JP3388446B2 - 並列ハイブリツド駆動装置の運転方法 - Google Patents

並列ハイブリツド駆動装置の運転方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、クラツチ及び変速機を介して駆
動軸に結合される内燃機関と、回転子を変速機の副軸に
直接連結されかつ三相変換機を介して蓄電装置に接続さ
れている三相電気機械とを持つ、並列自動車ハイブリツ
ド駆動装置の運転方法に関する。
【０００２】自動車用のこのようなハイブリツド駆動装
置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０２０８３
号明細書から公知である。両方の駆動装置のそれぞれ１
つが単独で使用されるか又は両方が一緒に使用される３
つの普通の運転態様のほかに、三相電気機械を変速の際
変速機用同期化補助手段として利用することが提案され
る。
【０００３】更にドイツ連邦共和国特許出願公告第２３
５３７２４号明細書から、熱機関を持つ並列ハイブリツ
ド駆動装置が公知であり、この熱機関はジヤイロ蓄勢装
置と固定的な回転数関係で運転され、電気機械と共に出
力分岐伝動装置に連結されることができる。電気機械
は、出力をジヤイロ蓄勢装置及び熱機関より著しく小さ
く定められている。熱機関は有利な特性曲線図範囲で運
転され、緩慢即ち徐々に調整されるようにしている。ハ
イブリツド駆動装置における出力要求時間の変化は、ジ
ヤイロ蓄勢装置及び電気機械によりまかなわれるように
している。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２２
６３６号明細書から公知の並列ハイブリツド駆動装置の
自動制御方法では、内燃機関の出力が、現在の走行パラ
メータ特に出力要求、車両速度及び蓄電池充電状態に応
じて、３つの異なるやり方で供給される。評価基準とし
て、種々の規定すべき閾値特に駆動装置及び蓄電池の出
力限界及び速度限界値が用いられ、これらの限界又は限
界値に応じて内燃機関が運転される。その際走行の快適
さを低下するように全装置の融通性を制限することな
く、排気ガス有害放出物の理由から、内燃機関による出
力の供給が原則的に最小にされるようにする。
【０００５】刊行物Ｂ．Ｇｉｅｒａ，ｅｔ ａｌ．″Ｈ
ｙｂｒｉｄａｎｔｒｉｅｂ ｍｉｔ Ｇｙｒｏ−Ｋｏｍ
ｐｏｎｅｎｔｅ ｆｕｅｒ ｗｉｒｔｓｃｈａｆｔｌｉ
ｃｈｅ ｕｎｄ ｄｙｎａｍｉｓｃｈｅ Ｂｅｔｒｉｅ
ｂｓｗｅｉｓｅ″ＥＴＺ−Ａ，第９４巻（１９７３），
６５３ページには、内燃機関、ジヤイロ素子及び電動機
を持つハイブリツド駆動装置が記載されている。電動機
は、出力を重畳する差動歯車装置の第１の入力端に結合
され、その第２の入力端に、内燃機関及び変速装置によ
り内燃機関に並列接続されるジヤイロ素子が連結されて
いる。この差動歯車装置の出力端は変速機を介して駆動
車軸の従来の差動歯車装置に結合されている。有害放出
物の理由から、内燃機関の出力は非常に緩慢にのみ即ち
鈍感化されて調整される。ジヤイロ素子の最大比出力
は、内燃機関の出力により数倍だけ大きく選ばれ、一方
この出力は典型的には電動機の出力の約２倍に選ばれて
いる。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２２
６４７号明細書から、ハイブリツド駆動装置を持つ自動
車にある内燃機関及び／又は蓄電装置を介して駆動可能
な電動機による出力供給の自動制御方法が公知であり、
要求される駆動出力が所定の基本出力より大きくない限
り、この駆動出力が内燃機関によってのみ供給され、要
求される駆動出力が所定の基本出力より大きい運転段階
では、蓄電装置の充電が十分な場合駆動出力の一部が電
動機により付加的に供給される。その際基本出力とし
て、それぞれ現在の回転数に応じて内燃機関により最大
に発生可能な出力がなるべく規定される。要求される駆
動出力が所定の基本出力より小さく、蓄電装置が十分充
電されていないと、蓄電装置の充電のため内燃機関によ
る過剰出力が供給される。
【０００７】雑誌Ｐ．Ｃｈｕｄｉ ｕｎｄ Ａ．Ｍａｌ
ｍｑｕｉｓｔ，″Ｓｃｈａｄｓｔｏｆｆａｒｍｅｓ Ｈ
ｙｂｒｉｄｔｒｉｅｂｗｅｒｋ ｆｕｅｒ ｍｏｄｅｒ
ｎｅ Ｌａｓｔｋｒａｆｔｗａｇｅｎ ｕｎｄ Ｏｍｎ
ｉｂｕｓｓｅ″，ＡＢＢ Ｔｅｃｈｎｉｋ ６／７，１
９９６，１２ページには、特殊な構造を持つ直列自動車
