JP2008537708A - 車両の駆動伝達系及び駆動伝達系の制御方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、内燃機関（ＶＭ）と、少なくともジェネレータとして作動され得る少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）と、有段式自動化マニュアルトランスミッション（Ｇ）と、内燃機関（ＶＭ）、少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）、及び有段式自動化マニュアルトランスミッション（Ｇ）を制御するための少なくとも１つの制御装置（Ｓｔ）と、を備える車両の駆動伝達系及びそれに対応する制御方法に関する。本発明の目的は車両の回復エネルギーを、その快適性に影響を及ぼすことなく最大化すること、及び車両の安全性を高めることである。この目的のため、少なくとも１つの従動輪（Ｒ）の制動トルクが、より高いギア比を伴うギアへのギアシフト操作の前、最中、及び後で、ほぼ一定に維持される。

Description

本発明は、内燃機関と、ジェネレータとして作動され得る少なくとも１つの電気機械と、有段式自動化マニュアルトランスミッションと、内燃機関、少なくとも１つの電気機械及び有段式自動化マニュアルトランスミッションを制御するための最小限１つの制御装置とを備える車両の駆動伝達系、及び本目的のための方法に関する。
駆動体として内燃機関及び電気機械を備える車両において、当該電気機械は、制動エネルギーを取り戻すため（回復）のジェネレータとしても有利に作動される。
特許文献１には、駆動体として内燃機関及び電気モータを備える自動車用ハイブリッド駆動体であり、当該ハイブリッド駆動体においては電気モータが駆動モータ、ジェネレータ、又は変速トランスミッション用シンクロナイザとして作動され得ることが開示されている。当該電気モータのジェネレータ電力は、ほぼ同等の車両減速が全てのギアで達成されるような方式により制御される。ギアチェンジが始動されるべきであるならば、最初に内燃機関がクラッチによりトランスミッションの駆動軸から切り離されると同時に、電気モータがシンクロナイザとして起動される。それゆえ、ギアシフト操作中の電気モータの作動の目的はもはや回復ではなく、選択されるべき変速比に要求される回転速度に対する駆動軸の加速又は制動にある。ローギアにシフトする時、内燃機関の回転速度がローギアのため増加しなければならない場合において、電気モータは駆動軸を加速する。それゆえ、制動エネルギーはローギアへのギアシフト操作中は全く回復され得ないこととなる。
従来の内燃機関駆動体及び有段式自動化マニュアルトランスミッションを伴う車両においては、快適性の理由から、ローギアへのシフトダウン時のシフト時間は車両が惰行している時ほぼ０．５秒から１秒だけ延長されることが知られている。これは惰行シフトとして知られる。
ローギアを選択時の顕著な反応又は結果として要求される内燃機関の加速は、例えば、有段式マニュアルトランスミッションの代わりに使用される連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）により回避され得る。
特許文献２には、ジェネレータとして作動され得る電気機械、ＣＶＴトランスミッション及び制御装置を備えた制動機構用の制御手段が開示されている。電気機械の回復トルクはギアを介して駆動輪に伝達される。駆動輪の過度に高い制動トルクを回避するため、電気機械の回復トルクは変速比ｉの関数として制限される。それゆえ、変速比ｉが増加すると、最大可能回復トルクはより小さくなる。
独国特許第１９５２８６２８号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１６８２６６号明細書
本発明の目的は、快適性を一切損なうことなく車両における回復エネルギーを最大化すること及び車両安全性を高めることである。
本発明に従えば、本目的は、少なくとも１つの従動輪の制動トルクが、電気機械の少なくとも１つの補助によって、より高い変速比ｉを伴うギアへのギアシフト操作の前、最中及び後でほぼ一定に保たれるべくなされる提供において達成される。
本発明における手段のため、車輪の制動トルクの変化により引き起こされる反応は、より高い変速比ｉを伴うギアへのギアシフト操作の際に有利に防止され得る。それゆえ、かかる問題を回避するために複雑かつ高価な連続可変トランスミッションは必要とされない。ギアシフト操作に注意が払われないため、運転快適性が改善されるとともに惰行シフトが省略され、その結果として、ひいては、より高い制動エネルギーが回復され得るとともに車両は短縮されたギアシフト操作のため運転者の意思の変化に対しより自然に反応できる。車輪のほぼ一定の制動トルクは運転原動力に対し好ましい効果を有するとともに信頼性のある運転操作を確実にする。
