JP2010213566A

JP2010213566A - エネルギー蓄積コンポーネントの利用を最適化するためのシステム及び方法

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Publication number: JP2010213566A
Application number: JP2010051225A
Authority: JP
Inventors: Timothy Gerard Ricter; ティモシー・ジェラード・リクター; Weizhong Yan; ワイジョン・ヤン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: US8024082B2; EP2228275A3; EP2228275A2; US20100235025A1; CN101837775B; CN101837775A; JP5736115B2; EP2228275B1

Abstract

【課題】エネルギー蓄積コンポーネントの利用を最適化する。
【解決手段】車両（１０）は、車両位置が履歴パワー利用データ（１０８、１１０、１１６、１２２）のデータベース（４２）内のリンクデータに関連付けされているか否かの特定（９８）を行うようにプログラムされたコンピュータ（２６）を備える。コンピュータ（２６）は、車両（１０）位置がリンクデータに関連付けされている場合に、データベース（４２）から地勢情報が除かれた該リンクのリンクデータをデータベース（４２）から取得し（１０８）、取得したリンクデータに基づいて車両（１０）の予測される車両パワー利用を決定し、かつ予測される車両パワー利用に基づきかつ車両（１０）のエネルギー蓄積コンポーネント（２４）の効率及びライフサイクルコストに基づいてエネルギー蓄積コンポーネント（２４）利用を最適化する（１２６）。
【選択図】図１

Description

本発明は全般的には、ハイブリッド／電気式車両に関し、またより具体的にはハイブリッド／電気式車両に搭載したエネルギー蓄積コンポーネントの利用の最適化に関する。

ハイブリッド電気式車両は、内燃エンジンと典型的には１つまたは複数の電気エネルギー蓄積コンポーネントによりパワー供給された電動機とを組み合わせている。こうした組み合わせによれば燃焼エンジンと電動機がそれぞれ効率を高めたそれぞれのレンジで動作可能となることによって全体的な燃料効率を上昇させることができる。例えば、電動機は静止スタートからの加速の際の効率がよいことがある一方、燃焼エンジンはハイウェイ走行など一定のエンジン動作が持続される期間において効率がよいことがある。初期加速をブーストするための電動機を有することによって、ハイブリッド車両の燃焼エンジンをより小型にしかつより燃料効率を高くすることが可能となる。

従来の多くのハイブリッド車両では、電動機はさらに発電機の作用をすることにより制動エネルギーを取り込むこと、並びにこうして取り込んだ制動エネルギーをエネルギー蓄積コンポーネント（ＥＳＣ）に提供することが可能である。バッテリー、ウルトラキャパシタ、フライホイールなどのＥＳＣを使用して、制動中や発電動作時に存在するエネルギーを後の時点で再利用するために取り込んでいる。これらのコンポーネントはまた、システム内の主パワー発生デバイスに対する過渡負荷を低減するような負荷平準化機能も提供している。こうした装備は一般に、環境に関する限定された情報またはこれが全くない状態で動作すると共に、次に起こるイベントを予測するための予報機能を欠いている。この結果、不必要なストレスの付与に由来する寿命短縮を起こす可能性があるようなＥＳＣの最適でない利用になることが多い。多くの場合にＥＳＣは、ストレス限界を超えないように保証するために用途に対して過剰なサイズとなり、これによりシステムのコストが増大する。こうした車両はその周辺環境や履歴性能を認識していないため、充電イベントや放電イベントに反応するためには、ＥＳＣの使用可能な蓄積範囲の中間近くにＥＳＣの充電状態が維持される。

車両が局所的地勢のうちの谷間や高所点に沿って走行している場合、ハイブリッドエネルギーの回復が最大化されないことがある。例えば、ＥＳＣ充電状態がその中間点にある状態で車両が局所的地勢内の高所点に位置していれば、これから生じることになる下り坂の回生的取り込み機会がバッテリーがフル充電状態に到達した時点（下り坂の途中で生じる可能性がある）で終了することになる。したがって、下り坂回生的取り込み機会の全体が途中で停止となる。さらに、バッテリーは１００％パワーに充電され、ストレス限界で動作し、かつ過剰な熱や温度上昇を生じさせる可能性が高い。低所点でスタートする場合にもこの逆が真となる、この場合は地勢最高点に至る前にバッテリーの充電が消耗してハイブリッドの支援が停止となる。

米国特許第７３６０６１５号

したがって、ハイブリッドパワーシステムのエネルギー蓄積コンポーネントの利用の最適化が可能なシステム及び方法があることが望ましい。

本発明の実施形態は、上で言及した欠点を克服したエネルギー蓄積コンポーネントの最適化のためのシステム及び方法を目的とする。

本発明の一態様は、ハイブリッド車両と電気式車両のうちの一方を含む車両においてエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化するためのシステムであって、該車両は車両位置が履歴パワー利用データのデータベース内のリンクデータに関連付けされているか否かを特定するようにプログラムされたコンピュータを備えており、該リンクデータは車両走行のリンクに関する計測履歴パワー利用データを含んでいる。車両位置がリンクデータに関連付けされている場合、コンピュータはデータベースから地勢情報が除かれた該リンクのリンクデータをデータベースから取得するようにプログラムされている。このコンピュータはさらに、車両位置がリンクデータに関連付けされている場合に、取得したリンクデータに基づいて車両の予測される車両パワー利用を決定すること、並びに予測される車両パワー利用に基づきかつ車両のエネルギー蓄積コンポーネントの効率及びライフサイクルコストに基づいてエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化すること、を行うようにプログラムされている。

