JP2005065492A - ハイブリッド型駆動装置を有する自動車の動力配分の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライブトレインの動力の変動が改善され、エネルギー消費と有害物質放出が減少され、運転の快適性が向上する上記類別に基づく自動車ドライブトレインの制御・調整方法を提示すること。
【解決手段】 信号された動力要求に基づいて、少なくとも１個の電気機械（６、１４）の運転のための現存する基準運転データを、現在の動力要求及び／又は変化した車両運転状況に適応した新しい基準運転データに変更し、少なくとも１個の電気機械（６、１４）のための新しい基準運転データの計算のためにその将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失を事前に計算するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はハイブリッド型駆動装置を有する自動車の動力配分の制御のための請求項１の上位概念に基づく方法に関する。

ハイブリッド型駆動装置の形の少なくとも２個の駆動装置と１個の変速機を備えた自動車のためのドライブトレイン制御はＷＯ ０２／２６５２０ Ａ１により公知である。このドライブトレイン制御は駆動装置と変速機のための調整信号を発生する分散形制御装置及び運転者の要求を特徴づける量からトルク基準値を決定するためのペダル解釈装置（「アクセルペダル等のペダルの操作量に基づいて運転者の要求を解釈する装置」という意味）を有する。

さらにトルク基準値とエネルギー貯蔵装置の充電状態に応じてドライブトレインの基準運転状態を確定するいわゆる状態マネージャ及びトルク基準値とドライブトレインの確定された基準運転状態に従って分散形制御装置のための制御信号を発生するいわゆるトルクマネージャがある。

またこの刊行物が開示するところによれば、ドライブトレインの多数の可能な基準運転状態が状態マネージャに記憶されている。その場合特定の自動車で現実に可能な運転状態及び可能な状態遷移は、ドライブトレインの配列、即ちこの車両に存在する部品又は装置の種類と数に依存する。

異なる構成のドライブトレインを備えた種々の自動車でドライブトレイン制御を利用するために、この状態マネージャにはドライブトレインの構成に応じて調整された構成識別子がある。こうして構成識別子の調整に従って個々の状態がロックされ又は解放される。

このドライブトレイン制御の欠点は、種々異なる駆動装置を使用すると、固定記憶された基準運転状態及びその可能な状態遷移の利用が比較的不正確な、従ってドライブトレインの動力の変動、エネルギー消費、有害物質放出及び運転の快適性に関して不十分な結果をもたらすことである。
国際公開ＷＯ ０２／２６５２０ Ａ１パンフレット（特表２００４−５０９８０１号公報）

そこで発明の課題は、ドライブトレインの動力の変動が改善され、エネルギー消費と有害物質放出が減少され、運転の快適性が向上する上記類別に基づく自動車ドライブトレインの制御・調整方法を提示することである。

この課題の解決策は主請求項の特徴から得られ、一方、本発明に基づく方法の有利な実施態様と改良が従属請求項で明らかである。

それによれば発明は、内燃機関、駆動モータ又は発電機として使用される少なくとも１個の電気機械、少なくとも１個のクラッチ及び変速機が属し、少なくとも１個の制御・調整装置があって、所定の測定及び／又は計算値に基づき車両の動力の変動、エネルギー消費、有害物質排出及び運転の快適性を考慮して内燃機関と電気機械の間の動力配分を制御及び調整する自動車ドライブトレインの駆動機械の動力配分の制御・調整方法に関する。

さらに、とりわけ車両運転者が信号する動力要求に基づき、少なくとも１個の電気機械の運転のための現存する基準運転データを、現在の動力要求及び／又は変化した車両運転状況に適応した新しい基準運転データに変更し、少なくとも１個の電気機械の新しい基準運転データの計算のためにその将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失を事前に計算するようにした。

さらに将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失の事前計算のために、単数又は複数の先行する制御及び／又は調整サイクルの測定値を利用することが発明の好ましい構成部分である。

また発明の別の実施態様は、将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失の事前計算のために、少なくとも１個の電気機械の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}を決定するものである。

具体的な新しい基準運転データの計算のために、このような新しい基準運転データＰ_{ＥＭ−Ｓｏｌｌ−ｍｅｃｈ−ｂｇ}を、
電気機械（６、１４）の現在の損失電力を表すＰ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}，
電気機械（６、１４）の最大出力を表すＰ_{ＥＭ−ｍａｘ}，
電気機械（６、１４）の最小出力を表すＰ_{ＥＭ−ｍｉｎ}，
蓄電装置（１０）の最大充電状態を表すＰ_{ＳＰ−ｍａｘ}および
蓄電装置（１０）の最小充電状態を表すＰ_{ＳＰ−ｍｉｎ}
の関数
Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ−ｂｇ}
＝ｆ（Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}，Ｐ_{ＥＭ−ｍａｘ}，Ｐ_{ＥＭ−ｍｉｎ}，Ｐ_{ＳＰ−ｍａｘ}，Ｐ_{ＳＰ−ｍｉｎ}）
として計算することができる。

