JP5534814B2 - 車両ハイブリッドドライブトレインでクラッチを調整するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と、少なくとも１つの駆動される車両ホイールに接続可能な電気機械との間に配置された、車両ハイブリッドドライブトレイン内における分離クラッチのモーメント特性曲線を補正するための方法及び装置に関する。

このような分離クラッチの制御には、電気機械を用いて内燃機関の快適な再始動を保証するために、高い精度が要求される。このために、クラッチの分離時点を正確に知ることが重要である。

内燃機関が停止され得る作動モードにおいて内燃機関を切り離すか若しくは分離させるために、次のような矛盾する課題を解決する必要がある。

分離クラッチがエンジンブレーキトルクを伝達しないようにし、それによって不必要なエンジンブレーキ損失が発生しないようにする。

ぎりぎりの時間内で行われる閉鎖過程を場合によっては越えることは、内燃機関の再始動に不都合な影響を及ぼすので、分離クラッチは、分離時点までにおけるよりも大きく開放されないようにしなければならない。

クラッチの分離時点を規定するために補正ルーチンが公知である。この補正ルーチンにおいて電気機械が、車両の停止段階中に例えば５００回転／分の回転数に回転せしめられ、次いでクラッチがゆっくりと、停止された内燃機関に向かって閉鎖される。この過程中に、特にドライブトレイン（このドライブトレインにおいて電気機械がコンバータ及び伝動装置を介して車両ホイールに接続されている）において、電気機械若しくはそのエネルギー蓄蔵装置によってもたらす必要がある、多大な出力損失が発生する。このようなエネルギー収支に対する不都合な影響の他に、発生した雑音及び振動によって付加的に快適性に関して不都合な影響がある。

ドイツ連邦共和国特許公開第４０１１８５０号明細書によれば、従来形式の非ハイブリッド式のドライブトレイン内において、駆動機械とトランスミッションとの間で作用するオートマチック式の摩擦クラッチを補正するための方法が公知である。この公知の方法においては、アイドリング回転数で回転する駆動機械及びニュートラルギヤにあるトランスミッションにおいて、クラッチが、所定の速度を有するその解離された若しくは完全に遮断された位置から、トランスミッション入力軸が駆動されているが駆動機械のアイドリング回転数以下の回転数で回転する位置に接続され、駆動軸の回転数の所定の特性曲線勾配が規定される。このような特性曲線勾配に基づいて、調整噛み合いポイントを得るために、クラッチの挿入ストロークを補正することができる。

本発明の課題は、車両ハイブリッドドライブトレイン内において内燃機関と少なくとも１つの駆動される車両ホイールに接続された電気機械に配置された分離クラッチのモーメント特性曲線を、特に小さいモーメント範囲内で、エネルギー的に好都合な形式で、かつ快適性を損なうことなしに補正することができるようにすることである。

この課題は本発明によれば、請求項１に記載した特徴によって解決された。本発明によれば、分離クラッチのモーメント特性曲線は、内燃機関が車両を駆動するために必要とされておらず、作動停止している時に、常に補正される。内燃機関のエンジンブレーキ運転中にモーメント特性曲線を補正することによって、次いで行われるトラクション運転（通常運転）若しくは内燃機関の始動のために、アップデート（更新）されたモーメント特性曲線が提供される、という利点が得られる。低いモーメント範囲のためのトラクション運転中のクラッチ特性曲線の補正は、希に行われるだけである。さらに、低いモーメントにおける内燃機関のトラクション範囲内における、内燃機関のモーメント信号に基づく補正は、限定的な精度でしか可能ではない。

