルックアップテーブルとして記憶されることができる。  
【００６０】
本発明の方法の変形における代替的な目的は、種々のエンジン出力パワー・レベルに対する最低エミッション・ポイントでエンジン動作を達成することである。図５で示したＢＳＦＣマップと同様のデータを得るために、エミッション・マップが実験的に得られることができ、そこから最低エミッションに対する同様のエンジン作業曲線が確定されることができ、トルクＴｅと速度ωｅとのルックアップテーブル又は他の回帰式として、ＲＯＭ又は他のコントローラＫと関連する他のデータ記憶構成部品に記憶される。  
【００６１】
当該技術に精通する者は、これらが異なるエンジン動作ポイントで通常得られるため、最低エンジンＢＳＦＣと最低エミッションとの間の妥協を提供する性能目標が確定される他の較正が可能であることを認識する。他の制約、例えば車両のノイズ又は振動レベルも、性能目標を決定する際に考慮されることができる。  
【００６２】
一旦、選択された性能目標のための所望のエンジン動作ポイントが図４のステップＳ１４０で識別されると、ステップＳ１５０で示すように、出力対入力速度比が計算される。トランスミッションの速度比は、電気的機械Ｅ１とＥ２に対するトランスミッション動作体制と制御構造を決定するために使用されるパラメータの１つである。  
【００６３】
第１ノード・ポイントで、トランスミッションは、出力パワー−スプリット構成と合成スプリット構成との間でシフトする。ノード・ポイントの出力対入力速度比は、以下の式で与えられる。  
【００６４】
【数６】
2007503356.tif 000008
【００６５】
ここで、Ｋ１は第１遊星トレーンＵ１の遊星比であり、太陽部材Ｓ１に対する第１リング部材Ｒ１のピッチ円直径比として定められる。同様に、第２ノード・ポイントの出力対入力速度比は、以下の式で与えられる。  
【００６６】
【数７】
2007503356.tif 000009
【００６７】
ここで、Ｋ２は第２遊星トレーンＵ２の遊星比であり、太陽部材Ｓ２に対する第２リング部材Ｒ２のピッチ円直径比として定められる。  
【００６８】
式（６）によって定められる速度比より下では、トランスミッション１０２は、ブレーキ１３１を係合してクラッチ１３０を解放することによって、出力パワー−スプリット構成である低速体制で動作される。速度比より上では、トランスミッション１０２は、クラッチ１３０を係合してブレーキ１３１を解放することによって、合成パワー−スプリット構成を前提とした高速体制で動作される。この決定をステップＳ１６０で示す。出力パワー−スプリット・モードから合成スプリット構成へのシフティングは、例えば最低回転数制約と最小車速制約といった更に他の制約を受けるであろう。  
【００６９】
トランスミッションが２つのノード・ポイントの間の合成スプリット・モードで動作されるとき、電気的機械で必要な最大電気的パワーは、以下の式で近似されることができる。
【００７０】
【数８】
2007503356.tif 000010
【００７１】
ここで、Ｐｉｎはトランスミッションの入力に供給されるパワーである。
【００７２】
【数９】
2007503356.tif 000011
【００７３】
【数１０】
2007503356.tif 000012
そして全ての状態で、０＜β＜１であるので、下式を満たす。  
【００７４】
【数１１】
2007503356.tif 000013
【００７５】
一旦、エンジンの所望の動作ポイントとトランスミッションの動作体制が選択されると、電気的機械Ｅ１又はＥ２の１つは、エンジン・スロットルと共に、所望の動作ポイントにエンジンを駆動するために動作されることができ、要請された出力シャフトパワーを提供することができる。本発明で、これはフィードフォワード及びフィードバック制御ループを使用して達成される。エンジン速度制御ループの例を図６で示す。所望のエンジン動作速度、ωｅｄは、上述した図４のステップＳ１４０で計算された。この所望のエンジン動作速度は測定されたエンジン速度ωｅと比較され、速度誤差ｅが計算される。フィードバック制御則ＦＢは、速度制御モータとして選択される電気的機械に適用されるフィードバック制御モータトルクＴｍ＿ｆｂを生じるためにこの誤差の上で動作する。例として、制御則は、当該技術で通常の技術を有する者によく知られた比例則又は比例一体制御則であろう。  
