JP2014508063A - ハイブリッド車両用ドライブトレインの作動方法及び制御装置 - Google Patents

ハイブリッド車両用ドライブトレインの作動方法及び制御装置 Download PDF

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Abstract

少なくとも内燃機関（１）及び電気機械（２）を含むハイブリッド駆動装置と，ハイブリッド駆動装置及び出力部（４）の間に接続された自動又は半自動変速機（３）と，内燃機関（１）及び電気機械（２）の間に接続されたクラッチ（５）とを備えるハイブリッド車両用ドライブトレインにおいて，クラッチ（５）の初期解放状態における純電気的な駆動時に内燃機関（１）を始動させるドライブトレインの作動方法を提供する。内燃機関（１）を始動させるため，クラッチ（５）を少なくとも部分的に締結して電気機械（２）により内燃機関（１）を引きがけする。その際，内燃機関（１）の回転数が所定の限界値以上になったときに，内燃機関（１）の始動と並行して変速機（３）のシフトダウンを開始させる。
【選択図】図１

Description

本発明は，ハイブリッド車両用ドライブトレインを作動させるための，請求項１の上位概念部分に記載した作動方法，並びに請求項７の上位概念部分に記載した制御装置に関する。
ドイツ特許出願公開第10260435号公報（特許文献１）は，内燃機関及び電気機械を含むハイブリッド駆動装置を備え，ハイブリッド駆動装置における内燃機関と電気機械の間にクラッチが接続されるハイブリッド車両用ドライブトレインの作動方法を開示している。このドライブトレインは，駆動ユニットとドライブトレインの出力部との間に接続される変速機を更に備えている。この従来技術から，車両がハイブリッド駆動装置の電気機械により純電気的に駆動されている場合に内燃機関を始動させるため，内燃機関と電気機械との間に接続されたクラッチを締結して内燃機関を電気機械により「引きがけ」することが既知である。
ドイツ特許出願公開第102006034934号公報（特許文献２）は，ハイブリッド車両用ドライブトレインの更なる作動方法を開示している。この作動方法は，内燃機関を始動させるために内燃機関と電気機械の間に接続されたクラッチを同様に締結する際，そのクラッチの締結，即ち内燃機関を始動させるための電気機械から内燃機関へのトルク伝達と，変速機のシフトダウン操作とを時間的に結合させる。
ドイツ特許出願公開第102 60 435号公報 ドイツ特許出願公開第10 2006 034 934号公報
上述した背景技術に鑑み，本発明の基礎をなす課題は，ハイブリッド車両用ドライブトレインを作動させるための新規な作動方法及び制御装置を実現することである。
この課題は，請求項１に記載した作動方法により解決される。本発明においては，内燃機関の回転数が所定の限界値以上になったときに，内燃機関の始動と並行して，変速機におけるシフトダウンを開始させるものである。
本発明においては，電気機械により内燃機関を引きがけした後，内燃機関の回転数が所定の限界値以上となったとき，これと並行して変速機においてシフトダウンを開始させる。これにより，内燃機関の始動及び変速機のシフトダウンに要する時間を短縮し，ドライブトレインの即応性を向上することが可能である。変速機において実行されるシフトダウンの開始を，内燃機関の回転数が所定の限界値に達するか又はそれを超えることに連動させると，実行されるシフトダウンを内燃機関の始動に対して最適化することができる。
本発明の好適な実施形態によれば，内燃機関を始動するために，先ずクラッチを少なくとも部分的に締結し，クラッチにより電気機械のトルクを伝達して内燃機関を引きがけする。続いて，内燃機関の回転数が所定のしきい値以上となったときに，クラッチがトルク伝達を行わず，内燃機関が自由に始動回転するようにクラッチを解放する。その後，内燃機関の回転数が電気機械の回転数以上となったときに，クラッチを締結して内燃機関をドライブトレインに連結する。この場合，内燃機関の回転数が所定の限界値以上となったときに，内燃機関の始動と並行して，変速機においてシフトダウンを開始させる。
