JP2010517871A - 推進運転中の車両の駆動系を運転するための方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関（２）、電気機械（３）および変速機装置（４）を有する推進運転中の車両の駆動系（１）を運転するための方法が開示されている。電気機械（３）が内燃機関（２）と変速機装置（４）との間のパワーフローの中に配置されている。電気機械（３）と出力部（５）との間に無段可変式伝達能力を有するシフトエレメント（８）が設けられている。出力部（５）に与えられる目標出力トルクがシフトエレメント（８）の伝達能力に依存している。出力部（５）で目標出力トルクの表示に必要な伝達能力を有するシフトエレメント（８）が存在するように、シフトエレメント（８）の伝達能力が要求された目標出力トルクに依存して制御調整されている。電気機械（３）の回転数が、内燃機関（２）の遮断過程中に、シフトエレメント（８）を少なくとも内燃機関（２）の遮断過程の間スリップ運転に保持し、かつ内燃機関（２）の回転数を電気機械（３）を利用してゼロにするために、制御調整される。

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項のプリアンブルにより詳しく定義された方式による推進運転中の車両の駆動系を運転するための方法に関する。

通常、それぞれ内燃機関、電気機械および変速機装置によって形成された、実務から公知の、いわゆるパラレルハイブリッド車両の駆動系において、出力部にそれぞれ与えられる推進トルクは電気機械および内燃機関を利用して提供される。電気機械は、その際に発電機式に駆動され、かつ電気エネルギーが再生される。電気機械は、その際にとりわけそれぞれ内燃機関と駆動系の変速機装置との間のパワーフローの中に配置されている。さらに、電気機械と駆動系の出力部との間に無段可変式伝達能力を有するそれぞれ１つのシフトエレメントが設けられており、出力部に与えられる目標出力トルクは前記シフトエレメントの伝達能力に依存している。

燃料を節約するために、内燃機関は推進運転中に運転状態に依存して遮断される。そのために、まだ接続される内燃機関および電気機械は、シフトエレメントによって出力部から脱結合され、かつ内燃機関がそれに続き能動的に電気機械を介して停止される。

しかしながら、その際に内燃機関および電気機械の前記脱結合が牽引力中断を生ぜしめることが欠点である。さらに、前記運転方式は、駆動系の運転状態変更を要求する運転者要求基準値と、前記運転者要求基準値によって要求された駆動系の動作点との間の時間が非常に長くなり、それによって変更された駆動系側の運転者要求の応答が生じるまでの所要時間が長すぎるので、望ましくない範囲に低下してしまう。

パラレルハイブリッド車両の駆動系のその他の態様は、内燃機関と電気機械との間の領域において、内燃機関が前記領域でそれぞれ駆動系から脱結合可能の、それぞれシフトエレメントもしくは分離クラッチによって形成されている。このように構成された駆動系において、内燃機関はそれぞれ内燃機関を遮断するための要求があるとき、初めに駆動系の分離クラッチを介して脱結合され、かつそれに続き遮断される。

しかしながら、前記方式は、内燃機関の単独の走出時に車両内に車両の揺動を生ぜしめる不快な振動が励起されるので、欠点として走行快適性の低下を招く。前記振動は、内燃機関の走出過程中の内燃機関の回転不均一性から生じる。さらに、内燃機関によって遮断過程中に発生した推進トルクは、開放された分離クラッチにおいて、内燃機関の運動回転エネルギーが内燃機関の脱結合状態で利用できなくなるので、出力部に目標出力トルクの表示が提供されない。

従って、本発明には、内燃機関の推進トルクがほぼ内燃機関の全遮断過程中に牽引力中断なしに同時に駆動系の良好な自発性と高い走行快適性で利用可能である推進運転中の車両の駆動系を運転するための方法を提供する課題が基礎におかれている。

