JP2020522973A

JP2020522973A - 車両のパワートレーンの電気機械用のトルク設定値を生成するための方法および車両のパワートレーン

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Publication number: JP2020522973A
Application number: JP2019567581A
Authority: JP
Inventors: ベルディ，ネスリンベン; リュドヴィックメリエンヌ，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2020-07-30
Also published as: EP3634797A1; FR3067314B1; FR3067314A1; EP3634797B1; CN110770059A; CN110770059B; KR20200016866A; BR112019025825A2; WO2018224742A1; KR102657972B1

Abstract

制御される噛み合いクラッチを有する少なくとも１つの変速機と、トルクを車両の車輪に２つの別々の変速機比で伝達できるメイン電気機械（ＭＥ）と、メイン機械の比の変更中に車輪に補償トルクを提供できるセカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と、を備え、確立された比で２つの電気機械に課される最大トルクおよび最小トルクが、共有される電力供給バッテリの予測される将来の状態に依存して計算される、車両のパワートレーン（ＧＭＰ）の、電気機械（ＭＥ、ＨＳＧ）用のトルク設定値を生成するための方法であって、メイン機械（ＭＥ）の比の変更を予見して、確立された比の限度値よりも厳密な新しい限度値が２つの電気機械のトルクに予め課され、このことにより、比の変更中に不連続になることなく、新しい比でのメイン機械（ＭＥ）の同期およびセカンダリ機械（ＨＳＧ）によるトルク補償が確実に行われることを特徴とする、方法。【選択図】図４

Description

本発明は、いくつかの駆動装置（燃焼エンジンおよび電気機械）からのトルクを組み合わせてこれを差動装置を介して様々な変速比で車両の車輪に伝える変速機を備える、電気自動車またはハイブリッド車のパワートレーン（ＰＴ）の自動変速装置の制御に関する。

より具体的には、本発明は、少なくとも１つの制御爪変速機と、トルクを車両の車輪に２つの異なる変速機比で伝達できるメイン電気機械と、メイン機械のギア比の変更中に車輪に補償的トルクを供給できるセカンダリ電気機械と、を備える、車両のパワートレーンの、電気機械用のトルク設定値を生成するための方法に関する。この方法では、確立された比で２つの電気機械に課される最大トルクおよび最小トルクが、共通の電力供給バッテリの予測される最終状態に基づいて計算される。

本発明の別の主題は、少なくとも１つの制御爪変速機と、車両の車輪にトルクを２つの異なる変速機比で伝達可能なメイン電気機械（ＥＭ）と、セカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と、を備える、車両の電気式パワートレーンである。

本発明の別の主題は、少なくとも１つの制御爪変速機と、燃焼エンジンと、トルクを車両の車輪に２つの異なる変速機比で伝達できるメイン電気機械（ＥＭ）と、メイン機械のギア比の変更中に補償的トルクを車輪に供給できるセカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と、を備える、車両のハイブリッドパワートレーン（ＰＴ）である。

本発明は特にこのタイプのパワートレーン（ＰＴｓ）に関し、この場合、ギア比に関する係合および係脱が、軸に沿って軸方向に移動可能な、「ジョー（ｊａｗｓ）」とも呼ばれる爪または平坦な歯を用いる、同期装置を有さない制御された連結システムによって行われる。爪は、制御フォークによって、軸上で自由に回転する、軸方向において固定されたギア比ピニオン向かって移動するように制御される。可動爪とピニオンの係合により軸とピニオンが互いに噛み合わされることで、トルクが係合後の変速比で車輪に伝達される。

参照される場合のある公報ＦＲ３００７６９６には、３つの軸と、一方がメイン機械（ＥＭ）であり他方がセカンダリ機械（ＨＳＧ）である２つの電気機械と、を有する、ハイブリッド変速装置の設計について記載されている。変速装置は３つの特定の爪連結システムを採用している。これは半自動式変速機（ＳＡＧ）型の変速機であるが、機械的な挙動は手動変速機と同様である。ギア比の変更は、爪の係合および係脱を可能にする駆動システムを使用して自動的に行われる。

２つの電気機械（ＥＭ）および（ＨＳＧ）は同じバッテリによって電力供給され、このバッテリはＰＴの動作に必要な量のエネルギーを供給する。この量は、（モータまたは発電機として機能する）各機械の動作と、これらの各々が要求するバッテリの電力のレベルとに応じて決まる。このレベルは、車輪における動力要求と、電気機械と燃焼エンジンとの間のトルクの配分とに応じて決まる。バッテリによって供給される電力は、その最小電圧によって、その温度によって、およびその充電状態（ＳＯＣ）によって限定される。バッテリにおいて利用可能な電力により、各状況でバッテリが行い得るトルクへの最大可能寄与が決定される。各電気機械において、この寄与は最大トルクと最小トルクとの間に限定される。（モータとしてまたは発電機としての）その使用のモードが考慮される。

