JP2009524546A - 自動車のドライブトレーンを制御するための方法 - Google Patents

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transmission
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combustion engine
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/06—Control by electric or electronic means, e.g. of fluid pressure
    • F16D48/08—Regulating clutch take-up on starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
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Abstract

本発明は、自動車のドライブトレーンを制御するための方法であって、このドライブとレーンは、内燃機関（２）、電動発電機（３）および変速機（４）を含み、それらが、２つの入力部材（６、７）と１つの出力部材（８）とを備えた加算変速機（５、１５）と、摩擦クラッチとして構成されたロックアップクラッチ（１２）とを介して互いに結合されており、その際、前記第１の入力部材が内燃機関（２）のクランク軸（９）に、前記第２の入力部材が電動発電機（３）のロータ（１０）に、前記出力部材（８）が変速機（４）の入力軸（１１）にそれぞれ耐トルク性を有して接続されており、またその際、前記ロックアップクラッチ（１２）が加算変速機（５、１５）の２つの部材の間に配置されており、そこでは、ロックアップクラッチ（１２）が開いているときに、内燃機関（２）と変速機（４）の入力軸（１１）との間にある回転数差が、前記電動発電機（３）によって、および必要であればさらに前記ロックアップクラッチ（１２）を調整して閉じることによって同期される方法に関する。同期の特性を改良するために、前記ロックアップクラッチ（１２）を閉じることによって電動発電機（３）の支援が行われる前に、同期開始時にロックアップクラッチ（１２）が該クラッチの作用点へ運ばれることが想定されている。

Description

本発明は、自動車のドライブトレーンを制御するための方法であって、このドライブトレーンは、内燃機関、電動発電機および変速機を含み、それらが、２つの入力部材と１つの出力部材とを備えた加算変速機と、摩擦クラッチとして構成されたロックアップクラッチとを介して互いに結合されており、その際、第１の入力部材が内燃機関のクランク軸に、第２の入力部材が電動発電機のロータに、出力部材が変速機の入力軸にそれぞれ耐トルク性を有して接続されており、またその際、ロックアップクラッチが加算変速機の２つの部材の間に配置されており、そこでは、ロックアップクラッチが開いているときに、内燃機関と変速機の入力軸との間にある回転数差が、電動発電機によって、および必要であればさらにロックアップクラッチを調整して閉じることによって同期される方法に関する。
前述の種類の自動車ドライブトレーンは、特許文献１および特許文献２によって公知である。この公知のドライブトレーンでは、加算変速機が、太陽歯車と、複数の遊星歯車を具備する遊星キャリアと、内歯車とを有する簡単な遊星歯車機構として構成されている。内歯車は、第１の入力部材を形成し、耐トルク性を有して内燃機関のクランク軸に接続されている。太陽歯車は、第２の入力部材を形成し、耐トルク性を有して電動発電機のロータに接続されている。遊星キャリアは、出力部材を形成し、耐トルク性を有して変速機の入力軸に接続されている。ロックアップクラッチは、それぞれ遊星歯車機構の太陽歯車と遊星キャリアとの間に配置されている。
特許文献１に記載のドライブトレーンでは、ロックアップクラッチは、本発明で前提としている構成とは対照的に、ドッグクラッチとして構成されており、従って、ロックアップクラッチは、内燃機関と変速機の入力軸との同期動作時にしか閉じることができず、そのため利用に制限が伴う。電動発電機のみで自動車を駆動することができるように、クランク軸とハウジング部品との間にフリーホイールが配置されており、これによってクランク軸が逆回転することが防止され、従って、電動発電機の駆動トルクがハウジングに伝わることがない。
