JP2010536629A - ハイブリッド運転時の並列タイプのハイブリッド自動車において負荷切換を実施するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイブリッド運転時の並列タイプのハイブリッド自動車において、負荷切換を実施するための方法に関する。新しいギヤ段への同期のために必要な電気機械および内燃エンジンの回転数適合が、電気機械の回転数調整モードにおいて実施される。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、ハイブリッド運転時の並列タイプのハイブリッド自動車において、負荷切換を実施するための方法に関する。

従来技術から、ハイブリッド変速機を有するハイブリッド自動車が知られている。それは、内燃エンジンに加えて、少なくとも一つの電気モータないし電気機械を有している。直列タイプのバイブリッド自動車においては、発電機（ジェネレータ）が内燃エンジンによって駆動され、当該発電機が車輪を駆動する電気モータに電気エネルギを供給する。さらに、並列タイプのバイブリッド自動車も知られている。その場合には、内燃エンジンのトルクと当該内燃エンジンに接続可能な少なくとも一つの電気機械のトルクとの合算が行われる。この場合、電気機械は、内燃エンジンのベルト駆動部やクランクシャフトに接続可能である。内燃エンジン及び／または少なくとも一つの電気機械によって生じるトルクは、後置された変速機を介して、駆動される車軸へと伝達される。

例えば、ＤＥ１０２００６０１９６７９Ａ１において、電気的に制御可能なハイブリッド変速機と、電気油圧式の制御システムと、幾つかの電気的なパワーユニットと、幾つかのトルク伝達機構と、を備えたパワートレインが知られている。この場合、当該トルク伝達機構は、電気油圧式の制御システムによって、選択的に係合される。これにより、４つの前進段と、一つの中立状態と、一つの電気的な低回転数及び高回転数の運転モードと、一つの電気的に制御可能な低回転数及び高回転数の運転モードと、山腹停止運転モードと、が提供される。

ＤＥ１０２００５０５７６０７Ｂ３から、自動車のハイブリッド駆動が知られている。それは、少なくとも、メインエンジン特には燃焼力機械と、発電機と、電気モータと、太陽歯車、内歯歯車、遊星キャリヤ及び遊星歯車を有する遊星ギヤと、を含んでいる。遊星ギヤは、少なくとも一つの出力軸を含んでいる。この場合、自動車の第一走行領域において、トルクを合算するために、メインエンジン及び電気モータの駆動軸が遊星ギヤの太陽歯車に結合され、自動車の第二走行領域においては、重ね合わせ原理（Ueberlagerungsprinzip ）に対応する回転数の機械的な合算のために、メインエンジン及び電気モータのうちの一方が遊星ギヤの内歯歯車に圧着式に（kraftschluessig）結合可能である。

従来技術において実施されている負荷切換では、新しいギヤ段への同期のために必要なエンジンの回転数適合は、切換要素の参画とエンジントルクの介入との支援を受けて行われている。

例えば、牽引−アップシフトにおいては、まず、活動する切換要素の伝達能力（伝達性能）が負荷受容のために高められ、同時に、遮断する切換要素の伝達能力が低減される。活動する切換要素による負荷受容が行われた後で、エンジンの回転数適合が、当該切換要素とエンジントルク介入との支援によって行われる。ハイブリッド自動車のハイブリッド運転時における負荷切換の場合、パワーユニットは、内燃エンジンと電気機械とから形成される。続いて、遮断する切換要素が完全に開放され、活動する切換要素が完全に締結される。

従来技術では、内燃エンジンおよび電気機械は、前述の負荷切換の場合において、当該切換中、走行時の所望トルクの要求の下で、トルクが伝達され続ける。トルク介入は、切換連続制御の側から行われる。その際、トルク介入は、内燃エンジンおよび電気機械に対して分配される。

本発明の課題は、ハイブリッド運転時の並列タイプのハイブリッド自動車において、負荷切換を実施するための方法であって、当該方法の実施により切換時間が短縮されると共に切換快適性が高められるような方法、を提供することである。

本課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴によって解決される。本発明による更なる実施の形態及び利点は、従属請求項より明らかにされる。

それによると、新しいギヤ段への同期のために必要な電気機械および内燃エンジンの回転数適合が、回転数調整モードにおける電気機械の回転数適合によって実施され、これによって、電気機械の回転数が目標回転数に調整される、ないし、新しいギヤ段の接続回転数（同期回転数）が導かれる。これにより、活動する（べき）切換要素が同期される。電気機械は、内燃エンジンと連結されているので、本発明による回転数調整モードにおける電気機械の回転数適合によって、内燃エンジンの回転数もまた適合される。

