JP2018527229A - ハイブリッド自動車両のエネルギー等価係数を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱機関と、ストレージバッテリを動力源とする少なくとも１つの電気モータとを含む自動車両のエネルギー等価係数（Ｋ）を制御するための方法（１）に関し、本方法は、差（σ）がしきい値（ε_ｓｏｅ、−ε_ｓｏｅ）より小さいとき、所定の最大値（Ｋ^ｍａｘ）に比例して、または差（σ）がしきい値（ε_ｓｏｅ、−ε_ｓｏｅ）より大きいとき、所定の最小値（Ｋ^ｍｉｎ）に比例して、前記エネルギー等価係数（Ｋ）の値（Ｋ^ｃａｌｃ）を予測するステップ（２）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車車両のエネルギー等価係数を制御するための方法に関する。

本発明は、自動車車両のハイブリッドドライブトレイン内のエネルギーの流れの分布の管理に関する。

より正確には、本発明の主題は、熱機関とバッテリを動力源とする少なくとも１つの電気モータとを備えるタイプの自動車車両のハイブリッドドライブトレインの全体のエネルギー消費量を、１つの動作点において最小限にするために、熱エネルギーの供給と電気エネルギーの供給との間で適用される重み付けを表すエネルギー等価係数を決定することである。

ハイブリッド推進または駆動による自動車車両のドライブパワートレインは、熱機関と、車両に搭載された少なくとも１つのバッテリを動力源とする１つまたは複数の電気機械を備える。

ハイブリッドドライブパワートレインの制御システムは、燃料消費量を制限するため、および汚染粒子の排出を最小限にするために、運転条件に従って様々なモータの動作および同期を管理するように設計される。

「熱および電気エネルギーの流れの管理」は、熱エネルギーの流れと電気エネルギーの流れとの間でのパワーシェアリングを最適化する目的で、制御システムにおいて実施される運転戦略をとりわけ示すために使用される。最良の動作点を選択するために実施される原理は、重み付け係数または等価係数を用いて電気エネルギーを重み付けすることによって、熱消費量と電気消費量との合計を最小限にすることにある。

この係数は、電気エネルギーを熱エネルギーで重み付けするものであり、言い換えれば、この係数は、バッテリに格納されるある特定の量の電気エネルギーを再充電するのに必要な燃料の量、または、逆に、バッテリから入ってくるある量のエネルギーを使用することによって節約することができる燃料の量を示す。

本出願者によって提出された特許出願ＦＲ２９８８６７４は、ＰＩ調節とも呼ばれる比例積分調節制御を実施する等価係数を制御するための方法を開示することでとりわけ知られている。

しかしながら、最適な方式で動作させるためには、そのようなＰＩ調節制御は、調節されるシステムに関する事前知識を、その動的特性と共に必要とする。技術的観点から、これはＰＩ調節器の比例積分ゲインのキャリブレーションのためのステップである。このキャリブレーションステップは比較的長く、制御方法の実施の前に実行されなければならない。

さらには、このキャリブレーションは、特に比例ゲインのキャリブレーションに関する限り、システムの動的特性が、定義上は、キャリブレーションの時点では知られていないとすると、比較的複雑である。

さらに、比例ゲインのキャリブレーションは、考慮されない外部影響、具体的には、自動車車両の補助要素、例えば車載マルチメディアシステム、自動車車両の空調、データプロセッサなどによって消費されるパワーを補償することができない。

この理由のために、キャリブレーションステップは長く、異なるモデルの車両に調節制御が適用される度に実行されなければならない。

これにより、この制御方法は、様々なモデルの自動車車両に適合させるには比較的高コストになる。

したがって、様々なモデルの自動車車両に適合させるのがより簡単な、エネルギー等価係数を制御するための方法が必要とされている。

熱機関と、蓄電池を動力源とする少なくとも１つの電気モータとを備える自動車車両のハイブリッドドライブトレインの全体のエネルギー消費量を、１つの動作点において最小限にするために、熱エネルギーの供給と電気エネルギーの供給との間で適用される重み付け値に対応するエネルギー等価係数を制御するための方法が提供される。

