JP7090556B2 - ギヤ変更中にハイブリッド車両で利用可能なトルクを制御するための方法 - Google Patents

ギヤ変更中にハイブリッド車両で利用可能なトルクを制御するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、ギヤシフト中のハイブリッド車両で利用可能なトルクの制御に関する。
より具体的には、本発明は、異なる伝達比で燃焼機関のトルクを車輪に伝達することができるギヤボックスの第１入力シャフトに接続された燃焼機関と、このギヤボックスの第２入力シャフトに接続された第１電気機械と、ボックスの第１または第２入力シャフトに交互に接続された第２電気機械とから構成されたパワートレインのギヤシフト中に利用可能なトルクを制御するための方法に関する。
公報国際公開第２０１４／２０７３３２号パンフレットは、いくつかの電気、燃焼機関およびハイブリッドギヤ比を有し、燃焼機関および少なくとも１つの電気機械からのトルクが組み合わされて車輪へかけられるこのタイプのハイブリッドトランスミッションを記載している。燃焼機関由来のトルクは、「燃焼機関」伝達比を有する車輪へ伝達され、主電気機械からのトルクは、「電気機械」比で伝達される。ハイブリッドモードにおける燃焼機関伝達比の変化中、燃焼機関からのトルクが断たれる。主電気機械からのトルクは、したがって、その新たなギヤ比で燃焼機関を同期させるような方法で制御され、同時にトルクを車輪に供給する。
実際には、車両の電気アーキテクチャ、特に主電気機械で利用可能な電力は、燃焼機関のギヤチェンジ中に主電気機械がなし得る貢献を限定する。燃焼機関トルクの中断が良好に補償されないと、車両の運転手および乗員は、トルクの中断がある半自動ギヤボックスで感じるようにこれらのギヤシフトを感じる。
したがって、ギヤシフト中に車両の運転手およびユーザが感じるトルクの中断を滑らかにすることに成功することが望ましい。
ギヤシフトの前後に利用可能なトルクを低減させることは、理論的には、この問題に対処する。しかしながら、このような対策は、それが性能に与える負の影響から許容可能ではない。したがって、解決策は、ギヤシフト中の車輪でのトルクを増加させることを検討することである。搭載されたネットワークの電圧を一時的に増加させることを含む任意の対策は、この点について恩恵を提供する。特定のバッテリシステムであって、電池を直列または並列のいずれかで配置するリレーを使用してそれらの出力電圧を調節する能力を有する特定のバッテリシステムは、ギヤシフト中に感じられる電力不足を減少させることにとりわけ貢献し得る。しかしながら、そのようなシステムには、車両のアーキテクチャをより扱いくいものにするか、またはさらにはその再構成を必要にするという欠点がある。
本発明は、車両のコンポーネントまたは電気アーキテクチャの特別な適合なしに、燃焼機関のギヤチェンジの「電力不足」を滑らかにするために、とりわけ高速における燃焼機関のギヤチェンジ中に利用可能なトルクを増加させようとするものである。
この目的のために、本発明は、燃焼機関伝達比の変化中、第２電気機械が、回生モードで作動し、かつその電力の全てを第１電気機械へ伝達するべきであり、次いで、第１電気機械が、その電力を使用して、燃焼機関の一時的な結合解除によって引き起こされる車輪でのトルクの低減を補償することを提案する。
燃焼機関およびその入力シャフトの結合解除前に、好ましくは、以下のステップ：
－ ２つの電気機械のトルクを相殺するステップと、
－ バッテリリレーを開放するステップと、
－ 第２電気機械をエネルギー回収モードへ切り替えるステップと、
－ 燃焼機関自体の電力が、第２電気機械によって回収された電力と釣り合うまで、燃焼機関のトルクを低減させるステップと
が行われる。
本発明は、添付の図面を参照し、その特定の一実施形態の以下の説明を読むことでより良好に理解される。
ハイブリッドアーキテクチャの回路図である。 そのギヤシフト曲線をまとめたものである。 これらの曲線との関連で求められるギヤ比を特定する。 このボックスのための電力ネットワークの電気回路図である。 ギヤシフト中、各コンポーネントの電力、ＥＭ電力、ＨＳＧ電力、ＣＥ電力および車輪での電力がどのように展開するかを、ステップ１～ステップ１０の燃焼機関速度およびＨＴ（高張力）ネットワーク電圧の対応する変化とともに示す。
