JP2010534584A

JP2010534584A - ハイブリッドドライブの切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチの伝達モーメントの補償方法および補償装置

Info

Publication number: JP2010534584A
Application number: JP2009552202A
Authority: JP
Inventors: ゼールアンドレアス
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2010-11-11
Also published as: EP2144800B1; WO2008107459A2; WO2008107459A3; EP2144800A2; US20100151990A1; KR20090127882A; CN101626930B; CN101626930A; DE102007010770A1; CN101259844A

Abstract

本発明は、ハイブリッドドライブの閉ループ制御される駆動モータのみを用いる動作モードからハイブリッド動作モードに移行する際に、駆動モータと内燃機関との間のクラッチの伝達モーメントを補償する方法および装置に関する。本方法および本装置においては、ハイブリッド動作モードでは総モーメントが駆動モータおよび内燃機関から共通して供給され、駆動モータの回転数が調整量を用いて開ループ制御または閉ループ制御され、移行を実施するために、内燃機関が比例クラッチを介する駆動モータとの接続によって、制御可能な伝達モーメントでもって牽引され、駆動モータを内燃機関に接続させるために用いられる目標伝達モーメントに依存して、駆動モータの回転数の開ループ制御または閉ループ制御が実施される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されている方法および請求項８の上位概念に記載されている装置に関する。

自動車のハイブリッドドライブは通常の場合、内燃機関と、電気機械の形態の少なくとも１つの駆動モータとを有しているので、自動車を選択的に、電気機械のみによって純粋な電気動作モードにおいて駆動させることができるか、内燃機関のみによって純粋な機関動作モードにおいて駆動させることができるか、電気機械および内燃機関によってバイブリッド動作モードにおいて駆動させることができる。

電気機械を用いて純粋な電気動作モードからハイブリッド動作モードに移行する際に内燃機関をいわゆる「スリップスタート」によって始動させるために、ハイブリッド車両には一般的に電気機械と内燃機関との間に、いわゆる切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチが設けられており、このクラッチが閉じられると電気機械の被動軸と内燃機関の被動軸とが相互に結合される。切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチは通常の場合、スリップクラッチ（Schleifkupplung）または比例クラッチ（Proportionalkupplung）として実施されている。比例クラッチは、純粋に切り替えられるクラッチとは異なり、所望の伝達モーメントを調整するクラッチである。

内燃機関に調整された伝達モーメントを伝達することによって内燃機関を始動させるために、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチがハイブリッド車両の純粋な電気動作モードの間にアクティブ化されて閉じられる場合、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチにおいては、内燃機関の被動軸が電気機械の被動軸と同じ回転数で回転するようになるまで、所定の期間にわたり電気機械の被動軸と内燃機関の被動軸との間にスリップが生じる。これが「スリップスタート」の名前の由来である。

特定のケースにおいては、スリップスタート時に電気機械の回転数の閉ループ制御が行われる。しかしながらこの回転数の閉ループ制御は、摩擦を克服するため、また回転を加速させるために内燃機関によって切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチを介して受容される伝達モーメントによって妨害され、これによって電気機械においては回転数の急激な変化が生じる。電気機械の実際回転数と目標回転数との制御偏差が大きい場合には、車両内で大きな振動が感じられることになる。

この振動を回避するために、本出願人はドイツ連邦共和国特許明細書第10 2007 010 770.8号において、電気機械の目標トルクを事前制御するために、電気機械の回転数制御部から出力される調整トルクの形態の調整量に、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチの伝達モーメントの形態の補正量を加算することを提案した。
しかしながらこのことは、本明細書において主として記述するように、測定された実際伝達モーメント、もしくは切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチのクラッチディスクの押し付け力の大きさから推定される実際伝達モーメントが伝達モーメントとして使用される場合には、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチから通知された事前制御に使用される実際伝達モーメントの要求と、電気機械における目標トルクの実際トルクへの変換との間に、電気機械における実際トルクの形成に必要とされる時間およびＣＡＮ伝播時間に起因して時間差が存在するという欠点を有する。この時間差によって、電気機械における事前制御された目標トルクの変換は、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチにおける目標伝達モーメントの変換に対して遅延して行われる。切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチにおける実際伝達モーメントの形成は通常の場合スロープ状に行われるので、したがって「引きずりによるずれ（Schleppversatz）」が生じる可能性がある。すなわち、通知された実際伝達モーメントと、電気機械における相応の実際トルクの形成との間に時間差が生じる可能性がある。このことは、同様に機関始動時の回転数の急激な変化または振動を生じさせる可能性がある。

しかしながらドイツ連邦共和国特許明細書第10 2007 010 770.8号においても、測定値の代わりに、もしくは、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチにおいて測定されたパラメータに基づき導出される評価値の代わりに、伝達モーメントに関する情報を、相応の伝達モーメントを調整するためにハイブリッドドライブ制御回路から切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチに供給されるクラッチ調整量にも対応させることができることが既に簡潔に提案されている。

