JP2016515975A - ギアボックスのアイドラピニオンをアイドラピニオンのシャフトと同期させるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、機械的同期体を有さない第２連結手段（１３）のロックによる、少なくとも１つのアイドラピニオン（１１、１２）のうちの１つの、そのシャフト（１０）との連結を可能にするための、ハイブリッド変速装置の２つの同心一次シャフト（１、６）が第１連結手段（５）によって回転式に連結されるハイブリッドモード運転における、前記２つのシャフトの共通速度（ωｐ）を、前記ピニオン（１１、１２）を備える二次伝動シャフト（１０）の速度（ωｓ）と同期させるための方法に関し、電気機械のトルク（Ｔｅ）は、その値が上限値Ｔｅｍａｘ又は下限値Ｔｅｍｉｎに達した時に、完璧な連結の条件を満たすために、同期フェーズにおいて一時的に低減される。【選択図】図４

Description

本発明はギアボックス内のギアシフト制御の分野に関する。

より具体的には、本発明は、ハイブリッド変速装置の２つの同心一次シャフトが第１連結手段によって回転式に連結されるハイブリッドモード運転における、燃焼機関からのトルク及び電気機械からのトルクを累積的に受容するそれら２つのシャフトに共通の速度を、少なくとも１つのアイドラピニオンを担持する二次伝動シャフトの速度と同期させる方法、及びそのための装置に関する。提案されている同期により、これらのピニオンのうちの１つが、機械的同期部材を有さない第２連結手段のロックによって、そのピニオンのシャフトに連結されることが可能になる。

この発明は、限定されないが、燃焼機関及び電気駆動機械が設けられた自動車のためのハイブリッド変速装置であって、車両の車輪に連結された二次シャフトに伝動する少なくとも１つのギアを各々が担持する、２つの同心一次シャフトと、３つの位置を占めうる２つの一次シャフト間を連結する第１手段とを備えるハイブリッド変速装置に適用する。前記３つの位置においては、燃焼機関は、電気機械を車輪に連結する駆動トレインから切り離されるか、燃焼機関は、電気機械からの寄与があろうがなかろうが車輪を駆動するか、或いは、燃焼機関は、燃焼機関と電気機械のトルクが組み合わせられうるように電気機械に連結される。

図１は、この設計原則を使用するハイブリッド変速装置の非限定的な実施例を描写している。公報ＷＯ２０１２／１３１２５９に示されたこの変速装置は、ろ過システム（ダンピングハブ、ダンパ、ダブルフライホイールなど）２によって、燃焼機関（図示せず）の慣性フライホイール３に直接連結された、中実一次シャフト１を備える。中実シャフト１は、第１連結システム５（ドッグクラッチ、シンクロメッシュ、又は他の種類の進歩的又は非進歩的な連結）によって中実シャフトに連結されうる、アイドラピニオン４を担持する。中空一次シャフト６は電気機械７のロータに連結される。中空シャフト６は２つの固定されたピニオン８、９を担持する。中空シャフト６は、第１連結システム５を用いて中実一次シャフト１に連結されうる。二次シャフト１０は２つのアイドラピニオン１１及び１２を担持する。アイドラピニオン１１、１２は第２連結システム１３（ドッグクラッチ、シンクロメッシュ、又は他の種類の進歩的又は非進歩的な連結）を用いて、一次シャフトに連結されうる。二次シャフト１０はまた、固定されたピニオン１４、及び、車両の車輪に連結された差動装置１６に伝動するピニオン１５を担持する。

前述のように、第１連結手段５は少なくとも３つの位置を占めうる。それらの位置においては、
燃焼機関は、電気機械７を車輪に連結する駆動トレインから切り離され（図１、図２及び図３に示すように、スライディングギアが中央にある）、
燃焼機関は、電気機械からの寄与があろうがなかろうが車輪を駆動し（スライディングギアは左側へ）、かつ、
燃焼機関及び電気機械７のそれぞれのトルクが組み合わせられ車輪へと送られるような様態で、燃焼機関と電気機械７とが連結される（スライディングギアは右側へ）。

ハイブリッドモードにおいて（図２及び３を参照）、電気機械が中空一次シャフト６を駆動する一方で、中実シャフトが燃焼機関からトルクを受容する。ギアボックスは、「街路」及び「高速道路」と称される２つのハイブリッド変速比を有し、それらにおいてトルクは、固定されたピニオン８又は９を介して二次シャフト１０へと伝動される。これら２つの変速比の一方から他方へと移行するために、ギアボックスは、第２連結システム１３を有する。同期リングが存在しない場合、スライディングギアをピニオンと連結させるためにドッグクラッチを使用するシステムは、トルクの流れにおけるジャーク（ガタツキ）を回避するために、電気機械及び／又は燃焼機関による一次速度の正確な制御を必要とする。

