JP5231900B2 - 車両の動力システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の動力システムの制御方法に関連する。

過密地域を運転する際、車両の停止と発進が頻繁に繰り返されることがある。非過密地域を運転する際は、一定の車速で走行することが多い。

ナビゲーション・システム及び距離センサーが、車両が過密地域で運転されているかどうかを判断するために使用され得る。例えば、ナビゲーション・システムは、車両が運転されている地域を表すことができ、そして、距離センサーはその地域内の他の車両との近接性を示すことができる。しかしながら、ナビゲーション・システムや距離センサーは、車両にコストや質量を加える場合がある。

本発明の実施形態は、車両の動力システムの制御方法の形態をとる。その方法は、車両の加速及び減速履歴を判定する工程と、車両の加速及び減速履歴に基づいて動力システムを制御する工程とを有する。

本発明の別の実施形態は、アクセルペダルとブレーキペダルの少なくとも一方から入力を受ける工程と、その入力に基づいてドライバーの運転スタイルを判定する工程と、ドライバーの運転スタイルに基づいて動力システムを制御する工程とを有する。

本発明の実施形態は、例えば、ペダル位置、ペダル位置の変化速度、車速、走行距離、減速及び／又は加速間の時間などに、車両に対するドライバーの入力を解釈することによって、車両の走行環境や運転状態を判断することができる。

走行環境及び運転状態の情報は、エンジンの停止・始動態様及びパワートレインの作動ポイントの判定を修正することにより燃料経済性を改善するのに使用され得る。例えば、もし車両がエンジンが停止されるような状態、例えば、電動モードで動作しているならば、エンジンの始動、エンジンの停止、パワートレインの運転モード、バッテリ電力要求判定が、より良い燃料経済性を提供すべく最適化され得る。

図１が、非線形の多入力単一出力（Multiple Input Single Output: MISO）のシングルトン−マンダミ（Singleton Mamdami）・ファジー制御器８のブロック図である。図１のファジー制御器８は、例えばドライバーの動力要求、ドライバーのブレーキ力要求、車速等の数個の車両パラメータに基づいて、走行環境／運転状態を判定するのに使用され得る。ドライバーの動力要求は、例えば、アクセルペダルの位置に基づき得る。ドライバーのブレーキ力要求は、例えば、ブレーキペダル位置に基づき得る。車速は、例えば、出力シャフトの速度に基づき得る。代替実施形態において、例えば、ルックアップ関数、適応制御、ニューラル・ネットワークなどの他のアルゴリズムが使用される場合もある。

ファジー制御器８及び他のファジー制御器の出力は、下記の非ファジー化（defuzzier）式（１）を用いてクリスプ値（crisp value）に転換され得る。

ここにおいて、^〜Aは、全ての入力ファジー集合を含むベクトルである。μ^α _jは、Jthルールの前件部（antecedent of the jth rule）からの組み合わされたメンバーシップ関数（combined membership value）であり、出力ファジー集合を現す。αは、１の値を持つ設計パラメータである。

走行環境（交通状況）は、例えば、走行距離、経過時間及び２つの停止イベント間の最高車速に基づいて判定され得る。例えば、もし車両が３００秒の間に２０メートル走行し、時速２マイル（３.２キロメートル）の最高車速を達成した場合、ひどい渋滞と推定され得る。

図２が、車両の一例としてのハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle:ＨＥＶ）１０の、ブロック図である。図２のＨＥＶ１０は、ここで説明される制御ストラテジーを記述するために使用される車両の例である。例えば、電気自動車、燃料電池自動車、従来の自動車などの、他の形式の車両もこれらの制御ストラテジーを採用し得る。

