JP2008127005A - ハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続する方法を改善する。
【解決手段】
電気モータ（３）によって駆動されるハイブリッド車両駆動機構において内燃機関（１）を接続するための方法において、回転数オーバシュートを発生させるため、設定可能な回転数差（ΔＵＰＭ）だけ内燃機関（１）の回転数（ＶＭ）が設定可能な時間間隔（Δｔ）にわたり目標回転数を越え、回転数オーバシュートに依存して所定の音響特性が得られるように、内燃機関（１）の回転数（ＶＭ）が目標回転数に調整される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続するための方法及び装置に関する。

この数年来、通常の内燃機関に対する低燃費及び環境保護の選択肢として、いわゆるハイブリッド駆動機構を有する車両が公知である。ハイブリッド駆動機構とは、通常は種々の駆動原理の組み合わせ又はそれぞれの駆動形態用の種々のエネルギー源の組み合わせを言う。従って、一般的に、ハイブリッド駆動機構は異なった２つのエネルギー変換機と異なった２つのエネルギー貯蔵部を備える。この場合、幾つかの例外に至るまで、実際に置き換えると、エネルギー変換機は内燃機関と電気モータであり、エネルギー貯蔵部は燃焼可能な燃料とバッテリである。

ハイブリッド駆動機構を有する車両では、内燃機関も、電気モータも、それぞれ有利な効率領域で運転することができる。例えば制動又は惰性走行時の過剰なエネルギーは、発電機を介してバッテリを充電するために使用される。

加速時にはエンジン及び電気モータが通常は共に作動するので、通常の内燃機関と比べて少量のエネルギーが使用される。内燃機関は、特に高い回転数領域で高いトルクを供給することができるので、特に発進時には前に接続された電気モータの方が適している。これは、電気モータが、低い回転数でも最大トルクを提供できるからである。従って、所定の走行動態で、高い効率で燃費に有利な走行を達成するために、両エンジンのそれぞれの接続及び切離が行なわれる。

特に発進時又は狭いカーブを低速で通過した後の加速時には、電気モータの方が加速に適しているが、これに対して引き続き中速から高速までの加速時には、内燃機関が良好な効率を備える。従って、それぞれの走行状況に依存して、内燃機関が始動させられ、例えばクラッチを介して、車両の駆動系内に設けられた電気モータに連結される。

例えば制動又は惰性走行時には、電気モータは発電機として働き、相応の回生段階でバッテリを充電する。通常、ハイブリッド車両は、電気的又は化学的な位置エネルギーを運動エネルギーに変換するためのそれぞれの最善な効率を達成するために制御装置によって制御されるオートマチックトランスミッションを備えられる。

内燃機関の接続時に、電気モータはスタータとして使用され、内燃機関を短時間動かした後点火が開始される。その場合、両エンジンの共通の回転数への調整が行なわれなければならない。しばしば、個々の駆動能力の接続時に生じる音は、運転者によって不快なものと感じられる。

従って、本発明の課題は、ハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続する際の改善された方法を提供することにある。

請求項１によるハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続するための本発明による方法と請求項１０による相応の装置は、内燃機関用の目標回転数を短時間超えることにより、これまでの車両によってしばしば見られる特徴的な音が生じるという利点を備える。これは、走行の快適さを向上させる。

本発明によれば、相応の回転数オーバシュートは、例えば電気モータの現在の回転数である目標回転数を超えて発生される。所定の時間間隔を通して相応の回転数差とオーバシュートの長さを設定することにより、内燃機関の接続時の音響作用を性格に調整することができる。生じる相応の音質特性は、例えばスポーティなエンジン始動を思い出させるように選択することができる。

方法のバリエーションでは、
−内燃機関を接続するための少なくとも１つの接続基準の監視をする、
−電気モータと内燃機関の連結をする、
−内燃機関の点火をする、
−回転数オーバシュートを発生させるため、所定の回転数差だけ回転数が所定の時間間隔にわたり目標回転数を超えるように、内燃機関の回転数の調整をする、
の方法ステップが実施される。

相応の車両の駆動系に内燃機関を起動及び連結するための接続基準は、例えば中速又は高速時の加速走行、内燃機関が電気モータよりも良い効率を備える中速又は高速時の長距離走行、又は例えば電気モータ用のバッテリの臨界的な充電状態のような車両動態である。電気モータと内燃機関の連結は、例えば制御可能な機械式のクラッチによって行なわれる。

特に、目標回転数と回転数差の和に相当する最大回転数に達した後、内燃機関の回転数が、電気モータの目標回転数、特に現在の回転数に調整される。

本発明による方法の好ましいバリエーションでは、内燃機関と電気モータが、接続段階で例えば機械式の連結装置により互いに連結され、回転数オーバシュートを発生させるため、目標回転数に達する前に連結強さが一時的に低減される。これにより、内燃機関は、一時的に電気モータよりも高い回転数を備えることができる。

