JP7370328B2 - トランスミッションシャフトのギアホイールの内部カプラの解除を制御する方法、トランスミッション、およびパワートレイン - Google Patents

トランスミッションシャフトのギアホイールの内部カプラの解除を制御する方法、トランスミッション、およびパワートレイン Download PDF

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Description

本発明は、ハイブリッド車のパワートレインの制御に関する。
より詳細には、本発明の主題は、ギアシフトアクチュエータの制御下で配置された内部トランスミッションカプラの歯の解除を制御することによって、分離クラッチなくトランスミッションの入力に接続された燃焼機関により供給されるトルクの伝達の伝達比を採用または解放する制御方法である。
本発明の別の主題は、トランスミッションならびに分離クラッチなく第１のトランスミッション入力シャフトに接続された燃焼機関、第２のトランスミッション入力シャフトに接続された電気機械、およびギアシフトアクチュエータの制御下で配置されたギアホイールに結合される結合歯を備えた少なくとも１つのカプラで構成されたハイブリッドパワートレインである。
ほとんどの道路車両において、エンジンからホイールへの動力の伝達は、複数の構成を有するギアボックスを通じて実現される。
一部のハイブリッド車は、燃焼機関とギアボックスとの間に分離クラッチのない顎または「爪」クラッチ結合を有する。
複数の電気、エンジン、およびハイブリッドギア比を有し、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ホイールの方向に混ざり合うこの種のハイブリッドトランスミッションは、国際公開ＷＯ２０１４／２０７３３２により知られている。燃焼機関を起源とするトルクは、「エンジン」トランスミッションギア比でホイールに伝達され、主電気機械からのトルクは、「電気」ギア比で伝達される。
燃焼機関は、一定の速度を下回ると動作し得ない。従来のセミオートマチックまたはオートマチックトランスミッションにおいては、エンスト発生のリスクを伴う制動下において、エンジンをホイールから分離する要求がクラッチに課される。トランスミッションの入力側に分離クラッチがないと、制動によってエンジンは、正常に動作できない状態となり、エンストが発生する可能性がある。
前述のハイブリッドパワートレイン（ＰＴ）において、顎結合の係合および解除は、トランスミッションの内部アクチュエータの管理および車両（内燃機関および電動機）のトルクアクチュエータの管理の両者を含む方法を通じて実現される。
ギアボックスのギアホイールの解除を保証するには、十分に長い時間にわたって、顎結合における残留トルクを所定の閾値未満まで低下させる必要がある。急制動の状況において、関連するアクチュエータは、エンジンが低レベル動作領域に入る前にこれらの目的を必ずしも達成できるわけではない。
機関の速度が低すぎて正常に動作できない速度領域にある場合、内燃機関は、正のトルクの発生およびアイドリングの調節を生じさせる可能性のある爆発を引き起こす。これらの爆発により、駆動系を通じて車両全体に影響を及ぼす衝撃および振動が発生する。これらは、非常に不快なものとしてユーザに感じられる。
本発明の目的は、燃焼機関の低レベル動作またはそのストールによって駆動系および車両に伝達される衝撃および振動を制限することである。
この目的のため、採用ギア比における減速下でのストールのリスクが存在する臨界状況に燃焼機関が入った場合は、
燃焼機関の速度の関数として、アクチュエータがストールを防止するためにギア比の解放を余儀なくされる第１の臨界ゾーンが決定され、
機関の速度および減速度の関数として、燃料の噴射の防止により機関のストールが管理される第２の臨界ゾーンが決定される。
第１の臨界ゾーンは、カプラの歯に対してトランスミッションの回転部品により及ぼされる合成トルクの関数として、アクチュエータがギア比を解放可能なゾーンであるのが好ましい。
第２の臨界ゾーンは、カプラの歯に対してトランスミッションの回転部品により及ぼされる合成トルクの関数として、アクチュエータがギア比を解放不可能なゾーンであるのが好ましい。
提案のトランスミッションおよびハイブリッドＰＴにおいては、ギアシフトアクチュエータおよび燃焼機関の噴射がこの方法に従って管理される。
本発明は、添付の図面を参照しつつ、その非限定的な一実施形態に関する以下の説明を読むことによって、より深く理解され得る。
