JP6444889B2 - ハイブリッド車の加速をブーストさせるトルクのエネルギーを削減するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車の技術分野に関し、より詳細にはそのエネルギー管理の分野に関する。

その主題は、車両のエネルギー消費を最適化する管理法の制御の下で連帯的にまたは別々に車輪にトルクを供給することが可能である少なくとも１つの熱機関および１つの牽引機械を備えるパワートレインと、減速する車両の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーの形態で回復させることが可能であり、熱機関を介して再充電することができトラクションバッテリーとを装備したハイブリッド車の加速を急速させるためのトルクを制限するための方法である。

ハイブリッド車のバッテリーのエネルギーが、優先度管理または利用の制限なしで車両の全ての機能に利用可能にされる場合、車両の用途は、バッテリーの蓄積容量によって制限される。このようなことは、電気ネットワーク上で充電することができない車両の場合に著しく、これは「マイルドハイブリッド」車と呼ばれ、搭載されるエネルギー容量は、これまでのところ依然としてかなり低いままである。

その反応に対してエネルギー制限がない場合、パワートレイン制御システムは常に、トラクションバッテリーを完全に消耗するというリスクを負って、ドライバーからのトルク要求を実現している。バッテリーを再充電する可能性が、減速中の運動エネルギーの回復の一部に制限される場合、たとえバッテリーを熱機関によって再充電することができたとしても、それは制限されゆっくりである。よって、比較的「積極的な」ユーザは、その消費を抑えずに急激にバッテリーを消耗することになり、ユーザの「スポーティな」運転はハイブリッド車における本来の消費の利益を打ち消してしまう。ここで、エネルギー消費を抑えることは、ハイブリッド車における優先的な目的である。

ハイブリッド車において特に評価される１つの機能は、電気機械の補助を借りて、熱機関が単独で供給することができるトルクよりも車輪により多くのトルクを供給する可能性である。これは「オーバートルク」または電気的トルクブーストと呼ばれる。ドライバーが足を踏み込む際、熱エンジンは、電気機械が「エンジン」モードで作動することによって後押しされて車輪に供給されるトルクを最大限にする。このような機能は、図１に図示されており、多くの電気エネルギーを消費する。したがってそれにはトラクションバッテリーを急速に消耗するリスクが伴う。このときエネルギー管理法（ＬＧＥ）はもはや完全に適用することができないため、パワートレインの全体の消費は増大する。このような状況は、バッテリーの容量が低下したとき、いっそう頻繁に起こる。特許文献１より、自動車用のマイクロハイブリッドシステムが知られており、そこではパイロットシステムは、回転電気機械の「回生式」ブレーキモードおよび回転電気機械のトルクブーストモードを含めた様々なモードの作動を規定し可能にすることができる手段を備える。

しかしながら、トラクションバッテリーの利用を最適化するためにドライバーにとって利用可能になった加速に対するブーストトルクを制限するための措置は存在しない。

仏国公報第２９０２７０５号

本発明は、トルクブーストに関連するエネルギー消費量を含めパワートレインの全体の消費をそのエネルギー容量に応じて管理することで、ハイブリッド車に関連する消費利益を不利益なものにしないことを目的としている。

この目的のために、それは、トルクブーストに利用可能な電気ブーストトルクが、トルクブーストのために確保されたバッテリーのエネルギー帯の中に残っているエネルギー量に応じて、０から１の間の制限係数によって削減されることを提案している。

本発明の目的の１つはしたがって、ドライバーにとって利用可能になったトルクブーストを制御すること、すなわち車両のエネルギーの最適化に対するこのような機能の影響を制限することである。

このような措置によって、ドライバーからの車輪へのトルクに対する要求の遵守と、パワートレインの消費の削減との間での車両の優先ルールのエネルギー管理を提案することが可能になる。

制御装置に採り入れられた監視機構が、加速を改善するために配分されるべきエネルギー量を動的に管理する。したがってそれは、ドライバーが定常的にパワートレインの性能特性を求めたとしても消費を最適化し続ける。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照することによってその非制限的の以下の実施形態を読むことではっきりと明らかになるであろう。