回転数差は、特に２００〜５００ｒｐｍの間にあり、所定の時間間隔は、例えば０．５〜１秒の間にある。特に、内燃機関の接続中、ハイブリッド車両のトランスミッションのシフトチェンジは抑制される。方法の特に好ましいバリエーションでは、目標回転数の超過は、セレクタスイッチに依存して行なわれる。従って、運転者がその要求に適合させて内燃機関の接続時に回転数オーバシュートを防止することが可能である。

電気モータによって駆動されるハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続するための装置は、
−ハイブリッド車両のトランスミッションとハイブリッド車両駆動機構を連結するためのトルクコンバータと、
−内燃機関と電気モータを連結するための連結装置と、
−ハイブリッド車両駆動機構において内燃機関を接続するための相応の方法を実施するエンジン制御装置と、
を備える。

更に、特に、回転数オーバシュートを抑制するためのセレクタスイッチが設けられている。

本発明の別の有利な形成は、従属請求項の対象であり、以下で説明する実施例である。

以下で、図面に関連させた本発明の好ましい実施形を詳細に説明する。

図１は、パラレルハイブリッド駆動機構を有する車両の要素を概略的に示す。駆動系は、内燃機関１と、電動機とも呼ばれる電気モータ３と、オートマチックトランスミッション５と、適当なプロペラシャフト７を介して駆動されるホイール９から成る。この場合、内燃機関１と電気モータ３の間に機械式の分離クラッチ２が設けられ、電気モータ３とオートマチックトランスミッション５の間にトルクコンバータ４が設けられている。電気モータ３用のエネルギー貯蔵部としてバッテリ６が設けられている。

更に、ハイブリッド駆動機構はエンジン制御装置８を有し、このエンジン制御装置は、図示した要素から測定及び／又は制御信号ＣＴＲ１〜ＣＴＲ６を受け取るか、内燃機関１、分離クラッチ２、電気モータ３、トルクコンバータ４、オートマチックトランスミッション５及びバッテリ６用の制御信号を生じさせる。エンジン制御装置は、更に制御信号ＣＴＲ７をセレクタスイッチ１０から受け取り、これにより、電気モータ３により駆動するための内燃機関１の接続特性が決定される。

相応の車両の完全な電気駆動時には、例えば電気モータ３と内燃機関１の間の分離クラッチ２が開放されるので、ホイール９の駆動は、トルクコンバータ４とオートマチックトランスミッション５を介して行なわれる。トルクコンバータ４は、例えば、電気モータ側で駆動されるインペラ１１と、例えば軸によりオートマチックトランスミッション５に連結されたランナ１２とを有する流体動力式のトルクコンバータとして形成されている。このようなトルクコンバータでは、エンジンの機械エネルギーが、インペラ１１によりトルクコンバータ内の流体エネルギーに変換され、次には更にまたランナ１２を回転させることにより機械エネルギーに変換される。図１では、インペラが概略的にのみ図示され、符号１１を備え、ランナは符号１２を備える。

エンジン制御装置８は、走行中に電気モータ３に内燃機関１を接続するために、特に図２を基にして詳細に説明する本発明による方法を実施する。

図２には、時間に依存した回転数（ＵＰＭ）とトルク（Ｔ）が図示されている。全体として、それぞれ１つの時間領域ｔは、約１．２秒で図示されており、その間で、作動中の電気モータ３への内燃機関１の接続が行なわれる。図２Ａでは、実線のカーブＥＭが電気モータ３の回転数を示し、点線のカーブＴＢがトルクコンバータ４内のランナ１２の回転数を示し、破線のカーブＶＭが内燃機関１の回転数を示す。図２Ｂでは、実線のカーブＥＭが電気モータのトルクを示し、点線のカーブＫＥＧが電気モータ３とトランスミッション５の間の連結部のトルクを示し、一点鎖線ＫＥＶが内燃機関１と電気モータ３の間のクラッチ２のトルクを示す。

方法の実施中、エンジン制御装置８は、例えばバッテリ６の充電状態、現在の回転数、運転中の電動機もしくは電気モータ３のトルク限度、又は走行状態を決定する値のような、内燃機関１を接続するための複数の接続基準を点検する。エンジン制御装置８は、公知のアルゴリズムを基にして、内燃機関１を接続する必要を決定する。

内燃機関１の接続中、先ずシフトチェンジがトランスミッション５によって抑制される。従って、その時に入っているギヤが固定される。これは、例えば時間ｔ＝０．２５ｓから少なくともｔ＝０．８５ｓの間で行なわれる。

