JP2005505229A - 内燃機関と結合された車両内の電気機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関と結合された車両内の電気機器（１０）に関する。この場合、電気機器（１０）に対し効率最適化動作状態（Ｂ_ｗ）またはダイナミック動作状態（Ｂ_ｄ）を設定する制御装置（１１）が設けられている。迅速なトルク設定を必要とする車両動作過程の前に、通常設定されている効率最適化動作状態（Ｂ_ｗ）からダイナミック最適化動作状態（Ｂ_ｄ）へ切り替えるために切替手段が用いられる。

Description

【０００１】
従来の技術
今日の車両の場合、駆動を行う内燃機関には一般にスタータモータが設けられており、しかも内燃機関はベルト車を介してジェネレータを駆動する。将来の車両コンセプトでは大電力の電気機器による補強が増えるようになり、このような大電力の電気機器により慣用のジェネレータも慣用のスターターモータも置き換えられる。このような電気機器が内燃機関のかたわら自動車の駆動にも寄与する場合、それは一般にハイブリッド車両と呼ばれる。ハイブリッド車両に関してはたとえばパラレルハイブリッドが知られており、この場合、内燃機関に加えて１つまたは複数の電気機器がドライブトレインに組み込まれている。さらに出力分岐型のハイブリッドコンセプトも知られており、この場合には２つの電気機器が、内燃機関から送出される機械的な出力が直接的にも間接的にも両方の電気機器を介して車輪の駆動出力に寄与するよう取り付けられている。
【０００２】
この種の電気機器はその原理ゆえに様々な動作モードや動作状態で駆動される可能性があり、それはたとえばダイナミック最適化動作状態あるいは効率最適化動作状態である。ダイナミック最適化動作状態の優れている点は、相応の要求があったときにトルクの形成を非常に迅速に行えることであり、たとえば５〜１０ｍｓの時定数で行うことができる。しかしダイナミック最適化動作状態の欠点は効率の悪いことであり、その理由はこの場合には磁束形成電流成分が一般にその定格値で一定に保持されるからであり、つまりトルク要求とは無関係だからである。効率最適化動作状態では好適な効率が得られるが、係数にして約１０だけ遅いトルク設定時間を見込まなければならない。
【０００３】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による装置の利点は、１つまたは複数の電気機器が通常は効率最適化動作モードにおいて好適な効率で駆動され、自動車の相応の過程により迅速なトルク設定が必要とされるときにはじめて、ダイナミック最適化動作状態へ自動的に切り替えられることであり、この切り替えによって必要に応じて迅速なトルク設定または迅速なトルク形成が保証されるようになる。これらの過程は全体としては時間的にごく僅かな部分しか占めないので、ここでは少なくとも１つの電気機器は全体的に良好な効率で動作する。この場合、切り替えは、迅速なトルク設定が実際に要求されるときにはそれが完了しているよう適時に行われる。
【０００４】
従属請求項に記載の構成により請求項１記載の装置の有利な実施形態が可能である。
【０００５】
変速機シフト過程および／または内燃機関始動過程および／または内燃機関加速過程の前に、切り替えを設定する制御信号を切替手段の切替制御入力側へ供給できるようにするのが有利である。当然ながら、この切替制御入力側をたとえばバス端子として構成することができる。この場合、車両中央制御装置および／または変速機制御装置および／または始動過程または加速過程の前に操作可能な回路装置が、切り替えを設定する制御信号を形成するように構成されていると好適である。
【０００６】
所定の時間にわたり、または迅速なトルク設定を必要とする個々の動作過程が完了するまで、ダイナミック最適化動作状態へ切り替える手段も設けられていると有利である。
【０００７】
個々の動作状態を設定できるようにするため、電気機器のための磁束形成電流とトルク形成電流が制御装置により設定されるように構成されている。この目的で制御装置は、磁束形成電流とトルク形成電流に対する値のペアを効率最適化動作状態における個々のトルク要求に依存して設定し、かつ磁束形成電流に対する定格値およびダイナミック最適化動作状態における個々のトルク要求に依存して生じるトルク形成電流を設定する手段を有している。
【０００８】
１つの有利な実施形態によれば、電気機器は内燃機関と自動化された車両変速機との間に接続されており、この場合、少なくとも電気機器と内燃機関との間にクラッチが設けられている。このようにすれば電気機器によってシフト過程を効果的に支援することができ、それをいっそう迅速に行えるようになる。
【０００９】