同様に、発明の車両の駆動伝達系は、より低い変速比ｉを伴うギアへのギアシフト操作（シフトアップ）により引き起こされる反応が、少なくとも１つの電気機械のトルクにおける対応する変化により有利に低減されるか、又は防止される場合に使用され得る。内燃機関による既知の補償との比較において、少なくとも１つの電気機械を伴う補償は改善された消費により特色づけられる。
本発明のさらなる利点が発明を実施するための最良の形態及び図により明らかとなる。本発明の特定の例示的実施形態は、以下の発明を実施するための最良の形態において、さらに詳細に説明されるとともに、図中に単純化された形式で示される。
図１に示されるグラフは、内燃機関ＶＭ、少なくとも１つの電気機械Ｐ１、Ｐ２及び流体力学的トルクコンバータ及び遊星ギア機構を伴う有段式完全オートマチックトランスミッションＧを備える車両についての、トランスミッション入力部Ｅにおける回転速度ｎＥ及びトルクＭＥ及び従動輪Ｒの角加速度αＶｅｈ（換算車両質量の加速度）の特性曲線を示す。車両の加速度は従動輪Ｒの角加速度αＶｅｈと車輪の動的回転半径との積により与えられる。軸方向の変速比は定性的理由から無視される。本発明については、車両加速度又は従動輪Ｒの角加速度αＶｅｈは従動輪Ｒのトルクと等しく設定されるべきである。
トランスミッション入力部トルクＭＥは内燃機関ＶＭ及び少なくとも１つの電気機械Ｐ１、Ｐ２のトルクにより与えられる。
流体力学的トルクコンバータ及び遊星ギア機構を伴う有段式完全オートマチックトランスミッションＧの代わりに、本発明に従う方法及び本発明に従う駆動伝達系はまた、異なる有段式自動化トランスミッション、例えばクラッチを伴う通常の副軸トランスミッション、又はツインクラッチトランスミッションも含むことができる。
同様に、１つのみの電気機械の代わりに、本発明に従う方法及び本発明に従う駆動伝達系はまた、複数の電気機械も含むことができる。その時、電気機械のトルクは、以下に記載されるが、電気機械の総トルクと見なされるべきである。
示されるグラフ中の時間１の前、負の等角加速度αＶｅｈ及び線形的に減少するトランスミッション入力部回転速度ｎＥは、車両が等減速状態にあることを示す。回復モードの間、制動エネルギーは、この場合はジェネレータモードにおける、電気機械Ｐ１、Ｐ２により取り戻される。
例えば、登坂路面により、車両減速が引き起こされた場合、制動エネルギーが全く回復されない可能性もあり得る。本発明に従う方法及び本発明に従う駆動伝達系はそれでもなお適用され得る。
時間１で、ローギアへのギアシフト操作が始動される。時間２でトランスミッションＧの対応するクラッチの切断及び係合が開始される。
切断クラッチの開放は時間３で終了される。
係合クラッチはスリップクラッチとして時間３から開始して時間６まで作動されるとともに、これがトランスミッション入力部回転速度ｎＥの増加につながる。
時間２から開始し、電気機械Ｐ１、Ｐ２のトルクは、それが内燃機関ＶＭの加速に要求されるトルクを補償するような方式で制御される。それゆえ電気機械Ｐ１、Ｐ２の補償トルクは内燃機関ＶＭが従動輪Ｒからの加速のために要求するトルクの大きさと一致する。それゆえ、従動輪Ｒの制動トルク及び角加速度αＶｅｈはほぼ一定のままである。電気機械Ｐ１、Ｐ２の補償トルクは、電気機械Ｐ１、Ｐ２の回復トルク又は駆動トルクに加え、電気機械Ｐ１、Ｐ２により提供される。時間４までは、内燃機関ＶＭの慣性モーメントを補償するため電気機械Ｐ１、Ｐ２にはより大きい補償トルクが要求され、前記補償トルクは時間４から開始して時間５まで再び０に低減する。電気機械Ｐ１、Ｐ２の補償トルクの精密な制御は内燃機関ＶＭのそれぞれの原動力に依存する。
記載された制御は有利には制御偏差を、及びそれゆえ顕著な反応を回避するパイロット制御である。反応としては顕著でない小さな制御偏差を調整する必要があり得る。
ギアシフト操作は時間６で完結される。角加速度αＶｅｈは時間１でのギアシフト操作の始動前の値で一定のままである。
角加速度αＶｅｈから明らかなとおり、本発明に従えば従動輪Ｒのトルクはギアシフト操作の前、最中及び後でほぼ一定に保たれる。角加速度αＶｅｈは、車両加速度の変化が少なくとも運転者により反応として認識され得ないほど低い時、ほぼ一定であると見なされる。車両反応ｊＶｅｈは、以下の方程式を使用して計算されるが、
Figure 2008537708
 時間１の後には、好ましくは
Figure 2008537708
 未満である。
図２は内燃機関ＶＭ及びモータ軸Ｍ上に配置され、電気エネルギーをバッテリＢにより供給されるか、又はジェネレータモードにおいて前記バッテリにエネルギーを放出する電気機械Ｐ１を備える車両の概略構成図を示す。
電気機械Ｐ１は、ハウジングに固定されるとともに駆動トルクの生成用及び／又は電気エネルギーの回復用ロータと相互作用するステータを有する。ロータはモータ軸Ｍに接続されることで駆動体に固定され、結果としてトルクが駆動伝達系に送られ得るか、又はさもなければ駆動伝達系に存在するトルクが使用され（少なくとも部分的に）内燃機関ＶＭに加え電気機械Ｐ１によって電気エネルギーが回復され得る。