図１のギヤボックス１は、例えば、「半自動」タイプであり、これは、その操作が手動ギヤボックスのものであるが、ギヤシフトが自動化されていることを意味する。回路図は、ＨＳＧ（ハイブリッドスタータジェネレータ）２と呼ばれる電気機械、中実主シャフト４上の燃焼機関３を示す。第１のものよりもパワフルである、ＥＭと呼ばれる別の電気機械５が中空主シャフト６に取り付けられる。ギヤボックスの補助シャフト７は、差動装置（示されていない）に、かつしたがって車両の車輪に接続される。
補助シャフト７上に位置する第１噛合クラッチ８は、２つの電気機械ギヤ比ＥＶ１およびＥＶ２を利用可能にするために、電気機械ＥＭ５のギヤ比がボックスの残りの部分から独立して修正されることを可能にする。中実主シャフト４上に位置する第２噛合クラッチ９は、電気機械ギヤ比から独立して２つの燃焼機関比ＣＥ１およびＣＥ４を確立するために、燃焼機関３のギヤ比を電気ギヤ比から独立して修正することを可能にする。伝動シャフト１０上に位置する第３噛合クラッチ１１は、回路図の右へ移動するときに第３燃焼機関ギヤ比ＣＥ３を確立することを可能にする。任意の時点において、第１電気機械ＥＭで望ましい比と、燃焼機関ＣＥユニットおよび第２電気機械ＨＳＧ２で望ましい比とを独立して選択することが可能である。燃焼機関比および電気機械比の組合せにより、ＨＥＶｘｙで表示されるハイブリッド比を作り出すことが可能になり、ここで、ｘは、燃焼機関比を表し、およびｙは、ＥＭ比を表す。
ギヤボックスのためのギヤシフト曲線が図２にまとめられている。ボックス１は、「燃焼機関比」および「電気機械比」に依存して、２つの電気機械比ＺＥ１およびＺＥ２、ならびに４つのハイブリッドギヤ比Ｈｙｂ２１、Ｈｙｂ２２、Ｈｙｂ３２、Ｈｙｂ４２を確立することを可能にする。曲線は、速度の関数として、電気およびハイブリッドギヤ比での最大の達成可能な力（ニュートン単位での車輪での力）をプロットしている。
目標とする用途において、慣例により、目標となる比は、常に（移動の速度とは無関係に）、ある電気比ＺＥＶがドライバのトルク要求を達成する限り、この電気比ＺＥＶであると言うことができ得る。初期設定により、関与する比は、要求を達成することを可能にする最も長いハイブリッド比となる。この仮定に基づき、要求される比は、図３におけるもののようにグラフにおいて分布し得る。この図は、従来の運転中に生じる傾向があるギヤシフトを特定することを可能にする。例えば、アクセルを踏み込んだ加速において、１２５ｋｍ／ｈのあたりでＨＥＶ２２からＨＥＶ３２へのシフトがあることが分かり得る。このギヤシフトのために、第２燃焼機関比は、トランスミッションから分離され、新たな燃焼機関比と同期される必要がある。２７０Ｖのバッテリ電圧において、第１機械ＥＭは、例えば、３５ｋＷの電力を供給することが可能である。第２機械ＨＳＧは、２５ｋＷの電力を供給することが可能である一方、燃焼機関ＣＥは、７０ｋＷを供給する。ギヤシフト前にボックスによって車輪に供給された総電力は、したがって、１０５ｋＷである。ギヤシフト後、ボックスは、実質的に同じ電力を供給している（エンジン電力のばらつきをもたらすかまたは受ける。対照的に、ギヤシフト中、燃焼機関およびＨＳＧ組立体は、車輪から分離される。このとき、ＥＭのみが車輪に電力、すなわち３５ｋＷを供給している。
ＰＴ（パワートレイン）は、したがって、このギヤシフト中に「電力不足」となる。１２５ｋｍ／ｈでは、車両の空気力学によって吸収される電力は、約２５Ｋｗである。加速のために利用可能な電力は、実際には、ギヤシフト中に８０ｋＷから１０ｋＷへ低下する。このような加速の（８７％の）低下は、主電気機械ＥＭによって供給されるトルクがあるにもかかわらず、運転手に、その車両がもはや加速していないという印象を与える。運転手が感じるものは、トルクの中断を有する半自動ギヤボックスが設けられた車両と同じものである。
図４は、２つのリレー１３ａ、１３ｂによって２つの電気機械のインバータ１４、１６に接続された車両バッテリ１２を示し、インバータ１４、１６は、電気ネットワーク上にインバータコンデンサ１７と並列に取り付けられている。
提案された解決策は、燃焼機関（ＣＥ）の伝達比の変化中、第２電気機械（ＨＳＧ）を回生モードで作動させることにより、第１主第１電気機械ＥＭによって供給される電力を増加させることを含む。次いで、第２電気機械（ＨＳＧ）の電力の全てが第１電気機械に伝達され、第１電気機械は、その電力を使用して、燃焼機関の一時的な結合解除によって引き起こされる車輪でのトルクの低減を補償する。インバータの供給電圧は、この目的のために増加される。上記で説明された例において、２００Ｖの平均電圧の代わりに４５０Ｖの電力供給は、電気ネットワークの従来のコンポーネントを使用して、ＥＭがおよそ７０ｋＷを供給することおよびＨＳＧがおよそ５０ｋＷを供給することを可能にする。したがって、ギヤチェンジ中に２つの電気機械によって達成可能な電力を増加させるために、インバータの供給電圧が増加される。したがって、第１電気機械（ＥＭ）は、第２電気機械（ＨＳＧ）によって第１電気機械（ＥＭ）伝達された電力の全てを車輪に供給する。
