JP6560614B2 - ハイブリッドビークルの上のバッテリの再充電を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、一方に駆動熱機関を備え、かつ他方に少なくとも１つの電気機械を備える、モータビークルのためのハイブリッドトランスミッションの分野に関する。

より詳細には、本発明は、熱機関及び少なくとも１つの電気機械が装備されたモータビークルのためのハイブリッドトランスミッションの上のトラクションバッテリの再充電を制御するための方法に関し、ここで、電気機械は、それを超えて熱機関を車輪に結合することが可能な速度閾値までの単独のモータ駆動動力源として使用され、ハイブリッドモードにおいては、熱機関及び電気機械の互いから同時発生的に動力の供給を受ける。

本発明は、熱機関及び駆動電気機械が装備されたモータビークルのためのハイブリッドトランスミッションに対して、非限定的なやり方において適用されることができ、それは、各々がビークルの車輪に接続される第２のシャフトの上に少なくとも１つの減速ギアを有する２つの同軸の第１のシャフト及び２つの第１のシャフトの間の第１の結合手段を備え、前記結合手段は３つの位置を取ることができる。

図１は、この構成原理を有するハイブリッドトランスミッションの非限定的な実施例を表現する。このトランスミッションは、フィルトレーションシステム（ショックアブソーバ手段、「ダンパー」、２重質量フライホイール、又は他のもの）２によって直接に（図示されぬ）熱機関のフライホイール３に接続される硬い第１のシャフト１を備える。硬いシャフト１は、第１の結合システム５（漸進的な若しくは漸進的でないクラッチ、シンクロナイザー、又は他の種類のカプラー）によってそれに結合されることができる遊び歯車４を有する。中空の第１のシャフト６は、電気機械７のロータに接続され、好ましくは（しかし、義務的ではない）軸周りのディスクのような形をした種類の機械である。他の種類の電気機械はまた、本発明の領域の範囲内において使用されることができ、例えば、励起磁石若しくはコイルを有するラジアル機械、又はリラクタンス機である。中空のシャフト６は、２つの固定されたギア８、９を有する。中空のシャフト６は、結合システム５の手段によって硬い第１のシャフト１に結合される。第２のシャフト１０は、２つの遊び歯車１１及び１２を有する。遊び歯車１１、１２は、第２の結合システム１３（漸進的な若しくは漸進的でないクラッチ、シンクロナイザー、又は他の種類のカプラー）の手段によって第１のシャフトに接続されることができる。第２のシャフト１０はまた、ビークルの（図示されぬ）車輪に接続される差動装置１６に向かって固定されたギア１４及び減速ギア１５を運ぶ。

上で示されたように、第１の結合手段５は、少なくとも３つの位置を取ることができ、そこでは、すなわち、

− 熱機関が、電気機械７を車輪に接続する機構から結合解除され（位置１）、

− 熱機関が、電気機械の貢献のあるなしに関わらず車輪を駆動し（位置２）、かつ

− 熱機関及び電気機械７が、結合されてそれらのそれぞれのトルクを一緒に車輪の方向に加える（位置３）。

構成によって、そのようなトランスミッションが装備されたビークルは、速度閾値の下においてビークルのトラクションに貢献するように熱機関を使用できないという仮説の中で、バッテリはビークルの低い速度において先ず放電する。速度閾値を超えると、ビークルのエネルギー管理システムは、電気モードにおけるビークルの自律性を最小限にするために、熱機関及び電気機械の間に動力を分配することができる。ビークルが、通常、速度閾値の下で移動する場合、熱機関が始動されるまでにビークルを少なくとも発車させることを確実にするために、全ての状況においてバッテリの中の蓄えられているエネルギーを提供するという問題が存在する。電気エネルギーのこの蓄えがなければ、ビークルは、やむを得ず「路側での再充電モード」において停止され、ここで、熱機関は、バッテリがビークルを再発車するための十分なエネルギーを有する前に、停止したままビークルのバッテリを再充電する。

本発明の目的は、バッテリを再充電するために路側にビークルを停止させるという不都合を取り除くことである。

この目的に対して、本発明は、速度閾値の下で、電気機械はトルクが車輪に伝達されることだけを確実にし、一方、熱機関はドライバーがアクセルを踏む場合においてビークルのトラクションに貢献することなしに再充電を提供するために点火され、車輪はドライバーがアクセルを踏まない場合において熱機関及び電気機械から結合解除されることを提案する。

