JP4186723B2 - エネルギー管理装置およびエネルギー管理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する機械においてエネルギーを管理する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する機械においてエネルギーを管理する技術が既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。供給部の一例は、電気エネルギー蓄積部としてのバッテリであり、別の例は、電気エネルギー生成部としての発電機である。また、消費部の一例は、機械に推進力を付与するために電気的に駆動されるモータである。
【０００３】
【特許文献１】
特表平８−５０７６７１号公報
仕事をなす機械においては、その仕事をなすためにエネルギーが消費される。そのために必要なエネルギーは、外部から供給される場合があるが、機械自身がエネルギー源を備え、必要なエネルギーを自給する場合もある。
【０００４】
いずれにしても、省資源および省エネルギーが強く叫ばれる今日、機械において消費可能なエネルギーは有限である。よって、同じ機械において、目標作動状態の実現と消費エネルギーの節約との両立が強く要望される。
【０００５】
上述の機械が複数のアクチュエータを有しており、しかも、それら複数のアクチュエータが一緒に駆動される可能性がある場合がある。この場合、目標作動状態の実現と消費エネルギーの節約との両立はそれほど簡単なことではない。すべてのアクチュエータが一緒に駆動されても枯渇しないようにエネルギー源の容量を予め設定することは理論的には可能である。しかし、この方策は、経済的な観点や、重量、サイズ等の物理的な観点から判断すれば、決して現実的であるとはいえない。
【０００６】
機械としての自動車であって、エネルギー源として燃料を有し、複数のアクチュエータとしてエンジン、ブレーキ装置、駆動装置、ステアリング装置等を有するものにつき、それら複数のアクチュエータを総合的に管理するための技術が既に提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−８５２２８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する機械においてエネルギーを管理する技術について研究を重ね、その結果、次のような知見を得た。
【０００９】
すなわち、消費部は、何らかの目標を達成することを目的として機械に設けられるとともに、供給部からのエネルギーを使用して運転されるのであるから、消費部については、運転要求の達成と消費エネルギーの節約との両方が実現されることが望ましく、しかも、消費エネルギーが実際に節約されるように消費部が運転されているか否かを判定するためには、その消費部の実際のエネルギー効率を監視することが重要であるという知見を得たのである。
【００１０】
この知見に基づき、本発明は、エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する機械においてエネルギーを、消費部による消費エネルギーが確実に節約されるように管理することを課題としてなされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴のいくつかおよびそれらの組合せのいくつかの理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。
（１） エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する機械においてエネルギーを管理するエネルギー管理装置であって、
前記供給部から供給されるエネルギーを使用して前記消費部を運転する運転部と、
前記消費部への入力エネルギーがその消費部からの出力エネルギーに変換された特性をエネルギー効率として取得する取得部と、
その取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が改善されるように、前記消費部の運転条件を変更する変更部と
を含むエネルギー管理装置。
【００１２】
この装置によれば、消費部のエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が改善されるように、その消費部の運転条件が変更される。
【００１３】
したがって、この装置によれば、消費部による消費エネルギーが節約されるようにその消費エネルギーの運転条件を適正化することが可能となる。
【００１４】
本項における「変更部」は、消費部による実際出力を維持しつつ、すなわち、消費部に対する運転要求の達成度を維持しつつ、その消費部の運転条件を変更することが望ましい。
【００１５】
本項における「エネルギー効率」は、例えば、出力エネルギーを入力エネルギーで割り算して取得したり、入力エネルギーから出力エネルギーを引き算して取得することが可能である。比の関係として取得したり、差の関係として取得することが可能なのである。
【００１６】
本項における「供給部」は、エネルギーを蓄積する蓄積部と、エネルギーを生成する生成部との少なくとも一方を含むように構成される。蓄積部の一例は、バッテリであり、生成部の一例は、発電機である。
【００１７】
本項における「運転条件」の一例は、消費部を運転する運転モードであり、別の例は、消費部による消費エネルギーの目標値である。
【００１８】
本項における「機械」は、例えば、自ら移動する移動体としたり、その機械とは別の対象物を作動させる作動装置としたり、家庭、会社、工場等に設置される電気機器とすることが可能である。ここに、移動体としては、例えば、自動車、２輪自動車、鉄道車両、船舶、飛行機、ロケット等がある。
（２） 前記変更部が、前記消費部に対する運転要求とその消費部による実際出力との偏差が規定値以下であるという条件を含む少なくとも一つの条件が累積的に成立する場合には、前記運転条件の変更を許可し、成立しない場合には、前記運転条件の変更を禁止する第１変更許可・禁止手段を含む（１）項に記載のエネルギー管理装置。
【００１９】
この装置によれば、少なくとも、消費部に対する運転要求とその消費部による実際出力との偏差が規定値以下であるという条件、すなわち、消費部に対する運転要求が実質的に達成されるという条件が成立する場合に、その消費部の運転条件が変更される。
【００２０】
したがって、本項に係る装置によれば、同じ消費部につき、運転要求の達成と消費エネルギーの節約との両立を図ることが容易となる。
