JP2011519780A

JP2011519780A - 純電動モードの無段変速機のモード切り替えを制御するシステム及び方法

Info

Publication number: JP2011519780A
Application number: JP2011507971A
Authority: JP
Inventors: アーメドケトフィ−シェリフ，; ギャレスピュグズレー，; フィリップポニャン−グロ，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2011-07-14
Also published as: EP2274189A1; FR2930749A1; US20110125355A1; WO2009141553A1; FR2930749B1

Abstract

高トルク、高速度の第１作動モード、及び高トルク、低速度の第２作動モードを備え、少なくとも２つの電気機械（２ａ、２ｂ）と少なくとも１つの内燃エンジン（１）とを搭載する自動車に取り付けられる無段変速機のモード切り替えを制御するシステムであって、前記無段変速機は前記電気機械（２ａ、２ｂ）と前記内燃エンジン（１）とに機械的に接続されているシステムが提供される。本システムは、前記内燃エンジンの回転速度の設定値を決定する手段（４４）と、前記内燃エンジンの回転速度の設定値と前記内燃エンジンの回転速度の測定値との差を計算することができる加算器（４７）と、前記第１電気機械のトルクを決定する手段（４９）であって、前記第１電気機械（２ａ）のトルク設定値を、前記内燃エンジン（１）の前記回転速度設定値と前記内燃エンジン（１）の前記回転速度の測定値との差の関数として決定することができる前記手段（４９）と、前記第２電気機械（２ｂ）のトルク設定値を、前記第１電気機械（２ａ）の前記トルク設定値と、運転者によるトルク要求との関数として決定することができる補償手段（５２）とを備え、前記第２電気機械（２ｂ）を制御することにより、前記モード切り替えの前及び後に、少なくとも１つの電気機械のみが作動している状態で、前記車両を駆動しながら前記モード切り替えを実行することができる。

Description

本発明の分野は変速機の制御であり、具体的には無段変速機の制御である。

無段変速機は、特にハイブリッド式自動車において普及し始めた。具体的には、無段変速機は、主駆動源から供給されるトルクを、２つの副駆動源から供給されるトルクを変化させることにより変更するか、又は増大させることができる。ハイブリッド駆動自動車の場合、主駆動源は内燃エンジン又は内燃機関であり、副駆動源は普通、電動駆動源として、又は回生制動システムとして動作できる電気機械である。

このようにして無段変速機を装着したハイブリッド車両は、当該エンジンを最適作動回転速度に、普通は、排出汚染物質及び燃焼消費量の抑制を可能にする低回転速度に維持しながら、内燃エンジンから供給されるトルクを変更することにより変速機を模擬することができる。

しかしながら、電気機械は、熱エンジンのトルクに比べて小さいトルクを有することが知られている。内燃エンジンの影響を増大させることなくこれらの不具合を解決するために、無段変速機が開発された。これらの変速機は２つの作動モードを有し、１つの作動モードは高トルクにより車両の高速度を実現し、１つの作動モードは高トルクにより車両の低速度を実現する。これらの２つのモードの速度範囲は部分的に重なる。このように、運転者が要求する速度範囲に応じて、無段変速機モードの一方又は他方を起動する必要がある。２つのモードを有する無段変速機は、本出願人により出願された特許文献１〜４に開示されている。

１つのモードが起動すると、内燃エンジンを使用して、起動作動モードによって十分なトルクを供給することができないような速度範囲に追加トルクを供給する必要がある。

このような操作によって、ハイブリッド駆動は純粋な電動運転とはいくらか異なるものとなっている。

フランス国特許出願第２８４５５１４号フランス国特許出願第２８４５５１５号フランス国特許出願第２８４７３２１号フランス国特許出願第２８４４５１９号

本発明の主題は、走行中のモード切り替えを可能にする制御システムである。

本発明の別の主題は、内燃エンジンの使用の制限を可能にする制御システムである。

本発明の別の主題は、走行中のモード切り替えを可能にする制御方法である。

本発明の１つの態様によれば、無段変速機のモード切り替えを制御するシステムが定義される。この無段変速機は、高トルク、高速度の第１作動モード、及び高トルク、低速度の第２作動モードを備えており、少なくとも２つの電気機械及び少なくとも１つの内燃エンジンを搭載する自動車に取り付けられ、且つ電気機械及び内燃エンジンに機械的に接続されている。本システムは、
内燃エンジンの回転速度の設定値を決定する手段と、
内燃エンジンの回転速度の設定値と内燃エンジンの回転速度の測定値との差を求めることができる加算器と、
第１電気機械のトルクを決定する手段であって、内燃エンジンの回転速度の設定値と内燃エンジンの回転速度の測定値との差の関数として第１電気機械のトルク設定値を決定することができる手段と、
第１電気機械のトルク設定値と、運転者によるトルク要求との関数として、第２電気機械のトルク設定値を決定することができる補償手段と
を備えている。