本発明の別の態様による方法は、ハイブリッド車両と電気式車両のうちの一方の車両位置が履歴パワー利用及び速度データのデータベース内の第１のリンクデータ組に関連付けされているか否かを決定する工程であって、該第１のリンクデータ組は第１の車両走行リンクに関連する計測したパワー利用及び速度データを含む決定工程を含む。車両位置が第１のリンクデータ組に関連付けされている場合に本方法は、第１のリンクデータ組から履歴パワー利用及び速度データを取得するようにデータベースに照会する工程であって、該照会されるデータは第１のリンクに関する標高データが除外されている照会工程を含む。本方法はさらに、車両位置が第１のリンクデータ組に関連付けされている場合に、照会されたデータに基づいてその車両に関する予測されるパワー利用を計算する工程と、予測されるパワー利用に基づきかつ車両のエネルギー蓄積コンポーネントの効率及びライフサイクルコストに少なくとも基づいて車両のエネルギー蓄積コンポーネントに関するエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化し該最適化した予測パワー利用に基づいたエネルギー蓄積コンポーネントの動作によりエネルギー蓄積コンポーネントの所望の利用が達成できるようにする工程と、を含む。

本発明の別の態様によるシステムは、車両と、該車両を駆動させるためのパワーを提供するように構成されたパワーシステムと、を備えており、該パワーシステムはエネルギー蓄積コンポーネントと該エネルギー蓄積コンポーネントに結合された牽引ドライブとを備えている。本システムは、車両の位置を計測するように構成された位置センサと、車両の位置とデータベース内に保存された車両履歴パワー利用データを含むデータセグメントとの間の相関を決定するように構成されたコンピュータと、を含む。該位置及びデータセグメントが相関している場合に該コンピュータは、標高データが除外されているデータセグメントをデータベースから取得すること、並びに取得したデータセグメントに基づいて車両の予測される車両パワー利用を決定すること、を行うように構成されている。該コンピュータは、位置とデータセグメントが相関している場合に、決定した予測車両パワー利用に基づきかつエネルギー蓄積コンポーネントの効率及びライフサイクルコストに基づいてエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化するように構成されおり、該最適化したエネルギー蓄積コンポーネント利用はエネルギー蓄積コンポーネントに関する目標のバイアス用充電状態設定点を含んでいる。

別の様々な特徴及び利点については以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面では本発明の１つまたは複数の実施形態を図示している。

本発明の一実施形態によるハイブリッドシステムの概要図である。本発明の一実施形態による車両走行中にエネルギー及びパワー利用データを収集及び保存するための技法を表した流れ図である。時間ベースの計測間隔を用いてあるルートに沿って計測した例示的データを表したプロットである。位置ベースの計測間隔を用いてあるルートに沿って計測した例示的データを表したプロットである。本発明の一実施形態による情報をそこから計測しかつリンクデータベース内に保存できるリンクを表した概要図である。本発明の一実施形態による予測されるパワー利用を計算し、エネルギー蓄積コンポーネントに関する充電状態値を最適化するための技法を表した流れ図である。

本発明は、エネルギー蓄積コンポーネント利用の最適化に関連する実施形態を含む。本発明は、ハイブリッド車両に関する予測されるパワー利用を作成するための方法に関連する実施形態を含む。本発明は、ハイブリッド車両に関連して記載している。本明細書に記載した実施形態及び方法はハイブリッド車両、距離延長型（ｒａｎｇｅ−ｅｘｔｅｎｄｅｄ）電気式車両、プラグインハイブリッド電気式車両（ＰＨＥＶ）、マルチエネルギー蓄積電気式車両、その他に適用することができる。本明細書に記載した実施形態及び方法は、旅客用や商用のハイブリッド車両、並びに機関車やオフハイウェイ車両に対して広く適用することができる。さらに、車両の実現形態はこのテクノロジーに関する多くの利用法のうちの１つに過ぎないことを理解されたい。パワー発生、消費及びエネルギー蓄積のコンポーネントを包含した任意のシステムが本発明の実施形態を組み込む候補となる。

図１は、本発明の実施形態を組み込んだ例示的なハイブリッド車両１０を表している。ハイブリッド車両１０は、ハイブリッド車両１０の電気式または牽引ドライブ１６を介してホイールまたは車軸１４にパワーを与えるように構成されたエネルギー管理システム（ＥＭＳ）１２を含む。エネルギー管理システム１２はさらに、ハイブリッド車両１０の付属装置１８にパワーを与えるように構成されている。付属装置１８は、空調／暖房システム、ラジオ及び車両照明システム（ただし、これらに限らない）を含むことがある。ハイブリッド車両１０は、ＥＭＳ１２に結合された内燃エンジン（ＩＣＥ）などの燃料変換ユニット２０を含んでおり、またＥＭＳ１２に結合された燃料電池２２を含むことがある。ＥＭＳ１２にはさらに、１つまたは一群のエネルギー蓄積コンポーネント（ＥＳＣ）２４が結合されている。ＥＳＣは例えば、バッテリーとすることがある。

