JP2016540693A - ハイブリッド駆動装置を動作させるための方法およびそのハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は第１の駆動ユニット（９）と第２の駆動ユニット（１０）とを備えたハイブリッド駆動装置（１）を動作させる方法に関するものであり、ハイブリッド駆動装置（１）の駆動トルクが、第１の動作モードでは第１の駆動ユニット（９）によってのみ発生し、第２の動作モードでは第１の駆動ユニット（９）と第２の駆動ユニット（１０）との共同で発生し、第２の駆動ユニット（１０）の現在回転速度は、第１の動作モードから第２の動作モードへの切り替え時に目標回転速度へ速度合わせされる。本発明においては、現在回転速度の速度合わせのために、目標回転速度勾配が定められ、目標回転速度勾配に基づき定められる目標トルクが第２の駆動ユニット（２）に設定される。本発明はさらにハイブリッド駆動装置（１）にも関するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットとを備えたハイブリッド駆動装置を動作させる方法であって、ハイブリッド駆動装置の駆動トルクが、第１の動作モードでは第１の駆動ユニットによってのみ発生し、第２の動作モードでは第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットとの共同で発生し、第１の動作モードから第２の動作モードへの切り替えの際に、第２の駆動ユニットの現在回転速度が目標回転速度へ速度合わせされる方法に関するものである。本発明はさらにハイブリッド駆動装置にも関するものである。

ハイブリッド駆動装置は少なくとも２つの駆動ユニット、すなわち第１の駆動ユニットおよび第２の駆動ユニットを備えている。駆動ユニットは電動機や内燃機関、あるいはその類のものを任意に組み合わせたものとできる。例えば、電動機が第１の駆動ユニットとなり、内燃機関が第２の駆動ユニットとなる。第１の駆動モードにおいては、駆動トルクがすべて第１の駆動ユニットによって発生または供給される。これはつまり第２の駆動ユニットが非稼動状態かつ／または第１の駆動ユニットから切り離されているということである。したがって、第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットとの間に動作的連結はなされていないということになる。このため第１の駆動ユニットが電動機として構成されている場合、第１の動作モードにおいてハイブリッド駆動装置は純粋に電気的挙動を示し、特にハイブリッド駆動装置を備えた自動車では純粋に電気的駆動が行われる。

一方、第２の動作モードにおいては、第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットとが共同して駆動トルクを発生することになる。これはつまり、第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットの両方とも、駆動トルクのうちゼロではない割り当て分をそれぞれ供給するということである。ただし通常は、第２の駆動ユニットは第１の動作モードにおいて非稼動であるか、少なくとも低回転速度であり、特に第１の駆動ユニットに比べると遥かに低回転速度である。したがって第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替わる際には、第２の駆動ユニットの現在回転速度を目標回転速度に速度合わせする必要がある。目標回転速度は、第２の駆動ユニットが第１の駆動ユニットと連結されて動作するような回転速度であるのがよく、特に、快適さを失うことのない回転速度であることが好ましい。そこで例えば、目標回転速度を第１の駆動ユニットの現在回転速度に対応するものとし、特に、第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットとの間に設けられていることがある変速機の変速比を考慮したものとする。

従来技術において例えば特許文献１が知られており、これは自動車のハイブリッド駆動装置の制御方法を記載している。さらに、特許文献２では自動車の少なくとも１つの駆動モータの回転速度の電気的制御方法が説明されている。これによれば、駆動モータの予め定められた目標回転速度と現在回転速度との間の差分回転速度、そして差分回転速度勾配の大きさと向き、および／または、現在回転速度勾配および／または目標回転速度勾配の大きさと向きが、制御モジュールにおける回転速度制御に影響する少なくとも１つの制御パラメータを定めるためのシステム値として用いられ、制御モジュールはＰ−成分およびＩ−成分を求め、少なくとも１つの制御パラメータの、求められたＰ−成分に対する適用は、駆動モータの状態に依存する補正因子がこの成分に付加される前に行われる。従来技術においてはさらに特許文献３、特許文献４、特許文献５が知られている。

