JP2003335151A - 車両駆動ユニットの制御方法および装置 - Google Patents

車両駆動ユニットの制御方法および装置

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トーマス・シュスター
Werner Kind
ヴェルナー・キント
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ラスムス・フライ
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ライナー・メイヤー
Volkmar Foelsche
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Frank Bickendorf
フランク・ビッケンドルフ
Edler Gerit Von Schwertfue
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料消費量が最適となるように駆動ユニット
の動作点を選択する、車両駆動ユニットの制御方法およ
び装置を提供する。 【解決手段】 車両（５）の駆動ユニット（１）の制御
方法および装置（１０）において、車両（５）のドライ
バに、車両（５）により実際に保持される燃料消費量に
関する設定を行うことを可能にさせる。この方法におい
ては、駆動ユニット（１）の動作点が燃料消費量に対す
る設定変数の関数として選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両駆動ユニット
の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車において、自動車の実際の走行方
式が燃料消費量にどのような影響を及ぼすかに関して、
適切な指示手段によりドライバにフィードバックするこ
とが通常行われている。このために、瞬間消費量（例え
ば、リットル／１００ｋｍ）またはそれに対応する、過
去のある時間にわたり平均化された消費量値が指示され
る。
【０００３】瞬間消費量は定速走行の間には確かに良好
な指針を与えるが、動的過程の場合には、指示値から実
際消費量を推測することができない。例えば、車両を停
止から加速するときには燃料消費量はきわめて高く、ま
たはしばしば指示可能な測定範囲内にもはや存在しない
ことがある。同様に、指示値は過去のものであるため
に、平均消費量から実際消費量を推測することはできな
い。
【０００４】さらに、手動変速機または半自動変速機を
有する車両において、消費量に対して有利なギヤ段の選
択を、ドライバに提案して指示する装置が既知である。
有利なギヤ段または運転点の選択においてドライバを支
援するこのような装置は確かに有利であるが、提案され
た手段により実際にどれだけの節約が達成されるかに関
して定量的に推測することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃料消費量が最適とな
るように駆動ユニットの動作点を選択する、車両駆動ユ
ニットの制御方法および装置を提供することが本発明の
課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の車両駆動ユニッ
トの制御方法によれば、駆動ユニットの動作点が、燃料
消費量に対する設定変数の関数として選択される。
【０００７】また、本発明の車両駆動ユニットの制御装
置によれば、駆動ユニットの動作点を、燃料消費量に対
する設定変数の関数として選択する手段が設けられてい
る。前述のように、本発明による車両駆動ユニットの制
御方法および本発明による制御装置は、従来技術に比較
して、駆動ユニットの動作点が燃料消費量に対する設定
変数の関数として選択されるという利点を有している。
このようにして、燃料消費量に関して設定を行うことが
可能であり、この設定は車両駆動ユニットによって実際
にも保持される。このことは、比較的不正確な指示また
はあまり有効ではない指示を観察し且つ全走行にわたり
自動車の性能によって指示燃料消費量を超えないように