熱機関からの最大トルクに対する電気トルクブーストからの追加のトルクを示す図である。 提案されるエネルギー管理モードを示す図である。 このような管理モードに基づいて回復されたエネルギーの分配の計算を示す図である。 電気トルクブーストを制限する積分を算出するためのスキームである。 図１と比較して得られるトルクの削減を示す図である。

連帯的にまたは別々に車輪にトルクを供給することが可能な少なくとも１つの熱機関と１つの電気機械とを備えるパワートレインを装備したハイブリッド車において、このような２つのエネルギー源は、車両のエネルギー消費を最適化する管理法（ＬＧＥ）の管理の下に置かれる。トラクションバッテリーは、一般に減速する際の車両の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーの形態で回復させることが可能であり、熱機関を介して再充電され、電気機械に動力を与えることができる。

したがってハイブリッド車は、車輪にトルクを供給することが可能な少なくとも２つのアクチュエータを有し、ドライバーからのトルク要求はしたがって、電気機械と、熱機関によって供給されるトルクの総量によって満たすことができる。上記で指摘したように、適切なエネルギー管理法（ＬＧＥ）のおかげで２つのアクチュエータにおけるトルクの分配を最適化することによってハイブリッドパワートレインの全体の消費を改善させることが可能である。しかしながら、この法則がその役割を完全に行うことを可能にするには、トラクションバッテリーは恒久的に、最適な分配を適用するのに十分なエネルギーの蓄えを有する必要がある。

パワートレインの最大トルクは、熱機関によって供給される最大トルクに基づいて規定され、これに対して電気機械によって供給されるオーバートルクが加えられる。図１の曲線Ｃ_１、Ｃ_２はそれぞれ、熱機関のその速度ωに応じた最大トルクの動向と、電気トルクブーストを追加することにより車輪に対して利用可能な最大トルク包絡線を示す。２つの曲線Ｃ_１とＣ_２の差は、利用可能な電気トルクブーストを表している。強力な加速段階におけるドライバーのエネルギー消費を制御する目的で、利用可能な電気ブーストトルクに対して０から１の間にある制限係数Ｃを適用することによって、それを制限することが提案される。トルクブーストに利用可能な電気ブーストトルクはよって、トルクブーストのために確保されたバッテリーのエネルギー帯の中に残っている量に応じて制限係数Ｃによって削減される。制限係数Ｃは、トルクブーストのために蓄えられたエネルギー帯の中に残っているエネルギーに応じて計算される。提案される方法において、トラクションバッテリーＢ内に蓄積されたエネルギーは、電気トルクブーストがない場合と、電気トルクブーストがある場合のパワートレインのエネルギー管理法を適用するためにそれぞれ確保された２つのエネルギー帯（Ｂ_１、Ｂ_２）の間で分配される。

２つのエネルギー帯間での分配は、図２によって示されており、その上部は、車両のトラクションバッテリーＢの物理的な図に相当するのに対して、その下部は、２つの仮想バッテリーに区別するように提案された監視モードを示しており、第１のバッテリーＢ_１は、そのエネルギーがパワートレインの全体の消費を削減するために無条件でエネルギー管理法に関与しており、第２のバッテリーＢ_２は、トルクブーストのために確保されている。

帯Ｂ_２において利用可能なエネルギー量を計算するために、トルクブーストモードにおいて電気機械によって既に供給された動力が積分される。この積分の値はＩと呼ばれ、以下のように計算される。

この場合、

は、トルクブーストモードにおいて消散した電力である。

ｎ_Ｅｌｅｃは、全体の電気効率であり、電気機械、インバータ、およびバッテリーの効率を含み、Ｐ_ＧＭＰは、ドライバーによるパワートレインの要求される動力であり、Ｐ_{ＭＡＸｔｈｅｒｍｉｑｕｅ}は、熱機関が供給することができる以外の最大動力である。