【００７６】
フィードバック制御で、より速い過渡応答又はより良い安定マージンを提供するために、電気的機械トルクに加えられることができるフィードフォワード・トルクＴｍ＿ｆｆを計算するためのフィードフォワード制御則ＦＦが使用されてもよい。このフィードフォワード・トルクは、所望のエンジン動作トルクＴｅｄに基づいている。フィードフォワード・トルクは、通常、定常状態の下、所望のエンジン動作トルクを釣り合わせるために要求される電気的機械トルクを表示する。  
【００７７】
本発明では、大部分の動作モードとトランスミッション出力対入力速度比範囲において、電気的機械Ｅ１がエンジン速度を制御するために使用される。ここで使用されるように、用語「速度機械」は速度制御のために使用される電気的機械を示す。高出力速度の非ハイブリッドモード動作の下、改良された安定マージンのための速度機械として電気的機械Ｅ２を使用することは望ましいだろう。このように制御構造は、高出力速度で非−ハイブリッドモードの速度機械としてＥ２を使用するために切り換えられる。本実施形態で、この制御構造は、直接のドライブ比、すなわちＳＲｏ−ｉ＝１である点で切り換えられる。しかし、速度比が式（１２）を満たすならば、出力対入力速度比ＳＲｓの他の値がこのスイッチのために選択されてもよい。  
【００７８】
【数１２】
2007503356.tif 000014
【００７９】
制御構造が変更されるとき、図６で示す一定のオフセット・トルクＴｏｓが、滑らかな転移をもたらすために速度機械トルクに加えられる。  
【００８０】
速度機械として使用されない電気的機械は、トランスミッションのパワー要求を釣り合わせるために調整される。ここで使用されるように、用語「パワー機械」は遊星トランスミッションへのパワー要求を釣り合わせるために使用される電気的機械を指す。  
【００８１】
図４へ戻り、ステップＳ１７０で、制御構造は、動作モードと出力対入力速度比に基づいて決定される。速度機械とパワー機械も選択される。  
【００８２】
ステップＳ１６０とＳ１７０と関連して前に述べたように、ＳＲｏ−ｉ＝ＳＲｏ−ｉ（１）で体制変更があり、ＳＲｏ−ｉ＝１で制御構造変更がある。速度比のこれらの２つの変更ポイントは、他の状態と共に、表（１）で以下に示すように全体の速度比範囲を３つの区分に分ける。したがって、以下に詳細に検討されるように、３つの制御体制が定められることができる。  
【００８３】
【表１】
2007503356.tif 000015
【００８４】
好ましくは、異なる区分は、機械コマンドが設定される各電気的機械Ｅ１、Ｅ２に対して異なる計算ルーチンを有する。
【００８５】
区分ＳＧ−Ｉで、第１電気的機械Ｅ１は、「速度機械」として使用され、第２電気的機械Ｅ２は、「パワー機械」として使用される。トランスミッション１０２は、出力パワー−スプリット構成である。第１電気的機械Ｅ１に対するトルク指令値ＴＥ１は、次のように計算される。
【００８６】
【数１３】
2007503356.tif 000016
【００８７】
ここで、ＴＲ１はトランスミッション１０２の第１リング部材Ｒ１への入力トルクであり、φｓｇｉ（）は速度誤差ω＊ｅ−ωｅのフィードバック機能である。
【００８８】
入力トルクＴＲ１は、以下の式を通してエンジントルク指令Ｔｅと関係している。
【００８９】
【数１４】
2007503356.tif 000017
【００９０】
速度誤差φＳＧＩ（）のフィードバック機能は、例えば、式（１５ａ）又は（１５ｂ）において以下に示す形をとってもよい。
【００９１】
【数１５】
2007503356.tif 000018
【００９２】
ここで、Ｃｆ１、Ｃｆ２及びＣｆは定数でそして、Ｃoffsetはオフセット定数で、構造間の滑らかな転移を可能とする。  
【００９３】
区分ＳＧ−Ｉで、第２電気的機械Ｅ２に対するパワー指令値ＰＥ２は、以下の式（１６ａ）で計算され、電気システムパワーを釣り合わせる。  
【００９４】
あるいは、第２電気的機械Ｅ２に対するトルク指令値ＴＥ２は、以下の式（１６ｂ）で設定され、システム電源を釣り合わせる。
【００９５】
【数１６】
2007503356.tif 000019
【００９６】