独国特許出願公開第１０２００８００２３８３号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２０１８２２２号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２００３０２０号明細書 独国特許出願公開第１１２０１０００５９０７号明細書（国際特許出願の独訳文） 独国特許出願公開第１１２０１００００４３０号明細書（国際特許出願の独訳文）

ここで、本発明の課題は、従来技術に対する利点、特に第１の動作モードから第２の動作モードへの切り替えが迅速で、高い快適性を実現できる利点を有するハイブリッド駆動装置を動作させるための方法を提案することである。

本発明に係る方法は請求項１の特徴を備えることによって実現される。本発明においては、現在回転速度の速度合わせのために、目標回転速度勾配が定められ、目標回転速度勾配に基づき定められる目標トルクが第２の駆動ユニットに設定され、目標トルクは目標回転速度勾配に基づく調節制御によって求められ、調節制御はフィードフォワード制御を含み、目標トルクは慣性モーメントおよび目標回転速度勾配から決定されるようになっている。第２の駆動ユニット特に内燃機関の始動は、好ましくは切り替え所要時間や快適性の様々な要請による状況に応じて行われる。切り替え所要時間を左右するのは、第２の駆動ユニットの現在回転速度の速度合わせ中の回転速度勾配である。回転速度勾配が大きくなるほど、現在回転速度が所望の目標回転速度に早く到達するようになる。一方、回転速度勾配が小さいほど、特に現在回転速度が目標回転速度にほぼ到達していて勾配が比較的小さく選択される場合には、快適性が向上する。

このため、速度合わせによって現在回転速度が目標回転速度へと到達できるように、あるいは目標回転速度へと向かうように、目標回転速度勾配を最初に決めておくべきである。この目標回転速度勾配によって以降の目標トルクが定められ、第２の駆動ユニットに設定される。ここで、目標トルクは決定された目標回転速度勾配の関数として得られる。例えば、目標回転速度勾配は切り替えの開始時に一度のみ決定され、その後は切り替えの終了時まで、つまり第２の動作モードになるまで、あるいは現在回転速度が目標回転速度に到達するまで、一定とする。目標回転速度勾配から目標トルクを求めることにより、現在回転速度の目標回転速度への速度合わせが十分に早くかつ高い快適性で行えること、特に、急激な変動を起こすことなく行えることが保証される。目標回転速度勾配は当然ながら、例えば現在回転速度あるいは現在回転速度と目標回転速度との差分に応じて、様々に選択することも可能である。

第２の駆動ユニットへの目標トルクの設定後、好ましくは現在回転速度が目標回転速度と一致するように制御および／または調節が行われる。第２の駆動ユニットの制御、あるいは第２の駆動ユニットの現在トルクの調節は、好ましくは目標トルクへと向かうよう行われる。

目標トルクは目標回転速度勾配に基づく調節制御によって求められることが企図される。目標トルクは、現在トルクから目標トルクに向けての現在回転速度勾配が目標回転速度勾配に一致あるいは近似することになるよう設定される。ここで目標回転速度勾配は、制御量たる目標トルクと、現在トルクあるいはそれから得られるハイブリッド駆動装置の調節制御回路の調節量たる現在回転速度勾配といった参照値に応じたものである。目標回転速勾配および現在回転速度勾配から例えば調節制御偏差が求められ、特に目標回転速度勾配と現在回転速度勾配との差分が得られる。この調節制御偏差はコントローラへ与えられる、あるいは調節制御の制御要素で使用される。調節制御偏差が得られた後、現在回転速度勾配を目標回転速度勾配へと調節するにあたって必要な制御量または必要な目標トルクを求める。

さらに、調節制御はフィードフォワード制御を含んでおり、目標トルクは慣性モーメントおよび目標回転速度勾配から決定される。またフィードフォワード制御はコントローラまたは少なくとも１つの制御要素を備えており、調節制御偏差とは独立して目標トルクを決定する。特に好ましいのは、目標トルクがフィードフォワード制御に起因して目標回転速度勾配の関数として得られることである。さらなる入力値として慣性モーメント、とりわけ第２の駆動ユニットの慣性モーメント、といった定数を用いる。フィードフォワード制御の一環において目標回転速度勾配は関係式
Ｍ ＝ Ｊ ・ ｗ^＊
によって算出することができ、ここでＭは目標トルク、Ｊは慣性モーメント、ｗ^＊は目標回転速度勾配を表す。残る公差の補正のために、これに続けて少なくとも１つの前述した制御要素、特にＰ−制御要素を用いてもよい。好ましくは、得られた目標トルクを既得の調節制御偏差に基づいて修正する間に調節制御の一環としてフィードフォワード制御が行われる。