公報ＦＲ２ ９３３ ２４７ は、電気機械のシャフトを電気自動車又はハイブリッド自動車のホイールシャフトと連結するための方法を開示している。説明されている方法には以下のステップが含まれる。
電気機械に、電気機械のシャフトとホイールシャフトとの間のステップダウン比とは無関係に、ホイールシャフトの速度に対応する速度設定点を付与されるステップ、
電気機械のシャフトの速度が校正可能閾値に到達すると、それにゼロトルクが印加され、かつ、電気機械のシャフトの速度を車輪に連結されたシャフトの速度と等しくするように、機械的同期装置が起動されるステップ、及び、
電気機械のシャフトの速度が（ステップダウン比とは無関係に）車輪に連結されたシャフトの速度と等しくなるやいなや、ドッグクラッチ係合が実行されるステップ。

この方法では、電気機械は最初に、車輪に連結されたシャフトの速度に正確に等しい訳ではないがそれに近い速度に到達するように動作させられる。同期装置が次いで２つのシャフトの間で速度を完全に等しくし、次いで最終的に、ドッグクラッチ係合によって速度比が実行される。

機械的連結に先立ってアイドラピニオンの速度をシャフトと等しくするように、アイドラピニオンに伝動されるトルクを単に調節することによって、機械的同期部材を同期させずに、ギアボックスのシャフト上のアイドラピニオンを同期させることが、既に提案されている。

しかし、別々であるが連結手段によって互いに連結されている２つの動力源によって駆動される同心一次シャフトを備えるハイブリッド車両のギアボックスの場合には、燃焼機関は、ハイブリッドモードでギアシフトの一定のフェーズにおいて機械により引き起こされる慣性力を含む。そのため、電気機械によって克服されるべき慣性力は、一時的に１０倍に増幅され、この機械のトルク飽和をもたらす。

提案されている制御方式は、ピニオンをそれらのシャフトに連結するフェーズを、可能な限り透過的にするという目的を有する。

その目的を達成するために、運転者に対して透過的な様態で、電気機械のトルクの非飽和を提供することが求められ、トルク要求は、ギアシフト全体を通じて継続的に満たされる必要がある。

この目的を達成するために、本発明は、トルク値が上限値又は下限値によって表される限界値に到達した時に、完璧な連結のための条件を満たすように、同期フェーズにおいて電気機械のトルクが一時的に低減されることを企図している。

従って、対応する装置は、あらゆる状況下で完璧な連結の条件を満たすために、同期フェーズにおいて電気機械のトルクが一時的に低減されることを可能にする、少なくとも２つの電気機械コマンド式トルク非飽和ユニットを備える。

本発明は、下記の添付図面を参照しつつ、後述の限定されない本発明の一実施形態の説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。

ニュートラルにおける、ハイブリッド変速装置の駆動トレインを示す。 ハイブリッド変速装置のハイブリッド変速比のうちの２つのいずれかにおける、ハイブリッド変速装置の駆動トレインを示す。 ハイブリッド変速装置のハイブリッド変速比のうちの２つのいずれかにおける、ハイブリッド変速装置の駆動トレインを示す。 同期装置を描写する。 図４の調節装置である。 図４の第１非飽和機を示す。 図４の第２非飽和機を示す。 提案されている方法の結果を示す。 別の非飽和システムである。

図２では、中実シャフト１を中空シャフト６に固定するように、第１連結手段５が位置３にロックされている。低いギア比のアイドラピニオン１２及び二次シャフト１０を固定するように、第２連結システム１３はロックされている。変速装置は、低いギア比のハイブリッドモードである。燃焼機関から及び電気機械からの、駆動トレインへの寄与は組み合わせられる。それらは、ピニオン８、１２の承継によって、中空一次シャフト６から二次シャフトへと伝動される。

図３では、第１連結手段５は、図５と同じく位置３で依然としてロックされている。中実一次シャフト１は、従って、中空一次シャフト６に固定される。第２連結システム１３もロックされており、中間変速比のアイドラピニオン１１が二次シャフト１０に固定される。変速装置は、中間変速比のハイブリッドモードである。燃焼機関及び電気機械の駆動トレインへの寄与は組み合わせられる。

