JP2010513137A - 車両システム、および方法 - Google Patents
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Abstract
車両システムは、−電気エネルギーを生成するように構成された、車両システムを駆動するためのハイブリッドパワートレイン(E、EMG、B)と、−システムの少なくとも1つの貯蔵室を冷却するように構成された電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニット(R)とを備え、冷蔵ユニット(R)はハイブリッドパワートレインによって生成された電気エネルギーを動力源とする。
【選択図】図5
【選択図】図5
Description
本発明は、新規な車両システムを提供する。
輸送用トレーラのための冷蔵システムをトレーラ自体に搭載することは公知であり、これらの冷蔵システムは蒸気圧縮システムで構成されることが多い。これらのシステムは、通常、独立の三相電源によって、またはエンジン駆動コンプレッサによって、特に以下の3つの方法(1〜3)のうちの1つで駆動される。
−1)既存のトラック用パワートレイン、例えばエンジン駆動プーリ、に接続された独立の三相発電機の使用。夜間冷却用には配電網への外部接続が可能である。発電機は、10〜15kWの冷却電力のためにほぼ15〜20kVAの電力を有する。
−2)燃焼機関から直接駆動されるコンプレッサの使用。夜間冷却用には追加の電気的接続をおそらく有する。
−3)エンジンと三相発電機とを備える自律発電装置の使用。
−1)既存のトラック用パワートレイン、例えばエンジン駆動プーリ、に接続された独立の三相発電機の使用。夜間冷却用には配電網への外部接続が可能である。発電機は、10〜15kWの冷却電力のためにほぼ15〜20kVAの電力を有する。
−2)燃焼機関から直接駆動されるコンプレッサの使用。夜間冷却用には追加の電気的接続をおそらく有する。
−3)エンジンと三相発電機とを備える自律発電装置の使用。
これらのシステムは比較的重く(冷蔵ユニット300kg、発電機65kg)、高価であり(例えば5000ユーロ)、かさばり、トラック全体の効率最適化のための制御を欠いている(例えば、冷蔵力を生成する独立のディーゼルユニットは、ほぼ3l/hを消費する)。また、公知のシステムは、比較的高レベルの温室効果ガスおよび他の汚染物質を放出する。
さらに、独国実用新案第20207534U1号は、冷蔵システム付きの貯蔵室を有する車両を開示している。この冷蔵システムは電動機によって駆動でき、この電動機は、油圧モータに結合された発電機を動力源とし、この油圧モータは油圧回路を介して油圧ポンプに結合され、この油圧ポンプは燃焼機関によって駆動可能である。この場合、車両は、冷蔵システムを駆動するためのディーゼルエンジンをさらに備える。
独国特許出願公開第4123843A1号は、冷蔵コンテナを有する車両を開示している。このコンテナの冷却ユニットは、トラックのエンジンに結合された静油圧式無段変速機または電動機のどちらかによって駆動される。
カナダ公開特許第2457216A1号は、トラクタユニットとトレーラユニットとを有し、トラクタユニットが内燃機関を含むトラクタ・トレーラを開示している。トレーラは、トレーラの車軸上の少なくとも一部の車輪を駆動するように配置された電気駆動装置を有する。この配置により、追加電力が必要とされる状況では追加電力を供給し、電気駆動モータが車輪上に直接取り付けられている場合は、より良い制動をもたらすことができる。CA’216明細書によると、電力を供給するためにバッテリが用いられる。
さらに、米国特許出願公開第2004/168449A1号および米国特許第6,073,456号は、車両の乗員室の空調に関する。
本発明は、上記の問題の少なくとも一部を軽減することを目的とする。特に、本発明は、少なくとも1つの貯蔵室の冷却を確実な方法で行える、費用効率が高く、エネルギー効率の良い車両システムを提供することを目的とする。
本発明の一実施態様によると、この目的は、
−電気エネルギーを生成するように構成された、車両システムを駆動するためのハイブリッドパワートレインと、
−システムの少なくとも1つの貯蔵室を冷却するように構成された、電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニットとを備え、
冷蔵ユニットは、ハイブリッドパワートレインによって生成された電気エネルギーを動力源とする、ことを特徴とする車両システムによって達成される。
−電気エネルギーを生成するように構成された、車両システムを駆動するためのハイブリッドパワートレインと、
−システムの少なくとも1つの貯蔵室を冷却するように構成された、電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニットとを備え、
冷蔵ユニットは、ハイブリッドパワートレインによって生成された電気エネルギーを動力源とする、ことを特徴とする車両システムによって達成される。
特に、冷蔵ユニットは、電気的にのみ動力供給が可能である。
このように、冷蔵機能を含む、比較的安価でコンパクトかつ経済的な車両システムが提供され、比較的重くてかさばる独立の発電機の使用を省くことができる。
また、一実施態様によると、本発明によるシステムを利用してハイブリッド車両システムに電力を分配する方法が提供される。例えば、この方法は、ハイブリッドドライブトレーンによって生成された使用可能電力の少なくとも一部を少なくとも1つの貯蔵室を冷却する電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニットに分配するために、車両の各機能に割り当てられた優先順位に基づき、これらの機能のスケジューリングを行うステップを含むことができる。
さらに、一実施態様によると、機械によって実行されると、本発明による方法を機械に実施させるように構成された一組のデジタル機械可読命令、特にソフトウェアコード、が提供される。また、例えば、本発明の一実施態様によると、これらのデジタル機械可読命令を担持するデータ担持体を提供することができる。これらの機械可読命令には、少なくとも1つの冷蔵ユニット制御モジュールを埋め込むことが好ましい。例えば、これらの機械可読命令を適切な制御装置に実装することができる。
好適な一実施態様において、制御装置はハードウェア制御装置であるか、または電子制御ユニット(ECU:electronic controller unit)である。
さらに別の実施態様においては、ハイブリッド車両の電力生成および/または消費コンポーネントを制御するように構成された制御装置に冷蔵機能の制御を埋め込む/実施させることができる。
制御装置は、複数のそれぞれの電力生成および消費機能をそれぞれ実施する各コンポーネントを制御するように構成された複数の制御モジュールを備えることが好ましく、これらの電力生成および消費機能として、例えば、
−ハイブリッド車両のエンジンを用いてハイブリッド車両の発電機を駆動することによって電気エネルギーを生成する充電機能と、
−電動機を用いてトルクを増大させるブースト機能と、
−エンジンを用いず、発電機を駆動することによって車両の運動エネルギーを回収する回生制動機能と、
−電動機が電気エネルギーを使用して、特にエンジンからの支援なしに、トルクを供給するe-ドライブ機能と、が挙げられ、
各制御モジュールにそれぞれ1つ以上の入力変数が対応付けられる。
−ハイブリッド車両のエンジンを用いてハイブリッド車両の発電機を駆動することによって電気エネルギーを生成する充電機能と、
−電動機を用いてトルクを増大させるブースト機能と、
−エンジンを用いず、発電機を駆動することによって車両の運動エネルギーを回収する回生制動機能と、
−電動機が電気エネルギーを使用して、特にエンジンからの支援なしに、トルクを供給するe-ドライブ機能と、が挙げられ、
各制御モジュールにそれぞれ1つ以上の入力変数が対応付けられる。
例えば、各制御モジュールに互いに異なる優先順位が対応付けられるように制御装置を構成することができる。この場合、各制御モジュールは、それぞれ1つ以上の入力変数に応じて、対応する機能の実行要求を示すように構成され、
複数のモジュールがそれぞれの機能の実行要求を示している場合は、機能の実行要求を示している制御モジュールのうち最も高い優先順位を有する制御モジュールにその機能の実行を許可するように制御装置を構成する。
複数のモジュールがそれぞれの機能の実行要求を示している場合は、機能の実行要求を示している制御モジュールのうち最も高い優先順位を有する制御モジュールにその機能の実行を許可するように制御装置を構成する。
さまざまな制御モジュールがそれぞれの機能の実行要求を同時に、互いに独立に、示すことができるように、制御装置を構成することが好ましい。
また、好都合な一態様によると、電気エネルギーを生成するように構成された、車両システムを駆動するためのパワートレインと、システムの少なくとも1つの貯蔵室を冷却するように構成された、電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニットとを備える車両システムが提供される。この冷蔵ユニットは、パワートレインによって生成された電気エネルギーを動力源とし、システムは、動作中にパワートレインの平均消費電力を超える消費電力を必要とする将来の走行条件を推定または判定するように構成され、システムは、これらの走行条件に遭遇する前に貯蔵室の追加冷却を行うために冷蔵ユニットを起動するように構成される。例えば、さらに別の実施態様によると、全地球測位システム(GPS:Global Positioning System)のデータを利用して将来の走行条件を予測するように制御システムを構成することができる。
他の好都合な実施態様が従属請求項に記載されている。次に、添付図面を参照しながら例示的実施形態によって本発明をさらに説明する。