その場合 電気機械の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}は次式
Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}
＝（Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}×Ｉ_ＥＭ−Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}）×（Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}／Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}）
から得られる。ここで、
Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}は電気機械の接続電圧、
Ｉ_ＥＭ は電気機械の電流、
Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}は電気機械の機械的実際出力、
Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}は電気機械の機械的基準出力、
である。

次に一例として具体的な自動車用ハイブリッド・ドライブトレインに基づき発明を説明する。

唯一添付された図１より分かるように、本発明に基づく制御・調整方法は例示したハイブリッド型ドライブトレイン１の部品の制御及び調整のために利用される。この場合周知のように内燃機関２がトルクＭ_ＶＭを発生し、そのクランク軸３を介して第１のクラッチ４の入力側に転送する。この第１のクラッチ４の出力側は第１の電気機械６の回転子５と結合されているから、第１のクラッチ４を締結すれば内燃機関２の運転とともに回転子５の回転を生じ、その結果第１の電気機械６の固定子７に電流が発生される。この電流は車載電気系統８に、及び／又は第１の電力抵抗器９を経て電気エネルギー貯蔵装置１０に送られ、ここから必要に応じて再び取り出すことができる。蓄電装置１０は高出力コンデンサ、在来の自動車用蓄電池、ＮｉＮＨ₃電池、リチウムイオン電池又はその他の高性能電池もしくははずみ車である。

また第1のクラッチ４の入力側は第２のクラッチ１１の入力側に直結されている。第２のクラッチ１１は分離用クラッチとして使用され、内燃機関２を出力側変速機１２から分離することができる。

第２のクラッチ１１の出力側は第２の電気機械１４の回転子１３と遊転不能に結合されているから、クラッチ４、１１を締結して内燃機関２により駆動するか又は惰行段階で第２のクラッチ１１を切断して車輪２１により変速機１２を介して駆動すれば、この第２のクラッチ１１の固定子１５に電流が発生され、この電流を車載電気系統８及び／又は第２の電力抵抗器１７を経て電気エネルギー貯蔵装置１０に送ることができる。

２つの電気機械６、１４はとりわけ同期又は非同期機として構成され、車両でとりわけ駆動モータ、スタータ及び発電機として利用される。

第２の電気機械１４の回転子１３は前述の変速機１２の変速機入力軸１８と遊転不能に結合されている。変速機１２は半自動変速機又は自動変速機（無段変速機又は多段自動変速機）として構成することができる。

この実施例では変速機１２の出力軸１９は差動装置２０及び図示しない駆動軸を介して駆動輪と結合されている。図示の便宜上ここではそのうちの１つの駆動輪２１だけを示した。この駆動輪２１は常用ブレーキ２２によって制動することができる。

図で明らかなように、２つのクラッチ４、１１の使用挙動は２つの制御機能２３、２４によって制御及び調整される。この制御機能２３、２４はソフトウエアとして電子制御装置に記憶することが好ましい。図示の便宜上別に示さないこの変速機制御装置は制御線を介して、クラッチ４、１１の同じく図示しないクラッチクラッチ操作用アクチュエータと結合されている。２つの電気機械６、１４の制御及び調整のために制御機能２５、２６が設けられている。この制御機能２５、２６もやはり上記の又は別個の制御装置に記憶されている。

さらに内燃機関２及び変速機１２の使用挙動も所定の制御・調整機能に従って制御及び調整される。この制御・調整機能はこの場合エンジン制御装置２７及び変速機制御装置２８に記憶されている。車両運転者のトルク要求を検出するために、エンジン制御装置２７は車両のアクセルペダル３０の調整角及び調整速度を検出するセンサ１６に接続されている。また変速機制御装置２８はセンサ３１に接続されている。シフト及び／又はセレクト装置３２が信号する変速比及び／又は変速段要求Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄをセンサ３１によってセットすることができる。

最後に、この例示したドライブトレイン１は、運転者の要求及び運転状況に応じて常用ブレーキ２２の制動動作を起動及び／又は支援することができる電子制御ブレーキ装置２９（ブレーキアシスタ）も備えている。