本発明の好ましい実施形態においては、前記調節制御が、Ｐ−制御要素、Ｉ−制御要素、および／またはＤ−制御要素の少なくとも１つを備える。調節制御またはコントローラは少なくとも１つ以上の制御要素を備えており、これは前述の形態をとることができる。当然ながら複数の制御要素を備えることもでき、Ｐ−コントローラ、Ｉ−コントローラ、ＰＩ−コントローラ、ＰＤ−コントローラ、あるいはＰＩＤ−コントローラとすることができる。特に好ましいのは１つのＰ−制御要素のみを設けることであり、この場合Ｐ−コントローラが実現される。一方、Ｐ−制御要素とＩ−制御要素とがある場合には、ＰＩ−コントローラが設けられることになる。

究極的には、前記目標回転速度勾配が、前記速度合わせの開始時に１度だけ、または前記速度合わせ中に複数回、特に前記第２の駆動ユニットの現在回転速度に依存して選ばれる。例えば、目標回転速度勾配を、非可変の定数とする。ただし、目標回転速度勾配が、速度合わせの開始時に複数の目標回転速度勾配から１つ選択されるように構成することもできる。例えば、複数の目標回転速度勾配というものが様々な走行ダイナミクスレベルからなるもので、第１の走行ダイナミクスレベルには第１の目標回転速度勾配を、第２の走行ダイナミクスレベルには第２の目標回転速度勾配を、第３の走行ダイナミクスレベルには第３の目標回転速度勾配を割り当て、第１の目標回転速度勾配は第２の目標回転速度勾配よりも小さく、第２の目標回転速度勾配は第３の目標回転速度勾配よりも小さいものとする。ここで、第１の走行ダイナミクスレベルは快適レベルであり、第２の走行ダイナミクスレベルは活動レベルであり、第３の走行ダイナミクスレベルは競技レベルである。目標回転速度勾配は例えば、第１の動作モードから第２の動作モードへ完全に切り替わるまで、速度合わせの全体にわたって維持される。一方、目標回転速度勾配の決定を複数回行ってもよく、特に選択された走行ダイナミクスレベルや現在回転速度、あるいは目標回転速度と現在回転速度との差分に応じて行ってもよい。

当然ながらこれに代えて、目標回転速度勾配を複数回決定するように構成してもよく、例えば、開始時に一度決定し、そして速度合わせの間に少なくとも１回以上決定するようにしてもよい。これは例えば第２の動作モードの現在回転速度に応じて行われ、このとき目標回転速度と第２の駆動モードの現在回転速度との差分が小さいほど、目標回転速度勾配は減少する。

さらに本発明はハイブリッド駆動装置、特に先述の実施形態に係る方法を実行するための装置にも関するものであり、第１の駆動ユニットおよび第２の駆動ユニットを有しており、さらに前記ハイブリッド駆動装置の駆動トルクが第１の駆動モードにおいては前記第１の駆動ユニットによってのみ発生し、第２の駆動モードにおいては前記第１の第１の駆動ユニットと前記第２の駆動ユニットとの共同によって発生するよう前記ハイブリッド駆動装置が構成されており、前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えの際に前記第２の駆動ユニットの現在回転速度が目標回転速度に速度合わせされるハイブリッド駆動装置に関するものである。これは、前記現在回転速度の速度合わせのための目標回転速度勾配を定め、前記目標回転速度勾配に基づき定められる目標トルクを前記第２の駆動ユニットに設定するよう前記ハイブリッド駆動装置が構成されており、前記目標トルクは前記目標回転速度勾配に基づく調節制御によって求められ、前記調節制御はフィードフォワード制御を含み、前記目標トルクは慣性モーメントおよび前記目標回転速度勾配から決定されるものである。こうしたハイブリッド駆動装置の構成あるいはこうした手法の利点は、既に示した通りである。このハイブリッド駆動装置および方法は、前述したものに係る実施形態をとることができ、前述したように構成することができる。

