JP2004521596A - ハイブリッドカーの駆動方法およびハイブリッドカーの駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明はハイブリッドカーの駆動方法および駆動装置に関する。駆動は駆動制御部（１）の設定にしたがって内燃機関（７）および／または電気機関、特に電気モータ（５）により行われ、電気モータ駆動部分は駆動制御部（１）に報告された走行区間の関連データに依存して電気エネルギのエネルギ蓄積部（４）の充電状態（ＢＬ）を考慮して開制御される。燃費および利用出力の点で有利な開制御は、電気モータ駆動部分の開制御の基礎となる情報を含むデータを用いて、駆動制御部（１）内で設定されているエネルギ蓄積部（４）の最小充電状態（ＭＬ）、すなわち必要な車両の基本機能が保証される状態を下回らないように開制御することにより達成される。

Description

【０００１】
本発明は、駆動制御部の設定にしたがって内燃機関および／または電気機関、特に電気モータにより駆動が行われ、電気モータ駆動部分は駆動制御部に報告された走行区間の関連データに依存して電気エネルギのエネルギ蓄積部の充電状態を考慮して開制御されるハイブリッドカーの駆動方法、およびこの方法を実行する装置を有するハイブリッドカーに関する。
【０００２】
この種の手法は独国特許出願公開第１９８０７２９１号明細書に記載されている。公知のハイブリッド駆動装置を備えた車両の駆動方法では、例えばナビゲーションシステムにより検出された瞬時の車両位置データを記憶されている地図データと比較し、交通環境に依存して電気モータ駆動部分を制御する。この場合ハイブリッド駆動装置のバッテリの充電状態がつねに監視される。特に交通環境の情報は市街地の走行と広域にわたる走行とを区別したり、エレクトロタンクステーションまでの距離を表示したりすることに関連している。
【０００３】
米国特許第５８９２３４６号明細書にもハイブリッドカーが記載されており、ここでも電気モータ駆動部分を制御するためにナビゲーションシステムから送出される位置データが利用される。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭に言及した形式の駆動方法とハイブリッドカーとを提供して特に電気エネルギの有効な活用を行えるようにすることである。
【０００５】
この課題は請求項１の特徴部分に記載の構成を有する方法、および請求項１０の特徴部分に記載の構成を有するハイブリッドカーにより解決される。
【０００６】
本発明によれば、電気モータ駆動部分の開制御の基礎となる高度情報を含むデータが用いられ、駆動制御部内で設定されているエネルギ蓄積部の最小充電状態、すなわち必要な車両の基本機能が保証される状態を下回らないように開制御が行われる。ハイブリッドカーでは高度情報を取得するユニットを備えた装置が設けられ、供給された高度情報のデータを評価する評価ユニットが駆動制御部内に設けられ、当該の高度情報のデータに基づいて電気モータ駆動部分を開制御する制御ユニットが設けられている。
【０００７】
高度情報に基づく開制御により、低充電状態を利用できる利点が得られる。すなわちエネルギ蓄積部から電気モータ駆動部分に対してより多くのエネルギを取り出すことができる。なぜなら連続走行中、エネルギ蓄積部の再充電のためのエネルギをジェネレータとして作用する電気モータを介して計算可能な回生を行うことができるからである。高度情報とはここでは予測される高度を考慮する情報である。バッテリの放電および充電は最適に高度トポグラフィへ適合化され、これにより燃費の向上が達成される。さらなる利点として、パラレルハイブリッドカーの電気モータが登坂走行時にも有効に利用され、トルク特性が改善されることが挙げられる。
【０００８】
電気モータ駆動部分の正確な閉ループ制御、またはエネルギ蓄積部の充放電過程の正確な閉ループ制御を達成するには、高度情報が走行区間または部分区間の最高高度または車両のその時点での高度を含むように構成する。
【０００９】
制御のシーケンスは、高度情報をナビゲーションシステムのデータまたは他の予測システム、例えばＧＰＳのデータから取得することにより簡単に構成することができる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態では、目的地がナビゲーションシステムへ入力される際に目的地までの走行区間の高度プロフィルが作成され、当該の高度プロフィルデータが電気モータ駆動部分の制御に用いられ、部分区間および／または全区間の最高高度に達したときに最小充電状態を下回らないようにされる。