この課題は、本発明により特許請求の範囲第１項の特徴を有する方法によって解決される。

内燃機関、電気機械および変速機装置を有する推進運転中の車両の駆動系の本発明に係る運転方法において、電気機械が内燃機関と変速機装置との間のパワーフローの中に配置されており、かつ前記電気機械と出力部との間に無段可変式伝達能力を有するシフトエレメントが設けられており、かつ出力部に与えられる目標出力トルクが前記シフトエレメントの伝達能力に依存しており、前記シフトエレメントの伝達能力は、出力部で目標出力トルクの表示に必要な伝達能力を有するシフトエレメントが存在するように、要求された目標出力トルクに依存して制御調整される。さらに、内燃機関の遮断過程中の電気機械の回転数は、シフトエレメントを少なくとも内燃機関の遮断過程中にスリップ運転に保持し、かつ内燃機関の回転数を電気機械を利用してゼロにするために制御調整される。

内燃機関は、本発明による方法を利用して、内燃機関の遮断時に発生する回転不均一性と、そこから生じるスリップするシフトエレメントのトルク変動が出力部の方向へ転送されないので、車両の運転者に感知できない仕方で遮断される。さらに、本発明により駆動される電気機械の再生運転の駆動系において、電気機械と車両の出力部との間で制御された結合によって従来どおりに駆動される駆動系と比較して中断されず、それによって電気機械により発電機運転で発生した電気制動トルクが内燃機関の全遮断過程中にシフトエレメントを介して出力部に与えられる。

さらに、本発明に係る方式に基づき車両もしくは駆動系の推進運転において内燃機関の全遮断段階中にほぼ車両エネルギーも内燃機関の慣性質量の回転運動エネルギーも利用され、かつ同時に車両の燃料消費量が推進運転中の内燃機関の遮断によって低減され、ならびに内燃機関の遮断状態で内燃機関によって生成され、かつ電気機械の再生運転の効率を悪化させる摩擦損失の発生が回避される。

本発明に係る方法の好ましい変形態様において、電気機械の制御装置の制御品質を改善するために、駆動系の出力部で表示される目標出力トルクおよび内燃機関によって発生した実トルクが回転数制御された電気機械の前もった制御に用いられることが考慮されている。

本発明に係る方法のその他の有利な変形態様において、内燃機関の回転数は、電気機械の回転数の好ましくは傾斜式案内によってゼロまたは内燃機関の最小運転回転数より小さい所定の限界値以下に、かつ内燃機関内の燃料燃焼の中断によってゼロにされる。

これは、回転数が発電機式に運転される電気機械を利用して接続状態から遮断状態へほぼ摩擦なしに移行され、かつ内燃機関から供給されたトルクもしくは推進トルクが少なくとも近似的に内燃機関の最終的な遮断まで利用可能であることを意味する。

電気機械の回転数は、本発明に係る方法のもう１つの変形態様において、好ましくは内燃機関の遮断過程中に電気機械の回転数の目標基準値と、電気機械の実回転数との間の制御誤差に依存して電気機械と遮断過程中の出力部との間でシフトエレメントを恒常的にスリップさせながら運転し、かつシフトエレメントのスリップを必要最小量に低減できるようにするために調整される。それによって、簡単な方法で、スリップ運転から生じるシフトエレメントの負荷を可能なかぎり小さくすることが保証されている。

シフトエレメントの負荷のもう１つの低減は、本発明に係る方法のもう１つの変形態様において、シフトエレメントのスリップが内燃機関の遮断後に引き続き回転数制御式に運転される電気機械を利用してゼロの方向へ誘導されることによって達成され、遮断された内燃機関とシフトエレメントとの間の作用結合が中断された場合に、回転数制御の前もった制御のために電気機械によって発生した実トルクが考慮される。

出力部で表示される目標出力トルクは、本発明に係る方法のもう１つの有利な変形態様において、電気機械を利用して、シフトエレメントがスリップなしで運転される場合に提供される。この方式は、コスト的に有利な方法で制御費用および調整費用の低減と、シフトエレメントの負荷のさらなる減少とを可能にする。

