JP4374055B2 - 自動車の駆動装置の運転方法及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の駆動装置の運転方法及びこの方法を実施するための装置に関する。

排出及び燃料消費の削減のためにハイブリッド自動車が知られている。その目的は、内燃機関を有利な効率の領域内で運転し、自動車の停止時や車速が低い時には内燃機関のスイッチを切り電気的駆動によって走行し、又制動エネルギーを回生によって利用することである。並列ハイブリッド車の場合には、内燃機関のトルクと一つ又は幾つかの電動機の加算が行われる。電動機は、例えばスタータージェネレーターとしてＶベルト駆動装置によって、或いは内燃機関のカムシャフトによって、結合されている。

最近の内燃機関では、幾つかの運転ポイントが排気ガス排出と燃料消費の観点から問題となり得る。ガソリンエンジンの場合には、例えば高いトルクが理論的空気燃料混合気からのずれを要求することがあり、又構成部品温度を許される限界内に保持するために全負荷過濃化が必要となることがある。非常に小さいトルクに調節するためには、点火時期を遅角方向に移動させることが一般的であり、これは又、例えばアイドリング中に迅速なトルク立ち上げを可能にするためのトルク余裕を実現するためにも利用される。しかしながら、点火時期の移動によって効率は悪化する。惰行スイッチオフに伴って、触媒装置内の酸素過剰によって高い窒素酸化物排出が発生することがある。高いトルクの下でのディーゼルエンジンの運転の際には、高いスモーク排出率と窒素酸化物排出が予想され、又低トルク時には触媒の温度低下の危険が生じる。

ＤＥ １０１ ６０ ４８０ Ａ１ から、とりわけ内燃機関と電動機とを備えた、自動車の駆動装置の運転方法及び装置が知られている。

本発明は、少なくとも一つの内燃機関と、少なくとも一つの内燃機関と機械的に接続された少なくとも一つの電動機と、電動機及び／又は内燃機関と作用結合されたエネルギー蓄積装置とを備えた、自動車の駆動装置の運転方法及びこの方法の実施のための装置に関する。

少なくとも一つの内燃機関と少なくとも一つの電動機が、要求された駆動目標トルクを本質的に共同で生成し、その際、要求された内燃機関の最適目標トルクが、内燃機関の最小トルクより大きい最適化された最小トルクに及び／又は内燃機関の最大トルクより小さい最適化された最大トルクに制限され、及び／又は内燃機関の最適目標トルクの変化速度が制限されているということが提案される。一つ又は幾つかの電動機によって、好ましくないトルク、即ち非常に低い或いは非常に高いトルク、並びにプラス及びマイナスの方向への最適目標トルクの好ましくない程高い変化速度が避けられ、このことが内燃機関の燃料消費及び排気ガス排出に好ましい影響を与える。内燃機関と一つ又は幾つかの電動機は、それ等のトルクに関して次の様に、即ち要求された全駆動目標トルクが少なくとも近似的に内燃機関と電動機によって共同で高い動特性（ダイナミクス）を持って生成される様に、協調されることができる。その際、最新の内燃機関のエンジン制御装置では、瞬間実際トルクを、測定された或いは見積もられたパラメータ値に基づいて求めることができることが有利である。吸気マニホルド内噴射式のガソリン機関の場合には、実際トルクは、例えばエンジン回転数、吸気マニホルド圧力、点火時期、及び空気過剰率から得ることができる。同じく最新の電動機の制御／調節装置は、電動機の瞬間実際トルクを電動機の電気的パラメータ値に基づいて求めることができる。従って、ここで提案されている方法は有利であり、又大きなコストを掛けずに容易に測定可能なパラメータ値を手に入れることができる。それに加えて、排気ガス排出や燃料消費の観点から問題となり、例えば吸気マニホルド内噴射式ガソリンエンジンのラムダ制御の場合には、エンジンの壁面油膜問題と結び付いて或いはディーゼルエンジンの場合には“ターボラグ”と関連して問題となり、その際には、いずれにせよより高いスモーク排出率が発生することのある高いトルク変化速度或いは勾配は、プラス方向のものでもマイナス方向のものでも有利に回避することができる。

有利な一実施例では、少なくとも一つの電動機が、制限されていない内燃機関の目標トルクと内燃機関の実際トルクとの差に対応して制御される。これによって、最適な内燃機関の目標トルクの制限、内燃機関のトルク立ち上げの際のトルクの変化速度及び物理的制約による遅れに対する制限が、一つ或いは幾つかの電動機によって完全に或いは部分的に補正され、このことがシステムの高い動特性に貢献する。点火時期補正によるトルク制御も必要ではない。対応する制御の結果として、電動機或いはエネルギー蓄積装置の許された運転領域、例えばトルク領域或いは負荷状態から外れてしまった場合には、再び最適内燃機関の目標トルクに対する制限、及び／又はトルクの変化速度に対する制限を行うことができる。