本発明に係る方法に基づく上述の作動シーケンスにより，一方では支障無く内燃機関を始動させ，他方ではシフトダウンの実行と内燃機関の始動が互いに最適の状態で調整される。
好適には，内燃機関を始動するために，先ずクラッチを少なくとも部分的に締結し，シフト阻止指令をシフト制御手段に，またシフト要求指令をシフトストラテジー手段に出力し，その際，シフトストラテジー手段によりハイブリッド走行において変速機のシフトダウンが必要かをチェックし，内燃機関の回転数が所定の限界値以上となったときにシフト阻止指令を撤回する。
一方ではシフト阻止指令をシフト制御手段へ，他方ではシフト要求指令をシフトストラテジー手段へと同時に伝達することは，内燃機関を引きがけするためにクラッチを少なくとも部分的に締結する場合に，制御の観点から特に利点がある。即ち，先ずシフト制御手段によりシフトダウンの実行を阻止する。しかし，それと並行して，シフトストラテジー手段により，ハイブリッド走行において変速機のシフトダウンが必要か否かをチェックすることができる。その後，内燃機関の回転数が所定の限界値以上になったときにシフト阻止指令が撤回され，それによって，内燃機関の始動と並行してシフトダウンの開始及び実行が可能になる。このようにして，一つの制御装置により本発明に係る方法を特に有利に実施することが可能となる。
本発明の好適な実施形態において，内燃機関の回転数が所定の限界値以上になったときに，内燃機関の始動と並行して，変速機のシフトダウンを開始させるに当たり，この限界値は，実行されるシフトダウンの実際の変速段，及び／又は実行されるシフトダウンの目標変速段，及び／又は変速機の変速機温度に基づいて決定する。内燃機関の回転数に対する所定の限界値を，実際の変速段及び／又は目標変速段及び／又は変速機温度に基づいて決定することにより，本発明に係る作動方法を，ドライブトレインの異なる運転状況に応じて最適に調整することができる。
ハイブリッド車両用ドライブトレインを作動させるための本発明に係る制御装置は，請求項７に記載したとおりである。
以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に詳述するが，本発明が特定の実施形態に限定されるものでないことは，言うまでもない。
本発明に係る方法に適用可能なドライブトレインの概略図である。 本発明に係る方法を説明するグラフである。
図１はハイブリッド車両用ドライブトレインの実施形態を例示し，ドライブトレインのハイブリッド駆動装置は内燃機関１及び電気機械２から構成する。ハイブリッド駆動装置の内燃機関１及び電気機械２は駆動トルクを供給可能であり，その駆動トルクは変速機３により変換され，出力部４へ割り当てられる。
変速機３は，自動変速機又は半自動変速機で構成する。図１に示すように，変速機３は，例えばクラッチ又はブレーキで構成されたシフト要素６を備える。変速機３のシフト操作を実行するために，少なくとも１個のシフト要素６を接続又は締結すると共に，少なくとも１個の更なるシフト要素６を解除又は解放する。
ハイブリッド駆動装置における内燃機関１と電気機械２の間には，クラッチ５が接続されている。クラッチ５を解放すると内燃機関１がドライブトレインから連結解除され，クラッチ５を締結すると内燃機関がドライブトレインに連結される。
図１には示されていないが，電気機械２と変速機３との間で変速機３の外側に始動要素を追加接続することも可能である。図１においては，変速機３が変速機内に始動要素を備え，好適にはシフト要素６のうちの１個を始動要素として割り当てる。
図１は，ドライブトレインが制御装置７を備えていることを更に示す。破線矢印で示すように，制御装置７は内燃機関１，電気機械２，変速機３及びクラッチ５に接続しており，これらの構成要素との間でデータ交換を行う。更に，制御装置７は，特にアクセルペダル８との間でもデータ交換を行う。