本願においては、同等または対応の特徴は同等または対応の参照符号で示されている。
図1は、ハイブリッド車両の一部を模式的に示す。ハイブリッド車両自体の構成は当業者には公知であるので、全般的な説明に留める。車両は、トルクを各車輪に個別に、または全車輪同時に、供給するために車両の各車輪に結合することができる、電動機EMGとエンジンEとを備えるハイブリッドパワートレイン(ドライブトレイン)を備える。矢印Xは、トルクエネルギーの流れを示す。また、電気エネルギーを供給するために電池(蓄電池)Bが設けられる。バッテリの充電は、さまざまな方法で行うことができる。例えば、パワートレインを充電(Charge)状態にすることができる。この場合、電動機EMGは、発電機として機能し、エンジンによって駆動されて蓄電池/バッテリBを充電する(この場合のエネルギー経路を図1に矢印Y1で示す)。例えば、直流を交流に、またはこの逆に、変換するためのインバータを電動機EMG(またはパワートレイン)に設けることができる。さらに、バッテリBを充電するための電力を生成するために1つ以上の回生(Regenerative)状態をもたらすように、車両を構成することができる。通常、このような回生状態は、車両制動プロセス中または車両減速プロセス中に得られ、例えば電動機/発電機EMGが車輪によって駆動される場合に得られる(この場合のエネルギー経路を図1に矢印Y2で示す)。1台のハイブリッド車両に、複数のエネルギー回生システムを備えることができる。例えば、電動機EMGを用いて電力を生成する回生装置、電磁式または油圧式リターダ、および/または油圧または空気圧によって駆動される従来の摩擦ブレーキを備えることができる。さらに、ハイブリッドパワートレインをシリアルハイブリッド式またはパラレルハイブリッド式、あるいはこれらの組み合わせにすることができる。パワートレインは、図1の実施形態のように、発電機としても機能する単一の電動機EMGを備えることが好ましい。あるいは、電動機と独立の発電機とをパワートレインに含めることもできる。また、エンジンEは、例えばガソリン、ディーゼル、水素、および/または他の燃料を燃やす内燃機関にすることも、あるいは他の種類のエンジンにすることもできる。当業者であればわかることであるが、ハイブリッド車両は、通常、他のさまざまなコンポーネントを備える。これらのコンポーネントとして、例えば、変速機、エンジンEおよび電動機EMGを断接する1つ以上のクラッチ、コンバータのほか、さまざまなコンポーネントの状態の判定、例えば、バッテリの充電状態(SOC)の判定、パワートレインの要求または供給動力量の判定、運転者(ドライバ)の要求の判定などを行い、他のパラメータ、例えば車室温度および/または排気触媒システムに関する温度変数、に関する情報を提供するためのセンサSが挙げられる。
一実施形態において、ハイブリッド車両は電力の生成および消費(使用)に関係するさまざまなハイブリッド動力状態になることができる。これらの状態として、例えば、
−エンジンを用いて発電機EMGを駆動することによって電気エネルギーを生成する充電状態と、
−電動機EMGを用いてエンジンEのトルクを増大させるブースト状態と、
−エンジンEを用いずに発電機(例えば電動機EMG)を駆動することによって電気エネルギーを生成する回生状態と、
−エンジンEではなく、完全に電動機Eによってトルクを発生させるeードライブ状態と、が挙げられる。
−エンジンを用いて発電機EMGを駆動することによって電気エネルギーを生成する充電状態と、
−電動機EMGを用いてエンジンEのトルクを増大させるブースト状態と、
−エンジンEを用いずに発電機(例えば電動機EMG)を駆動することによって電気エネルギーを生成する回生状態と、
−エンジンEではなく、完全に電動機Eによってトルクを発生させるeードライブ状態と、が挙げられる。
他のハイブリッド動力状態、例えばパワートレインがスタンバイ中であるスタンバイ状態(例えば、車両の停止時)、も利用可能である。
図2は、ハイブリッド車両のさまざまな電気エネルギー消費および/または生成コンポーネントC(すなわち、蓄電池関連のコンポーネント)を制御するように構成された、制御装置1を備える制御システムの非限定的な実施形態を模式的に示す。上述のように、これらのコンポーネントとして、1つ以上の電動機EMG、1つ以上の発電システム、例えば発電機EMGを駆動するためのエンジンMを含むシステム、1つ以上のエネルギー回生装置(上記を参照のこと)、少なくとも1つのバッテリBを充電するための1つ以上のバッテリ充電器、および/または他のコンポーネントが挙げられる。
制御装置1は、少なくとも、電力の可用性と特定のコンポーネントCが必要とする電力量とに関する制御装置の入力変数に基づき電力制御(すなわち、使用可能な電力または電気エネルギーの分配)を扱うように構成される。
本実施形態において、制御装置1は、制御装置1とそれぞれの遠隔車両コンポーネントCとの間の通信を提供するインタフェース構造(「ハードウェアインタフェース層」とも呼称)20に接続可能であり、および/またはインタフェース構造20を備える。例えば、通信は、一方向(REQ)であっても、またはハンドシェイク方式(REQ/ACK)であっても、または別の形式であってもよい。本実施形態においては、コンポーネントCとインタフェース構造とを、例えば、有線および/または無線通信手段によって、車両データ通信網によって、または当業者であれば理解されるような他の方法で、通信可能に相互接続する第1の通信システム105が設けられる。また、本実施形態においては、インタフェース構造20と制御装置1との間のデータ通信を可能にするために、両者間を通信可能に相互接続する通信経路104が設けられる。あるいは、インタフェース20を制御装置1の構成部分とすることもでき、あるいは制御装置1と遠隔車両コンポーネントCとの間の通信を可能にするための適切なデータインタフェースを複数設けることもできる。
制御装置1と車両コンポーネントCとの間の通信は、それぞれの車両コンポーネントCを制御(例えば、車両コンポーネントCの起動、停止、および/または動作変更)するための、制御装置1からそれぞれの車両コンポーネントへの制御情報の伝達を含むことができる。また、この通信は、制御装置1への車両の動力状態情報の伝達を含むことができる。上記の状態情報は、さまざまな動力関連の変数、例えば充電状態、車両駆動力、ブレーキ回生力、リターダ回生力、および/または他の動力関連の変数、を含むことができる。これらの変数は、当業者であれば理解されるように、運転者関連の操作、走行条件、走行自体に依存させることができる。例えば、車両の動力状態情報は、それぞれの車両コンポーネントC、センサS、特定の車両速度への到達または速度維持のためにパワートレインからの特定量の駆動力の供給を要求するように構成された車両速度制御装置(図示せず)、および/または他の車両部品またはシステムによって生成することができる。
例えば、インタフェース構造20は、動力状態情報を(例えば、それぞれの車両部品から)受け取り、受け取った状態情報を制御装置1に、特に制御装置1が読み取ることができる形式で、送るように構成される。例えば、インタフェース構造20は、車両状態情報を制御装置1によって受け取られる特定の入力変数に翻訳するように構成されることが好ましい。
一実施形態において、上記の動力状態情報は、各種の情報を含むことができる。例えば、本実施形態においては、コンポーネントCの状態(特に、コンポーネントCに関する電力関連情報を含む状態)に関する車両の動力状態情報を生成するように車両を構成することができる。例えば、電力関連状態情報を生成するようにこれらのコンポーネントCの1つ以上を構成することができる。この電力関連状態情報として、例えば、車両の動作および状態に応じて、動作中のコンポーネントCが要求または必要とする電力量を含む情報が挙げられる。
さらに、上記のように、さまざまなコンポーネントの電力状態、例えばバッテリBの充電状態(SOC)、を判定するセンサSを1つ以上設けることができる。例えば、これらのセンサSのうちの1つ以上を、対応する車両コンポーネントCの一部にすることも、あるいは専用の車両制御システム(例えば、車両速度制御装置)の一部にすることもできる。例えば、センサSを一部またはローカルコンポーネント制御装置にすることができる。このローカル制御装置は、センサ信号を処理し、処理後のセンサ信号、またはセンサ信号関連情報、をハイブリッド制御装置1に送ることができる。センサSが測定または評価した1つ以上のパラメータに関する電力関連状態情報を生成するように、各センサSを構成することもできる。
例えば、充電状態センサSは、バッテリ状態または充電に関する情報を提供でき、充電状態が比較的低レベルに達したことをセンサSが検出または判定した場合、またはこのような低レベルに短時間のうちに達すると予想される場合に、バッテリBの充電要求を含む情報を生成できることが好ましい。
さらに別の実施形態においては、例えば、2つのレベルを存在させることができる。すなわち、第1のレベルでは(例えば、ローカルバッテリ制御装置において)、充電が望ましいかどうかを判定する充電制御機能を使用可能であり、警告メッセージ、例えば「直ちに充電してください。充電しないとバッテリが損傷するおそれがあります(load now or else the battery might be damaged)。」、を生成することができる。第2のレベルは、安全機能とすることができ、ハードウェアインタフェース層20の一部にしてもよい。
さらに、充電状態センサSは、充電状態が比較的高い充電レベルに達したことをこのセンサSが検出または判定した場合は、バッテリの充電が不要であるという情報を提供することができる。さらに、実際の車両速度に関する情報を提供するために、車両速度センサを、例えば車両制御ユニットの一部として、使用可能である。
