JP2017533137A - 制御ユニットにより実行される車両のエネルギーフローを制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、制御ユニットにより実行される車両のエネルギーフローを制御する方法に関する。車両は、複数のエネルギーサブシステムを有するエネルギーシステムを含む。各エネルギーサブシステムでは、１つの形態のエネルギーが利用される。当該複数のエネルギーサブシステムは、コンバータによって動作可能に接続される。コンバータは、少なくとも１つの形態のエネルギーを少なくとも１つの別の形態のエネルギーに変換するデバイスである。エネルギーサブシステム間でエネルギーを変換するコンバータに対して制限価格を設定することによって、制御ユニットにより車両のエネルギーフローが制御され、少なくともある期間、車両のエネルギーサブシステム間のエネルギー供給順序を変更することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエネルギーシステム内におけるエネルギーフローを管理する方法の分野に関する。本発明は、トラックやバスなどの大型車両や、乗用車などの他の種類の車両に適用することができる。

燃費は、法規制がますます厳しくなり、市場の関心が高まっていることから、長年にわたって乗用車の方向性を決める主な要因の１つとなっている。しかしながら、今日、燃費は、乗用車だけでなく、大型車両や他の商用車両の方向性を決める主な要因の１つでもある。燃焼機関やパワートレインについては長年にわたって改良が重ねられており、燃費向上のためにこれらに大幅な改善を施すことは、今やますます困難になっている。その代り、エンジン、パワートレインおよび制御機能のすべての側面を考慮しなければならない。どんなわずかな改善でも、特に大幅なコスト増加を伴うことなく可能な場合は、重要であり、追求する価値がある。

車両のエネルギーシステムに、エネルギー管理を最適化する制御方法を導入することによって、燃費改善を実現するアプローチが１つ考えられる。この制御方法では、ある時点に要求される量以上の動力を生成しないようにすること、ある時点において利用可能な総動力量を最も効率的なやり方でエネルギーシステム内において配分すること、利用可能な総動力量を考えられる最良の手法で利用すること、を目指して最適化を行う。しかしながら、どのくらいの動力を生成する必要があるか、生成された動力をエネルギーシステム内のどこでどのように消費／貯蔵するかを決めるのは、決して簡単なことではない。車両には、エネルギーを消費する、エネルギーシステムや構成部品、機能が多く含まれる。利用可能なエネルギーの大半は、当然、車両の推進に利用されるが、空調システムや、車室暖房システム、パワーステアリングなどの補助システムもまた多くを消費する。エネルギーシステム内では、異なる部材が多かれ少なかれ相互に影響し合いながらエネルギーを消費するため、それぞれを独立に検討することはできない。また、最適化実行中の状況も絶えず変化し、これが、制御方法の調整を、時間のかかる複雑なプロセスにしている。また、制御方法の調整は現在の設定に直接依存する形で行われるため、設定にわずかでも変更が加えられれば、再調整しなければならない。

一般に、今日の大型車両のパワートレインは非常に強力ではあるものの、最大積載量まで積んだ状態で、複数の補助システムが動作する条件で急な上り坂を走行しても一定速度を維持できるほどではない。また、暑い夏の夜間の自動／手動運転の切り替え（takeover）操作中などの、複数の補助システムが動作する条件で加速を行う場合も、ドライバーが要求した通りのエンジン出力の増加が常に見込めるわけではない。こういったことにトラックやバスなどの大型車両のドライバーは慣れているかもしれないが、運転のしやすさと安全性の両方の見地から望ましくないものであることに変わりはない。この原因の１つとして、一般に、最初に補助システムにエネルギーが供給され、その後、残りの利用可能なエネルギーが推進のために利用されることが挙げられる。ここで、補助システムには、パワーステアリングやブレーキなどの必須度の高いシステムと、シート暖房システムや電動ウィンドウ昇降機構などの必須度の低いシステムの両方とが含まれる。なお、原則として、大型車両の問題として説明されていることは、乗用車にも当てはまる。ただし、エンジン出力の不足に伴う問題の重要性は、乗用車の場合の方が低い。

参照することにより本明細書内に組み込まれるものとする国際公開第２０１２−１５５９２７号（ＷＯ ２０１２１５５９２７）には、起動エージェントが車両内のエネルギーフローを制御する車両のエネルギー管理システムが開示されている。前記起動エージェントは、ある価格設定ルール(pricing rules)を適用することによって、車両のメインシステムおよび補助システムを制御するものである。エネルギーは、エネルギーメインシステムと補助システムとの間で交換される。エネルギーの価格(price)は、車両に対するエネルギーの瞬間的な供給量によって変動する。各メインシステムは、エネルギー提供予定価格を有し、各補助システムは、補助システム毎のエネルギー入手予定価格の制限値を個別に有する。このような個別の制限価格を超えると、補助システムはエネルギーを入手しない。個々の制限価格は、一部の補助システムでは変動可能であり、一部の補助システムでは一定である。エネルギーの価格は、利用可能なエネルギーの量に依存し、前記メインシステムおよび補助システムの起動エージェントは、各補助システムの個別の制限価格に基づいてそれぞれのシステムを起動するかどうかを決定する。

本発明の目的は、制御ユニットにより実行される、車両のエネルギーシステム内のエネルギーフローを管理する、改良した方法を提供することにあり、特に、調整可能な制限価格を利用して車両の運転のしやすさや、性能、安全性を向上する方法を提供することにある。

本目的は、独立請求項１に記載の制御方法により実行される方法によって達成される。本発明はさらに、プログラムが制御ユニットによって実行されるとき、本方法のステップを実行するためのプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラムと、このようなコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体と、制御ユニットそのものとを含む。本発明のさらなる利点および有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示される。

エネルギー利用を最適化する制御方法は、好ましくは、制御ユニットによって実行される。今日の車両には、例えば、主に変速機を制御する変速機制御ユニット（ＴＣＵ）や、主にブレーキ系を制御するブレーキ制御ユニット（ＢＣＵ）など、車両の複数の機能を制御する制御ユニットが多数含まれる。また、例えば、ブレーキアクチュエータ、パワーステアリングの液圧アクチュエータまたは電動アクチュエータなどの各構成部品の多くは、１つ１つが自身の機能を制御するローカル制御装置を含む。複数の制御ユニットや複数のローカル制御装置が相互に作用して、車両の実際の制御が、１つの制御ユニットではなく、複数の制御ユニットのネットワーク、換言すれば、分散型車両制御によって実行されるように車両を制御する。したがって、本明細書内において制御ユニットについて言及する場合、必ずしも本方法などが１つの制御ユニットによって実行されることを意味するわけではなく、相互に作用する多数の制御ユニットやローカル制御装置を備える分散型制御ユニットによって実行されることをも意味する。分散型制御ユニットは、車両コンピュータとも呼ばれる。コンピュータは、定義上、情報を検索、格納、処理、再分配することができるプログラム可能な電子デバイスであり、したがって、単一の構成部品または相互作用する構成部品のネットワークのいずれかである制御ユニットと同じ動作を実行する。

一般に、車両のエネルギー管理システムは、最初にすべての補助システムにエネルギーを供給し、推進システムは残りのエネルギーで何とか対処するというやり方で、車両の利用可能な総エネルギー量を配分するように構成されている。つまり、重要度の高い補助システムと重要度の低い補助システムの間で、事実上全く優先順位付けがされておらず、また、車両の推進を優先すべき可能性があるかどうかについての評価も行われていない。

本発明は、制御ユニットによって実行される車両のエネルギーフローを制御する方法を含み、車両は、前記制御ユニットと、複数のエネルギーサブシステムを有するエネルギーシステムとを含む。複数のエネルギーサブシステムのそれぞれにおいては、例えば、機械的エネルギーや、電気エネルギー、空気圧エネルギーなど、１つの特定の形態のエネルギーが利用される。機械的エネルギーは、例えば、車両の推進のために利用されるほか、機械駆動される冷却ファンまたは空調用コンプレッサなどの他の補助システムを駆動するためにも利用される。当該複数のエネルギーサブシステムは、コンバータによって動作可能に接続される。コンバータは、少なくとも１つの形態のエネルギーを少なくとも１つの別の形態のエネルギーに変換するデバイスである。コンバータは車両内のエネルギーフローを制御するために設けられている。