ハイブリッド車両１０は、燃料変換ユニット２０、燃料電池２２またはＥＳＣ２４から牽引ドライブ１６へのパワー転送を選択的に制御するためにＥＭＳ１２に結合されたコンピュータ／制御器２６を含む。エネルギー管理システム１２は、エネルギー源からＤＣリンク３０へのＤＣ変換が必要である場合にＥＭＳ１２内への各エネルギー源入力ごとに１つのＤＣ／ＤＣ変換器２８を含むことがある。図１ではＥＭＳ１２内に３つのＤＣ／ＤＣ変換器２８を表しているが、含めるＤＣ／ＤＣ変換器２８の数は３つを超えることや３つ未満とし得ることも企図される。さらに燃料変換ユニット２０は、燃料変換ユニット２０からのトルクをＤＣリンク３０に適したＤＣエネルギーに変換するためにトルク／ＤＣ変換器３２を介してエネルギー管理システム１２に結合させることがある。

ＥＭＳ１２内に入力パワーを供給するために燃料変換ユニット２０とＥＳＣ２４の両方を制御することによって、ＥＳＣ２４は牽引ドライブ１６に対してパワーを付与するにあたり、そこからエネルギーを引き出すことにより燃料変換ユニット２０を支援することがある。この方式では、ＥＳＣ２４及び燃料変換ユニット２０は例えば加速期間または上り坂の間において牽引ドライブ１６に同時にパワーを提供することがある。

鎖線で示した並列構成では、燃料変換ユニット２０がクラッチ／トランスミッションアセンブリ３４を介して車軸１４に結合され得ることが企図される。この構成では、燃料変換ユニット２０をトルク／ＤＣ変換器３２を介してエネルギー管理システム１２に結合することを必要としないことがある。本明細書では、例えばマニホールドを含む油圧ハイブリッドなどの別のハイブリッド構成が企図されかつ想定される。

さらに、牽引ドライブ１６及びＥＭＳ１２は、ＥＳＣ２４を再充電するための再充電パワーを提供するように制御されることがある。例えばハイブリッド車両１０の制動動作中において、ＥＭＳ１２を制御することかつ牽引ドライブ１６を発電機モードで動作させることによって、ホイールまたは車軸１４で発生したトルクを電動機１６に導き、ハイブリッド車両１０を減速または制動させる、またこれからのエネルギーを変換しＥＳＣ２４内に蓄積することができる。このため、回生制動中にハイブリッド車両１０を減速または停止させるのに使用されるエネルギーが、後で使用するためにＥＳＣ２４内に再取り込みされかつ蓄積され、ハイブリッド車両１０やその付属装置１８にパワーを提供することができる。バッテリー２４の充電状態（ＳＯＣ）の監視は、ＥＳＣ２４に対して、またＥＳＣ２４に関するエネルギーの充電及び放電を支援するコンピュータ２６に対して結合させた充電状態センサ３６を介して実施することができる。

図１はさらに、複数のセンサ３８から情報を受け取り、この受け取った情報をコンピュータ読み取り可能な記憶保存装置４０内に保存するように構成されたコンピュータ２６を表している。図２に関連して以下で記載するような本発明の一実施形態では、コンピュータ２６はハイブリッド車両１０がある道路網に沿って走行する間にセンサ３８からセンサデータを受け取り、かつ追加の処理及びデータベース４２内への保存のためにこのセンサデータを記憶保存装置４０内に保存するように構成されることがある。図６に関連して以下で記載するような本発明の一実施形態では、コンピュータ２６はデータベース４２内に保存されたデータに基づいてそのルートに関する予測されるパワー利用を作成しかつ最適化するように構成されることがある。

図１は例示的なハイブリッド車両１０に関して図示しているが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。本発明の実施形態はさらに例えば燃料変換ユニットを有するあるいは有しないような任意の電気ベース車両を含むことが企図される。本発明の実施形態を組み込んだ車両の例には、ハイブリッド車両、電気式車両（ＥＶ）、距離延長型ＥＶ、プラグインハイブリッド電気式車両（ＰＨＥＶ）、マルチエネルギー蓄積ＥＶ、その他（ただし、これらに限らない）が含まれる。

図２は、本発明の一実施形態による車両走行中にエネルギー及びパワー利用データを収集し保存するための技法４４を表している。技法４４は、図１のコンピュータ２６などのコンピュータまたは制御器内にプログラムされることがある。ステップ４６では、ハイブリッド車両がある箇所から別の箇所まで走行する際に図１のセンサ３８などのセンサを介してハイブリッド車両に関するデータ組が計測または収集される。計測されるデータの例には、牽引電動機パワー利用、付属装置負荷パワー利用、車両速度、車両の緯度及び経度、並びにデータが収集された日付及び時刻のスタンプ（ただし、これらに限らない）が含まれる。エネルギー最適化技法に関わる別のタイプのデータが計測されることもある。

一実施形態では、ある時間間隔（例えば、毎秒１回）やある位置間隔（例えば、５００フィートごとに１回）など一定の計測間隔で各データ組が計測または記録される。図３は、計測間隔として時間間隔を用いて計測された例示的なデータプロットを表している。図４は、計測間隔として緯度及び経度などの位置間隔を用いて計測された例示的なデータプロットを表している。各計測データ組はまた、走行方向や進行方向に関連させている。

再度図２を参照すると、収集した各データ組がステップ４８において図１の記憶保存装置４０などの記憶保存装置内に保存される。ハイブリッド車両がある箇所から別の箇所まで走行するに連れて、複数のデータ組が計測間隔の指令に従って収集されて保存される。しかし本発明の一実施形態では、傾斜、標高、地形などある土地に関する起伏や表面フィーチャ／構成を含む地勢データは保存されない。この方式では、予測されるエネルギー最適化のために、地形データ、標高データあるいは３次元マッピングデータを必要としない。