制御装置1は、さまざまな方法で構成できる。制御装置1は、制御装置によって実行されたときに、下記のように制御装置1に方法を実施させるように構成された複数の機械可読命令、特に一連のデジタルコードまたは制御アルゴリズム、を備えることが好ましい。制御装置1は、当業者であれば理解されるように、適切なハードウェア、例えば、上記命令を実行する1つ以上のプロセッサPRと、例えばこれらの命令および/または命令関連の変数の少なくとも一部を保持するために、1つ以上のプロセッサPRからアクセス可能なデータメモリDMとを備えることができる。
好適な一実施形態において、制御装置1は、複数の電力生成および消費/使用(仮想)機能をそれぞれ実施する複数のコンポーネントCを制御するように構成された、ほぼ自律的に動作する複数の制御モジュール11、12、13を備える。これらの電力生成および消費/使用(仮想)機能として、例えば、
−ハイブリッド車両のエンジンを用いてハイブリッド車両の発電機を駆動することによって電気エネルギーを生成する充電機能と、
−電動機を用いてトルクを増大させるためのブースト機能と、
−エンジンを用いずに発電機を駆動することによって電気エネルギーを生成する回生機能と、
−電動機が電気エネルギーを用いて、エンジンからの支援なしに、トルクを供給するe-ドライブ機能と、が挙げられる。
−ハイブリッド車両のエンジンを用いてハイブリッド車両の発電機を駆動することによって電気エネルギーを生成する充電機能と、
−電動機を用いてトルクを増大させるためのブースト機能と、
−エンジンを用いずに発電機を駆動することによって電気エネルギーを生成する回生機能と、
−電動機が電気エネルギーを用いて、エンジンからの支援なしに、トルクを供給するe-ドライブ機能と、が挙げられる。
好適な一実施形態においては、モジュール11、12、13はコンポーネントCをインタフェース層20を介して間接的に制御することができる。この場合、制御モジュール11、12、13は、インタフェース層20(またはそれぞれの機能に対応付けられたそれぞれのインタフェース層部分)を制御することができ、インタフェース層部分は、制御モジュール11、12、13が受け取った命令に基づき、コンポーネントCを制御することができる。したがって、インタフェース層20は、制御モジュール11、12、13の管理下で、コンポーネントCを制御することができる。
本実施形態において、これらの制御モジュール11、12、13は、制御装置1に、すなわち上記の機械可読命令に、統合または実装される。図3は、制御装置によって実施される方法の一実施形態のフローチャートを示す。このフローチャートは、制御モジュール11、12、13を示す。
非限定的な例として、本実施形態は、充電機能を制御する第1の制御モジュール11と、ブースト機能を制御する第2の制御モジュールと、電力の回生を制御する第3の制御モジュール13とを備える。他の制御モジュール、例えばe-ドライブ機能に関連するe-ドライブ制御モジュール(図示せず)、も簡単な方法で制御装置1に追加することができる。
各制御モジュール11、12、13には、1つ以上の入力変数(上記のように、制御装置1がインタフェース構造を介して受け取ることができる入力変数)がそれぞれ対応付けられることが好ましい。例えば、第1の制御モジュール11には充電状態変数を対応付けることができ、第2の制御モジュール12には駆動力変数を対応付けることができ、第3の制御モジュールには1つ以上の回生電力変数を対応付けることができる。また、制御モジュール11、12、13には、互いに異なる優先順位が対応付けられる。例えば、これらの優先順位と上記の変数とをメモリDMに格納し、制御装置1の処理部PRからアクセス(読み出しおよび/または書き込み)することができる。各制御モジュール11、12、13は、それぞれ1つ以上の入力変数に応じてそれぞれの機能の実行を要求する(すなわち、入力変数に応じて、その機能が必要とされていることを示す情報を提供する)ように構成されることが好ましい。
例えば、一実施形態においては、それぞれ1つ以上の入力変数に応じてそれぞれの機能の実行を自動的に要求するように制御モジュール11、12、13を構成することができる。好適な一代替実施形態においては、例えば、それぞれの機能を実行すべきかどうかを(例えば、制御装置のスケジューラ2から)制御モジュール11、12、13に周期的に問い合わせることができる。この問い合わせに対して、制御モジュール11、12、13は、その入力パラメータをチェックすることができ、入力パラメータに応じて、その機能の実行の確認または拒否を適切な指示によって(応答として)行うことができる。
制御モジュール11、12、13のうちの1つの制御モジュールだけがその機能の実行を要求した場合は、制御装置1はその制御モジュールにその機能の実行を許可することができる。ただし、さらに別の実施形態においては、以下に説明するようにエネルギーバジェットの使用に応じて許可または拒否することもできる(例えば、場合によっては、制御装置1は、制御モジュールがそのエネルギーバジェットを使い果たしたかどうかをチェックすることができ、そのエネルギーバジェットが使い果たされている場合は、そのモジュールの機能の実行を拒否することができる)。
複数のモジュール11、12、13がそれぞれの機能の実行を要求している場合は、機能の実行を要求している制御モジュール11、12、13のうち最も高い優先順位を有する制御モジュールにその機能の実行を許可するように制御装置1を構成する。例えば、さまざまな制御モジュール11、12、13がそれぞれの機能の実行を同時に、それぞれ独立に、要求できるように制御装置1を構成することができる。この場合は、一度に(および場合によっては、その制御モジュールのエネルギーバジェットに基づき)、制御モジュール11、12、13のうちの1つの制御モジュールにのみ機能の実行を許可するように制御装置1を構成する。用語「同時に」は、広義に解釈されるものとし、当業者であれば理解されるように、例えば、「瞬時に」および/または制御装置1の「制御の単一回の反復のうちに」を意味しうる(例えば、制御の複数回の反復のうちの各回の反復において、制御装置1は、全ての制御モジュールから実行要求を受け付けるために特定の制御プロセスを実施する)。
各制御モジュール11、12、13の機能の実行が制御装置1によって許可されるかどうかに応じて、各制御モジュール11、12、13がその機能を(特に、適切な制御情報をその各車両コンポーネント(群)にそのインタフェース層部分を介して伝達することによって、すなわち、コンポーネント(群)Cを制御するインタフェース層20にその機能を実行させるために適切な制御情報をインタフェース層20に伝達することによって)実行するように、各制御モジュール11、12、13を構成することができる。一例として、本実施形態においては、第1のモジュール11がその機能の実行を許可されると、第1のモジュールは情報をインタフェース20を介して伝達することによって車両を充電状態にする。この結果、対応する車両コンポーネントE、EMGがバッテリBを充電する。第2のモジュール12がその機能の実行を許可された場合、第2のモジュール12はインタフェース20を介して情報を伝達することによって車両をブースト状態にする。この結果、電動機EMGが追加トルクをパワートレインに供給する。第3のモジュール13がその機能の実行を許可された場合、第3のモジュール13はインタフェース20を介して情報を伝達することによって車両を回生状態にする。この結果、対応する車両コンポーネントM、EMGが電力を回生する。e-ドライブモジュールがその機能の機能の実行を許可された場合、e-ドライブモジュールは、インタフェース20を介して情報を伝達することによって車両をe-ドライブ状態にする。この結果、電動機EMGのみが起動されて(エンジンEは起動されない)トルクを車両に供給する。
制御装置1は、一度に制御モジュール11、12、13のうちの1つにのみその機能の実行を許可するように構成された主スケジューラ2、好ましくはミューテックススケジューラ2、を備えることが好ましい。本実施形態においては、ミューテックススケジューラ2を制御装置1の上記機械可読命令に埋め込むことも、またはその一部にすることも簡単に行える。
ミューテックススケジューラ2は、さまざまな方法で動作することができる。例えば、一実施形態においては、それぞれの機能の実行を要求しているいくつかの制御モジュール11、12、13のうち、最も高い優先順位を有する制御モジュール11、12、13にのみその機能を実行させるように、ミューテックススケジューラ2を構成することができる。また、一実施形態においては、ある制御モジュールより高い優先順位を有する別の制御モジュールに機能を実行させるためにその別の制御モジュールが選択されている場合は、先の制御モジュールの機能の実行を許可しないようにミューテックススケジューラ2を構成することができる。例えば、一実施形態によると、主スケジューラ2は、動作中にさまざまな制御モジュール11、12、13から同時にさまざまな実行(起動)要求を受け付けることができる。
本実施形態においては、インタフェース構造20は、各制御モジュール11、12、13から対応する車両コンポーネントへの制御情報の伝達(すなわち、機能空間内への/に向けての制御情報の翻訳)と、車両コンポーネントから制御モジュール11、12、13への動力状態情報の伝達とを提供できることが好ましい。この場合、インタフェース構造20は、動力状態情報(通信手段105を介して受信)を制御モジュール11、12、13によって受け取られる特定の入力変数に翻訳するように構成される。例えば、充電状態情報を(特に、入力変数への翻訳後)制御装置1の充電モジュール11にのみ送り、その他の2つの制御モジュール12、13のどちらにも送らないようにインタフェース20を構成することができる。また、例えば、充電制御モジュール11は、充電制御モジュール11に対応付けられた入力変数(群)、例えば充電状態変数、のみを受け付ける/操作するように構成することができる。インタフェース20は、駆動力情報を(特に、入力変数への翻訳後)ブーストモジュール12にのみ送り、その他の2つの制御モジュール11、13のどちらにも送らないように構成することができる。インタフェース20が受け取った回生装置情報を翻訳し、回生装置制御モジュール13にのみ送り、その他の2つの制御モジュール11、12のどちらにも送らないようにすることができる。さらに、一実施形態においては、1つ以上の入力変数がさまざまな制御モジュールによって受け付けられるように、入力変数をこれらの制御モジュールに伝達することができる。例えば、車両を駆動するためにパワートレインが必要とする総電力量に対応付けられた駆動力変数をブースト制御モジュール12とe-ドライブ制御モジュール(図3に特に図示せず)の両方に伝達することができる。