本発明の方法を用いるとき、全てのエネルギーサブシステムのうち１つに注目すると、別のエネルギーサブシステムからこのエネルギーサブシステムに向けてエネルギーを変換する少なくとも１つのコンバータと、このエネルギーサブシステムから別のエネルギーサブシステムに向けてエネルギーを変換する少なくとも１つのコンバータと、が存在する。あるエネルギーサブシステムにとって、このエネルギーサブシステムに向けてエネルギーを変換するコンバータは生成器（producer）として機能し、このエネルギーサブシステムからのエネルギーを変換するコンバータは消費器（consumer）として機能する。したがって、エネルギー生成器やエネルギー消費器についての説明は、ある１つのエネルギーサブシステムに対して可能なのであって、エネルギーシステム全体に注目すると、エネルギー生成器やエネルギー消費器は単なるコンバータに過ぎず、それらは、あるエネルギーサブシステムでは生成器として機能し、別のエネルギーサブシステムでは消費器として機能しているに過ぎない。コンバータは、異なる形態のエネルギーを利用する異なるエネルギーサブシステム間でのエネルギーの相互提供を可能にするものである。しかしながら、コンバータの定義は必ずしも、あるエネルギーサブシステムに対して双方向のエネルギー変換をするものに限られるものではない。例えば、内燃機関（internal combustion engine）（ＩＣＥ）は、機械的エネルギーサブシステムへのエネルギー供給のみを実行するコンバータとして定義されるか、または、化学的エネルギー（燃料）を機械的エネルギーに変換するエネルギーコンバータとして定義されてもよい。こういったことは全て、エネルギーサブシステムをどのように定義するかに関する事柄である。本発明の方法は、エネルギーサブシステムをどのように定義するかに関わらず適用することができる。

エネルギーサブシステムの１つとして、機械的エネルギーサブシステムが挙げられる。機械的エネルギーサブシステムで利用されるエネルギーの形態は、機械的エネルギーである。一般に、機械的エネルギーサブシステムは、少なくともＩＣＥを含む。ＩＣＥは、車両において重要なエネルギー生成器の１つである。ＩＣＥは、燃料エネルギーサブシステムから機械的エネルギーサブシステムにエネルギーを変換するコンバータとみなされ得る。ＩＣＥは、燃料エネルギーサブシステムから機械的エネルギーサブシステムに向けてエネルギーを変換する一方向コンバータということになる。ただし、本明細書内において、ＩＣＥは、機械的エネルギーを機械的エネルギーサブシステムに提供するエネルギー生成器とみなされる。

コンバータの多くは、それぞれ車両の特定の機能と結びつけることができる。例えば、空調システムのＡＣコンプレッサを、機械的エネルギーサブシステム（一般に、空調用コンプレッサは、コンプレッサクラッチによってＩＣＥに接続される）からの機械的エネルギーを空調エネルギーサブシステムのＡＣ冷却エネルギーに変換するコンバータとみなすことができる。他のコンバータの例として、電動機械がある。電動機械は、好ましくは、機械的エネルギーサブシステム内の機械的エネルギーに余剰がある場合に、機械的エネルギーから電気エネルギーに（機械的エネルギーサブシステムから電気エネルギーサブシステムに向けて）変換すること、および、例えば、追加の機械的エネルギーの必要性がある場合に、電気エネルギーから機械的エネルギーに変換することの両方が可能である。したがって、電動機械は双方向コンバータである。なお、１つの形態のエネルギーを利用するエネルギーサブシステムが２つ以上ある場合も考えられる。

コンバータは制御ユニットによって制御される。また、コンバータを制御することにより、異なるエネルギーサブシステム間で利用可能なエネルギーをどのように相互提供するかを制御することができる。各エネルギーサブシステムは、車両の中の１つの補助システムを表すものとして定義することができる。したがって、車両のエネルギーコンバータを制御することにより、各補助システムの制御が可能となる。

本明細書においては、機械的エネルギーサブシステムの機械的エネルギーを車両の推進のために利用することもエネルギーの変換とみなされる。推進は、機械的エネルギーから併進運動エネルギーへの変換とみなすことができ、よって、駆動軸、変速機、車輪などを含むドライブトレインをコンバータとみなすことができる。つまり、ドライブトレインは、機械的エネルギーサブシステムからの機械的エネルギーを併進運動エネルギーに、換言すれば、車両の推進用のエネルギーに変換する、推進エネルギーサブシステムに設けられたコンバータとして機能する。本発明によれば、推進エネルギーサブシステムへのエネルギーフローを制御することにより、推進システムが推進に利用されるエネルギーを制御することができる。

本発明によると、制御ユニットはさらに、複数のエネルギーサブシステムそれぞれにおいて利用されるエネルギー量に対する単一エネルギー価格（unitary energy price）を継続的に設定することを実行する。複数のエネルギーサブシステムそれぞれについての単一エネルギー価格は、サンプリング間隔ｔ＋ｎを有する第１のサンプリング周波数で設定される。各単一エネルギー価格は、エネルギーサブシステムの総エネルギー需要および総エネルギー供給に依存する。このサンプリング間隔ｔ＋ｎにおいて、制御ユニットはさらに、第２のエネルギーサブシステムから第１のエネルギーサブシステムにある量の動力を提供することを実行する。提供される動力量は、第１のエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格にて決定された、共通のコンバータ（common converter）の動力の供給量に対応し、ここで、共通のコンバータは、第１のエネルギーサブシステムおよび第２のエネルギーサブシステムに共有されるものである（have in common）。提供される動力量は、共通のコンバータの出力限界（power limitations）によって制限される。

簡単に言うと、共通コンバータは、第２のエネルギーサブシステムから第１のエネルギーサブシステムに向けてある量のエネルギーを提供するものである。このエネルギー量は、共通のコンバータが第１のエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格にて供給するように決定された動力量に対応するものである。各エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格は、利用可能な任意の価格設定方法を用いて設定することができる。

一般に、制御ユニットが単一エネルギー価格を計算するために用いられる方法としては、長期的にバッファレベルを維持する可能性のある価格を、過去の事象を検討することによって決定する方法や、価格をどのように設定するかの予測を試みる方法がある。少なくとも１つのエネルギーバッファを含むエネルギーシステムの場合、１つのシンプルな価格設定方法として、単に各エネルギーバッファに貯蔵された現在のエネルギー量の関数として単一エネルギー価格を設定してもよい。例えば、エネルギーシステムにおいて電池が唯一のエネルギーバッファである場合、単一エネルギー価格は、その電池の充電状態（State of Charge）（ＳｏＣ） の関数となる。一般に、エネルギーサブシステムにおける現在の貯蔵エネルギー量が大きいほど、そのエネルギーサブシステムからのエネルギーの単一エネルギー価格は低くなる。この価格決定方法の発展によれば、そのようなエネルギーバッファに出入りする瞬間的なエネルギーフローも考慮することができる。他の価格設定方法として、例えば、システム同定によって得られる線形経験モデルの動的モデルに依拠するモデル予測制御を使用するものも考え得る。さらに他の価格設定方法として、例えば動的プログラミングに基づく、さらに先進的かつ計算集約的な価格設定方法も利用可能であると考えられる。

