JP2004514399A - ハイブリッドパワーソース配分マネイジメント - Google Patents

Abstract

ハイブリッドパワーソースは、電気モータ１４および内燃機関２０のような第１および第２のエネルギ入力を含んでいる。改善されたパワー配分を可能にするために費用関数が種々のパワー配分オプションと関連付けられて構成されているパワーソース戦略が行われる。特定の費用（ｚ＝定数）に対して、その合計エネルギ量は、正規化された駆動サイクル期間中に時間に対して発生パワーを積分することにより得られる。それによって、エネルギ／費用のルックアップ表が生成される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とくにハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）用の車両推進システムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドパワーソースは知られているが、それらにおけるエネルギ使用の管理は非効率的である。たとえば、ハイブリッド電気車両はよく知られており、２つのパワー装置と燃料またはエネルギの１以上の貯蔵装置を含み、典型的にパワー装置は内燃機関、およびモータ／発電機を含む電気マシンを含んでいる。“直列”ＨＥＶと呼ばれる１つのよく知られている構成では、電池に蓄積すると共にモータ／発電機により車両を推進するための電気を発生させるために内燃機関が使用される。図１には、符号１０により全体を示された車両内における、いわゆる“並列”ＨＥＶである別の構成が概略的に示されている。車両は内燃機関２０、電気モータ／発電機１４、変速機１６、および電池のような蓄積装置１８を含んでいる。内燃機関は変速機１６を介して車両１０を駆動する。さらに、この変速機はまた電気モータ１４により駆動されることができる。その代り、内燃機関が過剰なトルクを発生している場合には、これは変速機１６と発電機モードで動作している電気モータ／発電機１４とによって蓄積される電気エネルギに変換され、電気エネルギが電池１８中に蓄積される。このタイプのＨＥＶはよく知られており、このようなものの１つはタマガワ氏による米国特許第 ５，９８４，０３３号明細書に記載されている。
【０００３】
車両推進に対する各エネルギ源の貢献および、または電気エネルギ（過剰の車両または内燃機関エネルギが電気エネルギに変換される“再生”充電と時に呼ばれる）を何時発生すべきかを決定する既知の制御システムは一般に非常に単純である。一般にＨＥＶに現在付随する基本的な利点は燃料消費量および排出物の減少であり、たとえば、 Ｈｏｒｗｉｎｓｋｉ 氏による米国特許第 ４，０４２，０５６号明細書には、推進モード間の移行がユーザによるアクセルの押下および、または電池の充電状態に基づいて決定される装置が開示されている。
【０００４】
さらに精巧な装置は、Ｐａｉｃｅ 社による国際特許第 ００／１５４５５ 号明細書に記載されている。この開示によると、マイクロプロセッサはドライバー入力およびとくにアクセルまたはスロットルの結合を監視し、１組の決まっているルールおよび、たとえばルックアップ表中に作成されているセットポイントに基づいて車両の瞬時トルク要求、エンジントルク出力および電池充電を考慮しながら、それに応じてエネルギ源の貢献を変化させる。さらに、マイクロプロセッサは履歴的なパフォーマンスを監視し、後続する動作をそれに応じて変化させることができる。それに並行して、システムは排出物を減少させるための排気ガス触媒コンバータのインテリジェント・マネイジメントを含んでいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
既知のシステムは、車両コンポーネントの能力の範囲内で維持するように選択された一連のルールを適用するルールベースの戦略、またはエンジンおよび電気モータ／発電機をそれらの効率が最も高い点で動作させることによりシステム内の効率を最大化することに基づいた戦略に依存している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、第１および第２のエネルギ入力と、第１および第２の各エネルギコンバータと、エネルギ蓄積装置と、エネルギシンクと、およびパワー配分管理装置とを含んでおり、パワーシステムの動作はその動作パラメータの関数である関連付けられた全体の費用を有し、パワー配分管理装置が最適な全体の費用レベルを使用してパワー配分を制御するハイブリッドパワーシステムが提供される。
【０００７】
したがって、効率はある範囲のファクタに基づいて決定され、フレキシブルでインテリジェントな制御システムが得られる。
【０００８】