一実施形態においては、対応する機能が要求されていることを1つ以上の入力変数が示す場合に、対応する起動要求を生成するように各制御モジュール11、12、13を構成することができる。例えば、このような起動要求を連続的または半連続的に探索し、このような要求の発見後に探索を継続するように、制御装置1(特に、そのミューテックススケジューラ)を構成することができる。
さらに、一実施形態においては、対応する機能が要求されていることを1つ以上の入力変数が示す場合、対応する起動要求を生成するように各制御モジュール11、12、13を構成することができる。この場合、起動要求が発生するたびに制御装置1(すなわち、ミューテックススケジューラ2)が起動され、その他の制御モジュールの起動要求の有無に基づき、および制御モジュールの優先順位に基づき、要求された機能の起動を許可するか否かを判定するように、制御装置1(すなわち、ミューテックススケジューラ2)を構成することができる。
本実施形態においては(図3を参照のこと)、回生モジュール13は、下位機能にそれぞれ関係する複数のサブモジュールを含む。この場合、これらのサブモジュールには互いに異なる優先順位が付けられる一方で、これらの下位機能の並行実行が可能であることが好ましい。例えば、第1のサブモジュール13aは、動力を生成する電動機/発電機EMGの駆動を含む第1の回生機能を制御するように構成することができる。第2のサブモジュール13bは、車両を減速させて電力を生成する専用リターダ(図示せず)の操作を含む第2の回生機能を制御することができる。第3のサブモジュール13cは、機械式(例えば油圧式または空気式)ブレーキシステムからもたらされる回生機能を実行するように構成することができる。これらのサブモジュール13a、13b、13cに互いに異なる優先順位を付ける必要はなく、サブモジュール13a、13b、13cの機能の共用(同時)実行がこれらのサブモジュールから要求された場合は、サブモジュール13a、13b、13cの機能の共用(同時)実行を許可するスケジューラを回生モジュールに設けることができる。より好適な一実施形態においては、サブモジュール13a、13b、13cに互いに異なる優先順位を付けるが、例えば動力要求および使用可能動力によっては、サブモジュール13a、13b、13cを同時に動作させることもできる。その場合、例えば、最も高い優先順位を有するサブモジュール13aに全ての使用可能動力が許容され、残りのサブモジュール13b、13cは一切の動力を得られない。他方、その場合、より高い優先順位を有するサブモジュール13aが全ての使用可能動力を使い果たさなかった場合は、より低い優先順位を有するサブモジュール13bに残りの動力部分などが供給される。さらに、図3に示すように、サブモジュール13aからのエネルギーを一時的に保存するエネルギーバッファ75を設けることができる。
例えば、インタフェース20は、電気以外のエネルギー形態のエネルギーバッファごとの追加のスケジューラと共に、車両のさらに別の機能を提示することができる。各スケジューラおよび関連機能からのさまざまな動力要求をインタフェース層20で組み合せることによって、コンポーネント制御信号を求めることができる。
さらに別の実施形態においては、制御装置1は、車両上で利用可能な熱エネルギーバッファをさらに評価および制御するように構成される。例えば、車両は、各種熱源、例えばエンジン(Engine HEX31)および1つ以上の電熱器(例えば、運転室を加熱するためのヒータまたはPTCサーミスタ発熱体32、排気触媒システムの一部を加熱するためのヒータ44)、を含むことができる。また、車両はさまざまな方法で熱を損失しうる。例えば、排気によって、車両本体からの熱放射および対流33によって、排気触媒システムによる対流損失43によって、触媒化学反応による熱損失42によって、および/または別の方法で、熱エネルギー41を損失しうる。
好都合な一実施形態においては、さらにエネルギーバジェットを各機能に(すなわち、制御モジュール11、12、13に)割り当てるか、または対応付けるように、制御装置1を構成することができる。例えば、ある機能がそのエネルギーバジェットの少なくとも一部を使い果たした場合は、その機能の使用可能エネルギー量を変更するように、制御装置1を構成する。また、例えば、ある機能が使用したエネルギー量に応じてその機能の実行を許可または拒否するように制御装置1を構成することができる。例えば、さまざまな機能のエネルギーバジェットを制御装置1のメモリ部DMに格納することができる。さらに別の実施形態においては、各電気エネルギーバジェットを履歴から(例えば、現在の走行期間より前の複数の走行期間から)、および/または将来の予測値を用いて、計算または推定するように、制御装置1を構成する。さらに別の実施形態においては、電力バジェットをさまざまな機能(または制御モジュール11、12、13)に割り当てるように制御装置1を構成する。動作中、ある機能(または制御モジュール11、12、13)がそのバジェット値またはエネルギー分量を使い果たしたときは、その機能をスコープから除去する、例えば実行リストから順番待ちリストに移動する、ように制御装置1を構成できることが好ましい。
例えば、ある制御モジュール11、12、13がそのエネルギーバジェットを使い果たした場合は、制御装置1はその制御モジュール11、12、13の機能の実行を拒否することができる。また、このような場合は、例えば、その制御モジュール11、12、13の優先順位を制御装置1が自動的に下げることができるか、あるいはその機能が単に実行されなくなる。当業者であれば理解されるように、このプロセスは多くの方法で、細かく、または粗く、行いうる。また、ここで、電力の割り当て自体を機能のバジェット自体に依存させることもできる(バジェットは機能の一部である必要はなく、機能をバジェットに関係付けることができる)。例えば、モジュール11、12、13への使用可能電力の割り当てを使用済みバジェット量に、例えば線形に(すなわち、モジュール11、12、13が使用するバジェットの半分は、そのモジュール11、12、13に割り当てられる電力の半分を意味する)または非線形に、比例させることができる。
したがって、最適な燃費を維持するために、機能あたりのエネルギーバジェットという概念を設けることによって、電力ソース機能と電力シンク機能の間を均衡させることができる。例えば、e-ドライブ機能(モジュール)は、燃費の利点をエネルギー使用量の限界値まで提供し、その後、燃費は著しく下がる。本実施形態では、技術者はこの種の極めて複雑なシステムに対応しやすい。図4は、エンジンの燃料消費量(1/100km)を電気駆動の限界(kW)の関数として示すグラフの一例を示す。電気駆動限界は、車両をe-ドライブ状態にするために使用可能な電力バジェットである。最適な電気駆動限界は、破線Loptで示されている。この場合、燃料消費量は最小であり、エネルギーをe-ドライブ機能に提供するために、回生機能に加え、充電機能を(それぞれの優先順位に基づき互いに排他的に)用いることができる。また、第2の、より低い、電気駆動限界状態Lregが示されている。ここでは、燃料消費量は最適な電気駆動限界より著しく高く、この場合は、例えば回生機能のみを使用可能である。言い換えると、Regenのみが使用される走行条件がLregになりうる。e-ドライブがバジェットによって2つの供給源にアクセスできる場合は、e-ドライブの利点を増大させることができる。
したがって、図4に示すように、車両の燃料消費量を向上させるために、回生機能に加え、充電機能を使用することによって、エネルギーをe-ドライブ機能に提供することができる。例えば、あらゆるハイブリッド動力機能を同様の方法で、最小経路効率を保証すると判定された最小および最大動力によって、制限することができる。
制御装置1には、熱の生成および損失をエネルギー効率の良い方法で制御するために、1つ以上の熱バッファ制御モジュールまたはスケジューラ30、40、例えば車室蓄熱器スケジューラ30(蓄熱に関連)および触媒蓄熱器スケジューラ40(同じく蓄熱に関連)、をさらに設けることができる。この目的のために、電力関連の制御モジュール11、12、13の優先順位を変化する熱需要に基づき調整するように制御装置1を構成されることが好ましい。例えば、排気触媒システムの熱バッファが熱の供給を必要とする場合(すなわち、排気触媒システムの温度が所定の、または好適な、最小値未満に低下した場合)はエンジンを起動してバッテリBを充電するされる機会を増やすために、主スケジューラ2と連係して充電モジュール11の優先順位を上げるように、熱バッファスケジューラ30、40を構成することができる。同様に、排気触媒システムの熱バッファが熱損失を必要とする場合(すなわち、排気触媒システムの温度が所定の、または好適な、ある最大値を超えた場合)は、起動されたエンジンを停止するために、主スケジューラ2と連係してe-ドライブまたはブーストモジュールの優先順位を上げるように熱バッファスケジューラ30、40を構成することができる。主スケジューラ2と熱スケジューラ30、40の間の連係は、適切な通信手段を介した、例えば、スケジューラ間のデータ伝送を可能にするメッセージングインタフェース50を介した、および/または別の方法での、データ通信を含むことができる。