注意を働かせることからドライバを解放する。
【０００８】更に、本発明によれば、前述のような車両
駆動ユニットの制御方法および装置の拡張および改善が
可能であることが有利である。この場合、燃料消費量に
対する設定変数が時間平均で超えられないように駆動ユ
ニットの動作点が選択されるとき、それは特に有利であ
る。このようにして、ドライバは、特定の走行状況にお
いて燃料消費量に対する設定値を瞬間的に超えることが
可能となり、この場合、短時間の過剰消費があっても、
それは他の走行状況において燃料消費量に対する設定値
を下回ることにより再び補償される。このようにして、
一方でコストおよび燃料を節約し、他方でダイナミック
な走行を楽しみたいという相反する希望が考慮される。
【０００９】燃料消費量に対する設定変数が単位走行距
離当たりの燃料費に対する設定変数から導かれるとき、
それは特に有利である。この場合、駆動ユニットの動作
点は、所定の燃料費が保持されるように選択することが
できる。本発明の実施態様が図面に示され、以下にこれ
を詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１において符号５は車両を示
す。車両５は駆動ユニット１を含む。駆動ユニット１
は、車両５の制御ユニット１０により制御される。制御
ユニット１０により、駆動ユニット１のそれぞれの運転
状態に対して、適切な動作点が設定変数の関数として設
定される。このような設定変数は、例えば加速ペダル位
置から導かれてもよいドライバの希望トルクを含む。駆
動ユニット１により調節されるべきトルクを設定する他
の設定変数は、例えば図１には示されていない駆動滑り
制御装置、アンチロック装置等により設定されてもよ
い。図１において、目標トルク設定ブロック２５は、可
能なあらゆるトルク設定源を代表して、駆動ユニット１
により設定されるべき目標トルクを設定する。この設定
目標トルクは制御ユニット１０の第１の手段３０により
受け取られる。制御ユニット１０はさらに第２の手段２
０を含み、第２の手段２０は入力ユニット３５と結合さ
れ且つ入力ユニット３５から燃料消費量に対する設定変
数を受け取る。車両５のドライバは、この設定変数を、
例えばキーボードを介してまたは音声入力により入力ユ
ニット３５に入力することができる。第１の手段３０お
よび第２の手段２０は、制御ユニット１０の第３の手段
１５と結合されている。第３の手段１５は、第１の手段
３０から設定目標トルクを受け取り、また第２の手段２
０から燃料消費量に対する設定変数を受け取る。設定目
標トルクと、燃料消費量に対する設定変数とから、場合
により制御ユニット１０に供給される、例えば車両の実
際走行速度、オイル圧力、機関温度またはさらに周囲圧
力のような駆動ユニット１の他の運転パラメータまたは
運転変数から、第３の手段１５は、駆動ユニット１の動
作点を決定し且つ対応してこの動作点に調節するように
駆動ユニット１を操作する。図１において、測定ブロッ
ク４０は、代わりに場合によりその他の運転変数を測定
する。測定ブロック４０も同様に制御ユニット１０と結
合されている。制御ユニット１０は第４の手段４５を含
み、第４の手段４５は測定ブロック４０から他の運転パ
ラメータを受け取り且つ同様にそれを第３の手段１５に
供給する。
【００１１】駆動ユニット１の動作点の設定は、種々の
方法で、例えば点火角設定、充填量、噴射時間等のよう
な種々の操作変数を使用して行うことができる。これ
は、第３の手段１５の適切な調整により行うことができ
る。本発明により、ここで、車両５のドライバが入力ユ
ニット３５に燃料消費量に対する設定変数を入力し、こ
れによりドライバがいかなる燃料消費量を最大に許容す
るかを設定することが問題となる。駆動ユニット１の動
作点の選択は、制御ユニット１０ないし第３の手段１５
により、設定燃料消費量が実際に保持されるように行わ
れる。このために、第３の手段１５により、機関のみな
らず駆動ユニット１の変速機もまた適切に操作されても
よい。このために、第３の手段１５は機関制御および変
速機制御を含んでもよい。したがって、本発明による方