本方法は、蓄電池のエネルギー状態の瞬時値と蓄電池のエネルギー状態の目標値との差に基づいて前記エネルギー等価係数の値を予測するステップを含む。

予測ステップは、
− 前記差を少なくとも１つの正のしきい値および少なくとも１つの負のしきい値と比較するステップと、
− エネルギー等価係数の予測値を計算するステップとを含み、前記予測値は、
・前記差が前記負のしきい値より小さいとき、所定の最大値に比例する、または
・前記差が前記正のしきい値より大きいとき、所定の最小値に比例する、または
・前記差が負のしきい値と正のしきい値との間の範囲内にあるとき、前記差、前記負のしきい値および正のしきい値、ならびに所定の最小値および最大値の関数である。

したがって、予測ステップは、システムのパラメータ、特に、自動車車両の運転条件および動的パラメータから独立している。言い換えれば、本方法はロバストである。

さらには、本システムは、予測ステップが、エネルギー等価係数の予測値を評価する前に、蓄電池のエネルギー状態の瞬時値と蓄電池のエネルギー状態の目標値との、「誤差」とも称される差を考慮するという点において適応性がある。言い換えれば、制御されるべきシステムは、作動前に調査される。

このようにして、本方法は、異なる自動車車両に適合させるのが比較的簡単である。さらに、本方法は、自動車車両の運転条件を知る必要性なしに使用され得る。

前記差を少なくとも１つの正のしきい値および少なくとも１つの負のしきい値と比較するステップを使用して、エネルギー等価係数を、蓄電池の充電および放電モードにおいて制御することができる。実際には、差の兆候は、一般的に言えば、本方法の実行時における蓄電池の動作モードに依存する。

前記差が負のしきい値と正のしきい値との間の範囲内にあるとき、エネルギー等価係数の予測値は、誤差が２つのしきい値内にあるとき、言い換えれば、誤差が小さいときに制御され得る。したがって、本システムは、自動車車両の全体のエネルギー動作を最適化するような方式で安定化される。

さらには、この制御方法は、比例積分調節制御に対して比較的高い応答時間が得られることを可能にする。

有利に、および非限定的な方式で、前記正のしきい値および負のしきい値は対立している。したがって、本方法の動作、とりわけその実行速度は、しきい値の絶対値に対する比較を実行することによって最適化され得る。

有利に、および非限定的な方式で、本制御方法は、等価係数の前記予測値が負のしきい値と正のしきい値との間の範囲内にあるとき、積分ステップを含み、前記積分ステップが、前記予測値に加えられることが意図される積分項を規定する。

特に、積分項は、「誤差」とも称される差に基づき得る。

とりわけ、積分項は、誤差の積分の値に比例し得る。

したがって、エネルギー等価係数の変動は、とりわけ蓄電池のエネルギー状態の瞬時値と蓄電池のエネルギー状態の目標値との差が比較的小さいとき、平滑化され得る。

有利に、および非限定的な方式で、本制御方法は、エネルギー等価係数の前記予測値を制限するステップを含み得、前記ステップの間、前記予測値は、前記所定の最小値および前記所定の最大値によって規定される境界によって制限される。

予測値が合計されているかどうか、したがって先に説明されるような積分項によって修正されているかどうかに関係なく、ここでは予測値を参照するということが理解される。

したがって、エネルギー等価係数が常にエネルギー等価係数の動作の許容限界間の範囲内にあることを確実にすると同時に、自動車車両の正しい動作が確実にされる。この制限ステップはまた、エネルギー等価係数の予測値の飽和のステップと見なされ得る。