図1〜3の実施形態の使用時は、制御モジュール11、12、13のうちの1つ以上が、それぞれ1つ以上の入力変数に応じて、それぞれの機能の実行を要求できる。複数のモジュール11、12、13がそれぞれの機能の実行を要求している場合は、機能の実行を要求している制御モジュール11、12、13のうち最も高い優先順位を有する制御モジュール11、12、13にその機能の実行が許可される。また、蓄電池スケジューラ2は、一度に1つの制御モジュール11、12、13にのみ機能の実行を許可することが好ましい。また、インタフェース制御情報が制御モジュール11、12、13から対応する車両コンポーネントCに伝達され、動力状態情報が制御モジュール11、12、13に、この情報をそれぞれの制御モジュール11、12、13によって受け取られる特定の入力変数に翻訳するインタフェース構造20を介して、伝達される。
上記のように、使用中、一実施形態において、制御モジュール11、12、13は、それぞれの機能が要求されていることをそれぞれ1つ以上の入力変数が示す場合、その他の制御モジュールの状態とは関係なしに、それぞれの起動要求を生成することができる。さらに、一実施形態においては、制御モジュール11、12、13の起動要求によって主スケジューラ2を始動させることができる。始動されたスケジューラ2は、その他の制御モジュールからの起動要求の有無に基づき、およびこれらの制御モジュールのさまざまな優先順位に基づき、要求された機能の起動を許可するか否かを判定することができる。ここで、本方法は、複数の蓄電池関連機能、特にそれぞれのサブモジュール13a、13b、13cに関連するさまざまな回生機能、の相互排他的スケジューリングをさらに含むことができる。これらの蓄電池関連機能のうちの少なくとも1つは複数の下位機能を含み、本方法はこれらの下位機能のパラレルスケジューリングを含むことが好ましい。
1つの制御モジュール11、12、13が起動された場合、この制御モジュールはその機能を実行するためにそのコンポーネントを制御する。また、モジュール11、12、13は、自動的に非アクティブ状態に戻るように構成することができる。例えばモジュール11、12、13の機能が不要になった場合は、例えば特定の車両コンポーネント(群)からインタフェース構造20を介して受信した情報に基づき、モジュール11、12、13が自動的に非アクティブ状態に戻るように構成することができる。
したがって、使用中、制御装置1はさまざまな電力を、機能(すなわち、対応する制御モジュール11、12、13)が依存する状態変数によってのみ規定される別個の実体として扱う。すなわち、機能「e-ドライブ」は変数「駆動力」によって駆動され、機能「充電」は変数「充電状態」によって制御される。各機能(すなわち、対応する制御モジュール11、12、13)には優先順位が与えられている。各機能(すなわち、制御モジュール11、12、13)は(スケジューラ2によって指示されると)その入力変数をチェックし、機能の実行を要求している機能(制御モジュール11、12、13)のうち最も高い優先順位を有する機能が実行される。例えば、e-ドライブ制御モジュールがアクティブであり、充電状態(SOC)がハイであり、かつe-ドライブ制御モジュールの優先順位が充電制御モジュール11より低い場合は、SOCが特定の限界値未満に下がるまで機能「充電」は実行されない。それまでは、e-ドライブ制御モジュールが制御を占有する。SOCが特定の臨界値未満に下がると、より高い優先順位を有する充電制御モジュール11が制御を要求し、「e-ドライブ」に割り込み、これによってシステムの制御権を取得する。このように、仮想機能は再利用可能であり、最大限に直交する。制御モジュール11、12、13の優先順位は必ずしも静的ではなく、リアルタイムで変更することもでき、例えば他のソフトウェア要素(熱バッファ関連の制御要素など)によって変更することもできる。
例えば、上記のように、使用中、本方法は、車両上で利用可能な熱エネルギーバッファの評価を含むことが好ましい。この場合、制御モジュール11、12、13の優先順位はそれぞれの熱バッファに関連する熱需要に少なくとも部分的に依存させる。
使用中、例えば、制御装置1の主スケジューリング部2、11、12、13は、制御ツリーの1つの分岐(図3を参照のこと)を表すことができるエネルギーバッファ「バッテリ」を表す/に関連させることができる。上記のように、さまざまなエネルギーバッファ、例えば排気後処理システムの熱バッファ、をハイブリッド車両上で利用できる。上で説明したように、さまざまなバッファが互いに(例えばモデル/マッピング機能を介して)連係するように制御装置1を構成することが好ましい。一実施形態においては、上記の制御システムをエネルギーおよび動力中心にすることができるので、エネルギーまたは動力を扱う何れの車両システムでもこのような制御装置1によって制御し、さまざまなシステム間の連係を可能にすることもできる。例えば、制御装置1によって(対応する制御モジュールを介して)提供される仮想機能「e-ドライブ」は、エネルギー源(排気ガス)を排気触媒ブリックから除去することができる。このような方法で、優先順位の変更(適応型優先順位付け)によって、またはより高い優先順位を有する機能を始動させることによって、排気低減および酸化能力を維持する機能を促進することもできる。
本システムおよび方法においては、特に制御モジュール11、12、13(またはそれぞれの機能)自体に優先順位が付けられ、制御モジュール間または機能間の遷移には優先順位は付けられない。したがって、極めて直交的な、モジュール式システムおよび方法が提供され、自律的に動作する制御モジュール11、12、13同士が重なり合わず、それぞれの仮想機能同士が仮想状態空間内で重なり合うこともない。
上の例は、動力分配用のミューテックススケジューラ2を含む制御装置1に基づく。すなわち、何れの時点においても、機能ツリー内の1つの仮想機能のみが制御権を取得しうる。利用可能な別の種類の動力分配(スケジューリングアルゴリズム)は、共用動力分配である。これが可能であるのは、機能「回生」および「油圧制動」の場合であり(図3を参照のこと)、何れの動力要求もこれら2つの機能間で共用しうる。共用とミューテックスの間の違いにもかかわらず、システムは機能的には同様である。本実施形態では、ハイブリッド車両の電力関連機能をスケジューリングするための他の1つ以上のスケジューリング方法をさらに設けることができる。
また、本制御装置1および対応する制御方法の利点は、ハードウェアからの独立性を提供できる点である。本実施形態においては、制御装置1のレイアウトは同じままで、さまざまなハイブリッド車両(例えば、さまざまな製品、さまざまなハイブリッド車両モデル、さまざまなハイブリッド種別)に対応でき、インタフェースシステムの変更のみで、制御装置1はさまざまな車両を制御できるようになる。
例えば、一実施形態においては、制御装置の仮想機能レベルからの出力は(図3に図示のように)「動力」である。これらの抽象的な信号を車両の物理的ハードウェアにマッピングすることができる。「ブースト」および「充電」などの抽象的概念を用いることによって、多種多様な車両を本実施形態によって提供される1つの高水準制御システムによって制御しうる。これらの出力をハードウェアインタフェース層(HIL)20によって特定のハードウェア構成にマッピングすることができる。この層20は、高水準信号をコンポーネント固有の信号に翻訳する。例えば、ハイブリッド車両の種類ごとに専用のデータ翻訳インタフェース(ハードウェアインタフェース層;HIL)20を設けることによって、制御装置1をその車両と連係させることができる。HIL20は、特に、標準化されたインタフェースをハードウェアに提示する。
さらに、制御装置1のレイアウトはモジュール式設計であるので、制御装置への電力関連機能の追加または除去を簡単な方法で行うことができるため、異なる(多い、または少ない)電力関連機能を有する車両との動作に対応できる。
例えば、上記および図2〜3のように、エネルギー経路をインタフェース20を介して提示するように、本実施形態のハイブリッド車両制御を構成することができる。例えば、車両からの充電要求はインタフェース20によって受け取られる。この要求は、車両の運動エネルギーの要求(増加または低減)およびバッテリ充電の要求(増加または低減)を含むことができる。これらの要求を経路にマッピングすることによって、エンジン−車両(駆動要求)、およびエンジン−電気機械−バッテリ(充電要求)の経路に沿って動力要求を伝搬し戻すように、本システムを構成することができる。この経路に沿って、コンポーネントの動力要求を判定し、必要であれば、コンポーネントの限界値に加算および削減する。次に、これらの動力要求は、パワートレインの特定のコンポーネントまで送られる。上記のように、これらの経路は、優先順位の割り込み、およびカスケードからの自己制限型動力制限を伴う、共用または相互排他的セマフォを有しうる。
本実施形態は、燃料効率を、例えばエネルギーバジェットの均衡化によって、提供することができる。制御装置は、特に、アーキテクチャから独立している。インタフェース層20によって制御装置1の標準化を提供できるので、制御装置1によって制御される車両ハードウェアを変更する必要がない。制御装置1がモジュール式構造であるため、機能を制御装置の有効処理能力および車両の仕様に簡単に適合化させることができる。また、さまざまな仮想機能の優先順位の局所性により、制御装置の実施形態の較正をより正確に、かつ簡単な方法で、行うことができる。さらに、標準構造をモジュール式設計に用いることによって、製造コードを生成する手間を減らすことができる。