（３） 前記変更部が、前記取得されたエネルギー効率に基づき、前記運転条件の変更を許可するかまたは禁止する第２変更許可・禁止手段を含む（１）または（２）項に記載のエネルギー管理装置。
【００２１】
消費部のエネルギー効率は、その消費部が扱うエネルギーの種類が、電気エネルギーであるか、機械エネルギーであるか、燃焼エネルギーであるか、熱エネルギーであるか、光エネルギーであるかを問わず、その消費部の運転条件を変更する要否を判定できる物理量である。
【００２２】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、消費部のエネルギー効率に基づき、その消費部の運転条件の変更が許可されるかまたは禁止される。
（４） 前記第２変更許可・禁止手段が、前記取得されたエネルギー効率が、改善の余地が実質的にない上限値ではないという条件を含む少なくとも一つの条件が累積的に成立する場合に、前記運転条件の変更を許可し、成立しない場合には、前記運転条件の変更を禁止する手段を含む（３）項に記載のエネルギー管理装置。
【００２３】
この装置によれば、少なくとも、取得されたエネルギー効率が、改善の余地が実質的にはない上限値ではないという条件が成立する場合、すなわち、エネルギー効率を改善する余地がある場合には、運転条件の変更が許可され、成立しない場合には、運転条件の変更が禁止される。
【００２４】
したがって、この装置によれば、エネルギー効率を改善する余地がない場合に運転条件の変更が無駄に行われずに済む。
（５） 前記機械が、前記消費部によって作動させられる作動部を含み、かつ、前記取得部が、その作動部の作動状態量に基づいて前記出力エネルギーを取得する出力エネルギー取得手段を含み、当該エネルギー管理装置が、さらに、その取得された出力エネルギーを用いて前記取得部によって取得されたエネルギー効率に基づき、前記消費部と前記作動部との間におけるエネルギー伝達系が異常であるか否かを判定する判定部を含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
【００２５】
この装置によれば、消費部と作動部との間に、エネルギー伝達を阻害する異常が存在する場合に、その異常を検出することが可能となる。
（６） 前記判定部が、前記取得されたエネルギー効率が、改善の余地が実質的にない上限値であるという条件と、その取得されたエネルギー効率が規定値以下であるという条件とを含む複数の条件が累積的に成立する場合に、前記エネルギー伝達系が異常であると判定する手段を含む（５）項に記載のエネルギー管理装置。
【００２６】
消費部のエネルギー効率が、改善の余地が実質的にない上限値であるにもかかわらず、規定値以下である原因は、その消費部自体にあるのではなく、その消費部と作動部との間におけるエネルギー伝達系にある可能性が高い。
【００２７】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、消費部のエネルギー効率が、改善の余地が実質的にない上限値であるという条件と、その取得されたエネルギー効率が規定値以下であるという条件とを含む複数の条件が累積的に成立する場合に、エネルギー伝達系が異常であると判定される。
【００２８】
したがって、この装置によれば、エネルギー伝達系の異常を発見することが可能となる。
（７） 前記機械が、移動体であり、前記消費部が、その移動体の推進に関与するアクチュエータと制動に関与するアクチュエータと方向変換に関与するアクチュエータとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（６）項のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
【００２９】
本項における「アクチュエータ」は、例えば、エネルギーとしての電気エネルギーを消費して駆動されるモータとしたり、エネルギーとしての燃料を燃焼して駆動されるエンジンとすることが可能である。
【００３０】
ここに、「モータ」は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータであり、これに対し、「エンジン」は、燃焼エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータであると考えることが可能である。
【００３１】
本項において、「移動体の推進に関与するアクチュエータ」は、例えば、エンジン、モータ等を移動体に推進力を発生させる動力源アクチュエータとして含み、さらに、トランスミッションのためのアクチュエータ（例えば、電気式変速のためのモータ、流体式変速のための電磁バルブを含む）を含む。
【００３２】
また、「移動体の制動に関与するアクチュエータ」は、例えば、移動体に制動力を発生させるために、モータ、流体圧制御のための電磁バルブ等を含み、「移動体の方向変換に関与するアクチュエータ」は、例えば、移動体に方向変換力を発生させるために、モータを含む。
（８） 前記消費部が、複数のアクチュエータを含み、前記供給部が、それら複数のアクチュエータに共通にエネルギーを供給するものであり、前記運転部が、各アクチュエータの運転に必要な目標値を、仕事率または仕事量を他のアクチュエータと共通する単位として採用した上で演算する手段を含む（１）ないし（７）項のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
【００３３】
この装置においては、複数のアクチュエータのそれぞれの仕事率または仕事量を視点として、それら複数のアクチュエータの運転（駆動）が総合的に制御される。一方、各アクチュエータの仕事率または仕事量と消費エネルギーとの間には、一般に、仕事率または仕事量が小さいほど消費エネルギーが少なくて済むという関係が成立する。
【００３４】
したがって、本項に係る装置によれば、各アクチュエータの仕事率または仕事量が着目されることにより、複数のアクチュエータによる消費エネルギーの節約という観点からそれら複数のアクチュエータの駆動を適正化することが可能となる。
【００３５】
本項における「仕事率」は、単位時間あたりの仕事の量を意味している。各アクチュエータが電気エネルギーを機械エネルギーに変換する場合、「仕事率」は、電気エネルギー（アクチュエータの入力側）に着目すれば、電力と表現され、これに対し、機械エネルギー（アクチュエータの出力側）に着目すれば、動力（工率または馬力）と表現される。
【００３６】
電力は、電気的な仕事率であり、電圧と電流との積として算出される。これに対し、動力は、機械的な仕事率である。そして、例えば、前記機械が、自動車のように、アクチュエータによって自ら移動させられる移動体である場合には、例えば、アクチュエータによってその移動体に作用する力とその移動体の速度との積として仕事率が算出される。
