JP2013538724A - 車両運転モードシステム及びその方法 - Google Patents

Abstract

再充電可能なエネルギー貯蔵システム（ＲＥＳＳ）と、エンジンと、前記ＲＥＳＳと前記エンジンとに接続された駆動モータであって前記ＲＥＳＳと前記エンジンの少なくとも一方によって選択的に駆動される駆動モータとを有する車両の運転モードの制御のためのシステムであって、該システムは、前記ＲＥＳＳによって駆動モータが駆動される第１のモードと、前記ＲＥＳＳよりも多く前記エンジンによって駆動モータが駆動される第２のモードと、前記ＲＥＳＳと前記エンジンの両方によって駆動モータが駆動される第３のモードとを含む複数の運転モードにおいて車両を運転するように調整を行う制御部を備え、前記第３のモードは、車両が走行する際に該車両に対しての抵抗を供給するために、自動ブレーキ出力とマニュアルブレーキ出力とのレベルを調整する複数のブレーキ動作モードを含む。
【選択図】図１

Description

本出願は、２０１０年８月４日出願の米国仮特許出願第６１／３７０，５６１号であって、「ステルス、スポーツ及びヒル車両運転モード」の名称で、本明細書に完全に取り込まれ、優先権の主張の基礎としたものに係わる。

本開示は広くハイブリッドあるいは電気自動車、特にハイブリッドあるいは電気自動車に備えられる複数の運転モードの発明に関する。

モータ駆動車のような車両は、車両を運転するための動力を供給するためにエネルギー源を活用している。ガソリンのような、石油系製品が従来の内燃エンジンのエネルギー源として支配的であったのに対して、代替エネルギー源として、メタノール、エタノール、天然ガス、水素、電気、太陽光等が利用されるようになっている。「ハイブリッド車」と呼ばれる、混成タイプの動力車両は、車両を駆動するためにエネルギー源を組み合わせて有効利用している。たとえば車両を運転するための動力を供給するために、電池が従来の内燃エンジンと組み合わせて使用できるようになっている。このような車両は、同等のガソリン動力車両に比較して、ハイブリッド車の性能とレンジ特性とを向上させるために複数の燃料源の利点を利用するので、大変好ましい。

ハイブリッド車の例としては、車両を推進する動力源として蓄えられた電気エネルギーと内燃エンジンとの組み合わせを有効利用する車両がある。電気自動車はその低公害性能と動力源としての電気の広い利用可能性とから環境的な優位性がある。電池は車両が必要とするエネルギーによっては相当大きくなり、様々な技術を使って放散される熱が発生する。電池は発生音が低く静粛にすることができる。エンジンのような補助的なエネルギー源との間の調整によって車両の好ましいパフォーマンス特性の改善を図ることができる。

種々の実施形態では、複数のエネルギー源を用いることと、環境面の要因、電力面の要因及び寿命面の要因に関して性能を向上させることとの調整を図ることを、電気駆動あるいはハイブリッド電気駆動車両において可能にしている。いくつかの実施形態では、車両のための出力と効率との運用システムが提供されている。いくつかの実施形態では、様々な運転モードがドライバーによって好ましい外観、運転フィール、音響を作り出せるように設定されている。いくつかの実施形態では、ブレーキパッドのような消耗部品の寿命を延ばすことができる。いくつかの実施形態では、付加的な効率や性能を提供するためにエンジンと電池との間に改善された相互作用が提供されている。

図１は、本発明の実施形態による各種のモードを示している。 図２は、本発明の実施形態による複数の運転モード間の調整を行うための一対のハンドパドルを有するステアリングホイールの透視図である。 図３は、本発明の実施形態によるステアリングホイールの一例を示した正面図である。 図４は、本発明の実施形態によるステアリングホイールに取り付けられたパドルの一例を示した左正面図である。 図５は、本発明の実施形態によるステアリングホイールに取り付けられたパドルの一例を示した右正面図である。 図６は、本発明の実施形態によるステアリングホイールの一例を示している。 図７は、本発明の実施形態によるステアリングホイールに取り付けられたパドルの一例を示している。 図８は、本発明の実施形態によるステアリングホイールに取り付けられたパドルの一例を示した側面図である。 図９は、本発明の実施形態によるパドルの正面図である。 図１０は、本発明の実施形態によるパドルの背面図である。