本発明は、制御ユニットが、１つのエネルギーサブシステムから別のエネルギーサブシステムに向けてエネルギーを変換するコンバータについての個別のエネルギー制限価格を設定することを実行することによって、さらに特徴づけられる。当該個別の制限価格は、特定のエネルギーサブシステムからの特定の形態のエネルギーを、別の特定のエネルギーサブシステムの別の特定の形態のエネルギーに変換する各コンバータがエネルギーを変換する際の価格の上限を規定するものである。提供側のエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格が、その個別のエネルギー制限価格を超えた場合、エネルギーは変換されない。
個別の制限価格の一例として、発電の制限価格が挙げられる。
発電の制限価格の一例は、機械的エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格の上限であり、機械的エネルギーは、例えば、電動機械（コンバータ）によって、この単一エネルギー価格の上限にて電気エネルギーサブシステムの電気エネルギーに変換される。
個別の制限価格の第２の例として、圧縮空気の制限価格が挙げられる。
圧縮空気の制限価格の一例は、機械的エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格の上限であり、機械的エネルギーは、コンプレッサ（コンバータ）によって、その単一エネルギー価格の上限にて空気圧エネルギーサブシステムの空気圧エネルギーに変換される。

なお、本発明の実施形態において、例えば、エンジン冷却エネルギーに対しては、複数の個別の制限価格が設定されてもよい。（エンジン冷却エネルギーサブシステムに供給される）エンジン冷却エネルギーは、例えば、（電気エネルギーサブシステムから供給される）電気エネルギーからの変換を行う電気駆動ファン（コンバータ）や、機械的エネルギーサブシステムから供給される）機械的エネルギーからの変換を行う機械駆動ファン（コンバータ）によって提供されてもよい。

したがって、制御ユニットが本方法を実行するとき、コンバータは、前記第２のエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格がコンバータの制限価格よりも低い場合にのみ、第２のエネルギーサブシステムから第１のエネルギーサブシステムにエネルギーを提供する。

以下、ある特定の形態のエネルギーの制限価格について言及する場合には、実際には、エネルギー供給側のエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格の上限を意味し、コンバータは、この単一エネルギー価格の上限にて、このエネルギー供給側のエネルギーサブシステムからのある形態のエネルギーをエネルギーサブシステムの当該特定の形態のエネルギーに変換することが可能である。すなわち、推進の制限価格とは、機械的エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格の上限であり、機械的エネルギーは、ドライブトレイン（コンバータ）によって、この単一エネルギー価格の上限にて推進エネルギーサブシステムの推進用のエネルギーに変換される。

個別の制限価格は、制御ユニットによって、各エネルギーコンバータの機能がどの程度重要であるかに応じて設定される。例えば、エアコンプレッサ（機械的エネルギーを、ブレーキに利用される空気圧エネルギーに変換するコンバータ）の機能は、ＡＣコンプレッサ（（ＡＣコンプレッサの駆動や冷媒の冷却に用いられる）機械的エネルギーをＡＣ冷却エネルギーに変換するコンバータ）の機能よりも重要であると考えられる。制御ユニットは、最も重要度の高いシステムに対して最も高い制限価格を設定し、最も重要度の低いシステムに対して最も低い制限価格を設定する。したがって、エアコンプレッサの制限価格は、ＡＣコンプレッサの制限価格より高く設定される。さらに別の例を挙げると、スピン防止機能を作動させるアクチュエータのエネルギー制限価格を電動ウィンドウ昇降機構のアクチュエータのエネルギー制限価格よりも高く設定することによって、電気エネルギーサブシステムの電気エネルギーが不足している場合に、スピン防止機能を作動させるアクチュエータ（コンバータ）に対して電動ウィンドウ昇降機構のアクチュエータよりも優先的に電気エネルギーを提供することを保証することができる。制御ユニットが本発明を推進について適用することにより、推進の重要度を他の補助システムよりも高くすることもできる。

本発明の方法を適用することにより、エネルギーシステム内のエネルギーが全体として不足している状況のときに、制御ユニットは、まず重要度の高い補助システムにエネルギーを提供するようにエネルギー配分を制御する。ブレーキやエンジン冷却などの重要な車両機能が確実に維持されるようにすれば、安全性の向上につながる。運転のしやすさの向上にもつながるかもしれない。本発明の方法を適用することによって、推進力の優先順位を高くすることもできる。これにより、多くの運転状況下で、他の補助システムがいくつ作動中であるかに関わらず、ドライバーは同じ推進力を得ることができる。これにより、車両の予見可能性が高まり、ひいては安全性の向上、さらにドライバーの快適性の向上にもつながる。

本発明の一態様によれば、エネルギーシステムは、少なくとも、機械的エネルギーシステムと、推進エネルギーシステムと、を含む。本発明の主な利点の１つに、車両の推進に用いられるエネルギーの制御性が向上することがあげられる。推進用のエネルギーに対して個別の制限価格を設定することによって、例えば、空調システムの重要度が一時的に低くなっていると考えられる場合には、少なくともある期間、車両の推進の優先順位を空調システムよりも高くすることができる。これにより、推進に利用されるエネルギーが増大し、車両の性能が向上する。これは、短時間の加速時や短時間の上り坂走行時に特に当てはまる。

本発明の別の態様によれば、制御ユニットは、１つの共通のエネルギーサブシステムから別の共通のエネルギーサブシステムに向けてエネルギーを変換するすべてのコンバータについての共通の制限価格を設定する。すなわち、２つの異なるエネルギーコンバータが同じエネルギーサブシステムから別の１つの共通のエネルギーサブシステムに向けて同一の形態のエネルギーを変換する場合、これら２つのコンバータについてのエネルギーの制限価格は、等しくなるように設定される。

既に明らかにしたように、本発明の態様によると、制限価格のそれぞれは、制御ユニットによって、エネルギーサブシステムの優先順位が高いほど、その制限価格が高くなるように優先順位付けられている。ある補助システムの制限価格が高いほど、各エネルギー供給側のエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格が上昇する際、各補助システムに対するエネルギー提供がより長く継続することになる。優先順位を付けることにより、ブレーキやパワーステアリング、エンジン冷却システムなどの必須の補助システムに対して必要なエネルギーが継続的に供給されることが保証されると共に、残りの必須ではない補助システムについては、その時々の状況に応じて優先順位を調整することが可能になる。この影響をまず受けるのが、利用可能なエネルギーのうちどの程度が推進に利用されるかという点である。上り坂走行時または加速時には、例えば、空調システムなどよりも推進の優先順位を高くすることが可能となり、ＩＣＥの応答性向上や車両の性能の向上につながる。

様々なエネルギーサブシステムや補助システムの優先順位を管理するために制御ユニットが利用する方法としては、様々な方法が考えられる。必須の補助システムの優先順位については、互いの相対的順位を固定化してもよく、制限価格を一定にして固定化してもよい。あるいは、補助システムの制限価格を全て調整可能としてよい。制限価格の高低を、例えば、利用可能な総エネルギー量またはエネルギーバッファのＳｏＣなど、支配的な状況に応じて変動させてもよい。制御ユニットによって設定された現在の優先順位がどのようなものであるかに関わらず、特定の事象中、その優先順位を無効とし、また、最も必須度の高い補助システムの優先順位を高くするというような、本発明の態様を適用することもできる。以下に、制限価格をいかに設定するかについての例示的態様を一部選択して示す。

本発明の一態様によると、少なくとも複数の制限価格が予め決定される。最も必須度の高いエネルギーサブシステムに対して、予め規定された制限価格を用いることによって、エネルギーシステム内において利用可能なエネルギーが全体として不足する期間においても、最も必須度の高い車両機能については確実に機能を維持することができる。

本発明の別の態様によると、複数のエネルギーサブシステムそれぞれについての制限価格は、制御ユニットによって、ドライバーの指令に基づいて設定される。そのようなドライバーの指令としては、例えば、アクセルペダルをフルに踏み込むことが挙げられる。アクセルペダルがフルに踏み込まれた場合、それは、例えば、運転切り替え中などに最大の推進力が要求されていることを意味する。例えば、発電による電池充電よりも推進を一時的に優先することが可能かどうかを評価することにより、制御ユニットはエネルギーシステム全体を精査することができる。制御ユニットは、任意の適切な条件に従ってそのような評価を行ってよい。可能と判断された場合、推進の制限価格を一時的に、例えば、発電の制限価格より高くすることができ、これにより、機械的エネルギーサブシステムからの機械的動力の単一エネルギー価格が上昇する際、推進エネルギーシステムに対するエネルギー供給をより長く継続することができる。

