(57)【要約】  車両の走行時に電気機械（４２）を車両の車軸の車輪（４４）と結合するために、本方法は、結合が要求されてから連続的に起動される２つのステップ、すなわち、電気機械（４２）の回転数によるパイロット制御ステップであって、電気機械（４２）に連動して回転する上流側噛合い爪（５１）の回転数と、車輪（４４）に連動して回転する下流側噛合い爪（５２）の回転数の偏差を縮小するように電気機械（４２）に対して回転速度指令が加えられるステップと、所定の閾値未満の回転数偏差（１１０）を受けて起動される結合ステップであって、電気機械（４２）をトルク指令でフィードバック制御し、２つの噛合い爪の噛合い状態が得られるところまで両噛合い爪（５１、５２）を接近させるステップとを含む。
2013514224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行時に電気機械（４２）を車両の車軸の車輪（４４）と結合する方法であって、結合が要求されてから連続的に起動される２つのステップ、すなわち、
−  前記電気機械（４２）の回転数によるパイロット制御ステップであって、前記電気機械に連動して回転する上流側噛合い爪（５１）の回転数と、前記車輪（４４）に連動して回転する下流側噛合い爪（５２）の回転数との偏差が縮小するように前記電気機械（４２）に対して回転速度指令が加えられるステップと、
−  所定の閾値未満の回転数偏差（１１０）を受けて起動される結合ステップであって、前記電気機械（４２）をトルク指令でフィードバック制御し、２つの噛合い爪の噛合い状態が得られるところまで両前記噛合い爪（５１、５２）を接近させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記トルク指令が、前記車両の潜在的な最大加速度に相当する慣性トルクの補償をもって制限されることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項３】
前記速度指令が車輪回転数の値に対して位置づけられることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記結合ステップが、前記回転数偏差が限時時間にわたって所定の閾値を下回ったときに起動されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
車両の走行時に電気機械（４２）を車両の車軸の車輪（４４）と結合するシステムであって、
−  前記電気機械（４２）に連動して回転する上流側噛合い爪（５１）、前記車輪（４４）に連動して回転する下流側噛合い爪（５２）、および共通の回転軸に沿ってその２つの前記噛合い爪を平行移動で接近させるように構成されたアクチュエータ（３４）と、
−  結合要求を受け取り、前記上流側噛合い爪（５１）の回転数と前記下流側噛合い爪（５２）の偏差が縮小されるように前記電気機械（４２）に対して回転速度指令を与えることで前記電気機械（４２）を回転数でパイロット制御し、前記電気機械（４２）をトルク指令でフィードバック制御し、さらに２つの前記噛合い爪（５１、５２）の噛合い状態が得られるところまで前記噛合い爪を接近させるように構成された電子装置と
を備えるシステム。
【請求項６】
前記トルク指令が、車両の潜在的な最大加速度に相当する慣性トルクの補償をもって制限されることを特徴とする、請求項５に記載の結合システム。
【請求項７】
前記速度指令が前記車輪回転数の値に対して位置づけられることを特徴とする、請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記電子装置が、記憶装置に限時時間を有しており、前記回転数偏差が前記時間にわたって前記所定の閾値を下回ることを確認することを特徴とする、請求項５ないし７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法を実施するための請求項５ないし８のいずれか一項に記載のシステムを備える自動車車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中の車両、特にハイブリッド自動車車両の車軸に対する電気機械の結合方法およびシステムに関する。
【０００２】
この方法およびシステムは、熱機関を別途使用するハイブリッド車両に対して、電気機械を車両の駆動に寄与させるものとしてとりわけ適している。
【背景技術】
【０００３】
仏国特許出願公開第２７２３５５３号は、電気的および機械的駆動ラインを別々に、または同時に動作させる選択的操作システムを備えた自動車車両などを開示している。