バッテリ寿命を延ばすという、およびバッテリを可能な限り長い間活用するという観点から、電気機械の最大／最小実効トルクに関する限度値は一般に、例えば少なくとも２０秒の予測を超える、「長期で」計算される。バッテリが課す電気機械の機械的動力（およびトルク）に関する最大／最小限度値を計算するときに考慮される値は、その可能な長期エネルギーの、および各機械の使用のモードの関数として計算される。

ギア比の変更中、生じる可能性がありかつ使用者が好ましくないと感じる可能性のあるいくつかの現象、例えば、加速カーブの穴、衝撃または揺動、減速、「ディップ（ｄｉｐ）」の効果などが存在する。

電気機械に課される最大／最小トルク限度値により、これらの現象をある程度緩和することが可能になる。具体的には、加速カーブの穴は一般に、性能を十分に発揮していない電気機械と関連付けられる。このことは、その最大トルクまで制御される機械において、バッテリによりこの機械に割り当てられる電力が運転者が要求する加速を保証するには十分でない場合に、特にこの電力がバッテリの状態の長過ぎる長期予測に従って制限される場合に当てはまる。

本発明は、車両の使用者が感じるギアチェンジの品質の改善を試みるものである。

この目的のために、本発明は、メイン機械のギア比の変更を予見して、２つの電気機械のトルクに、確立された比に関する限度値よりも厳密な新しい限度値を予め課し、このときメイン機械を、セカンダリ電気機械によるトルクの補償を伴って、不連続になることなく新しい比に確実に同期させることを提供する。

本発明によれば、予見される比の変更は、運転者の希望を解釈することに基づいて決定される。

本発明のさらなる特徴および利点は、その１つの非限定的な実施形態の続く説明を下記の添付の図面を参照して読むことで、はっきりと明らかになるであろう。

ハイブリッドＰＴの構造を簡略化した例の図である。そのギアシフトカーブをまとめた図である。ギアシフトに関する通常のトルク限度値を示す図である。本方策を要約した図である。ギアチェンジ中トルクおよび電力がどのように推移するかを示す図である。

図１は、３つの軸と２つの電気機械とを有し、３つの爪連結システムを使用する、ハイブリッドパワートレーン（ＰＴ）１の機能図であり、その動作は引用した公報に説明されている。ＰＴ１は、３つの駆動装置（燃焼エンジン２、メイン電気機械３（ＥＭ）、セカンダリ電気機械４（ＨＳＧ））と、燃焼エンジンに接続された中実の主軸５と、メイン電気機械３に接続された中空の主軸６と、第２の軸７と、セカンダリ電気機械４に接続された仲介軸８と、を備える。ギア比は、機械式同期装置を有さない３つの爪連結器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３によって係合される。

変速機は、燃焼エンジン１からの、メイン電気機械３からの、およびセカンダリ電気機械４からのトルクを、共通の出力軸７上で組み合わせて、これを車両の車輪に伝える。ギア比の変更は、中実の主軸５上、副軸６上、および移行軸８上にそれぞれ配された、３つの爪連結器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の制御下で行われる。主連結器Ｃ１と呼ばれる、中実の主軸５上に配置された第１の連結器により、右側での長い燃焼エンジン比ＩＣＥ４の係合、および左側での２つの主軸の連結が可能になる。セカンダリ連結器Ｃ２と呼ばれる、副軸上に配置された第２の連結器により、２つの電気による比ＥＶ１およびＥＶ２の係合が可能になる。移行連結器Ｃ３と呼ばれる、仲介軸８上に配置された第３の連結器により、セカンダリ電気機械からのトルクを、（右側で）副軸７へとまたは（左側で）中空の主軸６へと、移行させることが可能になる。

変速機は、メイン電気機械ＥＭがもたらす移動に関する、電気による比と呼ばれる２つの比と、セカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と存在する場合の燃焼エンジン（ＩＣＥ）の組み合わせがもたらす移動に関する、燃焼エンジン比と呼ばれる４つの比とを有する。これらの組み合わせにより、変速機は１５個のギア比を有することが可能になる。各ギア比は、車両の移動の速さの関数としての最大の力を車輪に伝達する。例として、図２には、これらのうちのいくつかのギアチェンジカーブが描かれている。車両の移動の速さＶが、キロメートル／時間で表されている。電気による２つの速さ（ＺＥ１およびＺＥ２）、ならびにそれぞれＨｙｂ２１、Ｈｙｂ２２、Ｈｙｂ３２、Ｈｙｂ４２と呼ばれるハイブリッドによる４つの速さに関して、速さの関数としての車輪における最大力Ｆが、ニュートン（Ｎ）で表されている。１番目の数字は変速機の燃焼エンジン比を示す。２番目の数字はその電気による比を示す。