本発明のさらに別の態様によると、上述のドライバーの指令は、運転モードの選択およびドライバー固有の車両設定（driver specific vehicle setting）の選択の少なくとも１つであってよい。補助システムの優先順位を車両の様々な運転モードごとに関連付けることによって補助システムの優先順位を管理するアプローチも優れている。今日の車両の多くでは、エコモードやパフォーマンスモード、電気走行モードなどの様々な運転モードから運転モードを選択することが可能である。例えば、電気走行モードが選択された場合、電気走行を可能にする電池の充電を最適に行うよう、発電の優先順位を高くしてよい。また、パフォーマンスモード等が選択された場合、車両の推進の優先順位を高くしてよい。これにより、ドライバーとの対話性の向上や車両の特性の調整（tailoring）の可能性が拓かれる。

車両や運転特性については、ドライバーによってニーズや要求が異なるものである。車室温度をできるだけ一定に保つことの優先順位が高いドライバーもいれば、アクセルペダルを踏み込んだ時の速やかなエンジン応答性についての優先順位が高いドライバーもいる。可能ならば定期的に電池のエネルギーのみで車両を運転することが最も重要と考えるドライバーもいる。補助システム間のエネルギー供給の優先順位は、ドライバーの持つ要件に応じて個々のドライバーに合わせて調整（tailored）されてよい。これは、制御ユニットが、要求の内容に応じて各補助システムの制限価格を設定することによって実現される。今日、ドライバー固有の設定は、例えば、ドライバーごとに特定の運転席設定を割り当てるためなどの目的で用いられ、例えば、各ドライバーが個別に車両のキーを持つことや、各ドライバーが車両の始動前に個々のピンコードを入力することによって適用される。個別の制限価格を、例えば、車の個々のキーや個々のピンコードに関連付けることも可能である。

制御ユニットが各制限価格を設定する際に、ドライバーの入力のほかに周囲条件もまた考慮されてもよい。すなわち、本発明の一態様によると、制御ユニットは、少なくとも１つの周囲条件に基づいて制限価格のそれぞれを設定することを実行する。

周囲条件に基づいた制限価格は、単独で調整されるか、またはドライバーの入力に基づく制限価格の調整と組み合わせて調整されてもよい。制限価格の設定の際に考慮される周囲条件は、好ましくは、何らかの形で少なくとも１つの補助システムに関係のある周囲条件である。そのような周囲条件は、地形、外気温、大気湿度、滑りやすい路面状態の兆候、運転スケジュール、雨（雪）天、及び晴天の少なくとも１つであってよい。

例えば、滑りやすい路面状態の兆候は、スピン防止システムの作動の優先順位が高いことを意味しているかもしれない。スピン防止システムを作動させるには、必要量の電気エネルギーが利用可能であることが必要である。これは、制御ユニットが、機械的エネルギーの変換によって行われる電気エネルギー生成の制限価格を引き上げることで実現する。エネルギーシステム内のエネルギーが不足している間、発電に用いられる機械的エネルギーは、最も高い優先順位のうちの１つとなり、機械的エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格が上昇する際にも供給されることになる。

同様に、外気温や、大気湿度、晴天は、車室温度に、雨（雪）天はワイパーに影響を与える可能性がある。本明細書において周囲条件とみなされる運転スケジュールは、例えばコンプレッサの制限価格に影響を与え得る（例えば、市内バスの場合のように、各車両がブレーキを度々作動させる短距離走行を繰り返すことが予想される場合など）。

これらは、各個別の制限価格を設定することによって設定される、補助システム間のエネルギー供給の優先順位に影響を与え得る周囲条件の例の一部であるが、当業者には明らかなように、他の周囲条件も利用可能である。

ドライバーの指令を本発明の入力情報として利用することには、例えば、エネルギー消費特性または運転特性を、各ドライバーの個別の要求や状況に合わせて容易に調整することができるという利点がある。周囲条件を本発明の入力情報として利用することには、利用可能なエネルギーを、瞬間的に最も重要度の高い補助システムに対して、その時点でそれほど重要ではない他のシステムよりも優先的に配分することができるという利点がある。これにより安全性に加えて運転のしやすさも向上する。

本発明の一態様によると、制御ユニットは、コンバータそれぞれの制限価格を第２のサンプリング周波数に応じて継続的に更新することを実行する。本発明のさらなる一態様によると、第２のサンプリング周波数は前記第１のサンプリング周波数よりも高い。上述の通り、各エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格の設定と、それに続いて行われる、設定された単一エネルギー価格に基づいた各エネルギーサブシステム間でのエネルギーの相互提供は、制御ユニットにより第１のサンプリング周波数に応じて実行される。本発明の主たる目的は、エネルギーサブシステム間でエネルギーをどのように相互提供するかを制御することによって、車両のエネルギーシステムのエネルギーフローを制御することにある。しかしながら、エネルギーサブシステム間でどのようにエネルギー交換が実行されるかの根拠となる個別の制限価格の設定は、より高いサンプリング周波数に応じて実行されてよい。制限価格の設定は、本発明の重要な態様ではあるものの、制限価格の設定のサンプリング周波数を高く設定しても本発明の機能性を損なうおそれはない。それどころか、各エネルギーコンバータの制限価格の更新の際のサンプリング周波数を高く設定することにより、制御ユニットが本発明の方法を実行する際に必要とする処理能力が全体として低く抑えられる。

上述したように、単一エネルギー価格を設定する価格設定方法として考えられる方法は、利用可能な多くの価格設定方法のうちの任意の適切な方法であってよい。１つの好ましい態様によれば、制御ユニットは、供給と需要に基づくマーシャルミクロ経済理論から導かれる価格決定方法を用いている。

本明細書中では需給理論とも呼んでいるマーシャルミクロ経済理論の側面を、各エネルギーサブシステムの単一エネルギー価格設定に適用することにより、各エネルギーサブシステムのエネルギー需要と利用可能な動力量とが均衡する、エネルギーシステムの瞬間的な最適エネルギーバランスを得ることが可能となる。このような価格設定方法によれば、任意の形態のエネルギーを生成する各生成器に、エネルギー供給価格関数が与えられる。ここで、エネルギー供給価格関数は、各エネルギー生成器がエネルギーサブシステムに供給することができる動力の価格と量の関係を規定するものである。ここでエネルギー生成器とみなしているエネルギーコンバータの効率は、変換後の動力量に依存する。したがって、エネルギー供給価格関数は、各エネルギー生成器の単一エネルギー価格が当該生成器からの動力供給量によってどのように変化するかを記述するものである。

さらに、任意の形態のエネルギーを消費する各消費器に、エネルギー需要価格関数が与えられる。ここで、エネルギー需要価格関数は、各エネルギー消費器がエネルギーサブシステムに対して要求する動力の価格と量の関係を規定するものである。ここでエネルギー消費器とみなしているエネルギーコンバータの効率は、上述の通り、変換後の動力量に依存する。したがって、エネルギー需要価格関数は、当該エネルギー消費器の単一エネルギー価格が消費動力量によってどのように変化するかを記述するものである。

エネルギーサブシステム内にエネルギーバッファが存在する場合に、そのバッファに当該エネルギーサブシステムからエネルギーが供給されていれば、そのエネルギーバッファは消費器として機能していることになる。そのバッファが当該エネルギーサブシステムにエネルギーを供給していれば、当該エネルギーバッファは生成器として機能していることになる。