エネルギ入力には、再充電可能な電池のような化学的（たとえば、燃料等）または機械的、あるいは電気的エネルギ源の１以上のようなエネルギ源が含まれてもよい。エネルギコンバータは内燃機関のようなエンジンまたは燃料電池の少なくとも一方を含むことができ、エネルギを受取り、後にシステムに戻すことが可能なエネルギ蓄積装置は、たとえば再充電可能な電池等の電池か、キャパシタか、熱貯蔵装置か、あるいはフライホイールの１以上を含んでいてもよい。
【０００９】
ハイブリッドパワーシステムは、車両推進装置を含んでいることが好ましい。エネルギシンクには、車両駆動負荷、電気的負荷、空調装置負荷、電気的パワーステアリング負荷またはディーゼル粒子トラップ再生負荷、あるいは他の電気的または機械的負荷の１以上のもののような、エネルギがシステムから失われる手段が含まれていてもよい。
【００１０】
たとえば、最小の燃料消費量で最大パワーを達成することにより効率が最大化される既知のシステムとは対照的に、本発明による費用関数は、大気排出ローディング、地形の影響、都市環境その他等の、ドライバー誘導および環境的な要因を含む車両の動作エンベロープ全体を考慮する。瞬時的な、および実際には将来の車両の位置にとっての利益を最大にするために、車両を動作する費用は瞬時的な効率に対する要求に優先してもよい。たとえば、車両の最大パワーは制限されてもよいし、あるいは都市使用に対する排気ガスまたはＤＰＦ再生戦略のためになるように高燃費方式で車両が動作してもよい。車両は、車両雑音が減少されなければならない環境を通過する場合には、増加された電池パワーの下に、修正された排気音により動作してもよい。
【００１１】
費用関数は、パラメータの連続的または実質的に連続的な関数であることができる。
【００１２】
本発明によると、請求項記載のハイブリッドパワーシステムにおいてパワー配分を管理する方法がさらに提供され、この方法は、パワー配分方式の全体の費用をパワーシステムの動作パラメータの関数として評価し、最適な全体の費用レベルでパワー配分方式を選択するステップを含んでいる。
【００１３】
本発明によると、異なったタイプの第１および第２のパワー装置を有し、前記装置の少なくとも一方が他方の装置により再充電可能であり、燃料消費量、排気ガス、振動、キャビン雑音、外部雑音、環境の過酷さ、または負荷の少なくとも１つを表す１以上の制御値に応じて前記再充電可能なパワー装置の動作および再充電を制御するハイブリッドパワーソース用の制御システムがさらに提供される。
【００１４】
制御システムは、制御値が利益限界を超えた場合に前記再充電可能なエネルギ蓄積装置の放電を制御することが好ましく、制御値が費用限界より低い場合には前記再充電可能なエネルギ蓄積装置の再充電を制御することが好ましい。利益限界は費用限界の関数であることが好ましい。
【００１５】
制御値が予め定められた利益または費用限界と比較されてもよいし、あるいは制御システムが瞬時的な外部および、または内部データを受取り、前記外部および、または内部データに基づいて決定された利益限界または費用限界に対して制御値が比較されてもよい。たとえば、外部データは地理的データであってもよく、内部データは電池充電レベルまたは付属の電気装置の要求であってもよい。費用限界は、前記外部または内部データから導出された予測される将来のパワーソース負荷に基づいてもよい。
【００１６】
１実施形態において、前記再充電可能な装置は、一方のパワー装置が電気マシンを含み、前記他方のパワー装置が内燃機関を含む電池パックを含んでいる。
【００１７】
本発明によると、異なったタイプの第１および第２のパワー装置を有し、前記装置の少なくとも一方が前記他方の装置により再充電可能なエネルギ蓄積装置を有しているハイブリッドパワーソースを制御する方法が提供され、この方法は燃料消費量、または排気ガス、または振動、または雑音、または環境の過酷さ、または負荷の１以上のものに対して純利益が動作により得られる場合、前記再充電可能なエネルギ蓄積装置を動作し、燃料消費量、または排気ガス、または振動、または雑音、または環境の過酷さ、または加速度、または運転しやすさの１以上のものと比較されて費用限界まで再充電が行われた場合には前記再充電可能なエネルギ蓄積装置を再充電するステップを含んでいる。
【００１８】
本発明によると、制御システムがデータ記憶装置を含み、ハイブリッドパワーソースが異なったタイプの第１および第２のパワー装置を含み、前記装置の少なくとも一方が前記他方の装置により再充電可能であり、パワーソースは変化する負荷の下で複数のサイクルを通じて給電され、制御パラメータである燃料消費量、または排気ガス、または振動、または雑音、または環境の過酷さの１以上のものが記録され、前記データ記憶装置中に記憶され、再充電可能な装置の動作利益および再充電費用は記録された制御パラメータの関数として各パワーソース負荷に対して導出され、前記データ記憶装置中に記憶されるハイブリッドパワーソース用の制御システムの較正方法が提供される。その結果、車両において費用／利益限界が即座に導出されることができる。