時点ｔ＝０．２５ｓでは、内燃機関を接続することが決められているが、これは、その時の走行動態によって接続が要求されているからである。

先ず、トルクコンバータ４内の油圧の低減が行なわれ、これにより、インペラ１１もしくは電気モータ３の回転数ＥＭとランナ１２の回転数ＴＢの回転数差が可能になる。これは、ｔ＝０．２５ｓからｔ＝０．３ｓの間で行なわれる。次いで、ｔ＝０．３ｓからｔ＝０．７５ｓの間で圧力が一定に保たれるので、インペラ又は電気モータの回転数ＥＭが、ランナ１２の回転数ＴＢと若干異なる。例えばトルクコンバータ４内の案内車の変更可能な調整部のような、トルクコンバータ４用の別の調整手段も考えられる。

図２Ｂから分かるように、時点ｔ＝０．４ｓまでに、電気モータ３と内燃機関１の間のクラッチ２は何らトルクを受けない。

約４５ｓ以降、連結装置２の連結強さＫＥＶは５０Ｎｍに上昇するが、これには、内燃機関１の回転数ＶＭの上昇が認められる。

０．４５ｓから０．６ｓの間の段階で、電気モータ３は、内燃機関１のスタータとして働く。これにより、この時間部分の間で電気モータ３のトルクＥＭの上昇が生じる。

０．６ｓの時点で、エンジン制御装置８が内燃機関１の点火をするので、エンジンが動き始める。従って、比較的急速に、０．６ｓから０．７５ｓの間で回転数ＶＭが上昇する。目標回転数として、通常は電気モータ３の回転数ＥＭが、即ち約１４９０ｒｐｍが想定されている。

本発明によれば、運転者に特に心地よい走行フィールを与えるために、エンジン制御装置８により回転数オーバシュートが、即ち内燃機関回転数ＶＭによるこの目標回転数の短時間の超過が得られる。このため、電気モータ３と内燃機関１の間のクラッチ２の連結強さＫＥＶは、時点ｔ＝０．６５ｓ以降約ｔ＝０．８５ｓまで下げられる。この時間間隔内で、エンジン制御装置８は、所定の回転数差ΔＵＰＭだけ約１４９０ｒｐｍの目標回転数を超えるように内燃機関の回転数ＶＭを調整する。回転数差ΔＵＰＭと電気モータの目標回転数の和から得られる最大回転数に達した後、エンジン制御装置８は、電気モータ３の目標回転数ＥＭに戻るように内燃機関１の回転数ＶＭを調整する。回転数オーバシュートとして、図２Ａに図示されるように、内燃機関１の回転数ＶＭと電気モータ３の回転数ＥＭのカーブが交差するところの間の領域が生じる。

「スイングバック」後、もしくは回転数オーバシュート後に目標回転数ＥＭに達した後、ハイブリッド車両の走行を両方の駆動機構（内燃機関と電動機）によって同時に行なうため、内燃機関１と電気モータ３の間に設けられた連結装置２の連結強さＫＥＶは上げられる。

電気モータ３が、電気モータ３の目標回転数ＥＭへの内燃機関１の調整以降は、図２Ｂで約ｔ＝０．９ｓ以降に図示したように更なるトルクＥＭをもはや発生させないことも考えられる。その場合、内燃機関１は、ここで考える例では約７０Ｎｍのほぼ一様なトルクＶＭを提供する。

本発明による電気モータ３の回転数以上への短時間の間内燃機関の回転数の調整は、運転者にエンジンのスポーティな咆哮を感じさせる。これは、特にスポーツ車では有利であり、傾向的にスポーティでない車両のハイブリッド運転中でも、よく知った車両の感覚を運転者に与える。回転数オーバシュートの具体的な音は、時間間隔Δｔと回転数差ΔＵＰＭを適合させることによりそれぞれ同調させることができる。音の形態も、例えばエンジン制御装置にプログラムすることができるので、常に運転者にとって心地よいエンジン音と走行音が生じる。

回転数オーバシュート用の作動基準として、例えば、カーブＶＭから得られる内燃機関１のトルク発生を使用することができる。その場合、所定のトルク以降、電気モータ３と内燃機関１の間のクラッチ２の強さが下げられるので、内燃機関の回転数ＶＭは、電気モータ３の回転数を越えることができる。回転数オーバシュート用の更なる作動基準として、例えば内燃機関の点火後の所定の時間領域又は内燃機関と電気モータの回転数の監視のような時間制御が問題になる。その場合、相応のエンジン制御装置８は、回転数オーバシュートが得られるようにプログラムすることができる。

