JP2009533268A - ハイブリッド駆動車両での決められた内燃機関動作 - Google Patents

ハイブリッド駆動車両での決められた内燃機関動作 Download PDF

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Abstract

本発明は特にハイブリッド駆動装置の内燃機関(18)の動作状態を調整するための方法に関する。ハイブリッド駆動装置は内燃機関(18)の他に少なくとも1つの電気駆動装置(20)、ハイブリッドコーディネータ(10)及び内燃機関(18)に割り当てられた制御装置(12,30)を含んでおり、この制御装置(12,30)において機能(38,40,42)が実装されている。機能(38,40,42)は実行性能を促進する動作状態(58)を前記ハイブリッドコーディネータ(10)に要求し、ハイブリッドコーディネータ(10)が内燃機関(18)と前記少なくとも1つの電気駆動装置(20)との間での出力配分を相応して変更する。

Description

例えば診断又は適応などのような内燃機関の制御における種々の機能は、その実施のために、例えばアイドリング動作のような決められた動作状態又は所定の負荷/回転数プロファイルを必要とする。これらの動作状態が走行サイクル中に生じなければ、これらの機能も実施することができない。
2004年9月15日に出願されたDE 10 2004 0445 501.9からは、車両駆動装置の作動方法とこの方法を実行するための装置とが公知である。開示された車両駆動装置の作動方法では、車両駆動装置は少なくとも1つの内燃機関と少なくとも1つの内燃機関に機械的に結合された少なくとも1つの電気機械と該電気機械及び/又は前記内燃機関に作用結合されたエネルギー蓄積器とを有している。少なくとも1つの内燃機関と少なくとも1つの電気機械は実質的に共同して要求された目標駆動トルクMsollを発生させる。要求された内燃機関の最適目標トルクMV, MVM soll optは、内燃機関の最小トルクMVM minを超える最適な最小トルクMVM min opt及び/又は内燃機関の最大トルクMVM maxを超えない最適な最大トルクMVM max optに制限されている。内燃機関の最適目標トルクMVM optの変化速度は限られている。
ハイブリッド駆動車両の場合には、内燃機関を適切な効率で動作させ、車両が停止しているとき又は走行速度が低いときには内燃機関を切り、電気駆動で走行させ、制動エネルギーを回生により利用することが目的である。パラレルハイブリッド方式では、内燃機関のトルクと1つ又は複数の電気駆動装置のトルクとが加算されて、ドライブトレイントルクが形成される。電気駆動装置は例えばスタータジェネレータとしてベルトドライブ又は内燃機関のクランクシャフトに結合されているものとしてよい。現代の内燃機関では、種々の動作点が排気ガス放出と燃費とに関して問題となりうる。外部点火式の内燃機関では、例えば高いトルクは理論空燃比からの偏差を必要とすることがあり、同じように、部品温度を許容限界に保つためにはフルスロットルのリッチ化が必要となることがある。トルクを非常に小さくするためには、内燃機関の点火角を遅角させるのが通常であり、この遅角は、トルク許容差を得るためにも、例えばアイドリングからの迅速なトルク上昇を可能にするためにも使用される。ただし、点火角シフトによって効率は悪くなる。惰行時の燃料カットオフに関連して、触媒中の酸素過多による窒素酸化物エミッションの増大が生じる可能性がある。同様に、自己点火式の内燃機関が高トルクで動作する場合には、排煙濃度と窒素酸化物エミッションを考慮しなければならず、逆に自己点火式の内燃機関のトルクが低い場合には、触媒が冷える危険性がある。
発明の概要
本発明の課題は、ハイブリッド駆動車両において内燃機関の決められた動作状態を選択的に設定すると同時に、必要とされるドライブトレイントルクと車速を維持することである。