【００１９】
本発明はさらに、上述したシステムおよび、または方法を実施するプログラムを記憶するコンピュータ読出し可能な記憶媒体と、上述したシステムおよび方法を実施するための命令を実行するように構成されたプロセッサと、第１および第２の異なったタイプのパワー装置を含み、前記装置の少なくとも一方が前記他方の装置によって再充電可能であるハイブリッドパワーソースと、および上述の制御システム、ならびにこのようなハイブリッドパワーソースを含んでいる車両を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照として例示によって説明する。
本発明は、ＨＥＶに関連した１つの好ましい実施形態を参照として説明される。ＨＥＶのエネルギ源／蓄積装置および変速機システム、制御システムを備えたこれらの一般的なインターフェースは当業者によく知られているので、これらの特徴の詳細な説明はここには記載されていない。
【００２１】
制御システムは、この実施形態では電気マシン（モータ／発電機）およびＩＣエンジンを含んでいる２以上のエネルギコンバータと、再充電可能な電池を含んでいる１以上のエネルギ蓄積装置とを有するハイブリッドパワーソースを制御する。これらは２つのパワー装置と考えることができる。ＨＥＶ用の制御システムに対する１つの入力には、とくに加速およびブレーキングのような車両性能の特徴に対するドライバーの要求が含まれる。しかしながら、要求は、たとえば空調装置、ディーゼル粒子フィルタまたは付加的な付属部品等の、付加的なエネルギシンクとみなすことのできる別の装置からも受取られることができる。典型的に、別の制御パラメータは、車両が外部再充電装置に頼らずに電気マシンのために電気エネルギを充電することが可能なままであること、およびエネルギ蓄積装置の充電状態がある定められた限界内にとどまっていなければならないことである。さらに別のパラメータは、予測されないドライバーによる停止のような瞬間的な要因である。しかしながら、本発明では、これらの制約の範囲内において電力を発生する最適な時間および量とならびに電気モータによって駆動装置に供給されると共に別のコンポーネントに分配されるエネルギの最適な瞬間および量を決定するインテリジェントな制御システムが構成可能であることが認められる。
【００２２】
とくに、本発明の制御システムは、たとえば、燃料消費量および、または種々のＨＥＶパワー装置の効率、生成される排気ガスの割合、雑音、振動、および環境の過酷さ（ＮＶＨ）計量、運転しやすさ、または加速の割合等を含む動作条件の範囲を考慮して、“目標関数”と呼ばれる全体的なパラメータを提供する。目標関数はまた全システム費用または“特定の費用”とみられることができるので、したがって、電力を発生させる費用および、または監視から得られる利益を、タイミング、持続期間および発生／監視の比を制御することにより最適化するように時間に対して最小化されることが可能である。目標関数は、考慮されるパラメータから認めることができるように、法律で定められた要求または顧客の要求のいずれに対しても選択されることができる。
【００２３】
重要な目的は、目標関数を参照として最も廉価な時点で電力が発生されることと、使用された電力をもとに戻すために電力を発生することで生じる費用より利益が大きい場合のみを監視するために電気が使用されることである。したがって、任意の動作モード対する全システム費用は、そのモードが実施されるべきか否か、およびその全システム費用に基づいて何時実施されるか、あるいは数値を出されるべきかを評価される。
【００２４】
第１の目的は、所定の特定の費用まで常に発生することにより行われる。これは図２に示されており、この図２は３Ｄ（３次元）面を提供するように特定の費用（ｚ軸）を発生パワーおよび時間に対して表したものである。最低の費用オプションは、発生される必要のあるエネルギの量に応じて決定される。全エネルギ量は所定の費用（すなわち、ｚ＝一定）に対して時間曲線に対してパワーを積分することによって得られる。これは、費用（ｚ）軸の値を、ｘ−ｙのパワー−時間平面において積分された合計が必要とされるエネルギ量と等しくなるまで０からインクリメントすることにより行われることができる。したがって、最低の費用値は対応したｚ値である。ｚ平面と３Ｄ面との交差部分で得られた曲線は、時間に対する発生パワーの最適なバリエーションを表す。図２は、ｘ−ｙ平面が水平であり、ｚ平面が垂直であり、水位がｚ＝０から３Ｄ面の上に上昇した体積を表していると直感的に認識されることができる。水の表面積が所望のエネルギ値に等しいとき、関連した費用が決定され、最適な時間対発生パワー曲線が水と３Ｄ面との境界に形成される。図２に示されている例において、１ｋＪのエネルギを表す第１の小さい表面積は費用ｚ＝ｃ_１で達成され、２ｋＪの高い値の発生されたエネルギは費用ｚ＝ｃ_２で達成される。
