JP2010537612A - 電気駆動部を有する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、負荷切換変速機を有する電気自動車において、あるいは、純粋な電気走行運転時のハイブリッド変速機を有する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の回転数適合が、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、負荷切換変速機を有する電気自動車において、あるいは、純粋な電気走行運転時のハイブリッド変速機を有する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。純粋に電気的な負荷切換の場合、電気機械の回転数が適合され、更に、電気機械へのトルク介入が実施される。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、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。

本発明の課題は、負荷切換変速機を有する電気自動車において、あるいは、純粋な電気走行運転時のハイブリッド変速機を有する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の回転数適合が、回転数調整モードにおいて実施され、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。

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、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電気機械の動的トルクの変動が、当該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。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。

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。

本発明による方法の開始タイミングでは、内燃エンジン１は、遮断されているか、あるいは、空転状態にある。ここで、クラッチＫ１は開放状態にある。クラッチＫ１が開放された状態において、本発明による負荷切換が実施される。従って、本発明方法は、有利な態様で、負荷切換変速機を有する純粋な電気自動車においても、適用可能である。以下、本発明による方法が、ｉ＿ａｌｔからｉ＿ｎｅｗへの牽引−アップシフトの場合について説明される。

本発明によれば、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、回転数調整モードにもたらされ、当該モードにおいて、電気機械２の回転数適合が実施される。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＿ｎｅｗ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＿ｎｅｗ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＿ｎｅｗ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、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、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。

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、電気機械の回転数が、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。

１ 内燃エンジン
２ 電気機械
３ 負荷切換変速機
４ 負荷切換変速機の出力
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＿ｎｅｗ 新しいギヤ段の同期回転数
ｉ＿ａｌｔ ギヤ比
ｉ＿ｎｅｕ ギヤ比

Claims (8)

1. 負荷切換変速機を有する電気自動車において、あるいは、純粋な電気走行運転時のハイブリッド変速機を有する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）の回転数適合が、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）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. 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−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４のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。
7. 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４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−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４のいずれかに記載の負荷切換を実施するための方法。

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