とりわけ、蓄電池の劣化または早期消耗のリスクが、このようにして制限され得る。

本発明はまた、熱機関と、蓄電池を動力源とする少なくとも１つの電気モータとを備える自動車車両のハイブリッドドライブトレインの全体のエネルギー消費量を、１つの動作点において最小限にするために、熱エネルギーの供給と電気エネルギーの供給との間で適用される重み付け値に対応するエネルギー等価係数を制御するためのデバイスに関し、本デバイスは、
− 蓄電池のエネルギー状態の瞬時値を受信するための手段、例えば、蓄電池のセンサ、あるいはプロセッサ、ＤＳＰ、もしくは蓄電池の動作のモデルを実施するマイクロコントローラ、およびセンサから入ってくるデータの送信のためのバス、または任意の他の好適な手段と、
− 蓄電池のエネルギー状態の前記瞬時値と蓄電池のエネルギー状態の目標値との差を計算するための手段、例えば、プロセッサ、ＤＳＰ、マイクロコントローラ、または任意の他の好適な手段と、
− 前記差を少なくとも１つの正のしきい値および少なくとも１つの負のしきい値と比較するための手段、例えば、差を計算するための手段と同一または同一でない、プロセッサ、ＤＳＰ、マイクロコントローラ、または任意の他の好適な手段と、
− エネルギー等価係数の予測値を計算するための手段、例えば、差を計算するための手段および／または差を少なくとも１つのしきい値と比較するための手段と同一または同一でない、プロセッサ、ＤＳＰ、マイクロコントローラ、または任意の他の好適な手段とを備え、前記予測値は、
・前記差が前記負のしきい値より小さいとき、所定の最大値に比例するか、または
・前記差が前記正のしきい値より大きいとき、所定の最小値に比例するか、または
・前記差が負のしきい値と正のしきい値との間の範囲内にあるとき、前記差、前記負のしきい値および正のしきい値、ならびに所定の最小値および最大値の関数である。

本発明はまた、先に説明されたようなエネルギー等価係数を制御するためのデバイスを備える自動車車両に関する。

本発明の他の特徴および利点は、図を参照して、非限定的な例として提供される、本発明の１つの特定の実施形態について以後提示される説明を読むことにより明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に従う、エネルギー等価係数を制御するための方法の機能的フロー図である。

図１を参照すると、ハイブリッド自動車車両のエネルギー等価係数の制御を提供する制御方法１は、エネルギー等価係数Ｋの値

を予測するステップ２を含む。

予測ステップ２は、まず初めに、誤差σを計算する第１のステップ５を含み、ここでの計算は、蓄電池のエネルギー状態の瞬時値ｓｏｅと蓄電池のエネルギー状態の目標値ｓｏｅ^ｒｅｆとの間の、誤差σとも一般に称される差σの値について実施される。

誤差σの計算５は、エネルギー状態の目標値ｓｏｅ^ｒｅｆを瞬時値ｓｏｅから引くことｓｏｅ−ｓｏｅ^ｒｅｆによって実行される。

誤差σは、正の値または負の値であり得る。

一般的に言えば、目標値ｓｏｅ^ｒｅｆが小さいとき、例えば、蓄電池のエネルギー状態の最大値の０％〜１０％であるとき、誤差σは負である。この場合、制御は、蓄電池を放電すること、したがって電気エネルギーの消費を促進することを目指す。

反対に、目標値ｓｏｅ^ｒｅｆが大きいとき、例えば、蓄電池のエネルギー状態の最大値の９０％〜１００％であるとき、誤差σは正である。この場合、制御は、蓄電池を再充電することを目指す。

誤差計算ステップ５の後、誤差σと２つのしきい値ε_ｓｏｅ、−ε_ｓｏｅとの間の比較６のステップが実行される。

ここで、誤差σは、正のしきい値ε_ｓｏｅおよび負のしきい値−ε_ｓｏｅの２つのしきい値と比較される。

２つのしきい値は対立している。言い換えれば、２つのしきい値ε_ｓｏｅ、−ε_ｓｏｅは、絶対値が等しい。

１つの代替案によると、２つのしきい値は異なる絶対値を有し得る。

好ましくは、しきい値ε_ｓｏｅ、−ε_ｓｏｅは、絶対値がゼロに近い、例えば、０〜１の範囲内にある。

比較ステップ６は、以下の３つのケースで異なる。
− 誤差σが負のしきい値−ε_ｓｏｅより小さい場合、
− 誤差σが正のしきい値ε_ｓｏｅより大きい場合、
− 誤差σが負のしきい値−ε_ｓｏｅと正のしきい値ε_ｓｏｅとの間の範囲内にある場合。