ハイブリツド駆動装置及びそれに適した運転方法が開示
されている。内燃機関としてガスタービンが設けられて
いる。ハイブリツド駆動装置を制御するため、車両処理
計算機がそれぞれ現在の出力要求を検出し、かつ時間積
分により駆動電動機の平均出力要求を検出する。それか
らガスタービン出力の目標値が、駆動電動機のこの平均
出力要求と蓄電装置として動作する蓄電池の再充電のた
めの出力成分との和に等しくされる。ガスタービンには
高速発電機が機械的に連結されている。駆動電動機は、
一方では高速発電機に電気接続され、他方ではこの発電
機により充電可能な蓄電池に電気接続されているので、
ガスタービンに連結される高速発電機及び蓄電池から並
列に給電される。
【０００８】本発明の課題は、できるだけ簡単な手段で
内燃機関のできるだけ有害放出物の少ない運転を保証す
る、最初にあげた種類の並列ハイブリツド駆動装置の運
転方法を提供することである。
【０００９】この課題は、本発明によれば請求項１の特
徴を持つ方法によって解決される。ここでは制御装置に
より、それぞれの規定可能な走行時間中に必要とされる
駆動トルクの時間的平均値が求められ、負荷としての内
燃機関から要求される。従って内燃機関により発生され
る駆動トルクと現在必要とされる駆動トルクとの差は、
三相電気機械により利用されるか又は吸収される。三相
電気機械は三相変換機を介して蓄電装置に接続され、こ
の蓄電装置から短時間必要とされる駆動エネルギーを取
出し、この蓄電装置に制動エネルギーを一時蓄えること
ができる。こうして必要とされる駆動トルクの連続的で
融通性のある平均化の際、負荷の急変が遅れなしにただ
し平均化されて内燃機関へ伝達され、三相電気機械は場
合によっては生じる短時間の出力要求ピークを利用可能
にする。それにより内燃機関が鈍感化されて運転され、
鈍感化の程度は、平均値形成に利用される走行時間の長
さの適当な選択により設定することができる。
【００１０】請求項２により発展される方法は、負荷変
化の際内燃機関の有害物質放出挙動及び／又はその現在
の運転状態に応じて平均値決定の時間を決定し、その際
最大負荷急変の際内燃機関の負荷変化従って有害物質放
出が特定の許容値を超過しないような大きさ以上に、走
行時間が選ばれる。走行時間のこのような規定は、内燃
機関の複数の運転状態に対して別々に行うことができ
る。なぜならば、内燃機関の実際の絶対負荷が重要だか
らである。市内交通では車両特に商用車両の典型的な加
速過程は一般に１５ｓの程度なので、平均値決定のため
の走行時間はなるべくこの程度に選ばれる。
【００１１】請求項３に従って発展される方法では、内
燃機関が全負荷即ち最大出力以下で運転される定速走行
中に、内燃機関が走行運転に必要な出力より大きい出力
を発生することによって、蓄電装置が充電される。それ
により燃料を節約してエネルギー変換損失を補償するこ
とができる。
【００１２】本発明の好ましい実施例が図面に示されて
おり、以下に説明される。
【００１３】図１は、本発明による方法に従って運転可
能で内燃機関１例えば往復ピストンデイーゼル機関を持
つ自動車の並列ハイブリツド駆動装置を示し、デイーゼ
ル機関は通常のようにクラツチ２を介して変速機３の入
力軸に結合されている。変速機３は副軸４を持ち、この
副軸４が一方では個々の変速段のために設けられる歯車
対を駆動し、他方では三相電気機械５に結合されてい
る。三相電気機械５は三相変速機６を介して牽引蓄電池
７に接続されている。トルク選択段９は、運転者により
操作可能な加速ペダル１０及び制動ペダル１０Ａの規定
目標値を受けて、始動論理回路８及び噴射ポンプ１１を
駆動する。始動論理回路８は、三相変換機６により、牽
引蓄電池７からのエネルギーを取出し従って三相電気機
械５の発生出力も決定する。噴射ポンプ１１は、従来の
ように内燃機関１の燃料供給及びその点で内燃機関の発
生出力を決定する。始動論理回路８及びトルク選択段９
は従ってハイブリツド駆動装置の制御装置を形成してい
る。
【００１４】図２ないし４には、ハイブリツド駆動装置
を備えた車両の典型的な走行サイクルが理想化されて示
され、この走行サイクル中に駆動装置が本発明により制
御装置によって運転される。図２には、速ｖ及び７．５
ｔの重量を持つ自動車の車輪の出力要求Ｐ０が示されて
いる。走行サイクルは５０ｓの時間を含み、この時間中
に車両は約５００ｍの区間を進み、５０ｋｍ／ｈのピー