内燃機関と、少なくとも１つの駆動される車両ホイールに接続可能な電気機械との間の車両ハイブリッドドライブトレイン内に配置された分離クラッチのモーメント特性曲線を補正するための、本発明の方法は、
内燃機関が分離され得ることを決定するステップと、
内燃機関を停止させ、分離クラッチを開放するステップと、
内燃機関の停止時及び分離クラッチの開放時における内燃機関の回転数の時間的な特性曲線勾配を検知するステップと、
内燃機関の回転数が所定の値以下に低下すると直ちに、前記分離クラッチを部分閉鎖し、部分閉鎖されたクラッチにおいて内燃機関の回転数の時間的な特性曲線勾配を検知するステップと、
このようにして検知された内燃機関の回転数の時間的な特性曲線勾配を評価することによって、部分閉鎖された前記分離クラッチによって伝達されたクラッチモーメントを算出するステップと、
このようにして算出された、部分閉鎖された分離クラッチによって伝達されたクラッチモーメントを用いて、前記分離クラッチの特性曲線を補正するステップと、
を有している。

有利な形式で、内燃機関の回転数の所定の値は、約５００回転／分であって、つまり、アイドリング回転数を著しく下回っていて、部分閉鎖されたクラッチのクラッチモーメントは約１０Ｎｍ、つまり場合によっては車両のクリーピングを生ぜしめる程度である。

クラッチは、部分閉鎖された後で有利な形式で完全に開放されるので、内燃機関の回転数はゼロに低下する。

内燃機関と、少なくとも１つの駆動される車両ホイールに接続可能な電気機械との間の車両ハイブリッドドライブトレイン内に配置された分離クラッチのモーメント特性曲線を補正するための装置は、内燃機関の回転数を算出するための回転数センサと、前記分離クラッチを操作するためのクラッチアクチュエータと、車両ハイブリッドドライブトレインの運転パラメータ及び少なくとも１つの、電子制御装置にファイルされたプログラムに関連して、前記内燃機関、前記電気機械及び前記クラッチアクチュエータの運転を制御するための電子制御装置とを有しており、電子制御装置にファイルされた前記プログラムが、クラッチ特性曲線を有していて、該クラッチ特性曲線に応じて、前記クラッチアクチュエータが、所定のクラッチモーメントを前記分離クラッチによって伝達するために、制御されるようになっており、前記電子制御装置が補正プログラムを有していて、該補正プログラムに応じて、クラッチ特性曲線が、前記請求項のいずれか１項記載の方法に従って補正されるようになっている。

電気機械は、例えば分離クラッチとトルクコンバータとの間に配置されており、前記トルクコンバータが、可変な変速比を有するトランスミッションを介して少なくとも１つの車両ホイールに接続されている。

本発明は、有利な形式で、内燃機関が分離クラッチの開放（遮断）によって一時的に停止され、分離クラッチの閉鎖（接続）によって駆動若しくは始動されるすべてのハイブリッドドライブトレインのために使用することができる。

以下に本発明を概略的に示した図面を用いて詳しく説明する。

制御部材を備えた自動車ハイブリッドドライブトレインの原理を示す回路図である。 ブレーキエネルギー回生に移行する際の本発明による方法を説明する線図である。 ストップ・スタート運転に移行する際の本発明による方法を説明する線図である。

図１は、例として示された自動車ハイブリッドドライブトレイン及びこのドライブトレインを制御するためのエレメントの概略的なブロック回路図を示す。

内燃機関１０は、分離クラッチ１２を介して電気機械１４に接続されており、この電気機械１４は、発電機としてもまた駆動モータとしても駆動可能である。電気機械１４は、トルクコンバータ１６例えば液圧式のトルクコンバータを介してオートマチックトランスミッション１８に接続されており、このオートマチックトランスミッション１８は、少なくとも１つの自動車駆動輪（車両ホイール）１９に接続されている。

電気機械１４は、制御器２０を介して例えば充電可能なバッテリーのエネルギー蓄蔵装置２１に接続されている。

ドライブトレインを制御するために、マイクロプロセッサ及び蓄蔵装置を備えた電子制御装置２２が使用される。この電子制御装置２２内にプログラムがファイルされており、このプログラムに応じて、アクチュエータが運転パラメータに関連して制御される。