本発明を理解すれば、上記のセンサ及びアクチュエータと信号で結ばれる共通の中央制御装置に上記の制御・調整機能を記憶し得ることは、当業者にとって自明のことである。

またこのドライブトレインには別のセンサが配属されている。図示の便宜上このセンサは図に明示してない。その代わりに、上記のセンサによって検出され又はその測定値に基づいて算出され、単数又は複数の上記制御・調整装置にその役割の遂行のために送られる物理的技術的量が示されている。この測定値には内燃機関２のトルクＭ_ＶＭ 及びその効率θ_ＶＭ 、２つのクラッチ４、１１のクラッチトルクＭ_Ｋ１ 及びM_Ｋ２ 、２つの電気機械６、１４の駆動トルクＭ_ＥＭ１ 及びＭ_ＥＭ２ 並びに効率θ_ＥＭ１ 及びθ_ＥＭ２ 、車輪２１へのトルク伝達の効率θ_Ｒａｄ 並びに変速機入力軸１８の変速機入力トルクＭ_ＧＥ が含まれる。

このようなドライブトレインの、動力の変動、エネルギー消費、有害物質放出及び運転の快適性に関して最適な運転方法のために、多数の運転パラメータを考慮しなければならない。その場合このドライブトレインを装備する車両は純電気モータ方式、純内燃機関方式でも、また駆動機械の利用に関して複合的にも運転できることを留意しなければならない。

従って上記の運転パラメータには特定の駆動トルクについての運転者の要求のほかに、運転状況の考慮も当然含まれる。この点に関連して運転状況の概念は例えば走行区間の性質例えば下り坂、平坦又は登り坂、電気エネルギー貯蔵装置１０の充電状態、車両の電気的負荷の電気エネルギーに対する個別需要及び総需要、２つの電気機械６、１４及び内燃機関２の運転方式並びに２つのクラッチ４、１１の接続状態も併せて包含するものとする。

そこでドライブトレイン１の内燃機関２、第１の電気機械６及び第２の電気機械１４の間でこの点に関して最適な動力分割を行なうには、そもそも２つの電気機械６、１４及び内燃機関２の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失が知られていなければならない。

上記及びその他の値から運転状況に適合したこれらの駆動機械２、６、１４の基準運転データを決定するために、これを事前に計算しなければならない。ところがこの希望は、そのために必要な入力値が存在しないか、又は大変手数のかかる計算方法によって分析的又は経験的に決定することしかできないという問題に出会う。

そこで本発明はこの問題の解決のために、欠如する量を先行の制御・調整サイクルの測定値から導き出すものである。必要な基準運転データの決定のための測定値として、例えば当該の電気機械６、１４の電圧降下及び／又は電流消費値が利用される。

この処置によって内燃機関２と２つの電気機械６、１４の駆動力の間で動的なかつ目標に対して最適な動力配分が得られる。その場合現在選択された運転方式（電気機械６、１４を発電機として使用する内燃機関方式；純電気モータ方式；電気モータ／内燃機関複合方式等）及び運転方式変更の要求に極めてよく反応することができる。

次にこのような基準運転データ決定がどのように行われるかを例示することにする。

本例では２つの電気機械のこれまでの電気的基準出力Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ} は既知である。この電気機械の機械的動力の新しい基準値Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ−ｂｇ} を求めた。新しい基準値Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ−ｂｇ}が当該の電気機械の最大電力Ｐ_{ＥＭ−ｍａｘ} 及び最小電力Ｐ_{ＥＭ−ｍｉｎ} の値並びに蓄電装置１０の最大及び最小電力Ｐ_{ＳＰ−ｍａｘ}、Ｐ_{ＳＰ−ｍｉｎ} 並びにこの電気機械の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ} の値から決定されることが分かっている。このことは次式（１）
Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ−ｂｇ}
＝ｆ（Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}，Ｐ_{ＥＭ−ｍａｘ}，Ｐ_{ＥＭ−ｍｉｎ}，Ｐ_{ＳＰ−ｍａｘ}，Ｐ_{ＳＰ−ｍｉｎ}）・・・（式１）
で表される。

Ｐ_{ＥＭ−ｍａｘ}、Ｐ_{ＥＭ−ｍｉｎ}、Ｐ_{ＳＰ−ｍａｘ} 及びＰ_{ＳＰ−ｍｉｎ} は既知であるから、新しい基準運転データＰ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ−ｂｇ} の決定のために唯一の未知数として電気機械６、１４の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}を求める。

この問題の解決のためにモデル観察を利用する。それによれば電気機械の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}は電気機械のこれまでの電気的基準出力Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}、回転子５、１３の角速度ω_ＥＭ、接続電圧Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ} 及び温度Ｔ_ＥＭ から得られる。