ハイブリッドＰＴの構成を模式的に示した図である。 顎クラッチギアボックスカプラに加えられる力を示した図である。 提案の方法を示した図である。
図１のギアボックス１は、たとえば「セミオートマチック」式である。その動作はマニュアルギアボックスの動作であるが、ギアシフトが自動化されている。この図は、電気機械（ＨＳＧ（ハイブリッド始動発電機）２と称する）、中実主軸４上の燃焼機関３を示している。第１の電気機械よりも強力なＭＥと称する別の電気機械５が中空主軸６に搭載されている。ギアボックスの第２のシャフト７は、ディファレンシャル（図示せず）に接続された後、車両のホイールに接続されている。
２つの電気ギア比ＥＶ１およびＥＶ２を利用可能にするため、ギアボックスのその他の部分とは独立に、第２のシャフト７上の摺動ギアおよび顎部を備えた第１のカプラ８が電気機械ＭＥ５のギア比を変更可能である。電気ギア比から独立した２つのエンジンギア比Ｔｈ２およびＴｈ４を確立するため、電気ギア比とは別に、中実主軸４上の摺動ギアおよび顎部を備えた第２のカプラ９が燃焼機関３のギア比を修正可能である。並行軸１０上の摺動ギアおよび顎部を備えた第３のカプラ１１は、図中の右方に移動した場合に、第３のエンジンギア比Ｔｈ３を確立可能である。各瞬間に独立して、第１の電気機械ＭＥ上の所望のギア比ならびに燃焼機関ユニットＭｔｈおよび第２の電気機械ＨＳＧ２上の所望のギア比を選定することができる。エンジンギア比および電気ギア比の組合せによって、ハイブリッドギア比を実現可能である。
図２は、図１のカプラ８および１１のように、ギアボックスの歯状結合すなわち直線状顎部（爪部とも称する）を備えた結合を模式的に示している。カプラ８、１１は、シャフト１ａ（図中の点線）に回転接続され、ギアシフトアクチュエータ１６（図示せず）のフォーク１５の制御下でシャフト上を摺動する摺動ギア１４に固定された結合歯１２を有する。摺動ギア１４の軸方向移動によって、シャフト１ａ上で回転するギアホイール（図示せず）の顎部１３に対する顎部１２の結合／分離によりギア比の採用または解放が決まる。摺動ギア１４は、シャフト１ａ上の回転という観点では固定されている。その軸方向移動は、ギアシフトアクチュエータ１６の制御下で配置されたフォーク１５の動作下で実現される。直線矢印ｆは、ギア比を解放しようとするアクチュエータ１６の力を表す。回転矢印Ｃ１は、摺動ギアに印加されたドライブシャフトにおけるトルクを示している。回転矢印Ｃ２は、アイドリングピニオンに印加されたトランスミッションシャフト（図示せず）上のトルクを示している。アイドリングピニオンの顎部に対するトルクＣ１およびＣ２の合力は、接線方向成分Ｔと、顎部１２および１３間の摩擦力ｌとなる長手方向成分とを有する。力ｌは、アクチュエータ１６の力に反するため、ギア比の解放を遅延または減速させる可能性がある。顎部の解除を保証するため、アクチュエータ１６は、トランスミッションシャフト１ａに対して摺動する自由度を有する摺動ギア１４に力を印加する。
ギアボックスアクチュエータの能力は限られているが、これは、印加トルクＣ１、Ｃ２の合力を可能な限り制限するか、さらに良いのは、トルクを取り除くことによって、最良の状態で顎部の解除を保証する必要があることを意味する。ただし、トルク定値を実現するＰＴの電気機械および燃焼機関の能力自体は、これら構成要素の固有の性能により振幅の観点で制限されている。最後に、製品承認の制約および動的性能によっても、トルク定値の実現は制限される。
このような場合は、顎部の解除を実現できない状況が存在する。
場合によっては、摺動ギアの移動を可能にするほど十分にはトルクの合力が低下しない。
また、場合によっては、トルクの合力が十分に低下するものの、トルクが反転して反対方向に再度増大する前に、その値が摺動ギアの移動を可能にする期間が短すぎる。
本発明の方法では、ギアシフトアクチュエータ１６の制御下で配置された内部トランスミッションカプラ８、１２の歯の解除を制御することによって、分離クラッチなくトランスミッションの入力に接続された燃焼機関により供給されるトルクの伝達の伝達比を採用または解放する。提案の方法は、臨界状況の検出に基づく。検出は、機関の速度およびその導関数の観測に依拠する。また、本発明の範囲から逸脱することなく、臨界状況の検出は、制動システムからのアラートに基づいていてもよい。
採用ギア比における減速下でのストールのリスクが存在する臨界状況に燃焼機関が入った場合は、
燃焼機関の速度ωの関数として、アクチュエータ１６がストールを防止するためにギア比の解放を余儀なくされる第１の臨界ゾーンが決定され、