ハイブリッド車のような車両は、エンジンに連結された再充電可能なエネルギー貯蔵システム（ＲＥＳＳ）を含んでいる。エンジンとは、出力を増幅でき、あるいは、ＲＥＳＳを超える範囲に出力を増幅するように操作可能ないかなる装置を広く意味する。たとえばエンジンはガソリンを消費する内燃エンジンが可能である。ＲＥＳＳは、たとえば（限定されることなく）高電圧リチウムイオン電池パックのような、高電圧電池が可能である。車両の運転はいずれかのあるいは双方の動力源によって駆動可能である。車両は１個あるいは複数の駆動モータを含むことができる。駆動モータは電気的に駆動し、エンジンとＲＥＳＳとに連結することができる。モータは車両の１輪以上の車輪を回転させる駆動軸に噛合する。

車両がエネルギー消費を加速あるいは増加させると、駆動モータの速度は車輪により大きな動力とエネルギーを加えられるように増加する。モータの回転は回生ブレーキ動作を与えるために逆回転させることができ、それは車両のシフトダウンの効果を与える。この動作はＲＥＳＳに蓄えることができるエネルギーも発生させる。したがって、いくつかの実施形態において、車両のブレーキペダルが押下された際に、ブレーキパッドにより車両の車輪を遅くさせるよりもむしろ、回生ブレーキ動作を作動させて車両を遅くすることができる。回生ブレーキ動作によって生じた速度を超えて車両を遅くさせるには、車両の制御部内に入力されたあらかじめ設定されている環境下で車輪にブレーキパッドを動作させる。たとえば、求められた制動が、一旦、あらかじめ決められた設定点やしきい値を超えた場合に、ブレーキバッドが引き継いで機能する。

ハイブリッド車のような車両のための、ドライバーが選択可能なひとつまたは複数のパワートレイン運転モードの種々の実施形態を提供する。いくつかの実施形態において、第１のモード、すなわち「ステルス」モードは、車両におけるデフォルトの運転モードである。ステルスモードは性能以上に燃料の経済性に寄与できる。燃料の経済性に寄与するために、車両はエンジンからの補助出力をほとんどあるいは全く用いずにＲＥＳＳ（例えば高電圧電池）によって駆動される。ＲＥＳＳは充電の限界状態に到達するまで車両運転に使用される。充電の限界状態は車両の制御部内に、あらかじめ設定されあるいはプログラムされるようにできる。充電の限界状態は電気寿命と性能目標とを維持させるように目標設定することが好ましい。ステルスモードにおいて、車両の制御部はＲＥＳＳがその目標の充電限界状態に達するまでエンジン運転を行わないようにプログラムされている。

ステルスモードは、車両のドライバーと外部の観察者の双方に対して静粛な車両運転を可能にする。よって、このモードは好ましい「ひっそり」とした外観、運転フィール、および音響を提供できる。車両は、「ひっそり」とした印象を強調するようなステルスモードでの運転時に特有の音響を発することができる。外部への音響システムは少なくともスピーカーと音響制御部とを、車両内部あるいは車体面に備えることができる。音響制御部は車両と運転者の挙動に基づく音響を作音し、その音響をスピーカーに送出する。たとえば、加速時は第１の音響を発し、制動時は第２の音響を発し、その他の発車時や車両停止では補助の音響を発することができる。

ステルスモードは、パワートレインの温度適応にも影響を与える。電池、モータ、エンジン、動力用電子部品等の好ましい加熱と冷却の管理は車両の好ましい運転性能に影響を与え得る。ステルスモードにおけるファンやポンプ負荷の低減のために、たとえば低出力に制限することやクーラントを高温に制限するという条件設定が可能である。よって、熱システムは、たとえば冷却の必要性が制限された場合であれば、それほど強力に動作させるには及ばない。エネルギー消費におけるこの低下は燃料の節約を向上させることに相当する。さらなる実施形態において、利用者が求める快適性は、燃料の節約のために緩和させることができる（たとえばシート暖房のために割り当てられている電力を制限することにより）。