更に、本発明による装置は、スイッチ１０の位置を変更することにより、それぞれの回転数オーバシュートを抑制することを可能にする。例えば、スポーツボタンとも呼ばれる選択スイッチ１０を操作した場合にだけ、電気モードでの内燃機関のスポーティな接続及び始動操作を行なうことも考えられる。

図３には、回転数オーバシュートのない穏やかな内燃機関１の接続が行なわれる場合の、時間に依存した回転数ＵＰＭとトルクＴが図示されている。この場合、図２Ａと２Ｂで使用されたものと同じ符号が使用されている。

特に図３Ａから、内燃機関１の回転数ＶＭは、０．６ｓから０．８ｓの時間間隔内で上昇し、電気モータ３の回転数ＥＭだけに達し、これを越えることがないように調整又は制御されることが認められる。図３Ｂで、これは、電気モータ３と内燃機関１の間のクラッチ２の連結強さＫＥＶのカーブの推移から分かる。約０．４５ｓから０．７５ｓの間の時間領域内で、連結装置に対するトルクＫＥＶは、約０．７５ｓで内燃機関１の回転数ＶＭと電気モータ３の回転数が一致するまで一定である。従って、本発明は、内燃機関の起動及び接続が実際に気付かれないままでいるハイブリッドモードもしくは接続モードも可能にする。

本発明は、個々の実施例を基にして詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、多様に変形可能である。模範的に述べたトランスミッションの形態及びトルクコンバータの形態は、任意に変更することができる。更に、エンジン制御装置が受け取る模範的に述べた測定値以外に、全体として走行動態又は走行状況を特徴付ける別のパラメータも使用可能である。トルクコンバータの簡略図も変更することができる。

内燃機関を接続するための本発明による装置を有するハイブリッド車両駆動機構のブロック図を示す。 本発明による方法の間に生じる値のための回転数とトルクのグラフを示す。 本発明による方法のバリエーションで生じる値のための回転数とトルクのグラフを示す。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 分離クラッチ
３ 電気モータ
４ トルクコンバータ
５ オートマチックトランスミッション
６ バッテリ
７ プロペラシャフト
８ エンジン制御装置
９ ホイール
１０ セレクタスイッチ
１１ インペラ
１２ ランナ

Claims (11)

1. 電気モータ（３）によって駆動されるハイブリッド車両駆動機構において内燃機関（１）を接続するための方法において、
   回転数オーバシュートを発生させるため、設定可能な回転数差（ΔＵＰＭ）だけ内燃機関（１）の回転数（ＶＭ）が設定可能な時間間隔（Δｔ）にわたり目標回転数を越え、回転数オーバシュートに依存して所定の音響特性が得られるように、内燃機関（１）の回転数（ＶＭ）が目標回転数に調整されることを特徴とする方法。
2. ａ）内燃機関（１）を接続するための少なくとも１つの接続基準の監視をする、
   ｂ）電気モータ（３）と内燃機関（１）の連結をする、
   ｃ）内燃機関（１）の点火をする、
   ｄ）回転数オーバシュートを発生させるため、所定の回転数差（ΔＵＰＭ）だけ回転数（ＶＭ）が所定の時間間隔（Δｔ）にわたり目標回転数を超えるように、内燃機関（１）の回転数（ＶＭ）の調整をする、
   の方法ステップが実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 目標回転数が、内燃機関（１）の接続時の電気モータ（３）の現在の回転数（ＥＭ）に相当することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 回転数差（ΔＵＰＭ）と目標回転数の和に相当する最大回転数に達した後、内燃機関（１）の回転数が、電気モータ（３）の目標回転数（ＥＭ）に調整されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 内燃機関（１）と電気モータ（３）が、接続段階で連結装置（２）により互いに連結され、回転数オーバシュートを発生させるため、目標回転数に達する前に連結強さ（ＫＥＶ）が一時的に低減されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 回転数差（ΔＵＰＭ）が、２００〜５００ｒｐｍの間にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 時間間隔が、０．５〜１秒の間にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 接続中、ハイブリッド車両のトランスミッション（５）のシフトチェンジが抑制されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
9. 目標回転数の超過が、セレクタスイッチ（１０）に依存して行なわれることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
10. 電気モータ（３）によって駆動されるハイブリッド車両駆動機構において内燃機関（１）を接続するための装置において、
    この装置が、
    ａ）ハイブリッド車両のトランスミッション（５）とハイブリッド車両駆動機構を連結するためのトルクコンバータ（４）と、
    ｂ）内燃機関（１）と電気モータ（３）を連結するための連結装置（２）と、
    ｃ）請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法を実施するエンジン制御装置（８）と、
    を有することを特徴とする装置。
11. 回転数オーバシュートを抑制するためのセレクタスイッチ（１０）が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。

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