【００３７】
本項における「仕事量」は、仕事率の時間積分を意味している。仕事率が電気的なものである場合には電力量と表現される。
【００３８】
本項における「複数のアクチュエータ」として、自動車を駆動するための駆動装置のためのアクチュエータ、自動車を操舵するための電気式ステアリング装置のためのアクチュエータ、自動車を制動するための電気式ブレーキのためのアクチュエータ、自動車の室内の空調を行うためのエアコンのためのアクチュエータ、自動車の室内または室外を明るくするためのライト等を選ぶことができる。
（９） さらに、前記消費部に対する運転要求を決定する運転要求決定装置を含み、前記運転部が、その決定された運転要求に基づいて前記消費部を運転する手段を含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
【００３９】
本項における「運転要求」は、例えば、機械自体または機械における可動部がある方向に進行する際に、その進行方向に平行な方向または交差する方向においてその機械または可動部に作用する力または加速度の変更量や、その機械または可動部の速度の変更量を意味する。
（１０） 前記運転要求決定装置が、
前記消費部を運転する運転者の指令と、その消費部の作動状態と、その消費部が置かれている作動環境との少なくとも一つを運転情報として検出する情報検出器と、
その検出された運転情報に基づいて前記運転要求を決定する運転要求決定手段と
を含む（９）項に記載のエネルギー管理装置。
（１１） 前記変更部が、前記取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が、改善の余地が実質的にない上限値である目標状態となるように、前記消費部の運転条件を変更する（１）ないし（１０）項のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
（１２） 前記変更部が、前記取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が、改善の余地が実質的にない上限値であり、かつ、規定値より大きい目標状態となるように、前記消費部の運転条件を変更する（１）ないし（１０）項のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
（１３） エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する機械においてエネルギーを管理するエネルギー管理方法であって、
前記供給部から供給されるエネルギーを使用して前記消費部を運転する運転工程と、
前記消費部への入力エネルギーがその消費部からの出力エネルギーに変換された特性をエネルギー効率として取得する取得工程と、
その取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が改善されるように、前記消費部の運転条件を変更する変更工程と
を含むエネルギー管理方法。
【００４０】
この方法によれば、前記（１）項に係る装置と基本的に同じ原理に従い、基本的に同じ作用効果を実現することが可能となる。
【００４１】
本項における各種用語には、上記の各項における説明、解釈、例示等を適用することが可能である。
【００４２】
本項に係る方法は、前記（２）ないし（１２）項のいずれかに記載の各構成要素が奏すべき作用を内容とする工程と共に実施することが可能である。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
図１には、本発明の一実施形態に従う駆動制御システムのハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。この駆動制御システムは、機械の一例である移動体としての自動車（以下、「車両」ともいう）に搭載されている。自動車は、複数のアクチュエータ１０を備えているが、図１においては１個のアクチュエータ１０のみが代表的に示されている。自動車は、さらに、それらアクチュエータ１０に共通にエネルギーを供給するエネルギー源１４を備えている。エネルギー源１４としては、燃料、バッテリ、燃料電池、エンジン（内燃機関）によって駆動される発電機等を用いることが可能である。
【００４５】
複数のアクチュエータ１０は、例えば、次のアクチュエータを含むように構成することが可能である。
（１）燃料を燃焼させて機械エネルギーを取り出すエンジン
（２）電気エネルギーを使用することにより、車両における各車輪を制動する摩擦式のブレーキを制御するブレーキアクチュエータ
（３）電気エネルギーを使用することにより、車両を操舵する電気式のステアリング装置を制御するステアリングアクチュエータ
（４）電気エネルギーを使用することにより、車両を駆動する車両モータ
（５）電気エネルギーを使用することにより、その車両モータの駆動トルクを各車輪に伝達する電動ＣＶＴ装置の変速比を制御するＣＶＴモータ
（６）電気エネルギーを使用することによって発光する車両のライト
（７）電気エネルギーを使用することによって車両の室内の温度および湿度を調節するエアコンのためのエアコンアクチュエータ
ブレーキアクチュエータは、例えば、ブレーキの駆動源として作用するモータ、圧力源からブレーキに伝達される圧力を制御する電磁バルブ等である。
【００４６】
車両モータは、車両加速時には、電動機および車両の動力源として作用させられ、一方、車両減速時には、発電機（回生モータまたはブレーキモータ）として作用させられる。車両減速時に、その車両モータによって発電された電気エネルギーをエネルギー源１４に回収させて再生するプロセス、いわゆる、ブレーキ回生のため、車両はブレーキ回生装置を備えている。したがって、車両モータは、エネルギー消費部としてのみならず、臨時的なエネルギー生成部としても位置付けられる。
【００４７】
エアコンは、よく知られているように、車両の客室を冷却するクーラを備えており、そのクーラのためのアクチュエータがエアコンアクチュエータである。このエアコンアクチュエータは、例えば、クーラのうちのコンプレッサを駆動するモータである。
【００４８】
図１に示すように、この駆動制御システムは、運転情報を検出する情報検出器１６を備えている。この情報検出器１６は、車両の運転者がその車両を運転するためにその車両に対して発する運転者指令と、その車両の状態とを検出するために設けられている。ここに、「運転者指令」は、例えば、車両の加速に関する指令、減速または制動に関する指令、操舵に関する指令等を含んでいる。