各エネルギー供給価格関数および各エネルギー需要価格関数は、それぞれのエネルギー生成器およびエネルギー消費器に固有のパラメータに依存する。

制御ユニットが、１つのエネルギーサブシステムにおいて生成器として機能すると考えられるすべての構成部品のすべてのエネルギー供給価格関数を集計（summarizing）することによって、各エネルギーサブシステムの総エネルギー供給を記述する集計（aggregated）供給価格関数を求めることができる。これに対応して、消費器として機能するすべての構成部品のすべてのエネルギー需要価格関数を集計することによって、各エネルギーサブシステムの総エネルギー供給を記述する集計需要価格関数を求めることができる。

エネルギーバッファが存在する場合、そのようなエネルギーバッファは、潜在的に生成器と消費器のいずれとしても機能することができるので、各エネルギーサブシステムについてのエネルギー供給価格関数及びエネルギー需要価格関数の両方に寄与することになる。

制御ユニットが、エネルギーサブシステムの上述した集計供給価格関数と集計需要価格関数とを比較することにより、そのエネルギーサブシステムの最適な単一エネルギー価格を求めることができる。最適な単一エネルギー価格では、各エネルギーサブシステム内のすべての生成器、消費器およびエネルギーバッファのエネルギー供給とエネルギー需要とが均衡する。この最適な単一エネルギー価格は、集計供給価格関数と集計需要価格関数との交点である。

需給理論を適用することによって計算されたエネルギーサブシステムの単一エネルギー価格は、制御ユニットが本発明の方法を適用する場合の単一エネルギー価格として利用可能なものである。

本発明はまた、コンピュータプログラムであって、このコンピュータプログラムが制御ユニットによって実行されるときに本発明の方法の実施形態のいずれかに記載のステップを実行するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムを含む。さらに、本発明は、コンピュータプログラムであって、このコンピュータプログラムが制御ユニットによって実行されるときに本発明の方法の実施形態のいずれかに記載のステップを実行するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体を含む。最後に、本発明は、既に開示されている制御ユニットを含む。

重要な点なので指摘すると、本明細書では、制御ユニットにより実行される本発明の方法について、主に、例えば、推進に利用されるエネルギーと電気駆動される補助システムに電気エネルギーを供給するために利用されるエネルギーとの間で、利用可能なエネルギー量をどのように配分するかということと関連付けて説明してきたが、本方法は、原則的に車両の全ての機能を包含するように実施することができる。電気エネルギーサブシステムのみに注目して本方法を実施すれば、例えば、状況に応じて適切に各制限価格を設定して、シート暖房器や、自動ウィンドウ昇降機構、車両オーディオシステムに利用されるエネルギー間の優先順位を決定することができる。

本発明のさらなる利点および有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示される。

以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明する。

図１は、本発明の方法を適用する制御ユニットを含む大型ハイブリッド車両の概略図を示す。 図２は、本発明に係るエネルギーシステムの一例を示す。 図３は、エネルギーシステムの一例が第１の車両エネルギー状態にある場合の動力対価格グラフを示す。 図４は、エネルギーシステムの一例が第２の車両エネルギー状態にある場合の動力対価格グラフを示す。 図５は、エネルギーシステムの一例が第３の車両エネルギー状態にある場合の動力対価格グラフを示す。

図１は、大型ハイブリッド車両１０の実施形態を示す概略図である。大型ハイブリッド車両１０は、内燃機関（ＩＣＥ）２０、電動機械の形態であるコンバータ３０と、電池の形態であるエネルギーバッファ５０と、ドライブトレイン６０と、大型ハイブリッド車両１０のエネルギーフローを制御する制御ユニット４０とを含む。電池であるエネルギーバッファ５０は、電動機械であるコンバータ３０およびドライブトレイン６０を介してＩＣＥ２０に接続される。制御ユニット４０は、ＩＣＥ２０、電動機械であるコンバータ３０、ドライブトレイン６０および電池であるエネルギーバッファ５０を制御可能に設けられる。本発明の方法は、制御ユニット４０によって実行されると共に車両１０への適用に適したものである。図１に示す本発明の実施形態において、制御ユニット４０は、１つの物理的構成部品として概略的に示されている。しかしながら、当業者には明らかなように、制御ユニット４０は、また、相互に作用して１つの車両制御ユニットのように機能する多数の車両機能制御ユニットで構成されてもよい。

図２は、図１に示す車両１０のエネルギーシステム７０の一実施形態を示す。本発明の方法は、制御ユニット４０がこのようなエネルギーシステム７０内のエネルギーフローを管理するために適用されるものである。

エネルギーシステム７０は、ＩＣＥ２０に接続された機械的エネルギーサブシステム１１０を含む。ＩＣＥ２０は、動作時に機械的エネルギーを機械的エネルギーサブシステム１１０に提供する。好ましくは、ＩＣＥ２０が生成した機械的エネルギーは、推進エネルギーサブシステム１２０の推進用のエネルギーに変換することにより、車両１０の推進用のエネルギーに変換され得る。機械的エネルギーから推進用のエネルギーへの変換は、車両１０のドライブトレイン６０によって実行される。

エネルギーシステム７０はさらに電気エネルギーサブシステム１３０も含む。電気エネルギーサブシステム１３０は、電動機械の形態であるコンバータ３０によって機械的エネルギーサブシステム１１０に接続される。電動機械であるコンバータ３０は双方向コンバータである。つまり、電動機械であるコンバータ３０は、機械的エネルギーから電気エネルギーへの変換と、電気エネルギーから機械的エネルギーの変換を別々に実行するように構成されるか、又はそれら２方向の変換を同時に行うように構成される。電気エネルギーサブシステム１３０はさらに、電池であるエネルギーバッファ５０に接続される。電池であるエネルギーバッファ５０は、電気エネルギーサブシステム１３０内に余剰のエネルギーが存在するときに電気エネルギーサブシステム１３０からのエネルギーを貯蔵し、また、電池であるエネルギーバッファ５０の現在のＳｏＣに応じて、電気エネルギーが不足しているときに電気エネルギーサブシステム１３０にエネルギーを提供するように構成される。そして、機械的エネルギーサブシステム１１０内のエネルギーが不足している場合には、電池であるエネルギーバッファ５０によって提供されたエネルギーは、その後、電動機械であるコンバータ３０によって電気エネルギーサブシステム１３０から機械的エネルギーサブシステム１１０に向けて変換されてもよい。追加して提供された機械的エネルギーは、その後、ドライブトレイン６０によって推進用のエネルギーに変換され、推進力を高めることができるようにしてもよい。推進力を高めることは、例えば、加速中又は上り坂走行時に要求される。つまり、推進のために追加の動力が要求される期間では、電池であるエネルギーバッファ５０からエネルギーを引き出すことができる。

エネルギーシステムは、複数の電気エネルギー消費器（consumers）１３３を含む。このような電気消費器１３３は、電気エネルギーサブシステム１３０からの電気エネルギーをそれぞれの形態のエネルギーに変換するものである。このような電気消費器の例としては、車両のシート暖房器（電気エネルギーを熱エネルギーに変換）やヘッドライト（電気エネルギーを可視光波の形態である運動エネルギーに変換）が挙げられる。電気消費器１３３は、また、電池であるエネルギーバッファが、充電されない場合に時間とともに電池容量がゼロになる一因となるものである。

さらに、エネルギーシステム７０は、空気圧エネルギーサブシステム１４０を含む。空気圧エネルギーサブシステム１４０は、エアコンプレッサの形態であるコンバータ１４１によって機械的エネルギーサブシステム１１０に接続される。エアコンプレッサであるコンバータ１４１は機械的エネルギーで駆動され、機械的エネルギーサブシステム１１０からの機械的エネルギーを空気圧エネルギーサブシステム１４０の空気圧エネルギーに変換するコンバータとして機能する。エアコンプレッサが生成した圧縮空気は、圧縮空気貯蔵タンク１４２内に貯蔵される。圧縮空気貯蔵タンク１４２は、空気圧エネルギーサブシステム１４０のエネルギーバッファとして機能する。圧縮空気は、主に、大型ハイブリッド車両１０のブレーキを作動させるために使用される。一般に、度々のブレーキ作動を伴う運転が行われるとき、圧縮空気貯蔵タンク１４２のＳｏＣが時間の経過とともにゼロになるおそれがある。

