JP2012502832A - 自動車内の原動機駆動装置の設定方法 - Google Patents

Abstract

それらの駆動トルクが別々に設定可能な少なくとも２つの駆動ユニットを備えた自動車内の原動機駆動装置の設定方法において、消費量最適化トルク分配を決定するために、複数の異なる分配の駆動トルクに対して駆動ユニットの個別消費量の和が決定され且つ前記個別消費量の和から消費量最適値が決定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の自動車内の原動機駆動装置の設定方法に関するものである。

独国特許出願公開第１０２００４０４９３２４号明細書から、原動機駆動装置として、それを介してそれぞれ駆動トルクを提供可能な電動機および内燃機関を含むハイブリッド駆動装置を備えた自動車における走行動特性の操作／制御方法が既知である。電動機と内燃機関との間のトルク分配は多段階方法において決定され、この方法において、原動機パラメータおよび操作限界並びに走行動特性機能が考慮される。

独国特許出願公開第１０２００４０４９３２４号明細書

この背景技術から出発して、本発明の課題は、自動車内の少なくとも２つの駆動ユニットを備えた原動機駆動装置内において駆動トルクを消費量最適に分配することである。

この課題は、本発明により、請求項１の特徴により解決される。従属請求項は目的に適った変更態様を与える。

本発明による方法は、別々に設定可能な少なくとも２つの原動機駆動ユニットを備えた自動車内の原動機駆動装置を前提とする。少なくとも２つの駆動ユニット間において消費量最適化トルク分配を決定するために、はじめに、複数の異なる分配の駆動トルクに対して駆動ユニットの個別消費量の和が決定される。それに続いて、個別消費量の和から付属のトルク分配を有する消費量最適値が決定される。

この方法においては、異なる分配の駆動トルクを有する種々の運転点が決定され且つ各トルク組み合わせに対して個別消費量の和から全消費量が決定されることにより、少なくとも２つの原動機駆動ユニットに対する自由に選択可能な数の種々の運転点から、実際の走行状況に対する駆動ユニット間の消費量最適化トルク分配が決定可能である。種々の運転点に対する全消費量の比較により、駆動ユニット間の付属のトルク分配を有する最も好ましい全消費量が特定可能である。

この方法の利点は、車両内部の種々の特性変数および境界条件並びに周囲条件が考慮可能であるので、特に、方法のフレキシビリティが大きいことにある。本方法は、自動車の走行運転中に実際の車両内部条件および車両外部条件を考慮して消費量最適値が決定されるオンライン運転に対して適していることが好ましい。

本発明による方法は、種々のタイプの駆動ユニットを備えた駆動装置に利用可能である。例えば、特に内燃機関および少なくとも１つの電動機からなる、異なる構成の少なくとも２つの原動機駆動ユニットを備えたハイブリッド駆動装置が考えられる。しかしながら、例えば、少なくとも２つの電動機または２つの内燃機関を組み合わせることもまた可能である。さらに、本発明による方法を、３つ以上の駆動ユニットからなる複合装置の内部における２つの原動機駆動ユニット、例えば電動機および内燃機関の消費量最適化に使用することが目的に適っており、この場合、複合装置の追加の構成部分は１つまたは複数の他の電動機であってもよい。しかしながら、基本的に、２つより多い原動機駆動ユニットからなる複合装置において、消費量最適化のために全ての駆動ユニットを本発明による方法に含めることもまた可能である。

構成の異なる２つの原動機駆動ユニットが消費量最適化に関与する場合、消費量は比較可能な単位に換算される。即ち、例えば、１つの内燃機関および１つの電動機を備えたハイブリッド駆動装置において、電動機の消費量を燃料当量に換算することが目的に適っており、燃料当量においては、電動機に給電するバッテリないしは蓄電池の化学エネルギーがバッテリないしは蓄電池の充電状態の関数としての経済係数を用いて評価される。この方法は、バッテリの化学的出力を燃料からの出力と比較することを可能にする。経済係数を介して、バッテリ内に蓄積されている化学エネルギーが、実際の充電状態の関数として異なって評価される。即ち、例えば、完全に充電されているバッテリにおいては、その中に含まれているエネルギーは好ましいものとして評価し、且つエネルギー回収過程（回生）のための新たな蓄積場所を再び提供するために、トルクに利用可能にすることが目的に適っている。この場合、化学エネルギーのより好ましい評価により、トルク分配は電動機の方向へのシフトが行われる。これに対して、バッテリの充電状態が低い場合、下限充電状態を下回ったときにおけるバッテリの不利な過放電を回避するために内燃機関を介して効率的な充電が必要となるので、バッテリ内の化学エネルギーは車両のトルクとして使用するためには比較的高価であると評価される。したがって、この場合、トルク分配は内燃機関の方向にシフトされる。