さらに有利な実施形態によれば電気機器は個々の要求または動作状態に応じて、ジェネレータまたはモータを成している。
【００１０】
図面
次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。
【００１１】
図１は電気機器制御手段の概略図であり、図２は内燃機関と自動変速機との間に接続された電気機器の実施例を示す図であり、図３は電気機器により支援された自動変速機シフト過程を説明する信号ダイアグラムである。
【００１２】
実施例の説明
電気機器１０のダイナミック最適化動作状態と効率最適化動作状態を説明するため、図１に示されているブロック図を用いることにする。電気機器１０は制御ユニット１１と接続されており、このユニット自体は電力ケーブルを介して電流源つまり電流シンク１２につなげられている。さらに電子制御ユニット１１は車両中央制御装置１３と接続されており、この接続はたとえばＣＡＮバスを介して行われる。電子制御ユニット１１により電気機器のために、トルク形成電流ＩＳＱと磁束形成電流ＩＳＤが設定される。この場合、電気機器１０のための磁化電流Ｉμが、ロータ時定数（約１００〜１５０ｍｓ）ぶんだけ遅延された磁束形成電流ＩＳＤである。たとえば電気機器１０として組み込まれた非同期機のトルクは次式で表される：
Ｍ＝Ｋ×ＩＳＱ×Ｉμ
ダイナミック最適化動作状態の場合、磁束形成電流ＩＳＤつまりはＩμはその定格値に固定され、トルク要求に左右されることなく一定に保持される。トルクの変更はトルク形成電流ＩＳＱを変化させることによって行われる。これは非常に迅速に行われ、ロータ時定数よりも係数にして１０だけ小さい時定数によって達成できる。
【００１３】
これに対して効率最適化動作状態の場合には、それよりも長くほぼロータ時定数に相応するトルク設定時間ないしは時定数を見込まなければならない。この場合、トルク要求のたびにＩＳＤとＩＳＱという値のペアが設定され、この値によって所望のトルクに対し最適な効率が得られるようになる。これはたとえば特性マップを介してまたは適切な計算規則に基づく算出によって行うことができる。ダイナミック最適化動作状態と比較すると、全体の効率は殊に電気機器の部分負荷動作において著しく良好になる。
【００１４】
図１によればたとえば車両中央制御装置１３によって、電気機器１０をダイナミック最適化動作で作動させるのか効率最適化動作で作動させるのかが設定される。これに対応する制御命令を、電気機器１０の切替制御入力側または相応のバスインタフェースへ供給することができる。
【００１５】
電気機器１０は直接またはクラッチを介して自動車の内燃機関と接続することができ、この場合にはスタータモータとしても電流ジェネレータとしても用いられる。モータ動作からジェネレータ動作への相応の切り替えも、やはり電子制御ユニット１１によって行うことができる。また、特定の状況においてたとえば加速時などに電気機器１０を駆動に用いようとしないかぎり、クラッチをたとえば始動後に切り離すことができる。
【００１６】
当然ながら、ただ１つの電気機器１０の代わりに複数の電気機器を内燃機関と接続することができる。
【００１７】
電気機器１０は通常は効率最適化で駆動され、この目的はできるかぎり僅かな燃料消費もしくはできるかぎり高い効率を達成することである。とはいうものの、迅速なトルク設定が非常に有利となる車両状態も存在する。その一例は内燃機関の始動過程である。この場合、電気機器１０は始動過程を起動させる前にすでにダイナミック最適化動作状態に移される。この切り替えはたとえば、イグニッションキーの操作により、あるいは車両のドアを開いたときにすでにドアスイッチにより行うことができる。始動が行われて首尾よく始動した後、再び効率最適化動作状態への切り替えが行われる。この切り替えは回転数に依存させてまたは時間で制御して行うことができる。
【００１８】
次に、ダイナミック最適化動作状態への切り換えが有利である別の例について図２を参照しながら説明する。図２に示されているように内燃機関１４は第１のクラッチ１５を介して電気機器１０と接続されており、これはさらに第２のクラッチ１６を介して自動変速機または自動化された変速機１７と接続されている。このような配置構成はパラレルハイブリッド装置と呼ばれるが、いっそう簡単な形態では第２のクラッチ１６を省略してもかまわない。内燃機関１４はエンジン制御装置１８により制御され、電気機器１０は電子制御ユニット１１により、さらに変速機１７は変速機制御装置１９により制御される。その際、車両中央制御装置１３はエンジン制御装置１８と電子制御ユニット１１と変速機制御装置１９の機能を整合させる。変速機制御装置１９は付加的にクラッチ１５，１６の操作に用いられる。
【００１９】