したがって本発明の課題は、ハイブリッドドライブを備えた車両における純粋な電気動作モードからハイブリッド動作モードへの移行をより快適なものにし、殊に内燃機関の始動時のパワートレインにおける総トルクの急激な変化、したがって車両の知覚可能な振動を回避するための別の可能性またはさらなる可能性を提供することである。

発明の開示
本発明によればこの課題を解決するために、駆動モータの回転数の開ループ制御が、駆動モータを内燃機関に結合させる切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４の目標伝達モーメントに依存して行われること、もしくは、目標伝達モーメントを提供する手段が設けられることが提案され、ここで回転数の開ループ制御部は駆動モータの回転数の開ループ制御を目標伝達モーメントに依存して実施するために構成されている。

従属請求項には本発明の有利な実施形態が記載されている。

さらに有利には、実際回転数を目標回転数に調整するために駆動モータの回転数が開ループ制御または閉ループ制御され、駆動モータの目標トルクの形態の補正された調整量を取得するために、回転数開ループ制御部または回転数閉ループ制御部から調整量として出力される調整モーメントが所望の目標伝達モーメントだけ高められる。

実際のところ、目標伝達モーメントは切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチにおいて理想的に使用されずに、ある程度の時間遅延、勾配制限、またいわゆるＰＴ１フィルタリングを伴って使用されるので、有利には相応のやり方で目標伝達モーメントに対しても調整量の補正の前に時間遅延、勾配制限およびＰＩＴ１フィルタリングが行われる。

以下では、図面に示した２つの実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチの目標伝達モーメントを用いた事前制御による電気機械の回転数またはトルクの閉ループ制御を説明するための、内燃機関と、電気機械と、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチとを備えた自動車のハイブリッドドライブの概略図を示す。切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチを閉じた際の目標伝達モーメントの変換を説明するための、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチの目標伝達モーメントおよび実際伝達モーメントと時間の関係を示す。切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチの変更された目標伝達モーメントを用いた事前制御による電気機械の回転数またはトルクの閉ループ制御を説明するためのハイブリッドドライブの別の概略図を示す。

発明を実施するための形態
図面において概略的で部分的にのみ示されている自動車のハイブリッドドライブ１は内燃機関２および電気機械３を有し、これらの内燃機関２および電気機械３を用いることにより、車両を純粋に電気的に、すなわち内燃機関２を用いずに電気機械３によってのみ駆動させることができ、および／または、電気機械３を用いずに内燃機関２によってのみ駆動させることができ、および／または、ハイブリッドで、すなわち内燃機関２と電気機械３とによって駆動させることができ、最後のハイブリッド動作モードでは内燃機関２および電気機械３は車両の駆動輪に案内されるパワートレイン８のための駆動トルクを共通して供給する。

通常の場合、僅かな駆動出力に関しては純粋な電気的な動作モードが優先され、比較的高い駆動出力が要求されるか、電気機械３のエネルギ蓄積部を形成する車両バッテリ（図示せず）の容量または充電状態が所定の閾値を下回ったときに初めて内燃機関２が接続される。

電気機械３の回転数は回転数調整器６によって閉ループ制御され、この回転数調整器６には目標回転数ω_Sollと、回転数センサ７によって求められた電気機械３の被動軸９の実際回転数ω_Istとが入力量として供給される。センサを用いない回転数の閉ループ制御も可能である。

純粋な電気動作モードにおいては、電気機械３の目標トルクＭ_Sollを実際回転数ω_Istと目標回転数ω_Sollの差に応じて変更するために、実際回転数ω_Istと目標回転数ω_Sollの差に依存して、回転数調整器６から調整トルクＭ_Stellの形態の出力量が出力されることにより従来から公知の閉ループ制御方法による回転数の閉ループ制御が行われる。

純粋な電気動作モードからハイブリッド動作モードに移行する際には、内燃機関２が停止状態からいわゆる「スリップスタート」によって始動され、しかも内燃機関２と電気機械３との間に配置されている切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４を用いて始動され、このクラッチは内燃機関２を引きずるために純粋な電気動作モードにおいて緩慢に閉じられる。

切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４はいわゆる比例クラッチとして構成されており、この比例クラッチにおいては電気機械３の回転数ω_Istと内燃機関２の回転数との間に回転数差があるにもかかわらず、クラッチに案内されている電気機械３の被動軸９と、同様にクラッチに案内されている内燃機関２の被動軸１０との間の所望の目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollを調整することができる。その種の比例クラッチを例えばドラッグクラッチ、スリップクラッチまたはスライドクラッチとして実施することができ、その実際伝達モーメントＭＵＥ_Istを所望の伝達モーメントＭＵＥ_Sollに応じて２つのクラッチ面間の押し付け力を介して開ループ制御または閉ループ制御することができる。