制御装置２２のインプット２４に接続された、ドライブトレインの運転パラメータを検出するためのセンサは、例えば内燃機関１０の回転数を検出するための回転数センサ２６、アクセルペダル３０の位置を検出するための位置センサ２８、走行プログラムセレクト装置３４の位置を検出するための位置センサ３２、並びにその他の図示していないセンサである。

電子制御装置２２のアウトプット３６は、出力調整部材３８若しくはアクチュエータに（これを操作するために）接続され、クラッチを操作するためのクラッチアクチュエータ４０に接続され、トランスミッション１８を操作するためのトランスミッションアクチュエータ４２に接続され、電気機械１４の発電機又はモータによる駆動を制御するための制御器２０に接続され、並びに場合によってはその他のアクチュエータに接続されている。

以上説明した装置の構造及び機能は公知である。この場合、以上の配置構成は多様な形式で変えることができる。トルクコンバータ１６は、完全に開放した始動クラッチであり、トランスミッション１８は、無段階調節可能な変速比を有するトランスミッションであってよい。

内燃機関１０が車両を駆動するために必要ない運転状態、例えばエネルギー蓄蔵装置２１が十分に満たされている小出力運転中、又は制動中若しくはエンジンブレーキ運転中並びに交通渋滞中で、しかも分離クラッチ１２の開放状態で、内燃機関１０は公知の形式で停止される。電気機械１４のロータがフライホイールマスの少なくとも一部を形成していることによって、有利には小さい慣性モーメントを有する内燃機関のできるだけスムーズな再始動のために、分離クラッチ１２を正確に制御することが重要である。このために、本発明に従って、クラッチアクチュエータ４０によって操作される操作部材の、クラッチによって伝達されるトルクに関連した位置を知らせる、クラッチの特性曲線が次のように補正されるか若しくはアップデートされる。

図２を用いて、クラッチ特性曲線をアップデート（更新）するための方法について説明する。この方法においては、クラッチが締結されている通常の走行運転から、内燃機関が停止され、かつ電気的に制動される、つまり車両の運動エネルギーが電気機械１４からエネルギー蓄蔵装置２１に貯えられる電気エネルギーに変換される。

符号Ｍ_Ｋで示された特性曲線は分離クラッチ１２によって伝達可能なトルクＮｍ、符号Ｍ_Ｍで示された特性曲線は内燃機関１０のクランクシャフトに作用するトルクＮｍ、符号Ｎ_Ｅで示された特性曲線は電気機械１４の回転数１０^３回転／分、また符号Ｎ _Ｍ で示された特性曲線は内燃機関１０の回転数１０ ^３ 回転／分を、それぞれ時間に関連して表している。

垂直方向の破線によって、５つの運転範囲Ｉ〜Ｖにおける線図が示されている。

図２によれば、範囲Ｉでは、まだハイブリッド走行が行われている、つまり内燃機関１０が車両を駆動する走行状態から出て、内燃機関１０がエンジンブレーキ運転で駆動される、つまり車両が約３０Ｎｍ以下のトルクで制動される運転範囲Iに移行されることが分かる。この場合、制御装置２２によって、車両が電気機械１４によって制動され、内燃機関１０が分離クラッチ１２を開放することによって分離されるか若しくは切り離される回生運転（Rekuperationbetrieb）に移行することが、決定される。この場合、電気機械は、ブレーキエネルギーをエネルギー蓄蔵装置２１内に蓄蔵するために発電機で駆動され、制動効率は、制御器２０を介して制御される。約３．０秒後の時点で、分離クラッチ１２が開放され、クラッチの伝達可能なモーメントがゼロに低下する運転範囲IIに移行する。この場合、まず内燃機関１０のエンジンブレーキトルクは目立って変化することはない。内燃機関のエンジンブレーキトルクは、運転範囲III内における内燃機関の回転数が、完全に開放したクラッチに従って低下する（内燃機関への燃料供給が運転範囲II中に遮断される）と、初めて変化する。