【００２５】
図３および４を参照とすると、発生モードにおける本発明の動作を認識することができる。図３のａは、３０秒サイクルにおいてほぼ１２秒の時点まで静止しており、一定のレートで加速して約１６秒の時点で１５ｋｍ／時間の一定速度に達し、その後ほぼ２４秒の時点から一定のレートで減速し、ほぼ２９秒の時点で停止した車両のヨーロッパ排気ガス試験サイクルについてエコノミック・カウンシルに対して決定された例示的な駆動サイクルの部分を表している。
【００２６】
制御システムは、駆動サイクルが進行するにしたがって特定の費用ｖの発生パワーの一連の２Ｄ曲線を効率的に計算して参考にし、“特定の費用”の動作に関する発電に対する最適な方式を評価する。これらの曲線を生成するための関連データは、テストベッド上でそのタイプのエンジンを動作させて、エンジン負荷および速度の較正範囲に対するたとえば、排気ガスおよび燃料消費量等を監視したことにより得られた較正結果から導出されることが好ましい。これらの２Ｄ曲線の履歴は図３のｂに示されている３Ｄ面として表されることができる。この図３のｂは、ｘ軸が３０秒の時間インターバルを表し、ｙ軸がワットで測定された発電レートを表し、ｚ軸が目標関数を表した“特定の費用”を表し、全てその駆動サイクルに対して示されたものである３つの軸上のプロットから得られた３次元面を表している。
【００２７】
図３のｂにおいて認識できるように、数十ワット程度の低レベルのエネルギの発生は、車両が静止している期間中および車両がその巡航速度で安定した期間中に低い費用で達成可能である。さらに、車両の運動エネルギの一部を使用して電力を直接発生すること、いわゆる“回生制動”が可能であるため、車両がブレーキをかける期間中に低費用での発生が得られることができる。他方において、たとえば、車両が静止している期間等の駆動サイクルのある固定した時点に対して、電気エネルギを発生する費用は、発生レートが増加するにつれて増加する。車両が加速しているあいだ、発電は単なる別のパワー負荷に過ぎないので、費用はとくに高いが、他方において電気エネルギ発生は、それが高い発生レートであっても、回生制動中に低い費用で達成可能である。その結果、車両が特定のエンジン負荷および速度下に置かれている場合、発生の費用は較正された値から導出され、以下さらに詳細に説明するように、費用限界と比較されて、発生が行われるべきか否かを評価することができる。以下さらに詳細に説明するように、このアプローチは、やがて発生する駆動サイクルが、たとえば実時間外部データ等から予測可能である場合にエネルギ管理を最適化するときにとくに有用である。図４のｂは、図４のａに示されている駆動サイクルに対して構成された対応した３Ｄ曲線を示している。
【００２８】
典型的な駆動スタイルに対して制御戦略内のパラメータを較正する、すなわち調節する方法の一例として、図５のフローチャートが使用される。ステップ３０において、費用値が低いレベルｚ＝ｃ_０に設定され、所望される発生エネルギ値Ｅ_１が入力される。ステップ３２において、発生されたパワー曲線Ｐ_ｇｅｎは時間に対して積分される。積分された値がエネルギ入力値Ｅ_１以上である場合、費用値はステップ３４において使用されるｚの値になる。しかしながら、所望の蓄積値に達しない場合には、その値ｚは小さい値Δｃによってインクリメントされ、このプロセスは、発生されるエネルギの所望の値が得られるまで反復される。
【００２９】
上述した実施形態において、“特定の費用”値は、絶対指数として表される。好ましい実施形態においては、費用は、たとえば、燃料消費量（燃料消費量が高くなると、それだけ一層費用が高くなる）と排気ガス（再び、排気ガス量が高くなると、それだけ費用が高くなる）を組合せる等の、ある範囲のパラメータの尺度を組合せて単一の値にした目標関数である。当然ながら、これらの変数は正規化されることが好ましく、費用を表す値に到達するために任意の適切な方法で演算的にあるいはもっと複雑な関数により組合せられることができる。その結果、所定の状態（たとえば、所定のレートおよび所定の瞬間速度で加速している）に対する車両は、必要とされるパワーを発生したことにより生じた燃料消費量および排気ガスに関して所定の費用レベルで動作しているであろう。
【００３０】
残りの制御基準は、内燃機関を電気モータにより補助または置換すべき時期、およびパワーの大きさである。基本的な一例として、加速中に内燃機関を補助するために電気モータが使用された場合、これは燃料消費量およびある排気ガス種を減少させるであろう。したがって、電気モータ補助に対する戦略は、モータ補助により得られる利益（燃料消費量および排気ガスの減少）が電力を発生する費用（燃料消費量および排気ガスの増加）を上回る場合に使用されるべきものとなる。これは、費用限界の関数であることのできる利益限界である第２の限界を設定することによって行われる。電気モータは、利益が費用限界を越えたときに内燃機関を補助または置換するために使用される。