もう一つの有利な実施例では、内燃機関を最適化された最小トルクと最適化された最大トルクとの間の、燃料消費的に有利な及び／又は排出的に有利なトルク領域で運転させるために、電動機が用いられる。この領域或いは最適化された最小トルクと最適化された最大トルクは、エンジン回転数やその他のパラメータ値に依存しており、且つ内燃機関の最小と最大の内燃機関のトルク限界の間にある。最適化された最大トルクと内燃機関の最大トルクとの間の領域内の好ましくないフルロードエンリッチメント（全負荷過濃化）及び／又は好ましくない点火時期調整或いは排気ガス排出の点で好ましくない、最適化された最小トルクと内燃機関の最小トルクとの間の領域内での惰行時燃料カットオフ状態への移行は、それに対応した電動機の制御によって回避することができる。

有利な一拡張例では、最適化された最小トルク及び／又は最適化された最大トルク及び／又は最適な内燃機関目標トルクの変化速度が、内燃機関の運転条件に応じて調節される。代わりの手法として或いは追加として、最適化された最小トルク及び／又は最適化された最大トルク及び／又は最適目標トルクの変化速度を、電動機の運転条件に応じて調節することができる。代わりの手法として或いは追加として、最適化された最小トルク及び／又は最適化された最大トルク及び／又は最適目標トルクの変化速度は又、エネルギー蓄積装置の運転条件に応じて調節することもできる。代わりの手法として或いは追加として、最適化された最小トルク及び／又は最適化された最大トルク及び／又は最適目標トルクの変化速度は、目標トルクの時間的変化に応じて調節することができる。目標トルクは、アクセルペダル位置及び／又はブレーキペダル位置から導き出されると有利である。最適目標トルクの最大許容変化速度は、アクセルペダル位置及び／又はブレーキペダル位置の変化速度から導き出すことができる。

自動車の運転挙動に対する重要な影響パラメータ値を考慮することができる様に、駆動目標トルクがアイドリング調節器及び／又はアクティブダンパー及び／又はギヤ制御装置に依存して決定されると有利である。更に、車載電源網及びエネルギー蓄積装置、特にバッテリーへの充電を確実に行い且つ適切な充電と放電によって、駆動トレーンの全体的効率を改善する、充電目標トルクによる運転戦略の介入が有利である。例えば、出力要求が低い時にエネルギー蓄積装置を充電すると、それによって内燃機関のトルクが引き上げられ、内燃機関を有利な比消費率の運転ポイントに到達させることができる。

許されない運転条件及び／又はエネルギー蓄積装置及び／又は電動機の出力不十分の際には、内燃機関のトルク領域及び／又はトルクの動特性を引き上げると有利である。短時間の動的過程の際、例えば電動機のトルク立ち上げの遅延の際に、内燃機関のトルク領域及び／又はトルクの動特性の限界への介入が中止されると有利である。

本発明は更に、自動車の少なくとも一つの内燃機関と、少なくとも一つの内燃機関と機械的に接続された少なくとも一つの電動機と、電動機及び／又は内燃機関と作用結合されたエネルギー蓄積装置とを備えた、自動車の駆動装置の運転方法を実施するための装置に関する。

要求された内燃機関の最適目標トルクを、内燃機関の最小トルクより大きい最適化された最小トルクに及び／又は内燃機関の最大トルクより小さい最適化された最大トルクに制限し、及び／又は内燃機関の最適目標トルクの最適変化速度を制限するために、制限ユニットが備えられているということが提案される。

好ましくは、エネルギー蓄積装置及び／又は電動機の許されない運転条件及び／又は許されない出力の場合には、内燃機関のトルク領域及び／又はトルクの動特性の限界への介入を阻止するために、一つのユニットが備えられている。

本発明のその他の実施態様、アスペクト、及び利点は、諸請求項での本発明の要約とは独立にでも、発明の普遍性を制限すること無しに、以下に図面に基づいて説明されている本発明の実施例から明らかとなる。