ステルスモードの選択は運転経験と環境的に優しい要素とを相互に関係するような、車両のパワートレインシステムの外部の他のシステムにも影響を与え得る。いくつかの実施形態において、車両の音響特性はアクティブな車内および/または車外の音響性能の向上性を変更可能である。ある実施形態においては、車両は他の特徴を伴う車両を表示するディスプレイ画面を含んでいる。その特徴はカスタマイズすることができる。ステルスモードにおける車両の視覚的外観はディスプレイ画面上で変更可能である。室内及び／または車外の照明もステルスモードで運転する際に変更可能である。ドライバーに対する実体感のあるフィードバックも同様に変更可能である。

第２のモード、すなわち「スポーツ」モードは、ステルスモードに比べて、単にＲＥＳＳを補助するだけでなくエンジンによる運転を許容することにより車両の性能面を際立たせるような選択的なモードとすることができる。たとえばドライバーは、図２，３，４，６及び９に示されたように、ステアリングホイール１０に付いている双方向に押し引きできるスポーツハンドパドル１１によってスポーツモードに切り替えたり、ステルスモードに戻したりすることができる。スポーツモードでは、車両は性能目標を達成するために、複数の動力源を使用する。ドライバーが、相当程度の反応時間を犠牲にせずに、大出力を求めない場合にはエンジンは切ったままでよい。スポーツモードは、さらに、性能に依存する運転経験を生じさせる目標による場合以外の、車両の様々なシステムに影響を与えることができる。

第３のモード、すなわち「ヒル」モードは、車両のドライバビリティを改善する選択的なモードとすることができる。ヒルモードはＲＥＳＳとエンジンを用いた電子的シフトダウン方式である。いくつかの実施形態において、ヒルモードでは、下り坂の運転時に、好ましい抵抗量が提供される。この抵抗は、速度の出し方と相互に関連づけることが好ましく、従来の車両のシフトダウンの感覚をシミュレートすることができる。一例として、ドライバーは、図２，３，５〜１０に示されたようにステアリングホイール１０に付いている双方向（押し引き）のヒルパドル１２によってヒルモードを変更できる。

種々の実施形態において、ヒルモードは複数の選択的な抵抗レベルを含むことができる。たとえば３種類の選択的な抵抗レベルとして、Ｈ１、Ｈ２及びＨ３が提供されることが好ましい。これらのレベルは、たとえばトランスミッションにおける３段のローギアに類似させることができる。大きな数字ほど大きな抵抗（すなわち、高自動回生ブレーキ動作）を示す。ヒルパドル１２の連続した引きまたは押しの各入力は、たとえば：ＯＦＦ→Ｈ１→Ｈ２→Ｈ３→ＯＦＦのように抵抗を変更する。ドライバーはヒルパドル１２を押すことにより、ヒル抵抗を順次減少させることもできる。どの番号のモードでも、あるいはかみ合い/非かみ合い状態の順番をも適用できる。

図２〜１０に示された例では、スポーツパドル１１とヒルパドル１２とは、ステアリングホイール１０で一般にあるいは快適な状態で置かれる手の位置の近くの、ステアリングホイール１０上の反対側に位置する。本例では、スポーツパドル１１は左側にヒルパドル１２は右側に位置する。ドライバーにその機能を伝達するために、それぞれのパドル上に「スポーツ」と「ヒル」の文字を記すことができる。

各実施形態において、車両は道路の勾配を検知することで自動的にヒルモードに入り、あるいはヒルモード内で自動的に抵抗を変化させる。たとえば限界勾配をトランスミッションに接続された車両制御部内に入力することができる。車両がヒルモード内での運転のためにプリセットされた限界に達したような所定勾配に沿って走行している場合を示す制御部に、レベルセンサやＧＰＳシステムが信号を送るようにしてもよい。複数の実施形態において、制御部は信号を受信すると同時に、車両をヒルモードに切り替えるようにしてもよい。特別な実施形態では、制御部は信号を受信する同時に、車両を検知された勾配に応じた特別なヒルモードレベルに切り替えるようにしてもよい。