特許文献２に記載のドライブトレーンでは、ロックアップクラッチが、本発明において前提となっているのと同じように、摩擦クラッチとして構成されており、従って、変速機の入力軸と内燃機関との間に回転数差がある場合にも、ロックアップクラッチを、スリップ動作でトルクを伝達するために利用することができる。車両が停車中であり、ギアがアイドリング位置にある場合、電動発電機で内燃機関をパルス始動することができるように、もう１つの摩擦クラッチが、変速機の入力軸とハウジング部品との間に配置されており、これによって、内燃機関を始動するために電動発電機が始動回転数に達した後に入力軸を制動することができる。
本発明の以下の説明においては、例としてこれと概ね同等のドライブトレーン構造が想定されており、そこでは、ロックアップクラッチが摩擦クラッチであることを前提とし、特に湿式多板クラッチとして、あるいはまた乾式クラッチとしても実施することができる。公知の配置の代わりに、ロックアップクラッチを内歯車と太陽歯車との間、つまり内燃機関のクランク軸と電動発電機のロータとの間に配置することもできる。
通常の走行モードでは、ロックアップクラッチは完全に閉じられており、従って遊星歯車機構はブロックされて、固定的に周回する。この動作状態では、内燃機関、電動発電機、変速機の入力軸の各回転数と回転方向とは同一である。電動発電機は、この状態において特に車載電源網に給電するための発電機として動作するが、しかしある動作状況、特に自動車の加速段階では一時的にモータとして動作することができる。
この種のドライブトレーンの場合、ある種の動作状況、例えば走行開始段階や、シフト動作の後など、ロックアップクラッチが開放されている状況では、回転数差が加算変速機に生じ、この回転数差を、それに続いて補正すること、すなわち同期をとることが必要である。これによって、ロックアップクラッチをできる限り滑りがなく、磨耗が少なくなるようにしながら再び閉じることができる。変速機の入力軸と内燃機関との間に前述のようにして生じる回転数差Δｎ＝ｎ＿ＧＥ−ｎ＿ＶＭの同期、従ってまたロックアップクラッチに影響する回転数差Δｎ＿Ｋの同期は、通例、ロックアップクラッチが完全に開いた状態で電動発電機によって行われる。その際、回転数差が負（Δｎ＜０）である場合には、電動発電機によって、内燃機関のクランク軸と変速機の入力軸との回転方向に作用する正のトルクＭ＿ＥＭ＞０が生成され、また、回転数差が正（Δｎ＞０）である場合には内燃機関のクランク軸と変速機の入力軸との回転方向とは逆向きに作用する負のトルクＭ＿ＥＭ＜０が生成される。
このために必要なトルクを電動発電機が、例えば構成上の理由のために、または車載電源バッテリが放電しているために与えることができない場合、ロックアップクラッチを調整して閉じることによって同期を支援することが可能である。ただし、この場合、短所として遅延が生じ、それに続いてショックが生じる。その理由は、トルクを伝達することで同期を続行するためには、まずロックアップクラッチを完全に開いた状態から作用点へと移動させねばならないからである。
また一方で、ロックアップクラッチはできる限り長い間完全に開いた状態にしておく必要があり、これによってようやく望ましくないドラグトルクと熱問題とに関連するかなり長い時間の滑り段階を回避することができる。
独国特許出願公開第１９９３４６９６号明細書 独国特許出願公開第１０１５２４７１号明細書
このような背景に基づき、本発明の課題は、冒頭に挙げた種類のドライブトレーンにおいて、同期の特性を改善するための方法を提示することである。この種の方法は、同等の構成要素を有するが、ドライブクラッチの別の組み合わせで構成されているドライブトレーンにも利用できることを意図している。
この課題は、主請求項に記載の特徴によって解決される。有利な別形態については、従属請求項に記載されている。