提案された方法は、例えば、（継ぎ手が好ましくは噛合いクラッチまたは爪クラッチである図１のものなどのギヤボックスに適用され得、そのアーキテクチャが図４に概略的に示されている。これは、以下のステップを順序付けることを含む：
１．ＨＳＧおよびＥＭのトルクを相殺するステップ、
２．バッテリリレーを開放するステップ、
３．ＨＳＧを回生モードに切り替えるステップ：ＨＳＧは、インバータのコンデンサの電圧を４５０Ｖに調節し、したがって燃焼機関のシャフトに負のトルクを供給し（４５０ＶでのＨＳＧの最大電力、すなわちおよそ５０ｋＷに制限される）、この負のトルクは、車輪での正のトルクとしてＥＭにより直接回復される、
４．燃焼機関およびＨＳＧの電力が釣り合う、すなわち電力（ＣＥ）＝－電力（ＨＳＧ）となるまで、燃焼機関のトルクを低減させることにより、主噛合クラッチでのトルクを相殺するステップ、
５．主シャフトの放棄される比のためにピニオンを係合解除するステップ、
６．主シャフトを目標となる比と同期させるステップ：これが、放棄される比より長い場合、燃焼機関の速度は、そのトルク（ＣＥトルク）をさらに低減させることによって低下される、
７．新たな比を表すピニオンに係合し、燃焼機関のトルクをその最大電力まで増加させるステップ、
８．インバータコンデンサの電圧を低下させるために、ＨＳＧトルクをわずかにのみより迅速に相殺することにより、ＥＭおよびＨＳＧのトルクを相殺するステップ、
９．バッテリリレーを再接続するステップ、
１０．運転手のトルクに対する要求を全面的に満たすためにＥＭおよびＨＳＧのトルクを戻すステップ。
ギヤボックスが噛合クラッチまたは爪クラッチギヤボックスである場合、燃焼機関の結合解除は、その入力シャフトのピニオンを係合解除することによって実施される。新たなギヤ比へのその結合は、その入力シャフトの新たなピニオンに係合することによって実施される。
提案された方法は、したがって、燃焼機関およびその入力シャフトの結合解除前に、以下のステップ：
－ ２つの電気機械のトルクを相殺するステップと、
－ バッテリリレーを開放するステップと、
－ 第２電気機械をエネルギー回収モードへ切り替えるステップと、
－ 燃焼機関自体の電力が、第２電気機械によって回収された電力と釣り合うまで、燃焼機関のトルクを低減させるステップと
を含む。
好ましくは、第２電気機械ＨＳＧのトルクは、インバータコンデンサにわたる電圧を低減させるために第１ＥＭのトルクよりも迅速に相殺される。
燃焼機関に接続された入力シャフト４は、分離された後、燃焼機関が新たな比でその入力シャフトに結合される前に、燃焼機関のトルク（ＣＥ）を制御することにより、目標とするギヤ比に同期される。好ましくは、燃焼機関の結合後、その最大電力までのトルクの増加が続く。
ギヤシフト中、ギヤボックス１は、直列ハイブリッドタイプの作動を採用し、ここで、第１電気機械ＥＭは、ＨＳＧが高張力ネットワークに供給する電力を車輪に厳密に提供することができる。燃焼機関は、ＨＳＧの速度を維持する。バッテリ１２のリレー１３ａ、１３ｂは、比の変化中に開いている。それらを開放することにより、単純な方法でネットワーク上の電圧を増加させることが可能になり、バッテリが、ＨＳＧによって供給された電力の全てを吸収することを防ぐ。したがって、バッテリを回路外へと切り替えることにより、ギヤシフト中に達成され得る電力を増加させることが可能になる。
図５は、ギヤシフト中、各コンポーネントの電力、ＥＭ電力、ＨＳＧ電力、ＣＥ電力および車輪での電力がどのように展開するかを、ステップ１～ステップ１０の燃焼機関速度およびＨＴ（高張力）ネットワーク電圧の対応する変化とともに示す。これらの曲線は、本発明によって提供される利益を示す。ギヤチェンジ中の補償がないと、車輪での電力は、３５ｋＷへ低下していたであろう。本発明により、車輪での電力は、３つのステップ中に７０ｋＷにかつ１つのステップ中に５０ｋＷに保たれる。「電力不足」は、したがって、５０％未満のままである。加速の喪失が低下し、これは、運転手が、加速のために利用可能な電力を有していると常に感じることを意味する。