ク速度に達する。ここでは典型的な市内走行サイクルに
おいて、車両が停止状態から発進し、図３からわかるよ
うに２回の変速の際適度に加速し、５０ｋｍ／ｈの許容
最高速度で特定の区間を進み、最後に停止状態まで穏や
かに減速する。
【００１５】図３の線図には、典型的な走行サイクルに
対して変速機入力端のトルクＭ０及び変速機入力端の対
応する回転数ｎ０が示されている。わかり易くするた
め、動力伝達におけるすべての損失が無視されるので、
トルクＭ０及び回転数ｎ０から直接駆動出力Ｐ０が計算
される。回転数ｎ０の推移における急変はそれぞれ変速
を特徴づけている。
【００１６】典型的な走行サイクルに基いて以下に詳細
に説明される本発明の方法によれば、加速ペダル１０の
操作により開始される発進指令後、トルク選択段９にお
いて特定の駆動トルクＭ１（ｔ＝０）が決定され、噴射
ポンプ１１を介して内燃機関１において発進トルクとし
て設定される。この例では、この駆動トルクは図４から
わかるように約９０Ｎｍである。次に又は規定可能な特
定の最低速度に達してから、トルク選択段９が内燃機関
１の必要な駆動トルクＭ１を自動的に決定する。上述し
かつ図２ないし４に示した走行サイクルにおいて、その
ためにまず駆動トルク平均化のために利用されるその次
の走行時間の長さが、５０ｓに規定される。この走行時
間の長さは、内燃機関１の運転特性曲線図、ハイブリツ
ド駆動装置の出力又は運転者の希望に応じて、原理的に
任意に選択可能である。それからこの運転時間のために
多分必要とされるトルク推移が評価され、計算機により
時間的に平均化され、その後走行時間のために必要とさ
れる駆動トルクの計算された平均値が、噴射ポンプ１１
の適当な調節を介して、内燃機関１に出力要求として対
応せしめられる。前述した走行サイクルにおいて発進ト
ルクＭ１（ｔ＝０）は、図４からわかるように、全走行
サイクルのために必要とされる平均駆動トルクＭ１と同
じ大きさである。
【００１７】上述した走行サイクルの最初の加速段階中
に必要とされる加速トルクは、トルク選択段９により、
三相電気機械５により供給すべきトルクＭ２としてこの
三相電気機械５にのみ対応せしめられる。それによりこ
の理想化された場合において、駆動トルク推移Ｍ０が前
もって既知な場合、走行時間中に一定に保たれる平均駆
動トルクＭ１を計算し、この駆動トルクＭ１をハイブリ
ツド駆動装置の内燃機関１に対応させ、それにより全走
行運転中に一定の負荷で内燃機関１を運転することが可
能になる。その際実現される再度の平均化過程が、連続
的に又は遅くとも現在の走行時間の終わりごろに行われ
る。
【００１８】必要とされる駆動トルクが限られた範囲で
のみ予想可能な図示しない場合、先行する走行時間のト
ルク推移について連続的に行われる平均化が目的にかな
っている。その際加速ペダル１０を介してトルク選択段
９へ供給されるトルク変化要求が、まず完全に始動論理
回路８を介して三相電気機械５へ伝送され、時間的に平
滑化されて次第に変化する駆動トルク平均値により漸次
にのみ噴射ポンプ１１を介して内燃機関１へ移される。
それにより、定常走行運転即ち加速ペダル１０の一定に
保持される位置で、遅くとも平均化時間の経過後、所望
のトルク要求を内燃機関によりまかなうことができる。
【００１９】このような定速走行段階では、牽引蓄電池
７の充電状態が特定の閾値を下回ると、必要な場合トル
ク選択段９が実際に必要な駆動トルクＭ０を越えて機関
トルクＭ１を増大することができる。その場合三相電気
機械５は、発電運転で、牽引蓄電池７から取られるエネ
ルギーの約３０％の程度の特定の一部を、牽引蓄電池へ
戻す。このエネルギー部分は損失を補償するのに用いる
ことができ、牽引蓄電池７の本来の充電エネルギーは、
制動ペダル１０Ａの操作の際車両の運転エネルギーから
戻し供給される。従って牽引蓄電池７のエネルギー含有
量の大きさを定めるための理論的最小量として、最高速
度における車両の運転エネルギーが、すべての損失を考
慮して、この理論値の２倍の値を前提とすべきである。
牽引蓄電池７としてなるべくアルカリ蓄電池を使用する
と、車両全重量の１０％より少ない蓄電池重量が得られ
る。
【００２０】本発明による方法の図示しない実施例で
は、トルク選択段９に内燃機関１のため値零を持つ発進
トルクＭ１（ｔ＝０）が割当てられる。それにより規定
可能な最低速度に達するまで発進過程が三相電気機械９
によってのみ行われ、後になって始めて内燃機関１が接