それゆえ、本発明に従えば、内燃機関ＶＭの加速に要求されるトルクは電気機械Ｐ１により補償され得るとともに、それゆえ少なくとも１つの車輪Ｒの制動トルクがほぼ一定に保たれ得る。
本発明に従うギアシフト操作が、回復トルクが内燃機関ＶＭの加速に要求されるトルク以上である回復モード中に起こると、電気機械Ｐ１の回復トルクは内燃機関ＶＭの加速に要求される量だけ低減され得る。それゆえ、制動エネルギーは内燃機関ＶＭの加速中さらに回復され得る。
本発明に従うギアシフト操作が、回復トルクが内燃機関ＶＭの加速に要求されるトルク未満である回復モード中に起こる、又はギアシフト操作が、例えば車両が上り坂を走行するといった、外部要因により引き起こされる車両減速中に起こるとともに、ここで制動エネルギーが全く回復されない場合、電気機械Ｐ１は内燃機関ＶＭの制動作用を補償する駆動トルクを放出できる。それゆえ、電気機械Ｐ１の駆動トルクは内燃機関ＶＭの加速に要求されるトルクと初めの回復トルクとの間の差の大きさと一致する必要がある。
電気機械Ｐ１の補償トルクは図１に関する説明に従って制御される。
モータ軸ＭはクラッチＫＭを介して有段式自動化トランスミッションＧの入力軸Ｅに直接接続されてもよい。
クラッチＫＭは部分的又は完全な始動機能性を伴う乾式又は湿式クラッチであってもよい。
トランスミッションＧの出力部は従動輪Ｒに接続される。１本のアクスルの車輪のみが駆動されることが同様に可能である。
電気機械Ｐ１及び内燃機関ＶＭ及び有段式自動化トランスミッションＧは本発明に従う少なくとも１つの制御装置Ｓｔに作用するとともに、それにより作動される。別の制御装置との相互作用が同様に可能である。
図３及び４は図２に対する代替的な配置を示す。同一の要素は、原則的に、同じ参照符号で提供される。さらに、同じままである特徴及び機能に関しては図２における例示的実施形態の説明に参照がなされ得る。以下の説明は基本的に図２における例示的実施形態との違いに限定される。
電気機械Ｐ２の提供は別として、図３に示される車両は実質的に図２の車両と一致する。図２の例示的実施形態においてモータ軸Ｍ上に配置される電気機械Ｐ１の代わりに、図３では電気機械Ｐ２がトランスミッション入力軸Ｅ上に配置される。
電気機械Ｐ２はハウジングに固定されるとともに駆動トルクの生成用及び／又は電気エネルギーの回復用ロータと相互作用するステータを有する。ロータはトランスミッション入力軸Ｅに接続されることで駆動体に固定され、結果としてトルクが駆動伝達系に送られ得るか、又はさもなければ駆動伝達系に存在するトルクが使用され（少なくとも部分的に）内燃機関ＶＭに加え電気機械Ｐ２によって電気エネルギーが回復され得る。
それゆえ、本発明に従えば、内燃機関ＶＭの加速に要求されるトルクは電気機械Ｐ２により補償され得るとともに、それゆえ少なくとも１つの車輪Ｒの制動トルクはほぼ一定に保たれ得る。
電気機械Ｐ２はバッテリＢにより給電される。ジェネレータモードにおいて、電気機械Ｐ２はエネルギーをバッテリＢに対し放出する。
電気機械Ｐ２及び内燃機関ＶＭ及び有段式自動化トランスミッションＧは本発明に従う少なくとも１つの制御装置Ｓｔに作用するとともに、それにより作動される。別の制御装置との相互作用が同様に可能である。
クラッチＫＭが、例えばギアシフト操作のため、開放されている場合、内燃機関ＶＭとトランスミッション入力部Ｇとの間に作動中の接続は遮断される。これはトラクション力の遮断と呼ばれる。
本発明に従えば、トラクション力の遮断中トランスミッション入力部Ｇで損失する内燃機関ＶＭのトルクは電気機械Ｐ２により補償され得る。それゆえ内燃機関ＶＭとトランスミッション入力部Ｇとの間の遮断された作動中の接続はトランスミッション出力部におけるトルクに対し、及びそれゆえ従動輪Ｒに対し全く効果を有しない。
内燃機関ＶＭに加え、図４に従う例示的実施形態は２つの電気機械、具体的にはモータ軸Ｍ上の電気機械Ｐ１及びトランスミッション入力軸Ｅ上の電気機械Ｐ２を有する。
２つの電気機械Ｐ１、Ｐ２及び内燃機関ＶＭ及び有段式自動化トランスミッションＧは本発明に従う少なくとも１つの制御装置Ｓｔにより制御される。
図２及び３からの例示的実施形態に関してなされた説明に従えば、電気機械Ｐ１、Ｐ２のトルクの合計は内燃機関ＶＭのトルクを補償すると見なされるべきである。それゆえ２つの電気機械Ｐ１、Ｐ２は、例えば、全体最適効率が達成されるような方式で制御され得る。
例えば、内燃機関ＶＭの加速についての補償トルクが電気機械Ｐ１、Ｐ２の一方により提供され、他方が回復トルク又は駆動トルクを提供することが可能である。
図２又は４に従う発明の駆動伝達系において、電気機械Ｐ１は有利には直接接続型又はベルト駆動型スタータジェネレータとして設計され得る。
同様に、電気機械Ｐ１、Ｐ２は、ジェネレータ専用、又はトラクションモータとして作動されるジェネレータとして設計され得る。
トランスミッション入力部の回転速度及びトルクの、及びバックシフトの際の従動輪の角加速度の、特性曲線のグラフを示す。 内燃機関及びモータ軸上に配置される電気機械を備える車両の概略構成図を示す。 内燃機関及びトランスミッション入力軸上に配置される電気機械を備える車両の概略構成図を示す。 内燃機関及び２つの電気機械を備える車両の概略構成図を示す。

