JP2007504987A - エネルギー管理方法 - Google Patents

Abstract

本発明はエネルギー管理方法に関し、これにより車載電気機器の消費電流の大規模な変動、特に、電気アクチュエータやソレノイド・バルブの過大投入電流により生じずる電流変動を緩和し、時間の経過と共により均一に分散させる方法に関する。上記は、前記エネルギー管理方法の予測的動作により、後続期間に使用可能なエネルギーおよびエネルギー必要量の両方を、起動要求及び、優先順位と起動要求の宣言に続いて消費機器が遅くとも起動されなければならない実際の許容時間に応じて起動に選択された消費機器に基づいて決定することにより実現される。許容時間は連続的に更新される。

Description

本発明は、請求項１に記載のエネルギー管理方法に関する。

例えばバイ−ワイヤによる駆動方式の採用のように、車両内の電気エネルギー需要が増加し、その結果エネルギー消費時の挙動が大幅に変動するため、エネルギー管理方法がますます重要になる。この種の方法において、随時充分な電気エネルギーを供給できるシステムの能力が安全性に極めて大きく関係する点に特に注意すべきである。

例えば、制御機器、特に自動車において行なわれるエネルギー管理の観点から、異なるクラスの消費機器をスイッチング素子により起動及び停止する方法が特許文献１から知られている。スイッチング素子は、当該スイッチング素子を制御すべく選択された優先順位が、動作中すなわち動的に変更できるように制御される。従って、動作モードに応じて過稼働する機器の動作の最中に、優先順位の切り替え行うことが可能である。動作モードを極力感じさせないように切り換え優先順位を変更することにより、消費機器が停止される。優先順位はまた、個別にカスタマイズされた基準に従って変更することもできる。

上述及びその他の従来知られているエネルギー管理方法において、特に、１又は２個の電流回路を有する車載電気機器の場合において、その都度全ての電流回路が停止されること、あるいはロジックが極めて複雑なため後の拡張が困難であること、などの解決すべき課題が存在する。この種の方法において、消費機器は静的又は動的に規定された優先順位により切替えられることが多い。このことは、動作の信頼性に関して極めて効果的に考慮されているものの、運転者にとっての利便性及び受容性は副次的にしか考慮されていない。運転者にとって、主にコマンド操作から実行までの時間が重要である。更に、上述の方法では、エネルギー管理は受動的にしか実行されず、消費機器が停止されるのはエネルギー不足が生じた場合だけである。この場合、電気モータ等の消費機器は既に起動済みであり、起動時電流によりバッテリーに負荷をかける。車載電気機器を予測的に制御することができない。

独国特許出願公開第１９９６００７９Ａ１号明細書

本発明の目的は従って、汎用的なエネルギー管理方法をさらに改善して、車載電気機器を予測的に制御可能とすることにより、直ちに停止される消費機器によりバッテリーに負荷が掛かることが避けられる。更に、切り換えコマンドから実行までに要する時間と、切替／起動シーケンスに要する最大時間とが直接考慮される。

本目的は本発明に従い、請求項１に記載の特徴を有するエネルギー管理方法により実現される。本発明の更なる有利な開発内容は従属請求項に記載されている。

特に、本発明によるエネルギー管理方法を通じて車載電気機器の予測的制御が可能になる。この目的のため、後続する時間間隔Δｔ内で使用可能なエネルギー量を連続的に計算する。後続時間間隔で必要とされるエネルギー量は、消費機器の起動要求から判定される。使用可能量より多くのエネルギーが必要な場合、起動要求の実行が遅らされるか、又は特定の消費機器が停止される。予測的運転モードにより、車載電気機器における消費電力値の実質的な変動を減らすことができる。これが可能なのは、特に、電気アクチュエータ及びソレノイド・バルブの極めて高い起動時電流に起因する電流消費ピークが、時間的に均一に分散されるためである。

本発明の上述及び更なる目的、特徴及び利点は、図面を参照しつつ以下に詳述する本発明の好適な実施形態から明らかになるであろう。

最初に、本発明によるエネルギー管理方法の好適な実施形態について図１を参照しつつ以下に詳述する。

図１に、本発明によるエネルギー管理方法のフローチャートを示す。

エネルギー不足が認識された際にしか消費機器の停止による介入が生じない既存のエネルギー管理システムとは対照的に、本発明によるエネルギー管理方法では車載電気機器の予測的制御が実行される。このために、ステップＳ１において発電機及び１個以上のエネルギー貯蔵器の状態が連続的に判定される。ステップＳ２においてこれらの状態データを用いて発電機が作動しているか否かを判定する。ステップＳ２において発電機が作動していない、すなわち故障していると判定された場合、処理手順はステップＳ３へ進み、緊急時動作が起動される。当該緊急時動作を実装しているサブルーチンについて、図３を参照しつつ以下に詳述する。一方、ステップＳ２において発電機が作動していると判定された場合、処理手順は通常動作でステップＳ４へ進み、ステップＳ１において決定された発電機及びエネルギー貯蔵器の状態データを用いて、次の時間間隔Δｔ内で使用可能なエネルギー量を決定する。