制御装置７は，シフト制御手段９と，シフトストラテジー手段10とを備える。シフト制御手段９は，変速機３における変速段の変更又は切り換えの実行を制御又は規定する。また，シフトストラテジー手段10は変速機の切り換えが必要かをチェックする。シフトストラテジー手段10は，特に運転手のアクセルペダル８の操作に基づいて，こうしたチェックを実行する。
本発明は，内燃機関１を始動させるための方法に関する。即ち，内燃機関１が静止しており，クラッチ５が解放され，内燃機関がドライブトレインから連結解除された純電気的な駆動状態にあるドライブトレインの初期状態から内燃機関１を始動させるものである。これにより，内燃機関の始動に要する時間を短縮し，必要であれば変速機３においてシフトダウンを実行してドライブトレインの即応性を向上するものである。
本発明においては，クラッチ５が初期解放状態にあるドライブトレインの純電気的駆動状態から内燃機関１を始動させるために，先ずクラッチ５を少なくとも部分的に締結し，電気機械２により内燃機関１を引きがけする。即ち，クラッチ５により，電気機械２からのトルクを伝達して内燃機関１を引きがけするのである。ここで例えば，アクセルペダル８の作動に起因して，シフトストラテジー手段10が変速機３においてシフトダウンが必要と判断すると，内燃機関１の回転数が所定の限界値に達するかそれを超えると，内燃機関１の始動と並行して，変速機３においてシフトダウンを開始させる。この場合，制御装置７は実行を制御又は規定する。
本発明の更なる詳細及び有利な実施形態について，図２を参照に説明する。図２は，時間tに亘る複数のパラメータの経時変化，即ち内燃機関１の回転数ｎの経時変化11，電気機械２の回転数ｎの経時変化12，及びクラッチ５制御の経時変化13を示すタイムチャートである。クラッチ５制御の経時変化13は，この制御により調整される伝達トルクＭの経時変化である。更に，シフト制御手段９へのシフト阻止指令伝達の経時変化14，シフトストラテジー手段10へのシフト要求指令伝達の経時変化15，変速機３においてシフトダウンを実行するために接続又は締結するシフト要素６のトルク経時変化16，変速機３においてシフトダウンを実行するために解除又は解放する更なるシフト要素６のトルク経時変化17，ドライブトレインの運転状態の経時変化18を示す。
図２は，本発明に係る方法の初期状態において，時点t1以前は，電気機械２がドライブトレインを純電気的に駆動するように作動し，内燃機関１が静止しており，クラッチ５が解放されているためにトルク伝達を行わずにドライブトレインから切り離されていることを示す。
アクセルペダル８の作動による要求に基づいて，内燃機関１を始動させる場合を例に挙げる。例えば，アクセルペダルの作動に起因して，運転手が要求している運転手要求トルクが電気機械２によって出力部４に割り当てることができないと判断されると，電気機械２により内燃機関１を引きがけする。その際，時点t1をもって先ずクラッチ５を少なくとも部分的に締結する。クラッチ５が内燃機関１を引きがけすべく，電気機械２のトルクを伝達可能になると，クラッチ５を締結する。これは時点t2のケースである。
引き続いて，内燃機関１の回転数が所定のしきい値以上となって内燃機関１が単体で始動可能となったときに，少なくともクラッチ５がトルク伝達を行わず，内燃機関１が自由に始動回転するようにクラッチ５を解放する。この状態は，図２の時点t3で発生する。
その後，内燃機関１の回転数が電気機械２の回転数以上となったときにクラッチ５を締結して内燃機関１をドライブトレインに連結する。この状態は，図２の時点t4で発生する。
内燃機関１の始動及び変速機３におけるシフトダウンの実行の経時プロセスを短縮し，ドライブドレインの即応性を向上させるため，内燃機関１の回転数が所定の限界値以上となったときに，内燃機関１の始動と並行して，変速機３におけるシフトダウンを開始させる。この状態は図２の時点t5で発生し，時点t5は時点t3と一致する。