本発明のその他の長所および有利な発展的形成は、特許請求の範囲および図面を引用して原理的に説明する実施例から生じる。

パラレルハイブリッド車両として形成された駆動系の大幅に模式化した表示。 推進運転においてかつ内燃機関の遮断過程中の図１記載の駆動系を運転するための制御構造のブロック図。

図１は、パラレルハイブリッド駆動系として構成された車両の駆動系１をブロック図の形態で示す。駆動系１は、内燃機関２、電気機械３、変速機装置４および出力部５を含む。電気機械３と、内燃機関２から離間する前記電気機械３側に配置された変速機装置４との間に、無段可変式伝達能力を有するシフトエレメント８が配置されており、これを利用して駆動系１の電気機械側の部分が駆動系４の変速機装置側の部分もしくは出力部５との作用結合に移行させることができる。

変速機装置４は、前記のように様々な変速比が表示可能である従来の自動変速機として構成されている。変速機装置４は、それ自体実務から公知の内蔵された発進クラッチまたは自動変速機内の変速比の表示に使用されない摩擦係合クラッチのような独立の発進要素と組合わせることができるあらゆる変速機としてよい。

シフトエレメント８は、前記のように変速機装置４の外部に配置されており、かつ図面に詳しく図示しないその他の駆動系１の実施例において変速機装置の内部に配置してもよく、かつ少なくとも１つの変速機装置４の変速比が表示可能である変速機装置４のシフトエレメントとしても構成することができる。

シフトエレメント８から離間する変速機装置４側もしくは変速機装置出力側に、変速機装置４が軸差部９を介して駆動系１の車両駆動軸のホイール１０と作用結合されている。ホイール１０の領域に、いわゆるブレーキブースタ１２によって構成されたブレーキ装置１１の一部が表示されている。ブレーキブースタ１２は、ブレーキ装置が駆動系１の推進運転時に自動的に電気機械３に割り当てられた電気貯蔵装置１３が発電機式に運転される電気機械３によって完全に充電され、かつ電気機械３によって充分なエンジンブレーキトルクが出力部５に表示できない場合に、出力部５で逆推進トルクの表示のために作動される装置である。電気貯蔵装置１３は、電気制御装置１４を介して電気機械３、車載回路網１５ならびに電気変速機制御装置１６に接続されており、最後に挙げた電気変速機制御装置１６は変速機装置４の制御のために設けられている。内燃機関２の制御のためにエンジン制御装置１７が設けられている。

内燃機関２と電気機械３との間に、回転不均一性減衰のための装置６ならびにもう１つの摩擦係合シフトエレメント７が配置されている。別のシフトエレメント７の伝達能力に応じて電気機械３を介した単独駆動部のような車両の駆動系１の様々な運転状態、内燃機関２および電気機械３を介した平行駆動部または内燃機関２を介した単独駆動部を実行できるようにするため、内燃機関２と電気機械３との間で作用結合を構築可能である。

さらに、内燃機関２と電気機械３との間の別のシフトエレメント７の配置によって、内燃機関２を初めに前記内燃機関２の始動過程に必要な電気機械３の回転エネルギーが存在するとき別のシフトエレメント７を介して内燃機関２が電気機械３によって始動されるように、電気機械３へ結合する可能性がある。

図２は、車両の駆動系、特に図１記載の駆動系が内燃機関２の遮断過程中に推進運転で以下より詳しく説明する方法で本発明により操作可能である、ブロック図の形態で示した制御構造を示す。その際に、本発明に係る方法が内燃機関２と電気機械３との間に配置される別のシフトエレメント７なしに形成された駆動系にも好適であることが指摘される。電気機械３および内燃機関２は、前記形式の駆動系の態様において剛性の軸を介して互いに固定連結されている。