次いでステップＳ５において、次の時間間隔Δｔ内での起動を要求する消費機器から起動要求を受信する。次のステップＳ６において、ステップＳ５の消費機器から受信された起動要求に基づいて、時間間隔Δｔ内で必要なエネルギーが決定される。次いでステップＳ７において、ステップＳ６で決定された全ての起動要求に基づいて要求されたエネルギーがステップＳ４で決定された使用可能エネルギーを上回るか否かを決定するための検査が行なわれる。上回らない場合、すなわち、使用可能なエネルギーが、全ての起動要求を実現するのに充分であるとステップＳ７で判断された場合、ステップＳ８において、起動を要求している全ての消費機器が次の時間間隔Δｔ内に起動される。処理は次いで開始時点に戻る。しかし、ステップＳ７において、消費機器からの全ての起動要求を実現するために必要なエネルギーが、使用可能なエネルギーより多いと判断された場合、ステップＳ９においてサブルーチンを実行することにより、次の時間間隔内に起動すべき消費機器の選択が行なわれ、その後、処理は開始時点に戻る。本サブルーチンのステップＳ９においては、起動要求の実行が遅らされるか、あるいは特定の消費機器が停止される。予測的動作モードにより、複数の車載電気機器による消費電力値の大幅な変動を減らすことができる。これが可能なのは、電気アクチュエータ及びソレノイド・バルブの極めて大きな起動時電流に起因する電流消費ピークが時間の経過とともにより均一に分散されるためである。

ステップＳ９によるサブルーチンについて、図２−１〜２−３を参照しつつ以下に詳述する。これにより次の時間間隔Δｔ内に起動すべき消費機器が選択される。

消費機器は、基本的に複数のクラスに分割される。クラスＩは、切り替え不可な消費機器、例えばエンジン制御システムを含む。クラスＩ消費機器には、いかなる場合も直ちにエネルギーが供給される。クラスＩＩ消費機器は、条件付きで切り替え可能な消費機器、すなわち安全性に関係する切り替え可能な消費機器を含む。最後に、クラスＩＩＩ〜Ｎの消費機器は、安全性に関係せず、複数のクラスに分かれている切り替え可能な消費機器である。クラスＩＩＩ〜Ｎへの分類の基準は、故障が生じた場合に運転者が被る不都合である。クラスＩＩ〜Ｎに属する消費機器は、本発明によるエネルギー管理方法で切替えられる。これらの消費機器は、例えば外的要因に応じて、運転動作中に、動的にクラス割り当てをすることができる。

図１のステップＳ９によって時間間隔Δｔ内に起動すべき消費機器を選択するサブルーチンでは、図２−１に示すように、先ずステップＳ９−０において、起動済みであるプリエンプティブ消費機器の最短起動期間が時間間隔Δｔだけ短縮される。次いでステップＳ９−１において、時間間隔Δｔ内での起動を要求しているクラスＩ消費機器が存在するか否かを確認する問い合わせが行なわれる。クラスＩ消費機器は安全性に関係する切り替え不可な消費機器であるため、ステップＳ４で決定された使用可能なエネルギーが時間間隔Δｔ内での起動を要求している全てのクラスＩ消費機器を起動するのに充分か否かを確認する検査がステップＳ９−２において行なわれる。ステップＳ９−２において、起動を要求している全てのクラスＩ消費機器用にエネルギーが充分にあることが確認されたならば、ステップＳ９−５において、起動を要求しているクラスＩ消費機器の時間間隔Δｔ内での起動が行なわれる。しかしステップＳ９−２において、ステップＳ４で判定された使用可能なエネルギーが、後続の時間間隔内での起動を要求している全てのクラスＩ消費機器の起動に充分でないことが確認されたならば、エネルギー不足の程度に応じて、１個以上のプリエンプティブ消費機器が後続する時間間隔Δｔ内に停止される。