車両内部変数として、原動機固有の特性変数並びに駆動系の特性変数が考慮されてもよい。特に、走行動特性からの影響および限界が考慮される。外部影響変数として、周囲条件、例えば先行車両の位置および速度、路面上の障害物または道路コースが考慮され、これらは、例えば車間距離測定装置およびナビゲーション装置のような対応センサ装置を介して決定可能である。

駆動系内の制限として例えば伝達可能な最大駆動トルクが考慮されてもよく、１つの車軸または全ての車軸における最大許容駆動トルクが設定されることにより、これらの制限は超えられてはならない。原動機駆動ユニットは自動車の異なる車両車軸に作用することが好ましく、この場合、基本的に、共通の車両車軸に作用する駆動ユニットが本発明の方法により消費量最適に設定されてもよい。駆動ユニットが異なる車軸に作用する場合、それぞれの車軸に、ないしはそれぞれの車軸への駆動系内に、異なる大きさの最大駆動トルクが設定されても、または同じ大きさの最大駆動トルクが設定されてもよい。

トルク分配は、走行動特性制御を介して、例えば電子式安定性プログラム（ＥＳＰ）を介して設定されてもよい。走行動特性制御プログラムの係合は、例えば、原動機駆動ユニットの１つにおけるないしは１つの車両車軸への伝達可能なトルクを制限させる。この場合、駆動トルク内へのこの係合は、車両安定化ないしは車両不安定性の阻止のためのみならず、走行動特性挙動の改善、特に、例えば異なるトルク分配を介して車両のかじ取り特性が調節されることによるスポーツ的車両特性の改善のために実行されてもよい。

他の走行動特性影響変数として、車輪滑りないしはタイヤ滑りが考慮される。これは、より大きい滑りを有する車軸においてはより少ない滑りを有する車軸よりもより低い駆動トルクが伝達されるように実行可能である。さらに、駆動滑りを限界値以下に抑えるために、駆動トルクの低減が考慮される。

各駆動ユニットへの駆動トルクの分配は、値０と当該駆動ユニットの最大駆動トルク値との間で行われることが好ましく、この場合、値０は例えば駆動系内の遮断により、特にクラッチ要素の開放により設定される。

他の利点および目的に適った実施形態が、その他の請求項、図面の説明および図面から得られる。

図１は、ハイブリッド駆動装置を備えた車両を略図で示し、ここで、さらに、駆動トルクを、ハイブリッド駆動装置の内燃機関および電動機に分配するためのブロック回路図が示されている。 図２は、内燃機関および電動機の個別消費量から構成されている全消費量を評価するためのブロック回路図を示す。

図１に示された自動車１は内燃機関３並びに電動機７を含むハイブリッド駆動装置を有し、この場合、内燃機関３および電動機７の駆動トルクは相互に別々に設定可能である。内燃機関３は、その駆動トルクを、設定可能なクラッチ４および変速機５を介して自動車の前車軸２に出力する。電動機７は後車軸６に作用する。図示の実施例においては他の駆動ユニットは設けられていない。

車両は車両制御装置を備えていることが目的に適っている。車両制御装置は特に走行動特性制御（ＥＳＰ）を備えた電子式ブレーキ装置を有している。ブレーキ・トルクは車輪ごとに制御可能であり、この場合、ブレーキ装置は、利用可能なセンサ・データから、各車輪に対して実際に伝達可能なタイヤフォースを計算する。センサ・データから、車軸ごとに伝達可能な最大ないしは最小総トルクが決定可能である。ブレーキ装置はそれぞれトルク上昇係合またはトルク低下係合を介してそれぞれの車軸駆動装置に作用し、これにより、走行動特性が危険な走行状態の場合に車両の安定性を復元ないしは保持可能である。

車両は１つの制御／操作装置を備えているか、ないしは種々の個別制御／操作ユニットを備え、これらの個別制御／操作ユニットは全体として制御／操作装置を形成し、制御／操作装置内において車両固有のセンサ装置のセンサ信号が処理され且つ車両内の種々の操作ユニットを設定するための操作信号が発生される。

図１の左半分にブロック１０−１９を含むブロック回路図が示され、ブロック１０−１９は種々の機能を表わし、これらの機能を介して車両状態が調節可能である。ブロック１０によりドライバはドライバの希望トルクを設定し、ドライバの希望トルクは次のブロック１２内において、ブロック１１からブロック１２に供給される速度機能で調整され、この場合、速度機能は例えば定速走行制御（クルーズ・コントロール）機能または車間距離制御（アダプティブ・クルーズ・コントロール）装置である。