保存したデータはステップ５０においてセグメント分割される。セグメント分割は、レコードがデータベース内に都合よく保存されるように、保存した収集データを複数の下位レコードまたはリンクに分割している。道路マップのネットワーク表示と同様に、リンクはスタートノード及びエンドノードによって一意に規定されている。スタートまたはエンドノードは別のリンクのスタートまたはエンドノードと重複することが多い。ノードは多くの方法で規定することができる。第１の方法は、ハイブリッド車両が走行したルートを包含する関心領域のディジタルマップ上に規定されたノードを用いてノードを直接規定することである。第２の方法は、記録したパワーまたは関連する波形の特徴的変化に基づいてノードを規定することである。第３の方法は、データベース内に保存された計測データから分析的に決定できるサイクル軌道の交点としてノードを設定することである。このようにノードを規定した後、スタートノードとエンドノードの間のリンクを特定して一意に番号付与する。

ステップ５２において技法４４は、セグメント分割ステップで特定したリンクが図１のデータベース４２などのデータベース内に既に保存されたリンクと関連付けされるか否かを判定する。そのリンクが保存データに関連付けされなければ（５４）、ステップ５６においてそのリンクデータを新たなエントリとしてデータベース内に追加する。リンクがデータベース内に以前に保存したデータに関連付けされれば（５８）、収集したリンクデータがステップ６０において既存のリンクデータと合成される。

この合成では、同じサイクル及び動作状況に関する収集データと保存レコードを単一のレコードになるように合成する。この合成では、あるプロセスと同じ指標に関する計測値が最適に表現されるようにプロセスの変動及び計測誤差を考慮している。収集データは保存データとで補間または平均化することが可能である。さらに、同じ動作状況に関する異なるサイクル同士を補間または平均化し、収集されるデータ組を削減することが可能である。この方式では、ある車両群の１つまたは複数の異なる車両からの収集データや、異なる日時からの収集データを合成することがある。さらにこの合成は、日周内時刻や周囲温度などの独立した指標ウィンドウ内部のサイクルに関してのみ実施される合成を含むことがある。レコードの合成について統計値が計算され保存される。この統計値には、具体的なあるリンクに沿ったハイブリッド車両走行の回数または頻度を含むことがある。

そのリンクに沿って一定間隔で計測した各リンクに関連付けされたパワー、速度その他の動作性能情報が合成され、例えばリンク識別子（ＩＤ）をキーフィールドとしてデータベース内部に保存される。表１は、リンクＬ１１２に関してデータベース内に保存されるリンクデータの一例を表している。

本発明の一実施形態では、表１に示したリンクＬ１１２のパワー及び速度に関連付けされたデータは、そのリンクに沿った計測点に対応する多要素ベクトルである。スタートノードＮ３５などのノードに関連付けされたデータはデータベース内の単独のテーブル内に保存されることがある。このノードデータは、そのノードに関する計測されたまたは計算された経度及び緯度位置を含むことがある。

一実施形態ではデータベース内のノードＩＤは、そのノードを出入りするように導くリンクの各々、並びにハイブリッド車両がそのリンクに沿って走行する頻度に関連することがある。表２は、ノードとリンクの間の関係の一例を車両走行頻度のデータ記録と共に表している。

表２に示したようにノードＩＤのＮ２２は、これに関連付けされた２つの到来リンクと２つの走出リンクを有する。ノードＩＤのＮ２３は、これに関連付けされた４つの到来リンクと４つの走出リンクを有する。

収集データの保存５６または合成６０の後で技法４４はステップ６２において、保存または合成すべき下位レコードまたはリンクに関するデータが残っているか否かを判定する。まだリンクデータが残っている場合（６４）、プロセス制御はステップ６２に戻り上述の処理を継続する。すべてのリンクデータを保存し終わっていれば（６６）、技法４４はステップ６８において終了となる。

したがって技法４４は、ハイブリッド車両の電動機やその他の電気式コンポーネントによる１つまたは複数のリンクに沿った履歴パワー利用データを含むデータベースの作成及び記憶を含む。技法４４は、各リンクごとのデータを精細化できるように車両がそのリンクを反復して走行する際の継続的処理として実行されることが企図される。あるリンクまたは予測ルートに沿った予測エネルギー利用は、技法４４を介して作成されたデータベース内に保存されたデータに基づいて最適化することができる（これについては、図６に関連して以下で記載することにする）。

図５は、本発明の一実施形態による情報をそこから計測してリンクデータベース内に保存できるリンクの概要図すなわちネットワークを表している。リンク識別子Ｌ１１３により特定される第１のリンク７０は、車両７２がその上を目下走行している目下のリンクを表している。第１のリンク７０は、ノード識別子Ｎ２２で特定されるスタートノード７４と、ノード識別子Ｎ２３で特定されるエンドノード７６と、を有する。リンク識別子Ｌ１１０、Ｌ１１４及びＬ１１５のそれぞれで特定される複数のリンク７８、８０、８２はスタートノードとしてノードＮ２３を有する。リンク７８〜８２は、ノード識別子Ｎ２１、Ｎ３５及びＮ２５のそれぞれにより特定される対応するエンドノード８４、８６、８８を有する。リンク７０、７８〜８２は、例えばノード７６からノード８４への走行があるリンクＬ１１０に対応する一方、ノード８４からノード７６に向かう逆方向の走行が別のリンクＬ１０９に対応するような方向性となっている。

