JP2015091693A

JP2015091693A - ハイブリッド自動車の運転方法並びにハイブリッド自動車のパワートレイン

Info

Publication number: JP2015091693A
Application number: JP2014220063A
Authority: JP
Inventors: グートマンマルクス; Gutmann Markus; ラウナートーマス; Thomas Rauner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2015-05-14
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: DE102013111951B4; DE102013111951A1; JP5965459B2

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車の運転方法並びにハイブリッド自動車のパワートレインを提供する。
【解決手段】ハイブリッド自動車１０のコールドスタートが検出され、充電閾値１８以下において走行運転中、走行用バッテリの充電が許容される場合に、ハイブリッド自動車１０を制動するための、駆動原動機のエンジンブレーキが所定の走行距離にわたっておよび／または所定の時間にわたって阻止される運転するための方法が提供される。走行用バッテリを高い充電レベルに充電した時のコールドスタート時に、エンジンブレーキを抑制することにより、運転者は騒音状態と駆動原動機の回転数のゼロ表示から、純電気運転モードを直感的に知る。この運転モードの発生により、後に生じるエンジンブレーキの際の、停止した駆動原動機の急な運転が、純内燃機関運転モードの存在として誤解されることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の運転方法並びにハイブリッド自動車のパワートレインに関する。

下記特許文献１は、ハイブリッド自動車用パワートレインを開示している。このパワートレインのために多数の運転モードが設けられている。特に、車両が電気的に駆動される第１モード「消耗モード」、車両が電気的におよび内燃機関で駆動される第２モード「持続モード」および第３モード「増加モード」がある。この「増加モード」と呼ばれる充電モード（チャージモード）では、内燃機関の負荷が上昇するので、電気的なエネルギーアキュムレータは内燃機関によって駆動されかつ発電機として作動する電気機械によって、走行中に充電される。

多数の運転モードを有するハイブリッド自動車の選択された運転モードについての運転者の誤解を絶えず回避する必要がある。

独国特許出願公開第１０２０１１０５１４３９Ａ１号明細書独国特許出願公開第４４４６４８５Ａ１号明細書独国特許出願公開第１０２０１００４５０３０Ａ１号明細書独国特許出願公開第１０２０１１１１６１３２Ａ１号明細書独国特許出願公開第１０２０１２２１６１８８Ａ１号明細書

本発明の課題は、多数の運転モードを有するハイブリッド自動車の選択された運転モードについての運転者の誤解の危険を減らす手段を提供することである。

この課題は本発明に従い、請求項１の特徴を有する方法と、請求項１０の特徴を有するパワートレインによって解決される。本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。この従属請求項はそれぞれ単独であるいは組み合わせて本発明の側面を示すことができる。

本発明に従い、ハイブリッド自動車のコールドスタートが検出され、ハイブリッド自動車の純電気運転のために設けられた走行用バッテリの充電レベルが検出され、そしてコールドスタートが存在し、走行用バッテリの充電レベルが充電閾値の上方にあり、この充電閾値以下においてハイブリッド自動車の走行運転中走行用バッテリの充電が許容される場合に、ハイブリッド自動車を制動するための、特に内燃機関として形成された駆動原動機のエンジンブレーキが、ハイブリッド自動車の所定の走行距離にわたっておよび／または所定の時間にわたって阻止される、ハイブリッド自動車を運転するための方法が提供される。

この場合、走行用バッテリの充電時に安全上の理由から、過充電による走行用バッテリの損傷を回避するために、ハイブリッド自動車の通常の走行運転中に、例えば制動エネルギーの回収によって、充電閾値以下の走行用バッテリの充電が行われるという認識が利用される。通常の走行運転中に充電閾値に達すると、回収が中断され、ハイブリッド自動車のパワートレインおよび／または停止状態の駆動原動機がエンジンブレーキによって惰走モードで運転されること（「惰走引き受け作用」）により、ハイブリッド自動車の制動が達成可能である。ハイブリッド自動車は、電気機械が発電機モードで走行用バッテリ用の蓄積可能な電気エネルギーを発生することによっては制動されず、パワートレインおよび／または駆動原動機の慣性質量を加速することによって制動される。この場合さらに、特にプラグ−イン−ハイブリッド自動車として形成されたハイブリッド自動車の走行用バッテリが前もって電源網で充電されたときに、走行用バッテリの充電を安全のために阻止する充電レベルが発生するという認識が利用される。電源網での走行用バッテリの充電時に、大きな出力ピークが実質的に予想されないので、過充電による走行用バッテリの損傷を恐れずに、走行用バッテリを最高充電レベルまで徐々に充電可能である。これは電源網での走行用バッテリの充電の後で、通常の走行運転中の走行用バッテリの充電のための充電閾値のかなり上方にある充電レベルをもたらし得る。