ＨＥＶ１０は、バッテリ１２、モータ１３、エンジン１４、車輪１６及びバッテリ制御モジュールやエンジン制御ユニットのような制御器１８（単一の制御器でも複数の制御器から構成されてもよい）を含む。後述するように、制御器１８は、バッテリ１２及びエンジン１４のいずれか、あるいは、両方が、図２の中の太線で示すように車輪１６に動力を供給するように、バッテリ１２及びエンジン１４の動作を制御する。エンジン１４はまた、モータ１３に機械的動力を供給し得る。ＨＥＶ１０はまた、アクセルペダル２０、ブレーキペダル２２及び位置センサー２４、２６を含む。位置センサー２４、２６は、それぞれペダル２０、２２の位置を検知し、その情報を送る。速度センサー２８は車輪１６の速度を検知し、その情報を送る。制御器１８はこの位置情報と速度情報を読み取り、そして、後述するように、バッテリ１２及びエンジン１４を制御するための制御ストラテジーへの入力として使用する。

図２の制御器１８は、バッテリ１２、エンジン１４、位置センサー２４、２６及び速度センサー２８と、図２中に細い線で示すように、車両用コントローラ・エリア・ネットワークを介して通信する。代替実施形態において、制御器１８は、バッテリ１２、エンジン１４、位置センサー２４、２６及び速度センサー２８と、配線接続、無線接続、あるいは、それらの幾つかの組み合わせによって、通信する場合がある。

図２の制御器１８は、ＨＥＶ１０のドライバーの運転スタイルを判定し、そして、その情報に基づいてバッテリ１２及びエンジン１４を制御する。例えば、制御器１８は、例えば１分間のような、所定の校正期間の間の、アクセルペダル２０及び／又はブレーキペダル２２の踏み込み回数を数える場合がある。例えば、もしブレーキペダル２２が、例えば４回のような所定回数以上踏み込まれたならば、制御器１８はドライバーが頻繁に加速及び減速を行う傾向を持つと判断し得る。さもなければ、制御器１８は、ドライバーが安定した運転を行う傾向を持つと判断し得る。制御器１８はまた、例えば、ある車速レンジに関してドライバーが頻繁に加速及び減速を行うかどうかを判断するために、ファジー技術を採用する場合がある。

図３が、ドライバーの動力要求及び車速の測定値、即ち、前件部（antecedents）に基づいて、ドライバー状態、即ち、結果（consequent）を判定するための、そのようなファジー制御に使用されるルールベース・テーブルの例である。図３のテーブル例において、変数は以下のように規定される。

Ｐ_p： 正方向の動力要求変化の履歴
Ｐ_n： 負方向の動力要求変化の履歴
Δtvl_u： 車速が低速側閾値を上回っている時間
Δtvl_l： 車速が低速側閾値を下回っている時間
Δtvm_u： 車速が中間閾値を上回っている時間
Δtvm_l： 車速が中間閾値を下回っている時間
Δtvh_u： 車速が高速側閾値を上回っている時間
Δtvh_l： 車速が高速側閾値を下回っている時間

したがって、例えば、もし全ての前件部が”小さい”ならば、”初期状態”という結果が返される。例えば、もし幾つかの前件部が”小さい”で、他の前件が”大きい”ならば、異なる結果が返される。他の実施形態において、例えば、前件部が「小」、「中」、「大」というように、異なる数の前件部を持つ異なるルールが使用される場合がある。

カウンターが、例えば図３を参照して記述されたΔtvl_uのような時間（期間）を判定するのに使用され得る。例えば、図４は、ＨＥＶ１０の速度の時間変化を表すグラフである。例えば１秒の各時間増分に関し、２進カウンターがＨＥＶ１０の速度が、例えば時速２０マイル（時速３２キロメートル）の”低速側”閾値を上回っているか、あるいは、下回っているかを判定する場合がある。もしＨＥＶ１０の速度が時速２０マイル（時速３２キロメートル）を上回っているならば、カウンターは「０」に戻る。もしＨＥＶ１０の速度が時速２０マイル（時速３２キロメートル）を下回っているならば、カウンターは「１」に戻る。例えば４０秒の校正期間の間、戻された「０」と「１」が合計され、時間Δtvl_uを判定する。例として、Δtvl_uが９秒になることがある。他のカウンターもまた、使用可能である。例えば、もしＨＥＶ１０の速度が２０マイル（時速３２キロメートル）を上回っているならば、Δtvl_uに関するカウンター値は増やされない。例えば、もしＨＥＶ１０の速度が２０マイル（時速３２キロメートル）を下回るならば、Δtvl_uに関するカウンター値は増やされる。