本制御システムは、第２電気機械を制御することにより、車両を駆動しながら、モード切り替えの前及び後に、少なくとも１つの電気機械のみが作動している状態で、モード切り替えを実行することができる。

本制御システムは、内燃エンジンの回転速度の設定値を決定する手段であって、内燃エンジンの回転速度の設定値を車両の速度の関数として決定することができる手段を備えることができる。

本制御システムは、第１電気機械のトルクを決定する比例積分微分手段を備えることができ、この比例積分微分手段は、第１電気機械のトルク設定値を、内燃エンジンの回転速度の設定値と内燃エンジンの回転速度の測定値との差の関数として決定することができる。

本制御システムは、第２電気機械のトルク設定値を、第１電気機械のトルク設定値と運転者によるトルク要求との関数として決定することができる補償手段を備えることができる。

本発明の別の態様によれば、無段変速機のモード切り替えを制御する方法が定義される。この無段変速機は、高トルク、高速度の第１作動モード、及び高トルク、低速度の第２作動モードを備えており、少なくとも２つの電気機械及び少なくとも１つの内燃エンジンを搭載する自動車に取り付けられ、且つ電気機械及び内燃エンジンに機械的に接続されている。本方法は、
少なくとも１つの電気機械のみが作動している状態で走行している車両の速度を導出するステップと、
車両の速度が作動モード切り替え速度を上回るときに無段変速機の作動モード切り替えを開始するステップと、
内燃エンジンにより車両を駆動することにより前記車両の速度を維持するステップと、
カプラを作動させてモードを切り替えるステップと、
内燃エンジンの速度を、該内燃エンジンが作動停止するまで下げるステップと
を含んでいる。

内燃エンジンの回転速度の設定値は、車両の速度の関数として決定することができる。

第１電気機械のトルク設定値は、比例積分微分的計算により、内燃エンジンの回転速度の設定値と内燃エンジンの回転速度の測定値との差の関数として決定することができる。

第２電気機械のトルク設定値は、第１電気機械のトルク設定値と運転者によるトルク要求との関数として決定することができる。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、非制限的な実施例としてのみ提示される以下の詳細な説明を、添付の図面を参照しながら一読することにより明らかになるものと思われる。

図１は、２モード式無段変速機に含まれる主要な構成要素を示している。図２は、モード切り替え方法に含まれる主要なステップを示している。図３は、２モード式無段変速機のモードの各々について、車両の速度の関数として車輪に伝達されるトルクの変化を示している。図４は、モード切り替えシステムに含まれる主要な構成要素を示している。

一実施例として図１に示すように、自動車のハイブリッドドライブトレインは、内燃エンジン１と、第１電気機械２ａと、第２電気機械２ｂと、電気蓄積源３と、無段変速機４とを備え、この無段変速機４は、４つの遊星歯車セット６、７、８、及び９と、第１カプラ１０と、第２カプラ１１と、２つのブレーキ２０及び３２とを含む。