は、回復された電力であり、Ｋは、物理的バッテリーの充電状態に応じて計算された重み付け係数であり、Ｔは、ミッションにおいて費やされる時間である。

係数Ｋによって、「発電機」モードにおいて電気機械によって回復されるエネルギーをバッテリーＢ_１またはバッテリーＢ_２のいずれかに割り当てることが可能になる。

トルクブーストのためのエネルギーの蓄えが十分である場合、Ｉ＝０［Ｗｈ］である。エネルギーの蓄えが空である場合、Ｉ＝Ｅ_ＭＡＸ［Ｗｈ］であり、Ｅ_ＭＡＸは、ドライバーに対して利用可能になったエネルギー量であり、すなわち仮想バッテリーＢ_２の容量である。

バッテリーＢ_１が、エネルギーの最適化を可能にするのに十分なエネルギーを包含するならば、Ｋ＝１である。全ての回復されたエネルギーはその後、バッテリーＢ_２に割り当てられる。ドライバーは、回復されたエネルギーを電気トルクブーストモードにおいて消費することができる。

バッテリーＢ_１が、エネルギーの最適化を可能にするのに十分なエネルギーを包含しない場合、このときＫ＝０である。全ての回復されたエネルギーはバッテリーＢ_１に割り当てられ、仮想バッテリーＢ_２にエネルギーを配分せずにバッテリーＢ_１は回復されたエネルギーによって再充電され、ドライバーはもはや、強力な加速段階において電気ブーストからの恩恵を受けない。優先度はこのようにパワートレインの性能ではなく、消費を抑えることに与えられる。ドライバーはもはや、彼らがそれに対して配分した全てのエネルギーを既に消費してしまっているため、電気ブーストの全ての性能特性を持っていない。

重み付け係数Ｋは、バッテリーＢ_１とバッテリーＢ_２との間のエネルギー蓄積の優先順位を定義することで、性能または消費のいずれかを改善する。図３のスキームは、バッテリーの充電の割合に応じて、すなわちＳＯＣ％に応じてＫを決定する非制限的な方法を示している。第１の閾値Ｓ_１より下では、Ｋは０である。バッテリー内で回復された全てのエネルギーは、エネルギー管理法ＬＧＥに向けられる。Ｓ_１と、Ｓ_１より高い第２の閾値Ｓ_２の間で、Ｋは線形成長を有する。Ｓ_２よりＫ＝１であり、バッテリー内で回復された全てのエネルギーは、トルクブーストに対して利用可能である。

図４によると、第１のエネルギー量と、第２のエネルギー量の差は、バッテリーの充電の状態ＳＯＣに応じた係数Ｋによって重み付けされており、積分される。エネルギー帯Ｂ_２に割り当てられるエネルギー量Ｉは、トルクブーストモードにおける電気機械によって供給される電力を積分することによって計算される。この動力は、トルクブーストモードにおいて実際に消費された電力と、減速する際、または熱機関を介して再充電することによって回復される電力の差によって計算される。回復される電力はよって、トラクションバッテリーの充電状態に応じて計算された重み付け係数Ｋによって重み付けされる。

積分の値Ｉは、電気ブーストのために蓄えられたエネルギーの蓄えに対応し、マッピングによって電気ブーストを制限する制限係数Ｃを取得することを可能にし、これは、トルクブーストモードにおいて利用可能な電力設定値でループ内に戻される。

図５は、図１におけるブーストに利用可能な動力の制限を紹介している。この例において、重み付けなしで電気トルクブーストを付加することにより車輪に対して利用可能な最大トルクの包絡線（曲線Ｃ_２）と、２０％程の制限で利用可能な電気トルクブースト（曲線Ｃ_３）が区別されている。

上記に指摘したように、積分ＩがＥ_ＭＡＸに達したとき、トルクブーストモードにおける電気トルクはゼロになる。以下の例は、いくつかの例に基づいた方法の実施を示している。

第１の状況として、３０Ｗｈの積分Ｉ（仮想バッテリーＢ_２）と、３０Ｗｈの再充電された物理的バッテリーＢであり、その充電状態（ＳＯＣ）は、高いとみなされ、Ｋ＝１とする。エネルギー管理法（ＬＧＥ）は、消費を最適化するのに十分なエネルギーを有する。回復された３０Ｗｈは、仮想バッテリーＢ_２に割り当てることができ、ブーストモードで完全に消費される。