【００３１】
したがって、使用において、制御システムは費用および利益をそれぞれ発生および監視から即座に評価するであろう。これらは、発生または監視パワーを決定するために費用および利益限界と比較されるであろう。
【００３２】
これらの限界は、典型的な駆動スタイルに対して設定されるか、あるいはたとえば、電池の充電状態が下降し始めたときに、発生の必要性がさらに緊急のものとなるように変更されることのできる適応限界としてそのまま残される。
【００３３】
別の実施形態において、システムは費用および利益レベルを、外的影響に応じて、あるいは駆動スタイルまたは車両使用履歴の変化に適応するように即座に設定する。外的影響の例は、空調装置のような使用頻度の低い高パワー付属部品、あるいはディーゼルエンジンにおける粒子トラップ発生システム、もしくは以下に説明する地理的入力である。
【００３４】
地理的入力は図６に示されているように行われることができる。車両は、パワーおよび送信システムを制御する制御システム２２と、車両内においてパワー配分を行うパワー配分管理装置とを含んでいる。さらに、制御システム２２は外部送信機７０との通信により外部環境に関する別のデータを受取るか、あるいは導出する。この外部送信機７０はＧＰＳ衛星、ラジオ、または無線アクセスプロトコル送信機、あるいは任意の他の適切な形態の送信機であることができる。したがって、制御システム２２によって得られた情報は車両の瞬時の地理的位置、駆動妨害条件の予測、環境排気ガス監視、街路位置および時間であってもよい。たとえば、制御システムはその瞬時の地理的位置をＧＰＳから導出し、これに基づいて、排気ガスが減少されなければならない結果として、それが都市にいるのか、あるいは家屋密集地域内に位置しているのかを確定することができる。それに基づいて、電気モータがもっと使用されて、蓄積されたエネルギ（たとえば、電池の充電状態）がある期間中低下するように、電気モータの動作に対する費用および利益レベルが変更されなければならない。その代り、制御システムは次の、たとえば１０マイルに対する駆動条件を導出し、それに基づいてその期間の車両の負荷の予測解析を行うことができる。その結果、それは、たとえば、費用および、または利益を修正して将来的な条件を利用することができる。しかしながら、低費用での動作期間が将来的に利用可能でも、電池充電量が十分に低いために発生が早期に行われる場合には、費用限界が引き上げられてもよい。その代り、将来的なルートの知識により、車両は最大のパワーおよび電池充電能力で動作することが可能となるが、しかしこれは都市環境中での制限された排気ガスで１００％の電池動作を可能にするためのものなので、たとえば、田舎の直線道路等に対しては排気ガスが増加する。
【００３５】
したがって、図６に概略的に示されているシステムを、図２乃至５を参照として説明されている記憶されたデータならびに利益／費用評価システムと組合せて、ＨＥＶにおいて最適な監視／電力発生を行う装置を得ることが可能であることが認識されるであろう。
【００３６】
システムにおいては、さらにドライバーの運転スタイルが考慮されてもよい。これは、たとえば、“ノーマル”、“スポーツ”、“エコノミー”および連続等の適切な予め定められたオプションをドライバーに与えることによって達成されることができる。それぞれの場合において、システム費用／利益の導出は、適切な予め定められた関数にしたがって行われる。その代りに、本発明により提供されるインテリジェントなシステムの拡張部分としてドライバースタイルが学習されることができる。たとえば、非常に低速度で運転するドライバーと、積極的に運転し、たとえば、各ギアで高い回転カウントに達する者とでは、その費用および利益限界は異なったものになるであろう。システムは費用／利益計画を評価するときに、このような行動パターンを検出し、それらを要因に分解することができる。このシステムは、たとえば、別々にプログラムされたイグニッションキーによって適切な既知の方法で身元を明らかにすることのできる異なったユーザに対する異なった運転スタイルを記憶することができる。
【００３７】
以下、電気的に付勢される空調装置を参照として時々使用される既知の高パワー付属部品の動作がどのように考慮されるかを説明する。暑い天候の旅行を開始した車両を考える。ドライバーは空調装置のスイッチを入れ、それによって車両の電気的な負荷が増加する。制御装置は、典型的な運転パターンに対して空調装置が動作することを可能にするのに十分な電気エネルギを発生する量だけ電力を発生する費用限界を増加させる。この費用限界の増加は、追加のパワー要求の関数として較正されることができる。