電力不足をなおさらに低減させるために、ネットワークの電圧を増加させることがさらに依然として可能である。しかしながら、このような適合は、システムの特定のコンポーネントのサイズを変更することを必要とする場合があり、これは、本発明によって提案される単純な制御対応策では不要である。
主電気機械が主に「ブースティング」機能向けであるか、または低速での運転向けのものである「マイルドハイブリッド」カテゴリーからの車両の場合、とりわけアクセルを踏み込んだ加速時、バッテリを迅速に使い果たし過ぎないように、高速で利用可能な電力を燃焼機関の電力に制限することを選択することが可能である。ここで、説明された例において、ギヤチェンジ中の電力の喪失は、２０ｋＷ以下（７０ｋＷに等しいＣＥの最大電力に対する差）を表す。ギヤチェンジ中の最小電力は、５０ｋＷに等しい。
結論として、本発明は、ギヤシフト中の高張力（ＨＴ）ネットワークの電圧の一時的な増加をもたらす。本発明の主な利益は、説明された例においてネットワークに対する制限が４５０Ｖで保たれる場合、システムへの追加を必要としないことである。

Claims (10)

  1. 燃焼機関（ＣＥ）であって、異なる伝達比で燃焼機関（ＣＥ）のトルクを車輪に伝達することができるギヤボックスの第１入力シャフト（４）に接続された燃焼機関（ＣＥ）と、前記ギヤボックスの第２入力シャフト（６）に接続された第１電気機械（ＥＭ）と、前記ギヤボックスの前記第１入力シャフトまたは第２入力シャフトに交互に接続された第２電気機械（ＨＳＧ）とから構成されたパワートレインのギヤシフト中に利用可能なトルクを制御するための方法において、燃焼機関（ＣＥ）伝達比の変化中、前記第２電気機械（ＨＳＧ）は、前記第２電気機械（ＨＳＧ）の電力の全てを前記第１電気機械（ＥＭ）へ伝達するために、前記燃焼機関が接続解除される前に回生モードに切り替わり、前記第１電気機械（ＥＭ）は、前記電力を使用して、前記燃焼機関の一時的な接続解除によって引き起こされる前記車輪でのトルクの低減を補償することを特徴とする方法。
  2. 前記第１電気機械（ＥＭ）は、前記第２電気機械（ＨＳＧ）によって前記第１電気機械（ＥＭ）に供給された電力を前記車輪に供給することを特徴とする、請求項１に記載のトルクを制御するための方法。
  3. 車両バッテリ（１２）のリレー（１３ａ、１３ｂ）は、前記ギヤシフト中に開いていることを特徴とする、請求項１または２に記載のトルクを制御するための方法。
  4. 前記燃焼機関および前記第１入力シャフト（４）の前記接続解除前に、以下のステップ：
    － 前記２つの電気機械（ＥＭ）、（ＨＳＧ）のトルクを相殺するステップと、
    － バッテリリレーを開放するステップと、
    － 前記第２電気機械をエネルギー回収モードへ切り替えるステップと、
    － 前記燃焼機関自体の電力が、前記第２電気機械によって回収された電力と釣り合うまで、前記燃焼機関の前記トルクを低減させるステップと
    を含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のトルクを制御するための方法。
  5. 前記第２電気機械（ＨＳＧ）の前記トルクは、インバータコンデンサにわたる電圧を低減させるために前記第１電気機械（ＥＭ）の前記トルクよりも迅速に相殺されることを特徴とする、請求項４に記載の制御方法。
  6. 前記燃焼機関の前記接続解除は、前記第１入力シャフト（４）のピニオンを係合解除することによって実施されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の制御方法。
  7. 前記燃焼機関と接続された前記第１入力シャフト（４）は、接続解除された後、前記燃焼機関（ＣＥ）の前記トルクを制御することにより、目標とするギヤ比に同期されることを特徴とする、請求項４に記載のトルクを制御するための方法。
  8. 前記燃焼機関のその新たな伝達比への接続は、前記第１入力シャフト（４）の新たなピニオンに係合することによって実施されることを特徴とする、請求項５に記載のトルクを制御するための方法。
  9. 前記燃焼機関の前記接続後、前記燃焼機関（ＣＥ）の最大電力までトルクの増加が続くことを特徴とする、請求項７または８に記載のトルクを制御するための方法。
  10. インバータへの供給電圧は、前記ギヤシフト中に前記２つの電気機械によって供給される電力を増加させるために増加されることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のトルクを制御するための方法。
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