駆動系１の推進運転において、上位の走行戦略および／または運転者要望基準値によって要求された目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌは、接続された内燃機関２およびそれぞれ対応する伝達能力と共にあるシフトエレメント７および８で、電気機械３の一方の部分と内燃機関２の他方の部分へ、出力部５で提供される。駆動系１の前記のような運転状態中に内燃機関２の遮断に対する要求がある場合、シフトエレメント８の伝達能力が制御式に連続的に低減され、かつシフトエレメント８がスリップ状態へ移行される。別のシフトエレメント７は完全に閉鎖された状態にとどまり、かつシフトエレメント８の運転状態推移が監視される監視装置が始動される。

スリップ運転へのシフトエレメント８の移行時に、シフトエレメント８のスリップの制御は電気機械３を利用して開始される。シフトエレメント８の伝達能力は、引き続き制御式に調整され、その結果、シフトエレメント８が目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌの表示のために出力部５で必要な伝達能力と共に恒常的に存在する。出力部５に表示される出力トルクもしくは目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌの基準値が変化する場合、運転者要望もしくは走行戦略の基準値がシフトエレメント８の領域でシフトエレメント８の伝達能力の変化によって追従される。

これは、目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌが実プロセスもしくは図１記載の駆動系１に対する図２記載の制御構造の制御量を表示することを意味する。目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌを利用して、シフトエレメント８を介して管理可能のトルク値もしくはそれと同等のシフトエレメント８の伝達能力が算出され、かつ制御量ｍ＿８＿ｓｏｌｌとしてシフトエレメント８のために使用される。目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌは、修正制御ブロックＫ１を介して適合可能であり、前記修正制御ブロックＫ１で適用決定された修正係数が使用される。

上記から逸脱して、それぞれ現在の運転状態について実際にシフトエレメント８を介して管理可能のトルクを正確に算出できるようにするため、再び運転状態に依存する修正係数を指定可能である運転状態依存性の特性曲線を修正のために用いる可能性もある。しかしながら、それに加えて修正係数を好適な整合ルーチンを介して決定し、かつ制御基準値の適合もしくは修正に用いる可能性もある。

もう１つの制御量は、内燃機関２から推進遮断中に出力部５に与えられる前記内燃機関の実回転トルクｍ＿２＿ｉｓｔである。さらに、電気機械３の実回転数ｎ＿３＿ｉｓｔを利用して結節点２１で比較される。電気機械３の回転数の目標基準値ｎ＿３＿ｓｏｌｌが考慮される。差分値は、本発明により比例積分制御装置として構成された制御装置２２に供給され、その出力値は電気機械３の回転トルクの目標基準値ｍ＿３＿ｓｏｌｌの制御割合を表す。電気機械３の回転数ｎ＿３の制御によってシフトエレメント８のスリップ状態が電気機械３を利用して維持される。

調整装置２２の調整過程もしくは前記調整装置２２によって算出された電気機械３の駆動トルクの目標基準値ｍ＿３＿ｓｏｌｌに加えて、図２記載の制御構造において電気機械３の駆動トルクの目標基準値ｍ＿３＿ｓｏｌｌの制御割合は、制御の外乱を表す負荷トルクに依存して決定される。その際に目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌならびに接続された内燃機関２によって発生した実トルクｍ＿２は、別の修正制御ブロックＫ２およびＫ３を介して目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌと同一の方法で修正制御ブロックＫ１を介して運転状態に依存して駆動系１の実システムへ適合可能である電気機械３の回転数を調整するための外乱を表す。

シフトエレメント８のスリップ制御中に、電気機械３の回転数ｎ＿３が傾斜式にゼロにまたは内燃機関の最小回転数より小さい電気機械３の回転数の所定の限界値以下に管理されることによって、内燃機関２が電気機械３によって遮断される。同時に、燃料燃焼が内燃機関２で中断され、それによって内燃機関２の回転数がゼロに低減され、かつ内燃機関２が遮断状態へ移行する。場合により最後に挙げた内燃機関２の運転段階中に発生する回転不均一性は、スリップするシフトエレメント８の領域で出力部５の方向へ転送されず、それによって走行快適性を損なう駆動系１内の振動は簡単な方法で回避される。