従って、本発明で想定されているのは、自動車のドライブトレーンを制御するための方法であって、このドライブトレーンは、内燃機関と電動発電機と変速機とを含み、それらが、２つの入力部材と１つの出力部材とを備えた加算変速機と、摩擦クラッチとして構成されたロックアップクラッチとを介して互いに結合されており、その際、第１の入力部材が内燃機関のクランク軸に、第２の入力部材が電動発電機のロータに、出力部材が変速機の入力軸にそれぞれ耐トルク性を有して接続されており、またその際、ロックアップクラッチが加算変速機の２つの部材の間に配置されており、そこでは、ロックアップクラッチが開いているときに、内燃機関と変速機の入力軸との間にある回転数差が、電動発電機によって、および必要であればさらにロックアップクラッチを調整して閉じることによって同期される方法である。
これと関連して以下のことを指摘しておく必要がある。すなわち、「変速機」という概念は、出力回転数が「ゼロ」である真のニュートラル位置を有しており、従って、例えば変速機内部の回転数の加算によって「ゼロ」という値の出力回転数を生成することがないあらゆる種類の変速機を意味するものとする。従って、「変速機」という概念には、例えば手動変速機、自動変速機、遊星歯車式自動変速機、無段変速機などが含まれる。
本発明の上述の方法では、ロックアップクラッチを閉じることによって電動発電機の支援が行われる前に、同期開始時にロックアップクラッチがその作用点へ運ばれることが想定されている。
ロックアップクラッチの摩擦部材を早い時点で作用させることによって、ロックアップクラッチが動作待機状態になり、電動発電機の支援のために遅延なくこのクラッチを閉じることができる。これにより、従来なら作用点への接近によって生じるタイムラグと、それに関連する一時的なトルクの中断とがなくなる。もしこの中断が生じると、不快な駆動ショックとなって現れるであろう。
しかし、この場合の短所として、ロックアップクラッチの作用によって生じるドラグトルクと、摩擦滑りによって生じる発熱とが考えられる。従って、有利であるのは、同期開始時に、電動発電機の最大トルクＭ＿ＥＭ＿ｍａｘと車載電源バッテリの充電状態とが同期を行うに十分であるかどうかが検査され、検査結果が否定である場合にのみ、すなわち電動発電機の利用可能なトルクＭ＿ＥＭが不十分である場合にのみ、ロックアップクラッチが作用点へ運ばれる場合である。
これを実現するために、同期開始時に、変速機の入力軸における必要なトルクＭ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌを算定し、その結果に従ってロックアップクラッチを制御することができる。その際、ａ）必要なトルクＭ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌがゼロまたはゼロに近いときには、ロックアップクラッチが完全に開かれたままであり、ｂ）必要なトルクＭ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌがゼロよりも大きく、電動発電機によってフルに印加できるときには、ロックアップクラッチが完全に開かれたままであり、ｃ）必要なトルクＭ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌがゼロよりも大きいが、電動発電機によってフルに印加することができないときには、ロックアップクラッチが作用点へ運ばれる。
本発明を明確にするために、本明細書には実施例を示した図面が添付されている。
図３に示されたドライブトレーン１には、内燃機関２、電動発電機３および変速機４が含まれており、これらは、２つの入力部材６、７と１つの出力部材８とを備えた加算変速機５を介して互いに結合されている。第１の入力部材６は内燃機関２のクランク軸９に、第２の入力部材７は電動発電機３のロータ１０に、出力部材８は変速機４の入力軸１１にそれぞれ耐トルク性を有して接続されている。摩擦クラッチとして構成されたロックアップクラッチ１２が、加算変速機５の２つの部材の間、特に両入力部材６、７の間に配置されている。内燃機関２、電動発電機３およびロックアップクラッチ１２は、センサ線および制御線１３を介して制御装置１４と接続されており、この制御装置を通じてドライブトレーン１の構成要素を協調して制御することができる。