Claims (10)

  1. 内燃機関（ＶＭ）と、少なくともジェネレータとして作動され得る少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）と、有段式自動化マニュアルトランスミッション（Ｇ）と、前記内燃機関（ＶＭ）、前記少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）、及び前記有段式自動化マニュアルトランスミッション（Ｇ）を制御するための少なくとも１つの制御装置（Ｓｔ）と、を備える車両の駆動伝達系の制御方法であって、
    少なくとも１つの従動輪（Ｒ）の制動トルクが、前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つの補助によって、より高い変速比ｉを伴うギアへのギアシフト操作の前、最中及び後でほぼ一定に保たれることを特徴とする制御方法。
  2. 前記内燃機関（ＶＭ）と前記トランスミッション入力部（Ｅ）との間に作動中の接続がある時、前記少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）のトルクを、前記内燃機関（ＶＭ）の加速に要求されるトルクを補償するよう、変化させることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
  3. 前記ギアシフト操作が回復モード中に起こることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御方法。
  4. 前記回復トルクが前記内燃機関（ＶＭ）の加速に要求されるトルク以上である時、前記回復トルクが前記内燃機関（ＶＭ）の加速に要求される量まで低減されるとともに、前記回復トルクが前記内燃機関（ＶＭ）の加速に要求されるトルク未満である時、前記少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）がその大きさが前記２つのトルク間の差と一致する駆動トルクを放出することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記内燃機関（ＶＭ）と前記トランスミッション入力部との間の作動中の接続がギアシフト操作中に遮断される駆動伝達系において、前記内燃機関（ＶＭ）の損失トルクが前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つにより提供されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 内燃機関（ＶＭ）と、少なくともジェネレータとして作動され得る少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）と、有段式自動化マニュアルトランスミッション（Ｇ）と、前記内燃機関（ＶＭ）、前記少なくとも１つの電気機械（Ｐ１、Ｐ２）及び前記有段式自動化マニュアルトランスミッション（Ｇ）を制御する少なくとも１つの制御装置（Ｓｔ）と、を備える車両の駆動伝達系であって、
    前記制御装置（Ｓｔ）が少なくとも１つの従動輪（Ｒ）の制動トルクを、前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つの補助によって、より高い変速比ｉを伴うギアへのギアシフト操作の前、最中及び後でほぼ一定値に調整する手段であることを特徴とする、車両の駆動伝達系。
  7. 前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つがトラクションモータであることを特徴とする請求項６に記載の車両の駆動伝達系。
  8. 前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つがスタータジェネレータであることを特徴とする請求項６又は７に記載の車両の駆動伝達系。
  9. 前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つがモータとしては作動されないジェネレータであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の車両の駆動伝達系。
  10. 前記制御装置（Ｓｔ）が、前記内燃機関（ＶＭ）と前記トランスミッション入力部（Ｅ）との間の作動中の接続がギアシフト操作中に遮断される時、前記電気機械（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも１つを使用して前記内燃機関（ＶＭ）の損失トルクを補償する手段であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の車両の駆動伝達系。
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