本発明によれば、この課題は、内燃機関のエンジン制御部又はエンジン制御装置が、例えば診断や適応のような所定の機能の実行のために内燃機関の所定の動作状態を待つのではなく、所定の機能の実行を可能にする動作状態を能動的に要求するようにすることで解決される。この方式によれば、例えば診断プロセスや適応動作の実行が加速され、特に進行中の診断プロセスの中断を防止することができる。このために、エンジン制御部又はエンジン制御装置の機能は内燃機関及びハイブリッド駆動装置の少なくとも1つの電気駆動装置に有利な動作条件を要求する。この有利な動作条件は、エンジン制御部又はエンジン制御装置の機能が実行中でも、適切な制御によって、要求された車速が維持され、要求されたドライブトレイントルクがハイブリッド駆動方式の、好ましくはパラレルハイブリッド駆動方式の車両のドライブトレインに発生するように設定される。
一般に、車両のドライブトレインは、特にパラレルハイブリッド駆動装置のドライブトレインは、内燃機関及び少なくとも1つの電気駆動装置ならびにクラッチ付きのトランスミッションを含む。内燃機関、電気機械及びトランスミッションに、それぞれ固有の制御装置を割り当ててもよい。さらに、例えば、内燃機関と少なくとも1つの電気駆動装置と車両トランスミッションとの間の協調を担うハイブリッドコーディネータのような、ハイブリッド制御部が設けられている。エンジン制御部又はエンジン制御装置は内燃機関の決められた動作条件を要求する。ここで、決められた動作条件とは、ハイブリッドコーディネータが、要求されたドライブトレイン回転数n_outにおいて要求されたドライブトレイントルクM_outが得られるように、少なくとも1つの電気駆動装置と車両トランスミッションを適切に制御することで設定されるものである。なお、要求されるドライブトレイントルクM_out又は要求されるドライブトレイン回転数n_outは、車両の速度、タイヤの直径及び差動ギアのギア比に依存して設定される。
内燃機関に対して予め設定されるトルクに合わせて、要求されたドライブトレイントルクM_outが得られるように、少なくとも1つの電気駆動装置に対して例えばハイブリッドコーディネータによってトルクが予め設定される。内燃機関の回転数を調整するには、例えばオートマチックトランスミッションの場合であれば、現在のギア比又は現在のギアをトランスミッションコントロールによって変更することができる。これにより、車両の速度が同じままでも、ことによっては内燃機関回転数の事前設定値により近い異なる内燃機関回転数が得られる。
素描された技術的問題を勘案すれば、診断又は適応機能の実施可能性に関して、問題となっている機能がランダムに設定された動作点又はランダムに設定された出力配分に依存せずに動作しうるかどうかについての情報が必要である。それぞれの機能をアクティブにするには、機能の動作に適した動作点をハイブリッド制御部での別の出力配分によって達成することができるかどうかについて情報が必要である。それゆえに、問題となるすべての機能は動作が妥当であるか否かを判定する能力を有している。実行されうる診断ないし適応機能は動作モードコーディネータ又はスケジューラに実行スタンバイを知らせるか、実行許可を要請することができる。
第1の実施形態では、ハイブリッドコーディネータはつねにその時に可能な動作領域を伝える。各機能は各自の要求がこの可能な動作領域と両立するか否かを調べる。この検査は上記の機能が行うものとしてもよいし、各機能のスケジューラを介して実行されるものとしてもよい。スケジューラは両立する機能の中から最も優先度の高い機能を選択する。この選択された機能はハイブリッドコーディネータに具体的な動作点要求を伝える。すると、ハイブリッドコーディネータはハイブリッド駆動装置内の内燃機関の選択された動作点が達成されるように設定を変える。例えば運転者の要望が引き金となって、要求された動作点がもはや達成できないほど走行状態が変化した場合には、可能な動作領域は相応に適応調整され、該当する機能は必要に応じてその動作が調整される。
別の実施形態では、スケジューラがその時その時の最も優先度の高い機能を求めるようにしてもよい。スケジューラは、動作しうる可能な動作点を用いて、これが可能であるかどうかをハイブリッドコーディネータに問い合わせる。ハイブリッドコーディネータがこれを受理すれば、機能は開始され、最も優先度の高い機能の相応する動作点要求がアクティブになる。逆にハイブリッドコーディネータがこれを受理しない場合、スケジューラは他の機能の動作パラメータを用いて問合せを繰り返すことができる。