続されるようにすることができる。この方法構成は、低
回転数及び高負荷で車両が冷間始動され、内燃機関１が
大きい有害物質放出量で運転される際、特に有利なこと
がわかる。
【００２１】本発明によれば、内燃機関による要求され
る駆動トルクの平均化により、選ばれる平均化処理に応
じて、運転者により規定されるトルク要求に内燃機関が
鈍感化されて反応し、生じる負荷変化の一般に一部のみ
が始めに内燃機関によりまかなわれる。現在必要とされ
る駆動トルクと内燃機関から供給される駆動トルクとの
差を、ハイブリッド駆動装置の三相電気機械が発生す
る。三相電気機械５及び牽引蓄電池７は、必要な場合比
較的小さく設計することができる。まぜならば、三相電
気機械は短時間の駆動トルク変動をまかないさえすれば
よいからである。 ［図面の簡単な説明］
【図１】本発明により運転可能な並列ハイブリツド駆動
装置を概略的に示す。
【図２】２つの車両停止段階の間の５０ｓの典型的な走
行サイクル中における図１の駆動装置を備えた自動車の
速度及び駆動出力の時間的推移の線図を示す。
【図３】図２による典型的な走行時間中における図１の
駆動装置の駆動トルク及び変速機の入力端における入力
回転数の時間的推移の線図を示す。
【図４】図１の駆動装置の両方の駆動装置の理想化され
た出力トルクの時間的推移の線図を示し、平均値決定に
利用される走行時間が５０ｓの全走行サイクルの長さに
相当している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｌ 11/14 (56)参考文献 特開 平８−317505（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−169504（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−318746（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−88905（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−138635（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 6/02 - 6/06 F02D 29/00 - 29/06 B60L 11/02 - 11/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クラツチ（２）及び変速機（３）を介し
    て駆動軸に結合される内燃機関（１）と、回転子を変速
    機の副軸（４）に直接連結されかつ三相変換機（６）を
    介して蓄電装置（７）に接続されている三相電気機械
    （５）とを持つ、並列自動車ハイブリツド駆動装置の運
    転方法において、ハイブリツド駆動装置制御装置（８，
    ９）により、それぞれ規定可能な走行時間中に必要とさ
    れる駆動トルクの時間的平均値（Ｍ１）が求められ、内
    燃機関（１）が求められた時間的平均値に相当する平均
    駆動トルク（Ｍ１）を発生し、三相電気機械（５）が、
    現在必要とされる駆動トルク（Ｍ０）と内燃機関から供
    給される平均トルク（Ｍ１）との差を発生するか又は受
    けるように、内燃機関（１）及び三相電気機械（５）が
    出力を制御されることを特徴とする、並列ハイブリツド
    駆動装置の運転方法。
  2. 【請求項２】 平均値を求めるための走行時間が、負荷
    変化の際における内燃機関の有害物質放出挙動及び／又
    は内燃機関の現在の運転状態に応じて設定されることを
    特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ハイブリツド駆動装置制御装置（８，
    ９）が、一定の大きさただし内燃機関（１）の最大出力
    以下の必要とされる駆動トルクによる走行時間中に、蓄
    電装置（７）が少なくとも一部放電される場合、内燃機
    関の発生されるトルクを必要とされる駆動トルクの値を
    越えて高めることを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
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