【００３８】
ＤＰＦ（ディーゼル粒子フィルタ）は周期的なクリーニングを必要とする装置であり、それは高パワーの電気ヒータを使用して行われることができる。電気ヒータによるクリーニングから生じた費用は、負荷をかけられたＤＰＦによって発生された背圧のためにエンジン上において増加した負荷による費用と比較される。目標関数は、ＤＰＦを洗浄する最適な時間を選択するために使用されることができる。ＤＰＦを清掃する最適時間が決定されると、追加の発生パワーは、費用および利益限界によるパワー計算に加えられることができる。これは、短期間の高パワー電気負荷向けの特定アプローチである。
【００３９】
別の例としては、現在のパワートレインおよび後処理（ａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ）モデルにおいて、触媒制御は１０乃至１５％だけＣＯ_２放出を増加させ、放出規格は都市の大気品質を保護するように設計されている。しかしながら、都市および田舎の運転ではその許容不可能な放出レベルが典型的に５乃至１５％変化する可能性があり、特定位置の許容可能な放出レベルは、目標関数の別のパラメータを形成する環境費用と見られることができる。図６を参照として説明されたシステムを参照とすると、車両制御システム２２は、関連した環境コストを設定する放出優先度レベルを遠隔局７０から受取ることができ、放出種の重みづけが車両に送信される。これは、たとえば、その車両が駆動されているのは田舎か、都市か、あるいは高速道路か、およびその車両位置はＧＰＳ（グローバル位置決定衛星）を使用して決定されることができるか、あるいはその位置に適しているであろう遠隔局からの信号放送だけに依存することができるか等に依存することができる。その結果、制御システム２２はそれに応じて排気管からの排気ガスを制御することができる。その結果、たとえば、都市においては電気モータ駆動が田舎での運転よりもっと頻繁に行われてもよい。
【００４０】
目標関数に要因が分解されることのできる別の特徴は、たとえば、エンジン負荷およびエンジン速度の関数としての主観的な雑音、振動、環境の過酷さ（ＮＶＨ）レーティングであり、その結果、これは、制御システムがどの運転モードを採用すべきかを評価した場合に考慮される別のパラメータであろう。
【００４１】
制御システムにより制御されることのできるさらに別のファクタは、ハイブリッドエンジンのスタート／ストップである。とくに、ストップの持続期間が予測可能である場合、スタートする費用が評価されることができる。これがストップする利益より低い（再び、各オプションの全費用を比較して）場合、エンジンは停止されることができる。予測された持続期間は、たとえば、遠隔局から利用可能な車両の流れの中におけるその車両の位置の表示に依存することができる。その車両が流れの先頭付近に位置している場合、そのエンジンが停止から間もなく再スタートされるならば、たとえばエンジン停止等によって達成される燃料および排気ガスの費用節約よりも、強化された燃料消費量および排気ガスレベルのほうが重視される可能性がある。別の考慮事項はＤＰＦ要求である。たとえば渋滞の場合、ＧＰＳが交通情報を認識して、車両搭載システムはそのＤＰＦが今にも再生を要求しかけていることを認識することができる。ここにおいて、たとえば交通量が多くて車両がなかなか進まない等による低速度またはアイドリングでのエンジン負荷のために排気ガスの温度が低い場合には、車両室内の温度もまた低くなる。したがって、システムは車両の流れにストップ・スタート方式を適応する決定を行ってもよく、これは、ＤＰＦヒータのために生じる電池充電の遮断および再開に非常に高い費用がかかるためである。
【００４２】
したがって、本発明は、旅行するための全費用を最小化する目標に関して車両の基本的なコンポーネントが管理されるシステムおよび方法を提供することが認識されるであろう。全費用は、ドライバーに対する費用（ＮＶＨ、燃料消費量）および環境に対する費用（排気ガス、ＮＶＨ）を含むことのできる目標関数である。本発明は、２以上のパワー装置および１以上の再充電可能なエネルギ蓄積装置を含むハイブリッド車両に関するものであることができるが、しかし別のパワーシステムにも拡張することもできる。本発明は、目標関数の費用と費用限界および利益限界との比較にしたがって、エネルギ蓄積装置とエネルギコンバータとの間のパワー装置中におけるエネルギ流を瞬時に管理する制御装置において実現されることができる。費用および利益限界は、ドライバースタイル、高パワー付属部品の瞬間的要求、あるいは電池または別のエネルギ蓄積装置の充電レベルを考慮することにより変化する可能性がある。
【００４３】