この実施形態で有利な点は、内燃機関の既存のインフラをほんの少し拡張するだけでよいという点にある。さらに、必要となるインタフェースも可能な限り一般的なものである。インタフェースは特殊な診断や適応機能向けにあつらえてあるのではなく、多くの機能に使用されうる。そのため、追加の実装及び配線コストを伴う多数のインタフェースの提示が不要となる。
図面
以下では、図面に基づき、本発明を詳しく説明する。
図1は、車両のパラレルハイブリッド駆動装置のドライブトレインの基本構成要素を示しており、
図2は、ハイブリッド駆動装置の内燃機関に関して到達すべき可能な動作状態を問い合わせるハイブリッドコーディネータの第1の実施形態を示しており、
図3は、図2に示された実施形態において、要求された可能な動作状態に関して直接ハイブリッドコーディネータとスケジューラとの間で交換が行われる実施形態を示しており、
図4は、スケジューラとの直接通信と機能間の直接的なデータ交換を有する、図3に示されているハイブリッドコーディネータの別の実施形態を示している。
実施形態
図1には、車両のハイブリッド駆動装置、とりわけパラレルハイブリッド駆動装置の基本構成要素が示されている。
ハイブリッドコーディネータ10は内燃機関18の制御装置12とも少なくとも1つの電気駆動装置の制御装置14とも接続されており、さらには車両トランスミッション24の制御装置16とも接続されている。内燃機関18は、図1では、少なくとも1つの電気駆動装置20と剛性結合している。少なくとも1つの電気駆動装置20と車両トランスミッション24の間には、ここでは図式的にしか示されていないが、クラッチ22がある。内燃機関18と少なくとも1つの電気駆動装置20の間にもクラッチが配置されていてよい。車両トランスミッション24の動力取出し側には、ハイブリッド駆動車両の図示されていないドライブトレインへとつながるドライブシャフト26が延びている。車両トランスミッション24の出力側にはトランスミッション出力側トルクM_outとトランスミッション出力側回転数n_outが現れる。
図2には、内燃機関18のコーディネータ30と接続されたハイブリッドコーディネータの第1の実施形態が示されている。ハイブリッドコーディネータ10は内燃機関18のコーディネータ30に可能な動作状態34を送る。コーディネータ30は、可能な動作状態34に関する情報、第1の機能38ないし第1の機能ブロック38、第2の機能40及び第3の機能42の処理された可能な動作状態44に関する情報を利用できるようにする。図1に示されている3つの機能38,40及び42の代わりに、ここには個別的に示されていない別の多くの機能も可能である。ハイブリッドコーディネータ10はさらにトルク要求32を内燃機関18のコーディネータ30に伝える。
機能38,40,42のそれぞれはコーディネータ30から送られてきた処理された動作状態44に基づいて物理的なスタンバイを求め、これを機能38の場合であればフラグB_sc38,B_py38を介してスケジューラ50に伝える。機能ないし機能ブロック38,40,42が動作コーディネータ46に直接アクセス48できるならば、機能38,40,42はこの直接アクセスによっても各々の要求をアクティブにすることができる。
スケジューラ50(DSM)は、第1の機能38の場合であればフラグB_sc38、第2の機能40の場合であればフラグB_sc40、第3の機能42の場合であればフラグB_sc42に関して得られた情報に基づいて機能を選択し、機能38,40,42のうち選択された各々に対してフラグB_sc38,B_sc40及びB_sc42のセットを介してそれぞれ機能特定的に該当する選択を伝える。機能38,40,42のうち選択されたものはコーディネータ30を介して実際の要求をハイブリッドコーディネータ10に伝える。一方、ハイブリッドコーディネータ10はこれに続いて内燃機関18と少なくとも1つの電気駆動装置20の間のトルク配分を適切に調整し、トルク配分に応じて内燃機関18に向けたトルク要求を変化させる。