所望の同期は、２つの同心一次シャフトが第１連結手段５によって回転式に連結されるハイブリッドモード運転における燃焼機関からのトルクＴ_ｉｃｅ、及び電気機械７からのトルクＴ_ｅを累積的に受容するそれら２つのシャフトに共通の速度ω_ｐと、アイドラピニオン１１、１２を担持する二次伝動シャフト１０の速度ω_ｓとの同期である。同期部材を有さない第２連結手段１３を単にロックすることによって、これらのピニオンのうちの１つをそのピニオンのシャフト１０に連結しなければならない。

上記のように、機械的同期手段が存在しない場合、アイドラピニオン１１又は１２がドッグクラッチによってシャフト１０に連結される前のそれらのピニオンの同期は、電気機械により供給されるトルクを調整することによって実行されうる。これが、２つのハイブリッド変速比の間のシフト中に行われることであり、シフトは、ピニオン１１及び１２を二次シャフト１０に連結するドッグクラッチによって、トルクの中断と共に実施される。これらのギアシフトを達成する上で克服されるべき主たる困難は、
急な下り坂で強くブレーキをかけるという好ましくない場合に対応する、「斜路」タイプの経路を辿ることの困難、
速度の不一致が、非常に迅速に毎分約３０回転（ドッグクラッチ係合がきちんと実施されるために必要な条件）まで減少するように、十分な静的精度を有することの困難、
このフェーズではシステムが制御不可能になりがちであることから、可能な限り迅速に電気トルクを非飽和することの困難、及び、
連結フェーズ中に遭遇しがちなトルクの流れのジャーク（ガタツキ）の主な原因を消去し、それによって、連結システムの機構部品の有害な摩耗を回避することの困難である。

ω_ｅが電気機械の速度である場合、Ｔ_ｅは電源のトルクであり、Ｊ_ｅは電気機械の慣性力であり、次いで、電気機械の動態は次の式で書き表されうる。

ここで、Ｔ_ｄｅという表現は、未知の外因性入力である、電気エネルギー源の抵抗トルクである。

同様に、燃焼機関の動態は、次のように書き表されうる。

（２）
ここで、Ｊ_ｉｃｅは燃焼機関の慣性力であり、ω_ｉｃｅは燃焼機関の速度であり、ω_ｉｃｅは燃焼機関の速度であり、Ｔ_ｉｃｅは燃焼機関のトルクであり、かつ、Ｔ_ｄｉｃｅは、未知の外因性入力である、燃焼エネルギー源の抵抗トルクである。

上記を踏まえるに、ハイブリッドモードでの関連ギアシフトにおいて、ω_ｅ＝ω_ｉｃｅ＝ω_ｐ（一次速度）であり、次のように書き表すことが可能である。

図４では、ω_ｐは依然として動力源に関連付けられた一次速度であり、ω_ｓは車両の車輪に連結された二次シャフトの速度である。調節装置は、一次速度の現在値ω_ｐ、及び、ハイブリッド運転中の一次シャフトと二次シャフトとの間に減速比Ｋとは無関係に二次速度と等しい同期速度を求める要求を、入力として受信する。調節装置は、要求された電気トルクＴ_ｅ ^{ａｐｐｌｉ}を電気機械の最小トルクであるＴ_ｅ ^ｍｉｎと電気機械の最大トルクであるＴ_ｅ ^ｍａｘとの間に保持する、第１のリミッタユニット又はリミッタに、電気トルク設定点Ｔ_ｅを送信する。

Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ及びＴ_ｅ ^ｍａｘの値はそれぞれ、低非飽和機（１）及び高非飽和機（２）に送信される。電気トルク信号Ｔ_ｅ，が低飽和又は高飽和である場合、非飽和機は、燃焼機関に、第２リミッタによって最小値と最大値（Ｔ_ｉｃｅ ^ｍｉｎ：燃焼エネルギー源の最小トルク、Ｔ_ｉｃｅ ^ｍａｘ：燃焼エネルギー源の最大トルク）との間に限定されるトルク設定点Ｔ_ｉｃｅを送信する。第２リミッタは、燃焼機関に適用されるトルク設定点、Ｔ_ｉｃｅ ^{ａｐｐｌｉ}を伝送する。

図４の装置は、燃焼機関によって供給されるトルクの値Ｔ_ｉｃｅで動作する、２つの非飽和ユニットを備える。それにより、トルクＴ_ｅがその最小値Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ（非飽和機１）又はその最大値Ｔ_ｅ ^ｍａｘ（非飽和機２）において限界値に到達した時に、電気機械に「非飽和」燃焼トルクを付加するように、非飽和ユニット１及び２を作動させることによって、電気機械のトルクが非飽和されることが可能になる。