速度機能に対するドライバの希望の関係に応じてそれぞれ、ブロック１２内において全駆動トルクが決定され、全駆動トルクは入力信号としてそれに続くブロック１３に供給され、ブロック１３内において、ブロック１４と共に前車軸２における内燃機関３と後車軸６における電動機７との間のトルク分配が実行される。前車軸と後車軸との間のトルク分配は、原動機境界条件を含む駆動系からの種々の境界条件と、並びに走行動特性制御装置例えば電子式安定性プログラムＥＳＰから由来する制限と、および他の最適化方式ないしはコスト関数、特に自動車の原動機駆動ユニットの個別消費量から構成される全エネルギー消費量の最適化とを考慮する。

内燃機関３と電動機７との間の対応するトルク分配による消費量最適値を決定するために、自動車の走行運転中に最適化アルゴリズムが実行され、最適化アルゴリズムにおいて、原動機駆動ユニット間の複数の異なる分配の駆動トルクに対してそれぞれ個別消費量が決定され且つ個別消費量の和によって消費量最適値が決定される。具体的には、これは、例えば後車軸における電動機の駆動トルクが計算により最小値から段階的に上昇され且つ各トルク値に対して電動機の実際消費量が決定されるように実行される。所定の全駆動トルクとの差から内燃機関に分配されるトルク部分もまた得られるので、各反復ステップごとに内燃機関の消費量もまた決定され、これにより、計算により考察された電動機と内燃機関との間の各トルク分配において、電動機に対する個別消費量のみならず内燃機関に対する個別消費量もまた得られる。所定のトルク・ステップで電動機の駆動トルクの所定の全ての値の範囲に対して反復ループを実行し且つ内燃機関に分配されるそれぞれのトルク値を考慮したのち、各反復ステップにおける個別消費量の和から消費量最適値が決定される。これにより、同時に、この消費量最適値に付属された内燃機関と電動機との間のトルク分配が得られる。

しかしながら、トルク分配は、原動機駆動ユニット、駆動系内の伝達経路並びに実際の走行動特性から制約を受ける。さらに、車両外部の条件、例えば道路コース、走行路内の障害物または先行車両の位置および挙動もまた制約を与えることがある。このような制約は、ブロック１５および１６から、ブロック１３ないし１４による消費量最適化トルク分配の計算内に入り込み、ブロック１５および１６内において、種々の境界条件および制約が前車軸（ブロック１５）ないしは後車軸（ブロック１６）において調整される。調整ブロック１５および１６において、入力信号として、一方で、実際の消費量最適化トルク分配がブロック１３から供給され、他方で、走行動特性状態変数ないしは制約が、ＥＳＰ装置を表わすブロック１９から、並びに内燃機関ないしは前車軸伝動系の境界条件および制限（ブロック１７）ないしは電動機および後車軸駆動系の境界条件および制限（ブロック１８）を含むブロック１７および１８から供給される。調整ブロック１５内において、計算されたトルク分配の消費量最適値が実際に存在する制約に基づき実行可能ではないことが特定された場合、対応する信号がブロック１３に戻り且つそれに対応して調整ブロック１５からの入力信号を考慮して消費量最適化トルク分配の新たな計算が行われる。

最終的に制限が考慮されてトルク分配の消費量最適値が見出だされたのちに、それに対応する操作信号が、内燃機関３並びに電動機７に、および場合により前車軸および後車軸において希望されたそれぞれの駆動トルクを設定するためにそれぞれの駆動系操作ユニットに供給される。

図２は、前車軸における内燃機関の個別消費量および後車軸における電動機の個別消費量からなる実際の全消費量を評価するためのブロック線図を示す。この場合、指標“Ｃｒ”はそれぞれのクランク軸を表わし、“ＰＴ１”および“ＰＴ２”は前車軸ないしは後車軸における駆動系を表わし、および“ｎ”は全消費量を計算するための実際の反復ステップを表わす。