第１遊星歯車セット６は、当該歯車セットのリング歯車Ｒによって接続線１５を介して内燃エンジン１に、当該歯車セットの遊星歯車Ｓによって接続線１６を介して第１電気機械２ａに、当該歯車セットの遊星キャリアＳＣによって接続線１７を介して第２遊星歯車セット８の遊星歯車Ｓに接続されている。第２遊星歯車セット８の遊星キャリアＳＣは、接続線１８を介して第１カプラ１０に、接続線２７、減速歯車２８、及び接続線２９により第３遊星歯車セット７のリング歯車に接続されている。第１カプラ１０は、当該第１カプラの他方の端部により接続線１９を介してブレーキ２０に接続されている。第１カプラ１０と第２遊星歯車セット８との間を接続する接続線２２は、減速歯車２３及び接続線２７により第２カプラ１１に接続されている。第２カプラ１１の他方の端部は、接続線２４、減速歯車２５、及び接続線２６により第２遊星歯車セット８のリング歯車Ｒに接続されている。接続線２６は、第２遊星歯車セット８と減速歯車２８との間で分岐している。第３遊星歯車セット７の遊星歯車Ｓは、接続線１４、減速歯車１３、及び接続線１２により内燃エンジン１に接続されている。第３遊星歯車セット７のリング歯車Ｒも、接続線３０を介して第４遊星歯車セット９の遊星キャリアＳＣに接続されている。第４遊星歯車セット９のリング歯車Ｒは、接続線３３を介してブレーキ３２に接続されており、当該第４遊星歯車セット９の遊星歯車Ｓは、接続線３１を介して第２電気機械２ｂに接続されている。第３遊星歯車セット７の遊星キャリアＳＣは接続線３４に接続されており、この接続線３４に続いて、減速歯車３５自体が接続線３６を介して減速歯車３７に接続され、減速歯車３７は、駆動輪５３に接続される接続機構３８に接続されている。第１電気機械２ａ及び第２電気機械２ｂは、接続線３ａ及び３ｂを介して電気蓄積源３に接続されている。

図１に示す無段変速機４は２つの作動モードを備えている。したがって、モード切り替えは、第１カプラ１０及び第２カプラ１１により行われる。カプラは、２つの端部を備える機械要素である。一般的な態様では、カプラが閉じているとき、当該カプラの両端部における回転速度は等しくなければならない。

この制約が２モード式無段変速機の状況に適用される場合、第１カプラ１０の一方の端部がブレーキ２０に接続されることを考慮に入れる必要がある。第１カプラ１０を閉じることが望ましい場合、第２遊星歯車セット８と、第２カプラ１１とに接続される当該第１カプラの端部は、ブレーキ２０に接続される端部の回転速度に等しい回転速度を有する必要がある。したがって、このことから、第１カプラ１０が閉じるとき、その両端部における回転速度はゼロでなければならないということが推論できる。

同様に、第２カプラ１１の一方の端部は第２電気機械２ｂに、他方の端部は第１カプラ１０に接続される。第２カプラ１１を閉じることが望ましい場合、当該第２カプラの両端部における回転速度が等しくなる必要があるので、第２電気機械２ｂの回転速度と第１カプラ１０の一方の端部の回転速度とは等しくなければならない。

第１作動モードは、第１カプラ１０を閉じ、かつ第２カプラ１１を開くときに実現する。

第２作動モードは、第１カプラ１０を開き、かつ第２カプラ１１を閉じるときに実現する。無段階切り替えを２つのモードの間で行なうためには、当該無段階切り替えを、２つのカプラの両端部における速度がゼロに近い状態で行なうことが好ましく、これによって、電気機械２ｂの速度が打ち消されてゼロになる。

更に、これらのカプラは異なる種類のものとすることができる。主な種類は、マルチディスク式カプラ又はラチェット式カプラである。マルチディスク式カプラは、圧力を保持する油圧機構を必要とする。ラチェット式カプラは相互嵌合形状を使用し、これらのカプラを所定の位置に保持するための能動機構を必要としない。従って、これらのラチェット式カプラによって、動力消費量の節約を実現することができる。従って、動力コストを安くするハイブリッド車両では、ラチェット式カプラによる解決策を採用することが好ましい。ラチェット式カプラが作動するためには、これらのカプラの両端部におけるトルクが、係合している間又はしていない間にゼロになる必要がある。この条件を取り入れることによって、切り替えが２つの作動モードの間で行なわれる場合には、機械２ａのトルクがゼロになる必要がある。

内燃エンジンの回転速度Ｗ_ｉｃｅ、第１電気機械の回転速度Ｗ_ｅ１、第２電気機械の回転速度Ｗ_ｅ２、出力シャフトの回転速度Ｗ_ｗｈについて考察する場合、以下の方程式によって、無段変速機に関連するこれらのパラメータを結び付けることができる。