第２の状況として、Ｂ_２の３０Ｗｈの同一の積分の値Ｉであり、充電の低い物理的バッテリー状態が生じ、例えば係数Ｋを０．３３とする。ＬＧＥは、消費を最適化するのに十分なエネルギーを持たない。３０Ｗｈの仮想バッテリーのうちの２０Ｗｈは、ブースト（バッテリーＢ_２）のために１０Ｗｈだけとし、仮想バッテリーを放電させることによってＬＧＥ（バッテリーＢ_１）に配分される。

第３の状況として、なおも３０Ｗｈの同一の積分値であり、物理的バッテリーの充電状態が係数Ｋを値０とする。ＬＧＥは、消費を最適化するのに十分なエネルギーを持たない。回復された３０Ｗｈの全てがしたがって、それ（バッテリーＢ_１）に配分され、ブーストのためにバッテリーＢ_２にエネルギーを割り当てることはない。

本発明は多くの利点を提供し、
−強力な加速のためにドライバーにとって利用可能になった電気ブーストトルクを制限することで、具体的にはわずかなエネルギーしか搭載していないハイブリッド車において、エネルギー管理に悪影響を及ぼさないことを可能にし、
−性能の目的または消費の目的との間での電気機械の型決めを容易にする。

Claims (8)

1. 車両のエネルギー消費を最適化するエネルギー管理法（ＬＧＥ）の制御の下で連帯的にまたは別々に車輪にトルクを供給することが可能である少なくとも１つの熱機関および１つの電気機械を備えるパワートレインと、減速する前記車両の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーの形態で回復させることが可能であり、前記熱機関を介して再充電可能なトラクションバッテリー（Ｂ）とを装備したハイブリッド車の加速を電気的にブーストさせるための電気ブーストトルクのエネルギーを制限するための方法であって、トルクブーストに利用可能な前記電気ブーストトルクが、前記トラクションバッテリー（Ｂ）のエネルギー帯（Ｂ_２）であって、前記トルクブーストのために確保されたエネルギー帯（Ｂ _２ ）の中に残っているエネルギー量（Ｉ）に応じて、０から１の間の制限係数（Ｃ）によって削減され、
   前記エネルギー帯（Ｂ_２）に配分される前記エネルギー量（Ｉ）が、トルクブーストモードにおいて前記電気機械によって供給される電力を積分することによって算出されることを特徴とするエネルギー制限方法。
2. 前記トラクションバッテリー（Ｂ）の充電状態に応じて、前記トラクションバッテリー（Ｂ）内に蓄積されたエネルギーが、前記トルクブーストがない場合と、前記トルクブーストがある場合の前記パワートレインの前記エネルギー管理法（ＬＧＥ）を適用するためにそれぞれ確保された２つのエネルギー帯（Ｂ_１、Ｂ_２）によって分配されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー制限方法。
3. 前記トルクブーストモードにおいてエネルギー帯（Ｂ _２ ）に配分されるエネルギー量（Ｉ）が、前記トルクブーストモードにおいて実際に消費された電力と、減速する際または前記熱機関を介して再充電することによって回復される電力との差によって算出されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー制限方法。
4. 減速する際、または前記熱機関を介して再充電することによって回復される前記電力が、前記トラクションバッテリー（Ｂ）の充電状態に応じて算出された重み付け係数（Ｋ）によって重み付けされることを特徴とする、請求項３に記載のエネルギー制限方法。
5. 前記トラクションバッテリー（Ｂ）の充電の割合（ＳＯＣ％）が第１の閾値（Ｓ_１）を下回ると、前記重み付け係数（Ｋ）が０であることを特徴とする、請求項４に記載のエネルギー制限方法。
6. 前記第１の閾値（Ｓ_１）と、前記第１の閾値（Ｓ_１）より高い第２の閾値（Ｓ_２）の間では、前記重み付け係数（Ｋ）が値０から値１まで増大することを特徴とする、請求項５に記載のエネルギー制限方法。
7. 前記制限係数（Ｃ）が、マッピングによって前記エネルギー量（Ｉ）の値より得られることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のエネルギー制限方法。
8. 前記制限係数（Ｃ）が、電気ブーストトルク設定値でループ内に戻されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー制限方法。

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