【０００４】
米国特許第５，４０３，２４４号は、クラッチディスク式摩擦板をベースにした同期手段を用いたトランスミッション直結車両の電気的駆動ラインを開示している。クラッチ式結合装置はエネルギー損失の発生源となる。
【０００５】
効率を高めるため、公知の最新技術は噛合い式結合装置の方向へと向かっている。そのため、文献ＦＲ２０９０５４３８は、２つの噛合い爪を使用するパイロット制御方法であって、噛合い爪の一方に対して、他方の噛合い爪に近づけるためにかけられる平行移動力が接近の各段階に応じて加減されるパイロット制御方法を記述している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２７２３５５３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４０３，２４４号明細書
【特許文献３】ＦＲ２０９０５４３８
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的の１つは、平行移動力を加減する必要のない、クラッチなしの単純化された結合を、とりわけ車両の走行時に実現することにある。
【０００８】
この目的を達成するため、本発明は、車両の走行時に電気機械を車両の車軸の車輪と結合する方法であって、結合が要求されてから連続的に起動される２つのステップ、すなわち、
−  電気機械の回転数によるパイロット制御ステップであって、電気機械に連動して回転する上流側噛合い爪の回転数と、車輪に連動して回転する下流側噛合い爪の回転数との偏差が縮小するように電気機械に対して回転速度指令が加えられるステップと、
−  所定の閾値未満の回転数偏差を受けて起動される結合ステップであって、電気機械をトルク指令でフィードバック制御し、２つの噛合い爪の噛合い状態が得られるところまで両噛合い爪を接近させるステップと
を含む方法を対象とする。
【０００９】
とりわけ、トルク指令は、車両の潜在的な最大加速度に相当する慣性トルクの補償をもって制限される。
【００１０】
より具体的には、速度指令は車輪の回転数の値に設定される。
【００１１】
有利には、結合ステップは、回転数偏差が限時時間にわたって所定の閾値を下回ったときに起動される。
【００１２】
本発明はまた、車両の走行時に電気機械を車両の車軸の車輪と結合するシステムであって、
−  電気機械に連動して回転する上流側噛合い爪、車輪に連動して回転する下流側噛合い爪、および共通の回転軸に沿ってその２つの噛合い爪を平行移動で接近させるように構成されたアクチュエータと、
−  結合要求を受け取り、上流側噛合い爪の回転数と下流側噛合い爪の回転数偏差が縮小されるように電気機械に対して回転速度指令を与えることで電気機械を回転数でパイロット制御し、電気機械をトルク指令でフィードバック制御し、さらに２つの噛合い爪の噛合い状態が得られるところまで噛合い爪を接近させるように構成された電子装置と
を備えるシステムを対象とする。
【００１３】
とりわけ、トルク指令は、車両の潜在的な最大加速度に相当する慣性トルクの補償をもって制限される。
【００１４】
より具体的には、速度指令は車輪回転数の値に対して位置づけられる。
【００１５】
有利には、電子装置は、記憶装置に限時時間を有しており、回転数偏差が該時間にわたって所定の閾値を下回ることを確認する。
【００１６】
本発明はさらに、本発明によるシステムを備える自動車車両も対象とする。
【００１７】
添付の概略図を参照しながら、もっぱら参考のための非限定的な例として示す、本発明の現状好ましい具体的な実施形態について、以下に行う説明的な記述を通して、本発明はよりよく理解され、本発明のその他の目的、特徴、詳細および利点もより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による結合システムを備えるハイブリッド自動車車両の概略図である。
【図２】本発明による結合システムの概略図である。
【図３】本発明による結合方法の各ステップを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１で、ハイブリッド型車両１０は、車両１０の２つの前車輪１４を駆動するように構成されたパワートレーン１１と、車両１０の同じ後車軸に属する２つの後車輪４４を駆動するように構成されたパワートレーン１２とを備える。パワートレーン（ＧＭＰ）１１は、ここではあくまでも参考としてその位置を車両前部に示す熱機関を自明な形で含む。パワートレーン１２は、結合機構４３によって車輪４４と接続される電気機械４２を備える。