ハイブリッド車両は、自動車、バス、トラック等を含む任意のタイプの車両であることが可能であることが認識されるであろう。制御システムは、たとえば、ソフトウェアまたはハードウェアにおいて、たとえば、車両電子装置および既存のＨＥＶ制御装置に接続されたプラグインボードの形態で、任意の適切な方法で構成されることができる。この明細書では、推進装置は内燃機関および電気モータとしてそれぞれ説明されているが、任意の適切な推進装置が導入されることが可能であり、各推進装置の２以上のものが同様に導入されることができることが認識されるであろう。同様に、エネルギ蓄積装置は電池である必要はなく、たとえば、フライホイールのような機械的なエネルギ蓄積装置であることができる。さらに、上述した実施形態またはそれらの特徴は適宜組合せられ、交換されることが可能であることが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
“並列”ＨＥＶを示す概略図。
【図２】
本発明による費用対パワー対時間面を示すグラフ。
【図３】
典型的な駆動サイクルと、この駆動サイクルに対する費用対パワー対時間面を示すグラフ。
【図４】
別の駆動サイクルと、この駆動サイクルに対する費用対パワー対時間面を示すグラフ。
【図５】
較正ルーチンを示すフロー図。
【図６】
外部情報源と通信している本発明による車両を示す概略図。

Claims (38)

1. 第１および第２のエネルギ入力と、第１および第２の各エネルギコンバータと、エネルギ蓄積装置と、エネルギシンクと、およびパワー配分管理装置とを含んでいるハイブリッドパワーシステムおいて、
   パワーシステムの動作はその動作パラメータの関数である関連付けられた全費用を有し、パワー配分管理装置が最適な全体の費用レベルを使用してパワー配分を制御するハイブリッドパワーシステム。
2. パラメータには、エネルギ入力消費量、エネルギシンク放出量、エネルギ蓄積装置における記憶レベル、振動、雑音、環境の過酷さ、パワー配分費用、よびパワーシステム上の負荷の１以上が含まれる請求項１記載のシステム。
3. エネルギ入力には再充電可能な電池、水力、空気式または原子力のような化学的、機械的または電気的エネルギ源の１以上が含まれる請求項１または２記載のシステム。
4. エネルギコンバータはエンジンまたは燃料電池の少なくとも一方を含んでいる請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
5. エネルギ蓄積装置は、再充電可能な電池等の電池、キャパシタ、熱貯蔵装置またはフライホイールの１以上を含んでいる請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
6. 車両推進システムを含んでいる請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
7. エネルギシンクには、車両駆動負荷、電気的負荷、空調装置負荷、電気的パワーステアリング負荷またはディーゼル粒子トラップ再生負荷の１以上が含まれる請求項６記載のシステム。
8. エネルギ貯蔵装置は前記エネルギコンバータの１つにより再充電可能である請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム。
9. 動作パラメータには、エネルギ貯蔵装置を再充電する費用が含まれている請求項８記載のシステム。
10. 動作パラメータにはさらに環境的要因の１以上が含まれている請求項１乃至９のいずれか１項記載のシステム。
11. 全体の費用はさらに、予測または導出される将来的な動作パラメータの関数である請求項１乃至１０のいずれか１項記載のシステム。
12. 全体の費用は複数の動作パラメータの関数である請求項１乃至１１のいずれか１項記載のシステム。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載のハイブリッドパワーシステム用のパワー配分管理装置。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載のハイブリッドパワーシステムにおいてパワー配分を管理する方法において、
    パワー配分方式の全体の費用をパワーシステムの動作パラメータの関数として評価し、最適な全体の費用レベルでパワー配分方式を選択するステップを含んでいる方法。
15. パワー配分方式に関連した全体の費用を導出し、その導出された費用を全費用限界と比較するステップを含んでいる請求項１１記載の方法。
16. 費用限界は予め定められている請求項１２記載の方法。
17. 費用限界は瞬間的に導出される請求項１２記載の方法。
18. 異なったタイプの第１および第２のパワー装置を有し、前記装置の少なくとも一方が他方の装置により再充電可能であり、燃料消費量、排気ガス、振動、雑音、環境の過酷さ、負荷、機械的耐久性、システム耐久性または電池耐久性の少なくとも１つを表す１以上の制御値に応じて前記再充電可能なパワー装置の動作および再充電を制御するハイブリッドパワーソース用の制御システム。