しかしながら，時点t5は時点t3の後とすることも可能である。何れの場合でも，時点t5は時点t4の前とする。時点t5と時点t3とを一致させると，特に高い即応性が確保される。
内燃機関１の回転数に係る所定の限界値は，これに達するかそれを超える際に，内燃機関１の始動と並行して，変速機３においてシフトダウンを開始させるものであり，他方，内燃機関１の回転数に係る所定のしきい値は，これに達するかそれを超える際にクラッチ５を再び解放し，内燃機関１を自由に始動回転させるものである。この場合において前者の限界値は，後者のしきい値よりも高く，かつ電気機械２の回転数よりも低く設定する。
内燃機関１の始動と並行して変速機３においてシフトダウンを開始させるための内燃機関１の回転数に係る所定の限界値は，好適には，実行されるシフトダウンの実際の変速段，目標変速段及び変速機３の変速機温度に応じて決定する。これにより，内燃機関１の引きがけと，変速機３におけるシフトダウンの実行がドライブトレインの実際の運転状況に基づいて相互に最適調整される。
図２は，内燃機関１を始動するため，先ず時点t1においてクラッチ５の少なくとも部分的な締結を開始し，シフト阻止指令14をシフト制御手段９に，シフト要求指令15をシフトストラテジー手段10に同時出力することを更に示している。
信号の経時変化14から明らかなように，出力されたシフト抑圧指令又はシフト阻止指令は，変速機３におけるシフトの実行を阻止する。信号の経時変化15から明らかなように，出力されたシフト要求指令により，シフトストラテジー手段10は，以降のハイブリッド走行において変速機３のシフトダウンが必要か否かを並行してチェック可能である。
その後，シフトストラテジー手段10が変速機３のシフトダウンを必要と判断し，時点t5において内燃機関１の回転数が所定の限界値以上となったときに，シフト阻止指令14が撤回され，変速機３において切り換え又は変速段の変更の実行が開始可能になる。変速機３において変速段の変更又は切り換えを実行するために，少なくとも１個のシフト要素６を解放又は解除し（トルク変化17を参照），少なくとも１個の更なるシフト要素６を締結又は接続する（トルク変化16を参照）。
切り換えは時点t5で開始し，時点t6で終了する。内燃機関の引きがけは，時点t1で開始し，時点t7で，即ち切り換えが終了する以前に終了する。
ドライブトレインの駆動状態は，時点t7までは（変化18参照）電気駆動であり，時点t7の後はハイブリッド駆動となる。
時点t4においてクラッチ５が締結されて内燃機関１がドライブトレインに連結されると，実際の切り換えが開始される。実際の切り換えの際に，クラッチ５は強い圧接状態で，又は滑りを伴いながら作動する。
本発明に係る方法は，制御装置７により実行する。即ち，本発明に係る方法は，制御装置７によりその実行が制御され，及び／又は調整されるものである。制御装置７は，シフト制御手段９と，シフトストラテジー手段10とを備えている。制御装置７は，内燃機関１，電気機械２及びアクセルペダル８からデータを受信する。制御装置７は，作動指令をクラッチ５に送信して内燃機関１を始動させ，変速機３に送信して変速機のシフト要素６によりシフトダウンを実行する。シフト制御手段９及びシフトストラテジー手段10は，制御装置7において本発明に係る方法を実行するための手段を構成するものである。
１ 内燃機関
２ 電気機械
３ 変速機
４ 出力部
５ クラッチ
６ シフト要素
７ 制御装置
８ アクセルペダル
９ シフト制御手段
10 シフトストラテジー手段
11 内燃機関の回転数変化
12 電気機械の回転数変化
13 クラッチのトルク変化
14 シフト阻止指令の経時変化
15 シフト要求指令の経時変化
16 締結されるシフト要素のトルク経時変化
17 解除されるシフト要素のトルク経時変化
18 ドライブトレインの作動状態の経時変化