【００１１】
燃費を低く抑えるために、勾配区間では少なくとも電気駆動部の一部が自動車の車輪によって駆動されるジェネレータとして駆動され、充電電流がエネルギ蓄積部へ給電され、給電された充電電流が電気モータ駆動部分を開制御する際に上り区間で予め引き込まれる。
【００１２】
別の有利な実施形態として、ナビゲーションシステムがバックグラウンドで動作していて目的地の入力が行われない場合、選択された走行区間が識別され、当該の走行区間の高度プロフィルデータが送出され、駆動制御部へ供給され、電気モータ駆動部分は走行区間のうち次の最高高度および／または全プロフィルのうちの最高高度を考慮して開制御される。
【００１３】
ナビゲーションシステムが存在しない場合、または既存のナビゲーションシステムによって高度情報が得られない場合にも、本発明の有利な実施形態により、高度情報は予め駆動制御部に記憶されている少なくとも１つの部分区間および／または全区間の最高高度を含めた情報成分と高度計により検出されたその時点での情報成分とから形成され、その時点での情報成分から得られた高度と記憶されている情報成分とが比較され、この比較結果に基づいてエレクトロメカニカル駆動部分が開制御される。
【００１４】
駆動装置の開制御または閉ループ制御を簡単化するために、最小充電状態は駆動制御部内で外部温度、日照時間、（全般的な）バッテリ状態、走行特性、またはこれらのパラメータのうち少なくとも２つの組み合わせに依存して適応的に求められる。
【００１５】
平坦な地域を走行する際の通常の制御コンセプトも本発明に組み込まれる。ここでは設定された最小充電状態が全走行区間に沿って設定されるか、または駆動制御部内で高度閾値が設定され、この閾値を下回っているあいだは電気モータ駆動部分は設定されたノーマル低充電状態を備えた通常動作モードに相応に駆動され、この閾値が上方超過されるとエレクトロマグネティック駆動部分がノーマル低充電状態よりも下方の最小充電状態で駆動される。
【００１６】
本発明の実施例を以下に図を参照しながら詳細に説明する。図１にはハイブリッドモータの制御装置の構造のブロック図が示されている。図２には電気モータの種々のバッテリ充電状態および出力応答が高度プロフィルに関連して示されている。図３にはハイブリッドカーの駆動方法のフローチャートが示されている。
【００１７】
図１に示されているパラレルハイブリッドカーの開制御および閉ループ制御装置は、駆動制御部１、高度プロフィルを計算する計算ユニット２、この計算ユニットに高度情報を供給するナビゲーションシステム３、推進剤タンク７．１から推進剤を供給されてジェネレータ６を駆動する内燃機関７、ジェネレータ６およびバッテリ４のかたちのエネルギ蓄積部から給電される電気モータ５、内燃機関７および／または電気モータ５によって駆動されるトランスミッション８、駆動輪９、および駆動輪とともに作用する（例えば電子ハイドロリック式の）ブレーキ１０を有している。駆動制御部１は例えば計算ユニット２およびナビゲーションシステム３とともに共通の制御装置、例えばナビゲーションシステム３そのものまたは自動車コンピュータ内でシミュレートを行うことができる。
【００１８】
電気モータ５に対して、機関給電線路４．１を介してバッテリから当該の電気モータ部分のための電気エネルギが供給されるか、および／またはエネルギ供給線路６．１を介してジェネレータ６からトランスミッション８に作用する機械エネルギ５．２が供給される。これに対して電気モータ５はエネルギの回生のために、例えばブレーキ過程や登坂走行時にはジェネレータとして駆動される。このときには電気モータには駆動輪９からトランスミッション８を介して運動エネルギがリターン供給部８．１によって供給される。生じた充電電流５．１はバッテリ４の充電に用いられる。さらにバッテリ４はジェネレータ６とともにバッテリ給電線路６．２を介して充電される。
【００１９】
駆動制御部１は電気モータ駆動部分または内燃機関駆動部分を電気モータ制御線路１．２または内燃機関制御線路１．４を介して所定のプログラムにしたがって開制御する。このときデータ交換部１．５を介して伝達された高度情報が考慮される。ブレーキ制御線路１．１およびバッテリ４の充電制御線路１．３も駆動制御部１によって制御される。バッテリ４の充電状態も高度情報と同様に駆動制御部１へ伝達される。
【００２０】