【００４９】
具体的には、情報検出器１６は、運転者指令を検出する運転者指令センサ１６ａと、車両状態を検出する車両状態センサ１６ｂとを備えている。
【００５０】
運転者指令センサ１６ａは、車両の操縦系、すなわち、ステアリング操作部材、ブレーキ操作部材およびアクセル操作部材の、運転者による操作量を運転者指令として検出する。
【００５１】
車両状態センサ１６ｂは、車速、車体駆動力、車体加速度（前後方向、横方向または上下方向に作用する加速度であり、減速度を含む概念）、車輪速度、車輪減速度、操舵角、ヨーレイト、各車輪のタイヤに作用する力（タイヤ前後力、タイヤ横力またはタイヤ上下力）またはトルク、タイヤの切れ角等を車両状態として検出する。
【００５２】
この駆動制御システムは、さらに、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ(Electronic Control Unit）」という）１８を備えている。図２には、このＥＣＵ１８のハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。
【００５３】
このＥＣＵ１８は、コンピュータ２０を主体として構成されている。このコンピュータ２０は、よく知られているように、ＣＰＵ２２（プロセッサの一例）とＲＯＭ２４（メモリの一例）とＲＡＭ２６（メモリの別の一例）とがバス２８により互いに接続されることによって構成されている。ＲＯＭ２４には、エネルギー管理プログラム、エネルギー効率判定プログラムおよび運転モード変更プログラムを始め、各種プログラムが予め記憶されている。
【００５４】
図１に示すように、この駆動制御システムは、各アクチュエータ１０ごとに、入力エネルギーセンサ４０，４２と出力エネルギーセンサ４４，４６とを備えている。同じアクチュエータ１０について入力エネルギーセンサが２個設けられるとともに、出力エネルギーセンサも２個設けられているのは、各エネルギーセンサに対して冗長設計が行われたためである。
【００５５】
ただし、入力エネルギーセンサ４０，４２は、それぞれが直接に検出する物理量が種類に関して互いに厳密に一致するように設計することは不可欠ではない。いずれの入力エネルギーセンサ４０，４２も正常であれば、それぞれによる検出値間に既知の関係が成立するという条件を満たす限り、それら入力エネルギーセンサ４０，４２は、互いに異なる種類の物理量をそれぞれ検出することが可能である。このことは２個の出力エネルギーセンサ４４，４６についても同様である。
【００５６】
各入力エネルギーセンサ４０，４２は、エネルギー源１４から、対応するアクチュエータ１０への入力エネルギーＥｉｎを検出するために設けられている。具体的には、各入力エネルギーセンサ４０，４２は、対応するアクチュエータ１０が電気エネルギーを消費する形式である場合には、消費電力を入力エネルギーＥｉｎとして検出し、燃焼エネルギーを消費する（燃料を燃焼させる）形式である場合には、換算熱量（カロリー）または燃料消費量（容積または重量）を入力エネルギーＥｉｎとして検出する。
【００５７】
なお付言すれば、本明細書において「エネルギー」という用語は、電力量（仕事量）を意味するように解釈することが可能であり、その解釈はその用語が用いられている文脈に依存する。
【００５８】
これに対し、各出力エネルギーセンサ４４，４６は、対応するアクチュエータ１０からの出力エネルギーＥｏｕｔを検出するために設けられている。具体的には、各出力エネルギーセンサ４４，４６は、対応するアクチュエータ１０の駆動によって実際になされた仕事の仕事率を検出するために設けられている。
【００５９】
仕事率は、アクチュエータ１０が機械エネルギーを出力する形式である場合には、アクチュエータ１０によって運動させられる対象物（車輪または車体）に作用する力（またはトルク）とその対象物の速度（または回転数）との積として検出される。その対象物が車両自体である場合には、車両に作用する力とその車両の走行速度である車速との積として仕事率が検出される。
【００６０】
したがって、アクチュエータ１０が機械エネルギーを出力する形式である場合には、各出力エネルギーセンサ４４，４６は、例えば、力センサ、加速度センサ、速度センサ、変位センサ等の各種センサの少なくとも一つを含むように構成される。
【００６１】
これに対し、アクチュエータ１０が、熱エネルギーを出力する（加熱または冷却する）形式である場合には、熱量（カロリー）を出力エネルギーＥｏｕｔとして把握するため、各出力エネルギーセンサ４４，４６は、例えば、温度センサを含むように構成される。
【００６２】
複数のアクチュエータ１０は、この車両において種々の用途のために使用することが可能であるが、本実施形態においては、この車両のタイヤの前後力を制御するアクチュエータ（例えば、エンジン、車両モータ、ブレーキアクチュエータ）と、タイヤの切れ角を制御するアクチュエータ（例えば、ステアリングアクチュエータ）とを含むように設計されている。それらアクチュエータが駆動されると、図１に示すように、その影響がタイヤ前後力とタイヤ切れ角とに現れる。それにより、車両の運動（挙動または姿勢）が制御されることになる。
【００６３】
図３には、ＥＣＵ１８のソフトウエア構成が機能ブロック図で表されている。ＥＣＵ１８は、エネルギー管理部６０と、エネルギー効率判定部６２と、運転モード変更部６４とを含むように構成されている。
【００６４】
エネルギー管理部６０は、運転要求決定手段７０と、エネルギー管理手段７２と、駆動制御手段７４とを含むように構成されている。
【００６５】
それら手段７０，７２，７４を順に概略的に説明すれば、運転要求決定手段７０は、上述の運転者指令および車両状態に適合するように、車両に対する運転要求を決定する部分である。運転要求は、例えば、車両の加速量、減速量、旋回量等を含んでいる。
【００６６】
エネルギー管理手段７２は、上述の運転要求を満たす目標仕事率ＤＭＰ(Desired Mechanical Power)をアクチュエータ１０について演算するとともに、その演算された目標仕事率ＤＭＰに基づき、それを実現するためにアクチュエータ１０に供給することが必要な電力を必要電力ＲＥＰ（Required Electric Power)として決定する。
【００６７】
駆動制御手段７４は、そのエネルギー管理手段７２により最終的に決定された目標仕事率ＤＭＰが実現されるようにアクチュエータ１０を駆動する。
【００６８】