この問題の近似解で測定量、接続電圧Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ} 及び駆動機械電流Ｉ_ＥＭ の基準値変更が小さい場合は、電気機械の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ} が電気機械の電気的実際出力Ｐ_{ＥＭ−ｅｌ−Ｉｓｔ} と機械的実際出力Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ} の差から算出されるという認識が有効である。そこで
Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ−Ｉｓｔ}＝Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}×Ｉ_ＥＭ−Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ} ・・・（式２）
が成り立つ。但し
Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}＝Ｍ_{ＥＭ−ＩＳＴ}×ω_ＥＭ ・・・（式３）
Ｍ_{ＥＭ−ＩＳＴ} は当該の電気機械の実際トルクを表す。

そこでまた
Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ−Ｓｏｌｌ}＝Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}×Ｉ_ＥＭ−Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ} ・・・（式４）
及び
Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}＝Ｍ_{ＥＭ−Ｓｏｌｌ}×ω_ＥＭ ・・・（式５）
が成り立つ。

これに基づき、一例として求めた電気機械の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ} の補外式は次の通りである。
Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}
＝（Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}×Ｉ_ＥＭ−Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}）×Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}／Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}
・・・（式５）

こうして算出したＰ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ} の値を式（１）に代入して、電気機械の新しい基準値Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ−ｂｇ} を計算することができる。これは前述のように内燃機関２と２つの電気機械６、１４の間で最適な動力配分が行われるように、ここで一例として選んだ電気機械６、１４を制御及び調整するための新しい基準運転データである。

自動車のハイブリッド型ドライブトレインの具体例の図である。

符号の説明

１ ドライブトレイン
２ 内燃機関
３ クランク軸
４ 第１のクラッチ
５ 回転子
６ 第１の電気機械
７ 固定子
８ 電気系統
９ 電力抵抗器
１０ 蓄電装置
１１ 第２のクラッチ
１２ 変速機
１３ 回転子
１４ 第２の電気機械
１５ 固定子
１６ アクセルペダルセンサ
１７ 電力抵抗器
１８ 変速機入力軸
１９ 変速機出力軸
２０ 差動装置
２１ 車輪
２２ 常用ブレーキ
２３ 制御機能
２４ 制御機能
２５ 制御機能
２６ 制御機能
２７ エンジン制御装置
２８ 変速機制御装置
２９ 電子制御ブレーキ装置
３０ アクセルペダル
３１ セレクタレバーセンサ
３２ シフト及び／又はセレクト装置

Claims (5)

1. 内燃機関（２）と、駆動モータ又は発電機として使用される少なくとも１個の電気機械（６、１４）と、少なくとも１個のクラッチ（４、１１）と、変速機（１２）と、を有する自動車の動力配分の制御方法であって、少なくとも１つ設けられた制御・調整装置により、所定の測定及び／又は計算値に基づき車両の動力の変動、エネルギー消費、有害物質排出及び運転の快適性を考慮して内燃機関（２）と少なくとも１個の電気機械（６、１４）との間の動力配分を制御及び調整する動力配分の制御方法において、
   送信された動力要求に基づいて、少なくとも１個の電気機械（６、１４）の運転のための現存する基準運転データを、現在の動力要求及び／又は変化した車両運転状況に適応した新しい基準運転データに変更し、少なくとも１個の電気機械（６、１４）のための新しい基準運転データの計算のためにその将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失を事前に計算することを特徴とする方法。
2. 将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失の事前計算のために、単数又は複数の先行する制御及び／又は調整サイクルの測定値を利用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 将来の最大及び最小トルク及び／又は出力並びに効率及び／又は損失の事前計算のために、電気機械（６、１４）の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. ドライブトレイン（１）の電気機械（６、１４）の新しい基準運転データＰ_{ＥＭ−Ｓｏｌｌ−ｍｅｃｈ−ｂｇ}を、
   電気機械（６、１４）の現在の損失電力を表すＰ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}，
   電気機械（６、１４）の最大出力を表すＰ_{ＥＭ−ｍａｘ}，
   電気機械（６、１４）の最小出力を表すＰ_{ＥＭ−ｍｉｎ}，
   蓄電装置（１０）の最大充電状態を表すＰ_{ＳＰ−ｍａｘ}および
   蓄電装置（１０）の最小充電状態を表すＰ_{ＳＰ−ｍｉｎ}
   の関数として計算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 電気機械（６、１４）の損失電力Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}が次式
   Ｐ_{ｖｅｒｌ−ｅｌ}
   ＝（Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}×Ｉ_ＥＭ−Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}）×（Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}／Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}）
   から得られ、
   ここで、
   Ｕ_{Ａｎｓｃｈｌ}は電気機械（６、１４）の接続電圧、
   Ｉ_ＥＭ は電気機械の電流、
   Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｉｓｔ}は電気機械（６、１４）の機械的実際出力、
   Ｐ_{ＥＭ−ｍｅｃｈ−Ｓｏｌｌ}は電気機械の機械的基準出力、
   であることを特徴とする請求項４に記載の方法。

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