以下、実施形態例を表しており本発明を限定するものではない図面を用いて、本発明をより詳しく説明する。図面が示すものは以下のとおり。
ハイブリッド駆動装置の概略図。 ハイブリッド駆動装置を動作させるための方法のブロック図。

図１はハイブリッド駆動装置１の概略図を示しており、これは出力シャフト２を備えていて、このシャフトは、例えば走行クラッチといったクラッチ３および／または変速ギア装置といったギア装置４を介して、ここでは詳細に図示しない自動車の車軸５に接続している。ギア装置４の出口シャフト６には例えば車軸差動装置７が付いており、これは出力シャフト２や出口シャフト６にて生じるトルクを車軸５または自動車の車輪８へと分配する。

ハイブリッド駆動装置１は第１の駆動ユニット９および第２の駆動ユニット１０を有している。例えば第１の駆動ユニットはハイブリッド駆動装置１の出力シャフト２へ直接配設され、恒久的に動力伝達が行われる。出力シャフト２と第２の駆動ユニット１０との間の動力伝達には分離クラッチ１１を介することができ、このクラッチにより第２の駆動ユニット１０と出力シャフト２や第１の駆動ユニット９との間の動力伝達を遮断したり、確立したりできる。第１の駆動ユニット９は例えば電動機として設けられる一方で、第２の駆動ユニット１０は内燃機関として構成される。

ここでハイブリッド駆動装置の第１の動作モードにおいては、駆動シャフト２にかかるハイブリッド駆動装置の駆動トルクは第１の駆動ユニット９のみによって発生するのがよい。これに対し第２の動作モードにおいては、第１の駆動ユニット９と第２の駆動ユニット１０との共同で駆動トルクが発生し、両ユニットはそれぞれゼロではない分担で駆動トルクを供給する。第１の動作モードにある限り分離クラッチ１１は開いているのが好ましい一方で、第２の動作モードにおいては少なくとも部分的に、できれば完全に、締結される。完全な締結がなされている場合、分離クラッチ１１はクラッチ滑りが発生しない状態であると理解されたい。

第１の動作モードにおいては、第２の駆動ユニット１０は通常非稼動状態で、回転速度がゼロとなっているか、ゼロでないとしても小さな回転速度、特に第１の駆動ユニット９の回転速度よりも小さい回転速度で駆動される。後者の実施形態では駆動ユニット９と出力シャフト２との間に変速機があるなどの状況を当然ながら考慮すべきである。第１の駆動状態から第２の駆動状態への切り替えにあたっては第２の駆動ユニット１０の現在回転速度が目標回転速度に速度合わせされねばならない。ここで示す実施例では、この目標回転速度は出力シャフト２や第１の駆動ユニット９の現在回転速度に合わせたものとする。ただし当然ながら、目標回転速度がこれと異なる方法で選ばれることになるような他の実施形態も実現可能である。

図２はハイブリッド駆動装置を動作させるための方法のブロック図を示す。処理１２内では、ハイブリッド駆動装置１は第１の動作モードで動作させられ、第１の駆動ユニット９のみによって駆動トルクがもたらされる。このとき第２の駆動ユニット１０は非稼動である。判定１３内では、第２の駆動ユニット１０が作動されるべきかどうか、すなわち第１の動作モードから第２の動作モードへと切り替えなければならないかどうかが判定される。そうでない場合には、再度処理１２へ分岐する。切り替えが行われなければならないのであれば、判定１４内で所望の走行ダイナミクスレベルが選ばれる。例えば３つの異なる走行ダイナミクスレベルが定められる。

続いて処理１５では目標回転速度勾配が特に走行ダイナミクスレベルに基づいて求められる。当然ながら判定１４を省略し常に一定の目標回転速度勾配を用いてもよい。次に処理１６内で目標回転速度勾配から目標トルクが求められ、それが第２の駆動ユニット１０へ設定される。ここで好ましくは、第２の駆動ユニット１０の現在回転速度に従う現在回転速度勾配を、先に選択された目標回転速度勾配へ向けて調節制御することが行われる。これは例えば、Ｐ−制御要素を有するＰ−コントローラによって行われる。