内燃機関２を始動するための切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４のアクティブ化または操作は、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４を駆動制御するために使用されるハイブリッドドライブ制御回路５によって行われ、このハイブリッドドライブ制御回路５では純粋な電気動作モードにおいて、自動車の動作パラメータ、例えば駆動車輪におけるドライバ所望モーメント、車両バッテリの容量または充電状態などに依存して、内燃機関２が接続されるべきか否かが決定される。内燃機関２が始動されるべき場合には、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４がハイブリッドドライブ制御回路５によって目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollでもって駆動制御され、これに基づき切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４が緩慢に閉じられ、電気機械３から内燃機関２に伝達される実際伝達モーメントＭＵＥ_Istは０から目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollに達するまで上昇する。

ハイブリッド動作モードに移行するために切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４がアクティブ化される場合には、内燃機関２の始動時に摩擦を克服するため、またクランクシャフトの回転を加速させるために必要とされるトルクが電気機械３の被動軸９から取り出される。このことは電気機械３の被動軸９における急激なトルク変動を惹起し、この急激なトルク変動は電気機械３の回転数の閉ループ制御を妨害し、その結果、実際回転数ω_Istが目標回転数ω_Sollから大きく偏差する可能性がある。この偏差を制御遅延に起因して回転数調整器６によって即座に補償することはできないので、相応の対抗措置が講じられなければ車両内で著しい振動が知覚されることになる。

この振動を回避するために、補正された調整トルクが目標トルクＭ_Sollとして電気機械３に供給される前に、補正モーメントが調整モーメントＭ_Stellに加算されることによって、回転数調整器６から出力された調整モーメントＭ_Stellが加算素子１１において補正される。

図１に示したハイブリッドドライブ１では、調整モーメントＭ_Stellに加算される補正モーメントは、ハイブリッドドライブ制御回路５によって切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４において調整される目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollに対応する。図２においては曲線Ａによって表されているこの伝達モーメントは、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４のアクティブ化の前に値０を示し、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４のアクティブ化後には所望の値ＭＵＥ_Sollを示す。

切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４において目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollを使用する期間、すなわち制御部５によって切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４がアクティブ化されてから、所望の目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollに対応する実際伝達モーメントＭＵＥ_Istが電気機械３から切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４を介して内燃機関２に伝達されるまでの期間は、電気機械において目標トルクＭ_Sollを使用する期間、すなわち目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollを調整モーメントＭ_Stellに加算し、補正された目標トルクＭ_Sollに対応する実際トルクを電気機械３において実現する期間にほぼ対応しているので、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４における目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollの使用と、電気機械３における目標トルクＭ_Sollの使用は時間的に一致する。したがって理想的な場合には、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４を閉じることにより被動軸９にもたらされる妨害モーメントが制御回路において正確に補償されるので、制御偏差を有さないスリップスタート、したがって知覚可能な振動を伴わない内燃機関２の始動が行われる。

しかしながら実際には、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４は目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollを図３に示されている理想的な曲線Ａに応じて使用するのではなく、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４の実際の実際伝達モーメントＭＵＥ_Istの経過を表す図３に示されている曲線Ｂに応じて使用する。曲線Ａによって表されているように目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollが理想的に使用される場合に比べて、この曲線Ｂでは僅かな偏差が存在する。つまり、第１に、実際伝達モーメントＭＵＥ_IstはＣＡＮ制御信号の伝播時間に起因して、ある程度の時間遅延Δｔ後に漸く上昇し始める。第２に、実際伝達モーメントＭＵＥ_Istの上昇は、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４の操作に使用される調整機関の最大調整速度に起因して制限的な勾配Ｓを示す。第３に、この種のシステムにおいては一般的に、ＰＴ１フィルタリングとして既知である作用が観察される。すなわち、所望の目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollに近付いた際の勾配の平坦化が観察される。

スリップスタート時に切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４において目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollを使用する際のこの影響および別の影響が回転数の閉ループ制御における制御偏差を生じさせることを回避するため、また切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４の時間的な特性をより良好に再現するために、図３に示したハイブリッドドライブ１では、制御部５から出力された目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollが加算素子１１に供給される前に、電気機械３の実際トルクの経過を時間的にも絶対値でも可能な限り正確に、切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４を閉じたことに起因する被動軸９におけるトルク変動に適合させるために、１２において時間遅延され、１３において勾配が制限され、１４においてＰＴ１フィルタリングされ、また必要に応じてさらなる変更が行われるので、加算素子１１における調整モーメントＭ_Stellの補正は切り離しクラッチまたはハイブリッドクラッチ４における目標伝達モーメントＭＵＥ_Sollの使用に可能な限り正確に対応される。