図６は、本発明の一実施形態による予測されるパワー利用を計算しかつエネルギー蓄積コンポーネントの充電状態値を最適化するための技法９６を表している。技法９６は、図１のコンピュータ２６などのコンピュータまたは制御器内にプログラムされることがある。技法９６は、データベース内のあるリンクに車両の現在位置を関連付けするステップ９８で開始される。このリンクは、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）センサを介して車両の緯度と経度または位置並びに車両の走行方向を計測することによって見出すことができる。この車両位置データは、データベース内にあるそのリンクに関するエンドノード位置データと、またエンドノード間で補間した位置と、比較されることがある。ステップ１００では技法９６は、その車両位置及び車両走行方向に対応するデータを有するようなリンクがデータベースからの見出されたか否かを判定する。

データベース内にリンクが見出されない場合（１０２）、データベース内に履歴データが存在しないためステップ１０４において従来式のＥＳＣ制御が使用される。一実施形態では従来式のＥＳＣ制御は、ハイブリッド車両のエネルギー蓄積コンポーネント（複数のこともある）の充電状態をその充電状態値範囲の中間点値の方に向けて制御する。例えば、ハイブリッド車両のエネルギー蓄積コンポーネントのデフォルトの充電状態はエネルギー蓄積コンポーネントの最大充電と最小充電の間にある中間の値に設定されることがある。リンクが見出された場合（１０６）、そのリンクを目下のリンクに設定すると共に、ステップ１０８においてこの目下のリンクの履歴値がデータベースから収集される。本発明の一実施形態では、目下のリンクに関する地勢データ、傾斜、標高または地形は収集されない。

ステップ１１０では、目下のリンク内部における車両位置が決定され、車両が該目下のリンクの終端に到達するのに要すると思われる時間が計算される。一実施形態では技法９６は、予測されるパワー利用を計算すると共に、ある時間ウィンドウまたは時間間隔にわたって、ハイブリッド車両のエネルギー蓄積コンポーネントに関する充電状態値を最適化する。例えば、充電状態設定値の最適化は、５分間隔の設定値の最適化を含むことがある。本明細書では、別の時間間隔も企図される。図５は、車両７２の現在位置から走行方向に延びる時間ウィンドウ９０の一例を表している。

ステップ１１２では技法９６は、車両の目下のリンクの終端への到達に関して計算した時間が時間ウィンドウより長いか否かを判定する。車両の目下のリンク内の走行に関して計算した時間が時間ウィンドウより長ければ（１１４）、ステップ１１６においてそのハイブリッド車両による予測パワー利用がステップ１０８で収集した履歴値に基づき、時間ウィンドウに基づき、かつ車両位置に基づいて計算される。例えば図５は、車両７２の位置で開始された時間ウィンドウ９０がリンクＬ１１３の終端への車両７２の到達に関して予測される時間より短いように表している。

車両が時間ウィンドウ１１８が終わる前に目下のリンクの終端に到達し別の将来リンクを経由して走行を続けると予測される場合、技法９６は予測されるパワー利用の計算の際にその将来リンクに基づくデータを含める。したがって技法９６は、目下のリンクのエンドノードに到達した後で車両がそれに沿って走行することがある１つまたは複数の将来リンク１２０の特定を含む。一実施形態では、目下のリンクのエンドノードと共通したスタートノードを有するリンクのすべてを特定対象として選択することがある。希望する場合にこの将来リンクの特定は、目下のリンクと逆方向に走行するリンクを無視することがある。

ステップ１２０の将来リンクの特定の後でステップ１２２において、将来のリンク（複数のこともある）に関連するデータを取り出すために履歴保存値のデータベースが照会される。例えば特定した各将来リンクに関する履歴パワー利用データ、リンク走行の頻度、及び別の統計値が取り出されることがある。さらに、現在の日周内時刻や車両タイプに関連するデータなどの関連リンクデータが取り出されることがある一方、別の時刻に関連するリンクデータは無視されることがある。本発明の一実施形態では、取り出されたデータは地勢データを欠いている。

ステップ１２４では、時間ウィンドウ及び車両位置に基づきかつ目下のリンクと将来リンクの予測される車両走行に対応する部分に関する収集履歴値に基づいて予測されるパワー利用が計算される。一実施形態では、予測されるパワー利用のうちの将来リンク走行に基づく部分は、目下のリンクのエンドノードに到達した後に走行する頻度が最も高い将来リンクからだけ決定されることがある。例えば図５並びに上の表２内の第１０〜１２行目を参照すると、車両７２の位置９４に基づいた時間ウィンドウ９２（鎖線で示す）はリンクＬ１１３のエンドノードＮ２３より先まで延びている。表２に示したように、車両７２がリンクＬ１１３上を走行した後にノードＮ２３を超えて走行する場合に、リンクＬ１１４及びＬ１１５と比べてリンクＬ１１０の方がより高い走行頻度を有している。この実施形態では、目下のリンクＬ１１３の対応する部分、並びに最も確率が高い将来リンクＬ１１０を用いて予測されるパワー利用が計算される。