エネルギーシステム７０は、また、空調エネルギーサブシステム１５０を含む。空調エネルギーサブシステム１５０は、ＡＣコンプレッサの形態であるコンバータ１５１によって機械的エネルギーサブシステム１１０に接続される。エアコンプレッサであるコンバータ１４１と同様、ＡＣコンプレッサであるコンバータ１５１も機械的エネルギーで駆動され、機械的エネルギーサブシステム１１０からの機械的エネルギーを空調エネルギーサブシステム１５０のＡＣ冷却エネルギーに変換するコンバータとして機能する。車両１０の空調システムは、特に、外気温がドライバーの要求した車室温度よりも高い場合、又は晴天時において、ドライバーが要求した車室温度を確実に維持するために設けられる。空調システムは、車室を冷房可能とするために冷却された冷媒１５２を利用するものである。冷媒１５２は冷却エネルギーを保持するよう構成されるため、空調エネルギーサブシステム１５０のエネルギーバッファとみなすことができる。外気温がドライバーの要求温度より高くない場合であっても、一般に車室温度は時間とともに上昇する。例えば、それは、ドライバーと車両の構成部品双方から発生する熱のためである。したがって、ドライバーの要求する車室温度を維持するためには、作動時間の長い短いはあるものの空調システムを作動させる必要がある。したがって、冷媒であるエネルギーバッファ１５２にエネルギーを再充填するためにコンプレッサであるコンバータ１５１を作動しなければ、いずれは冷媒であるエネルギーバッファ１５２のエネルギーが引き出され切ってしまう。

さらに、エネルギーシステム７０は、エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０を含む。エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０は、主として、機械駆動される冷却ファンの形態であるコンバータ１６１によって機械的エネルギーサブシステム１１０に接続される。冷却ファンは、駆動中、ＩＣＥ２０の温度を制御することができるように、冷却液ポンプによって循環する、エンジン冷却回路の冷却液を冷却する。したがって、エンジン冷却回路、または、実際にはエンジン冷却回路の冷却液温度が、エンジン 冷却エネルギーサブシステム１６０のエネルギーバッファ１６２として機能することになる。これは、エンジン冷却システムを、本発明の方法を適用する際に関係する重要構成部品にのみ注目して非常に簡略化した説明である。過熱を避けるため、ＩＣＥ２０は、運転中、継続的に冷冷却される必要がある。したがって、エンジン冷却回路であるエネルギーバッファからのエネルギーの引き出しは、ＩＣＥ２０が動作中に受ける負荷の大きさに比例した速さで行われる。

なお、後の参考のため、本明細書内には以下の想定があることを記載する。ドライブトレイン６０と推進エネルギーサブシステム１２０とは、簡略化した推進システム１８０を構成している。エアコンプレッサ１４１と、空気圧エネルギーサブシステム１４０と、圧縮空気貯蔵タンク１４２とは、簡略化した空気圧系補助システム１８１を構成している。ＡＣコンプレッサ１５１と、空調エネルギーサブシステム１５０と、冷媒１５２とは、簡略化した空調系補助システム１８２を構成している。コンバータとして機能する冷却ファン１６１と、エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０と、エンジン冷却回路１６２とは、簡略化したエンジン冷却系補助システム１８３を構成している。電動機械３０と、電気エネルギーサブシステム１３０と、電池５０とは、簡略化した発電系補助システム１８４を構成している。

図２に示す、本実施例に係る非常に簡略化したエネルギーシステム７０の概略図は、説明のためのものに過ぎず、限定するものではない。

各種例示的構成部品２０，３０，５０，６０，１４１，１４２，１５１，１５２，１６１，１６２，１３３の制御、および、各構成部品２０，３０，５０，６０，１４１，１４２，１５１，１５２，１６１，１６２，１３３間でどのようにエネルギーの相互提供を行うのかについての制御は、制御ユニットによって実行される。

図３、図４および図５は、車両１０が第１の車両エネルギー状態３００（図３）、第２の車両エネルギー状態４００ （図４）および第３の車両エネルギー状態５００（図５）にある場合の、図１および図２に係る車両１０におけるエネルギーシステム７０の動力量対エネルギー価格（energy price）の関係を示すグラフ３１０，４１０，５１０を示している。ｘ軸に動力（ｋＷ）を示す。ｙ軸に価格（price）（ｇ／ｋＷｈ）を示す。この価格は、コストを単位ｋＷｈの提供に必要なディーゼル燃料のグラム数で表したものである。図３、図４および図５は、機械的エネルギーが制御ユニットによって制御されるエネルギーの形態である場合に、本発明によって機械的エネルギーサブシステム１１０の動力管理がどのように行われるかを示すものである。図３、図４および図５に示す例は、車両１０が上り坂を走行する場合に考えられる一連の事象の典型例を表すと考えてよい。

図３、図４および図５に示す車両エネルギー状態に対して、制御ユニットは需給理論を用いて単一エネルギー価格（unitary energy prices）を計算し、計算した単一エネルギー価格に基づいて、エネルギー供給価格関数とエネルギー需要価格関数とを求める。グラフ３１０，４１０，５１０においては、複数のコンバータについて、エネルギーの価格に対する動力需要量が示されている。

ここで示される単一エネルギー価格は、各エネルギーサブシステムのコンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１が機械的エネルギーを自身の変換目的のエネルギー形態に変換するために、瞬間的に、どの程度払うことができるか、またはどの程度払うことが許容されるかを表している。各コンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１が動力量のために払うことのできる価格は、エネルギー需要価格関数によって表される。各コンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１のエネルギー需要価格関数は、ｐ＿ｉｎ＝ｐ＿ｏｕｔ＊ｅｔａ（Ｑ）によって表すことができる。ここで、ｐ＿ｉｎは、各コンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１にとっての変換前のエネルギーの価格、ｐ＿ｏｕｔは、各コンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１にとっての変換後のエネルギーの価格、ｅｔａ（Ｑ）は、各コンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１の限界効率（marginal efficiency）を表す。限界効率は、変換後の動力量Ｑに依存する。

図３、図４および図５に示す本実施形態において、機械的エネルギーから変換することができるエネルギーの形態は、推進用のエネルギー、すなわち併進運動エネルギーや、ＡＣ冷却エネルギー、電気エネルギー、エンジン冷却エネルギー、空気圧エネルギーである。機械的エネルギーから推進エネルギーサブシステム１２０の併進運動エネルギーへの変換はドライブトレイン６０によって実行される。ここで、ドライブトレイン６０は、ドライブトレイン６０にはＩＣＥ２０が含まれない点を除けば、パワートレインと同一の車両構成部品を有すると考えられる。機械的エネルギーから空調エネルギーサブシステム１５０のＡＣ冷却エネルギーへの変換は、好ましくは、ＡＣコンプレッサ１５１によって実行される。機械的エネルギーから電気エネルギーサブシステム１３０の電気エネルギーへの変換、すなわち発電は、好ましくは、電動機械３０によって実行される。機械的エネルギーから冷却エネルギーサブシステム１６０のエンジン冷却エネルギーへの変換は、好ましくは、コンバータとして機能する冷却ファン１６１によって実行される。機械的エネルギーから空気圧エネルギーサブシステム１４０の空気圧エネルギーへの変換は、好ましくは、エアコンプレッサ１４１によって実行される。

各エネルギーサブシステム１３０，１４０，１５０，１６０は、エネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２をさらに含む。空気圧エネルギーサブシステム１４０は、圧縮空気貯蔵タンク１４２の形態のエネルギーバッファを含む。空調エネルギーサブシステム１５０は、冷媒温度の形態のエネルギーバッファを含む。エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０は、エンジン冷却回路１６２の温度の形態のエネルギーバッファを含む。電気エネルギーサブシステム１３０は、電池５０のＳｏＣの形態のエネルギーバッファを含んでもよい。