各校正期間に関して、上述のように時間が評価されうる。例えば以下のようなテーブルに基づいて、所定の時間（例えば、Δtvl_u）が、”小”、”中”、”大”かが判定される。

代替実施形態において、”小さい”、”中程度”、”大きい”は、異なって規定され得る。

Ｐ_pとＰ_nは、ドライバーによる動力要求の変化に基づく。それらの差の絶対値（|Ｐp - Ｐn|）が、ドライバーが安定した運転を行う傾向を持つか、あるいは、ドライバーが頻繁に加速及び減速を行う傾向を持つかに関する指示値となり得る。例えば、もし|Ｐp - Ｐn|が”小”ならば、ドライバーは安定した運転を行っている。一方、もし|Ｐp - Ｐn|が”大”ならば、ドライバーは加速及び／又は減速を行っている。|Ｐp - Ｐn|が”小”か”大”かは、例えば以下のテーブルに基づいて判定され得る。

代替実施形態において、”小”及び”大”は、異なって規定され得る。

図５が、制御器１８によって実行される制御ブロック３０の概略図である。図５の制御ブロック３０は、入力としてアクセルペダル位置、ブレーキペダル位置及び車速を用いる。これらの入力を用いて、制御ブロック３０は、例えば制御器メモリの中のルックアップ・テーブルを調べ、ドライバーのトルク要求を出力として与える。代替実施形態においては、制御ブロック３０は、例えば上記の入力に基づいて、ドライバーのトルク要求を計算する場合がある。他の技術もまた、利用可能である。

図６が、制御器１８によって実行される制御ブロック３２の概略図を示す。図６の制御ブロック３２は、入力としてドライバーのトルク要求と車速を利用する。これらの入力を用いて、制御ブロック３２は、例えば入力を積算して計算し、ドライバーによって要求される動力を算出する。代替実施形態において、制御ブロック３２は、例えば、制御器メモリ内のルックアップ・テーブルを調べて、ドライバーによって要求される動力を判定する。別の技術もまた、利用可能で有る。

図７が、制御器１８によって実行される制御ブロック３４の概略図を示す。図７の制御ブロック３４は、入力としてドライバーの動力要求と、システムが利用可能な動力、例えば、バッテリ１２及びエンジン１４から引き出され得る最大動力とを利用する。これらの入力を用いて、制御ブロック３４は、例えば入力を除算して計算し、正規化された動力要求を算出する。

図８が、制御器１８によって実行される制御ブロック３６の概略図を示す。図８の制御ブロック３６は、入力として正規化された動力要求を利用する。制御ブロック３６は、例えばこの入力を微分して、動力の瞬間的な変化Ｐ_iを算出する。

制御ブロック３０、３２、３４、３６は、以下の式（２）、（３）の計算を実行することができる。例えばＲは、ファジー集合のベクトルの実数を表し、毎秒、そのベクトル空間の中にＰ_i値の組、Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２などを生じる。一例において、Ｐ_iの正値が校正可能な大きさ（例えば２０の値）を持つFIFO（first-in-first-out）バッファの中に格納される。同様に、Ｐ_iの負値が校正可能な大きさ（例えば２０の値）を持つFIFO（first-in-first-out）バッファの中に格納される。これらバッファに格納されたＰ_i値は、Ｐ_p及びＰ_nを生成するために、校正可能な所定の期間に亘って合計され得る。

ΔＰ_iが正のとき

ΔＰ_iが負のとき

図２の制御器１８は、上述のように判定された情報に基づいて、バッテリ１２及びエンジン１４に関する運転パラメータを調節し得る。例えば、もしドライバーが頻繁に停止を行う傾向を持ち、そして、低速で運転しているならば、制御器１８はエンジン１４が動いている間にバッテリ１２を深く充電し、それにより、制御器１８は、増大されたバッテリ充電を用いて、そのような停止・発進、低速度走行を行い、排出物を低減するようＨＥＶ１０を動かすことができる。

例えば、もし、安定した高速走行の走行環境・運転状態が検出されるならば（図３を参照）、制御器１８は、最大のシステム効率／燃料経済性を実現すべく、バッテリ１２を中程度の充電状態で動作させる。