図5の実施形態では、図1の実施形態と異なり、車両(または車両システム)に少なくとも1つの冷蔵ユニットRがさらに設けられる。このユニットは電気的に作動可能であり、システムの少なくとも1つの貯蔵室、例えば、輸送用貯蔵コンテナ、トレーラのトレーラ室、または別の冷却対象空間、を冷却するように構成される。一例として、車両は、トレーラを輸送するためのトラックを含む。特に、貯蔵室は、運転室と異なり、比較的低い温度、例えば10℃未満の温度、に冷却できる。一例として、冷蔵ユニットRは、その動作中に、パワートレインによって生成された少なくとも10kWのエネルギーを消費するように構成することができる。さらに別の実施形態においては、冷蔵ユニットRの能力は、例えば貯蔵室の中身(例えば食料品)を冷凍するために、貯蔵室を0℃未満の温度に冷却できるようになっている。また、例えば、貯蔵室の中身を0℃より少し高い温度に維持する必要がある場合は、貯蔵室を0〜5℃の範囲内の温度に冷却するように冷蔵ユニットRを構成することができる。
特に、一実施形態によると、冷蔵ユニットRは、第1の最大消費電力容量(例えば少なくとも10kW)を有することができ、ハイブリッドドライブトレーンの電動機EMGは第2の最大消費電力容量(例えば45kW)を有することができる。このような場合、本発明では、ハイブリッドドライブトレーンの最大電力送出容量(例えばバッテリBが送出できる最大容量)を全ての車両コンポーネントの最大消費電力容量の合計(具体的には、主に電動機EMGおよび冷蔵ユニットRの最大消費電力容量を含む)より低くすることができる。特に、一実施形態によると、冷蔵ユニットRの最大消費電力容量をハイブリッドパワートレインの最大電力送出容量の約20%より大きくすることができる。また、ハイブリッド駆動電動機EMGの最大消費電力容量を最大電力送出容量の80%より大きくすることができる。
冷蔵ユニットRは、当業者には理解されるように、周知の圧縮器・蒸発器式にすることができ、冷媒流体を圧縮するための1つ以上の電動コンプレッサCOを含むことができる。1つ以上のコンプレッサCOは電気エネルギーのみを動力源にすることが好ましい。また、冷蔵ユニットRは、他のコンポーネントを含むことができ、例えば、冷媒の熱を環境に逃がす熱交換器と熱交換器に沿って空気を吹きかけるファンFとを含むことができる。1つ以上のコンプレッサCOおよび随意使用の1つ以上のファンFを駆動するために、1つ以上の電動機EMを設けることができる。これらの電動機EMの各々を直流(DC)駆動式電動機にすることができるが、ただし、各冷蔵ユニットの電動機は交流(AC)駆動式であると都合がよい。後者の場合、冷蔵ユニットRは、冷蔵ユニットRの少なくとも1つの電動機EMを駆動するために、直流を交流に変換するように構成されたインバータINVを1つ以上備えることが好ましい。例えば、図5の実施形態において、車両システムは、それぞれ別の電動機・インバータ組み立て体によって駆動されるファンとコンプレッサCOとを有する冷蔵ユニットRを備える。
また、図5の実施形態は、電気エネルギーを生成するように構成された、車両システムを駆動するためのハイブリッドパワートレインE、EMG、Bを備える。パワートレイン自体は、図1〜4に関して上で説明した実施形態と同じ構成にすることができる。
図5のように、冷蔵ユニットRは、ハイブリッドパワートレインによって生成された電気エネルギーのみを動力源にできると都合がよい。本実施形態においては、この目的のために、冷蔵システムRの電動機/インバータEM/INV組み立て体が直流をバッテリBから受電できる(矢印Z1で示す)ように、および/または電動機/発電機EMGの電力回生装置から受電できる(矢印Z2で示す)ように、冷蔵ユニットRの電力入力がパワートレインの電力出力に結合されている。さらに、ハイブリッドパワートレインの他のコンポーネント、例えば、随意使用の制動力回生装置、から供給される電力を冷蔵ユニットRの動力源として使用することができる。冷蔵ユニットRは、ハイブリッドパワートレインの電力出力にさまざまな方法で結合でき、例えば、適切な電気配線または電力バスを介して、あるいは分離可能な方法で、あるいは当業者であれば理解されるような別の方法で、結合することができる。
好適な一実施形態においては、ハイブリッドパワートレインによって生成された電気エネルギーの可用性に応じて少なくとも1つの冷蔵ユニットRを制御するように構成された制御装置1がさらに設けられる。例えば、ハイブリッドパワートレインも制御するように、例えば動作中に電力を分配またはスケジューリングするように、制御装置1を構成することができる。さらに別の実施形態においては、複数の電力生成および消費機能をほぼ直交させて実施するために複数のコンポーネント(C)を制御するように構成された複数の制御モジュール(11、12、13)を備える上記のハイブリッドシステム制御装置1は、冷蔵ユニットRの動作を制御するように、あるいは冷蔵ユニットRへの一定量の電力の供給を少なくとも許可またはスケジューリングするように構成することもできる。例えば、一実施形態によると、図2〜3に模式的に示されている制御装置は、少なくとも1つの冷蔵ユニットRの動作をスケジューリングするように構成することもできる。この場合、パワートレイン制御装置および冷蔵制御装置によって電力を調整することができる。これらの制御装置は、当業者であれば理解されるように、同じ物理的制御装置に実装されなくてもよい。
本制御システムにおいては、冷蔵ユニットRへの電力の割り当てを制御する1つ以上の追加機能/モジュール162、165を、ハイブリッド制御ツリーに隣接させて、追加することができる。追加の冷蔵装置制御モジュール162、165にそれぞれ優先順位を割り当てることができ、場合によってはトレーラを表す熱バッファに接続することができる。例えば、緊急条件下(例えば、積荷が腐食しうる条件下)においてこの冷蔵システムRに優先権が与えられるように、相対的に高い優先順位を有する緊急冷蔵機能162を追加することもできる。この一例を図6の実施形態に関して説明する。
図6の実施形態の基本的レイアウトは、図3の実施形態と同じである。例えば、制御装置101は、複数の制御モジュールのうちの1つの機能を相互排他的に実行させることができるミューテックススケジューラ102を含むことができる。一例として、これらの制御モジュールとして、最も高い優先順位を有する回生モジュール113、回生モジュール113より低い優先順位を有する充電モジュール111、充電モジュールより低い優先順位を有するブーストモジュール112、充電モジュールより低い優先順位を有するe-ドライブモジュール1134、および、例えば、最も低い優先順位を有する車両スタンバイモード用のスタンバイモジュール115を含むことができる。
また、例えば、制御装置101の階層に、さまざまな機能161、162、102、164、165を並列にスケジューリングするように構成された、ミューテックススケジューラ102の上に位置するパラレルスケジューラ101Aを含めることができる。これらの機能として、車両の一次安全条件のチェック/検証、および/またはシステム障害の検出を行う一次安全機能161と、ミューテックススケジューリング機能/モジュール102と、車両の各種二次的電装品、例えば照明、への電力供給用の二次電力モジュール162とを含むことができる。この場合、安全機能161は最も高い優先順位を有し、二次電力モジュール162はパワートレインのミューテックススケジューラ102より低い優先順位を有する。パラレルスケジューラ101Aは、使用可能なエネルギーによっては、複数の「下位」モジュール161、162、102、164、165のうちのいくつかを同時に実行させることができる。この場合、使用可能電力の分配は、最も高い優先順位を有するモジュール161から優先順位が最も低いモジュール165に向けて行われる。この場合、あるモジュールが受電できるのは、それより高い優先順位を有する全てのモジュールにそれぞれの要求電力が全て分配された場合に限られる(例えば、二次電力モジュール162に電力が許容されるのは、一次安全モジュール161とミューテックススケジューラ102とにそれぞれの電力バジェットがパラレルスケジューラ101Aによって許容された後に限られる)。
図6の実施形態では、図3の実施形態と異なり、動作中に冷蔵ユニットRの起動を許可するか否か、あるいはその程度、が冷蔵装置の優先順位によって決まるように、各冷蔵ユニットRに少なくとも1つの冷蔵装置優先順位を対応付けるように制御装置101が構成される。例えば、通常冷蔵条件に関連する第1の冷蔵モジュール(機能)165に通常冷蔵優先順位を対応付け、通常冷蔵優先順位より高いハイブリッドパワートレイン優先順位をハイブリッドパワートレインのミューテックススケジューラ102に対応付けるように制御装置1を構成することができる。さらに、緊急冷蔵条件に関連する第2の冷蔵モジュール(機能)162にハイブリッドパワートレイン優先順位102より高い緊急冷蔵優先順位を対応付けるように制御装置101を構成することができる。図6のように、第1の冷蔵モジュール165および緊急冷蔵モジュール16のスケジューリングもパラレルスケジューラ101Aによって行われる。ここで、第1の冷蔵モジュール165の優先順位は、例えば最も低く(二次電力機能より低く)、緊急冷蔵モジュール162の優先順位は、安全モジュール161とパワートレインミューテックススケジューラ102の間である。
したがって、車両のパワートレインの制御と(例えばトレーラの)冷蔵の制御との組み合わせが提供される。
本実施形態の動作中、冷蔵が不要な条件下においては(冷蔵システムRはスコープを要求しないので)、図1〜4の実施形態に関して上で説明したようにハイブリッド制御101を実行することができる。
一実施形態において、第1の「通常」冷蔵機能165がスコープに入ると、すなわち冷却対象室内の条件が冷却を必要とすると、例えば貯蔵室内の温度が上限に達したことをセンサが検出すると、ハイブリッド機能が一切使用されていない場合は、冷蔵機能165へのエネルギーの割り当てを、その要求および可用性に応じて、行うことができる。これにより、一般に、電気システム(すなわち、安全機能161および二次電力機能164を含むシステム)はこれらの条件下において通常軽負荷であるので、通常冷蔵機機能165の完全実施が可能になる。