別の実施形態では、予測されるパワー利用のうち将来のリンク走行に基づく部分は可能性のある将来リンクの幾つかまたはすべてに関する目下のリンクのエンドノードに到達した後のその走行頻度に基づいた加重平均から決定されることがある。例えば、図５並びに上の表２内の第１０〜１２行目を参照すると、車両７２の位置９４に基づいて、リンクＬ１１０、Ｌ１１４及びＬ１１５の部分はそれぞれ将来リンク走行に基づく予測パワー利用計算の当該部分に寄与している。この実施形態では、リンクＬ１１０、Ｌ１１４及びＬ１１５からの関連データが、その頻度に基づいて０．８０、０．１５及び０．０５のそれぞれの重みに従って平均化されている。

車両が走行すると予測されりリンク（複数のこともある）に沿って事前に計測した履歴パワー利用需要に基づいて、ステップ１１６とステップ１２４のいずれかで計算された予測パワー利用は、バッテリーパワー利用を最適化するためにハイブリッド車両のバッテリーまたはエネルギー蓄積コンポーネントのバイアス用充電状態設定点を中間点充電状態の上や下に決定している。バイアス用充電状態設定点は、ステップ１２６において指定されたコスト関数に基づいて最適化される。このコスト関数は、エンジンまたは燃料電池と共に使用されるエネルギー蓄積コンポーネントに対して車両動作最適化を提供するために使用される。バッテリー利用やエネルギー管理の様々な面にコストを割り当てることによって、車両システムのライフサイクルコストの削減を提供することが可能である。コスト関数の例としては、アンペア時スループット；放電の深さ、充電／放電速度；燃料変換器の動作点（効率）；排気出力；その他が含まれる。この方式によるバッテリーの最適化では、ライフサイクルと効率のコストの間のトレードオフを考慮することがある。

充電状態設定値の最適化は、パワー利用の上昇期間中にブースト用パワーを供給する大パワーまたは維持パワー要件の直前にバッテリーをフル充電状態の近くにできるように、車両走行の予測ルートに沿ったバイアス用充電状態設定点を設定することがある。充電状態設定値の最適化ではさらに、牽引電動機の回生制動によって充電用パワーが供給されバッテリーが次のバイアス用充電状態設定点まで再充電されるような大パワーまたは維持パワー発生機会の直前にバッテリーをフル充電状態の近くにできるように予測ルートに沿ったバイアス用充電状態設定点を設定することがある。さらに、充電状態設定値の最適化は、バッテリーの充電や放電をその寿命が延長されるように最適化させることがある。例えば、充電機会の延長を起こすような履歴データに関する知見に基づいて充電の速度が低減されることがある。この方式ではそのバッテリーは、１０マイル道路長のうちの最初の２マイルにわたって急速に再充電される一方で最後の８マイルの間は再充電しないままとするのではなく、例えば１０マイル道路長にわたって１００％充電状態までゆっくりと再充電されることがある。この方式では、バッテリーに対するストレスの低下、抵抗ロスの低下、結晶成長（ｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈ）制御、並びにバッテリー温度の低下のすべてが、バッテリー寿命の延長に寄与する一方で充電ロスを考慮した効率が上昇する。

したがって充電状態設定値の最適化は、エンジンまたは燃料電池やエネルギー蓄積コンポーネント利用に関する車両走行の予測ルートに沿った最適化を含む。例えば、最適化した充電状態設定値は図１のコンピュータ２６に対して、コスト関数に基づいて加速期間中に燃料変換ユニット２０の効率のよい利用を達成できるようにＥＳＣ２４の目下の充電状態をより低いレベルまで低下させることがある。最適化した充電状態設定値は図１のコンピュータ２６に対してさらに、コスト関数に基づいてパワー利用がマイナスの間において回生制動の効率のよい利用を達成できるように、ＥＳＣ２４の目下の充電状態を予測パワーにより設定されたある高いレベルまで上昇させることがある。さらに、最適化した充電状態設定値はコンピュータ２４に対して、次に起こるパワー需要上昇期間中に牽引電動機１６によって電動機または牽引モードで維持パワーブーストが供給できるように回生制動機会が差し迫っていない場合でも牽引電動機１６を発電モードで動作させＥＳＣ２４の目下の充電状態をある高いレベルまで上昇させることがある。

充電状態設定値が最適化された後（１２６）、ステップ１２８において予測ルートに沿ったハイブリッド車両の走行中にＥＳＣ充電状態を最適化された充電状態設定値に従って調節することがある。さらに図１を参照すると、目下のリンク内部におけるハイブリッド車両１０の目下の箇所に従って最適化された充電状態設定値により設定された目標のバイアス用充電状態設定点が充電状態センサ３６により計測または決定された目下のＥＳＣ充電状態より低い場合、最適化充電状態設定値はコンピュータ２６に対して、最適化充電状態設定値により設定された下側のバイアス用充電状態設定点までＥＳＣ２４の目下の充電状態を低下させている。ＥＳＣ充電状態の低下は、牽引電動機１６をＥＳＣ２４を介して電動機または牽引モードで動作させることによって達成させることがある。目下のリンク内部におけるハイブリッド車両１０の目下の箇所に従って最適化された充電状態設定値により設定された目標のバイアス用充電状態設定点が目下のＥＳＣ充電状態より高い場合、最適化充電状態設定値はコンピュータ２６に対して、最適化充電状態設定値により設定された上側のバイアス用充電状態設定点までバッテリー２４を充電させている。ＥＳＣ充電状態の上昇は、燃料変換ユニット２０からＥＭＳ１２にパワーが全く供給されていないような回生制動モードの間、あるいは燃料変換ユニット２０からＥＭＳ１２に何らかのパワーが転送されている間に達成されることがある。