ブロック回路図の上側の分枝内の最初のブロック２０は、後車軸におけるクランク軸トルクＭ_{Ｃｒ＿ＰＴ２}を後車軸における対応車輪駆動トルクＭ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}に換算するためのトルク伝達関数を含む。ブロック回路図の上側の分枝内において、ブロック２０の出力側に存在する、実際の反復ステップｎの後車軸車輪駆動トルクＭ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}は、ブロックないしはステップ２１内においてドライバの希望トルクＭ_{Ｒａｄ＿Ｄｒｖ}から減算され、これにより実際の反復ステップｎの前車軸車輪駆動トルクＭ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}が得られる。前車軸車輪駆動トルクＭ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}は、他のトルク伝達関数を含む次のブロック２２内において、対応する前車軸クランク軸トルクＭ_{Ｃｒ＿ＰＴ１}に再び逆変換され、前車軸クランク軸トルクＭ_{Ｃｒ＿ＰＴ１}は、それに続いて次のブロック２３内において、内燃機関の実際回転速度ｎ＿ＰＴ１に対して、内燃機関の消費量値に変換される。

ブロック回路図の下側の分枝内において、対応する駆動トルクを形成するように電動機のバッテリから取り出されなければならない電気出力を得るために、ブロック２５内において、電動機の駆動トルクに対応する後車軸クランク軸トルクＭ_{Ｃｒ＿ＰＴ２}が電動機の実際の回転速度ｎ＿ＰＴ２と乗算される。他のブロック２６および２７内において、電動機効率η＿Ｅｌｍおよびバッテリ効率η＿Ｂａｔが考慮され、これらの効率η＿Ｅｌｍおよびη＿Ｂａｔはそれに対応して計算された出力の値を低減させる。これから得られた値は、それに続いてブロック３２内において経済係数ｋ_ｅと乗算され、これから燃料に等価の電気出力が得られ、この電気出力は、ブロック２４内において、実際の反復ステップｎに対する全消費量Ｐ_ｉｎ（ｎ）を得るために、内燃機関に対する燃料からの出力に加算される。

全消費量Ｐ_ｉｎは複数の反復ステップｎに対して決定され、この場合、各反復ステップｎは、電動機の駆動トルクＭ_{Ｃｒ＿ＰＴ２}の種々の値を表わし、したがって、ドライバの希望トルクＭ_{Ｒａｄ＿Ｄｒｖ}を考慮したとき、電動機と内燃機関との間の対応するトルク分配を表わしている。このようにして得られた全消費量値Ｐ_ｉｎの全体から、それに続いて最小値が決定可能であり、この最小値に特定のトルク比が付属され、このトルク比は内燃機関および電動機の対応操作により車両の車軸に設定可能である。

ブロック３２内において経済係数ｋ_ｅが考慮され且つ経済係数ｋ_ｅはバッテリからの化学的出力を燃料からの出力と比較可能にするが、この経済係数ｋ_ｅは、ブロック２８内において計算される。このブロック２８内に、経済係数ｋ_ｅの計算を表わす他のブロック２９−３１が含められている。はじめに、バッテリの目標充電状態ＳＯＣ_ｓｏｌｌと実際充電状態ＳＯＣ_ｉｓｔとの間の差がブロック２９内において決定される。この差の値は入力変数としてブロック３０に入力され、ブロック３０内において充電状態の差の値が増幅係数ｋ_ｉで積分され、この場合、ブロック３１内においてオフセットｋ_０が加算される。オフセットｋ_０は例えばバッテリの平衡充電状態を表わす値１とされてもよく、一方、オフセットｋ_０に対する値０は、化学エネルギーが燃料からのエネルギーと等しく評価されることを意味する。ブロック３０内の積分器は、制御偏差の期間を考慮するために記憶の方式で作用する。バッテリの放電過程および充電過程が釣り合っている場合、値は均等化されている。これに対して、例えば放電過程のほうが優位である場合、経済係数ｋ_ｅはより大きくなり、これによりバッテリからの化学エネルギーは車両の運転のためにより好都合ではないと評価される。逆の場合には、バッテリからの化学エネルギーしたがって電動機の操作はより小さい経済係数ｋ_ｅにおいてより好都合であると評価される。