それに加えて、ドライバーがブレーキを踏むか又は完全にアクセルを解放する場合、電気機械及び熱機関のいずれもトラクションに貢献しない。その後、それらは再充電モードを起動させるために使用される。

本発明は、添付の図面を参照しながら、その非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによってより良く理解されるだろう。

図１は、ニュートラルにおけるハイブリッドトランスミッションの上のビークルのトラクション用バッテリの再生を図解する。 、 、 、 、 、及び 図２から図７は、このトランスミッションの作動のための異なる可能性を図解する。 図８は、説明されるトランスミッションの上の方法の実装を図解する。

図１において、第１の結合システムは位置３にあり、図５及び図６において示されるように、すなわちそれは、回転において硬い第１のシャフト１及び中空の第１のシャフト６を結合する。第２の結合システム１３はオープンである。それ故、トランスミッションは「ニュートラル」にある。熱機関を動かすことによって、トラクション用電気機械を駆動することができ、それ故、トラクション用電気機械は、停止しているビークルのバッテリを再充電するための発電機として機能する。

図２において、第１の結合システム５はオープンであり（位置１）、一方、第２の結合システム１３はクローズであり、それによって、短い比率１２の遊び歯車を第２のシャフト１０に噛み合わせる。トランスミッションは、短い比率において電気モードであり、又は前駆動の第１の比率にある。

図３において、第１の結合システム５は未だオープンであり（位置１）、一方、第２の結合システム１３はクローズであり、それによって、中間比率１１の遊び歯車を第２のシャフト１０に噛み合わせる。トランスミッションは、中間比率において電気モードであり、又は前駆動の第２の比率にある。

図４において、第１の結合システム５はクローズで位置２にあり、それによって、運ばれる遊び歯車４を硬いシャフト１に噛み合わせることができ、一方、第２の結合手段１３はオープンである。トランスミッションは長い比率にあり、又は第３の比率にある。
電気機械は、トルクを提供しない。

図５において、第１の結合手段５はクローズで位置３にあり、それによって、硬いシャフト１及び中空のシャフト６を噛み合わせることができる。第２の結合システム１３はクローズで、それによって、短い比率１２の遊び歯車及び第２のシャフト１０を噛み合わせることができる。トランスミッションは、短い比率のハイブリッドモードである。
トラクションチェーンに対する熱機関及び電気機械の貢献は、組み合わされる。それらは、減速ギア８、１２によって中空の第１のシャフト６から第２のシャフトへ伝達される。

図６において、第１の結合手段５は未だクローズであり、図５におけるように位置３にある。それ故、硬い第１のシャフト１は、中空の第１のシャフト６と噛み合わされている。第２の結合システム１３はまたクローズであり：すなわち、中間比率の遊び歯車１１は、第２のシャフト１０に噛み合わされる。トランスミッションは、中間比率においてハイブリッドモードである。トラクションチェーンに対する熱機関及び電気機械の貢献は、組み合わされる。

図７において、第１の結合システム５はクローズであり、位置２にあり：すなわち、第１の結合システム５は、それによって運ばれる遊び歯車４を硬い第１のシャフト１に噛み合わせる。それに加えて、第２の結合手段１３はクローズであり、それによって、中間比率の遊び歯車１１を第２のシャフトに噛み合わせる。トランスミッションは、長い比率のハイブリッドモードであり、熱機関及び電気機械の貢献を組み合わせている。

バッテリの再充電モードを制御するために提案されるストラテジーは、好ましくは、エネルギー閾値Ｓ１の下において実装され、かつバッテリの閾値Ｓ２＞Ｓ１の上において起動解除される。
それに加えて、ストラテジーは、熱機関のトラクションに対する参加への係合の閾値に対応する、ビークルの速度閾値Ｖを考慮に入れる。
バッテリの再充電の制御は、低い速度の領域、すなわち閾値Ｖの下の場合と、高い速度の領域、すなわち閾値Ｖの上の場合とで異なる。

低い速度においては、作動上の点において働きかけることは不可能であり、かつ電気機械はトルクが車輪に伝達されることのみを確実にする。熱機関は、再充電を提供するために点火されるが、ビークルのトラクションには貢献しない。ドライバーが（ブレーキペダルに触れることなしに）アクセルを踏む場合、トランスミッションの機構は図２のそれである。