「プリエンプティブ」消費機器とは、既に起動済みでありながら停止されてもよい消費機器である。ステップＳ９−４において、停止されたプリエンプティブ消費機器の許容時間Ｔ_Ｌは、後続する時間間隔Δｔにおいて、これらの最長許容時間Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}値に設定される。従って、これらはエネルギー管理において、起動待機中の「非プリエンプティブ」消費機器として考慮されている。プリエンプティブ消費機器の例として座席暖房がある。これは起動されていても随時停止することができ、その最長許容時間Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}内に再起動しなければならない。

次いでステップＳ９−５において、起動を要求するクラスＩ消費機器の起動が後続する時間間隔Δｔ内に行なわれる。

次のステップＳ９−６において、クラスＩ消費機器の起動に続いてエネルギーが残っているか否かを確認する検査が行なわれる。残っている場合、ステップＳ９−７において、時間間隔Δｔ内での起動を要求しているクラスＩＩ〜Ｎの消費機器が存在するか否かを確認する検査が行なわれる。存在する場合、時間間隔Δｔ内での起動を要求している各消費機器の許容時間Ｔ_Ｌが最長許容時間Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}に設定されるが、これは各消費機器毎に異なっていてよい。最長許容時間Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}は、電気消費機器の切り換え要求と、安全性の観点又は運転者の利便性の観点から受容可能な実際の起動との間の最長時間に対応する。最長許容時間は、例えば運転状況に応じて、運転動作中に動的に変更することができる。未だ選択されておらず、最も高い優先順位、すなわち、少ない数のクラスであって最短許容時間Ｔ_Ｌを有する起動を要求している消費機器が時間間隔Δｔ内に起動されるよう、ステップＳ９−９において選択される。

次いで、時間間隔Δｔ内での更なる起動に使用可能なエネルギーが残っているか否かを確認する検査がステップＳ９−１０において行われる。残っている場合、処理はステップＳ９−９へ戻り、未だ選択されておらず、最高優先順位及び最短許容時間Ｔ_Ｌを有して起動を要求している消費機器が再び選択される。もはやエネルギーが残っていか、あるいは何れの機器を起動するにもエネルギーが充分でないことが認識されるまでステップＳ９−９とＳ９−１０が繰り返される。次いで、ステップＳ９−１１において、最短起動期間が０以下である起動済みプリエンプティブ消費機器が存在するか否かを確認する検査が行われる。存在しない場合、処理手順は直ちにステップＳ９−１５へ進む。しかし、存在する場合、エネルギーが充分になるまで、あるいは当該種類の全ての消費機器が停止されるまで、これらのプリエンプティブ消費機器のうち１個以上がステップＳ９−１２において停止される。次いで、ステップＳ９−１３において、許容時間Ｔ_Ｌが最長許容時間Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}に設定され、プリエンプティブ消費機器の状態が「起動済み」から「起動待ち」に変更される。次のステップＳ９−１４において、これ以上使用可能なエネルギーが残っているか否かを確認する検査が行なわれる。残っている場合、処理手順はステップＳ９−９へ戻り、残っていない場合、ステップＳ９−１５へ進む。ステップＳ９−１１〜Ｓ９−１４は、クラスＩＩ以下の消費機器にのみオプションとして実行可能である。ステップＳ９−１５において、選択された消費機器が時間間隔Δｔ内に起動される。ステップＳ９−１６において、次いで、ステップＳ９−１５で起動された消費機器及びステップＳ９−５で起動されたクラスＩ消費機器の時間間隔Δｔ内の許容時間Ｔ_Ｌが０に設定される。

次いで、ステップＳ９−１６又はステップＳ９−６のいずれかに続いてステップＳ９−１７において、もはや使用可能なエネルギーが残っていないと判定された場合、未だ起動されていないが起動を要求している消費機器の許容時間Ｔ_Ｌが時間間隔Δｔだけ短縮される。更に、このステップでまたオプションとして、当該消費機器の優先順位を徐々に最大クラスＩＩＩまで上げることにより、一つおいて次の時間間隔Δｔ内での起動確率が増大し、膨大な数のより低いクラス且つ高い優先順位である起動要求のために不相応に長時間待つ必要がなくなる。

次いで、ステップＳ９−１８において、特にステップＳ９−１７での許容時間Ｔ_Ｌの短縮に起因して、未だ起動されていない少なくとも１個の消費機器の許容時間Ｔ_Ｌが０以下であるか否かを確認する検査が行なわれる。０以下でない場合、処理手順は開始時点へ戻る。しかし、ステップＳ９−１８において、未だ起動されていないが起動を要求している少なくとも１個の消費機器の許容時間Ｔ_Ｌが０以下であると確認されたならば、ステップＳ９−１９において第１の緊急時動作Ｉが開始され、未だ起動されていないが起動を要求している、許容時間Ｔ_Ｌが０以下である消費機器のクラス全体が所定の時間ｔ_１にわたり停止される。