ドライブトレーン１の好ましい実施形態が図４に示されている。このドライブトレーン１では、加算変速機５は、太陽歯車１６と、複数の遊星歯車１８を具備する遊星キャリア１７と、内歯車１９とを有する簡単な遊星歯車機構１５として構成されている。内歯車１９は、第１の入力部材６を形成し、はずみ車２０とねじり振動抑制装置２１とを介して内燃機関２のクランク軸９に接続されている。太陽歯車１６は、第２の入力部材７を形成し、電動発電機３のロータ１０に直接結合されている。遊星キャリア１７は、出力部材８を形成し、自動変速機として構成された変速機４の入力軸１１に直接接続されている。入力軸１１とハウジング部品２２との間に配置されたフリーホイール２３が、内燃機関２を電動発電機３によって始動する際、入力軸１１を支持する働きをする。変速機４は、減速機構造として実施されており、全部で６つの前進ギアと１つの後進ギアとを有する。これらのギアは、それぞれ非同期噛み合い式クラッチを介して選択的に切り替えることができる。ロックアップクラッチ１２は、電動発電機３のロータ１０と連結軸２４との間に配置されており、この連結軸によって内燃機関２は内歯車１９に接続されている。
この種のドライブトレーン１の場合、ロックアップクラッチ１２が開いている際に走行開始段階またはシフト動作後に生じる、変速機４の入力軸１１と内燃機関２との間の回転数差Δｎ＝ｎ＿ＧＥ−ｎ＿ＶＭが、ロックアップクラッチ１２が完全に閉じられる前に同期されねばならない。
この種の同期過程が図２に示されており、この図では、図４に示された、遊星歯車機構１５として構成された加算変速機５を有するドライブトレーン１に関して、従来の制御工程に即した同期過程が示されている。変速機４の入力軸１１の回転数ｎ＿ＧＥを内燃機関２の回転数ｎ＿ＶＭへ加速する際の同期は、まず、電動発電機３のみによって、すなわち電動発電機３のトルクＭ＿ＥＭの作用のみによって行われる。時点ｔ＝ｔ１において、同期回転数（ｎ＿ＧＥ＝ｎ＿ＶＭ）への到達前に電動発電機３は自らの最大可能トルクＭ＿ＥＭに達している。
従って、同期過程を継続するために、ロックアップクラッチ１２が調整されて閉じられ、これにより生成されたトルクＭ＿Ｋによって、時点ｔ＝ｔ２において同期運転が実現される（ｎ＿ＧＥ＝ｎ＿ＶＭ）。しかし時点ｔ＝ｔ１には、ロックアップクラッチ１２はまだ完全に開放されており、トルクＭ＿Ｋを伝達するためにはまずクラッチの摩擦部材を作用位置にまで運ばなければならないので、ロックアップクラッチ１２が反応するまでにタイムラグΔｔ＝ｔ１’−ｔ１が生じ、このタイムラグによって、所望の定常的な目標トルク特性Ｍ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌに比べて一時的に回転数が低下する。
図１には、本発明に係る制御工程に従った同期過程が示されている。この同期も、まず電動発電機が時点ｔ＝ｔ１に自らの最大可能トルクＭ＿ＥＭに達するまでは、電動発電機３のみによって行われる。しかしその際、同期過程開始時点に既にロックアップクラッチ１２はその作用点に運ばれており、これにより、クラッチ内の遊びが橋渡しされ、圧力室が予充填されている。従って、ロックアップクラッチ１２のトルクＭ＿Ｋは、時点ｔ＝ｔ１において即座に利用できる。これにより、図２の例に見られるようなタイムラグΔｔとトルクの低下とが避けられる。
図１および図２のトルク特性におけるトルクＭ＿ＧＥ、Ｍ＿ＥＭおよびＭ＿Ｋを比較可能にするために、電動発電機３のトルクＭ＿ＥＭとロックアップクラッチ１２のトルクＭ＿Ｋとは、変速機の入力軸１１にまで低減されており、すなわち、それぞれ有効な歯車比ｉ＿ＥＭ／ＧＥ＝（１−ｉ０）あるいはｉ＿Ｋ／ＧＥ＝（１−ｉ０）と乗算されている。
内燃機関２、電動発電機３、加算変速機５、クラッチ１２および変速機４は本書では別個に示されていないが、図３および図４に示された実施例に関わりなく、内燃機関、電動発電機、加算変速機、クラッチおよび変速機の間に他の可能なあらゆる異なったドライブクラッチを具備するドライブトレーンにおいて本方法を利用することも、本発明内に含まれている。
回転数差を同期させるための、本発明の利用例を示し、回転数のグラフとトルクのグラフとを組み合わせた図である。 回転数差を同期させるための公知の利用例を示し、回転数のグラフとトルクのグラフとを組み合わせた図である。 ドライブトレーンの一般的な構成を示す概略図である。 図３に記載のドライブトレーンの好ましい実施形態を示す模式図である。