同時に、内燃機関２の接続状態で提供される推進トルクが内燃機関２の遮断時点まで出力部５でシフトエレメント８を介して提供される。内燃機関２が遮断されると、別のシフトエレメント７が開放され、かつ内燃機関２の回転質量を電気機械側のみの車両運転中に駆動する必要がなく、かつ再生運転の効率を損なう摩擦損失を簡単な方法で回避するために、内燃機関２が駆動系１から脱結合される。

それに続き、シフトエレメント８のスリップは引き続き回転数制御式に運転される電気機械３によって取り払われ、内燃機関２の遮断後および別のシフトエレメント７の開放後に図２記載の制御構造に転換され、かつ回転数制御は内燃機関２の実トルクｍ＿２なしに実施される。

さらにそれに続き、シフトエレメント８は負荷の低減のために完全に閉鎖され、かつ電気機械３はトルクマネージメントに移され、電気機械３から引き渡されたトルクは運転者要望基準値に依存して調整され、それによって駆動系１が純電気走行モードにある。

参照符号Ｖのもとに、本発明に係る方法中の電気機械３の回転数の目標基準値ｎ＿３＿ｓｏｌｌの原理的な時間経過が大幅に簡略化して示されている。この図示から、目標基準値ｎ＿３＿ｓｏｌｌが本発明に係る方法中に第１の値ｎ＿３Ａから、内燃機関２の遮断に対する要求があり、かつシフトエレメント８がスリップモードにある時点Ｔ１へ傾斜式にゼロの方向へ誘導されることが明らかである。時点Ｔ２で、電気機械３の回転数の目標基準値ｎ＿３＿ｓｏｌｌは、内燃機関２が遮断される時点Ｔ３まで値ゼロに放置される。それに続き、電気機械３の目標基準値ｎ＿３＿ｓｏｌｌは、出力部５で目標出力トルクｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌがスリップなしで運転されるシフトエレメント８に当てられ、かつ本発明に係る方法が終了する値ｎ＿３Ｂに傾斜式に上げられる。

駆動系もしくはパラレルハイブリッド駆動系を運転するための前記方法は、基本的に電気機械３とシフトエレメント８との間の領域で流体力学式トルクコンバータによって組み込まれたコンバータロックアップクラッチ有りまたは無しで構成されており、駆動系は閉鎖されたコンバータロックアップクラッチで推進運転中に内燃機関の遮断過程中に前記方法で運転される。コンバータロックアップクラッチの開放またはスリップ時にシフトエレメント８の領域でより小さい差分回転数に調整され、それによって前記領域により少ない摩擦損失が発生する。

一般的に、本発明に係る方法により電気機械によって簡単な方法で支援される駆動系の内燃機関の能動的エンジンストップが実行可能であり、他方では、車両に向かって電気機械および接続された内燃機関の推進トルクがスリップクラッチを介して伝達される。クラッチの領域のスリップ制御は電気機械３から引き渡されたトルクを介して行われ、他方、クラッチを介して管理可能のトルクは運転者の要望および／または上位の走行戦略に応じて純粋に制御調整される。

１ 駆動系
２ 内燃機関
３ 電気機械
４ 変速機装置
５ 出力部
６ 回転不均一性減衰のための装置
７ 別のシフトエレメント
８ シフトエレメント
９ 軸差部
１０ ホイール
１１ ブレーキ装置
１２ ブレーキブースタ
１３ 電気貯蔵装置
１４ 電気制御装置
１５ 車載回路網
１６ 電気変速機制御装置
１７ エンジン制御装置
２０ スイッチ
２１ 結節点
２２ 調整装置
Ｋ１〜Ｋ３ 修正制御ブロック
ｍ＿２ トルク内燃機関
ｍ＿８ シフトエレメントの伝達能力
ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ 目標出力トルク
ｎ＿３ 電気機械の回転数