例えば、もし、加速減速が多い高速走行の走行環境・運転状態が検出されるならば、制御器１８は、エンジン１４を定常運転状態で運転しながら、バッテリ１２を介してドライバー要求の変化を満たし得る。このエンジンの定常運転は、全体としての燃料経済性の改善をもたらす。

例えば、もし、安定した低速走行の走行環境・運転状態が検出されるならば、制御器１８はエンジン１４を完全な電動モードで運転し得る。バッテリ１２の充電状態が所定の目標値を下回るとき、エンジン１４は始動され、バッテリ１２を充電するために定常運転状態で運転されるであろう。そのような機構もまた、運転性を確保しながら、燃料経済性の改善をもたらし得る。

例えば、もし加速減速の多い低速走行の走行環境・運転状態が検出されるならば、制御器１８はエンジン１４を完全な伝導モードで運転し、そして、この電気エネルギーをドライバーの停止・発進要求を満たすのに使用するであろう。バッテリ１２の充電状態が所定の目標値を下回るとき、電気経路を通じて停止・発進のドライバー要求を満たす一方、エンジン１４を始動して、バッテリ１２を充電するために定常運転状態で運転させるであろう。そのような機構もまた、運転性を確保しながら、燃料経済性の改善をもたらし得る。

図９が、本発明による車両の動力システムの制御ストラテジーの一例のフローチャートである。最初に、アクセルペダル及び／又はブレーキペダルからの検出値を入力する（ステップ１００）。次に、入力に基づいてドライバーの運転スタイル及び／又は走行環境を判定する（ステップ１０２）。そして、運転スタイル及び／又は走行環境に基づいて動力システムを制御する（ステップ１０４）。

以上のように本発明の実施形態を示し、説明してきたが、これらの実施形態が本発明の実施可能な形態の全てを示し表すことを意図するものではない。むしろ、この明細書で使用される用語は、限定というよりも、説明のための用語であって、本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われ得る。

本発明の実施形態に使用されるファジー制御器例のブロック図である。 本発明を適用可能なハイブリッド電気自動車のブロック図である。 図１のファジー制御器によって実行されるファジールールのテーブル例である。 車速の時間変化の例を示すグラフである。 図１のファジー制御器によって実行される制御ブロック図の概略図である。 図１のファジー制御器によって実行される制御ブロック図の概略図である。 図１のファジー制御器によって実行される制御ブロック図の概略図である。 図１のファジー制御器によって実行される制御ブロック図の概略図である。 本発明に従った、車両の動力システムの制御ストラテジーのフローチャート例である。

符号の説明

８ ファジー制御器
１０ ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）
１２ バッテリ
１３ モータ
１４ エンジン
１８ 制御器
２０ アクセルペダル
２２ ブレーキペダル
２８ 速度センサー

Claims (5)

1. 車両の動力システムの制御方法において、
   上記車両がブレーキペダルとアクセルペダルとを含み、
   上記車両のドライバーの運転スタイルを表す上記車両の加速及び減速履歴を判定する工程と、
   上記加速及び減速履歴に基づいて、上記動力システムを制御する工程とを有し、
   上記車両の加速及び減速履歴を判定する工程が、
   上記ドライバーによる動力要求及びブレーキ要求力を判定する工程と、
   所定期間の間に上記ブレーキペダルが踏まれた回数を判定する工程と、
   所定期間の間に上記アクセルペダルが踏まれた回数を判定する工程とを含み、
   上記ドライバーによる動力要求及びブレーキ要求力を判定する工程が、
   正の動力要求履歴と負の動力要求履歴との差の絶対値が、所定の閾値を上回っているか、あるいは、下回っているかを判定する工程を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
2. 上記車両の速度を判定する工程と、
   上記車両の速度が所定の閾値を上回っている時間を判定する工程とを更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記動力システムが、上記車両の速度が所定の閾値を上回っている時間に基づいて制御される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 上記車両の速度を判定する工程と、
   上記車両の速度が所定の閾値を下回っている時間を判定する工程とを更に有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. 上記動力システムが、上記車両の速度が所定の閾値を下回っている時間に基づいて制御される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。

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