予測ルートに沿った目下のリンク内部にあるハイブリッド車両１０の目下の箇所は、例えば箇所センサ３８からあるいは時間間隔を介して決定されることがある。車両がそれに沿って走行している目下のリンクが目下の最適化した充電状態設定値向けに設定されたものと異なるリンクであると判定された場合、最適化充電状態設定値の新たな組が上述のようにして作成されることがある。

本発明の実施形態によれば、ハイブリッドパワーシステムのエネルギー蓄積コンポーネントに次に起こるイベントに備えさせることが可能となる。したがって、将来の未知イベントに関するパワーを提供するために充電状態が５０％に維持されるように設定された大きなエネルギー蓄積コンポーネントを含めるのではなく、充電状態制御に関する既知の将来パワー需要を利用することによってより小さいエネルギー蓄積コンポーネントを用いることができる。したがって、エネルギー蓄積コンポーネントを本発明の実施形態に従って制御することによって、大電流の充電及び放電など寿命に影響するそのストレスが低下することによってデバイスの小型化を通じかつそのライフサイクルの延長を通じてコスト削減の達成が可能となる。

開示したシステム及び方法の技術的寄与の１つは、エネルギー蓄積コンポーネントにより消費される、あるいはエネルギー蓄積コンポーネント内部に蓄積される総エネルギーを最大化するために予測ルートに沿ったエネルギー蓄積コンポーネントの充電状態設定値に関するコンピュータ実現の予測パワー利用の推定及び最適化を提供できることである。

したがって本発明の一実施形態では、ハイブリッド車両と電気式車両のうちの一方を含む車両においてエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化するためのシステムであって、該車両は車両位置が履歴パワー利用データのデータベース内のリンクデータに関連付けされているか否かを特定するようにプログラムされたコンピュータを備えており、該リンクデータは車両走行のリンクに関する計測履歴パワー利用データを含んでいる。車両位置がリンクデータに関連付けされている場合、コンピュータはデータベースから地勢情報が除かれた該リンクのリンクデータをデータベースから取得するようにプログラムされている。このコンピュータはさらに、車両位置がリンクデータに関連付けされている場合に、取得したリンクデータに基づいて車両の予測される車両パワー利用を決定すること、並びに予測される車両パワー利用に基づきかつ車両のエネルギー蓄積コンポーネントの効率及びライフサイクルコストに基づいてエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化すること、を行うようにプログラムされている。

本発明の別の実施形態による方法は、ハイブリッド車両と電気式車両のうちの一方の車両位置が履歴パワー利用及び速度データのデータベース内の第１のリンクデータ組に関連付けされているか否かを決定する工程であって、該第１のリンクデータ組は第１の車両走行リンクに関連する計測したパワー利用及び速度データを含む決定工程を含む。車両位置が第１のリンクデータ組に関連付けされている場合に本方法は、第１のリンクデータ組から履歴パワー利用及び速度データを取得するようにデータベースに照会する工程であって、該照会されるデータは第１のリンクに関する標高データが除外されている照会工程を含む。本方法はさらに、車両位置が第１のリンクデータ組に関連付けされている場合に、照会されたデータに基づいてその車両に関する予測されるパワー利用を計算する工程と、予測されるパワー利用に基づきかつ車両のエネルギー蓄積コンポーネントの効率及びライフサイクルコストに少なくとも基づいて車両のエネルギー蓄積コンポーネントに関するエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化し該最適化した予測パワー利用に基づいたエネルギー蓄積コンポーネントの動作によりエネルギー蓄積コンポーネントの所望の利用が達成できるようにする工程と、を含む。

本発明の別の実施形態によるシステムは、車両と、該車両を駆動させるためのパワーを提供するように構成されたパワーシステムと、を備えており、該パワーシステムはエネルギー蓄積コンポーネントと該エネルギー蓄積コンポーネントに結合された牽引ドライブとを備えている。本システムは、車両の位置を計測するように構成された位置センサと、車両の位置とデータベース内に保存された車両履歴パワー利用データを含むデータセグメントとの間の相関を決定するように構成されたコンピュータと、を含む。該位置及びデータセグメントが相関している場合に該コンピュータは、標高データが除外されているデータセグメントをデータベースから取得すること、並びに取得したデータセグメントに基づいて車両の予測される車両パワー利用を決定すること、を行うように構成されている。該コンピュータは、位置とデータセグメントが相関している場合に、決定した予測車両パワー利用に基づきかつエネルギー蓄積コンポーネントの効率及びライフサイクルコストに基づいてエネルギー蓄積コンポーネント利用を最適化するように構成されおり、該最適化したエネルギー蓄積コンポーネント利用はエネルギー蓄積コンポーネントに関する目標のバイアス用充電状態設定点を含んでいる。

本発明について限られた数の実施形態に関連して詳細に記載してきたが、本発明が開示したこうした実施形態に限定されないことは容易に理解できよう。それどころか本発明は、ここまでに記載していないが本発明の精神及び趣旨に相応するような任意の数の変形形態、修正形態、置換形態、等価形態の機構を組み込むように修正することが可能である。さらに、本発明に関して様々な実施形態を記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態のうちの一部のみを含むこともあり得ることを理解すべきである。したがって、本発明は上述の記述によって限定されるものと理解すべきではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨によってのみ限定されるものである。