第１モードでは、以下の方程式が得られる：

上式では、Ａ_１、Ｂ_１、Ｃ_１、及びＤ_１は定数パラメータである。

第２モードでは、以下の方程式が得られる：

上式では、Ａ_２、Ｂ_２、Ｃ_２、及びＤ_２は定数パラメータである。

これにより、更に、Ａ_１＝Ａ_２及びＣ_１＝Ｃ_２である。

上に詳述したように、モード切り替えは、第２電気機械のゼロ回転速度で行なわれなければならない。

数式１又は２の方程式から、以下の方程式を導くことができる。

数式３の系の方程式の一方から得られるＷ_ｅ１をＷ_ｅ１の表現式で置換することにより、以下の方程式が得られる。

このように、無段変速機の作動モードを切り替えている間は、車輪の回転速度は内燃エンジンの回転速度に比例する。

車両走行中の作動モードの切り替えを可能にし、且つ第２電気機械のゼロ回転速度の要件を満たすために、内燃エンジンを使用して車輪の回転速度を維持する。制御方法は、この知見に基づいて定義される。図２は、この制御方法が第１作動モードから第２作動モードへの切り替えに適用される場合を示している。

モード１からモード２への作動モードの切り替えが行なわれる場合、制御方法は以下のステップを含む。

ステップ３９では、車両の速度をモード１からモード２への限界遷移速度Ｖ_１→２と比較する。この速度に達するか又はこの速度を超えると、当該方法はステップ４０に進み、ステップ４０では、内燃エンジンによる車両の駆動が、車両の速度Ｖに依存する設定値Ｗｉｃｅ＿ｒｅｆに追従することにより開始される。以下の数式が成り立つ：

このフェーズでは、これらの電気機械が、熱エンジン及び車両を同時に駆動する。

車両は、車輪のトルクの設定値Ｔｏ＿ｒｅｆに追従することにより駆動される。

ステップ４１では、カプラ１０及び１１を作動させて、無段変速機の第２作動モードを起動する。

当該方法はステップ４２に進み、ステップ４２では、内燃エンジン１の速度を落としながら車両の駆動を行う。

当該制御方法の後、最初は第１作動モードにあった無段変速機４は、当該方法のステップ４３に示すように、第２作動モードになるように構成される。

当該制御方法は、第２作動モードから第１作動モードへのモード切り替えに、特にモード２からモード１への限界遷移速度Ｖ_２→１を考慮しながら適用することができる。

図３は、無段変速機の２つの作動モードの各々について、車両の速度の変化に伴う車輪のトルクの変化を示している。第１モードによってトルクＴ１を取得することができ、このトルクＴ１は小さくなって速度Ｖ１のときに打ち消されてゼロになる。第２モードによって、トルクＴ１よりも小さいトルクＴ２を取得することができ、トルクＴ２は小さくなって、Ｖ１よりも大きい速度Ｖ２のときに遮断を生じる。このように、第１モードでは、低速度において、第２モードにおけるトルクよりも大きいトルクが取得されることが分かる。更に、上記速度よりも速い速度では、第２モードによって、第１モードではトルクを車輪に伝達することができない場合にトルクを取得することができる。値Ｖ_２→１及びＶ_１→２は、モード切り替えが有利になり得る限界速度を示している。

同様に、当該制御方法を一般化して、無段変速機の幾つかの作動モードの間での切り替えを制御することができる。

更に、無段変速機の作動モード切り替えは、制御システムにより制御することができる。図４に示すこのようなシステムは、以下の主要な構成要素を備える。内燃エンジンの回転速度の設定値を決定する手段４４は、入力側では接続線５５を介してセンサ５４に、出力側では接続線４５を介して加算器４７の正入力に接続されている。加算器４７は、負入力側で、接続線４６を介してセンサ５４に接続されており、出力側では接続線４８を介して、第１電気機械のトルクを決定する手段４９に接続されている。補償手段５２は、入力側で、接続線５１を介してセンサ５４に接続されており、接続線５０を介して、第１電気機械のトルクを決定する手段４９に接続されている。補償手段５２は、出力側で接続線５３を介して第２電気機械２ｂに接続されている。

内燃エンジン１の回転速度の設定値を決定する手段４４は、センサ５４から車両の速度の値を受信する。決定手段４４は、出力として、内燃エンジン１の回転速度の設定値Ｗｉｃｅ＿ｒｅｆを生成する。第１電気機械２ａのトルクを決定する手段４９は、比例積分微分制御法により、第１電気機械２ａのトルク設定値Ｔｅ１を、設定値Ｗｉｃｅ＿ｒｅｆとセンサ５４から送出される内燃エンジンの回転速度の測定値Ｗｉｃｅとの差の関数として決定する。