符号の説明
１ ドライブトレーン
２ 内燃機関
３ 電動発電機
４ 変速機、自動変速機
５ 加算変速機
６ （第１の）入力部材
７ （第２の）入力部材
８ 出力部材
９ クランク軸
１０ ロータ
１１ 入力軸
１２ ロックアップクラッチ
１３ センサ線および制御線
１４ 制御装置
１５ 遊星歯車機構
１６ 太陽歯車
１７ 遊星キャリア
１８ 遊星歯車
１９ 内歯車
２０ はずみ車
２１ ねじり振動抑制装置
２２ ハウジング部品
２３ フリーホイール
２４ 連結軸
ｉ 歯車比
ｉ＿ＥＭ／ＧＥ ３と２の歯車比
ｉ＿Ｋ／ＧＥ ３と２の歯車比
ｉ０ 定常歯車比
Ｍ トルク
Ｍ＿ＥＭ ３のトルク
Ｍ＿ＥＭ＿ｍａｘ ３の最大トルク
Ｍ＿ＧＥ １１のトルク
Ｍ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌ １１の目標トルク
Ｍ＿Ｋ １２のトルク
ｎ＿ＧＥ １１の回転数
ｎ＿ＶＭ ２の回転数
ｔ 時間
ｔ０ 時点
ｔ１ 時点
ｔ１’ 時点
ｔ２ 時点
Δｎ １１と２との間の回転数差
Δｎ＿Ｋ １２における回転数差
Δｔ 時間間隔

Claims (3)

  1. 自動車のドライブトレーンを制御するための方法であって、このドライブトレーンは、内燃機関（２）、電動発電機（３）および変速機（４）を含み、それらが、２つの入力部材（６、７）と１つの出力部材（８）とを備えた加算変速機（５、１５）と、摩擦クラッチとして構成されたロックアップクラッチ（１２）とを介して互いに結合されており、その際、前記第１の入力部材が内燃機関（２）のクランク軸（９）に、前記第２の入力部材が電動発電機（３）のロータ（１０）に、前記出力部材（８）が変速機（４）の入力軸（１１）にそれぞれ耐トルク性を有して接続されており、またその際、前記ロックアップクラッチ（１２）が加算変速機（５、１５）の２つの部材の間に配置されており、そこでは、ロックアップクラッチ（１２）が開いているときに、内燃機関（２）と変速機（４）の入力軸（１１）との間にある回転数差が、前記電動発電機（３）によって、および必要であればさらに前記ロックアップクラッチ（１２）を調整して閉じることによって同期される方法において、
    前記ロックアップクラッチ（１２）を閉じることによって電動発電機（３）の支援が行われる前に、同期動作開始時にロックアップクラッチ（１２）が該クラッチの作用点へ運ばれることを特徴とする方法。
  2. 同期開始時に、前記電動発電機（３）の最大トルク（Ｍ＿ＥＭ＿ｍａｘ）と車載電源バッテリの充電状態とが同期を行うに十分であるかどうかが検査され、検査結果が否定である場合のみ、前記ロックアップクラッチ（１２）が作用点へ運ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 同期開始時に、前記変速機（４）の入力軸（１１）における必要なトルク（Ｍ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌ）が算定され、その結果に従って前記ロックアップクラッチ（１２）が制御され、その際、
    ａ）必要なトルク（Ｍ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌ）がゼロまたはゼロに近いときに、ロックアップクラッチ（１２）が完全に開かれたままであること、および、
    ｂ）必要なトルク（Ｍ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌ）がゼロよりも大きく、電動発電機（３）によってフルに印加できるときに、ロックアップクラッチ（１２）が完全に開かれたままであること、および、
    ｃ）必要なトルク（Ｍ＿ＧＥ＿ｓｏｌｌ）がゼロよりも大きいが、電動発電機（３）によってフルに印加することができないときに、ロックアップクラッチ（１２）が作用点へ運ばれること
    を特徴とする請求項２に記載の方法。
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