この場合さらに、充電閾値を超えて電源網から走行用バッテリを充電した後でおよびそれに直接続く制動状況、例えばハイブリッド自動車がスタート直後に坂または傾斜地を下りるときの制動状況の後で、回収が阻止され、直接エンジンブレーキが開始されるという認識が利用される。しかし、純電気的運転モードを予想する運転者はスタート直後のこの状況でエンジンブレーキによって、騒音状態と、ハイブリッド自動車の純内燃機関運転に相当する回転数の表示を知るであろう。それによって、運転者は、ハイブリッド自動車の純内燃機関運転モードが生じ、純電気運転モードは生じていないと誤解し得る。運転者は所望な純電気運転モードを生じるよう試みることができる。しかし、これはうまく行かない。なぜなら、純電気運転モードが既に生じているからである。それによって、走行快適性が著しく損なわれる。さらに、運転者が気をそらすことになるので、事故の危険が増大する。加えて、所望な純電気運転モードを生じるという実際には不要な試みが、不必要なほど低下した効率を有するハイブリッド自動車の非能率的な運転を生じるハイブリッド自動車の運転モードへの不要な変更をもたらすことになる。きわめて高い充電レベルに充電された走行用バッテリを有するハイブリッド自動車のコールドスタート直後のエンジンブレーキの意図した抑制により、運転者は騒音状態と駆動原動機の回転数のゼロの表示から、ハイブリッド自動車の純電気運転モードが生じていることを直感的に知ることができる。それによって、後に生じるエンジンブレーキの際の停止した駆動原動機の急な運転が、純内燃機関運転モードの発生であると誤解されず、従って、多数の運転モードを有するハイブリッド自動車の選択された運転モードに関して運転者が誤解する危険が低減される。

エンジンブレーキ抑制中に、ハイブリッド自動車は通常の機械的ブレーキ装置によって制動することができる。所定の走行距離および／または所定の時間は特に十分大きく選定されているので、運転者は電気運転モードの存在を十分確実に知ることができる。所定の走行距離および／または所定の時間は特に十分小さく選定されているので、ハイブリッド自動車の制動はエンジンブレーキを介して十分な程度で行うことができ、機械的なブレーキ装置にとってやさしくなる。所定の時間は特に、ハイブリッド自動車が例えば所定の最低速度で実際に移動させられる時間だけである。従って、本来の走行の前のハイブリッド自動車の停止時間は含まれない。

特に、ハイブリッド自動車のために付加的に、走行モードとして純電気運転が生じているときにのみ、駆動原動機によるエンジンブレーキの阻止が行われる。ハイブリッド自動車の純電気運転モードの場合、エンジンブレーキ時の駆動原動機の突然の騒音は、運転者を非常に刺激する。純内燃機関運転モードまたはハイブリッド混合モードの場合、エンジンブレーキ時の駆動原動機の突然の騒音は運転者の予想通りであり、発生した運転モードに関する運転者の誤解を必ずもたらすわけではない。ハイブリッド自動車の純電気運転モードとは異なる運転モードについて、エンジンブレーキの阻止を省略することができ、それによってブレーキ装置にとってやさしくなる。

好ましくは、充電閾値の上方の最高充電レベルまでの走行用バッテリの充電レベルはハイブリッド自動車の停止時に電源網での充電によってのみ達成される。これにより、走行用バッテリの充電レベルから、ハイブリッド自動車のコールドスタートの存在を知ることができる。ハイブリッド自動車のスタートの際に走行用バッテリの充電レベルが充電閾値の上方にあるときは、走行用バッテリが直前に電源網から充電されているに違いない。これはハイブリッド自動車の十分に長い停止時にのみ行うことができる。それによって、充電閾値の上方にある走行用バッテリの充電レベルの判断基準は、エンジンブレーキを阻止するために十分である。ハイブリッド自動車のスタートの際に走行用バッテリの充電レベルが充電閾値の下方にあるときには、ウォームスタートが存在するので、運転者は、どの運転モードにあるかあるいは制動状況で回収は行われるがエンジンブレーキは行われない程度に、走行用バッテリが放電されていることを知っている。この両ケースの場合、エンジンブレーキの阻止は不要である。それによって、調整および／または制御が簡単化される。