法は、自動変速機、自動切換変速機または無段自動変速
機等を有する車両に対して特に適している。
【００１２】燃料消費量の設定に基づいて、第３の手段
１５により、その動作点において車両５の動特性および
出力が駆動ユニット１によって利用可能な最大動特性お
よび出力に制限される、駆動ユニット１の前記動作点を
選択可能となる。
【００１３】駆動ユニット１、したがって車両５の実際
の燃料消費量は、駆動ユニットの既知の動作点に対し
て、駆動ユニット１の消費量特性曲線群により決定され
る。この場合、以下に例として示されているように、動
作点は、機関回転速度ｎおよび駆動ユニット１により出
力されるべきトルクＴによって定義されていると仮定さ
れるべきである。図３には、消費量特性曲線群が、機関
回転速度ｎと、駆動ユニット１により出力されるべきト
ルクＴとの関数として示されている。この場合、横軸に
機関回転速度ｎが毎分の回転数Ｕの単位で示され、一
方、縦軸に駆動ユニット１により出力されるべきトルク
ＴがＮｍの単位で目盛られている。図３に示す消費量特
性曲線群において、ここに同じ消費率Ｖｅｒ（単位：ｇ
／ｋＷｈ）の等値線が記入されている。したがって、機
関回転速度ｎと駆動ユニット１により出力されるべきト
ルクＴとに基づいて、消費率特性曲線群から、各動作点
に対する燃料消費率Ｖｅｒを求めることができる。
【００１４】実際機関出力Ｐ（単位ｋＷ）は、次式によ
り計算される。
【００１５】
【数１】 図４に示されているように、一定の機関出力Ｐの線を抛
物線の形で駆動ユニット１の消費量特性曲線群に重ね合
わせて示すことができる。この場合、図４は、図３から
既知の消費量特性曲線群を示し、この消費量特性曲線群
にさらに出力Ｐ（単位：ｋＷ）の等値線が重ね合わされ
ている。
【００１６】燃料の密度Ｇ（単位：ｇ／ｌ）および車両
速度Ｖ（単位：ｋｍ／ｈ）を用いて全消費量Ｖｅｒ＿ｇ
ｅｓ（単位：１／（１００ｋｍ））が、次式により決定
される。
【００１７】
【数２】 平坦道路における定速走行に対しては、機関出力Ｐと車
両速度Ｖとの関係を、さらに簡単に次式で与えることが
できる。
【００１８】
【数３】 ここで、 Ｆｗ：走行抵抗（単位：Ｎ） Ｅｔａ：駆動ユニット１の効率 Ｂｒｏｌｌ：転がり抵抗係数 ｍ：車両質量（単位：ｋｇ） ｇ：重力加速度（単位：ｍ／ｓ2） Ｂｌｕｆｔ：空気密度（単位：ｋｇ／ｍ3） ｃｗ：空気抵抗係数 Ａ：車両５の横断面積（単位：ｍ2） である。駆動ユニット１の効率Ｅｔａは、例として図５
の線図に示すように、簡単に車両速度Ｖの関数として与
えられ、この場合、横軸に車両速度Ｖ（単位：ｋｍ／
ｈ）が示され、および縦軸に駆動ユニット１の効率Ｅｔ
ａが目盛られている。図５の例において、駆動ユニット
１の効率Ｅｔａの最大値は約９０ｋｍ／ｈの範囲内にあ
り、且つ効率は約０．９であることがわかる。
【００１９】これにより、必要な機関出力Ｐに対して燃
料消費率Ｖｅｒが最小となる駆動ユニット１の動作点を
選択したとき、平坦道路において一定の車両速度Ｖで走
行するという与えられた前提条件のもとで、各車両速度
Ｖに対して最小燃料消費量が割り当てられる。
【００２０】表１に車両速度Ｖの関数としての最小燃料
消費量に対する一例が与えられている。
【００２１】
【表１】 図６からわかるように、種々の機関出力Ｐに対する最小
燃料消費量の線が、図３から既知の消費量特性曲線群に
重ね合わされて示されている。この場合、図６において
も同様に、図３および図４に示されているような消費率
Ｖｅｒに対する等値線並びに図４に示されているような
機関出力Ｐに対する等値線が示されている。さらに、図
６においては、種々の機関出力Ｐに対する最小消費量の
線が示され、これに符号５０が付けられている。
【００２２】上記のように、本発明により、第３の手段
１５によって駆動ユニット１の動作点が燃料消費量に対
する設定変数の関数として選択される。以下に、駆動ユ
ニット１の動作点のこの選択が燃料消費量に対する設定
変数の関数としていかに実行可能であるかの、複数の例
を示す。第１の例が図２の流れ図に示されている。この
場合、第１のプログラム点１００において、第２の手段