比較ステップ６の結果に応じて、エネルギー等価係数Ｋの予測値

の計算のステップ７が次いで実行される。

誤差σが負のしきい値−ε_ｓｏｅより小さい場合、予測値

は、以下の計算によって決定される。

式中、
Ｋ^ｍａｘは、等価係数の最大許容値であり、
αは、１より大きい所定の値である。

値αは、予めキャリブレーションされた定数値である。

誤差σが正のしきい値ε_ｓｏｅより大きい場合、予測値

は以下の計算によって決定される。

式中、
Ｋ^ｍｉｎは、等価係数の最小許容値である。

エネルギー等価係数の最大許容値Ｋ^ｍａｘおよび最小許容値Ｋ^ｍｉｎは、蓄電池に応じて事前に規定される。言い換えれば、これらの値は、蓄電池の動作定数である。

誤差σが負のしきい値−ε_ｓｏｅと正のしきい値ε_ｓｏｅとの間の範囲内にある場合、予測値

は、以下の計算によって決定される。

１つの代替案によると、誤差σは、単一のしきい値ε_ｓｏｅ、例えば、ゼロに近い値、ゼロより小さいもしくは大きい値、あるいはゼロに等しい値と比較され得る。

この代替案では、比較ステップ６および計算ステップ７は、比較６は、誤差σが単一のしきい値ε_ｓｏｅより大きい、または小さい場合のみを考慮し、計算ステップ７は、第３の計算（３）が２つのしきい値が考慮されるときにのみ相応しく、負の値および正の値を単一のしきい値と単純に置き換えることによって、先に説明された最初の２つの計算（１）および（２）のみを検討するということを除き、２つのしきい値について先に説明したものと同様である。

このようにして、エネルギー等価係数の予測値

が、ロバストな予測ステップ２によって得られる。

言い換えれば、エネルギー等価係数の値は、自動車車両の運転条件、または自動車車両の物理的パラメータとは独立して予測される。

この予測ステップ２は、結果として、様々なシステムに適合させるのが比較的簡単であり、機能させるために複雑かつコスト高のキャリブレーションを全く必要としない。

さらには、予測ステップ２は適応性がある。これは、このステップにおいて、誤差σが予測値

を評価する前に予測されることが理由である。言い換えれば、本方法は、作動前にシステムを調査する。

このようにして、エネルギー等価係数の値

は、ロバストかつ適応性のある方式で予測され得る。

エネルギー等価係数Ｋの値

を予測した後、予測ステップ２の最中に、本方法は、積分ステップ３を実行する。

積分ステップ３において、積分項８が、誤差σに基づいて決定される。
− 誤差σが負のしきい値−ε_ｓｏｅと正のしきい値ε_ｓｏｅとの間の範囲内にあるとき、積分項８は、予め定められたゲインｋ_ｉＧの関数である。言い換えれば、積分項８は、ラプラス変換後、関数

に対応する。また、
− 誤差σが負のしきい値−ε_ｓｏｅより小さい場合、または誤差σが正のしきい値ε_ｓｏｅより大きい場合、積分項８はゼロに等しい。

積分項８を決定した後、積分項８は、本明細書内の上に説明されるように、積分ステップ３をまとめるステップ９において、誤差σの値に基づいて、予測値

に加えられる。

積分ステップ３は、蓄電池のエネルギー状態の瞬時値ｓｏｅが、目標エネルギー状態ｓｏｅ^ｒｅｆに比較的近いとき、エネルギー等価係数Ｋの変動が平滑化されることを可能にする。積分ステップの最後に、予測値

の平滑値Ｋ^ｃａｌｃが得られる。

実際には、正のしきい値ε_ｓｏｅおよび負のしきい値−ε_ｓｏｅは、そのしきい値の間では誤差σが小さいと見なされるしきい値を規定する、ゼロに比較的近い値である。そして、全体のエネルギー消費量を最適化するために、エネルギー等価係数Ｋの変動を安定させるという考え方である。

積分ステップ３の後、制限ステップ４が実行され、このステップにおいて、平滑値Ｋ^ｃａｌｃが、エネルギー等価係数の最大許容値Ｋ^ｍａｘと最小許容値Ｋ^ｍｉｎとの間の範囲内にあることが検証される。平滑値Ｋ^ｃａｌｃが、これらの制限の外に出る場合、平滑値Ｋ^ｃａｌｃは、最も近い最小値または最大値に戻される。

言い換えれば、平滑値Ｋ^ｃａｌｃをエネルギー等価係数の最大許容値Ｋ^ｍａｘと最小許容値Ｋ^ｍｉｎとの間に維持するために、平滑値Ｋ^ｃａｌｃの飽和４が実行される。これは、とりわけ蓄電池の劣化のいかなるリスクも引き起こさないような方式で、システムの正しい動作が動作中常に確実にされることを可能にする。