上に示したように、電気機械の機械的動力に関する最大／最小限度値を計算するときに考慮される値は、バッテリが課すその可能な「長期」エネルギーのおよび各機械の使用のモードの関数としての限度値を、有利に反映している。ギアチェンジ品質を改善するための１つの最初の手段は、バッテリの「長期」（約２０秒）状態に基づく限度値から離れて、より短期（約２秒）の予測へと一時的に切り替えることである。ギアチェンジを遂行するために変速機制御装置がその駆動装置の制御を引き受けるとき、可能なバッテリ電力は、先の長期限度値ほどは制約的ではない、「短期」限度値に基づいたものとなる。したがって、システムの能力を利用して、ギアチェンジの品質を改善し、移行を可能な限り迅速に行うことが可能である。

しかしながら、変速機制御装置がギアチェンジを行うためにＰＴの制御を引き受ける瞬間に限度値の変更が行われる場合、電気機械に適用されるトルク設定値の突然の変更に応答して、特に連結器がニュートラルの状態である間にトルクの補償を行う電気機械の場合に、トルクの急上昇が引き起こされる場合がある。このようなトルクの急上昇の結果揺動が生じ、このため、所望する目的にも関わらず、車両を運転する楽しさが損なわれる。

図１および２に示す例では、ギア「Ｈｙｂ２２」から「Ｈｙｂ２１」への変更は、燃焼エンジンを第２のギア比に維持したままで、ハイブリッドモードにおける電気による比を変更することを含む。変更中に、セカンダリ電気機械（ＨＳＧ）は燃焼エンジンと共に、車輪において要求されるトルクを提供する。メイン電気機械（ＥＭ）がこの移行を行うが、これは言い換えれば、あるピニオンの係脱と別のピニオンの係合との間に、新しい比の速さに同期するということである。車輪において要求される動力に応じて、セカンダリ機械ＨＳＧは、「短期」バッテリ限度値に対してでさえも飽和し得る。この現象が図３に示されており、この場合、セカンダリ機械が供給する補償トルクＣ_ＨＳＧは、変速機管理部ＷＰ６が制御を引き受けた後では、「短期」限度値によって飽和される。

速さ同期フェーズにあるメイン機械（ＥＭ）が、自体が利用できる十分な電力を有さないとき、このフェーズは引き延ばされる。逆に、同期フェーズの短縮を目的として補償トルクを小さくすると、使用者が感じる揺動が増す。

本発明は、バッテリが供給する電力の可能量の、ならびに、ギアチェンジ中の電気機械の（最小および最大）飽和トルクの計算の、最適化を試みる。

この提案される方法は、「長期」限度値から、予測されるバッテリ状態が課す「短期」限度値への切り替えを、予見することを利用する。この方法は、少なくとも１つの制御爪変速機と、車両の車輪にトルクを２つの異なる変速機比で伝達可能なメイン電気機械と、メイン機械のギア比の変更中に車輪に補償的トルクを供給できるセカンダリ電気機械と、を備える、車両のパワートレーンの、電気機械用のトルク設定値を生成する新しい方法を導入する。

この新規な方法では、確立された比で電気機械に課される最大トルクおよび最小トルクは、共通の電力供給バッテリの予測される最終状態の関数として計算される（「短期限度値」および「長期限度値」）。ただし、更に、ギアチェンジ中の加速カーブの穴を低減することによってギアチェンジをより滑らかにすることを可能しながら、同時にバッテリ制約に適合する、電気機械用の新しい実効最大／最小トルク値を計算するための提供が成される。

本発明によれば、メイン機械（ＥＭ）のギア比の変更を予見して、２つの電気機械のトルクに、確立された比に関する限度値よりも厳密な新しい限度値が予め課され、このとき、メイン機械（ＥＭ）は、比の変更中に、セカンダリ電気機械（ＨＳＧ）によるトルクの補償を伴って、不連続になることなく新しい比に確実に同期される。

ギア比の変更中に使用される２つの電気機械ＥＭおよびＨＳＧの実効トルクの最大／最小飽和値を計算する、新規な方法が提案される。これにより、トルク設定値の過度に大きな急上昇を吸収すること、および２つの電気機械間のバッテリ電力の分配を改善することが可能になる。