他の実施形態において、ヒルモードは車両状態にかかわらず、比較的一貫した抵抗を提供する。ヒルモードは回生ブレーキ動作に限られず、より電気的、エンジンブレーキ、摩擦ブレーキなどを含む様々な方法を用いて抵抗を発生させることができる。

いくつかの実施形態において、回生ブレーキ動作は抵抗を発生させるために使用されてもよい。特定の実施形態では、牽引モータがＲＥＳＳにエネルギーを供給するための発電機として組み込まれる。下り坂の走行の間、エンジンはＲＥＳＳを再充電する。

いくつかの実施形態において、抵抗はより多くの供給電力（すなわち、通常より多くの電気的エネルギー）を用いて発生させてもよい。車両はＲＥＳＳがフル充電されている場合にもこの発生動作をさせてもよい。車両の電気的システムは、回生ブレーキシステムかＲＥＳＳのいずれかから直接エネルギーを受けることとなる。車両はこのエネルギーをより積極的に電池とモータの冷却に使用でき、あるいは別な方法では非効率的で操作されなかったであろうシステムやコンポーネントを運用することによって効率的にエネルギーを消耗することができる。電気的エネルギーの消耗はブレーキパッドの摩滅にとって代わるものである。いくつかの実施形態において、電気モータはインバータを通じて電気モータ相を様々に短絡させることによる渦電流ブレーキと同等に使用することができ、これにより電気モータ内でエネルギーは熱として放散される。

いくつかの実施形態において、抵抗はエンジンブレーキ動作（たとえばエンジンを空転させることでエネルギー放散させるような）によって発生させてもよい。もしエンジンが機械的に車輪を駆動させることができるなら、このエンジンブレーキ動作は従来のオートマチックトランスミッションのエンジンブレーキ動作と同等である。しかしながら、もしエンジンが車輪に対して機械的な連結を有しない場合には、たとえばプラグインハイブリッド車のように、車両は発電機によるエンジン空転により、なおエネルギー放散が可能である。発電機は再発電制動システムあるいはＲＥＳＳのいずれかから直接にエネルギーを受けることができる。車両は、たとえばＲＥＳＳがフル充電された際に、この方法を実施することができる。エンジンブレーキ動作はフルのヒルモード抵抗を維持し得る。

いくつかの実施形態において、摩擦ブレーキ動作（たとえばブレーキパッドとロータとをかみ合わせるような）によって発生させてもよい。車両はこの手段を、ＲＥＳＳがフル充電であって、上述した方法によっては適正に十分な出力を放散することができず、あるいは他の好ましくない状態（たとえばそれによって著しい摩耗が生じるような）にとることができる。回生ブレーキ動作による車両では、ブレーキパッドは従来の車両に比べて使用されない。。このシナリオによるブレーキパッドの使われ方では、ブレーキパッドの寿命の有意な減少（たとえあったとしても）は無く、従来の車両の場合を下回る。

図１は、急で一定勾配の下り坂の一定速度での走行を示した図である。同図はＲＥＳＳ充電状態（ＳＯＣ）と、マニュアルブレーキ出力（手動で要求されたブレーキ出力）と、ヒルモード（再充電と放散）で自動的に連動した状態のブレーキ出力とを示している。時間区間（ａ）の間、ヒルモードはオフ（たとえば車両はスポーツモードあるいはステルスモードで運転されている）である。ブレーキペダルが押下されていないときのデフォルト値によってパワートレインは最少抵抗を提供する。この例において、ブレーキペダル操作は、一定速度を維持するために残存するほとんどのブレーキ出力を要求する。時間区間（ａ）〜（ｄ）におけるブレーキ動作は、運転モードに基づいて自動的に要求されたにせよ、ブレーキペダル操作によって要求されたマニュアルブレーキ動作にせよ、回生的である。この回生ブレーキ動作はＲＥＳＳに回生ブレーキ動作から受けたエネルギーを貯えさせる。