制限ステップ４の後に得られる値は、本方法によって制御されるエネルギー等価係数Ｋの値に対応する。

本発明は、説明される実施形態に決して限定されない。

特に、積分ステップ３および制限ステップ４は、互いと独立して、存在してもしなくてもよい、実施される制御方法１の任意選択のステップである。

Claims (6)

1. 熱機関と、蓄電池を動力源とする少なくとも１つの電気モータとを備える自動車車両のハイブリッドドライブトレインの全体のエネルギー消費量を、１つの動作点において最小限にするために、熱エネルギーの供給と電気エネルギーの供給との間で適用される重み付け値に対応するエネルギー等価係数（Ｋ）を制御するための方法（１）であって、
   前記蓄電池のエネルギー状態の瞬時値（ｓｏｅ）と前記蓄電池のエネルギー状態の目標値（ｓｏｅ^ｒｅｆ）との差（σ）に基づいて前記エネルギー等価係数（Ｋ）の値（
   

   

   ）を予測するステップ（２）を含み、前記予測ステップ（２）が、
   − 前記差（σ）を少なくとも１つの正のしきい値（ε_ｓｏｅ）および少なくとも１つの負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）と比較するステップ（６）と、
   − 前記エネルギー等価係数（Ｋ）の前記予測値（
   

   

   ）を計算するステップ（７）とを含み、前記予測値（
   

   

   ）が、
   ・前記差（σ）が前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）より小さいとき、所定の最大値（Ｋ^ｍａｘ）に比例する、または
   ・前記差（σ）が前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）より大きいとき、所定の最小値（Ｋ^ｍｉｎ）に比例する、または
   ・前記差（σ）が前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）と前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）との間の範囲内にあるとき、前記差（σ）、前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）および前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）、ならびに前記所定の最小値および最大値（Ｋ^ｍｉｎ、Ｋ^ｍａｘ）の関数である
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）および前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）が対立していることを特徴とする、請求項１に記載の制御方法（１）。
3. 前記等価係数（Ｋ）の前記予測値（
   

   

   ）が前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）と前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）との間の範囲内にあるとき、積分ステップ（３）を含み、前記積分ステップ（３）が、前記予測値（
   

   

   ）に加えられることが意図される積分項（８）を規定することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法（１）。
4. 前記エネルギー等価係数（Ｋ）の前記予測値（
   

   

   ）を制限するステップ（４）を含み、前記ステップ（４）の間、前記予測値（
   

   

   ）が、前記所定の最小値（Ｋ^ｍｉｎ）および前記所定の最大値（Ｋ^ｍａｘ）によって規定される境界によって制限されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御方法（１）。
5. 熱機関と、蓄電池を動力源とする少なくとも１つの電気モータとを備える自動車車両のハイブリッドドライブトレインの全体のエネルギー消費量を、１つの動作点において最小限にするために、熱エネルギーの供給と電気エネルギーの供給との間で適用される重み付け値に対応するエネルギー等価係数（Ｋ）を制御するためのデバイスであって、
   − 前記蓄電池のエネルギー状態の瞬時値（ｓｏｅ）を受信するための手段と、
   − 前記蓄電池のエネルギー状態の前記瞬時値（ｓｏｅ）と前記蓄電池のエネルギー状態の目標値（ｓｏｅ^ｒｅｆ）との差（σ）を計算するための手段と、
   − 前記差（σ）を少なくとも１つの正のしきい値（ε_ｓｏｅ）および少なくとも１つの負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）と比較するための手段と、
   − 前記エネルギー等価係数（Ｋ）の予測値（
   

   

   ）を計算するための手段とを備え、前記予測値（
   

   

   ）が、
   ・前記差（σ）が前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）より小さいとき、所定の最大値（Ｋ^ｍａｘ）に比例する、または
   ・前記差（σ）が前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）より大きいとき、所定の最小値（Ｋ^ｍｉｎ）に比例する、または
   ・前記差（σ）が前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）と前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）との間の範囲内にあるとき、前記差（σ）、前記負のしきい値（−ε_ｓｏｅ）および前記正のしきい値（ε_ｓｏｅ）、ならびに前記所定の最小値および最大値（Ｋ^ｍｉｎ、Ｋ^ｍａｘ）の関数である
   デバイス。
6. 請求項５において特許請求されるようなエネルギー等価係数（Ｋ）を制御するためのデバイスを備える自動車車両。
   

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