本発明によれば、電気機械が十分にトルクを調達できない場合にのみ、所望の回転数変化、すなわち目標回転数推移に従うように、内燃エンジンでのトルク介入が実施される。

本発明によれば、電気機械の回転数が小さい勾配で目標回転数に到達する、というように回転数推移が形成される。電気機械に作用する切換要素および内燃エンジンのトルクが、有利な態様で、電気機械の回転数調整のためのパイロット制御として機能する。

回転数調整段階中は、切換要素上のトルクが、出力トルクを決定する。それは、すべり状態にあり、走行用の所望トルクへと後で導かれる。

電気機械の回転数が、活動する（べき）ギヤ段の目標回転数ないし同期回転数に到達する時、電気機械は、トルク調整モードに再び移行されて、活動する（べき）切換要素が完全に締結される。負荷切換の完了の後で、内燃エンジンおよび電気機械は、新しいギヤ段を介して変速機の出力部と結合される。

本発明のコンセプトによれば、電気機械が正確かつ動的に回転数調整可能であるため、切換時間が短縮化される。更に、電気機械の回転数が、目標回転数ないし新しいギヤ段の同期回転数にソフトに（sanften）到達する（Einlauf）ことにより、特に高い切換快適性能が保証される。なぜなら、活動する（べき）切換要素が係止状態となる時の内燃エンジンおよび電気機械の動的トルクの変動が、これらのエンジンおよび機械の慣性モーメントによって引き起こされるものであるが、ほんの僅かな変動で済むからである。本発明による方法の更なる利点は、従来技術によるトルク介入による負荷切換と比較して、負荷切換のプロセス（Ablauf）をより簡単に実現及び調整できることにある。

並列タイプのバイブリッド自動車のパワートレインの一例を、概略的かつ簡単に示す図である。 本発明による牽引−アップシフトの場合における、電気モータの回転数の推移を示す図である。

本発明は、添付の図面に基づいて、例示的に、より詳細に以下に説明される。
図１に示すように、並列タイプのバイブリッド自動車のパワートレインは、内燃エンジン１と、少なくとも一つの電気機械２と、を有している。それらは、当該順序で続けて切り換えられる。内燃エンジン１は、クラッチK１を開放することによって、電気機械２から、すなわち、パワートレインから、遮断可能である。ここで、提案される方法を実施するためには、クラッチK１が締結され、これによって、内燃エンジン１および電気機械２が互いに連結される。このようにして、内燃エンジン１および電気機械２のトルクが足し合わされる。

パワーフロー方向に見て電気機械２の後方には、負荷切換変速機３が配置されている。当該負荷切換変速機３は、本発明方法の図を兼ねる例示的に図示された簡潔な図面においては、新しく係合されるべきギヤ段のための活動クラッチK＿ｎｅｕと、古いギヤ段のための遮断クラッチK＿ａｌｔと、を有している。各クラッチないし各ギヤ段には、ギヤ比ｉ＿ｎｅｕないしｉ＿ａｌｔを伴うギヤステップが割り当てられている。図１において、負荷切換変速機３の出力は、参照符号４で示されている。

以下、本発明による方法が、ｉ＿ａｌｔからｉ＿ｎｅｕへの牽引−アップシフトの場合について説明されている。

本発明によれば、通常の切り替えのように、切り替えが始まる。まず、活動クラッチK＿ｎｅｕの伝達能力が負荷受容のために高められ、同時に、遮断クラッチK＿ａｌｔの伝達能力が低減される。活動クラッチK＿ｎｅｕによる負荷受容が行われた後で、電気機械２が、トルク案内モードから回転数調整モードにもたらされ、
電気機械２（および、当該電気機械２と連結された内燃エンジン１）の回転数適合が、当該回転数調整モードで行われる。ここで、電気機械２の回転数が目標回転数に調整される、ないし、新しいギヤ段の同期回転数が導かれる。同時に、遮断クラッチK＿ａｌｔが完全に開放される。