１０ハイブリッド車両
１２エネルギー管理システム
１４車軸
１６牽引ドライブ
１８付属装置
２０燃料変換ユニット
２２燃料電池
２４バッテリー
２６コンピュータ
２８ＤＣ／ＤＣ変換器
３０ＤＣリンク
３２トルク／ＤＣ変換器
３４クラッチ／トランスミッションアセンブリ
３６充電状態センサ
３８センサ
４０記憶保存装置
４２データベース
４４技法
４６データ収集
４８データ保存
５０データのセグメント分割
５２リンクの検出
５４関連付けなし
５６新たなエントリの追加
５８データが事前保存済み
６０データの合成
６２データ保存
６４すべてが保存されていない
６６諾（すべて保存済み）
６８終了
７０第１のリンク
７２車両
７４スタートノード
７６エンドノード
７８リンク
８０リンク
８２リンク
８４エンドノード
８６エンドノード
８８エンドノード
９０時間ウィンドウ
９２時間ウィンドウ
９４将来位置
９６技法
９８スタートノードの特定
１００スタートノードの検出
１０２ノードが未検出
１０４従来式ＥＳＣ制御の使用
１０６スタートノードを検出
１０８目下のリンクの特定
１１０目下のリンク内の車両位置を決定
１１２時間がウィンドウより長い
１１４諾
１１６予測パワーを計算
１１８否
１２０将来リンクの特定
１２２履歴値データベースの照会
１２４予測パワー利用を計算
１２６ＳＯＣ設定値の最適化
１２８バッテリーＳＯＣの調節

Claims

ハイブリッド車両と電気式車両のうちの一方を含む車両（１０）におけるエネルギー蓄積コンポーネント（２４）利用を最適化するためのシステムであって、該車両（１０）は、
車両位置が履歴パワー利用データのデータベース（４２）内のリンクデータに関連付けされているか否かの特定（９８）であって、該リンクデータはリンク（７０、７８、８０、８２）についての車両走行に関する計測履歴パワー利用データを含む特定（９８）と、
車両位置がリンクデータに関連付けされている場合に、
データベース（４２）から地勢情報が除かれた該リンクのリンクデータのデータベース（４２）からの取得（１０８）と、
取得したリンクデータに基づいた車両（１０）の予測される車両パワー利用の決定（１１６、１２４）と、
予測される車両パワー利用に基づきかつ車両（１０）のエネルギー蓄積コンポーネント（２４）の効率及びライフサイクルコストに基づいたエネルギー蓄積コンポーネント（２４）利用の最適化（１２６）と、
を行うようにプログラムされたコンピュータ（２６）を備える、システム。
前記コンピュータ（２６）はさらに、
車両（１０）がリンクデータに沿って走行する際に車両データを収集すること（４６）、
収集した（４６）車両データをデータベース（４２）内に保存すること（４８）、
を行うようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
前記コンピュータ（２６）は、車両データを収集する（４６）ようにプログラムされるにあたり、車両（１０）が走行する際に計測間隔に基づいて牽引電動機パワー利用を収集する（４６）ようにプログラムされている、請求項２に記載のシステム。
前記計測間隔は時間と車両位置のうちの一方を含む、請求項３に記載のシステム。
前記コンピュータ（２６）は、車両データを収集する（４６）ようにプログラムされるにあたりさらに、付属装置負荷パワー利用、車両速度、車両（１０）の緯度及び経度、データ収集日、データ収集時刻のうちの１つを収集する（４６）ようにプログラムされている、請求項３に記載のシステム。
前記コンピュータ（２６）は、収集した車両データを保存する（４８）ようにプログラムされるにあたり、
車両走行から収集した車両データを複数のリンクにセグメント分割すること（５０）、
セグメント分割した車両データの一部分をデータベース（４２）内のリンクデータに関連付けすること（５２）、
該リンクデータに関する以前に収集され保存されているデータが存在する場合にセグメント分割した車両データを該リンクデータに関する以前に収集され保存されているデータと合成すること（６０）、
該リンクデータに関する以前に収集され保存されているデータが存在しない場合に、セグメント分割した車両データを新たなエントリとしてデータベース（４２）内に追加すること、
を行うようにプログラムされている、請求項５に記載のシステム。
前記コンピュータ（２６）は、車両データをリンク（７０、７８、８０、８２）にセグメント分割する（５０）ようにプログラムされるにあたり、関心領域のディジタルマップ上に規定されたノード、収集した車両データの特徴的変化、及び２つの走行軌道の交点のうちの１つに基づいてリンクデータに関するスタートノード（７４、１００、１０６）及びエンドノード（７６、８４、８６、８８）を規定するようにプログラムされている、請求項６に記載のシステム。
前記コンピュータ（２６）は、収集した車両データを合成する（６０）ようにプログラムされるにあたり、収集した車両データと該リンクデータに関する以前に収集され保存されているデータとで補間と平均化のうちの一方を行うようにプログラムされている、請求項６に記載のシステム。
前記コンピュータ（２６）は、収集した車両データを合成する（６０）ようにプログラムされるにあたり、収集した車両データを別の車両と別の車両集団の一方を介して以前に収集したデータと合成する（６０）ようにプログラムされている、請求項６に記載のシステム。
車両位置センサ（３６）をさらに備えていると共に、前記コンピュータ（２６）はさらに、
前記車両位置センサ（３６）を介した車両位置の計測（９８）と、
前記車両位置センサ（３６）を介した車両（１０）の走行方向の計測（９８）と、
データベース（４２）内のリンクデータが前記走行方向に関連付けされるか否かの特定（９８）と、
を行うようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。