次いで処理手順は開始時点へ戻る。

また、発電機が作動していないことがステップＳ２で認識された場合に備えて、図１のステップＳ３において緊急時動作ＩＩが用意されている。この「緊急時動作ＩＩ」サブルーチンに含まれる処理手順を図３に示す。ステップＳ３において、処理手順が「緊急時動作ＩＩ」サブルーチンに切り替わったならば、クラスＩＩＩ〜Ｎの全ての消費機器、すなわち切り替え不可、又は条件付切り替え可能などの安全性に関係するクラスのいずれかに所属しない全ての消費機器がステップＳ３−１において停止される。運転者を危険に晒すことを避けるために、次いでステップＳ３−２において運転者に対し可及的速やかに車両を停止させる指示が出される。次いで処理手順が終了する。

ステップＳ９−１５の緊急時動作Ｉ、及びステップＳ３、Ｓ３−１、Ｓ３−２の緊急時動作ＩＩの両方において、切り替え可能及び条件付切り替え可能な消費機器、すなわちクラスＩ及びＩＩ消費機器が、自身の許容時間Ｔ_Ｌに応じて引き続き切替えられることが保証されるため、エネルギー貯蔵器及び／又は発電機の故障による運転者への危険が可能な限り回避される。許容時間Ｔ_Ｌに応じてクラスＩＩ消費機器を継続的に切替えることにより、消費ピークが回避されて、エネルギー貯蔵器、例えばバッテリー／バッテリー群に掛かる負荷が軽減される。その結果、エネルギー貯蔵、例えばバッテリー／バッテリー群の回復が早まる。特に緊急時動作ＩＩにおいて、エネルギー貯蔵器、例えばバッテリー／バッテリー群に残っているエネルギーによる動作が、エネルギー管理が介在しない場合に比べて長くなる。

本発明によるエネルギー管理方法のフローチャートを示す図。 図１に示す本発明によるエネルギー管理方法のサブルーチンのフローチャートを示す図（その１）。 図１に示す本発明によるエネルギー管理方法のサブルーチンのフローチャートを示す図（その２）。 図１に示す本発明によるエネルギー管理方法のサブルーチンのフローチャートを示す図（その３）。 図１に示す本発明によるエネルギー管理方法の更なるサブルーチンのフローチャートを示す図。

Claims (9)