有利な態様では、回転数調整モードにおける電気機械２の回転数適合の際の回転数推移が、当該回転数が小さい勾配で目標回転数ないし新しいギヤ段の接続回転数に到達する、というように形成される。ここで、電気機械２に作用する、クラッチK＿ａｌｔ、K＿ｎｅｕおよび内燃エンジン１のトルクは、回転数調整のためのパイロット制御（Vorsteuerung）として機能する。時間ｔの関数としての電気機械２の所望回転数ｎ＿ＥＭの例示的な推移が、図２の対象として示されている。ここで、古いギヤ段が投入されている場合（すなわち、クラッチK＿ａｌｔが締結されている場合）の電気機械２の回転数が、ｎ＿Ｇａｎｇ＿ａｌｔとして示されており、負荷切換実施時の新しいギヤ段の同期回転数が、ｎ＿Ｇａｎｇ＿ｎｅｕとして示されている。

引き続いて、回転数が同期回転数ｎ＿Ｇａｎｇ＿ｎｅｕに到達すると、電気機械２は、トルク調整モードに移行されて、活動クラッチK＿ｎｅｕが完全に締結される。これにより、内燃エンジン１および電気機械２は、新しい変速機ギヤ段を介して変速機の出力部と結合される。

牽引−ダウンシフトの場合には、まず、遮断クラッチK＿ａｌｔの伝達能力が低減され、当該クラッチK＿ａｌｔにおける「滑り」が認識（検知）されるとすぐに、電気機械２が、トルク案内のモードから回転数調整モードへと移行される。続いて、電気機械２の回転数が、活動クラッチK＿ｎｅｕにおける同期回転数を上回る回転数まで高められる。なぜなら、当該クラッチK＿ｎｅｕにおいては、正の回転数差が必要であるからである。これにより、当該クラッチK＿ｎｅｕは、牽引トルクを伝達することが可能となる。

次のステップにおいて、活動クラッチK＿ｎｅｕの伝達能力が高められ、遮断クラッチK＿ａｌｔの伝達能力が更に低減される。これにより、連続的な負荷受容が、クラッチK＿ｎｅｕによって実現される。活動クラッチK＿ｎｅｕによる負荷受容が行われた後で、遮断クラッチK＿ａｌｔが完全に開放され、電気機械の回転数が、活動クラッチK＿ｎｅｕの同期回転数に案内される。当該同期回転数に到達したなら、電気機械は再びトルク調整モードに移行され、活動クラッチK＿ｎｅｕが完全に締結される。

惰行−ダウンシフトの場合には、まず、負荷受容のために、活動クラッチK＿ｎｅｕの伝達能力が高められ、同時に、遮断クラッチK＿ａｌｔの伝達能力が低減される。活動クラッチK＿ｎｅｕによる負荷受容が行われた後で、電気機械が、トルク案内のモードから回転数調整モードに移行され、遮断クラッチK＿ａｌｔが完全に開放される。引き続いて、電気機械の回転数が、同期回転数に調整される。ここで、好ましくは、当該回転数は、小さい勾配で目標回転数に到達する。当該同期回転数に到達したなら、電気機械は再びトルク調整モードに移行され、活動クラッチK＿ｎｅｕが完全に締結される。

惰行−アップシフトと牽引−ダウンシフトとは、原理的なプロセスは類似しているが、トルクの符号が逆で回転数推移が逆方向に進む、という点で異なっている。従って、惰行−アップシフトの場合、まず、遮断クラッチK＿ａｌｔの伝達能力が連続的に低減され、当該クラッチK＿ａｌｔにおける「滑り」が認識（検知）されるとすぐに、電気機械が、トルク案内のモードから回転数調整モードへと移行される。当該回転数調整モードにおいて、回転数が、活動クラッチK＿ｎｅｕにおける同期回転数を下回る回転数まで低減される。なぜなら、負の回転数差が必要であるからである。これにより、当該活動クラッチはトルクを伝達することが可能となる。引き続いて、活動クラッチK＿ｎｅｕの伝達能力が高められ、遮断クラッチK＿ａｌｔの伝達能力が低減される。これにより、連続的な負荷受容が、クラッチK＿ｎｅｕによって実現される。

活動クラッチK＿ｎｅｕによる負荷受容が行われた後で、遮断クラッチK＿ａｌｔが完全に開放され、電気機械の回転数が、回転数調整モードにおいて、活動クラッチK＿ｎｅｕの同期回転数に案内される。当該同期回転数に到達したなら、電気機械は再びトルク調整モードに移行され、活動クラッチK＿ｎｅｕが完全に締結される。

本発明の方法によれば、内燃エンジンにおいて通常は動的な介入が生じることがないため、有利な態様において、より少ない排気ガス排出が生じる。さらに、アップシフトの場合、回転数の低下によって内燃エンジンおよび電気機械から自由になりつつある回転質量の運動エネルギが、電気機械の発電（generatorischen）運転によって回復（回収）される。