機関の速度および減速度の関数として、燃料の噴射の防止により機関のストールが管理される第２の臨界ゾーンが決定される。
機関の減速度は、その速度の導関数（ｄω／ｄｔ）の値または車両制動システムによって決まり得る。
一般的原理は、機関の速度および減速度の観測結果の関数として、
ストールのリスクが存在し、システムがエンジンをホイールから分離可能な第１の臨界ゾーン、および
ストールのリスクが存在し、システムがエンジンをホイールから分離不可能な第２の臨界ゾーン、
という２つの異なる臨界ゾーンを検出することである。
第１のゾーンにおいては、一般的な駆動系ステータス定値を超えることによって、与えられた応答が分離を強制する。このゾーンにおいて、アクチュエータ１６は、カプラの歯に対してトランスミッションの回転部品により及ぼされる合成トルクの関数として、ギア比を解放可能である。
第２のゾーンにおいて、この応答では、燃料の噴射の防止により燃焼機関のストールを管理する。このゾーンにおいて、アクチュエータは、カプラの歯に対してトランスミッションの回転部品により及ぼされる合成トルクの関数として、ギア比を解放不可能である。
図１のように、トランスミッションの入力側に分離クラッチのないハイブリッドＰＴの特定事例において、トランスミッションは、燃焼機関からのトルクおよび少なくとも１つの電気機械のトルクを多くの異なるトランスミッションギア比で組み合わせる。当該事例において、本発明は、上述の二重の方法（その際の状態に応じて、「ストール防止方法」と称する第１の方法および「ストール方法」と称する第２の方法）の有効化を見込む。前述の通り、これら２つの方法の適用ゾーンは、時間の関数として、機関の速度ωおよびその変化の値の範囲により決定されるようになっていてもよく、フィルタリングされるのが好ましい。図３中の図示によれば、燃焼機関の速度ωおよびその導関数ｄω／ｄｔに従って、
特定の方法が適用されない第１のゾーンＡ（公称動作すなわち「公称モード」と考えられる）、
「ストール防止方法」が有効化される中間の第２のゾーンＢ、および
「ストール方法」が有効化される第３のゾーンＣ、
という３つの動作ゾーンが識別される。
図１に示す提案のトランスミッションは、ギアシフトアクチュエータ１６の制御下で配置され、分離クラッチなくトランスミッションの入力側に接続された燃焼機関により供給されるトルクの伝達の伝達比を採用または解放する少なくとも１つの内部カプラ８、１１を備える。
本発明によれば、ギアシフトアクチュエータ１６および燃焼機関の噴射が上述の方法に従って管理される。
特定の一実施形態において、関連するカプラ８、１１は、摺動ギア１４および顎部１２を備えた種類のものである。
提案のハイブリッドＰＴは、分離クラッチなく第１のトランスミッション入力シャフト４に接続された燃焼機関、第２のトランスミッション入力シャフトに接続された電気機械（ＭＥ）、およびギアシフトアクチュエータの制御下で配置されたギアホイールに結合される結合歯を備えた少なくとも１つのカプラ８、１１で構成されている。本発明によれば、燃焼機関およびカプラアクチュエータが上述の方法に従って管理される。
このようなハイブリッドＰＴは、燃焼機関および主要な電気機械ＭＥのほか、エンジンギア比でトルクを与える付加的な電気機械ＨＳＧを備えていてもよい。そして、上述の方法は、以下の条件下で適用可能である。
「エンジンギア比」が採用される（これは、とりわけギアシフトがＺ１とＺ２との間にトルクの穴を補償するのに付加的な電気機械が使用されており、燃焼機関が分離されている場合に、燃焼機関がそのステータスに関わらず、ある伝達比でホイールに機械的に結合されていることを意味する）。
付加的な電気機械ＨＳＧの速度の導関数ｄω／ｄｔが第１の有効化ゾーンにある。
「ストール方法」は、以下の場合に適用可能である。
「エンジンギア比」が採用される（すなわち、とりわけギアシフトが２つの電気ギア比の間にトルクの穴を補償するのに付加的な電気機械ＨＳＧが使用されており、燃焼機関が分離されている場合に、燃焼機関がそのステータスに関わらず、ある伝達比でホイールに機械的に結合されている場合）。
付加的な電気機械ＨＳＧの速度の導関数ｄω／ｄｔが第２の有効化ゾーンにあって、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）が有効である。
本発明は、信頼性に影響を及ぼし得る駆動系への衝撃およびこのような衝撃によって乗員にもたらされる不快感を制限することができる。