Claims

ハイブリッドドライブ（１）の閉ループ制御される駆動モータ（３）、例えば電気機械のみを用いる動作モードからハイブリッド動作モードに移行する際に、前記駆動モータ（３）と内燃機関（２）との間のクラッチ（４）の伝達モーメント（ＭＵＥ）を補償する方法であって、
前記ハイブリッド動作モードでは総モーメントが前記駆動モータ（３）および前記内燃機関（２）から共通して供給され、
前記駆動モータ（３）の回転数（ω）が調整量（Ｍ_Stell）を用いて開ループ制御または閉ループ制御され、
前記移行を実施するために、前記内燃機関（２）が比例クラッチ（４）を介する前記駆動モータ（３）との接続によって、制御可能な伝達モーメント（ＭＵＥ）でもって牽引される形式の伝達モーメント（ＭＵＥ）を補償する方法において、
前記駆動モータ（３）を前記内燃機関（２）に接続させるために用いられる目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）に依存して、前記駆動モータ（３）の前記回転数（ω）の開ループ制御または閉ループ制御を実施することを特徴とする、伝達モーメント（ＭＵＥ）を補償する方法。
前記駆動モータ（３）の前記回転数（ω）を閉ループ制御し、実際回転数（ω_Ist）を目標回転数（ω_Soll）に調整し、前記調整量（Ｍ_Stell）を前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）に依存して変更し、補正された調整量（Ｍ_Stell）を取得する、請求項１記載の方法。
前記調整量は調整モーメント（Ｍ_Stell）に対応し、該調整モーメント（Ｍ_Stell）を目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）だけ高め、補正された調整量として、前記駆動モータ（３）を駆動制御するための補正された調整モーメント（Ｍ_Soll）を取得する、請求項２記載の方法。
前記調整量（Ｍ_Stell）を補正する前に前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）を時間遅延させる、請求項２または３記載の方法。
前記調整量（Ｍ_Stell）を補正する前に前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）の勾配を制限する、請求項２または３記載の方法。
前記調整量（Ｍ_Stell）を補正する前に前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）にＰＴ１フィルタリングを実施する、請求項２または３記載の方法。
前記時間遅延または前記勾配の制限または前記ＰＴ１フィルタリングを動作パラメータに依存して実施する、請求項４，５または６記載の方法。
内燃機関（２）が始動されるハイブリッド動作モードに移行する際に、ハイブリッドドライブ（１）の閉ループ制御される駆動モータ（３）、例えば電気機械と前記内燃機関（２）との間の伝達モーメント（ＭＵＥ）を補償する装置であって、
調整量（Ｍ_Stell）に応じて前記駆動モータ（３）の回転数（ω）を開ループ制御または閉ループ制御する回転数開ループ制御部または回転数閉ループ制御部（６）を有し、
前記移行の際に前記内燃機関（２）を前記駆動モータ（３）に接続させ、前記内燃機関（２）を所望の目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）でもって牽引するクラッチ（４）を有する、伝達モーメント（ＭＵＥ）を補償する装置において、
前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）を供給する伝達モーメント供給装置（５）が設けられており、前記回転数開ループ制御部または前記回転数閉ループ制御部（６）は前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）に依存して、前記駆動モータ（３）の前記回転数（ω）の開ループ制御または閉ループ制御を実施するよう構成されていることを特徴とする、伝達モーメント（ＭＵＥ）を補償する装置。
前記回転数開ループ制御部または前記回転数閉ループ制御部（６）は前記駆動モータ（３）の前記回転数（ω）を開ループ制御または閉ループ制御し、実際回転数（ω_Ist）を目標回転数（ω_Soll）に調整し、前記回転数開ループ制御部または前記回転数閉ループ制御部（６）の前記調整量（Ｍ_Stell）に前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）を加算し、補正された調整量（Ｍ_Stell）を取得する、請求項８記載の装置。
前記調整量は調整モーメント（Ｍ_Stell）に対応し、該調整モーメント（Ｍ_Stell）を目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）だけ高める加算ユニット（１１）が設けられており、補正された調整量として、前記駆動モータ（３）を駆動制御するための補正された調整モーメント（Ｍ_Soll）が取得される、請求項９記載の装置。
前記伝達モーメント供給回路はハイブリッドドライブ制御回路（５）であり、該ハイブリッドドライブ制御回路（５）は前記クラッチ（４）を前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）でもって駆動制御する、請求項８から１０までのいずれか１項記載の装置。
前記調整量（Ｍ_Stell）を補正する前に前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）を変更する手段（１２，１３，１４）が設けられており、該手段（１２，１３，１４）において前記目標伝達モーメント（ＭＵＥ_Soll）に対して時間遅延および／または勾配制限および／またはＰＴ１フィルタリングが行われる、請求項８から１１までのいずれか１項記載の装置。