運転者要望の要求により生じうることであるが、ハイブリッドコーディネータ10が所望の動作状態を用意できない、又はもはや用意できない場合、可能な動作状態34はそれに合わせて変更される。スタート/ストップトリガには、相互に排他的である単純な機能識別子FID_Start又はFID_Stoppを使用することができる。これはスタート及びストップトリガ内での決定に基づく。
可能な動作点のためのインタフェースとしては、様々なバリエーションが考えられる:例えば、これらを可能な最大又は最小トルクならびに可能な最大及び最小回転数に基づいて選択するようにしてよい。例えば、特性グラフの面を張る複数の回転数/トルクペアを形成することも考えられる。上に述べたトルクの代わりに、内燃機関の最大及び最小出力が選択される各動作点に受け入れられるようにしてもよい。
多くの機能にとって瞬間のトルク供給が十分でないことは頻繁にあるので、その意味で、その時その時の境界条件においてこのトルクがどれだけ長く維持されうるかについての情報を利用できるようにすることも考えられる。あるいは、各動作領域の最大持続時間を基礎として使用することも考えられる。完全に妥当な拡張は、要求されたそれぞれの動作点だけでなく、それぞれに割り当てられた優先度についてもスケジューラ50に知らせることである。優先度情報はハイブリッドコーディネータ10において要求の緊急性を分類したり、拒絶するために使用することができる。ハイブリッドコーディネータ10に伝えられる要求された動作状態58に関して、離散的なそれぞれの動作点の代わりに、制限された動作領域を選択するようにしてもよい。そうすれば、ハイブリッドコーディネータ10に、より広い決定の余地を持たすことができる。
図2では、参照記号54でストップ/スタートコーディネータが示されている。双方向データ交換56を介してスケジューラ50と動作モードコーディネータ46は互いに接続されており、動作コーディネータ46は場合によっては直接アクセス48によっても各機能38,40及び42をアクティブにすることができる。
図3によれば、図2に示されているハイブリッドコーディネータの機能性の代替実施形態が得られる。
図3からは、ハイブリッドコーディネータ10がトルク要求32を内燃機関18のコーディネータ30に送ることが分かる。ハイブリッドコーディネータ10も内燃機関18のコーディネータ30も内燃機関18の制御装置12内に含まれていてよい。図3に示されているハイブリッド駆動制御の実施形態によれば、ハイブリッドコーディネータ10は直接スケジューラ50と通信する。ハイブリッドコーディネータ10は可能な動作状態34に関して可能な動作点を直接スケジューラ50に伝え、その一方でスケジューラ50は要求された動作状態58を直接ハイブリッドコーディネータ10に伝え、また動作モードコーディネータ46とは双方向データ交換56の関係にある。図2による実施形態とは異なり、機能38,40,42の各々は相応するフラグB_pyt38,B_pyt40又はB_pyt42を介して適切な動作点において実行要望をスケジューラ50に伝える。スケジューラ50には、ハイブリッドコーディネータ10から送られてきた内燃機関18の可能なそれぞれの動作点に関する情報が存在する。スケジューラ50は、ハイブリッドコーディネータ10から送られてきた可能なそれぞれの動作点34と両立する最も優先度の高い機能を、ここでは例えば上記の3つの機能38,40ないし42から選び出す。
あるいはこの方式に代えて、スケジューラ50(DSM)に割り当てられた各々の機能38,40ないし42が各自の可能な動作点をスケジューラ50に直接伝えるようにしてもよい。
選択された機能、すなわち、それぞれの機能38,40ないし42が実行可能となる動作点が存在し、かつ最も高い優先度を有する機能に関して、スケジューラ50は要求58によってハイブリッドコーディネータ10に動作状態を要求する。ハイブリッドコーディネータ10からの要求が許可されると、スケジューラ50により選択されたそれぞれの機能38,40ないし42に対してフラグB_sc38,B_sc40ないしB_sc42を介してトリガが送られる。さらに、図3に示されている実施形態によれば、フラグB_py38,B_py40及びB_py42を介して物理的なスタンバイがスケジューラ50に伝えられる。