１ 内燃エンジン
２ 電気機械
３ 負荷切替変速機
４ 負荷切替変速機の出力
Ｋ１ クラッチ
Ｋ＿ｎｅｕ クラッチ
Ｋ＿ａｌｔ クラッチ
ｎ＿ＥＭ 電気機械の回転数
ｎ＿Ｇａｎｇ＿ａｌｔ 古いギヤ段が投入されている場合の電気機械の回転数
ｎ＿Ｇａｎｇ＿ｎｅｕ 新しいギヤ段の同期回転数
ｉ＿ａｌｔ ギヤ比
ｉ＿ｎｅｕ ギヤ比

Claims (9)

1. ハイブリッド運転時の並列タイプのハイブリッド自動車において、負荷切換を実施するための方法であって、
   新しいギヤ段への同期のために必要な、電気機械（２）および内燃エンジン（１）の回転数適合が、電気機械（２）の回転数適合によって、回転数調整モードにおいて実施される
   ことを特徴とする負荷切換を実施するための方法。
2. 電気機械（２）の回転数（ｎ＿ＥＭ）が小さい勾配で目標回転数（ｎ＿Ｇａｎｇ＿ｎｅｕ）に到達する、というように回転数推移が形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の負荷切換を実施するための方法。
3. 電気機械（２）に作用する切換要素（Ｋ＿ａｌｔ，Ｋ＿ｎｅｕ）および内燃エンジン（１）のトルクが、電気機械（２）の回転数調整のためのパイロット制御として機能する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷切換を実施するための方法。
4. 電気機械（２）の回転数（ｎ＿ＥＭ）が、活動するギヤ段の目標回転数ないし同期回転数（ｎ＿Ｇａｎｇ＿ｎｅｕ）に到達する時、電気機械（２）は、トルク調整モードに移行されて、活動する切換要素（Ｋ＿ｎｅｕ）が完全に締結される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。
5. 電気機械（２）が十分なトルクを調達できない場合にのみ、所望の回転数変化、すなわち目標回転数推移に従うように、内燃エンジン（１）でのトルク介入が実施される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。
6. 牽引−アップシフトの場合において、
   活動する切換要素（Ｋ＿ｎｅｕ）の伝達能力が負荷受容のために高められ、同時に、遮断する切換要素（Ｋ＿ａｌｔ）の伝達能力が低減され、
   活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）による負荷受容が行われた後で、電気機械（２）が、回転数調整モードに移行され、
   切り換えるべきギヤ段の同期回転数に到達するように、電気機械（２）の回転数適合が実施され、これにより、電気機械（２）の回転数が目標回転数に調整され、ないし、新しいギヤ段の同期回転数が導かれ、同時に、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）が完全に開放される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。
7. 牽引−ダウンシフトの場合において、
   遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）の伝達能力が低減され、
   当該遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）における滑りが認識されるとすぐに、電気機械（２）が、トルク案内のモードから回転数調整モードへと移行され、
   続いて、電気機械（２）の回転数が、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）における同期回転数を上回る回転数まで高められ、
   次のステップにおいて、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）の伝達能力が高められ、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）の伝達能力が更に低減され、これにより、連続的な負荷受容が、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）によって実現され、
   活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）による負荷受容が行われた後で、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）が完全に開放され、
   電気機械（２）の回転数が、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）の同期回転数に案内される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。
8. 惰行−ダウンシフトの場合において、
   活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）の伝達能力が高められ、同時に、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）の伝達能力が低減され、
   活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）による負荷受容が行われた後で、電気機械（２）が、トルク案内のモードから、回転数調整モードに移行され、
   遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）が完全に開放され、
   続いて、電気機械（２）の回転数が同期回転数に調整され、同時に、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）が完全に開放される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。
9. 惰行−アップシフトの場合において、
   まず、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）の伝達能力が連続的に低減され、
   当該遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）において滑りが認識されるとすぐに、電気機械（２）が、トルク案内のモードから回転数調整モードへと移行され、
   当該回転数調整モードにおいて、電気機械の回転数が、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）における同期回転数を下回る回転数まで低減され、
   続いて、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）の伝達能力が高められ、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）の伝達能力が低減され、これにより、連続的な負荷受容が、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）によって実現され、
   活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）による負荷受容が行われた後で、遮断する切換要素（K＿ａｌｔ）が完全に開放され、
   電気機械（２）の回転数が、回転数調整モードにおいて、活動する切換要素（K＿ｎｅｕ）の同期回転数に案内される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。

Images