以下に唯一の図面によって本発明に基づく方法が略示される。

図に基づいて、本発明に基づく方法が、例として並列ハイブリッド自動車の場合について説明される。駆動トレーンは、図示されていない吸気マニホルド内噴射装置を備えた内燃機関１０を備えており、この内燃機関には、図示されていない電子式アクセルペダルと図示されていない触媒装置とが備えられている。内燃機関１０のフライホイールは、クランクシャフトスタータージェネレータとして構成された電動機１５と結合されている。内燃機関１０と電動機１５によって生成されたトルクは、互いに加算されて駆動トルクとなる。ドライバーによってアクセルペダルを通じて与えられた目標トルクＭ_{Ｆａｈｒｅｒ}は、ドライバーによる駆動トレーン振動の励起を避けるために或いは負荷衝撃減衰を行うために、前置フィルタ２２によって低域フィルタリングされる。前置フィルタ２２の後方で、図示されていないアイドリング調節器とオプションとしてのアクティブ振動減衰装置（ダンパー）及び／又はギヤ制御装置の介入が、追加の目標トルクＭ_ｚｕｓを用いて行われる。これ等のトルクの和が、内燃機関１０と電動機１５との合計トルクＭ_ｉｓｔの目標値を表す総駆動目標トルクＭ_ｓｏｌｌとなる。

それに加えて、充電目標トルクＭ_Ｌａｄｅによって、車載電源網及び図示されていない電気エネルギー蓄積装置への給電を保証し、且つエネルギー蓄積装置の適切な充電或いは放電によって駆動トレーンの全体的効率を改善する運転戦略の介入が行われる。かくして、例えば市街地走行で出力要求が少ない場合にはエネルギー蓄積装置が充電され、それによって内燃機関１０のトルクが引き上げられ、内燃機関１０が一般的にはより有利な比消費率の運転ポイントに到達される。

トルク制御の際の内燃機関１０の挙動は、吸排気系路の動特性に依存しており、不感時間要素１２と一次のＰＴ１−遅延要素１３との直列回路によって近似的に表される。リミッタユニット１１は、内燃機関１０によって要求された最適目標トルクＭ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}を、内燃機関の最大トルクＭ_{ＶＭｍａｘ}に、又惰走時燃料カットの際には内燃機関の最小トルクＭ_{ＶＭｍｉｎ}に制限する。内燃機関の最大トルクＭ_{ＶＭｍａｘ}は、エンジン回転数、もしあればターボチャージャーの過給圧等のような、様々な運転パラメータに依存している。

トルク制御の際の電動機１５の挙動もまた、近似的に一次のＰＴ１−遅延要素１７によって記述される。しかしながら、電動機１５は内燃機関１０と比べて時定数が小さいので、トルク制御の際に遥かに高い動特性を持っている。

内燃機関１０のためのトルク評価ユニット１８は、勾配制限器ユニット１９を含んでおり、このユニット１９は、内燃機関の最適目標トルクＭ_{ＶＭｓｏｌｌｏｐｔ}の立ち上がり速度或いは変化速度を制限する。もう一つの制限器ユニット２０は、最適化された最小トルクＭ_{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ}と最適化された最大トルクＭ_{ＶＭ ｍａｘ ｏｐｔ}との間の最適トルク領域に制限する。その際、この最適トルク領域は、エンジン回転数、もしあればターボエンジンのターボチャージャーの過給圧等のような運転パラメータに依存している内燃機関１０の最も有利な運転領域を意味している。

最適トルク領域は、内燃機関１０のトルク限界Ｍ_{ＶＭｍａｘ}とＭ_{ＶＭｍｉｎ}との間にある。最適化された最大トルクＭ_{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ}は、内燃機関の最大トルクＭ_{ＶＭ ｍａｘ}よりも小さい。二つの最大トルクＭ_{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ}とＭ_{ＶＭ ｍａｘ}との間の領域では、この実施例では内燃機関１０の好ましくないフルロードエンリッチメント（全負荷過濃化）が行われるであろう。最適化された最小トルクＭ_{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ}は、内燃機関の最小トルクＭ_{ＶＭ ｍｉｎ}よりも大きい。これ等の二つのトルクの間の領域では、燃料消費の点で好ましくない点火時期の遅延方向への移動或いは排気ガス排出の点で好ましくない惰行時燃料カットオフが行われるであろう。

内燃機関１０の図示されていない制御装置が、内燃機関の瞬間実際トルクＭ_{ＶＭｉｓｔ}を測定する。
制限されていない目標トルクＭ_{ＶＭｓｏｌｌ}と内燃機関１０の実際トルクＭ_{ＶＭｉｓｔ}とから得られる差トルクＭ_{ＶＭｄｅｌｔａ}が電動機１５に送り込まれる。