運転範囲IIIにおいて、内燃機関の回転数の特性曲線勾配の調整が行われる。内燃機関のエンジンブレーキトルクは常に内燃機関の回転数と共に変化する（次の式が適用される：ｄＭ_Ｍ／ｄＮ_Ｍ〜１０Ｎｍ／１０００回転／分）ので、エンジン回転数の特性曲線勾配を比較的正確に規定することができる。消費器をスイッチオン／オフすることに基づく影響は見込まれていない。何故ならば、消費器は、ハイブリッド車両においては一般に電気的に（つまり内燃機関によって直接的ではない）駆動されるからである。

運転IIIの最後において内燃機関の回転数が所定の回転数に低下する（例えば５００回転／分）と直ちに、運転範囲IVにおいて、分離クラッチ１２が閉鎖方向に向かって部分的に負荷される。この場合、内燃機関の回転数の特性曲線勾配の明確に測定可能な変化を得るために、約１０Ｎｍのクラッチモーメントで十分である。この妨害は、快適さに対して不都合な影響が及ばないようにするために、十分に小さい。運転範囲IV内において内燃機関の回転数の特性曲線勾配の平坦部を設けることによって、クラッチの接続ポイントを比較的正確に規定することができる。運転範囲IV内における、クラッチの部分接続（Teilschliessen）の保持段階（例えば１５０ｍｓ〜２００ｍｓ）中に、加えられたクラッチモーメントは、内燃機関の回転数の特性曲線勾配の変化によって正確に見積もることができる。

これについては次の式が当てはまる。

この場合；
Ｊ_KWは、内燃機関のクランクシャフトに作用する慣性モーメントであり、
Ｊ_Kprimaerは、クラッチの一次側の慣性モーメントである。

運転範囲IV内において、クラッチの接続ポイント若しくは内燃機関の回転数特性曲線勾配の共通の変化のために必要なクラッチモーメントが正確に規定され、それによってクラッチ特性曲線が補正された後で、運転範囲Ｖ内でクラッチが再び完全に開放されることによって、エンジン回転数Ｎ_Ｍがゼロに低下され、公知の形式で電気的に制動せしめられる。

図３は図２に対応しており、スタート・ストップ運転における内燃機関の状態を示しており、このスタート・ストップ運転中に、内燃機関が運転範囲Ｉにおいてそのアイドリング回転数Ｎ_Ｍ、約９００回転／分で回転し、車両がエンジンブレーキ運転状態（Ｍ_Ｍ＝１８Ｎｍ）にある。運転範囲Ｉは、内燃機関がエンジンブレーキ運転ではなく、車両がアイドリング回転数で停止している状態、つまり非常にわずかなプラス（positiv）のトルクだけを発している運転状態にあってもよい。

また、運転範囲IV内で分離クラッチはわずかに閉鎖されているので、内燃機関の回転数低下の勾配の変化から、分離クラッチによって伝達されるトルクが推量される。

図２及び図３を用いて示されているように、補正ルーチンは、内燃機関（車両ではない）が停止される度に実施されるか、又は車両の運転時間、クラッチ操作の回数に関連した所定の間隔で、実施される。クラッチ分離ラインは、時点（接続ポイント）が所属の操作位置によって最新の状態で検出され、それに応じて特性曲線がシフトされることによって、それぞれ公知の形式で補正される。

１０ 内燃機関、 １２ 分離クラッチ、 １４ 電気機械、 １６ トルクコンバータ、 １８ オートマチックトランスミッション、 １９ 自動車駆動輪、 ２０ 制御器、 ２１ エネルギー蓄蔵装置、 ２２ 電子制御装置、 ２４ インプット、 ２６ 回転数センサ、 ２８ 位置センサ、 ３０ アクセルペダル、 ３２ 位置センサ、 ３４ 走行プログラムセレクト装置、 ３６ アウトプット、 ３８ 出力調整部材、 ４０ クラッチアクチュエータ、 ４２ トランスミッションアクチュエータ