1. 発電機と、少なくとも１個のエネルギー貯蔵器と、複数のクラスに分類可能な消費機器を備えた車載電気機器のエネルギー管理方法であって、
   前記発電機及びエネルギー貯蔵器の状態を判定するステップ（Ｓ１）、
   前記発電機及びエネルギー貯蔵器の判定された状態データから、次の時間間隔Δｔ内で使用可能なエネルギーを確定するステップ（Ｓ４）、
   前記消費機器から前記次の時間間隔Δｔ内での起動要求を受信するステップ（Ｓ５）、
   前記起動要求に基づいて、前記次の時間間隔Δｔ内で必要なエネルギーを判定するステップ（Ｓ６）、
   前記必要エネルギーが前記使用可能エネルギーより大きいか否かを検査するステップ（Ｓ７）、
   前記使用可能エネルギーが充分にある場合は、前記次の時間間隔内で前記消費機器の全ての起動要求を遂行するステップ（Ｓ８）、又は、
   前記使用可能なエネルギーが充分でない場合は、前記使用可能エネルギー及び対応する消費機器の優先順位及び許容時間（Ｔ_Ｌ）に従い、前記次の時間間隔Δｔ内に起動すべき消費機器を選択するステップ（Ｓ９）、
   を有することを特徴とするエネルギー管理方法。
2. 前記次の時間間隔Δｔ内に起動すべき消費機器の選択が以下のステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理方法：
   起動すべきプリエンプティブ消費機器の最短起動期間を時間間隔Δｔだけ短縮するステップ（Ｓ９−０）、
   切り替え不可な消費機器が起動を要求しているか否かを検査するステップ（Ｓ９−１）、
   要求している場合、前記使用可能なエネルギーが、起動を要求している全ての切り替え不可な消費機器に対して充分にあるか否かを検査するステップ（Ｓ９−２）、
   エネルギーが充分でない場合、次の時間間隔Δｔ内にプリエンプティブ消費機器を停止（Ｓ９−３）して、前記停止されたプリエンプティブ消費機器の前記後続時間間隔内での許容時間（Ｔ_Ｌ）を最長許容時間（Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}）に設定し（Ｓ９−４）、前記使用可能なエネルギーが起動を要求している全ての切り替え不可な消費機器用に充分にある場合、起動を要求している条件付切り替え可能消費機器を前記次の時間間隔Δｔ内に起動するステップ（Ｓ９−５）、
   起動を要求している切り替え不可な消費機器が存在しない場合、又は、起動を要求している切り替え不可な消費機器の起動に続いて、エネルギーが依然として使用可能であるか否かを検査するステップ（Ｓ９−６）、
   使用可能である場合、前記後続時間間隔内に切り替え可能及び条件付き切り替え可能な異なるクラスの消費機器が前記後続時間間隔内での起動を要求しているか否かを検査するステップ（Ｓ９−７）、
   要求している場合、前記後続時間間隔内での起動を要求している各消費機器の許容時間（Ｔ_Ｌ）、及び最高クラス且つ最短許容時間（Ｔ_Ｌ）を有しながら起動を要求している未だ選択されていない消費機器を、最長許容時間（Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}）に設定し（Ｓ９−８）、これを使用可能なエネルギーが無くなるまで行なうステップ（Ｓ９−９、Ｓ９−１０）、
   最短起動期間が０以下であって起動済みである、プリエンプティブ消費機器が使用可能であるか否かを検査するステップ（Ｓ９−１１）、
   使用可能であれば、エネルギーが充分になるまで当該消費機器の１個以上を停止するか、又は当該種類の全ての消費機器を停止し（Ｓ９−１２）、許容時間（Ｔ_Ｌ）を最長許容時間（Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}）に設定して、前記消費機器の状態を「起動済み」から「起動待ち」に変更するステップ（Ｓ９−１３）、
   エネルギーが依然として使用可能であるか否かを検査して（Ｓ９−１４）、エネルギーが依然として使用可能である場合（Ｓ９−１４）、ステップＳ９−９へ戻るステップ、
   使用可能なエネルギーが残っていない場合、又は、最短起動期間が０以下である起動済みプリエンプティブ消費機器が利用可能でない場合、
   前記選択された消費機器を前記後続時間間隔内に起動（Ｓ９−１５）し、この／これらの消費機器の前記次の時間間隔Δｔ内での許容時間（Ｔ_Ｌ）を０に設定するステップ（Ｓ９−１６）、
   起動が実行されたか、又は切り替え可能消費機器の起動に使用可能なエネルギーが残っていないことが確認された場合、未だ起動されていない起動待ち消費機器の許容時間（Ｔ_Ｌ）をΔｔだけ短縮させるステップ（Ｓ９−１７）。
3. 起動を要求している切り替え可能な消費機器が存在しないか、又は、未だ起動されていない起動待ち消費機器の許容時間（Ｔ_Ｌ）が短縮されている場合、起動を要求しているが未だ起動されていない消費機器の少なくとも１個の許容時間（Ｔ_Ｌ）が０以下であるか否かを検査し（Ｓ９−１８）、
   ０以下でない場合には開始時点へ戻り、０以下である場合には緊急時動作Ｉに切り替えて（Ｓ９−１９）、当該消費機器のクラス全体を所定期間（ｔ_１）停止することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー管理方法。
4. 前記ステップＳ９−１１〜ステップＳ９−１４が、起動を要求しているクラスＩＩ消費機器についてのみ実行されることを特徴とする請求項２あるいは３に記載のエネルギー管理方法。
5. 前記最長許容時間（Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}）が運転動作の最中に動的に変更可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のエネルギー管理方法。
6. 前記最長許容時間（Ｔ_{Ｌ，ｍａｘ}）が運転状況に応じて変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー管理方法。
7. 前記発電機の状態に関して決定されたデータに基づいて前記発電機が作動中であるか否かを更に確認し（Ｓ２）、
   作動中である場合、使用可能なエネルギーの確定を含む処理手順を続行し、
   作動中でない場合は緊急時動作ＩＩに切り替えて（Ｓ３）、全ての切り替え可能な消費機器を停止し（Ｓ３−１）、次いで運転者に対し車両を停車させる指示を出す（Ｓ３−２）ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のエネルギー管理方法。
8. 前記消費機器が、運転動作の最中に動的にクラス分類可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のエネルギー管理方法。
9. 前記消費機器の動的な分類が外部要因に依存することを特徴とする請求項７に記載のエネルギー管理方法。

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