１ 自動車
２ 車両車軸（前車軸）
３ 駆動ユニット（内燃機関）
４ クラッチ
５ 変速機
６ 車両車軸（後車軸）
７ 駆動ユニット（電動機）
１０ ドライバの希望トルク設定
１１ 速度関数
１２、１５、１６ 調整
１３、１４ トルク分配
１７ 内燃機関に対する境界条件
１８ 電動機に対する境界条件
１９ ＥＳＰ装置
２０、２２ トルク伝達関数
２１、２９ 減算
２３ 変換
２４、３１ 加算
２５、３２ 乗算
２６、２７ 除算
２８ 経済係数ｋ_ｅの計算
３０ 積分器
ｋ_ｅ 経済係数
ｋ_ｉ 増幅係数
ｋ_０ オフセット
Ｍ_{Ｃｒ＿ＰＴ１} 前車軸におけるクランク軸トルク
Ｍ_{Ｃｒ＿ＰＴ２} 後車軸におけるクランク軸トルク
Ｍ_{Ｒａｄ＿Ｄｒｖ} 全駆動トルク（ドライバの希望トルク）
Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１} 前車軸車輪駆動トルク
Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２} 後車軸車輪駆動トルク
ｎ＿ＰＴ１ 内燃機関の回転速度
ｎ＿ＰＴ２ 電動機の回転速度
Ｐ_ｉｎ 全消費量
ＳＯＣ_ｉｓｔ 実際充電状態
ＳＯＣ_ｓｏｌｌ 目標充電状態
η＿Ｂａｔ バッテリ効率
η＿Ｅｌｍ 電動機効率

Claims (20)

1. 原動機駆動装置が少なくとも２つの駆動ユニット（３、７）を含み且つ両方の駆動ユニット（３、７）の駆動トルク（Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}、Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}）は別々に設定可能である、自動車（１）内の原動機駆動装置の設定方法において、
   駆動ユニット（３、７）間の消費量最適化トルク分配を決定するために、複数の異なる分配の駆動トルク（Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}、Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}）に対して駆動ユニット（３、７）の個別消費量の和が決定され且つ前記個別消費量の和から付属のトルク分配を有する消費量最適値が決定されることを特徴とする自動車内の原動機駆動装置の設定方法。
2. 駆動トルク（Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}、Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}）の和が所定の全駆動トルク（Ｍ_{Ｒａｄ＿Ｄｒｖ}）に対応するように、前記駆動トルク（Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}、Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}）が分配されることを特徴とする請求項１に記載の設定方法。
3. 前記全駆動トルクがドライバのトルク希望（Ｍ_{Ｒａｄ＿Ｄｒｖ}）に対応することを特徴とする請求項２に記載の調節方法。
4. 前記駆動ユニット（３、７）が異なる車両車軸（２、６）に作用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の設定方法。
5. 前記消費量最適値の決定が自動車（１）の走行運転中に実行されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の設定方法。
6. 内燃機関（３）および少なくとも１つの電動機（７）からなるハイブリッド駆動装置において、電動機（７）の消費量が燃料当量に換算されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の設定方法。
7. 前記燃料当量の決定において、電動機（７）に給電するバッテリの化学エネルギーが、バッテリの充電状態の関数である経済係数（ｋ_ｅ）を用いて評価されることを特徴とする請求項６に記載の設定方法。
8. 内燃機関（３）および少なくとも１つの電動機（７）からなるハイブリッド駆動装置において、特定の駆動トルク（Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ１}、Ｍ_{Ｒａｄ＿ＰＴ２}）において出力されるべき動力が内燃機関（３）への燃料供給を介して設定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の設定方法。
9. 前記消費量最適化トルク分配が装置固有の限界および走行動特性限界の少なくともいずれかの範囲内で実行されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の設定方法。
10. 車両車軸（２、６）に最大許容駆動トルクが設定されることを特徴とする請求項９に記載の設定方法。
11. 車両車軸（２、６）に最小許容駆動トルクが設定されることを特徴とする請求項９または１０に記載の設定方法。
12. トルク分配のとき、ハイブリッド駆動装置の一部である電動機（７）のバッテリの充電状態が考慮されることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の設定方法。
13. ハイブリッド駆動装置の一部である内燃機関（３）と、内燃機関（３）により駆動される車両車軸（２、６）との間の駆動系内におけるトルク低減またはトルク遮断が考慮されることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の設定方法。
14. 不安定な走行状態ないしは低下した車両安定性のもとでの走行状態が考慮されることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかに記載の設定方法。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の設定方法を実行するための制御／操作装置。
16. 請求項１５に記載の制御／操作装置を備えた自動車（１）内の原動機駆動装置。
17. 原動機駆動装置がハイブリッド駆動装置として設計され且つハイブリッド駆動装置の駆動ユニットが内燃機関（３）および少なくとも１つの電動機（７）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の原動機駆動装置。
18. ハイブリッド駆動装置の内燃機関（３）が第１の車両車軸（２）に作用し、および少なくとも１つの電動機（７）が他の車両車軸（６）に作用することを特徴とする請求項１７に記載の原動機駆動装置。
19. 原動機駆動装置が少なくとも２つの電動機（７）を含むことを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれかに記載の原動機駆動装置。
20. 原動機駆動装置が少なくとも２つの内燃機関（３）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の原動機駆動装置。

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