さらに、フィードフォワード制御によって第２の駆動ユニット１０の慣性モーメントと目標回転速度勾配から目標トルクを求めることができる。第２の駆動ユニット１０の現在回転速度が目標回転速度に到達すると直ちに、処理１６から処理１７へ進む。ここでハイブリッド駆動装置１の第２の駆動モードが有効となる。そして判定１８内において、第２の駆動モードを続行するべきかどうか、それとも第２の駆動ユニット１０を切り離したり非稼動化したりするべきかが定期的に検査される。前者の場合は処理１７に分岐し、後者の場合は処理１２へ分岐する。その結果、本方法は始めから再度開始されることになる。

上記で説明してきた本方法により、第２の駆動ユニット１０の現在回転速度の、目標回転速度への速度合わせが、極めて迅速でありながらも快適に行うことができる。特に、特性マップを用いて目標トルクを求める必要がなくなるとともに、所望の回転速度勾配を少なくとも近似的に得ることができる。と言うよりもその代わりに目標回転速度勾配へ向けての現在回転速度勾配の調節制御が用意されている。ただし、少なくとも先に選択された目標回転速度勾配から目標トルクを定めてから、続いてそれを第２の駆動ユニット１０に入力する。

Claims (4)

1. 第１の駆動ユニット（９）および第２の駆動ユニット（１０）を有するハイブリッド駆動装置（１）を動作させるための方法であって、前記ハイブリッド駆動装置（１）の駆動トルクが、第１の動作モードでは前記第１の駆動ユニット（９）のみによって発生し、第２の動作モードでは前記第１の駆動ユニット（９）と前記第２の駆動ユニット（１０）との共同によって発生し、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへの切り替えの際に、前記第２の駆動ユニット（１０）の現在回転速度が目標回転速度に速度合わせされる方法において、
   前記現在回転速度の速度合わせのために、目標回転速度勾配が定められ、前記目標回転速度勾配に基づき定められる目標トルクが前記第２の駆動ユニット（１０）に設定され、
   前記目標トルクは前記目標回転速度勾配に基づく調節制御によって求められ、前記調節制御はフィードフォワード制御を含み、前記目標トルクは慣性モーメントおよび前記目標回転速度勾配から決定されること
   を特徴とするハイブリッド駆動装置を動作させるための方法。
2. 前記調節制御が、Ｐ−制御要素、Ｉ−制御要素、および／またはＤ−制御要素の少なくとも１つを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記目標回転速度勾配が、前記速度合わせの開始時に１度だけ、または前記速度合わせ中に複数回、前記第２の駆動ユニット（１０）の現在回転速度に依存するなどして選ばれること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 請求項１ないし請求項３の少なくとも１つに記載の方法を実行するための装置といったハイブリッド駆動装置（１）であって、第１の駆動ユニット（９）および第２の駆動ユニット（１０）を有しており、さらに前記ハイブリッド駆動装置（１）の駆動トルクが第１の駆動モードにおいては前記第１の駆動ユニット（９）によってのみ発生し、第２の駆動モードにおいては前記第１の第１の駆動ユニット（９）と前記第２の駆動ユニット（１０）との共同によって発生するよう前記ハイブリッド駆動装置（１）が構成されており、前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えの際に前記第２の駆動ユニット（１０）の現在回転速度が目標回転速度に速度合わせされるハイブリッド駆動装置において、
   前記現在回転速度の速度合わせのための目標回転速度勾配を定め、前記目標回転速度勾配に基づき定められる目標トルクを前記第２の駆動ユニット（１０）に設定するよう前記ハイブリッド駆動装置（１）が構成されており、
   前記目標トルクは前記目標回転速度勾配からの調節制御によって求められ、前記調節制御はフィードフォワード制御を含み、前記目標トルクは慣性モーメントおよび前記目標回転速度勾配から決定されること
   を特徴とするハイブリッド駆動装置。

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