また、推進エネルギーサブシステム１２０がエネルギーバッファ機能を含んでもよい。ただし、これは、ドライバーが要求する車速が、絶対的な要件とはみなされず、わずかな車速のずれであれば許容できる場合にのみあてはまる。この車速のずれは比較的狭い車速ずれ範囲内に収まるよう設定されるのが好ましい。この推進エネルギーサブシステム１２０にとってのエネルギーバッファ機能は、車両１０が有する、瞬間的な運動エネルギーおよび位置エネルギーである。ただし、本発明は、車両１０のエネルギーシステム７０内のエネルギーフローを制御ユニット４０によって管理するために適用する方法に関するため、本明細書内ではこれ以上の説明を省略する。

したがって、関係するシステム１８０〜１８４は、推進システム１８０、空調系補助システム１８２、発電系補助システム１８４、エンジン冷却系補助システム１８３および空気圧系補助システム１８１である。制限価格３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４について言及する場合であっても、実際には、当該１つのエネルギーサブシステム（図３〜５に示す例によると機械的エネルギーサブシステム１１０）から別のエネルギーサブシステム１２０，１３０，１４０，１５０，１６０に向けてエネルギーを変換する、特定のコンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１が払うことのできる価格の上限のことを指している。本明細書において、各制限価格３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４は、各システム１８０〜１８４に関する制限価格を指す。また、需要価格関数３４０〜３４４，４４０〜４４４，５４０〜５４４は、各システム１８０〜１８４の需要価格関数を指す。したがって、例えば、発電の制限価格３６２，４６２，５６２について言及する場合に、実際には、ある特定のコンバータ、この場合には電動機械３０が、機械的エネルギーサブシステム１１０の機械的エネルギーを電気エネルギーサブシステム１３０の電気エネルギーに変換するために払うことのできる、または払うことが許容される価格の上限を指している。同様に、例えば、推進の制限価格３６４，４６４，５６４について言及する場合には、実際には、機械的エネルギーから推進用のエネルギーへのコンバータとみなされるドライブトレイン６０が、機械的エネルギーから推進用のエネルギーに変換するために払うことのできる価格の上限を指している。

図３、図４および図５に示す本発明の実施例によると、空気圧系補助システム１８１のエアコンプレッサ１４１への供給動力の優先順位が最も高く、以下、エンジン冷却系補助システム１８３の冷却ファン１６１への供給動力が２番目、発電系補助システム１８４の電動機械３０への供給動力が３番目、空調系補助システム１８２のＡＣコンプレッサ１５１への供給動力が４番目の優先順位であり、推進用の動力の優先順位が最も低い。この優先順位は、各制限価格３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４の順番で決まる。ここでは、エアコンプレッサへの供給動力の制限価格３６０，４６０，５６０が最も高く、推進用の動力の制限価格３６４，４６４，５６４が最も低い。

制限価格３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４は、機械的エネルギーを各システム１８０〜１８４の各エネルギーサブシステム１２０，１３０，１４０，１５０，１６０に向けて変換する各コンバータ３０，６０，１４１，１５１，１６１が、機械的エネルギーサブシステム１１０からのエネルギーに対して払うことが許容される価格を示すものである。詳細については後述するが、各エネルギーサブシステム１３０，１４０，１５０，１６０の各エネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２のＳｏＣの低下に伴い、制限価格３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４が上昇する。

図３、図４および図５に示す、本発明の適用例においては、集計エネルギー需要価格関数３２０，４２０，５２０、集計エネルギー供給価格関数３２１，４２１，５２１、推進用のエネルギー需要価格関数３４０，４４０，５４０、ＡＣ冷却エネルギーの需要価格関数３４１，４４１，５４１、電気エネルギーの需要価格関数３４２，４４２，５４２、エンジン冷却エネルギーの需要価格関数３４３，４４３，５４３、空気圧エネルギーの需要価格関数３４４，４４４，５４４が示されている。集計需要価格関数３２０，４２０，５２０は、各エネルギーコンバータのエネルギー需要価格関数３４０〜３４４，４４０〜４４４，５４０〜５４４を集計することによって求められる。集計供給価格関数３２１，４２１，５２１は、ＩＣＥ２０が供給することのできる動力によってのみ決まる。集計供給価格関数３２１，４２１，５２１は、ＩＣＥ２０が提供することのできる動力量の上限３５０，４５０，５５０によって制限される。

推進用の需要価格関数３４０，４４０，５４０は、ＩＣＥ２０の出力を最大にする要求があった場合、すなわちアクセルペダルが１００％踏み込まれた場合を表す。

ここで、車両１０が第１の車両エネルギー状態３００にある場合を示す図３に説明・明示する例を特に参照する。図３に説明・明示する例では、空気圧エネルギーサブシステム１４０の圧縮空気貯蔵タンクであるエネルギーバッファ１４２に少なくともある程度の圧縮空気が充填され、空調エネルギーサブシステム１５０の冷媒であるエネルギーバッファ１５２が少なくともある程度冷却され、エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０のエンジン冷却回路であるエネルギーバッファ１６２の温度がＩＣＥ２０のトップタンク温度よりも低下し、かつ電気エネルギーサブシステム１３０の電池であるエネルギーバッファ５０が少なくともある程度充電されている。さらに、ドライバーはアクセルペダルを完全に踏み込むことにより、最大の推進力を要求している。

空調システムのエネルギー需要価格関数３４１、発電のエネルギー需要価格関数３４２、エンジン冷却システムのエネルギー需要価格関数３４３および空気圧縮システムのエネルギー需要価格関数３４４がいずれも、推進用のエネルギー需要価格関数３４０を下回っていることから、各エネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２に、少なくともある程度のエネルギー残量があると想定することができる。低い価格は、ＩＣＥ２０が供給する機械的エネルギーに対して、補助システム１８１〜１８４のいずれもが、推進システム１８０が払う価格よりも高い価格を払うことができないことを示す。

図３に示す例では、ドライバーが最大の推進力を要求している。また、補助システム１８１〜１８４のいずれもが推進システム１８０の価格よりも高い価格を払うことができないので、ＩＣＥ２０が供給することのできる全動力３９０が推進に利用される。この場合、推進に利用される動力量３９０は、ＩＣＥ２０が供給することのできる量と等しい。

ここで、車両１０が第２の車両エネルギー状態４００にある場合を示す図４に説明・明示する例を特に参照する。図４では、ＩＣＥ２０が生成する機械的エネルギーが、ある期間、車両１０の推進のみに利用された後の例が示される。図４に示す第２の車両エネルギー状態４００は、図３に示す第１の車両エネルギー状態３００にあった車両１０の次のエネルギー状態でありうる。図３に示す第１の車両エネルギー状態３００では、ＩＣＥ２０が生成する機械的エネルギーは、推進用以外には利用されず、補助システム１８１〜１８４へのエネルギー供給には利用されなかった。その代りに、補助システム１８１〜１８４は、それぞれのエネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２からのエネルギーを利用していた。

一例を挙げると、ＩＣＥ２０は、エンジン冷却系補助システム１８３によって提供される持続的な冷却を必要とする。ある期間に関して、エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０は、エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０のエネルギーバッファ機能、すなわち、エンジン冷却回路１６２からの冷却エネルギーを受け取るのみである。エンジン冷却回路１６２の温度がＩＣＥ２０の温度よりも低い間は、かりにエンジン冷却回路１６２の温度がＩＣＥ２０の温度に近づくにつれて冷却効率が低下したとしても、ＩＣＥ２０を冷却することができる。したがって、やがて、エンジン冷却回路１６２の温度が上昇して、エンジン冷却系補助システム１８３のウォータポンプの稼働状況をいかに上げても、本明細書内でエネルギーサブシステム１６０のコンバータ１６１とみなされる冷却ファンの始動を行わずにはＩＣＥ２０を冷却できなくなってしまう。すなわち、エンジン冷却エネルギーサブシステム１６０のエネルギーバッファ１６２のエネルギーは、枯渇してしまう。