ハイブリッド自動車の所定の走行距離を走行し、および／または所定の時間を経過した場合に、充電閾値の上方の走行用バッテリの充電レベルで、走行運転における走行用バッテリの充電が阻止され、駆動原動機によるエンジンブレーキが許容され、この場合特に駆動原動機によるエンジンブレーキが充電閾値の上方の走行用バッテリの充電レベルでのみ許容されると特に有利である。エンジンブレーキの阻止の時間の後で、走行用バッテリの充電レベルが充電閾値の下方にあるときに、通常の走行運転で、特に回収によって特に走行用バッテリの充電を許容し、好ましくはエンジンブレーキを優先することができる。エンジンブレーキの阻止の時間の後で、走行用バッテリの充電レベルが充電閾値の上方にあるときに、通常の走行運転での走行用バッテリの充電を阻止し、エンジンブレーキを許容することができる。それによって、エンジンブレーキの阻止の時間の後で、走行用バッテリの充電レベルに依存して、回収またはエンジンブレーキによるハイブリッド自動車の適切な制動方法を選択することができる。

特に、所定の走行距離Ｓは１００ｍ≦Ｓ≦３０００ｍ、特に５００ｍ≦Ｓ≦２５００ｍ、好ましくは１０００ｍ≦Ｓ≦２０００ｍ、とりわけ有利にはＳ＝１５００ｍ±１００ｍである。それによって、所定の走行距離が十分に大きく選択されるので、運転者は電気運転モードの存在を十分確実に知ることができる。さらに、所定の走行距離が十分に小さく選択されるので、エンジンブレーキを介して十分な程度でハイブリッド自動車の制動を行うことができ、機械的なブレーキ装置にやさしくなる。

所定の時間Δｔは５秒≦Δｔ≦１２０秒、特に１０秒≦Δｔ≦６０秒、好ましくは２０秒≦Δｔ≦４０秒、とりわけ有利にはΔｔ＝３０秒±５秒である。それによって、所定の時間が十分に大きく選択されるので、運転者は電気運転モードの存在を十分確実に知ることができる。さらに、所定の時間が十分に小さく選択されるので、エンジンブレーキを介して十分な程度でハイブリッド自動車の制動を行うことができ、機械的なブレーキ装置にやさしくなる。

最高充電レベルのときの充電量Ｌ_ｍａｘと、充電閾値のときの充電量Ｌｓに関して、０．９０≦Ｌ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ≦０．９９５、特に０．９５≦Ｌ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ≦０．９８５、好ましくは０．９６≦Ｌ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ≦０．９８０、とりわけ有利にはＬ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ＝０．９７±０．００５が当てはまる。充電閾値がこのように選択された場合、走行用バッテリは通常の走行運転で、特に発電機運転される電気機械によって制動エネルギーを回収することにより、比較的に広く充電可能である。同時に、最高充電状態で、十分な安全マージンが保たれるので、走行用バッテリは過充電による急な出力ピークの際に損傷しない。

特に、ハイブリッド自動車のコールドスタートを検出するために、電源網に接続された充電プラグの、走行用バッテリからの分離および／または温度閾値Ｔ_ｓの下方における駆動原動機冷却用冷却媒体の温度Ｔが検出され、この場合特に３０°Ｃ≦Ｔ_ｓ≦８０°Ｃ、好ましくは４０°Ｃ≦Ｔ_ｓ≦６０°Ｃ、とりわけ有利にはＴ_ｓ＝５０°Ｃ±５ｋが当てはまる。例えばハイブリッド自動車に差し込まれた充電プラグが接点を操作することができ、それによって電源網による走行用バッテリの充電を知ることができる。充電プラグを介しての電源網からの充電のためにハイブリッド自動車を停止しなければならないので、ハイブリッド自動車のスタートの前に差し込まれた充電プラグの検出は、コールドスタートの存在を確認するのに十分である。それに加えてまたはその代わりに、冷却媒体の温度に基づいて、ハイブリッド自動車が例えば電源網から走行用バッテリを充電するために長時間停止していたかどうか知ることできる。それによって、この時間内に冷却媒体は温度閾値の下まで冷える。従って、コールドスタートの存在の検出が簡単化される。