区分ＳＧ−ＩＩで、第１電気的機械Ｅ１は、引き続き「速度機械」であり、駆動ライン速度を制御するためのトルクを提供し、一方、第２電気的機械Ｅ２も引き続き「パワー機械」であり、遊星トレーンＵ１とＵ２１にパワー釣合い要件を提供する。区分ＳＧ−Ｉと区分ＳＧ−ＩＩの間の重要な差は、区分ＳＧ−ＩＩにおいて、トランスミッション１０２が合成パワー−スプリット構成で動作している点である。
【００９７】
区分ＳＧ−ＩＩに対して、第１電気的機械Ｅ１のための新しいトルク指令値ＴＥ１は、次のように式（１７）によって定められる。  
【００９８】
【数１７】
2007503356.tif 000020
【００９９】
ここで、φＳＧＩＩ（）は速度誤差のフィードバック機能であり、上記の式（１５ａ）と（１５ｂ）で示されるφＳＧＩ（）と同じ形をとることがきる。  
【０１００】
区分ＳＧ−ＩＩの第２電気的機械Ｅ２に対するパワー指令値ＰＥ２は、式（１６ａ）によって定められる。同様に、第２電気的機械に対するトルク・コマンド値ＴＥ２を設定することができる。  
【０１０１】
【数１８】
2007503356.tif 000021
【０１０２】
第３の動作区分ＳＧ−ＩＩＩでトランスミッション１０２は、合成パワー−スプリット構成で連続的に動作するが、制御構造は好ましくは変更される。第１電気的機械Ｅ１は、今、「パワー機械」として利用され、第２電気的機械Ｅ２は、「速度機械」になる。速度機械ＴＥ２に対するトルク指令値は、次のように式（１９）から計算される。
【０１０３】
【数１９】
2007503356.tif 000022
【０１０４】
ここでφＳＧＩＩＩ（）は速度誤差のフィードバック機能であり、上式（１５）で示したφＳＧＩ（）と同じ形をとることができる。  
【０１０５】
パワー機械（Ｅ１）に対する対応指令値は、以下の式（２０ａ）で計算される。  
【０１０６】
あるいは、第１電気的機械Ｅ１に対するトルク指令ＴＥ１は、以下の式（２０ｂ）ように計算されることができる。  
【０１０７】
【数２０】
2007503356.tif 000023
【０１０８】
当該技術の通常の普通の技術を有する者は、トランスミッション１０２の各オペレーティング区分で電気的機械Ｅ１とＥ２に対する指令値を決定するために、上で明かにされた式に加えて、そのトルクとパワー指令値は、電気的機械Ｅ１とＥ２のサイズに基づく最大値に限定されることができることを直ちに認識するであろう。  
【０１０９】
オペレーティング体制、すなわちＳＧ−Ｉ、ＳＧ−ＩＩ又はＳＧ−ＩＩＩで関連制御構造がトランスミッション１０２に対して選択されると、図４のステップＳ１６０とＳ１７０で示すように、速度機械、パワー機械及びエンジンの制御は、図４のステップＳ１８０Ａ、Ｓ１８０Ｂ及びＳ１８０Ｃで示すように同時に実施される。  
【０１１０】
速度機械の制御は、ステップＳ１８０Ａで示すように、トランスミッション１０２で利用される電気的機械のタイプに大きく依存する。同期式永久磁石電気的機械に対して、固定した手続を通してトルクの目標値を達成するために、設定されたトルク指令値に従って、巻線コイルに加えられる電圧を制御することができる。電圧調整は、従来の電子回路を通して達成される。あるいは、巻線コイルの中を流れる電流は、目標トルク値を達成するための設定トルク指令値に従い、従来の方法において制御されてもよい。  
【０１１１】
パワー機械の制御も、ステップＳ１８０Ｂで示すように、トランスミッション１０２で利用される電気的機械のタイプに大きく依存する。パワー・コマンドは、通常、例えば印加電圧に依存する電流指令といった電気的機械に対する電気指令に変換される。速度機械に関して電圧と電流は、従来の方法において制御されてもよい。  
【０１１２】
最後に、エンジンの制御は、ステップ１８０Ｃで示すように速度機械の制御に依存する。エンジンコントロールは、故に、例えば、エンジンの燃料供給、噴射又はスパークタイミング及び／又はスロットル位置の制御を通したエンジントルク制御を包含する。本発明は、それらのプロセスを実行するためのコンピュータ−実現化プロセスと装置の形で部分的に具現化されることができる。本発明は、また、有形のメディア、例えばフロッピーディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク又は他のコンピュータ読取可能記憶媒体で具体化される命令を含むコンピュータ・プログラムコードの形で部分的に具現化されることができ、コンピュータ・プログラムコードが読み込まれて、コンピュータ、マイクロプロセッサ又はロジック回路のような電子デバイスによって実行されるとき、その装置は、本発明を実行するための装置となる。  
