JP4340921B2 - ハイブリッド車両の駆動部を制御する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関及び電動モータを有する自動車（ハイブリッド車両）の駆動部を制御する方法に関し、特に、主変速装置の入力軸又は出力軸が、少なくとも二つの変速段を有する中間変速装置により電動モータに接続されたハイブリッド車両の駆動部を制御する方法に関する。
主変速装置の入力軸が、少なくとも二つの変速段を有する中間変速装置により電動モータに接続された、内燃機関及び電動モータを有するハイブリッド車両が、例えば特許文献１により知られている。少なくとも二つの変速段を有する電動モータの中間変速装置（又は複合変速装置）により、電動モータが、ハイブリッド車両の作動範囲毎に最適に動作する。特に、突然の加速要求時に主変速装置においてシフトダウンがなされたときに、中間変速装置の伝達比を増加させることが提案されている。
さらに、電動モータと主変速装置の入力軸との間の中間変速装置が唯一の変速段を有する、内燃機関と電動モータを有するハイブリッド車両を開示している多くの文献が知られている。この場合、できる限りスムーズなギアチェンジ、及び／又は電動モータによる駆動の提供及び内燃機関による駆動の提供の間でできる限りスムーズに切り換えを行うために種々の制御システムが提案されている。多くの方法では、確実に、電動モータ及び内燃機関の各速度が同期した後でのみ電動モータ又は内燃機関が夫々の他の駆動部に接続され、及び／又は主変速装置のシフト動作中に、主変速装置の入力軸の速度が、電動モータによって調節又は同期される。
ここで、例として、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献
６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、及び特許文献１１を参照する。
独国特許出願公開第１９８４２４９６Ａ１号明細書 独国特許発明第４４２２５５４Ｃ１号明細書 独国特許出願公開第１９５３０２３１Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９５３０２３３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０００８３４４Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２２４１８９Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１０９０７９２Ａ２号明細書 欧州特許出願公開第１１０４７１２Ａ２号明細書 欧州特許出願公開第１２３６６０３Ａ２号明細書 米国特許第６，３４２，０２７Ｂ１号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１７０７５８Ａ１号明細書
これに対して、本発明の目的は、主変速装置の入力軸又は出力軸が、少なくとも二つの変速段を有すると共に電動モータの中間変速装置の変速段の間で快適にシフトを行うことができる中間変速装置により電動モータに接続されたハイブリッド車両の駆動部を制御する方法を提供することにある。
この目的は、請求項１の特徴部を有する、内燃機関及び電動モータを有する自動車の駆動部を制御する方法によって達成される。
本発明による方法は、自動車を停止状態から加速するために、駆動が、最初は電動モータによって単独で効力を発揮し、中間変速装置が、その最低変速段にあり、駆動の提供が、中間変速装置におけるシフト操作の前に、内燃機関によって受け継がれる点において、特徴づけられる。
この方法は、内燃機関が常に、電動モータの中間変速装置がより高い変速段にシフトする前に主変速装置の駆動機能を少なくとも部分的に受け継いで、中間変速装置の変速段の間で運転者に快適となるスムーズなシフトを得ることができる。これにより、中間変速装置のシフト動作中の牽引力の中断がかなり確実に防止される。
本発明の好ましい一実施態様において、電動モータの中間変速装置は、ドグクラッチ変速装置として具体化されている。これにより、中間変速装置のシフト時における休止時に内燃機関が駆動部の駆動トルクの提供を受け継ぐという事実に基づいて、電動モータに対しては比較的簡単なシフト変速装置で十分であるという効果がある。
本発明の一実施態様において、中間変速装置におけるシフト動作の前に、駆動の提供が、内燃機関によって徐々に受け継がれ、内燃機関によって供給される駆動トルクが、電動モータによって供給される駆動トルクが減少するのと同じ程度に増加する。
本発明のさらに好ましい実施態様において、駆動の提供が、自動車の検出可能な加速要求に応じて内燃機関によって徐々に受け継がれる。自動車の加速要求は、この場合、例えば、アクセルペダル位置、及び／又は車両速度から検出することができる。
本発明のさらなる実施態様では、電動モータに接続されたエネルギ貯蔵器は中間放電され、電動モータは回生モードで作動し、電動モータは、中間変速装置の少なくとも第２の変速段のみにおいてブースターモード等で作動する。その結果、電動モータは、比較的小さく簡単な設計であり得る。