ハイブリッド自動車は好ましくは走行用バッテリに接続された、ハイブリッド自動車を純電気的に駆動するための電気機械を備え、駆動原動機が電気機械に連結可能である、駆動輪を駆動するための出力軸に、遮断クラッチを介して接続可能であり、遮断クラッチが駆動原動機停止時にハイブリッド自動車を制動するエンジンブレーキのために閉じられる。それによって、エンジンブレーキは遮断クラッチの簡単な閉鎖によって行うことができる。さらに、遮断クラッチの適当な長さの開放保持によって、エンジンブレーキを阻止することができる。従って、方法を変更するための構造的コストが少なくて済む。

本発明はさらに、特に内燃機関として形成された、出力軸を駆動するための駆動原動機と、ハイブリッド自動車を加速および／または制動するための、出力軸に連結可能な少なくとも１個の電気機械と、電気機械に電気的に接続された、ハイブリッド自動車を純電気的に駆動するための走行用バッテリと、パワートレインを運転するための測定兼制御装置とを備え、この測定兼制御装置が上述のように形成および発展形成可能な方法を実施するように形成されている、ハイブリッド自動車用パワートレインに関する。パワートレインは特に本方法に基づいて上述したように形成および発展形成可能である。走行用バッテリをきわめて高い充電レベルに充電したハイブリッド自動車のコールドスタートの直後のエンジンブレーキの意図的な抑制により、運転者は騒音状態と、駆動原動機の回転数のゼロ表示から、ハイブリッド自動車のための純電気運転モードが生じていることを直感的に知ることができる。従って、後に発生するエンジンブレーキの際の停止した駆動原動機の突然の運転は、純内燃機関運転モードの存在として誤解されない。従って、多数の運転モードを有するハイブリッド自動車の選択された運転モードに関する運転者の誤解の危険がこのようなパワートレインによって低減される。

次に、添付の図を参照してかつ有利な実施の形態に基づいて本発明を例示的に説明する。次に示す特徴はそれぞれ単独でも組み合わせても本発明の側面を示すことができる。

本発明による方法の概略的な原理図である。

ハイブリッド自動車１０は走行後に充電プラグ１２を介して電源網に接続可能である。それによって、ハイブリッド自動車１０の電気機械に接続された走行用バッテリに充電することができる。図１には、走行用バッテリの充電レベルに一致する充電量１４が時間１６に対して示してある。充電プラグ１２を介して接続された電源網によって走行用バッテリを充電することにより、特に、走行用バッテリの充電量１４が充電閾値１８の上方にある充電レベルまで、走行用バッテリを充電することができる。走行用バッテリは通常の走行運転で回収によって、最高でこの充電閾値まで充電される。走行用バッテリは電源網によって特に最高充電レベル２０まで充電可能である。図示した実施の形態では、充電閾値１８の充電量１４は最高充電レベル２０の充電量１４の約９７％に相当する。

充電閾値１８を超えるまでハイブリッド自動車１０の走行用バッテリを電源網で充電した後で、ハイブリッド自動車１０をスタートさせ、純電気運転モードで傾斜面２２を惰性で下りるとき、ハイブリッド自動車１０の純電気運転モードではハイブリッド自動車１０の電気的な駆動は原理的には必要でない。その代わりに、傾斜面２２を惰性で下りる際にハイブリッド自動車１０を制動すべきである状況が存在し得る。充電閾値１８の上方では、回収およびそれに伴う走行用バッテリの充電による制動が行われないので、機械的なブレーキ装置によってあるいは特に内燃機関として形成されたハイブリッド自動車１０の駆動原動機のエンジンブレーキによって、ハイブリッド自動車１０が制動可能である。ハイブリッド自動車１０のための純電気運転モードが生じていないと、運転者が誤解することのないようにするために、第１時間２４にわたってエンジンブレーキが阻止される。第１時間２４の長さは、ハイブリッド自動車１０の架橋すべき所定の走行距離によっておよび／またはハイブリッド自動車１０が移動する架橋すべき所定の時間によって生じる。第１時間２４の経過後、駆動原動機によるエンジンブレーキを許容することができる。このエンジンブレーキは特に、ハイブリッド自動車１０が制動されるときおよび、第１時間２４に続く第２時間２６において走行用バッテリの充電量１４が充電閾値１８の上方にあるときに行われる。走行用バッテリの充電量１４がハイブリッド自動車１０の運転中ハイブリッド自動車１０の電気的な駆動によって充電閾値１８を下回るときに、第２時間２６に第３時間２８が続き、この第３時間ではハイブリッド自動車１０の制動時に、走行用バッテリの充電による制動エネルギーの回収が、駆動原動機によるエンジンブレーキよりも優先される。