また図3に示されている実施形態によれば、機能ないし機能ブロック38,40,42は図2に示されている実施形態と同様に動作モードコーディネータ46への直接アクセス48を行うことができる。
さらに、機能ないし機能ブロック38,40,42の各々はストップトリガ52と接続されており、このストップトリガ52を介して、場合によっては信号CO Eng_stop ENAが、場合によってはスタート又はストップ信号がスタート/ストップコーディネータ54に送られる。トルク配分ハイブリッド駆動装置の内部では、ストップトリガ52、スタート/ストップコーディネータ54及び信号CO_stopを介して、いつ内燃機関18を例えば完全に停止させられるかが制御される。
図3に示されているハイブリッド駆動装置の制御の実施形態では、機能38,40ないし42の実行優先度が考慮される。それゆえ、図3に示されている実施形態によれば、各機能38,40ないし42の実行の緊急性に関する情報が上位のハイブリッドコーディネータ10に送られるが、これは図2によるハイブリッド制御の場合では考慮がなされないものである。
図2による実施形態では、処理された可能な動作状態36はフィードバック44を介してコーディネータ30から機能38,40ないし42へ送られるが、図4に示されている別の実施形態では、個々の機能38,40ないし42が処理された可能な動作状態36を直接スケジューラ50(DSM)に送ることも考えられる。
図4には、図1に示されている実施形態とは異なり、処理された動作状態を機能自身がスケジューラに伝える実施形態が示されている。
図4に示されている実施形態においても、トルク要求32はハイブリッドコーディネータ10から内燃機関18のコーディネータ30へと向かう。受理信号60はハイブリッドコーディネータ10を介してスケジューラ50へと送られ、一方、ハイブリッドコーディネータ10はスケジューラ50から要求された動作状態58に関する情報を受け取る。
図4に示されている実施形態では、例として取り上げた3つの機能38,40ないし42は物理的なスタンバイに関する情報を既に述べたフラグB_py38,B_py40及びB_py42によってスケジューラ50(DSM)に伝える。さらに、図4に示されている実施形態では、機能ないし機能ブロック38,40,42は処理された可能な動作状態36を直接スケジューラ50に伝える。またさらに、図4に示されている実施形態では、所与の動作点での実行要望を表すフラグB_pyt38,B_pyt40ないしB_pyt42をハイブリッド駆動制御が直接スケジューラ50(DSM)に伝える。スケジューラ50(DSM)は最も優先度の高い機能38,40ないし42を選択し、要求された動作状態48をハイブリッドコーディネータ10に要求する。図4による実施形態では可能な動作点に関する情報は存在していないため、ハイブリッドコーディネータ10は、要求された動作点が可能であるか否かを受理60を介してスケジューラ50に報告する。要求された動作点が可能でない場合、スケジューラ50(DSM)は決定を拒絶し、機能38,40ないし42から、ハイブリッドコーディネータ10に再び問合せを行う他の機能を選択する。あるいは、どの可能な動作点が所定の機能38,40ないし42と両立するかということに関する情報をスケジューラ50(DSM)にも格納するようにしてよい。
図4による実施形態の利点は、領域全般にわたって可能な動作点を計算しなくてよいという意味でハイブリッドコーディネータ10の負担が軽減されるということにある。ハイブリッドコーディネータ10内部での決定は、既に選択された所定の機能のために要求される動作状態58を介してスケジューラ50から伝えられる具体的な動作点に基づく。ハイブリッドコーディネータ10はそれに従って単に車両の走行状態に照らして受理60が可能か否かを決定するだけである。状況によっては、機能38,40及び42の中から内燃機関18の与えられた各動作状態と両立して動作する機能が求められるまで、複数回の試行が行われなければならない。
図4に示されている実施形態においても、機能ないし機能ブロック38,40,42は直接アクセス48を介して動作モードコーディネータ46と接続されており、一方で動作モードコーディネータ46はスケジューラ50(DSM)と双方向データ交換56の関係にある。個々の機能ないし機能ブロック38,40,42はさらに内燃機関18のストップトリガ52とも接続されている。ストップトリガ52はスタート/ストップコーディネータ54に信号CO Eng_stop ENAを送る。