【００２０】
図２は、図１のパワートレーン１２をさらに詳しく示したものである。図を簡単にして容易にその理解が得られるようにするため、電気機械４２の中心軸と車輪４４の中心軸は同一の中心軸４６で図式的に折り返してあり、その中心軸４６の上方に、電気機械４２、結合機構４３、および２つの車輪４４が象徴されたものと見なされる１つのブロックがそれぞれ半分だけで示されている。
【００２１】
結合機構４３においては、噛合いシステムが上流側噛合い爪５１と下流側噛合い爪５２を備える。上流側噛合い爪５１は、電気機械４２の出力軸につながれた減速装置４５と連動して回転する。下流側噛合い爪５２は、後車軸の両車輪４４の間のトルクを、とりわけ、カーブなどで両車輪が異なる速度で回るときに、自明の方法で均衡させるための差動機構を介して、両車輪４４と連動して回転する。
【００２２】
噛合い爪５１は、電気機械４２と噛合い爪５１の間の伝達損失に起因する効率係数を除いて、電気機械４２によって供給される出力を維持しながら、電気機械４２の回転速度に比例する、またはそれに等しい回転速度で中心軸４６の周りを回転し、電気機械４２によって発生するトルクに比例するトルクを伝達する。電気機械４２内および電気機械４２と噛合い爪５１の間の伝達損失は、噛合い爪５１の上流側部分の空転トルクによって表すことができる。
【００２３】
噛合い爪５２は、車輪４４の速度に応じた回転速度で中心軸４６の周りを回転する。噛合い爪５２に加えられたトルクは車輪４４に伝達される。図２に示されるように、噛合い爪５２が噛合い爪５１から引き離されている場合には、車輪４４は電気機械４２の回転速度とは関係なく、回転しても、しなくてもよい。
【００２４】
結合機構４３は、噛合い爪５２を中心軸４６に沿って平行移動させるように構成されたアクチュエータ３４を備える。噛合い爪５１および５２のそれぞれの対向面には凸部と凹部が設けられている。噛合い爪の凸部は、もう一方の噛合い爪の凹部にはまり込むように設計されている。そのため、図２に示すように、噛合い爪５２の凸部が噛合い爪５１の凹に対向しているときは、アクチュエータ３４が噛合い爪５２を噛合い爪５１に噛み合わせ、噛合い爪５１および５２が中心軸４６の周りを連動して回転できるようにすることができる。結合機構４３にはオンオフ位置センサ３２が取り付けられ、噛合い爪５２が噛合い爪５１と完全な噛合い位置にあるかどうかを検出する。
【００２５】
アクチュエータ３４が噛合い爪５２を中心軸４６に沿って平行移動させるとき、噛合い爪５１および５２の独立回転によって、噛合い爪５２の凸部は必ずしも噛合い爪５１の凹部と向きわないようにしている。問題は、車両が走行状態にあって、運転者から車両の電気機械の結合が要求されてすぐに両噛合い爪を素早くスムーズに噛み合わせようとしたときに生じる。後パワートレーンシステムの機械的構造は、クラッチを備えておらず、同期装置も備えていない。システムの唯一の動作は、アクチュエータ３４の作用または操作による両噛合い爪５１、５２の一方または双方の平行移動である。統計的には、噛合い爪同士の噛合い前に噛合い爪の凸部と凸部が当たる確率の高さが原因で、噛合いシステムにおける噛合いの失敗がしばしば発生することが想起される。
【００２６】
この問題に対処するため、後パワートレーンは、これから説明するように、噛合いアクチュエータ３４のシーケンシャルパイロット制御と組み合わせて電気機械４２のトルクを細かくパイロット制御することができる電子装置であって、それによって失敗または噛合い爪への係止の少ない、迅速かつスムーズな噛合いを達成する電子装置を含む。電子装置は、結合機構４３においてアクチュエータ３４およびセンサ３２と接続される。他方で、電子装置は、電流を調節される発電機によって電気機械４２に接続される。発電機は、たとえばバッテリ（図示せず）から既知の方法で給電を受ける。電子装置は、図３を参照しながらこれから説明する方法の各ステップを実行するように構成および／またはプログラムされたデジタルまたはアナログ処理電子回路をさらに備える。
【００２７】
方法の各ステップを説明するため、図３は様々な信号の状態を時間との関係で示している。
【００２８】
特に、曲線１００は、車速５ｋｍ／ｈ以上のときの結合要請信号を示している。結合要求を受ける日ｔ０までは、方法は初期ステップにあり、その間は噛合い爪５１および５２は分離した状態で、それによって電気機械４２は両車輪４４から切り離されている。この状態は、曲線１００の信号の高い値として表されており、その後、瞬間ｔ０からは低い値の信号となっている。高い値、低い値というのは、あくまでもここで定められただけのものであって、初期ステップは信号の低い値によって表し、その後ｔ０からは高い値となるのであってもよい。