Claims (8)

  1. 少なくとも内燃機関（１）及び電気機械（２）を含むハイブリッド駆動装置と，該ハイブリッド駆動装置及び出力部（４）の間に接続された自動又は半自動変速機（３）と，内燃機関（１）及び電気機械（２）の間に接続されたクラッチ（５）とを備えるハイブリッド車両用ドライブトレインを作動させることにより，クラッチ（５）の初期解放状態における純電気的な駆動時に内燃機関（１）を始動させるためのドライブトレインの作動方法であって，前記クラッチ（５）を少なくとも部分的に締結して前記電気機械（２）により前記内燃機関（１）を引きがけすることにより該内燃機関（１）を始動させ，前記内燃機関（１）の回転数が所定の限界値以上になったときに，該内燃機関（１）の始動と並行して前記変速機（３）のシフトダウンを開始させることを特徴とする作動方法。
  2. 請求項１に記載の作動方法であって，前記内燃機関（１）を始動させるために前記クラッチ（５）を少なくとも部分的に締結し，該クラッチ（５）により前記電気機械（２）のトルクを伝達して前記内燃機関（１）を引きがけし，前記内燃機関（１）の回転数が所定のしきい値以上になったときに，少なくとも前記クラッチ（５）がトルク伝達を行わず，前記内燃機関（１）が自由に始動回転するように前記クラッチを解放し，前記内燃機関（１）の回転数が前記電気機械（２）の回転数以上になったときに前記クラッチ（５）を締結して前記内燃機関（１）をドライブトレインに連結し，前記内燃機関（１）の回転数が前記所定の限界値以上になったときに，前記内燃機関（１）の始動と並行して，前記変速機（３）においてシフトダウンを開始させることを特徴とする作動方法。
  3. 請求項１又は２に記載の作動方法であって，前記内燃機関（１）を始動するために先ず前記クラッチ（５）を少なくとも部分的に締結し，シフト阻止指令をシフト制御手段（９）に出力することを特徴とする作動方法。
  4. 請求項３に記載の作動方法であって，前記内燃機関（１）の回転数が前記所定の限界値以上になったときに前記シフト阻止指令を撤回することを特徴とする作動方法。
  5. 請求項１から４の何れか一項に記載の作動方法であって，前記内燃機関（１）を始動させるために前記クラッチ（５）を少なくとも部分的に締結する際，シフト要求指令をシフトストラテジー手段（10）に出力し，該シフトストラテジー手段（10）により，ハイブリッド走行において前記変速機（３）のシフトダウンが必要か否かをチェックすることを特徴とする作動方法。
  6. 請求項１から５の何れか一項に記載の作動方法であって，前記内燃機関（１）の回転数が前記所定の限界値以上になったときに，前記内燃機関（１）の始動と並行して前記変速機（３）のシフトダウンを開始させるに当たり，該限界値を，実行されるシフトダウンの実際の変速段及び／又は実行されるシフトダウンの目標変速段及び／又は前記変速機（３）の変速機温度に基づいて決定することを特徴とする作動方法。
  7. ハイブリッド車両のドライブトレインを作動させるための制御装置であって，ハイブリッド駆動装置の内燃機関（１）を純電気的な駆動状態から始動するために，前記内燃機関（１）と前記ハイブリッド駆動装置の電気機械（２）との間に接続され，初期解放状態にあるクラッチ（５）の制御により該クラッチ（５）を少なくとも部分的に締結し，前記ハイブリッド駆動装置の前記電気機械（２）により前記内燃機関（１）を引きがけして始動させる制御装置において，前記内燃機関（１）の回転数が所定の限界値以上になったときに，前記内燃機関（１）の始動と並行して，変速機（３）を制御することにより該変速機（３）のシフトダウンを開始させることを特徴とする制御装置。
  8. 請求項７に記載の制御装置であって，請求項１から６の何れか一項に記載の方法を実行するための手段を備えることを特徴とする制御装置。
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