以上、エネルギー管理部６０を概略的に説明したが、これに対し、エネルギー効率判定部６２は、図３に示すように、入力エネルギー検出手段８０と、出力エネルギー検出手段８２と、エネルギー効率演算手段８４と、目標状態判定手段８６と、異常判定手段８８とを含むように構成されている。
【００６９】
それら手段８０，８２，８４，８６，８８を順に概略的に説明すれば、入力エネルギー検出手段８０は、入力エネルギーセンサ４０，４２を用いることにより、エネルギー源１４からアクチュエータ１０に入力された入力エネルギーＥｉｎを検出する。
【００７０】
出力エネルギー検出手段８２は、出力エネルギーセンサ４４，４６を用いることにより、アクチュエータ１０からの出力エネルギーＥｏｕｔすなわちアクチュエータ１０による消費エネルギーを検出する。
【００７１】
エネルギー効率演算手段８４は、出力エネルギーＥｏｕｔの検出値を入力エネルギーＥｉｎの検出値で割り算することにより、エネルギー効率γを演算する。
【００７２】
目標状態判定手段８６は、運転要求の達成度が規定値以上である場合に、エネルギー効率γの演算値（実際値）が目標状態にあるか否かを判定する。具体的には、運転要求の達成度が規定値以上であり、かつ、エネルギー効率γの演算値が実質的に上限値であり、かつ、規定値以上である場合に、エネルギー効率γの演算値が目標状態にあると判定する。
【００７３】
目標状態判定手段８６は、さらに、運転要求の達成度が規定値以上であり、かつ、エネルギー効率γの演算値が実質的には上限値ではない場合に、エネルギー効率γを改善することに対する制約が他の性能要求のために存在するか否かを判定し、存在しない場合には、アクチュエータ１０の運転モードを変更することが必要であると判定する。
【００７４】
異常判定手段８８は、運転要求の達成度が規定値以上であり、かつ、エネルギー効率γの演算値が実質的に上限値であり、かつ、規定値より小さい場合に、車両におけるエネルギー伝達系が異常であると判定する。エネルギー伝達系は、例えば、アクチュエータ１０がエンジンであり、出力エネルギーセンサ４４，４６の検出対象が車輪である場合には、それらエンジンと車輪とを機械的に互いに連携させる駆動系を意味する。
【００７５】
以上、エネルギー効率判定部６２を概略的に説明したが、運転モード変更部６４は、運転要求の達成度が規定値以上であるが、エネルギー効率γの演算値が実質的には上限値ではない場合に、他の性能の制約を受けないことを条件に、アクチュエータ１０の運転モードを、エネルギー効率γの実際値が目標値に近づく向きに変更する。
【００７６】
図４には、図２におけるＲＯＭ２４に記憶されているエネルギー管理プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。このエネルギー管理プログラムは、コンピュータ２０の電源投入中、繰返し実行される。
【００７７】
このエネルギー管理プログラムの各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする）において、運転者指令センサ１６ａにより運転者指令が検出される。次に、Ｓ２において、車両状態センサ１６ｂにより車両状態が検出される。
【００７８】
その後、Ｓ３において、それら検出された運転者指令および車両状態に基づき、車両に対する運転要求が決定される。運転要求には、運転者指令に従って車両を運転するための要求と、運転者指令とは無関係に、車両の安全性向上のために車両を自動的に運転するための要求とがある。後者の要求の一例は、自車両と前方車両との距離が、自車両の現在車速との関係において不十分である場合に、車両を自動的に制動する自動ブレーキである。
【００７９】
続いて、Ｓ４において、アクチュエータ１０につき、決定された運転要求を実現するために必要な仕事率ＭＰが目標仕事率ＤＭＰとして演算される。
【００８０】
例えば、決定された運転要求が、重量が１ｔである車両を約０．２Ｇの加速度のもとに加速することにより、車速を０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈに０．２５分かけて上昇させるという要求である場合には、前記車両モータの目標仕事率ＤＭＰｍｔｒが前記パラメータから演算される。
【００８１】
また、決定された運転要求が、重量が１ｔである車両を約０．０５Ｇの惰行減速度に打ち勝って、車速が１００ｋｍ／ｈの状態で定常走行させるという要求である場合には、前記車両モータの目標仕事率ＤＭＰｍｔｒが、１４ｋＷとして演算される。
【００８２】
なお念のために付言すれば、モータにおいては一般に、トルクＴと回転数Ｎとの積として仕事率ＭＰが演算されるとともに、そのモータに印加される電圧Ｅとそのモータに流れる電流Ｉとの積として電力ＥＰが演算される。そして、モータにおけるエネルギー損失を無視すれば、それら仕事率ＭＰと電力ＥＰとが互いに一致する。
【００８３】
その後、Ｓ５において、アクチュエータ１０につき、演算された目標仕事率ＤＭＰを実現するために必要な電力ＥＰが必要電力ＲＥＰとして演算される。
【００８４】
続いて、Ｓ６において、その決定された必要電力ＲＥＰに基づき、アクチュエータ１０に印加すべき電圧およびアクチュエータ１０に流すべき電流が決定される。アクチュエータ１０への出力が決定されるのである。
【００８５】
その後、Ｓ７において、その決定された電圧および電流のもとにアクチュエータ１０が駆動される。
【００８６】
以上で、このエネルギー管理プログラムの一回の実行が終了する。
【００８７】
以上の説明から明らかなように、コンピュータ２０のうち、このエネルギー管理プログラムを実行する部分がエネルギー管理部６０を構成し、コンピュータ２０のうち、図４のＳ１ないしＳ３を実行する部分が運転要求決定手段７０を構成し、Ｓ４ないしＳ６を実行する部分がエネルギー管理手段７２を構成し、Ｓ７を実行する部分が駆動制御手段７４を構成しているのである。
【００８８】
図５には、前記エネルギー効率判定プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。
【００８９】
このエネルギー効率判定プログラムにおいては、まず、Ｓ３１において、各入力エネルギーセンサ４０，４２によって入力エネルギーＥｉｎが検出され、それにより、２個のエネルギー検出値が取得される。次に、Ｓ３２において、各出力エネルギーセンサ４４，４６によって出力エネルギーＥｏｕｔが検出され、それにより、２個のエネルギー検出値が取得される。
【００９０】
続いて、Ｓ３３において、入力エネルギーＥｉｎと出力エネルギーＥｏｕｔとのそれぞれにつき、上記取得された２個のエネルギー検出値間の偏差が規定値以下であるか否かが判定される。
【００９１】