19. 制御値は瞬時パワーソース状態に基づいて導出される請求項１５記載の制御システム。
20. 制御値が利益限界を超えた場合に前記再充電可能なパワー装置の動作を制御する請求項１５または１６記載の制御システム。
21. 制御値が費用限界より低い場合には前記再充電可能なパワー装置の再充電を制御する請求項１５乃至１７のいずれか１項記載の制御システム。
22. 利益限界は費用限界の関数である請求項１７または１８記載の制御システム。
23. 制御値は、予め定められたまたは適応された利益または費用限界と比較される請求項１５または１６記載の制御システム。
24. 制御システムは瞬時的な外部および、または内部データを受取り、前記外部および、または内部データに基づいて決定された利益限界または費用限界に対して制御値が比較される請求項１５または１６記載の制御システム。
25. 費用限界は、前記外部および、または内部データから導出された予測される将来的なパワーソース負荷に基づいている請求項２１記載の制御システム。
26. 前記再充電可能な装置は電気的マシンを含み、前記他方のパワー装置は内燃機関を含んでいる請求項１５乃至２２のいずれか１項記載の制御システム。
27. 異なったタイプの第１および第２のパワー装置を有し、前記装置の少なくとも一方が前記他方の装置により再充電可能であるハイブリッドパワーソースを制御する方法において、
    燃料消費量、排気ガス、振動、雑音、環境の過酷さ、またはハイブリッドパワーソースによる負荷の１以上のものに対して純利益が動作により得られる場合、前記再充電可能なパワー装置を動作し、燃料消費量、排気ガス、振動、雑音、環境の過酷さまたは負荷の１以上のものと比較された費用限界まで再充電が行われた場合には前記再充電可能なパワー装置を再充電するステップを含んでいる方法。
28. 再充電可能なパワー装置を動作することに関連した利益レベルを導出し、純利益が得られるか否かを評価するために利益レベルを利益限界と比較するステップを含んでいる請求項２４記載の方法。
29. 前記再充電可能なパワー装置を再充電するために費用レベルを導出し、再充電費用が許容可能か否かを評価するために前記費用レベルを費用限界と比較するステップを含んでいる請求項２４または２５記載の方法。
30. 利益限界および、または費用限界は予め定められている請求項２４乃至２６のいずれか１項記載の方法。
31. 費用限界および、または利益限界は瞬時的に導出される請求項２４乃至２６のいずれか１項記載の方法。
32. 制御システムがデータ記憶装置を含み、ハイブリッドパワーソースが異なったタイプの第１および第２のパワー装置を含み、前記装置の少なくとも一方が前記他方の装置により再充電可能であり、パワーソースは変化するパワーソース負荷の下で複数のサイクルを通じて給電され、制御パラメータである燃料消費量、排気ガス、振動、雑音、環境の過酷さまたは負荷の１以上のものが各パワーソース負荷に対して記録され、前記データ記憶装置中に記憶され、再充電可能な装置の動作利益および再充電費用は記録された制御パラメータの関数として各パワーソース負荷に対して導出され、前記データ記憶装置中に記憶されるハイブリッドパワーソース用の制御システムの較正方法。
33. 前記費用の較正には、複数の再充電速度のそれぞれに対する複数のサイクルを通じてパワーソースに給電するステップが含まれている請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
34. 請求項１乃至９のいずれか１項記載のハイブリッドパワーシステムにおいてパワー配分管理を行うプログラムを記憶し、請求項１５乃至２３のいずれか１項記載の制御システムまたは請求項１１乃至１４または２４乃至３０のいずれか１項記載の方法を行うコンピュータ読出し可能な媒体。
35. 請求項１乃至９のいずれか１項記載のハイブリッドパワーシステムに対するパワー分配管理を行うための命令を実行し、請求項１５乃至２３のいずれか１項記載の制御システムまたは請求項１１乃至１４または２４乃至３０のいずれか１項記載の方法を実行するように構成されたプロセッサ。
36. 第１および第２の異なったタイプのパワー装置を含み、前記装置の少なくとも一方が前記他方の装置によって再充電可能であり、請求項１５乃至２３のいずれか１項記載の制御システムを備えているハイブリッドパワーソース。
37. 請求項３３記載のハイブリッドパワーソースを含んでいる車両。
38. 実質的に明細書に記載され、図面に示されているハイブリッドパワーシステム、制御システム、車両またはハイブリッドパワーソース。

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