時間区間（ｂ）の間、車両はヒルモード１（Ｈ１）で運転される。Ｈ１において、パワートレインはブレーキペダルが押下されていない間は、より大きな抵抗（たとえばステルスモードやスポーツモードのいずれより）を提供する。一定速度を維持するために必要とされるブレーキ出力の大部分は、未だブレーキペダル操作によって要求される。しかし、時間区間（ａ）においてよりもブレーキペダルは少なく押下される。図１は、Ｈ１による約３０％の自動ブレーキ出力と約７０％のブレーキ出力が要求されたブレーキペダル操作とを示している。

時間区間（ｃ）の間、車両はヒルモード２（Ｈ２）で運転される。Ｈ２において、パワートレインはブレーキペダルが押下されていない間は、より大きな抵抗（たとえばＨ１より）を提供する。一定速度を維持するために必要とされるブレーキ出力のわずかな部分がブレーキペダル操作によって要求される。この例では、自動ヒルモードブレーキ出力は約７０％でブレーキペダルの要求出力は約３０％である。

時間区間（ｄ）の間、車両はヒルモード３（Ｈ３）で運転される。Ｈ３において、パワートレインはブレーキペダルが押下されていない間は、強力な抵抗を提供する結果、車両は一定速度が維持される。マニュアルブレーキ動作は０％である一方、自動ブレーキ動作は１００％である。

時間区間（ｅ）の間、車両は依然としてＨ３で運転される。ＲＥＳＳがその最大ＳＯＣに達すると、車両はエネルギー貯蓄からエネルギー放散に、たとえば開示において示された方法（それに限定されず）を用いて移行する。このことはＲＥＳＳのＳＯＣにかかわらず一貫性を保持した運転経験を可能にする。

種々の実施形態において、ステルスモードは、先進的技術に関連した外観、運転フィール及び／または音響を提供する。この効果は、たとえば、ステルスジェットのような感覚、軍事技術、スパイのジェームスボンド風の技術等のものを提供できる。種々の実施形態において、ステルスモードは、特に電気駆動のパワートレインが静粛に作動するため、電気運転時の車両の音響的特徴をより強調している。

「スポーツ」の用語は、自動車業界において一般に加速性、スピード、ハンドリング性能とかに関連して用いられる。種々の実施形態によれば、スポーツモードは性能目標を達成するために複数の動力源を用いたハイブリッド車に関連させることが好ましい。

種々の実施態様において、ヒルモードは従来のブレーキ動作の必要性を減少させるために様々な状況で使用することができる。たとえば、きびしい交通状況その他これに関連する状況において、ヒルモードはマニュアルブレーキ動作よりも回生ブレーキ動作の利用の実現を図ることができる。

種々の実施形態において、ヒルモードは、車両が、制御によって、あるいは連続可変トランスミッション、変速比無限大トランスミッション、電気的可変トランスミッション（ＣＶＴ、ＩＶＴ、及びＥＶＴ）等の特殊なトランスミッションによって、変速や連続的なダウンヒル抵抗の変更を行うようにすることができる。この例において、車両は駆動モータと車輪との間において唯一のギア比を有し、完全に融合された回生ブレーキ動作を有する。

図２〜１０は、以上の開示において述べた各種のモードに関する車両の例におけるステアリングホイール１０に関する。図２〜８は反対位置にスポーツハンドパドル１１とヒルハンドパドル１２とを有するステアリングホイール１０の一例を示している。中央部１３少なくともパドル１１，１２に関する各種の電気的コンポーネントのための装飾的カバーを備える。ダッシュボード１４は速度及びその他の関連する車両状態とともに各モード運転を表示するためのディスプレイを備えることができる。図９，１０はスポーツハンドパドル１１とヒルパドル１２のためのハンドパドルの例を図化している。各パドルはドライバーに対する付加的な利便のために、それぞれ「スポーツ」、「ヒル」の文字を付して識別することができる。パドル１１，１２は、通常のドライバーが従来、手を添える位置のステアリングホイールの円周上の近傍に位置するが、パドルはステアリングホイール上あるいは車両内のいかなる位置に配置することができることは理解できる。