Claims (10)

1. 内燃機関（２）、電気機械（３）および変速機装置（４）を有する推進運転中の車両の駆動系（１）を運転するための方法において、
   前記電気機械（３）が内燃機関（２）と変速機装置（４）との間のパワーフローの中に配置され、
   前記電気機械（３）と出力部（５）との間に無段可変式伝達能力を有するシフトエレメント（８）が設けられ、
   前記出力部（５）に与えられる目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）が前記シフトエレメント（８）の伝達能力に依存し、
   出力部（５）で目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）の表示に必要な伝達能力を有するシフトエレメント（８）が存在するように、前記シフトエレメント（８）の伝達能力が要求された目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）に依存して制御調整され、
   前記電気機械（３）の回転数（ｎ＿３）が、内燃機関（２）の遮断過程中に、シフトエレメント（８）を少なくとも内燃機関（２）の遮断過程の間スリップ運転に保持し、かつ内燃機関（２）の回転数を電気機械（３）を利用してゼロにするために、制御調整されることを特徴とする方法。
2. 目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）および内燃機関（２）によって発生した実トルク（ｍ＿２＿ｉｓｔ）が、回転数制御された電気機械（３）の前もった制御に用いられることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 内燃機関（２）の回転数が、電気機械（３）の回転数の好ましくは傾斜式案内によって、ゼロまたは内燃機関（２）の最小運転回転数より小さい所定の限界値以下にされ、かつ内燃機関（２）内の燃料燃焼の中断によってゼロにされることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 電気機械（３）の回転数が、内燃機関（２）の遮断過程の間に、電気機械（３）の回転数の目標基準値（ｎ＿３＿ｓｏｌｌ）と電気機械（３）の実回転数（ｎ＿３＿ｉｓｔ）との間の制御誤差に依存して、調整されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. シフトエレメント（８）の伝達能力が、内燃機関（２）の遮断に対する要求がある場合に、制御されて連続的に低減され、シフトエレメント（８）がスリップ状態へ移行されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. シフトエレメント（８）のスリップが電気機械（３）を介して調整され、
   他方、シフトエレメント（８）を目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）の表示のために出力部（５）で必要な伝達能力と共に表示するために、シフトエレメント（８）の伝達能力が制御されて調整され、
   出力部（５）で表示される出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）の基準値の運転者要望または走行戦略側での変化が存在する場合、運転者要望または走行戦略の基準値がシフトエレメント（８）の領域でシフトエレメント（８）の伝達能力の変化によって追従されることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. シフトエレメント（８）のスリップが内燃機関（２）の遮断後に引き続き回転数制御されて運転される電気機械（３）を利用してゼロの方向へ誘導され、
   遮断された内燃機関とシフトエレメントとの間の作用結合が中断された場合に、回転数制御装置の前もった制御のために目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）が考慮されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. シフトエレメント（８）がスリップなしで運転され、かつ内燃機関（２）が遮断された場合に、目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）が電気機械（３）を利用して表示されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 内燃機関（２）と電気機械（３）との間の電力線に配置されたシフトエレメント（７）が、内燃機関（２）が接続されたときスリップなしで運転されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 内燃機関（２）と電気機械（３）との間のシフトエレメント（７）が内燃機関（２）の遮断時に開放され、
    電気機械（３）の制御が、目標出力トルク（ｍ＿ｆａｈｒ＿ｓｏｌｌ）および電気機械（３）の回転数の目標基準値（ｎ＿３＿ｓｏｌｌ）と電気機械（３）の実回転数（ｎ＿３＿ｉｓｔ）との間の制御誤差に依存して実施されることを特徴とする請求項９記載の方法。

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