動的運転の際には、電動機１５が内燃機関１０の遅延されたトルク立ち上げ或いはトルク立ち下げを補正し、駆動システムの高い動特性が得られるように配慮する。点火時期調整によるトルク余裕は必要ではない。

電動機１５は更に、内燃機関１０を最小トルクＭ_{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ}と最大トルクＭ_{ＶＭ ｍａｘｏｐｔ}との間の最適トルク領域で運転するために利用される。例えばエネルギー蓄積装置の充電状態或いは出力がこれを許さない場合には、電動機１５のトルク限界Ｍ_Ｅｍｉｎ及びＭ_Ｅｍａｘの修正によって、電動機１５の介入が停止される。このようにして、或いは電動機１５の物理的特性に基づく制限の際に、電動機１５の目標トルクＭ_{Ｅｓｏｌｌ}と実際トルクＭ_Ｅｉｓｔとの間にずれ（偏差）Ｍ_{Ｅｄｅｌｔａ}が生じる。

このずれＭ_{Ｅｄｅｌｔａ}は、制限ユニット２０及び／又は勾配制限ユニット１９に対して作用する。ずれＭ_{Ｅｄｅｌｔａ}の大きさが大きくなると、内燃機関の最適目標トルクＭ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}の限界が拡大され、及び／又は内燃機関の最適目標トルクＭ_{ＶＭ ｓｏｌｌ ｏｐｔ}のより高い変化速度が許される。かくして内燃機関１０は最適トルク領域を離れることができる。

間に接続されているフィルタユニット或いは論理ユニット２１は、例えば電動機１５のトルク立ち上げの際の遅延の結果としての、短時間の動的過程の際に、トルク評価ユニット１８内の制限ユニット２０及び／又は勾配制限ユニット１９に対する対応する介入を阻止する。

この実施例では、内燃機関１０と電動機１５との合計トルクを表している実際値Ｍｉｓｔへの総駆動目標トルクＭ_ｓｏｌｌの変換は、電動機１５の高い動特性を用いて行われる。その際、内燃機関１０のトルク領域とトルクの動特性は、排気ガスの排出と燃料消費を低減するために制限される。電動機１５の特性がそれを許さない場合には、内燃機関１０のトルク領域及び／又はトルクの動特性が引き上げられる。

本発明に基づく運転方法の概略図である。

Claims (14)