適切な場合、例えば、電動モータに接続されたエネルギ貯蔵器があまりにも多く放電されて、過冷却又は過熱されたとき、自動車はまた、駆動部としての内燃機関によって単独で停止状態から加速され得る。
上述した特徴や特徴の組み合わせ、また他の特徴や特徴の組み合わせは、詳細な説明及び図面に開示されている。本発明の種々の具体的な例となる実施形態は、図面には簡略化して示されており、以下の説明において詳細に説明される。
図１は、自動車の駆動伝達系の一部を示す。参照番号１０は、内燃機関を示し、その出力トルクは、複数の変速段又は歯車を有する主変速装置１６の入力軸１４に主クラッチ１２を介して供給される。主変速装置１６の出力軸１８は自動車の駆動軸１９に接続されている。内燃機関１０の出力トルクと出力速度、主クラッチ１２、及び主変速装置１６の変速段又は歯車は制御ユニット２０によって制御される。
加えて、スタータ−発電機として具体化されている電動モータ２４は中間変速装置２２を介して主変速装置１６の出力軸１８に接続されている。この中間変速装置２２は、二つ（以上）の変速段又は歯車を有する。一実施形態において、中間変速装置は、図３における例によって示されるように、非同期ドグクラッチ変速装置である。
図２に示された自動車の駆動伝達系の変形例は、電動モータ２４の中間変速装置２２が主変速装置１６の入力軸１４に結合されている点で、図１における実施形態と異なる。この中間変速装置２２はまた、好ましくは、図３に示されると共に次のように説明されるような少なくとも二つの変速段を有する非同期ドグクラッチ変速装置である。図２における駆動伝達系の他の構成部品は、図１に示された例となる実施形態のものに対応すると共に同じ参照番号で示されている。
図３に示されている中間変速装置２２の例となる実施形態は、電動モータ２４に接続されていると共に、第１の歯車用の第１のドグクラッチ付きギヤ２８及び第２の歯車用の第２のドグクラッチ付きギヤ３０に結合されている多段式遊星歯車変速装置２６を含む。これらのギヤは、主変速装置１６の出力軸１８若しくは入力軸１４、又は入力軸に接続された駆動軸と同軸上に配置されている。入力軸１４又は出力軸１８に回転固定的に接続された駆動ギヤ３２は、軸方向に関して第１のドグクラッチ付きギヤ２８と第２のドグクラッチ付きギヤ３０の間に設けられている。この駆動ギヤ３２は、シフトスリーブ又はシフトフォーク３４によって変位することができる。このシフトスリーブ又はシフトフォーク３４は、制御ユニット２０によって、第１のドグクラッチ付きギヤ２８との第１の係合位置と、第２ドグクラッチ付きギヤ３０との第２の係合位置と、駆動ギヤが第１のドグクラッチ付きギヤにも第２のドグクラッチ付きギヤにも係合しない中央アイドリング位置との間で軸方向に作動することができる。
図１から図３に基づいて説明される自動車の駆動伝達系の作動モードは以下の通りである。
通常の作動モードにおいて、即ち、電動モータ２４に結合されたエネルギ貯蔵器が充分に充電されると共に、過冷却もなく過熱もないときに、自動車は、停止状態から最初はもっぱら電動モータ２４によって駆動され、制御ユニット２０は、最も低い変速段（ローギア）に中間変速装置２２を作動させる。
次の変速段（セカンドギア）への中間変速装置２２のシフト操作の前に、例えばアクセルペダル位置及び／又は車両速度に基づいて検出され得る加速要求に基づいて、内燃機関１０は、次いで、始動されると共に、主クラッチ１２によって、できるだけしゃくりがないように主変速装置１６の入力軸１４に接続される。内燃機関１０は、内燃機関１０によって入力軸１４に徐々に伝達される駆動トルクが電動モータ２４によって出力軸１８又は入力軸１４に供給される駆動トルクが減少するのと同じ程度に増加するように接続され、その後、電動モータ２４は駆動を行うことなく回転する。この場合、本発明による方法では、内燃機関の駆動トルクが、内燃機関１０の駆動速度と同期をとることなく主クラッチ１２を滑らせることによって適用されるか、駆動速度が同期した後でだけ、主クラッチ１２を閉じることによって適用されるかに関係ない。
この方法は、電動モータ２４の中間変速装置２２が第１の変速段からより高い変速段にシフトしている間におけるしゃくりを回避し、内燃機関１０が、第１の変速段と第２の変速段の間で主変速装置１６の駆動機能を受け継ぎ、その結果、牽引力の中断もなく、車両の乗員に対して事実上感じられないほどの中間変速装置２２の滑らかで快適なシフトが可能となる。
内燃機関１０が主変速装置１６を駆動する任務を受け継ぐや否や、電動モータ２４は、本質的に、ブレーキエネルギを吸収すべく機能を果たす（回生モード）。電動モータ２４に接続されたエネルギ貯蔵器が所定の充電状態を超えた場合のみ、電動モータ２４は、エネルギ貯蔵器内の充分なバッファ容量を再び得るために、放電の目的のために駆動動力の供給に寄与するように立ち戻る。しかしながら、本発明によれば、中間変速装置２２の第２の（即ち、適切であれば、より高い）変速段が係合するまで、電動モータ２４の回生モード、エネルギ貯蔵器の中間放電、電動モータ２４の昇圧モード等の作用は起こらない。これにより、電動モータ２４が比較的小さくなると共に、あまりにも多くの矛盾する設計基準を満たす必要がなくなるという効果をもたらす。加えて、上述の中間変速装置２２は、比較的容易に構成することができる。なぜならば、それは、ドグクラッチ付きギヤ２８、３０によってシフトすることができると共にシフトフォーク３４によって作動するたった一つの変速装置を持つからである。中間変速装置２２のドグクラッチ付きギヤ２８、３０が接続される前における電動モータ２４の同期は、電動モータ２４自体によって実行することができる。