１０ハイブリッド自動車
１８充電閾値

Claims

ハイブリッド自動車（１０）のコールドスタートが検出され、
前記ハイブリッド自動車（１０）の純電気運転のために設けられた走行用バッテリの充電レベルが検出され、そして
前記コールドスタートが存在し、前記走行用バッテリの充電レベルが充電閾値（１８）の上方にあり、この充電閾値以下において前記ハイブリッド自動車（１０）の走行運転中前記走行用バッテリの充電が許容される場合に、前記ハイブリッド自動車（１０）を制動するための、特に内燃機関として形成された駆動原動機のエンジンブレーキが、前記ハイブリッド自動車（１０）の所定の走行距離にわたっておよび／または所定の時間にわたって阻止されることを特徴とするハイブリッド自動車（１０）を運転するための方法。
前記ハイブリッド自動車（１０）に関して付加的に、走行モードとして純電気運転が生じているときにのみ、駆動原動機によるエンジンブレーキの阻止が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記充電閾値（１８）の上方の最高充電レベル（２０）までの前記走行用バッテリの充電レベルがハイブリッド自動車（１０）の停止時に電源網での充電によってのみ達成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
前記ハイブリッド自動車（１０）が所定の走行距離を走行し、および／または所定の時間を経過した場合に、充電閾値（１８）の上方の走行用バッテリの充電レベルで、走行運転における走行用バッテリの充電が阻止され、駆動原動機によるエンジンブレーキが許容され、この場合特に駆動原動機によるエンジンブレーキが充電閾値（１８）の上方の走行用バッテリの充電レベルでのみ許容されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記の所定の走行距離Ｓが１００ｍ≦Ｓ≦３０００ｍ、特に５００ｍ≦Ｓ≦２５００ｍ、好ましくは１０００ｍ≦Ｓ≦２０００ｍ、とりわけ有利にはＳ＝１５００ｍ±１００ｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記の所定の時間Δｔが５秒≦Δｔ≦１２０秒、特に１０秒≦Δｔ≦６０秒、好ましくは２０秒≦Δｔ≦４０秒、とりわけ有利にはΔｔ＝３０秒±５秒であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記最高充電レベル（２０）のときの充電量Ｌ_ｍａｘと、充電閾値（１８）のときの充電量Ｌ_ｓに関して、０．９０≦Ｌ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ≦０．９９５、特に０．９５≦Ｌ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ≦０．９８５、好ましくは０．９６≦Ｌ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ≦０．９８０、とりわけ有利にはＬ_ｓ／Ｌ_ｍａｘ＝０．９７±０．００５が当てはまることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記ハイブリッド自動車（１０）のコールドスタートを検出するために、電源網に接続された充電プラグの、走行用バッテリからの分離および／または温度閾値Ｔ_ｓの下方における駆動原動機冷却用冷却媒体の温度Ｔが検出され、この場合特に３０°Ｃ≦Ｔ_ｓ≦８０°Ｃ、好ましくは４０°Ｃ≦Ｔ_ｓ≦６０°Ｃ、とりわけ有利にはＴ_ｓ＝５０°Ｃ±５ｋが当てはまることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記ハイブリッド自動車（１０）が走行用バッテリに接続された、前記ハイブリッド自動車（１０）を純電気的に駆動するための電気機械を備え、前記駆動原動機が電気機械に連結可能である、駆動輪を駆動するための出力軸に、遮断クラッチを介して接続可能であり、前記遮断クラッチが駆動原動機停止時に前記ハイブリッド自動車（１０）を制動するエンジンブレーキのために閉じられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
特に内燃機関として形成された、出力軸を駆動するための駆動原動機と、
ハイブリッド自動車（１０）を加速および／または制動するための、出力軸に連結可能な少なくとも１個の電気機械と、
前記電気機械に電気的に接続された、前記ハイブリッド自動車（１０）を純電気的に駆動するための走行用バッテリと、
パワートレインを運転するための測定兼制御装置とを備え、この測定兼制御装置が請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を実施するように形成されている
ことを特徴とするハイブリッド自動車（１０）用パワートレイン。