この装置は、ピニオン１１又は１２のシャフト１０との完璧な連結のための条件を満たすために、ステップダウン比Ｋとは無関係に、一次シャフトの速度ω_ｐと二次シャフトの速度ω_ｓとを同期させるフェーズにおいて、電気トルクを低減する。

図５の調節装置ユニットは、一次速度要求を一次速度ω_ｐと比較する。その相違の積分値は、静誤差を消去するために演算内に導入される。基準信号Ｔ_ｅ，を発生させるために、積分動作によって生成された信号Ｔ_ｅ ^ｉｎｔと、比例動作によって生成された信号Ｔ_ｅ ^ｐｒｏｐとが合計される。

図５の調節装置ユニットによって発生したトルクＴ_ｅは、次いで、最小トルクＴ_ｅ ^ｍｉｎと、及び、最大トルクＴ_ｅ ^ｍａｘと比較される。

Ｔ_ｅ≦Ｔ_ｅ ^ｍｉｎである場合、図６の非飽和機ブロック１（それにおいてＫ_ｐ及びＫ_ｉは校正可能な利得である）は、トルクＴ_ｅが最小トルクＴ_ｅ ^ｍｉｎよりも大きくなるまで燃焼機関と共に減速を行うような様態で作動し、基準信号Ｔ_ｉｃｅを発生させる。この基準信号を発生させるために、積分動作によって生成された信号Ｔ_ｅ ^ｉｎｔと、比例動作によって生成された信号Ｔ_ｅ ^ｐｒｏｐ（図６を参照）とが合計される。電気機械７のトルクは、このように、燃焼機関によって供給されるトルクの値Ｔ_ｉｃｅに影響を及ぼすことによって低減される。

Ｔ_ｅ≧Ｔ_ｅ ^ｍｉｎである場合、図７の非飽和ユニット２（それにおいてもＫ_ｐ及びＫ_ｉは校正可能な利得である）は、トルクＴ_ｅが最大トルクＴ_ｅ ^ｍａｘよりも小さくなるまで、燃焼機関と共に加速するように作動し、基準信号Ｔ_ｉｃｅを発生させる。この基準信号を発生させるために、積分動作によって生成された信号Ｔ_ｉｃｅ ^ｉｎｔと、比例動作によって生成された信号Ｔ_ｉｃｅ ^ｐｒｏｐ（図７を参照）とが合計される。

換言すると、電気機械のトルクＴ_ｅは、トルク値が上限値Ｔ_ｅ ^ｍａｘ又は下限値Ｔ_ｅ ^ｍｉｎにおいて限界値に到達した時に、完璧な連結の条件を満たすために、同期フェーズにおいて一時的に低減される。

図８は、同期を達成する中で本発明によって生じる時間節約を示している。この図では、提案されている方式を用いることで（曲線１）、それを用いない場合（曲線２）よりも少なくとも１秒早く、一次速度が求められる値ω_ｐ ^ｒｑに収束することが視認されうる。

本発明の方法によって提供される利点は多い。それらの利点の中でも、方法が関連するボックスの内在的制約に適合することは留意されうる。つまり、
強くブレーキをかけるという好ましくない事態に対応する、急な下り勾配において「斜路」経路を辿る能力、
速度の不一致が、非常に迅速に毎分約３０回転という範囲内におさまるように、必要な静的精度を有すること、及び、
このフェーズではシステムが制御不可能になりやすいことから、可能な限りただちに電気トルクが非飽和されること、である。

最後に、制御システムにおいて一般的に適用される非飽和方式は、図９のものでありうるような「アンチワインドアップ」タイプのものであることは、強調されねばならない。この方式では、電気トルク信号を限定する前後の電気トルク信号の不一致は、調節装置へとループバックされる。

提案されている方式とこの種の調節との間の大きな相違は、厳密にはソフトウェアというよりもむしろ電気機械が、燃焼機関のような別の動力源を使用して非飽和されることである。

Claims (12)