【０１１３】
当該技術分野における通常の知識を有する者は、上述の動作のために、電気的機械Ｅ１及びＥ２、すなわちバリエータが最小パワーレートを有さなければならないことを認識するだろう。以下の式は、トランスミッション機械入力パワーＰｉｎ（入力シャフトでの）と、トランスミッション電気入力パワーＰｐｔｏ−ｅ（電気パワーテークオフでの）と、最大バリエータ・パワーＰｖｍａｘとの間のパワー関係を説明する。これらの関係は、バリエータ又は電気的機械Ｅ１、Ｅ２の各々に対して最小の電気的パワーレートを確定するために使用されることができる。  
【０１１４】
ＳＲ１が、第１バリエータがゼロの回転速度である場合のトランスミッション出力対入力速度比であり、ＳＲ２が、第２バリエータがゼロの回転速度である場合のトランスミッション出力対入力速度比であると仮定する。バリエータの１つの最大パワーは、以下の式で定められる速度で達成される。
【０１１５】
【数２１】
2007503356.tif 000024
【０１１６】
ここで数（２１ｂ）は、入力シャフトの機械的入力パワーに対する、バリエータ・パワー・パスでの電気的入力パワーの比である。ＳＲ２＞ＳＲ１と仮定すると、トランスミッション機械的入力パワーへのバリエータ・パワーの最大出力比は以下の式で表される。  
【０１１７】
【数２２】
2007503356.tif 000025
【０１１８】
したがって、トランスミッション入力シャフトでの設計指定された入力パワーＰｉｎ-と、設計ハイブリッドパワー比ψと対して、バリエータのための最小パワーレートは以下の式で確立される。  
【０１１９】
【数２３】
2007503356.tif 000026
【０１２０】
一般に、ψはハイブリット・パワー比とみなされる。すなわち、入力シャフトでトランスミッションに入力された機械的パワーと比較されたバリエータ・パスから取り除かれるパワーの比である。ハイブリット・パワーは、通常電気的パワーの形であるが、水力又は他の形のパワーであってもよい。  
【０１２１】
本発明は、また、コンピュータ・プログラムコードの形で部分的に具体化されることができ、例えば、記憶媒体に格納され、コンピュータにロードされ及び／又はコンピュータによって実行され、又は例えば電気的ワイヤ又はケーブルを超え、光ファイバーを通し又は電磁放射を介するような伝達媒体を超えて伝達されるか否かにかかわらず、コンピュータ・プログラムコードがコンピュータにロードされ、コンピュータによって実行されるとき、コンピュータは発明を実行するための装置となる。汎用マイクロプロセッサで実施されるとき、コンピュータープログラム・コードセグメントは、マイクロプロセッサが特定のロジック回路を作るように構成する。  
【０１２２】
上記の見地において、本発明のいくつかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることがわかるだろう。種々の変更が、本発明の範囲から逸脱することなく上記の構成でなされることができ、上記の説明に含まれ、添付する図面で示された全ての事項が、例示として実施されたものであって限定するものでないことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】車両駆動システムと関連する構成部品の回路図。
【図２】本発明に従って作られ、かつそれを具現化している電気機械的パワー−スプリット無限可変トランスミッションの略図。
【図３】変更された電気機械式パワー−スプリット無限可変トランスミッションの略図であり、図２のトランスミッションと同様であるが、駐車と逆動作のための構成部品を含む。
【図４】トランスミッションの制御で使用される高レベルパワーフローと電気的機械コントロール決定を説明するフローチャート。
【図５】エンジン目標カーブの決定を図示するために使用される代表的なエンジンのための一定のパワーと正味燃料消費率ラインの概略図。
【図６】トランスミッションの電気機械的動作を通してエンジン速度を制御するために使用される制御ループのブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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