図２に示されているように、ナビゲーションシステム３のデータから計算ユニット２を介して道のりｓにわたる高度プロフィルＨＰが求められる。この場合に所定の高度で駆動制御部１に高度閾値ＳＣＨが設定され、この閾値よりも下方では通常動作に相応する制御が行われ、この閾値よりも上方では高度情報に基づいた開制御が行われる。バッテリ充電状態ＢＬは下方超過されない充分な低さの最小充電状態ＭＬに関して、車両の電気的な基本機能が保証されるように定められる。これは一方では閾値ＳＣＨにしたがって、他方では高度プロフィルＨＰにしたがって、さらにバッテリの全般的な状態を考慮して定められる。制御トレランス（目標値トレランス）もバッテリの状態に依存して選定される。高度プロフィルＨＰの高度が閾値ＳＣＨの下方にある場合、下方超過されないノーマル低充電状態ＮＭＬが通常動作している駆動制御部１において考慮され、電気モータ駆動部分が相応に制御される。これに対して高度Ｈが閾値ＳＣＨを上回るとき、電気モータ駆動部分の作用の割合が増大すると、つまり駆動制御部１による電気モータ５への出力の要求ＬＭが高まると、バッテリ４のノーマル低充電状態ＮＭＬよりも小さい最小充電状態ＭＬが考慮される。なぜなら所定の登坂区間にわたる走行が行われることに基づいて、バッテリ４のための充電エネルギを回生することができるからである。これによりハイブリッド駆動の出力の増大をできるだけ小さな内燃機関７の燃費で行うことができる。その際に電気モータ５への出力の要求は、急峻度、高度、距離および／または続く勾配に依存して求められる。
【００２１】
本発明の方法シーケンスの１つの実施例が図３に示されている。ここでは方法ステップ２０〜２９を詳細に説明する。まずステップ２０で駆動制御部１によりシステムが初期化されるか、または走行が開始される。このとき例えば目的地がナビゲーションシステム３で表示されていることもあるし、システムがバックグラウンドで動作していることもある。ステップ２１では予測高度プロフィルが評価される。この高度プロフィルは最初に提示される走行区間が変更されるときには更新することができる。続くステップ２２では高度Ｈが閾値ＳＣＨを超過するか否かが検査される。閾値が上方超過されると、ステップ２３で電気モータ駆動部分の制御について、部分区間または全区間における最高高度Ｈに達したときに最小充電状態ＭＬがほぼ達成されるように計算が行われる。相応に電気モータ５の開制御が行われる。閾値ＳＣＨを下回っているあいだはそれまでの通常の制御ストラテジがステップ２４で保持され、バッテリ４の放電はノーマル低充電状態ＮＭＬを下回らないようにされる。相応に電気モータ駆動部分が開制御される。ステップ２６では測定値とナビゲーションシステムの値とのあいだで高度の比較が行われ、差がある場合にはステップ２１へ戻って予測高度プロフィルが新たに評価される。差がない場合にはステップ２７でバッテリの充電状態が検出され、検査される。ここで差が生じている場合にはステップ２３へ戻り、電気モータ５の電力が新たに計算される。バッテリの充電状態に差がなければ最高高度に達しているか否かが検査され、場合によっては続くステップ２９で登坂走行ストラテジへの切換が行われる。ここでは例えばブレーキ制御部１０が使用されるときに適切なエネルギの回生が選択される。最高高度に達していない場合にはステップ２６へ戻り、相応の方法シーケンスが反復される。
【００２２】
駆動制御部１による開制御は高度閾値ＳＣＨを考慮せずに高度情報による開制御を行うようにして実現してもよい。この場合には走行区間全体に対して最小充電状態ＭＬが考慮される。
【００２３】
最小充電状態ＭＬは駆動制御部１内で固定に設定されている必要はなく、外部のパラメータ、例えば外部温度、日照時間、全般的なバッテリ状態、または走行特性に依存して適応的に選定することができる。なぜなら例えば外気温が低い場合、基本機能を保証するためにバッテリ４の高い電気エネルギを要求しなければならないからである。日照時間または光特性に依存しても同様に考慮すべき種々のエネルギ需要状態が発生する。走行特性に基づき、平均特性に対する出力需要またはエネルギ回生の特性は変化する。最小充電状態ＭＬを部分区間または全区間のうちの最高高度に依存して定めてもよい。このとき開制御または閉ループ制御ストラテジは目的地がナビゲーションシステム３へ入力されたか、またはシステムがバックグラウンドで動作しているかを指示する。最小充電状態ＭＬとノーマル低充電状態ＮＭＬとについてはトレランス帯域も許容される。
【００２４】
ハイブリッドカーにおいてナビゲーションシステムが存在しない場合、または既存の情報システムに高度情報を調製できる手段が設けられていない場合、予め例えば手動で、またはデータメモリから、プランニングされた走行区間に対する高度情報をロードし、走行中に高度計を利用して実際の高度データを取得するように駆動制御部１を構成してもよい。評価ユニットでは高度情報および高度データは前述の実施例と同様に電気モータ駆動部分の開制御のために計算される。この場合にも相応のプログラムによる種々の制御ストラテジを適用可能であり、駆動制御部１の制御ユニットを介して開制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ハイブリッド機関の制御装置の構造のブロック図である。