本発明によれば、ギアチェンジの開始前に、より具体的には変速機制御装置ＷＰ６が駆動装置の制御を開始する前に、移行中に必要な電力のレベルが予測される。予測は予見される速さの差を計算することによって行われ、この差に対して同期フェーズに必要な電力のレベルが位置付けられる。バッテリが課す限度値（ＰＴの主管理部「パワートレーントルク管理部」（ＷＰ２）によって確立された定常状態の速さにおいて計算され、変速機制御装置（ＷＰ６）に送られる）は、本発明によればより滑らかに推移し、実効トルクの様々な急な変更の回避を可能にする。

ギア比の変更を予見することは、運転者の希望を解釈することに基づいて決定される。図４に示すように、ＰＴギアシフト規則管理部（ＷＰ４）は、ドライブトレーン状態設定値に関与する。ＷＰ４は、変速機管理部ＷＰ６に、運転者の希望を解釈することで予見されるギアチェンジ要求「予見される駆動系状態設定値」、Ｖｓｘ＿ｄｌｓ＿ｔｇｔ＿ａｎｔ”を課す。設定値Ｖｓｘ＿ｄｌｓ＿ｔｇｔ＿ａｎｔ”に基づいて、ＷＰ６は、予見される速さの差Δω＿ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄを計算する。これに基づき、ＷＰ６は、電気機械用のトルク限度設定値を確立する。これらの設定値は、ＰＴトルク管理部「パワートレーントルク管理部」（ＷＰ２）に送られ、ギアチェンジの開始前にＷＰ２に課される。

上述したギアＨｙｂ２２からＨｙｂ２１へのギアチェンジの例では、求められているのは、ギア比ＥＶ２に対応する速さＸであるメイン電気機械（ＥＭ）を、ギア比ＥＶ１に対応する速さＹと同期させることである。設定値Ｖｓｘ＿ｄｌｓ＿ｔｇｔ＿ａｎｔは、ドライブトレーンモードＨｙｂ２１に対応している。予見される速さの差の計算は、予見される速さの比を実現できるように遂行される、速さの変動に基づく：
Δω＿ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ＝ω＿（ｔａｒｇｅｔ＿ＥＶ１）−ω＿（ｃｕｒｒｅｎｔ＿ＥＶ２）
設定値Ｖｓｘ＿ｄｌｓ＿ｔｇｔ＿ａｎｔに基づいて計算される、予見される速さの差Δω＿ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄは、ギアチェンジ中一定のままである。この差は車両の速さによってのみ変動し、この速さ自体は、検討中の例では、２秒の期間を超えて非常にゆっくりと推移する。

Δω＿ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄの関数として、変速機管理部（ＷＰ６）は、ギアチェンジが確認される場合に予見されるギアチェンジを実行可能にするために、２つの機械ＨＳＧおよびＥＭの実効トルクに関する最大／最小限度値Ｖｘｘ＿ｍｉｎ／ｍａｘ＿ｅｓｎｄ＿ｅｃｒｋ−ｔｑｅ＿ｌｉｍｉｔを計算し、このとき同時に、運転の楽しみを良好なレベルで得られるように、車輪におけるトルクの補償を行う。これらの限度値はＰＴトルク管理部「パワートレーントルク管理部」（ＷＰ２）によって考慮され、ＷＰ２はこれらの限度値を電気機械に課す。

変速機管理ユニット（ＷＰ６）は、その制御下で行われる同期の開始前に、電気機械のトルクを予め限定する。ギア比の変更が確認されるとき、トルク限度値の不連続性は存在しないが、その理由は、限定されたトルクが必要とする電力のレベルが、確立された比で２つの電気機械に課される最大トルクおよび最小トルクより低く留まるからである。

図５は、変速機制御装置ＷＰ６のソフトウェアアーキテクチャにおいて行われる一連の計算を示す。２つのグラフの横軸上に示されている日付は、それぞれ以下の通りである：
− ｔ１：ＰＴ管理部（ＷＰ４）によるギアチェンジ設定値の生成、
− ｔ２：変速機制御装置ＷＰ６の引き受けの予見、
− ｔ３：変速機制御装置による実際の引き受け、
− ｔ４：同期の開始
− ｔ５：ＰＴ管理部の制御の再引き受けの開始、
− ｔ６：制御のこの再引き受けの終了。