２０により、燃料消費量に対する設定値が制御ユニット
１０内に受け取られる。次に、燃料消費量に対する設定
変数は制御ユニット１０の第３の手段１５に伝送され
る。それに続いてプログラムはプログラム点１０５に移
行される。プログラム点１０５において、第４の手段４
５がブロック４０から運転パラメータとして車両５の実
際の走行速度Ｖを受け取り、且つこれを同様に第３の手
段１５に伝送する。それに続いてプログラムはプログラ
ム点１１０に移行される。プログラム点１１０におい
て、第３の手段１５は、第３の手段１５内に記憶されて
いてもよい図６に示す消費量特性曲線群を用いて、決定
された走行速度Ｖに対して最小消費率を有する動作点を
選択する。平坦道路における一定走行速度Ｖでの走行と
いう特殊ケースに対しては、最小消費量を有する動作点
は、同様に第３の手段１５内に記憶されていてもよい表
１、ないしきわめて多数の種々の走行速度値を有する広
範囲の表から求めることができる。それに続いてプログ
ラムはプログラム点１１５に移行される。プログラム点
１１５において、第３の手段１５は、この最小消費量が
燃料消費量に対する設定変数より小さいかどうかを検査
する。これが肯定（ｙ）の場合、プログラムは終了さ
れ、否定（ｎ）の場合プログラム点１２０に分岐され
る。プログラム点１２０において、第３の手段１５は、
駆動ユニット１に対して、例えば点火角、充填量、噴射
時間等のような駆動ユニット１の適切な操作変数の調節
により、走行速度Ｖを低減させるように、例えば所定の
値だけ減分させるように指示する。それに続いてプログ
ラムはプログラム点１０５に戻される。
【００２３】上記の方法においては、最終的に、燃料消
費量に対する設定変数が超えられない動作点が求められ
る。これは、特に、車両５が一定走行速度Ｖで平坦道路
において走行すべき駆動ユニット１の運転状態に対して
実行される。この運転状態はここでは第１の運転状態と
呼ばれる。
【００２４】即ち、第１の運転状態に対する上記の方法
においては、対応の動作点が最小消費量の線５０上で選
択され、この場合、燃料消費量に対する設定変数と比較
して、それより高い燃料消費量を要求する動作点が選択
されないように制限が行われる。
【００２５】しかしながら、本発明により燃料消費量に
対する設定変数の関数として駆動ユニット１の動作点を
設定することを認めたことに対して、特定の走行状況に
おいては燃料消費量に対する設定変数を瞬間的に超えて
もよいことが重要である。このとき、短時間の過剰消費
は、駆動ユニットの他の状況または運転状態において燃
料消費量に対する設定変数を下回ることにより一方で補
償することができる。燃料消費量に対する設定変数を下
回るようにするためには、高速道路走行、走行速度制御
装置を投入した走行、減速過程または下り坂道走行のよ
うな運転状態が特に適している。このような運転状態の
検出は、例えばドイツ特許公開第１９９６３７４９号お
よびドイツ特許公開第１００１０７６４号から既知であ
る。この場合、このような状況の検出が、同様に測定ブ
ロック４０および第４の手段４５を介して、評価のため
に第３の手段１５に供給されてもよい。
【００２６】燃料消費量に対する設定変数を超えた燃料
の過剰消費が許容されなければならない状況は、例えば
市街地内の走行、追越過程、低温始動、または例えばキ
ックダウンのような安全上危険な状態である。
【００２７】燃料消費量に対する設定変数を下回る運転
状態は、以下においては駆動ユニット１の第２の運転状
態と呼ぶものとする。燃料消費量に対する設定変数に比
較して過剰消費が許容される運転状態は、以下において
第３の運転状態と呼ぶものとする。
【００２８】ここで、第３の手段１５が燃料消費量に対
する設定変数が時間平均で超えられないように駆動ユニ
ット１の動作点を選択するように設計されていてもよ
い。このようにして、短時間の過剰消費を特徴とする第
３の運転状態における走行状況は、燃料消費量に関し
て、燃料消費量に対する設定変数を下回ることを特徴と
する第２の運転状態における走行状況により補償され
る。
【００２９】このようにして、一方でコストおよび燃料