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）と、少なくとも１つの駆動される車両ホイール（１９）に接続可能な電気機械（１４）との間に配置された、車両ハイブリッドドライブトレイン内における分離クラッチ（１２）によって伝達されるトルクに関連した、分離クラッチ（１２）の操作部材の位置を示す、分離クラッチ（１２）のモーメント特性曲線を補正するための方法において、
   内燃機関を分離するかどうかを決定するステップと、
   内燃機関を分離することが決定された場合、内燃機関への燃料供給を遮断し、分離クラッチを開放し、電気機械（１４）による回生運転を実施するステップと、
   内燃機関への燃料供給遮断時及び分離クラッチの開放時における内燃機関の回転数の時間的な特性曲線勾配を検知するステップと、
   車両の停止段階中に内燃機関への燃料供給を遮断し、内燃機関の回転数が所定の値以下に低下すると直ちに、電気機械（１４）による回生運転を維持しつつ前記分離クラッチを部分閉鎖し、部分閉鎖されたクラッチにおける内燃機関の回転数の時間的な特性曲線勾配を検知するステップと、
   このようにして検知された、内燃機関の回転数の時間的な特性曲線勾配を評価することによって、部分閉鎖された前記分離クラッチによって伝達されたクラッチモーメントを算出するステップと、
   このようにして算出された、部分閉鎖された分離クラッチによって伝達されたクラッチモーメントを用いて、前記モーメント特性曲線を補正するステップと、を有することを特徴とする、分離クラッチ（１２）のモーメント特性曲線を補正するための方法。
2. 内燃機関の回転数の前記所定の値を、約５００回転／分とする、請求項１記載の方法。
3. 前記部分閉鎖された分離クラッチ（１２）は、約１０Ｎｍのクラッチモーメントを伝達する、請求項１又は２記載の方法。
4. クラッチを部分閉鎖後に完全に開放させ、それによって内燃機関の回転数をゼロに低下させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 内燃機関（１０）と、少なくとも１つの駆動される車両ホイール（１９）に接続可能な電気機械（１４）との間に配置された、車両ハイブリッドドライブトレイン内における分離クラッチ（１２）によって伝達されるトルクに関連した、分離クラッチ（１２）の操作部材の位置を示す、分離クラッチ（１２）のモーメント特性曲線を補正するための装置において、
   内燃機関の回転数を算出するための回転数センサ（２６）と、
   前記分離クラッチを操作するためのクラッチアクチュエータ（４０）と、
   車両ハイブリッドドライブトレインの運転パラメータに関連して、前記内燃機関、前記電気機械及び前記クラッチアクチュエータの運転を制御するためのプログラムが格納された電子制御装置（２２）と、を有しており、
   該電子制御装置（２２）に、前記モーメント特性曲線がアップデート可能に格納されており、
   前記電子制御装置に、前記モーメント特性曲線をアップデートするための補正プログラムが格納されており、該補正プログラムに応じて、前記モーメント特性曲線が、前記請求項１から４までのいずれか１項記載の方法に従って補正されるようになっており、
   補正された最新のモーメント特性曲線に応じて、前記クラッチアクチュエータが、所定のクラッチモーメントを前記分離クラッチ（１２）によって伝達するために、制御されるようになっていることを特徴とする、分離クラッチ（１２）のモーメント特性曲線を補正するための装置。
6. 前記電気機械（１４）が、分離クラッチ（１２）とトルクコンバータ（１６）との間に配置されており、前記トルクコンバータ（１６）が、可変な変速比を有するトランスミッション（１８）を介して少なくとも１つの車両ホイール（１９）に接続されている、請求項５記載の装置。

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