図３に示す例では、後述する図４および図５に示す例と同様、すべてのエネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２のＳｏＣが同じ速度で引き出されている。これは、説明を明確にするために過ぎず、当然、現実にはそうはならない。

結果的に、各補助システム１８１〜１８４が駆動されると、最終的には各エネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２のエネルギーが完全に枯渇してしまう。各エネルギーサブシステム１３０，１４０，１５０，１６０のエネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２からエネルギーが引き出されるにつれ、エネルギーサブシステム１３０，１４０，１５０，１６０が機械的エネルギーを各自の形態のエネルギーに変換するために払うことのできる価格が上昇する。図３の例に示される車両エネルギー状態３００と図４の例に示される車両エネルギー状態４００との比較から、各エネルギー需要価格関数４４１〜４４４がｙ軸に沿ってエネルギー価格が上昇する方向にシフトしていることがわかる。

車両１０が第２の車両エネルギー状態４００にある、図４に示す例によると、空調エネルギーサブシステム１５０のエネルギー需要価格関数４４１が、推進の制限価格４６４を超えている。これは、空調系補助システム１８２が推進システム１８０よりも優先順位が高く、空調の制限価格４６３が推進の制限価格４６４よりも高く設定されていることを意味している。すなわち、空調の制限価格４６３が上昇して推進の制限価格４６４を超えるとき、ＡＣコンプレッサ１５１による機械的エネルギーからＡＣ冷却エネルギーへの変換が始まり、ドライブトレイン６０によって推進用のエネルギーに変換される機械的エネルギーの量がその分だけ減少する。

さらに、エンジン冷却系補助システム１８３のエネルギー需要価格関数４４３も、推進の制限価格４６４を超えており、これは、冷却ファンであるコンバータ１６１による機械的エネルギーからエンジン冷却エネルギーへの変換が始動されたことを示す。ここでもやはり、推進に利用される利用可能なエネルギーが、エンジン冷却エネルギーに変換する必要のある動力の分だけ減少する。

推進に利用される動力量４９０は、空調に必要なエネルギーをエンジン冷却系補助システム１８３が必要とするエネルギーの一部と共に減算した残りとなる。

ここで、車両が第３の車両エネルギー状態５００にある場合を示す図５を参照する。当該第３の車両エネルギー状態５００においては、各エネルギーサブシステム１３０，１４０，１５０，１６０のすべてのエネルギーバッファ５０，１４２，１５２，１６２が空になっている。全てのエネルギー需要価格関数５４１〜５４４が、推進の制限価格５６４を超え、そして、推進システム１８０以外の補助システム１８１〜１８４の制限価格５６０〜５６３が推進の制限価格５６４を超えているため、機械的エネルギーは、推進エネルギーサブシステム１２０に向けて変換される前に、各エネルギーサブシステム１３０，１４０，１５０，１６０の形態に変換されて、すべての補助システム１８１〜１８４に供給される。圧縮空気用の制限価格５６０が制限価格の中で最も高いため、空気圧系補助システム１８１の優先順位が最も高く、よって最初にエネルギー提供を受ける。以下、優先順位は、エンジン冷却系補助システム１８３が２番目、発電系補助システム１８４が３番目、空調系補助システム１８２が４番目と続き、推進システム１８０の優先順位が最も低い。

推進に利用される動力量５９０は、他のすべての補助システム１８１〜１８４のエネルギー需要が満たされた後に残る分となる。

図２の例示的エネルギーシステム７０、および図２、図３および図４のエネルギーサブシステム１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０の例示的な優先順位付けや、エネルギーサブシステムの定義方法は、制御ユニット４０が適用する本発明の方法がどのように実現されうるか、どの機能が関係しうるか、システムやサブシステム等がどのように定義できるかについての単なる例に過ぎない。記載された全ての動作の制御は、本発明に係る車両１０の制御ユニット４０によって実行される。

したがって、本発明が上述し、図示される実施例や実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、添付の請求の範囲を逸脱しない範囲で、多くの変更や改変が可能であることが理解されるであろう。

Claims (14)

1. 制御ユニット（４０）によって実行される車両（１０）のエネルギーフローを制御する方法であって、
   前記車両（１０）は、それぞれにおいて１つの形態のエネルギーが利用される複数のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）を有するエネルギーシステム（７０）を含み、
   前記複数のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）のそれぞれにおいて利用されるエネルギー量に対する単一エネルギー価格は、前記制御ユニット（４０）によって継続的に設定され、
   前記複数のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）は、少なくとも１つの形態のエネルギーを少なくとも１つの別の形態のエネルギーに変換するデバイスであるコンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）によって動作可能に接続されており、
   前記制御ユニット（４０）は、前記車両（１０）内のエネルギーフローを制御するため、
   第１のサンプリング周波数（Ｓ１）で継続的に、サンプリング間隔ｔ＋ｎにおける前記複数のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）それぞれについての単一エネルギー価格を設定することであって、前記単一エネルギー価格が、前記複数のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）それぞれについての総エネルギー需要および総エネルギー供給に依存するものである、前記単一エネルギー価格を設定すること、及び、
   前記サンプリング間隔ｔ＋ｎにおいて、第２のエネルギーサブシステム（１１０，１３０）から第１のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）に動力を提供することであって、前記提供される動力が、前記第１のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）の前記単一エネルギー価格にて決定された、共通のコンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）の動力の供給量に対応するものである、前記動力を提供すること、
   を実行し、
   前記提供される動力は、前記第２のエネルギーサブシステム（１１０，１３０）から前記第１のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）に向けて動力を提供する前記共通のコンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）の出力限界によって制限される、前記方法において、
   前記制御ユニット（４０）は、さらに、エネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）に向けてエネルギーを変換するコンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）についての制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）を設定することを実行し、
   コンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）は、前記第２のエネルギーサブシステム（１１０，１３０）の単一エネルギー価格が前記コンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）の前記制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）よりも低いときにのみ前記第２のエネルギーサブシステム（１１０，１３０）から前記第１のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）にエネルギーを提供するものであることを特徴とする、方法。
2. 前記エネルギーシステム（７０）は、少なくとも、機械的エネルギーシステム（１１０）と、推進エネルギーシステム（１２０）と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）のそれぞれは、エネルギーサブシステムの優先順位の高いほど、その制限価格が高くなるように優先順位が付けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記制御ユニット（４０）は、１つの共通のエネルギーサブシステム（１１０，１３０）から別の共通のエネルギーサブシステムにエネルギーを変換するすべてのコンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）についての共通の制限価格を設定することを実行することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記制御ユニット（４０）は、前記複数のエネルギーサブシステム（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０）それぞれについての制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）をドライバーの指令に基づいて設定することを実行することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記ドライバーの指令は、運転モードの選択およびドライバー固有の車両設定の選択の少なくとも１つであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記制御ユニット（４０）は、少なくとも１つの周囲条件に基づいて制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）のそれぞれを設定することを実行することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの周囲条件は、地形、外気温、大気湿度、滑りやすい路面状態の兆候、運転スケジュール、雨（雪）天、晴天のうちの１つであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記制御ユニット（４０）は、コンバータ（３０，６０，１４１，１５１，１６１）それぞれの前記制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）を第２のサンプリング周波数（Ｓ２）に応じて継続的に更新することを実行することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の方法。
10. 前記第２のサンプリング周波数（Ｓ２）は、前記第１のサンプリング周波数（Ｓ１）よりも高いことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記制限価格（３６０〜３６４，４６０〜４６４，５６０〜５６４）は、予め決定されていることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
12. コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが制御ユニット（４０）によって実行されるときに請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載のステップを実行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
13. コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが制御ユニット（４０）によって実行されるときに請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のステップを実行するためのプログラムコード手段を有する前記コンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体。
14. 請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の方法のステップを実行するよう構成された、車両（１０）のエネルギーフローを制御する制御ユニット（４０）。

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