今回は、それら入力エネルギーＥｉｎと出力エネルギーＥｏｕｔとのいずれかについてでも、上記偏差が規定値より大きいと仮定すれば、Ｓ３３の判定がＮＯとなり、Ｓ３４において、センサ異常と判定され、直ちにこのエネルギー効率判定プログラムの一回の実行が終了する。
【００９２】
これに対し、今回は、それら入力エネルギーＥｉｎと出力エネルギーＥｏｕｔとのいずれについても、上記偏差が規定値以下であると仮定すれば、Ｓ３３の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３５において、それら入力エネルギーＥｉｎと出力エネルギーＥｏｕｔとのいずれについても、取得されたエネルギー検出値の補正が行われる。
【００９３】
この補正は、種々の方法によって行うことが可能である。例えば、入力エネルギーＥｉｎにつき、それのセンサである２個の入力エネルギーセンサ４０，４２間に検出精度の差が本来的に存在する場合には、例えば、それら２個の入力エネルギーセンサ４０，４２のうち検出精度が高い方のセンサによる検出値を基礎に、検出精度が低い方のセンサによる検出値が補正される。これに対し、それら２個の入力エネルギーセンサ４０，４２間に検出精度の差が本来的にほとんど存在せず、しかも、種類が同じ物理量を共に検出する場合には、それら入力エネルギーセンサ４０，４２による２個の検出値の平均値が、それら入力エネルギーセンサ４０，４２に共通の真の検出値とされる。
【００９４】
このＳ３５においては、この補正と同様な補正が、２個の出力エネルギーセンサ４４，４６による２個の検出値についても実行される。
【００９５】
その後、Ｓ３６において、補正された出力エネルギーＥｏｕｔの検出値を、補正された入力エネルギーＥｉｎの検出値で割り算することにより、アクチュエータ１０のエネルギー効率γが演算される。このエネルギー効率γの一例は、アクチェエータ１０の仕事率をそれへの入力電力で割り算して取得される仕事率比率である。
【００９６】
続いて、Ｓ３７において、運転要求の達成度が規定値以上であるか否かが判定される。具体的には、前記エネルギー管理プログラムの実行によって決定された運転要求（例えば、力、位置、速度、加速度を単位として記述される）と、車両状態センサ１６ｂによって検出された車両状態との偏差が設定値以下であるか否かが判定される。ここに、運転要求は、アクチェエータ１０にとっての目標出力であり、これに対し、車両状態の検出値は、アクチュエータ１０にとっての実際出力である。
【００９７】
今回は、運転要求の達成度が規定値以上ではないと仮定すれば、Ｓ３７の判定がＮＯとなり、直ちにこのエネルギー効率判定プログラムの一回の実行が終了する。運転要求の達成度が規定値以上ではない場合には、エネルギー効率γを改善するための処理が省略され、その結果、エネルギー効率γの改善より運転要求の達成が優先させられることになる。
【００９８】
これに対し、今回は、運転要求の達成度が規定値以上であると仮定すれば、Ｓ３７の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３８に移行する。
【００９９】
このＳ３８においては、エネルギー効率γの演算値が実質的に上限値であるか否かが判定される。例えば、エネルギー効率γを、その演算値より増加させることが理論上不可能であるか否かが判定される。今回は、エネルギー効率γの演算値が実質的には上限値ではないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ３９に移行する。
【０１００】
このＳ３９においては、エネルギー効率γを現状より改善することに対する制約が他の性能要求のために存在するか否かが判定される。
【０１０１】
例えば、車両の挙動が不安定な状態でアクチュエータ１０の運転モードを変更すると、アクチュエータ１０の実際出力の、運転要求に対する偏差が増加してしまう可能性がある。したがって、車両の安定性が十分に高い場合に、運転モードを変更すべきである。このように、エネルギー効率γの改善が理論的には可能であっても事実上は不適切である場合がある。
【０１０２】
車両の安定性が十分に高いか否かは、車両の旋回関連条件と、制動関連条件と、車両制御関連条件とが累積的に成立するか否かを判定することによって判定することが可能である。
【０１０３】
旋回関連条件の一例は、車両の横加速度が規定値以下であるか、運転者によるステアリングホイールの操作速度が規定値以下である場合に成立する条件とすることが可能である。
【０１０４】
制動関連条件の一例は、車両制動中における車体減速度が規定値以下であるか、運転者によるブレーキ操作部材の操作速度が規定値以下である場合に成立する条件とすることが可能である。
【０１０５】
車両制御関連条件の一例は、車両に、アンチロック制御装置、車両安定性制御装置、トラクション制御装置およびブレーキアシスト制御装置がそれぞれ車両制御装置として搭載されている場合に、それら車両制御装置がいずれも作用しない場合に成立する条件とすることが可能である。
【０１０６】
他の性能要求としては、さらに、例えば、アクチュエータ１０が、燃料を燃焼させて機械エネルギーを取り出すエンジンであって、それの制御パラメータとして、例えば、燃料噴射量、エア吸入量、バルブリフト量、バルブタイミング、点火タイミングを有するものである場合には、それら制御パラメータの如何によって排気ガスの組成が変化し、場合によっては、排気ガスに関する法規制に違反してしまう可能性がある。そのため、エネルギー効率γの改善が理論的には可能であっても事実上は不可能である場合がある。
【０１０７】
そのため、このＳ３９が設けられているのであり、図６には、このＳ３９の詳細がフローチャートで概念的に表されている。まず、Ｓ５１において、旋回関連条件が成立するか否かが判定され、成立すれば、Ｓ５２において、制動関連条件が成立するか否かが判定される。この条件も成立すれば、Ｓ５３において、車両制御関連条件が成立するか否かが判定され、成立すれば、Ｓ５４において、エネルギー効率γを改善することが他の性能と干渉しないか否かが判定される。これに成立すれば、このＳ３９の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４０に移行する。これに対し、それら４つの条件のいずれかでも成立しなければ、このＳ３９の判定がＮＯとなり、Ｓ４１に移行する。
【０１０８】