【００２９】
曲線１０１は、アクチュエータ３４の位置決め論理指令を表す。瞬間ｔ０以前の方法の初期ステップでは、指令の第１の論理値がアクチュエータに不動作状態のままとどまること、すなわち噛合い爪５１および５２を分離したままにすることを命じる。
【００３０】
曲線１０２は、電気機械４２のパイロット制御モードのデジタル信号を表す。瞬間ｔ０以前の方法の初期ステップでは、このデジタル信号は電気機械４２の不活動状態に相当する。すなわち、電気機械４２に対して給電が行われない。
【００３１】
曲線１０３は、電気機械４２に対するトルク指令信号を表すもので、方法の初期ステップの間は不適用となる。
【００３２】
曲線１０４は、電気機械４２の回転数指令信号を表すもので、これも瞬間ｔ０以前の初期ステップの間にあって電気機械が不活動状態の間には不適用となる。
【００３３】
曲線１０５は、位置センサ３２によって生成される信号を表す。前述したように、ｔ０以前の初期ステップでは、結合機構４３の噛合いは離脱した状態にあり、それがここでは曲線１０５の信号の低い値によって示されている。
【００３４】
曲線１０６は、噛合い爪５２レベルに現れる両車輪４４の回転数を表す。瞬間ｔ０以前の初期ステップでは、車両が走行中である場合、曲線１０６の上昇は、たとえば車両が加速段階にあることを表している。この方法のメリットは、噛合い段階を通してどのような車速の変化があろうと、噛合いが可能であるところにある。
【００３５】
曲線１０７は、噛合い爪５１レベルに現れる、すなわち減速装置４５の不確定な減速比を考慮に入れた、電気機械４２の回転数を表している。瞬間ｔ０以前の初期ステップでは、電気機械４２は例えば速度ゼロの回転状態にある。
【００３６】
曲線１０８は、必ずしも測定信号または制御信号をもたらすものではないが、方法を実行するプログラムが噛合い段階における結合機構の様々な経過状態を見極めるための内部変数に相当し得るものである結合機構の実際の状態を表す。
【００３７】
結合要求を受ける日ｔ０には、方法は、結合機構４３が結合状態か解離状態かを電子装置がチェックする監視ステップに入る。つまり、電子装置は、位置センサ３２が噛合い爪５１および５２の結合または解離位置を示しているかチェックする。結合機構が解離している場合は、方法は日ｔ１で監視ステップを終了し、回転数モードによる電気機械のパイロット制御ステップに入る。瞬間ｔ０とｔ１の間の監視ステップでは、曲線１０１で観察されるように、アクチュエータ３４の位置決め論理指令はその前の論理値のままである。アクチュエータ３４は不動作状態のままである。
【００３８】
曲線１０２で観察されるように、電気機械は不活動状態のままであり、車輪４４の回転数は、曲線１０６に示されるように、車速のままに変化を続ける。
【００３９】
回転数モードによる電気機械のパイロット制御ステップでは、瞬間ｔ１からは、電気機械４２のパイロット制御モードのデジタル信号は回転数モードによるパイロット制御モードに特有の値をとる。回転数モードによる電気機械４２のパイロット制御は、電気機械の回転子の速度を調節することにある。周知のとおり、電気機械の速度のフィードバック制御は、回転子の速度指令とフィードバックされる回転子の速度計測値との速度の偏差を打ち消すために電気機械によって与えられるべきトルク指令を生成する第１のステージを含む。第１のステージによって生成されるトルク指令は、周知のようにしてトルクと比例関係にある電流を電気機械に供給する第２のステージの入力に加えられる。そうして生成されたトルクにより、指令に等しい回転速度を電気機械に強制することができる。回転数モードによる電気機械のパイロット制御ステップでは、曲線１０４に示されるとおりの電気機械４２の回転数指令信号は、曲線１０６に示されるとおりの車輪の回転数に従う。つまり、車両が加速段階にあるときは電気機械回転数指令は増加し、減速すれば、それによって曲線１０４の曲がりを生じる。電気機械のフィードバック制御の第２のステージは、電気機械の電流の吸収容量によってのみ制限される。吸収容量の最大値となった電気機械の電源電流は、指令と測定値のフィードバックの間の速度偏差を打ち消すため、減速比を乗じることにより車輪の回転数に相当する速度に追いつくように、均一な加速によって電気機械の速度上昇をもたらす。この現象は、車輪回転数の曲線１０６が高い値の回転数を示すときの瞬間ｔ１とｔ２の間の曲線１０７の勾配として現れる。
【００４０】