ドライバーがアクセルを踏まない場合（足は持ち上げられて）、又は彼がブレーキを踏む場合、トランスミッションは図１の構成の中にある（再充電モード）。車輪は、トラクション要素（機関及び機械）から結合解除される。作動上の点は、音響的制約によって、かつ消費の最小化によって定義される。音響的理由に対して、熱機関の作動範囲は縮小される（すなわち、それは回転の速度を超えることができない）。

高い速度において、熱機関は、車輪へのトルク及び付加を確実なものとし、電気機械はバッテリを再充電するためにその付加を引き込む。機構は、アクセルの上の圧迫があってもなくても同じである。バッテリを再充電するために引き込まれるトルクの量は、以下の関数を最小化するように選択され：すなわち、

Ｈ＿ｅｑ ＝ 熱的消費（機関のトルク、機関の速度） ＋ ｓ ×
電気的消費（機械のトルク、機械の速度）

ここで、Ｈ＿ｅｑは消費されるエネルギーの全体の量であり、かつｓは等価係数であり、それは電気的エネルギーと機械的エネルギーとの間の対応を与える（例えば、１キロワットアワー及び燃料のグラム数の間におけるそれらの等価物）。熱機関の速度及び電気機械の速度は、ビークルの速度及びトランスミッションの結合のモードによって課され、それはストラテジーがそれらに応じて適応することを意味する。等価係数「ｓ」は、ストラテジーが起動される場合に、バッテリの再充電を優先する。熱的消費及び電気的消費の関数は、試験台の上で得られる消費のマッピングである。選択される機構は、ビークルの速度に応じて、図５の「タウンハイブリッド」モードのそれであり、図６の「ロードハイブリッド」モードのそれであり、又は図７の「モータウェイハイブリッド」モードのそれであり、すなわちビークルの通常のハイブリッドモードのうちの１つのそれである。ストラテジーは、関数Ｈ＿ｅｑを最小化するためのトルクの分布を選ぶことから成り：すなわち、

− 高い速度において、再充電のストラテジーが起動されない場合、等価係数は全体のエネルギー消費を最小化するように選択され；受け入れ可能な限度の範囲内において、実際、電気機械及び熱機関の出力を考慮に入れながら、トランスミッションの最適な作動点を見つけるようにトルク及び熱機関の速度を適応させることは可能であり；再充電ストラテジーが起動される場合、等価係数は、それがバッテリの再充電を優先させるように選択され、

− 低い速度において、再充電のストラテジーが起動されない場合、電気機械はトラクションのみを確実なものとし、熱機関はスイッチオフされ、かつドライバーがアクセルを解放するか又はブレーキを踏む場合、運動力学的なモードは減速の運動エネルギーを回収するために図２のそれのままであり；再充電のストラテジーが起動される場合、電気機械はトラクションのみを確実なものとし、熱機関は点火され、かつドライバーがアクセルを解放するか又はブレーキを踏む場合、運動力学的なモードは熱機関を介してバッテリを再充電するために図１のそれのままである。

ドライバーがニュートラルにする場合、低い及び高い速度において、制御は低い速度においてブレーキを踏む場合と同じであり：すなわち、音響的制約を観察する一方で、機関の速度及びトルクに応じて、再充電モード及び関数Ｈ＿ｅｑの最小化へ移り、車輪は熱機関及び電気機械から結合解除される。

図８は、上述されたトランスミッションの上への本発明の実装を図解する。例えば、速度閾値Ｖは、この速度が熱機関の結合閾値に一致する場合、時速１６キロメートルである。
この閾値は、自律性の長期化又は「長い範囲」として言及されるビークルの使用モードにおいてより一般的に保持されるものとなり得、ここで、速度が許せば（１５００ｒｐｍ、例えば時速１６キロメートルにおいて）すぐに電気的な始動の後に熱機関が接続される。
その後、２つの第１の比率はハイブリッドになり、かつ電気機械は本質的に再生において使用される。これらの２つのハイブリッドモード「タウン」（図５を見よ）及び「ロード」（図６を見よ）は、望まれれば図７の第３のハイブリッドモード「モータウェイ」によって補完される。