通常冷蔵機能165がスコープ内に入ったときに、電力消費ハイブリッド機能112、114(例えばブーストまたはe-ドライブ)のうちの1つが既に動作中であり、バッテリBから電力を引き出している場合もある。これらのハイブリッド機能(すなわち、それぞれのミューテックススケジューラ102)の優先順位は通常冷蔵機能165より高いので、これらのハイブリッド機能は、該当するエネルギー経路上のコンポーネント限界によって制限される使用可能電力を優先的に受電する。通常冷蔵機能165は残りの使用可能バッテリ電力を使用できるが、ハイブリッド機能の動作により、この電力量は一般には、特に冷却フェーズ中においては、最早十分ではない。この条件下において通常冷蔵機能165が残りの電力量をコンポーネント限界内でできる限り多く利用できるように、制御システム101を構成する。通常冷蔵機能165が既に動作中のときに電力消費ハイブリッド機能112、114(例えばブーストまたはe-ドライブ)のうちの1つがスコープに入った場合も、同様の電力スケジューリングを適用することができる。
さらに、例えば、電力を生成するために電力生成ハイブリッド機能のうちの1つ(例えば充電または回生機能)が既に動作中のときに通常冷蔵機能165がスコープに入る場合もありうる。このような場合は、例えば、生成(回生)された電力の一部をバッテリBの充電に使用可能にし、生成(回生)された電力の一部を冷蔵システムRに使用可能にすることができる。通常冷蔵機能165が既に動作中のときに電力生成機能のうちの1つがスコープに入った場合も同様の電力スケジューリングを適用することができる。
何れの場合においても、通常冷蔵機能165への電力供給をその電気エネルギーバジェットによって制約することもできる(上記も参照のこと)。
図6の実施形態の動作中、使用可能電力が冷蔵対象の貯蔵室内における所望の温度レベルの維持に不十分であると分かった場合は、ハイブリッド機能(すなわちミューテックススケジューラ102)より高い優先順位を有する緊急冷蔵機能162を自動的に有効にすることができる。この場合は、電力を最初に冷蔵機能に送ることによって、この機能の信頼性を保証する。ハイブリッド機能は、残りの電力を使用できる。したがって、ハイブリッド機能は部分的に維持される。さらに別の実施形態においては、制御をより精細化するため、冷蔵機能とハイブリッド機能とに、例えばそれぞれの電力要求の比率に応じて、電力の比例割り当てを行う比例パラレルスケジューラを用いることもできる。
さらに別の実施形態によると、電気エネルギーバジェットによって通常冷蔵機能165が抑制されるように、制御装置101の構成をエネルギーに基づき行うことができる(上記も参照のこと)。このバジェットは、例えば、充電および回生機能(111、113)からの最適なエネルギー可用性に基づき、または別の方法で、規定することができる。このように構成すると、通常冷蔵機能165のバジェットが使い果たされたときに、通常冷蔵機能165に割り込みがかかる。これにより、実際の走行条件下で車両全体の燃費を最適に維持することができる。例えば、冷蔵対象室の中身(例えばトレーラの積荷)が腐る恐れがある場合は、エネルギーバジェットによって制限されない緊急冷蔵機能162が制御装置101によって起動される。これにより、車両の燃料効率は下がるが、積荷の腐敗による収益損失は避けられる。
また、一実施形態によると、冷蔵温度と、積荷と、燃料効率との間の妥協点を均衡させるために、さらなる冷蔵機能を中間の優先順位レベルに挿入することもできる。
特定の用途においてドライバビリティのために上記の妥協点が受け入れられない場合は、所望の妥協点を得るために、ハイブリッド機能の分岐内のさまざまな個所に冷蔵機能を挿入することもできる。一例を図7に示す。
図7の実施形態では、図6の実施形態と異なり、ミューテックススケジューラ102は第2の通常冷蔵機能114aとe-ドライブ機能114bとを並列にスケジューリングするように構成された第2のパラレルスケジューラ114’を含む。したがって、この第2のパラレルスケジューラ114’とその一連の機能114a、114bとが図6の実施形態のe-ドライブモジュール114に取って代わる。特に、本実施形態においては、第2の通常冷蔵モジュール114aは、e-ドライブモジュール114bより優先される。したがって、第2のパラレルスケジューラ114’がe-ドライブを許可するのは、例えば、極めて低い車両速度時に、通常冷蔵機機能114aがその目的のためのエネルギーを十分に残している場合、および/または第2の通常冷蔵機機能114aが(多くの)電力を必要としない場合(すなわち、貯蔵室が冷却を必要としない場合)、に限られる。
さらに別の実施形態によると、通常冷蔵機能がパワートレインの特定の状態(トルク、速度、回生制動)にも対応でき、ハイブリッドシステムの効率が比較的高い状況下でのみ起動されるように、制御装置を構成することができる。この目的のために、例えば、システムの効率を検出または判定するように制御装置1を構成することができる。
また、一実施形態によると、さまざまな機能の優先順位が静的である必要はなく、動的な優先順位(例えば、ある機能の開始遅延、または優先順位の衝突)も可能である。
さらに別の実施形態においては、動作中にパワートレインの平均消費電力を上回る電力を必要とする将来の走行条件を推定または判定するように制御装置101を構成することができる。この場合、このような走行条件に遭遇する前に貯蔵室の追加冷却をもたらすために冷蔵ユニットRを起動するように制御装置101を構成する。
例えば、車両制御システムが利用できる特定の情報に基づき、特に走行条件に関する適応/予測情報に基づき、冷却対象の貯蔵室の予測冷却を行うことが可能である。これは、例えば、車両が上り坂を長時間走行するとき、走行のために電力を長時間必要とするときに、貯蔵室内の温度が限界を超えないことを保証するために行いうる。制御システム101は、次に「予冷」機能を実行する。非限定的な例として、制御システム101は、将来の走行条件を予測するために、全地球測位システム(GPS)データを利用できる。
さらに他の複数の実施形態においては、ハイブリッド制御システムを冷蔵機能と同じ制御装置に実装する必要はなく、ハイブリッド機能を明示的に、またはその全体を、優先順位ツリーに実装する必要はない。図8は、アドオンシステムを模式的に示す。このシステムにおいては、既存のハイブリッド制御装置は(例えば、図3に示す制御装置のレイアウトとは異なるレイアウトを有し)、優先順位スケジューリング機能を提供する優先順位スケジューラ202と冷蔵機能制御モジュール265とを備える追加の制御装置201と情報を交換しうる。この場合、追加の制御装置201の優先順位スケジューラ202を既存のハイブリッド制御装置HCのマスターにし、冷蔵機能265より上位のマスターにすることができる。追加の制御装置201の優先順位スケジューラ202は、適切な通信線または通信網280を介して、制御情報をハイブリッド制御装置に送り、ハイブリッド状態情報をハイブリッド制御装置から受け取ることができる。また、優先順位スケジューラ202と1つ以上の冷蔵制御モジュール265との間では内部通信281も利用可能である。
本発明は車両システムを提供し、冷蔵システムに電力を供給するための(高コストおよび重量の増加をもたらす)追加の発電機または発電機セットの使用を単純かつ効率的に省くことができる。本発明の基本的な考え方は、電力を(追加の燃焼機関を含む追加の発電機を使用せずに)冷蔵システムRに供給するためにハイブリッドパワートレイン電気システムを使用することである。また、この方法により、特に冷蔵システムRをパワートレインの電力およびエネルギー管理に統合することによって、システム全体の最適化を達成でき、高エネルギー効率をもたらすことができる。特に、冷蔵ユニットは、電気的にのみ動力が供給され(すなわち、電力によってのみ動作/機能し)、例えば、1つ以上の電気モータEM以外の駆動手段を含まない。例えば、冷蔵ユニットの1つ以上のコンプレッサCO(すなわち、対応する電動機EM)は、パワートレインの少なくとも1つの電荷蓄積部B、パワートレインの少なくとも1つの電動機/発電機EMG、およびパワートレインの少なくとも1つの電気回生装置のうちの1つ以上からのみ受電できる(他の動力源からは受け付けない)。
さらに、従来型車両システムにおいては、パワートレインおよび従来型冷蔵システムは、個々のニーズに基づき寸法設計されるため、コンポーネント寸法が大きくなる。本発明の実施態様に従うと、個々のシステムの電力要求を「インターリーブ」させうるので、複数の制御システムを結合または統合でき、コンポーネントを共用化できるので、全出力を各システムに個別に供給するように各コンポーネントを寸法設計する必要がない。
例えば、従来型システムにおいては、ハイブリッドパワートレインは最大電力量を出力でき(例えば、最大45kWを送出できるバッテリBを有する)、パワートレインの電動機EMGは第1の最大電力量(例えば45kW)を使用でき、独立の従来型冷蔵システムは動作中に相対的に高い第2の電力量(例えば10kW)を必要とするため、結果として第2の電力量を独立の発電機(例えばディーゼル発電機)によって供給する必要がある。
本発明の複数の実施形態に従うと(図5〜8を参照)、ハイブリッドパワートレインは特定の最大電力量(例えば45kW)を依然として供給でき、パワートレインの電動機EMGは特定の最大電力量(例えば45kW)を使用でき、従来型冷蔵システムは動作中に大量の電力(例えば少なくとも10kW)を依然として必要としうる。このような場合は、特に、システムのさまざまな機能に(制御装置によって)実際に許容または割り当てられる電力量が使用可能な最大電力量を決して超えないように、上で説明したように、使用可能電力をパワートレインの電動機EMGと冷蔵システムRとの間でそれぞれのニーズに応じてエネルギー効率の良い方法で、例えばそれぞれの優先順位によって、および/またはエネルギーバジェットに基づき、分配するように制御装置1、101を構成する。例えば、本発明は、冷却室に所望される冷却を行うために十分なエネルギーを供給するための追加の発電容量を追加することなく、既存のハイブリッド車両に実装することができる。