今回は、エネルギー効率γの改善が理論上のみならず事実上も可能であると仮定すれば、Ｓ３９の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４０において、エネルギー効率γを改善するためにアクチュエータ１０の運転モードを変更することが必要であると判定される。この場合には、その後、前記運転モード変更プログラムがコンピュータ２０によって実行される。この運転モード変更プログラムの内容については後述する。
【０１０９】
以上で、このエネルギー効率判定プログラムの一回の実行が終了する。
【０１１０】
以上、エネルギー効率γの演算値が実質的には上限値ではない場合、すなわち、エネルギー効率γの改善が理論上は可能である場合を説明したが、エネルギー効率γの演算値が実質的に上限値である場合、すなわち、エネルギー効率γの改善が理論上不可能である場合には、Ｓ３８の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４１に移行する。
【０１１１】
このＳ４１においては、エネルギー効率γの演算値が規定値以下であるか否かが判定される。今回は、規定値以下であると仮定すれば、判定がＹＥＳとなり、Ｓ４２において、エネルギー伝達系が異常であると判定される。これに対し、今回は、エネルギー効率γの演算値が規定値より大きいと仮定すれば、Ｓ４１の判定がＮＯとなり、Ｓ４３において、エネルギー効率γの演算値が目標状態（理想状態）にあると判定され、その後、Ｓ４４において、今回の運転モードがアクチュエータ１０にとり、運転要求の達成とエネルギー効率γの極大化との双方の観点から最適であるとして、少なくとも次回の運転モードが今回の運転モードに固定される。
【０１１２】
いずれの場合にも、以上で、このエネルギー効率判定プログラムの一回の実行が終了する。
【０１１３】
以上の説明から明らかなように、コンピュータ２０のうち、このエネルギー効率判定プログラムを実行する部分がエネルギー効率判定部６２を構成し、コンピュータ２０のうち、図５のＳ３１、Ｓ３３ないしＳ３５を実行する部分が入力エネルギー検出手段８０を構成し、Ｓ３２ないしＳ３５を実行する部分が出力エネルギー検出手段８２を構成し、Ｓ３６を実行する部分がエネルギー効率演算手段８４を構成し、Ｓ３７ないしＳ４１、Ｓ４３およびＳ４４を実行する部分が目標状態判定手段８６を構成し、Ｓ３７ないしＳ３９、Ｓ４１およびＳ４２を実行する部分が異常判定手段８８を構成しているのである。
【０１１４】
なお付言すれば、本実施形態においては、アクチュエータ１０が車両運動に関与するという事実を考慮し、運転要求が十分に達成されていることを前提に、エネルギー効率γの理想的増加が図られるようにアクチュエータ１０の運転モードが変更されるようになっているが、例えば、アクチュエータ１０が、エアコンのアクチュエータ等、車両内の乗員の快適性に関与するアクチュエータである場合には、エネルギー効率γの理想的増加が達成されていることを前提に、快適性に関する乗員の要求が十分に達成されるようにアクチュエータ１０の運転モードを変更するようにして本発明を実施することが可能である。
【０１１５】
図７には、前記運転モード変更プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。
【０１１６】
この運転モード変更プログラムにおいては、まず、Ｓ７１において、アクチュエータ１０のエネルギー効率γに影響を及ぼし得る複数の制御パラメータのうち、アクチュエータ１０の実際出力を実質的に変化させないでエネルギー効率γを向上させる可能性のあるものが注目制御パラメータＸとして選択される。
【０１１７】
例えば、アクチュエータ１０がエンジン出力に関連する場合には、そのエンジンの駆動状態量、すなわち、例えば、燃料噴射量、エア吸入量、バルブリフト量、バルブタイミング、点火タイミング等が注目制御パラメータの候補とされる。それらのうち、エンジン出力に対する要求を満たしつつ、アクチュエータ１０のエネルギー効率γを改善し得る制御パラメータが、今回の注目制御パラメータＸとして選択される。
【０１１８】
次に、Ｓ７２において、その選択された注目制御パラメータＸの現在値に補正量ΔＸが加算されることにより、今回の注目制御パラメータＸが補正される。
【０１１９】
続いて、Ｓ７３において、その補正された注目制御パラメータＸを採用した場合のエネルギー効率γが予測される。
【０１２０】
その後、Ｓ７４において、その予測値がエネルギー効率γの現在値より大きいか否か、すなわち、エネルギー効率γが改善される可能性があるか否かが判定される。今回は、その可能性がないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ７５において、今回の注目制御パラメータＸの現在値から補正量ΔＸが減算されることにより、今回の注目制御パラメータＸが補正される。続いて、Ｓ７３に移行する。
【０１２１】
このＳ７３においては、上記の場合と同様にして、補正された注目制御パラメータＸを採用した場合のエネルギー効率γが予測され、その後、Ｓ７４において、その補正が採用されればエネルギー効率γが改善される可能性があるか否かが判定される。今回は、その可能性があると仮定すれば、判定がＹＥＳとなり、Ｓ７６に移行する。
【０１２２】
以上要するに、Ｓ７２ないしＳ７５の実行により、エネルギー効率γを改善するために今回の注目制御パラメータＸを補正する向き（増加または減少）が決定されるのである。
【０１２３】
その後、Ｓ７６において、その決定された補正の向きに従い、エネルギー効率γが上限値（極大値）に改善されるために今回の注目制御パラメータＸが補正されるべき補正量が予測され、その結果、今回の注目制御パラメータＸの値が確定される。
【０１２４】
以上で、この運転モード変更プログラムの一回の実行が終了する。
【０１２５】
以上の説明から明らかなように、コンピュータ２０のうち、この運転モード変更プログラムを実行する部分が運転モード変更部６４を構成しているのである。
【０１２６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、図３におけるエネルギー管理部６０が前記（１）項における「運転部」の一例を構成し、エネルギー効率判定部６２が同項における「取得部」の一例を構成し、運転モード変更部６４が同項における「変更部」の一例を構成しているのである。
【０１２７】
さらに、本実施形態においては、自動車が前記（１）または（１２）項における「機械」の一例を構成し、エネルギー源１４が同項における「供給部」の一例を構成し、アクチュエータ１０が同項における「消費部」の一例を構成しているのである。
【０１２８】
さらに、本実施形態においては、コンピュータ２０のうち、図５のＳ３７およびＳ４０を実行する部分が前記（２）項における「第１変更許可・禁止手段」の一例を構成し、Ｓ３８およびＳ４０を実行する部分が前記（３）または（４）項における「第２変更許可・禁止手段」の一例を構成しているのである。