を節約し、他方でダイナミックな走行を楽しみたいとい
うドライバの相反する希望が考慮される。追加の実施態
様として、ドライバの走行方式に関して統計をとり且つ
第３の手段１５または第３の手段１５に付属のメモリ内
にそれを記憶するように設計されていてもよい。例え
ば、ドライバがその走行性能の大部分を高速道路におい
て低速で走行することがわかっている場合、このドライ
バに対しては、市街地内でのダイナミックな走行方式に
対する高い過剰消費を許容することができる。その理由
は、ドライバはこれを高速道路上で補償できるからであ
る。このとき、燃料消費量に対する設定変数は、個々の
各走行に対して、第３の手段１５ないしこれにより操作
される駆動ユニット１により必ずしも保持されないが、
これに対しては、その走行性能の平均で保持される。
【００３０】法規および環境保護のほかに、燃料の価格
が常に燃料消費量の低減に対する動機となっている。し
たがって、本発明により提案された方法は、燃料消費量
に対する設定変数の代わりに、単位走行距離当たりの燃
料費に対する設定変数が設定され、且つこれから燃料消
費量に対する設定変数が導かれるような形で変換される
ように設計されていてもよい。
【００３１】ここで、図７に示す第２の実施態様におい
ては、同じ符号は図１における同じ要素を示している。
図７に示す第２の実施態様の構成は、制御ユニット１０
内に第２の手段２０の代わりに第５の手段５５が設けら
れ、第５の手段５５が、燃料消費量に対する設定変数の
代わりに単位走行距離当たりの燃料費に対する設定変数
を入力ユニット３５から受け取ること以外においては、
図１に示す第１の実施態様の構成に対応している。即
ち、図７に示す第２の実施態様においては、入力ユニッ
ト３５において、ドライバにより単位走行距離当たりの
燃料費に対する設定変数が入力される。ここで、第５の
手段５５が単位走行距離当たりの燃料費に対する設定変
数を燃料消費量に対する設定変数に変換し且つ燃料消費
量に対する設定変数を第３の手段１５に伝送するように
設計されていてもよい。しかしながら、第５の手段５５
が、受け取られた単位走行距離当たりの燃料費に対する
設定変数を第３の手段１５に伝送し、第３の手段１５
が、単位走行距離当たりの燃料費に対する設定変数から
出発して燃料消費量に対する設定変数を導くように設計
されていてもよい。このために、このとき、単位走行距
離当たりの燃料費に対する設定変数から燃料消費量に対
する設定変数への変換を実行する手段内でリットル当た
りの燃料費がわかっていることがさらに必要である。こ
れは、同様に入力ユニット３５を介してドライバにより
入力され、２つの手段１５、２０のいずれが換算を実行
するかに応じてそれぞれ、第５の手段５５または第３の
手段１５に付属のメモリ内に記憶されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、車両駆動ユニットの制御ユニットを有
する第１の実施態様に対するブロック回路図である。
【図２】図２は、本発明による方法を説明する流れ図で
ある。
【図３】図３は、消費率を駆動ユニットの動作点の関数
として示した線図である。
【図４】図４は、消費率および出力を動作点の関数とし
て示した線図である。
【図５】図５は、駆動ユニットの効率を車両速度の関数
として示した線図である。
【図６】図６は、種々の機関出力に対する最小消費量を
示した線図である。
【図７】図７は、本発明による車両駆動ユニットの制御
装置のための第２の実施態様に対するブロック線図であ
る。
【符号の説明】
１ 駆動ユニット ５ 車両 １０ 制御ユニット １５ 第３の手段 ２０ 第２の手段 ２５ 目標トルク設定ブロック ３０ 第１の手段 ３５ 入力ユニット ４０ 測定ブロック ４５ 第４の手段 ５０ 最小消費量の線 ５５ 第５の手段 Ｅｔａ 効率 ｎ 回転速度 Ｐ 機関出力 Ｔ トルク Ｕ 回転数 Ｖ 車両速度（走行速度） Ｖｅｒ 消費率
フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー・キント ドイツ連邦共和国 71706 マルクグレー ニンゲン，レンベルガー・ヴェーク ７ (72)発明者 ラスムス・フライ ドイツ連邦共和国 74321 ビーティクハ イム−ビッシンゲン，ファルプシュトラー セ ９／１ (72)発明者 ライナー・メイヤー ドイツ連邦共和国 71263 ヴァイル・デ ア・シュタット，ヘルマン−シュナオファ ー−シュトラーセ 33 (72)発明者 フォルクマー・フェルシェ ドイツ連邦共和国 74080 ハイルブロン, ジッキンゲンシュトラーセ 22 (72)発明者 フランク・ビッケンドルフ ドイツ連邦共和国 71254 ディツィンゲ ン，ヴォルフ−ヒルス−シュトラーセ １ (72)発明者 ゲリト・エドラー・フォン・シュヴェルト フュ ドイツ連邦共和国 71642 ルートヴィヒ スブルク，オスカー−パレト−シュトラー セ 30 Ｆターム(参考） 3D041 AA21 AA32 AB01 AC01 AC14 AC15 AC19 AD10 AD14 AD51 AE04 AE07 AE09 AE31 AF01 3G093 AA05 AA06 BA15 BA19 DA05 DA06 DB05 DB07 EA05 EA06 EA13 EB03 EC01 FA08 FA11 FB02 FB05 3G301 HA01 JA02 KA06 KA23 LA01 LB01 MA11 NA08 NA09 NC02 ND03 NE06 NE19 PA09Z PE08Z PF01Z PF03Z PF07Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動ユニット（１）の動作点が、燃料消
    費量に対する設定変数の関数として選択されることを特
    徴とする車両（５）の駆動ユニットの制御方法。
  2. 【請求項２】 駆動ユニット（１）の少なくとも１つの
    第１の運転状態が設けられ、この運転状態においては、
    燃料消費量に対する設定変数が超えられないように駆動
    ユニット（１）の動作点が選択されることを特徴とする
    請求項１に記載の制御方法。
  3. 【請求項３】 駆動ユニット（１）の少なくとも１つの
    第２の運転状態が設けられ、この運転状態においては、
    燃料消費量に対する設定変数を下回るように駆動ユニッ
    ト（１）の動作点が選択され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. 【請求項４】 燃料消費量に対する設定変数が時間平均
    で超えられないように駆動ユニット（１）の動作点が選
    択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
    に記載の制御方法。
  5. 【請求項５】 燃料消費量に対する設定変数が、単位走
    行距離当たりの燃料費に対する設定変数から導かれるこ
    とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制
    御方法。
  6. 【請求項６】 前記動作点が、機関回転速度と、駆動ユ
    ニット（１）により出力されるべきトルクとにより設定
    されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
    記載の制御方法。
  7. 【請求項７】 駆動ユニット（１）の動作点を、燃料消
    費量に対する設定変数の関数として選択する手段（１
    ５）が設けられていることを特徴とする車両（５）の駆
    動ユニットの制御装置。
  8. 【請求項８】 前記燃料消費量に対する設定変数を受け
    取る手段（２０）が設けられていることを特徴とする請
    求項７に記載の制御装置。
  9. 【請求項９】 単位走行距離当たりの燃料費に対する設
    定変数を受け取り、且つこの設定変数を燃料消費量に対
    する設定変数に換算する手段（１５、５５）が設けられ
    ていることを特徴とする請求項７または８に記載の制御
    装置。
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