車両のパラレルハイブリッド駆動装置のドライブトレインの基本構成要素を示す。 ハイブリッド駆動装置の内燃機関に関して到達すべき可能な動作状態を問い合わせるハイブリッドコーディネータの第1の実施形態を示す。 図2に示された実施形態において、要求された可能な動作状態に関して直接ハイブリッドコーディネータとスケジューラとの間で交換が行われる実施形態を示す。 スケジューラとの直接通信と機能間の直接的なデータ交換を有する、図3に示されているハイブリッドコーディネータの別の実施形態を示す。

Claims (10)

  1. 内燃機関の動作状態を調整するための、とりわけ、少なくとも1つの電気駆動装置(20)、ハイブリッドコーディネータ(10)、内燃機関(18)の制御装置(12,30)、及び該制御装置(12,30)内で実行される機能(38,40,42)を有するハイブリッド駆動装置の内燃機関(18)の動作状態を調整するための方法において、前記内燃機関(18)の制御装置(12,30)の機能(38,40,42)が該機能の実行性能を促進する動作状態(58)を前記ハイブリッドコーディネータ(10)に要求し、前記ハイブリッドコーディネータ(10)が前記内燃機関(18)と前記少なくとも1つの電気駆動装置(20)との間での出力配分を相応して変更するようにしたことを特徴とする、内燃機関の動作状態を調整するための方法。
  2. 前記内燃機関(18)と前記少なくとも1つの電気駆動装置(20)との間での出力配分の変更は、要求されたトランスミッション出力側トルクM_outを生じさせ、要求された車両速度を維持する、請求項1記載の方法。
  3. 前記ハイブリッドコーディネータ(10)は絶えず前記内燃機関(18)の可能な動作状態又は動作領域を前記内燃機関のコーディネータ(30)又はスケジューラ(50)に伝える、請求項1記載の方法。
  4. 前記機能(38,40,42)の各々又は前記機能(38,40,42)の各々に代わって前記スケジューラ(50)が、前記機能(38,40,42)の各々の要求と前記内燃機関(18)の可能な動作状態又は可能な動作領域との両立性を検査する、請求項3記載の方法。
  5. 前記機能(38,40,42)の各々は信号B_py38,B_py40もしくはB_py42により各自の実行スタンバイを前記スケジューラ(50)に伝えるか、又は所定の動作点又は動作領域において信号B_pyt38,B_pyt40もしくはB_pyt42により各自の実行スタンバイを伝える、請求項3記載の方法。
  6. 前記スケジューラ(50)は前記内燃機関(18)の可能な動作状態(34)又は可能な動作領域と両立する機能(38,40,42)から最も優先度の高い機能を選び出す、請求項4記載の方法。
  7. 選び出された機能(38,40,42)は動作点要求(58)を前記ハイブリッドコーディネータ(10)に伝える、請求項6記載の方法。
  8. 前記スケジューラ(50)は前記機能(38,40,42)のうち最も優先度の高い機能を求め、該機能の可能な動作点及び/又は可能な動作状態を前記ハイブリッドコーディネータ(10)に伝える、請求項4記載の方法。
  9. 前記ハイブリッドコーディネータ(10)において前記内燃機関(18)の動作点及び/又は動作領域(34)の最大持続時間を求め、求めた最大持続時間を前記機能(38,40,42)のコーディネータ(30)又は前記スケジューラ(50)のいずれかに伝える、請求項1記載の方法。
  10. 前記ハイブリッドコーディネータ(10)は走行状態が変化した場合には前記内燃機関(18)の可能な動作点又は動作状態(34)を適応調整し、エンジンブレーキ、アイドリング、通常動作又はエンジンストップといった前記内燃機関(18)の様々な動作状態(34)及び/又は動作点の間の切替を、前記トランスミッション出力側トルクM_outもトランスミッション出力側回転数n_outも変えずに行う、請求項8記載の方法。
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