曲線１０６に示された車輪回転数と、曲線１０７に示すために減速比を考慮に入れてスケールを合わせた電気機械の回転数との回転数偏差１１０が所定の閾値を下回るときは、限時を開始し、瞬間ｔ２にそれを終了する。所定の閾値も限時も較正可能である。回転数偏差の閾値は、上流側噛合い爪と下流側噛合い爪の噛合いがスキッドなしに行えるように決定される。測定の不正確さを考慮して大きさの目安を示すと、毎分２０回転という値であれば許容される。限時は、速度偏差が安定した形で閾値よりも下がったことを確認する、すなわち閾値割れが不意の性質のものでないことを確認するのが目的である。限時の値としては、たとえば５０ｍｓからスタートし、最適な動作が得られるように調整することができる。この機能を得るには、電気機械のフィードバック制御の第１のステージの入力側で測定される速度偏差に対する限時の値とほぼ同じ時定数を持つフィルタを設けることなど、それ以外の方法もあり得る。
【００４１】
瞬間ｔ２で、方法は回転モードによる電気機械のパイロット制御ステップを終了し、トルクモードによる電気機械のパイロット制御ステップに入る。電気機械４２のパイロット制御モードのデジタル信号は、曲線１０２からわかるように、その値を変える。パイロット制御モードのデジタル信号の値の変化は、電気機械のフィードバック制御に、とりわけ、電気機械を流れる電流であって、トルクがそれに比例する電流の実際の値を決定する第２のステージに作用する。フィードバック制御の第２のステージの入力電流を制限する機能は、電気機械のトルク指令に相当する値に引き下げられる。すると、速度ステージで生成された電流指令は、電流制限で飽和する。制限の値は、車両の潜在的な最大加速度に相当する慣性トルクが補償されるように計算される。非制限的な参考例として、この値は、トルクに関する様々な不確かさを考慮に入れるため、およそ２Ｎｍの公差範囲で定義される。フィードバック制御の第１のステージによって得られる速度の周囲ループは、上限トルクが単に速度を維持するために必要なトルクを超える場合に電気機械が速度超過に陥ることがないようにすることができる。電流制限に適用される電気機械のトルク指令は、曲線１０３からわかるように、可変的であり得る。
【００４２】
曲線１０２における瞬間ｔ２での電気機械４２のパイロット制御モードのデジタル信号の値の変化と同時に、アクチュエータ３４の位置決め論理指令は、アクチュエータを活動モードに移行させるために、曲線１０１に示されるように、その値を変える。すると、アクチュエータ３４は、可動噛合い爪５２を、瞬間ｔ２にそこにあった切り離された位置から、曲線１０８に示された瞬間ｔ３に結合位置まで移動させる。瞬間ｔ２とｔ３の間では、噛合い爪の位置は、曲線１０５に示されるように不確定である。ｔ３−ｔ２の距離の値は、可動噛合い爪の移動行程およびアクチュエータの力を考慮してあらかじめ定めることができる。瞬間ｔ３の値は、それ自体として把握されることを要するものでなくてよい。実際、噛合いまたは結合の位置にあることは、噛合い爪のアクチュエータ位置によって検出され、回転数偏差ゼロによって確認されるものである。瞬間ｔ３を過ぎると、曲線１０５に示されるように、結合機構は噛合い位置にあり、電気機械は、曲線１０８が示すように車輪と結合されている。結合方法は終了である。
【００４３】
経済的な観点からは、オンオフの単純な方法でパイロット制御される単純化されたアクチュエータと組み合わせて、トルクによってであれ、回転数によってであれ、電気機械のパイロット制御の可能性を活用することで、より複雑なシステムと比べて顕著にコストを削減することが可能となる。
【００４４】
本発明について具体的な実施形態と関連づけて説明してきたが、本発明はそれだけに限定されるわけではなく、その枠組みや精神から逸脱することなく、それに様々な変形や変更を加えることができることは明白である。とりわけ、電気式パワートレーンは、車両の前部にも後部にも、熱式パワートレーンが取り付けられているのと同じ車軸にも異なる車軸にも、取り付けることができる。図２には示していないが、下流側噛合い爪と車輪の間には減速装置を介在させることもできる。下流側噛合い爪の移動は、上流側噛合い爪の移動によって代替することができる。
【図１】
2013514224.tif 000003
【図２】
2013514224.tif 000004
【図３】
2013514224.tif 000005
【国際調査報告】
2013514224.tif 000006
2013514224.tif 000007
2013514224.tif 000008
2013514224.tif 000009