変速機１７のシフト過程中、変速機入力軸に比べて大きい慣性によって電気機器を有効な同期合わせに寄与させることができ、もしくは第２のクラッチ１６が設けられてなければそのようにする必要がある。シフト過程ができるかぎり迅速に経過するようにし、ひいては牽引力中断ができるだけ短く保持されるようにする目的で、電気機器１０がシフト過程の前にすでにダイナミック最適化動作にあるようにする。しかも有効な同期合わせ中の迅速なトルク設定によっていっそう良好な制御特性が保証され、このことはたとえば電気機器１０または付加的な別の電気機器が回転数制御されて駆動される場合であっても保証される。
【００２０】
自動化された変速機１７であれば運転者が、あるいはフルオートマチック変速機であれば切替電子機構がシフトを開始した後、電子制御ユニット１１の切替入力側に加わる相応の信号によってダイナミック最適化動作へ切り替えられる。これと同時に有効な同期合わせが行われる。
【００２１】
図３には、シフト過程が自動的に導入されたときのシフト過程中のプロセスが示されている。現時点の変速段Ｇ_ｓＸを次に高い変速段Ｇ_ｓＸ＋１に置き換えるシフト命令（この実施例ではシフトアップ過程を示す）は同時に、効率最適化動作状態Ｂ_ｗからダイナミック最適化動作状態Ｂ_ｄへの切替のためにも用いられる。その後ではじめてシフト過程が導入される。電気機器１０の迅速な応答特性によって、有効な同期合わせにかかる時間を小さく保持することができる。しかも目標値に向けた迅速な制御も見込まれ、このことは場合によっては変速機内で同期リングなしで同期合わせが行われる場合に有利である。変速機入力回転数ｎ_ｇが内燃機関ｎ_ｂの回転数に電気機器１０に支援されて近づけられもしくはそれに適応された後、本来のシフト過程が行われ、その過程において変速機シフト段Ｇ_ｉＸの実際値が次の変速段Ｇ_ｉＸ＋１の新たな実際値に変化する。時間ｔ１を要するシフト過程が完了した後、ダイナミック最適化動作状態Ｂ_ｄから効率最適化動作状態Ｂ_ｗへ電気機器動作状態が戻される。
【００２２】
シフト過程における動作状態のこのような切替手法は、たとえばデュアルＥ（Ｄｕａｌ−Ｅ）変速機であっても相応に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電気機器制御手段の概略図である。
【図２】
内燃機関と自動変速機との間に接続された電気機器の実施例を示す図である。
【図３】
電気機器により支援された自動変速機シフト過程を説明する信号ダイアグラムである。

Claims (8)

1. 内燃機関と結合された車両内の電気機器において、
   電気機器（１０）に対する効率最適化動作状態（Ｂ_ｗ）またはダイナミック最適化動作状態（Ｂ_ｄ）を設定する制御装置（１１）と、
   迅速なトルク設定を必要とする車両動作過程の前に通常設定されている効率最適化動作状態（Ｂ_ｗ）からダイナミック最適化動作状態（Ｂ_ｄ）へ切り替える切替手段が設けられていることを特徴とする、
   内燃機関と結合された車両内の電気機器。
2. 切り替えを設定する制御信号は、変速機シフト過程および／または内燃機関始動過程および／または内燃機関加速過程の前に前記切替手段の切替制御入力側へ供給される、請求項１記載の電気機器。
3. 車両中央制御装置（１３）および／または変速機制御装置（１９）および／または始動過程または加速過程の前に操作可能な回路装置は、前記切り替えを設定する制御信号を形成する、請求項２記載の電気機器。
4. 設定可能な時間にわたり、または迅速なトルク設定を必要とする個々の動作過程が完了するまで、ダイナミック最適化動作状態（Ｂ_ｄ）へ切り替える手段が設けられている、請求項１から３のいずれか１項記載の電気機器。
5. 前記制御装置（１１）は、電気機器（１０）のための磁束形成電流（ＩＳＤ）とトルク形成電流（ＩＳＱ）を設定する、請求項１から４のいずれか１項記載の電気機器。
6. 磁束形成電流（ＩＳＤ）とトルク形成電流（ＩＳＱ）に対する値のペアを効率最適化動作状態（Ｂ_ｗ）における個々のトルク要求に依存して設定し、かつ磁束形成電流（ＩＳＤ）に対する定格値とダイナミック最適化動作状態（Ｂ_ｄ）における個々のトルク要求に依存して生じるトルク形成電流（ＩＳＱ）を設定する手段が、前記制御装置（１１）に設けられている、請求項５記載の電気機器。
7. 内燃機関（１４）と自動変速機または自動化された変速機（１７）との間に電気機器（１０）が接続されており、少なくとも電気機器（１０）と内燃機関（１４）との間にクラッチ（１５）が設けられている、請求項１から６のいずれか１項記載の電気機器。
8. 電気機器（１０）は選択的にジェネレータまたはモータを成す、請求項１から７のいずれか１項記載の電気機器。