【図２】
電気モータの種々のバッテリ充電状態および出力応答と高度プロフィルとの関係を示すグラフである。
【図３】
ハイブリッドカーの駆動方法のフローチャートである。

Claims (10)

1. 駆動制御部（１）の設定にしたがって内燃機関（７）および／または電気モータ（５）により駆動が行われ、この電気モータ駆動部分は駆動制御部（１）に報告された走行区間の関連データに依存して電気エネルギのエネルギ蓄積部（４）の充電状態（ＢＬ）を考慮して開制御される
   ハイブリッドカーの駆動方法において、
   高度情報を含むデータを電気モータ駆動部分の開制御の基礎とし、駆動制御部（１）内で設定されるエネルギ蓄積部（４）の最小充電状態（ＭＬ）、すなわち必要な車両の基本機能が保証される状態を下回らないようにする
   ことを特徴とするハイブリッドカーの駆動方法。
2. 高度情報は走行区間または部分区間の最高高度と自動車のその時点での高度とを含む、高度請求項１記載の方法。
3. 高度情報をナビゲーションシステム（３）のデータまたは他の予測システムのデータから取得する、請求項１または２記載の方法。
4. 目的地をナビゲーションシステム（３）へ入力する際に目的地までの走行区間の高度プロフィルを作成し、当該の高度プロフィルデータを電気モータ駆動部分の開制御に用いて、部分区間および／または全区間の最高高度に達したときに最小充電状態（ＭＬ）を下回らないようにする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 勾配区間では少なくとも電気モータ（５）の一部を自動車の車輪によって駆動されるジェネレータとして駆動して充電電流（５．１）をエネルギ蓄積部（４）へ給電し、給電された充電電流（５．１）を電気モータ駆動部分を開制御する際に上り区間で予め引き込んでおく、請求項４記載の方法。
6. ナビゲーションシステム（３）がバックグラウンドで動作していて目的地の入力が行われない場合、選択された走行区間を識別し、当該の走行区間の高度プロフィルデータを作成して駆動制御部（１）へ供給し、電気モータ駆動部分を走行区間の次の最高高度または全プロフィルのうちの最高高度を考慮して開制御する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
7. 高度情報を予め駆動制御部に記憶されている少なくとも１つの部分区間および／または全区間における最高高度を含めた情報成分と高度計により検出されたその時点での情報成分とから形成し、その時点での情報成分から得られた高度と記憶されていた情報成分とを比較し、比較結果に基づいてエレクトロメカニカル駆動部分を開制御する、請求項１または２記載の方法。
8. 最小充電状態（ＭＬ）を駆動制御部（１）内で外部温度、日照時間、バッテリ状態、走行特性、またはこれらのパラメータのうち少なくとも２つの組み合わせに依存して適応的に求める、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 最小充電状態（ＭＬ）を全走行区間に沿って基礎として設定するか、または駆動制御部（１）内で高度閾値（ＳＣＨ）を設定し、該閾値を下回っているあいだは設定されるノーマル低充電状態（ＮＭＬ）を備えた通常動作モードに相応に電気モータ駆動部分を駆動し、該閾値が上方超過されるとエレクトロマグネティック駆動部分をノーマル低充電状態よりも下方の最小充電状態（ＭＬ）で駆動する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 内燃機関（７）と、エネルギ蓄積部（４）から給電される電気モータ（５）と、請求項１から９までのいずれか１項記載の駆動方法を実行するために電気モータ駆動部分を制御する駆動制御部（１）を含む装置とを備えている
    ハイブリッドカーにおいて、
    装置が高度情報を取得するユニットを有しており、
    駆動制御部（１）内に供給された高度情報のデータを評価する評価ユニットと電気モータ駆動部分を高度情報に基づいて開制御する制御ユニットとが設けられている
    ことを特徴とするハイブリッドカー。

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