1. 少なくとも一つの内燃機関（１０）と、少なくとも一つの内燃機関（１０）に機械的に接続された少なくとも一つの電動機（１５）と、電動機（１５）及び内燃機関（１０）の少なくともいずれかに作用結合されたエネルギー蓄積装置と備えた、自動車の駆動装置の運転方法において、
   前記少なくとも一つの内燃機関（１０）と少なくとも一つの電動機（１５）が、ドライバにより要求された目標トルク（Ｍ _{Ｆａｈｒｅｒ} ）に対する総駆動目標トルク（Ｍ _ｓｏｌｌ ）を示す合計トルク（Ｍｉｓｔ）を共同で生成すること、
   その際、総駆動目標トルク（Ｍ _ｓｏｌｌ ）に対する内燃機関（１０）の要求された目標トルク（Ｍ _{ＶＭ ｓｏｌｌ}）が、内燃機関の最小トルク（Ｍ_{ＶＭｍｉｎ}）より大きい最適化された最小トルク（Ｍ_{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ} ）及び内燃機関の最大トルク（Ｍ_{ＶＭ ｍａｘ}）より小さい最適化された最大トルク（Ｍ_{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ}）によって最適目標トルク（Ｍ _{ＶＭ ｓｏｌｌ ｏｐｔ} ）に制限され、さらに内燃機関（１０）の最適目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}）の変化速度が制限されていること、
   その際、最適化された最小トルク（Ｍ_{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ} ）及び最適化された最大トルク（Ｍ_{ＶＭ ｍａｘ ｏｐｔ}）は、内燃機関が、要求された目標トルク（Ｍ _{ＶＭｓｏｌｌ} ）により低燃料消費及び低排気ガス排気で運転される領域を規定するトルクとして生成され、さらに内燃機関（１０）の運転条件、電動機（１５）又はエネルギー蓄積装置の運転条件、内燃機関の要求された目標トルク（Ｍ _{ＶＭｓｏｌｌ} ）の変化の少なくともいずれかに応じて、調節されること、
   を特徴とする自動車の駆動装置の運転方法。
2. 少なくとも一つの電動機（１５）が、内燃機関（１０）の目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ}）と内燃機関（１０）の実際トルク（Ｍ_{ＶＭｉｓｔ}）との差（Ｍ_{ＶＭｄｅｌｔａ}）に応じて制御されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
3. 最適目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}）の変化速度が、内燃機関（１０）の運転条件に応じて調節されることを特徴とする請求項１又は２に記載の運転方法。
4. 最適目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}）の変化速度が、電動機（１５）の運転条件に応じて調節されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の運転方法。
5. 最適目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}）の変化速度が、エネルギー蓄積装置の運転条件に応じて調節されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の運転方法。
6. 最適目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}）の変化速度が、内燃機関（１０）の要求された目標トルク（Ｍ_{ＶＭ ｓｏｌｌ}）の変化に応じて調節されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の運転方法。
7. 内燃機関（１０）の要求された目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ}）が、アクセルペダル位置及びブレーキペダル位置の少なくともいずれかから導き出されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の運転方法。
8. 最適目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ ｏｐｔ}）の変化速度が、アクセルペダル位置及びブレーキペダル位置の変化速度の少なくともいずれかから導き出されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の運転方法。
9. 内燃機関（１０）の要求された目標トルク（Ｍ_{ＶＭｓｏｌｌ}）が、アイドリング制御装置及びアクティブダンパー及びギヤ制御装置の少なくともいずれかにより決定されることを特徴とする請求項項１ないし８のいずれかに記載の運転方法。
10. 前記エネルギー蓄積装置の給電の確保のために、充電目標トルク（Ｍ_Ｌａｄｅ）が考慮されることを特徴とする請求項項１ないし９のいずれかに記載の運転方法。
11. エネルギー蓄積装置及び電動機（１５）の少なくともいずれかの許されない運転条件又は許されない出力の場合には、最適化された最小トルク（Ｍ _{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ} ）と最適化された最大トルク（Ｍ _{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ} ）の間のトルク領域又は内燃機関（１０）のトルク動特性を引き上げることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の運転方法。
12. 短時間の動的過程の際には、前記トルク領域又は前記トルク動特性の制限に対する介入は行われないことを特徴とする請求項１１に記載の運転方法。
13. 少なくとも一つの内燃機関（１０）と、少なくとも一つの内燃機関（１０）と機械的に接続された少なくとも一つの電動機（１５）と、電動機（１５）及び内燃機関（１０）の少なくともいずれかに作用結合されたエネルギー蓄積装置とを備えた、自動車の駆動装置のトルク制御を実施する装置において、
    前記少なくとも一つの内燃機関（１０）と少なくとも一つの電動機（１５）が、ドライバにより要求された目標トルク（ＭＦａｈｒｅｒ）を示す合計トルク（Ｍｉｓｔ）を共同で生成すること、
    その際、要求された内燃機関（１０）の目標トルク（Ｍ _{ＶＭｓｏｌｌ} ）が、内燃機関の最小トルク（Ｍ _{ＶＭｍｉｎ} ）より大きい最適化された最小トルク（Ｍ _{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ} ）及び内燃機関の最大トルク（Ｍ _{ＶＭｍａｘ} ）より小さい最適化された最大トルク（Ｍ _{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ} ）によって最適目標トルク（Ｍ _{ＶＭ ｓｏｌｌ ｏｐｔ} ）に制限され、さらに内燃機関（１０）の最適目標トルク（Ｍ _{ＶＭ ｓｏｌｌ ｏｐｔ} ）の変化速度が制限されていること、
    その際、最適化された最小トルク（Ｍ _{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ} ）及び最適化された最大トルク（Ｍ _{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ} ）は、内燃機関が、要求された目標トルク（Ｍ _{ＶＭｓｏｌｌ} ）により低燃料消費及び低排気ガス排気で運転される領域を規定するトルクとして生成され、さらに内燃機関（１０）の運転条件、電動機（１５）又はエネルギー蓄積装置の運転条件、内燃機関の目標トルク（Ｍ _{ＶＭｓｏｌｌ} ）の変化の少なくともいずれかに応じて、調節されること、
    を特徴とする駆動装置のトルク制御を実施する装置。
14. エネルギー蓄積装置及び電動機（１５）の少なくともいずれかの許されない運転条件又は許されない出力の場合には、最適化された最小トルク（Ｍ _{ＶＭｍｉｎ ｏｐｔ} ）と最適化された最大トルク（Ｍ _{ＶＭｍａｘ ｏｐｔ} ）の間のトルク領域又は内燃機関（１０）のトルク動特性の制限に対する介入を阻止するためのユニット（２１）を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の装置。

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