【０１２９】
さらに、本実施形態においては、図４のエネルギー管理プログラムが前記（１３）項における「運転工程」の一例を構成し、図５のエネルギー効率判定プログラムが同項における「取得工程」の一例を構成し、図７の運転モード変更プログラムが同項における「変更工程」の一例を構成しているのである。
【０１３０】
以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［課題を解決するための手段および発明の効果］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従う駆動制御システムとそれが搭載された車両とを概念的に示すブロック図である。
【図２】図１におけるＥＣＵ１８のハードウエア構成を概念的に表すブロック図である。
【図３】図１におけるＥＣＵ１８のソフトウエア構成を概念的に表すブロック図である。
【図４】図２におけるエネルギー管理プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図５】図２におけるエネルギー効率判定プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図６】図５におけるＳ３９の詳細を概念的に表すフローチャートである。
【図７】図２における運転モード変更プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ アクチュエータ
１４ エネルギー源
１８ ＥＣＵ
２０ コンピュータ
４０，４２ 入力エネルギーセンサ
４４，４６ 出力エネルギーセンサ
６０ エネルギー管理部
６２ エネルギー効率判定部
６４ 運転モード変更部

Claims (10)

1. 燃料又は電池を源とするエネルギーを供給する供給部とその供給部から供給された前記エネルギーを消費する消費部とを有する自動車において前記エネルギーを管理するエネルギー管理装置であって、
   前記供給部から供給される前記エネルギーを使用して前記消費部を運転する運転部と、
   前記消費部への入力エネルギーがその消費部からの出力エネルギーに変換された特性をエネルギー効率として取得する取得部と、
   その取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が改善されるように、前記消費部の運転条件を変更する変更部と
   前記エネルギー効率が規定値以下である場合は、前記自動車のエネルギー伝達系が異常であると判断する判断部と、を含み、
   前記変更部は、エネルギー効率の実際値が規定値より大きい場合には、エネルギー効率の前記規定値を前記実際値に変更する規定値変更部を含むエネルギー管理装置。
2. 前記変更部が、前記消費部に対する運転要求とその消費部による実際出力との偏差が規定値以下であるという条件を含む少なくとも一つの条件が成立する場合には、前記運転条件の変更を許可し、成立しない場合には、前記運転条件の変更を禁止する第１変更許可・禁止手段を含む請求項１に記載のエネルギー管理装置。
3. 前記変更部が、前記取得されたエネルギー効率に基づき、前記運転条件の変更を許可するかまたは禁止する第２変更許可・禁止手段を含む請求項１または２に記載のエネルギー管理装置。
4. 前記第２変更許可・禁止手段が、前記取得されたエネルギー効率が、改善の余地が実質的にない上限値ではないという条件を含む少なくとも一つの条件が成立する場合に、前記運転条件の変更を許可し、成立しない場合には、前記運転条件の変更を禁止する手段を含む請求項３に記載のエネルギー管理装置。
5. 前記消費部が、前記自動車の推進に関与するアクチュエータと制動に関与するアクチュエータと方向変換に関与するアクチュエータとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし４のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
6. 前記消費部が、複数のアクチュエータを含み、前記供給部が、それら複数のアクチュエータに共通にエネルギーを供給するものであり、前記運転部が、各アクチュエータの運転に必要な目標値を、仕事率または仕事量を他のアクチュエータと共通する単位として採用した上で演算する手段を含む請求項１ないし５のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
7. 前記変更部が、前記取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が、改善の余地が実質的にない上限値である目標状態となるように、前記消費部の運転条件を変更する請求項１ないし６のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
8. 前記変更部が、前記取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が、改善の余地が実質的にない上限値であり、かつ、規定値より大きい目標状態となるように、前記消費部の運転条件を変更する請求項１ないし６のいずれかに記載のエネルギー管理装置。
9. 燃料又は電池を源とするエネルギーを供給する供給部とその供給部から供給された前記エネルギーを消費する消費部とを有する自動車において前記エネルギーを管理するエネルギー管理方法であって、
   前記供給部から供給される前記エネルギーを使用して前記消費部を運転する運転工程と、
   前記消費部への入力エネルギーがその消費部からの出力エネルギーに変換された特性をエネルギー効率として取得する取得工程と、
   その取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が改善されるように、前記消費部の運転条件を変更する変更工程と、
   前記エネルギー効率が規定値以下である場合は、前記自動車のエネルギー伝達系が異常であると判断する判断工程と、を含み、
   前記変更工程は、エネルギー効率の実際値が規定値より大きい場合には、エネルギー効率の前記規定値を前記実際値に変更する規定値変更工程を含むエネルギー管理方法。
10. 前記取得されたエネルギー効率に基づき、エネルギー効率の実際値が改善されるように、前記消費部の運転条件を変更することにより、前記自動車の性能要求を逸脱するかどうかを判断する性能対応判断手段を有する請求項１に記載のエネルギー管理装置。

Images