補償手段５２は、第２電気機械のトルク設定値Ｔｅ２を、第１電気機械のトルク設定値Ｔｅ１と、センサ５４から受信するトルク要求値Ｔｏ＿ｒｅｆとの関数として決定する。次に、この設定値Ｔｅ２を第２電気機械２ｂに送信する。

別の構成として、スタータを使用して電気機械ではなくモータを駆動することができる。

制御システム及び制御方法によって、少なくとも２つの作動モードを含み、ハイブリッド車両に装着される無段変速機のモード切り替えを実現することができる。このモード切り替えは、車両が、ドライブトレインが駆動されている状態で走行しているとき、特に電気機械が作動している状態でのみ走行しているときに行なわれる。本制御システム及び本制御方法によって、前記モード切り替えを、車両の速度を落とすことなく、かつ車両の速度に関する一定の制御を維持しながら実行することができる。

Claims

高トルク、高速度の第１作動モード、及び高トルク、低速度の第２作動モードを備え、少なくとも２つの電気機械（２ａ、２ｂ）と少なくとも１つの内燃エンジン（１）とを搭載する自動車に取り付けられる無段変速機（４）のモード切り替えを制御するシステムであって、前記無段変速機が前記電気機械（２ａ、２ｂ）と前記内燃エンジン（１）とに機械的に接続されているもので、
前記内燃エンジンの回転速度の設定値を決定する手段（４４）と、
前記内燃エンジンの前記回転速度の設定値と前記内燃エンジンの前記回転速度の測定値との差を求めることができる加算器（４７）と、
前記第１電気機械のトルクを決定する手段（４９）であって、前記第１電気機械（２ａ）のトルク設定値を、前記内燃エンジン（１）の前記回転速度の設定値と前記内燃エンジン（１）の前記回転速度の測定値との差の関数として決定することができる前記手段（４９）と、
前記第２電気機械（２ｂ）のトルク設定値を、前記第１電気機械（２ａ）の前記トルク設定値と、運転者によるトルク要求との関数として決定することができる補償手段（５２）と
を備えていることと、
前記第２電気機械（２ｂ）を制御することにより、モード切り替えの前及び後に、少なくとも１つの電気機械のみが作動している状態で、前記車両を駆動しながら前記モード切り替えを実行できることと
を特徴とするシステム。
前記内燃エンジンの回転速度の設定値を決定する手段（４４）は、前記内燃エンジン（１）の回転速度の設定値を、前記車両の速度の関数として決定することができる、請求項１に記載の制御システム。
前記第１電気機械のトルクを決定する前記手段（４９）は比例積分微分手段である、請求項２に記載の制御システム。
高トルク、高速度の第１作動モード、及び高トルク、低速度の第２作動モードを備え、少なくとも２つの電気機械（２ａ、２ｂ）と少なくとも１つの内燃エンジン（１）とを搭載する自動車に取り付けられた無段変速機（４）のモード切り替えを制御する方法であって、前記無段変速機は前記電気機械（２ａ、２ｂ）と前記内燃エンジン（１）とに機械的に接続されているもので、
少なくとも１つの電気機械のみが作動している状態で走行している前記車両の速度を導出するステップと、
前記車両の前記速度が作動モード切り替え速度を超えたときに前記無段変速機（４）の作動モード切り替えを開始するステップと、
前記車両を前記内燃エンジン（１）で駆動することにより前記車両の前記速度を維持するステップと、
カプラ（１０）及び（１１）を作動させてモードを切り替えるステップと、
内燃エンジン（１）が作動を停止するまでを該内燃エンジンの速度を落とすステップと
を含むことを特徴とする方法。
前記内燃エンジン（１）の回転速度の設定値を、前記車両の速度の関数として決定する、請求項４に記載の制御方法。
前記第１電気機械（２ａ）のトルク設定値を、比例積分微分的計算により、前記内燃エンジン（１）の回転速度の設定値と前記内燃エンジン（１）の回転速度の測定値との差の関数として決定する、請求項４又は５に記載の制御方法。
前記第２電気機械（２ｂ）のトルク設定値を、前記第１電気機械（２ａ）の前記トルク設定値と、運転者によるトルク要求との関数として決定する、請求項４ないし６の一項に記載の制御方法。