図８は、充電の現在の状態がＳ１よりも低い場合に、起動閾値に対するバッテリの充電状態（ＳＯＣ）の２つの個別の値Ｓ１及びＳ２を示し、かつ充電の現在の状態がＳ２よりも大きい場合に、起動解除閾値Ｓ２に対するバッテリの充電状態（ＳＯＣ）の２つの個別の値Ｓ１及びＳ２を示す。上で示されたように、トランスミッションは、低い速度において、起動閾値よりも下及び上の２つの異なる構成を有する。対照的に、それらの３つのハイブリッドモードにおいて、閾値Ｖを超えるバッテリの充電状態にしたがって、もはや状態を変化させることはないが、目的とする制御からの利益は、適切な等価係数の選択によって、起動閾値の下で再充電を優先し、かつ前記閾値の上で低減される消費を優先する。

結論として、本発明によって提案された制御方法は、「ノンストップ再充電モード」として言及される一貫した作動モードにおいて移動の間にバッテリを再充電することを可能にし、それは、ビークルが熱機関のみによって低い速度で発車及び移動する可能性を有しない場合、バッテリを再充電するためにハイブリッドビークルの停止を避けることを可能にする。この場合において、移動の間にバッテリを再充電するための特定のモードにおいてビークルを使用することが可能である。この方法は、上述された種類の任意のトランスミッションに対して、かつそのようなトランスミッションが装備されているビークルに対して適用されることが可能であり、しかしまた、その構成が速度範囲にわたって熱機関によってビークルを駆動することを可能にしない場合、任意の他のトランスミッション及び任意の他のハイブリッドビークルに対して適用されることが可能である。

Claims (7)

1. 熱機関及び少なくとも１つの電気機械を有するモータビークルのためのハイブリッドトランスミッションで使用されるバッテリの再充電を制御するための方法であって、前記少なくとも１つの電気機械（７）は、速度閾値（Ｖ）まで、単独のモータ駆動電源として使用され、前記方法は、
   前記モータビークルの速度が前記速度閾値より小さくかつ前記バッテリの充電状態が閾値Ｓ１よりも小さいとき、前記バッテリを再充電するために、前記モータビークルのアクセルが踏まれているときに、トルクを前記少なくとも１つの電気機械（７）からのみ前記モータビークルの車輪に伝達すること、及び、前記モータビークルのトラクションに貢献することなしに前記熱機関を点火することと、
   前記モータビークルの速度が前記速度閾値より小さくかつ前記バッテリの充電状態が閾値Ｓ１よりも小さいとき、前記バッテリを再充電するために、前記モータビークルのアクセルが踏まれていないときに、前記車輪は前記熱機関及び前記少なくとも１つの電気機械（７）とは結合されておらず、前記少なくとも１つの電気機械（７）は前記バッテリを再充電すること、を含み、
   前記モータビークルの速度が前記速度閾値未満である限り、前記熱機関は前記車輪に係合されず、前記モータビークルのトラクションに貢献しない、方法。
2. 前記速度閾値（Ｖ）未満で、前記モータビークルのブレーキが踏まれたときに、前記車輪は前記熱機関及び前記電源から結合解除される、請求項１に記載のバッテリの再充電を制御するための制御方法。
3. ドライバーがギアボックスをニュートラルポジションにする場合、前記熱機関及び前記電源は前記バッテリを再充電するために使用される、請求項１または２に記載のバッテリの再充電を制御するための方法。
4. 前記速度閾値（Ｖ）を超えると、前記熱機関は、前記車輪への前記トルクを供給し、及び前記バッテリを再充電するために前記少なくとも１つの電気機械（７）によって引き込まれる付加的なエネルギーを供給する、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリの再充電を制御するための方法。
5. 前記速度閾値（Ｖ）を超えると、前記トランスミッションは、消費エネルギー全体の量を最小化するように、前記バッテリを再充電しない場合に、ハイブリッドモードの中の制御において、前記バッテリを再充電するために前記少なくとも１つの電気機械（７）によって引き込まれる付加的なエネルギーの量が選択される、請求項３又は４に記載のバッテリの再充電を制御するための方法。
6. 前記速度閾値を超え、かつ、前記バッテリの充電状態が起動解除閾値を超えるとき、電気的エネルギー及び機械的エネルギーの間の等価係数が、前記電気的エネルギー及び前記機械的エネルギーの消費全体を最小化するように選択される、請求項４に記載のバッテリの再充電を制御するための方法。
7. 前記速度閾値を超え、かつ、前記バッテリの充電状態が起動解除閾値未満のとき、電気的エネルギー及び機械的エネルギーの間の等価係数が、前記バッテリの再充電を優先するように選択される、請求項４に記載のバッテリの再充電を制御するための方法。
   

Images