Claims (9)

  1. ギアシフトアクチュエータ（１６）の制御下で配置された内部トランスミッションカプラ（８、１１）の歯の解除を制御することによって、分離クラッチなくトランスミッションの入力に接続された燃焼機関により供給されるトルクの伝達の伝達比を採用または解放する制御方法であって、採用ギア比における減速下でのストールのリスクが存在する臨界状況に前記燃焼機関が入った場合に、
    前記燃焼機関の回転速度（ω）の関数として、前記ギアシフトアクチュエータ（１６）がストールを防止するために前記採用ギア比の解放が強制される第１の臨界ゾーンが決定され、
    前記燃焼機関の回転速度および該回転速度の減速度の関数として、燃料の噴射の防止により前記燃焼機関のストールが管理される第２の臨界ゾーンが決定され、
    前記燃焼機関をホイールから分離可能な前記第１の臨界ゾーンにおいて、前記採用ギア比を解放可能とし、
    前記燃焼機関をホイールから分離不可能な前記第２の臨界ゾーンにおいて、前記採用ギア比を解放不可能とする、
    ことを特徴とする、制御方法。
  2. 前記第１の臨界ゾーンが、前記内部トランスミッションカプラの歯に対して前記トランスミッションの回転部品により及ぼされる合成トルクの関数として、前記ギアシフトアクチュエータ（１６）が前記採用ギア比を解放できるゾーンであることを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
  3. 前記第２の臨界ゾーンが、前記内部トランスミッションカプラの歯に対して前記トランスミッションの回転部品により及ぼされる合成トルクの関数として、前記ギアシフトアクチュエータ（１６）が前記採用ギア比を解放できないゾーンであることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法。
  4. 前記燃焼機関の回転速度の減速度が、その速度の導関数（ｄω／ｄｔ）の値により決定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制御方法。
  5. 前記燃焼機関の回転速度の減速度が、車両制動システムにより決定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制御方法。
  6. 前記燃焼機関の回転速度（ω）およびその導関数（ｄω／ｄｔ）の関数にしたがって、
    特定の方法が適用されない第１のゾーン、
    ストール防止方法が有効化される前記第１の臨界ゾーン、および
    ストール方法が有効化される前記第２の臨界ゾーン、
    という３つの動作ゾーンが識別され、
    前記第１のゾーンにおいて、公称動作を行い、
    前記燃焼機関をホイールから分離可能な前記第１の臨界ゾーンにおいて、前記採用ギア比を解放可能とし、
    前記燃焼機関をホイールから分離不可能な前記第２の臨界ゾーンにおいて、前記採用ギア比を解放不可能とする、ことを特徴とする、請求項４に記載の制御方法。
  7. ギアシフトアクチュエータ（１６）の制御下で配置され、分離クラッチなくトランスミッションの入力に接続された燃焼機関により供給されるトルクの伝達の伝達比を採用または解放する少なくとも１つの内部トランスミッションカプラ（８、１１）を備えたハイブリッドパワートレインのトランスミッションであって、前記ギアシフトアクチュエータ（１６）および前記燃焼機関の噴射が請求項１から６のいずれか一項に従って管理されることを特徴とする、トランスミッション。
  8. 前記内部トランスミッションカプラ（８、１１）が、摺動ギア（１４）および顎部（１２）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のトランスミッション。
  9. 分離クラッチなく第１のトランスミッション入力シャフト（４）に接続された燃焼機関（Ｍｔｈ）、第２のトランスミッション入力シャフトに接続された電気機械（ＭＥ）、およびギアシフトアクチュエータの制御下で配置されたギアホイールに結合される結合歯を備えた少なくとも１つの前記内部トランスミッションカプラ（８、１１）で構成されたハイブリッドパワートレインであって、前記燃焼機関およびカプラアクチュエータが請求項１から６のいずれか一項に従って管理されることを特徴とする、ハイブリッドパワートレイン。
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