1. 少なくとも１つのアイドラピニオン（１１、１２）のうちの１つが、機械的同期部材を備えていない第２連結手段（１３）のロックによってピニオンのシャフト（１０）に連結されることを可能にするために、ハイブリッド変速装置の２つの同心一次シャフト（１、６）が第１連結手段（５）によって回転式に連結されるハイブリッドモード運転における、燃焼機関からのトルク（Ｔ_ｉｃｅ）及び電気機械（７）からのトルク（Ｔ_ｅ）を累積的に受容する前記２つのシャフト（１、６）に共通の速度（ω_ｐ）を、前記ピニオン（１１、１２）を担持する二次伝動シャフト（１０）の速度（ω_ｓ）と同期させる方法であって、前記電気機械の前記トルク（Ｔ_ｅ）は、その値が上限値（Ｔ_ｅ ^ｍａｘ）又は下限値（Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ）によって表される限界値に到達した時に、完璧な連結のための条件を満たすように、同期フェーズにおいて一時的に低減されることを特徴とする、方法。
2. 前記電気機械（７）の前記トルクが、前記燃焼機関によって供給される前記トルク（Ｔ_ｉｃｅ）の大きさに影響を及ぼすことによって、低減されることを特徴とする、請求項１に記載の同期方法。
3. 前記電気機械（７）の要求された前記トルク（Ｔ_ｅ）が最小トルク（Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ）を下回る場合、前記一次シャフト（１、６）は、前記燃焼機関と共に減速されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の同期方法。
4. 前記電気機械（７）の要求された前記トルク（Ｔ_ｅ）が最大トルク（Ｔ_ｅ ^ｍａｘ）を上回る場合、前記一次シャフト（１、６）は、前記燃焼機関と共に加速されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の同期方法。
5. 前記燃焼機関を減速又は加速するために非飽和ユニットが作動することを特徴とする、請求項３又は４に記載の同期方法。
6. 少なくとも１つのアイドラピニオン（１１、１２）のうちの１つが、機械的同期部材を備えていない第２連結手段（１３）のロックによってピニオンのシャフト（１０）に連結されることを可能にするために、ハイブリッド変速装置の２つの同心一次シャフト（１、６）が第１連結手段（５）によって回転式に連結されるハイブリッドモード運転における、燃焼機関からのトルク（Ｔ_ｉｃｅ）及び電気機械（７）からのトルク（Ｔ_ｅ）を累積的に受容する前記２つのシャフト（１、６）に共通の速度（ω_ｐ）を、前記ピニオン（１１、１２）を担持する二次伝動シャフト（１０）の速度（ω_ｓ）と同期させるための装置であって、前記燃焼機関によって供給される前記トルク（Ｔ_ｉｃｅ）の大きさに影響を及ぼす２つの非飽和ユニットを備えることを特徴とする、装置。
7. 前記電気機械（７）の要求された前記トルク（Ｔ_ｅ）が前記燃焼機関によって供給される最大トルク（Ｔ_ｅ ^ｍａｘ）よりも大きい場合、前記非飽和ユニットは、前記電気機械（７）の前記トルクの大きさに影響を与えることによって、前記電気機械（７）の前記トルクを低減させることを特徴とする、請求項６に記載の同期装置。
8. 前記電気機械（７）の要求された前記トルク（Ｔ_ｅ）が最小トルク（Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ）を下回る場合、第１非飽和ユニットは、前記トルク（Ｔ_ｅ）が前記最小トルク（Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ）よりも大きくなるまで、前記燃焼機関と共に減速するように作動することを特徴とする、請求項７に記載の同期装置。
9. 前記電気機械（７）の要求された前記トルク（Ｔ_ｅ）が最大トルク（Ｔ_ｅ ^ｍａｘ）よりも大きい場合、第２非飽和ユニットは、前記電気機械の前記トルク（Ｔ_ｅ）が前記最大トルク（Ｔ_ｅ ^ｍａｘ）よりも小さくなるまで、前記燃焼機関と共に加速するように作動することを特徴とする、請求項７又は８に記載の同期装置。
10. 前記非飽和ユニットが、燃焼機関トルク設定点（Ｔ_ｉｃｅ）を伝送して、二次ピニオン（１１、１２）とそのシャフト（１０）との間の完璧な連結の条件を満たすように、前記一次速度が前記二次速度に同期されることを可能にすることを特徴とする、請求項８又は９に記載の同期装置。
11. 電気トルク要求（Ｔ_ｅ ^{ａｐｐｌｉ}）を、前記電気機械（７）の最小トルク値（Ｔ_ｅ ^ｍｉｎ）と最大トルク値（Ｔ_ｅ ^ｍａｘ）との間に保持する第１制限ユニットを備えることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載の同期装置。
12. 最小値と最大値（Ｔ_ｉｃｅ ^ｍｉｎ：Ｔ_ｉｃｅ ^ｍａｘ）との間である、前記燃焼機関に適用されるトルク設定点（Ｔ_ｉｃｅ ^{ａｐｐｌｉ}）を伝送する、第２制限ユニットを備えることを特徴とする、請求項６から１１のいずれか一項に記載の同期装置。

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