比較的高い駆動速度において、電動モータ２４は、通常、抵抗損失を避けるために無電流状態に分断且つ切り換えられる。
上記実施形態は通常の自動車の作動モードで適用可能であるが、不具合がある場合、即ち自動車のある作動範囲では、例えば、電動モータ２４に接続されたエネルギ貯蔵器が、あまりにも多く放電され、純粋に電気的スタート手順に対して過冷却又は過熱であるときは、内燃機関は、適切であれば、スタート手順を最初からそれ自体で受け継ぐことができる。
ハイブリッド車両の制御について本発明による方法をさらに説明するために、具体的な例となる設計を以下さらに詳細に説明する。
例えば、１，５００ｋｇの重量を有する典型的な中型車両において、２０ｋＷの動力を有する電動モータ２４を使用することができる。電動モータ２４の中間変速装置２２に対する最大車両速度は、図１の実施形態において、ローギアで、例えば３５ｋｍ／ｈ、セカンドギアで、例えば１３０ｋｍ／ｈであり、一方、最大車両速度は、例えば、２２０ｋｍ／ｈであり得る。１３０ｋｍ／ｈを超える車両速度では、それに応じて中間変速装置２２はアイドリング位置に設定される。
中間変速装置２２のローギア及びセカンドギアにおける電動モータ２４の設計速度が、各ケースにおいて１０，０００回転／分であるとき、主変速装置１６の入力軸１４の設計速度を最大車両速度７，０００回転／分とすると、中間変速装置２２のローギアにおいて８．９８の伝達比が得られると共に、中間変速装置のセカンドギアにおいて２．４２の伝達比が得られる。
上述した本発明の方法によれば、この種類のハイブリッド車両の内燃機関は、停止状態から自動車の通常の加速中に、例えば、約１．６秒後に接続される。対照的に、さらに急速に加速するときは、内燃機関１０は、わずかに約０．８秒後に接続することができ、自動車が停止状態から非常に急速に加速するときは、内燃機関は直ちに接続さえすることができる。
本発明による制御方法が使用され得る、内燃機関と電動モータを有する自動車の駆動伝達系の概略図である。 本発明による制御方法が使用され得る、内燃機関と電動モータを有する自動車の代替の駆動伝達系の概略図である。 図１及び図２における駆動伝達系の中間変速装置の実施形態の設計の概略図である。

Claims (5)

  1. 内燃機関（１０）及び電動モータ（２４）を有し、主変速装置（１６）が、自動車の駆動軸（１９）に接続された出力軸（１８）と、前記内燃機関（１０）に接続された入力軸（１４）とを有し、前記電動モータ（２４）は、少なくとも二つの変速段を有する中間変速装置（２２）によって、前記主変速装置（１６）の前記入力軸（１４）又は前記出力軸（１８）に結合され、前記自動車を停止状態から加速するために、駆動は、最初は前記電動モータ（２４）によって単独で効力を発揮し、前記中間変速装置（２２）は、最低変速段にあり、駆動の提供は、前記中間変速装置（２２）におけるシフト操作の前に、前記内燃機関（１０）によって受け継がれる、自動車の駆動部（１６）を制御する方法であって、
    前記電動モータ（２４）の前記中間変速装置（２２）は、第１の低い変速段とその第１の低い変速段より高い第２の変速段とを有し、
    前記中間変速装置（２２）のシフト操作の前であって、前記第１の低い変速段が選択されている間、前記電動モータ（２４）が前記主変速機（１６）の駆動を行い、
    前記中間変速装置（２２）のシフト操作の後であって、前記第２の変速段が選択されている間、前記内燃機関（１０）が前記主変速機（１６）の駆動を行い、前記電動モータは回生モードで作動し、前記電動モータ（２４）に接続されるエネルギ貯蔵器のバッファ容量が予め決められた閾値より小さくなった場合、前記電動モータ（２４）は前記主変速機（１６）の駆動に寄与するよう動作することを特徴とする方法。
  2. 前記中間変速装置（２２）はドグクラッチ変速装置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 駆動の提供は、前記中間変速装置（２２）におけるシフト操作の前に、前記内燃機関（１０）によって徐々に受け継がれ、前記内燃機関（１０）によって供給される駆動トルクは、前記電動モータ（２４）によって供給される駆動トルクが減少するのと同じ程度に増加することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
  4. 駆動の提供は、前記自動車の検出可能な加速要求に応じて前記内燃機関（１０）によって受け継がれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記自動車の加速要求は、アクセルペダル位置及び／又は車両速度から検出されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
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