以上の開示された実施形態における記載は、本開示に関する当該分野におけるいかなる当業者にも製作し、実施できるように提供された。明らかに、本開示の多くの改変や変形が上述の教示に照らして可能である。たとえば、したがって、本開示は添付の特許請求の範囲内で、具体的に記述されたもの以外でも実施することができる。

Claims (15)

1. 再充電可能なエネルギー貯蔵システム（ＲＥＳＳ）と、エンジンと、前記ＲＥＳＳと前記エンジンとに接続された駆動モータであって前記ＲＥＳＳと前記エンジンの少なくとも一方によって選択的に駆動される駆動モータとを有する車両の運転モードの制御のためのシステムであって、該システムは、
   前記ＲＥＳＳによって駆動モータが駆動される第１のモードと、前記ＲＥＳＳよりも多く前記エンジンによって駆動モータが駆動される第２のモードと、前記ＲＥＳＳと前記エンジンの両方によって駆動モータが駆動される第３のモードとを含む複数の運転モードにおいて車両を運転するように調整を行う制御部を備え、
   前記第３のモードは、車両が走行する際に該車両に対しての抵抗を供給するために、自動ブレーキ出力とマニュアルブレーキ出力とのレベルを調整する複数のブレーキ動作モードを含む、車両の運転モードの制御のためのシステム。
2. 複数のブレーキ動作モードが、自動ブレーキ出力よりマニュアルブレーキ出力により供給される抵抗の割合が大きい第１のブレーキ動作モードと、マニュアルブレーキ出力より自動ブレーキ出力により供給される抵抗の割合が大きい第２のブレーキ動作モードと、
   を少なくとも含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記自動ブレーキ出力は、前記エンジンのエンジンブレーキ動作によって前記車両に抵抗を供給する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記自動ブレーキ出力は、回生ブレーキ動作によって前記車両に抵抗を供給する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ＲＥＳＳは、前記回生ブレーキ動作によって少なくともいくらかのエネルギーが貯蔵されるように構成された、請求項４に記載のシステム。
6. 前記自動ブレーキ出力は、前記車両のブレーキを介して前記車両に抵抗を供給する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記マニュアルブレーキ出力は、前記車両のブレーキを介して前記車両に抵抗を供給する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記マニュアルブレーキ出力は、前記車両のブレーキペダルの動作量に応じて前記車両に抵抗を供給する、請求項７に記載のシステム。
9. さらに、前記車両が走行する道路の勾配を検知するセンサを備え、該センサの検知した勾配に基づいて前記制御部が運転モードを変更する、請求項１に記載のシステム。
10. さらに、前記車両が走行する道路の勾配を判定するための全地球位置把握回路を備え、該全地球位置把握回路が判定した勾配に基づいて前記制御部が運転モードを変更する、請求項１に記載のシステム。
11. 前記第１のモードにおいて前記ＲＥＳＳによってのみ前記駆動モータが駆動される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記第１のモードにおいて前記エンジンよりも多く前記ＲＥＳＳによって前記駆動モータが駆動される、請求項１に記載のシステム。
13. 前記ＲＥＳＳは、高電圧電池からなる、請求項１に記載のシステム。
14. 前記エンジンは、内燃エンジンからなる、請求項１に記載のシステム。
15. 再充電可能なエネルギー貯蔵システム（ＲＥＳＳ）と、エンジンと、前記ＲＥＳＳと前記エンジンとに接続された駆動モータであって前記ＲＥＳＳと前記エンジンの少なくとも一方によって選択的に駆動される駆動モータとを有する車両の運転モードの制御システムを製造する方法であって、該方法は、
    前記ＲＥＳＳによって駆動モータが駆動される第１のモードと、前記ＲＥＳＳよりも多く前記エンジンによって駆動モータが駆動される第２のモードと、前記ＲＥＳＳと前記エンジンの両方によって駆動モータが駆動される第３のモードとを含む複数の運転モードににおいて車両を運転するように調整を行う制御部から構成され、
    前記第３のモードは、車両が走行する際に該車両に対しての抵抗を供給するために、自動ブレーキ出力とマニュアルブレーキとのレベルを調整する複数のブレーキ動作モードを含む、車両の運転モードの制御システムを製造する方法。

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