電力グラフには、ｔ１の前およびｔ６の後で課せられる「長期限度値」レベルが示されている。これよりも高い短期限度値レベルも示されている。ｔ１に基づいて計算される、予見される速さの差Δω＿ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄが、ｔ２からｔ４までに適用される。これにより「電力の新しい限度値」が決定され、この限度値により、ｔ２からｔ６の間で、バッテリが課す電力に関する「長期限度値」が置き換えられる。ｔ４からｔ５との間で同期が行われ、これにより速さの差が消失する。

ｔ２からｔ４の間の実効トルク設定値の即時の変更によって課されるトルクスパイクが消失する。補償を行う機械のトルクの低減が回避される。２つの電気機械の間の、利用可能なバッテリ電力の良好な分配が達成される。

結論として、本発明により、バッテリが課す長期および短期の電力限度値に基づいて、可能なバッテリ電力と電気機械の最大／最小飽和値の計算とを、最適化することが可能になる。本発明は、バッテリの電力限度値および電気機械の飽和値を考慮する変速機制御装置を利用する。この結果、本発明は実装が容易であり、追加のコストをもたらすことがない。

Claims

車両のパワートレーン（ＰＴ）の、電気機械（ＥＭ、ＨＳＧ）用のトルク設定値を生成するための方法であって、前記車両のパワートレーン（ＰＴ）が、
少なくとも１つの制御爪変速機と、
トルクを車両の車輪に２つの異なる変速機比で伝達できるメイン電気機械（ＥＭ）と、
前記メイン機械のギア比の変更中に補償的トルクを前記車輪に供給できるセカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と、を備え、
確立された比で前記２つの電気機械に課される最大トルクおよび最小トルクが、共通の電力供給バッテリの予測される最終状態に基づいて計算される方法において、
前記メイン機械（ＥＭ）のギア比の変更を予見して、前記２つの電気機械の前記トルクに、前記確立された比に関する限度値よりも厳密な新しい限度値が予め課され、このとき、前記メイン機械（ＥＭ）は、前記比の変更中に、前記セカンダリ電気機械（ＨＳＧ）による前記トルクの補償を伴って、不連続になることなく新しい比に確実に同期されることを特徴とする、方法。
前記予見される比の変更は運転者の希望を解釈することに基づいて決定されることを特徴とする、請求項１に記載のトルク設定値を生成するための方法。
前記運転者の前記希望を解釈するＰＴ管理ユニット（ＷＰ４）は予見される比の変更の要求を変速機管理ユニット（ＷＰ６）に送ることを特徴とする、請求項１または２に記載のトルク設定値を生成するための方法。
前記変速機管理ユニット（ＷＰ６）は前記電気機械の前記トルクを前記同期の開始前に予め限定することを特徴とする、請求項３に記載のトルク設定値を生成するための方法。
前記限定されたトルクが必要とする電力のレベルは、前記確立された比で前記２つの電気機械に課される前記最大トルクおよび最小トルク未満に留まることを特徴とする、請求項４に記載のトルク設定値を生成するための方法。
前記電気機械の前記トルク限度値は、前記機械が制御を引き受ける前に前記変速機管理ユニット（ＷＰ６）によって計算されることを特徴とする、請求項４または５に記載のトルク設定値を生成するための方法。
前記電気機械の前記トルク設定値に関する最小限度値および最大限度値は、前記新しい比に同期するために前記メイン機械が達成する必要のある速さの変動に基づく、予見される速さの差の関数として計算されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のトルク設定値を生成するための方法。
少なくとも１つの制御爪変速機と、
トルクを車両の車輪に２つの異なる変速機比で伝達できるメイン電気機械（ＥＭ）と、
前記メイン機械のギア比の変更中に前記車輪に補償的トルクを供給できるセカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と、を備える車両の電気式パワートレーン（ＰＴ）であって、
前記メイン機械（ＥＭ）の比の変更を予見して、請求項１から７のいずれか一項に従って前記電気機械（ＥＭ、ＨＳＧ）用のトルク設定値が生成されることを特徴とする、
車両の電気式パワートレーン（ＰＴ）。
少なくとも１つの制御爪変速機と、
燃焼エンジンと、
トルクを車両の車輪に２つの異なる変速機比で伝達できるメイン電気機械（ＥＭ）と、
前記メイン機械のギア比の変更中に前記車輪に補償的トルクを供給できるセカンダリ電気機械（ＨＳＧ）と、を備える車両のハイブリッドパワートレーン（ＰＴ）であって、
前記メイン機械（ＥＭ）の比の変更を予見して、請求項１から７のいずれか一項に従って前記電気機械（ＥＭ、ＨＳＧ）用のトルク設定値が生成されることを特徴とする、
車両のハイブリッドパワートレーン（ＰＴ）。