本発明の例示的実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者は、特許請求の範囲に定義されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更または修正を行いうる。
本願において、用語「備える/含む(comprising)」は他の要素またはステップを排除するものではないことを理解されたい。さらに、用語「1つの(aおよびan)」は複数を排除するものではない。請求項における1つまたは複数の参照符号は何れも、特許請求の範囲を限定するものとは解釈されないものとする。さらに、単一の制御装置、プロセッサ、または他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されているいくつかの手段の機能を満たしうる。
Claims (28)
- 車両システムであって、
−電気エネルギーを生成するように構成された、前記車両システムを駆動するためのハイブリッドパワートレイン(E、EMG、B)と、
−前記システムの少なくとも1つの貯蔵室を冷却するように構成された、電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニット(R)とを備え、
前記冷蔵ユニット(R)は、前記ハイブリッドパワートレインによって生成された電気エネルギーを動力源とする、車両システム。 - 前記貯蔵室は前記車両システムの運転室とは異なり、前記電気的に作動可能な冷蔵ユニット(R)は好ましくは前記貯蔵室を10°C未満の温度に冷却するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムは、前記ハイブリッド車両システムの複数の電力生成および/または消費コンポーネントを制御するように構成された制御装置(1)を備え、前記制御装置は好ましくはモジュール式制御装置であり、好ましくは、前記さまざまな制御モジュールがそれぞれの機能の実行要求を同時に示すことができるように構成される、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記制御装置(101)は、複数のそれぞれの電力生成および消費機能を実施する前記複数のコンポーネント(C)を制御するように構成された複数の制御モジュール(11、12、13)を備えるモジュール式制御装置であり、各制御モジュール(11、12、13)にそれぞれ1つ以上の入力変数が対応付けられる、請求項3に記載のシステム。
- 前記制御装置は充電機能を制御するための制御モジュール(11)を備える、請求項4に記載のシステム。
- 前記制御装置はブースト機能を制御するための制御モジュール(12)を備える、請求項4または5に記載のシステム。
- 前記制御装置は電力の回生を制御するための制御モジュール(13)を備える、請求項4乃至6の何れか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置はe-ドライブ制御モジュールを備える、請求項4乃至7の何れか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置(1)は、前記制御モジュール(11、12、13)の各々にエネルギーバジェットを割り当て/対応付け、ある機能がそのエネルギーバジェットの少なくとも一部を使い果たした場合はその機能の使用可能エネルギー量を変更するように構成される、請求項4乃至8の何れか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置は、前記制御モジュール(11、12、13)に互いに異なる優先順位が対応付けられるように構成され、前記制御モジュール(11、12、13)の各々はそれぞれ1つ以上の入力変数に応じて前記それぞれの機能の実行を要求するように構成され、前記制御装置(1)は、複数のモジュール(11、12、13)がそれぞれの機能の実行を要求している場合は、機能の実行を要求している制御モジュールのうち最も高い優先順位を有する制御モジュールにその機能の実行を許可するように構成され、前記制御装置(1)は前記少なくとも1つの冷蔵ユニット(R)の動作をスケジューリングするようにさらに構成される、請求項4乃至9の何れか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置(1)は、動作中に冷蔵ユニット(R)の起動を許可するか否か、またはその程度、が冷蔵装置の優先順位によって決まるように、各冷蔵ユニット(R)に少なくとも1つの冷蔵装置優先順位を対応付けるように構成される、請求項3乃至10の何れか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置(1)は、通常冷蔵条件に関連する第1の冷蔵機能に通常冷蔵優先順位を割り当て、ハイブリッドパワートレイン優先順位をハイブリッドパワートレインのミューテックススケジューラ(102)に割り当てるように構成され、前記通常冷蔵優先順位は前記ハイブリッドパワートレイン優先順位より低い、請求項11に記載のシステム。
- 前記制御装置(1)は、緊急冷蔵条件に関連する第2の冷蔵機能に緊急冷蔵優先順位を割り当てるように構成され、前記緊急冷蔵優先順位は前記ハイブリッドパワートレイン優先順位より高い、請求項12に記載のシステム。
- 前記制御装置は、複数の電力関連機能のスケジューリングを行うスケジューラ(102)を備える、請求項3乃至13の何れか1項に記載のシステム。
- 前記スケジューラはミューテックススケジューラである、請求項14に記載のシステム。
- 前記電力関連機能のうちの1つは、通常冷蔵機能(114a)とパワートレイン関連機能(114b)、例えばe-ドライブ機能、とをスケジューリングするように構成されたパラレルスケジューラ(114’)を有する、請求項14または15に記載のシステム。
- 前記ハイブリッドパワートレインの最大電力送出容量は、前記パワートレインによって生成される電力を動力源とする前記車両コンポーネントの全ての最大消費電力容量の合計より小さく、前記制御装置(1;101)は、実際に許容または割り当てられる電力量が前記使用可能な最大電力量を決して超えないように、前記さまざまな車両コンポーネントに電力を許容または割り当てるように構成される、請求項3乃至16の何れか1項に記載のシステム。
- 前記冷蔵ユニット(R)の少なくとも1つの電動機を駆動するために直流を交流に変換するように構成された少なくとも1つのインバータ(INV)を備える、先行請求項の何れか1項に記載のシステム。
- 前記冷蔵ユニットは、その動作中に前記パワートレインによって生成された少なくとも10kWのエネルギーを消費するように構成され、好ましくは、前記貯蔵室を10℃未満の温度に冷却するように構成される、先行請求項の何れか1項に記載のシステム。
- 前記貯蔵室は輸送用トレーラのトレーラ室である、先行請求項の何れか1項に記載のシステム。
- 前記冷蔵ユニット(R)は冷媒流体を圧縮するための電動コンプレッサ(CO)を備え、前記電動コンプレッサ(CO)は、動作中に、
−前記パワートレインの少なくとも1つの蓄電池(B)、
−前記パワートレインの少なくとも1つの電動機/発電機(EMG)、および
−前記パワートレインの少なくとも1つの電気回生装置、のうちの1つ以上から受電する、先行請求項の何れか1項に記載のシステム。 - 車両システム、例えば先行請求項の何れか1項に記載のシステム、であって、
−電気エネルギーを生成するように構成された、前記車両システムを駆動するためのパワートレイン(E、EMG、B)と、
−前記システムの少なくとも1つの貯蔵室を冷却するように構成された、電気的に作動可能な少なくとも1つの冷蔵ユニット(R)とを備え、
前記冷蔵ユニット(R)は、前記パワートレインによって生成された電気エネルギーを動力源とすることができ、前記システムは、動作中にパワートレインの平均消費電力を超える消費電力を必要とする将来の走行条件を推定または判定するように構成され、前記システムは、そのような走行条件に遭遇する前に前記貯蔵室に追加冷却を施すために前記冷蔵ユニットを起動するように構成されることを特徴とするシステム。 - 前記制御システム(101)は、前記将来の走行条件を予測するために全地球測位システム(GPS)データを利用するように構成される、請求項22に記載のシステム。
- ハイブリッド車両システムにおいて電力を分配する方法であって、先行請求項の何れか1項に記載のシステムを利用するステップを含み、特に前記冷蔵ユニットは電気的にのみ動力供給が可能である、方法。
- 少なくとも1つの貯蔵室を冷却するために、ハイブリッドドライブトレーンによって生成された使用可能電力の少なくとも一部を少なくとも1つの電気的に作動可能な冷蔵ユニット(R)に分配するために、複数の車両機能に割り当てられた優先順位に基づき前記複数の車両機能のスケジューリングを行うステップを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記貯蔵室は10℃未満の温度に冷却される、請求項24または25に記載の方法。
- 特に、請求項3乃至17の何れか1項に記載のシステムの制御装置を提供するために、機械によって実行されたときに、請求項24乃至26の何れか1項に記載の方法を前記機械に実施させるように構成されたデジタル機械可読命令、特にソフトウェアコード。
- 少なくとも1つの冷蔵ユニット制御モジュール(162,165;114a)が前記機械可読命令に埋め込まれる、請求項27に記載のデジタル機械可読命令。
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