JP6893518B6 - ドライブラインモデル - Google Patents

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Description

本発明は、ドライブラインをモデル化するためのシステムに関し、特にドライブライン効率メトリックを生成するシステムに関する。
米国特許出願公開第２０１５／０３４７６７０Ａ１号明細書（ＪＡＭＥＳ）は、ドライブラインの効率を計算する手法を開示している。しかし、適切な部品効率マップは、必要に応じて生成されず、ドライブライン効率プロセッサに即座に利用可能ではない。これはまた、ユーザが別のソースからマップをインポートしたり、別のソフトウェアパッケージにおいて効率をモデル化する時間を費やさなければならないことを意味する。効率マップは、他の場所で計算してインポートする必要がある。効率マップは、一般に、所与のギヤボックスおよびモータ設計についてトルクおよび速度の点で制限を有し、動作速度範囲が変更された場合、モータ／ギヤボックスを再設計しなければならず、効率マップが変更される。部品効率マップは、すべてが同じプロセッサによって生成されるとは限らないため、互いに互換性がない可能性がある。
米国特許出願公開第２０１５／０３４７６７０号明細書
本発明は、単一のモデリングシステムにおいてこの機能性を提供する。
本発明の第１の態様によれば、
複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのシステムであって、
部品効率プロセッサであって、
複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデルを受信し、
受信された対応する部品モデルに基づいて、１つまたは複数の部品の部品効率マップを生成する
ように構成された、部品効率プロセッサと、
ドライブライン効率プロセッサであって、
（ｉ）複数の部品のうちの１つまたは複数の部品に対する部品効率マップと、（ｉｉ）複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウトと、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、ドライブライン用のドライブライン効率メトリックを生成するように構成されたドライブライン効率プロセッサと
を含む、システムが提供される。
ドライブライン効率プロセッサは、受信された対応する部品モデルに基づいて、１つまたは複数の追加のドライブラインメトリックを生成するように構成されてもよい。１つまたは複数の追加のドライブラインメトリックは、パッケージングサイズ、パワー定格、耐久性、運転性、騒音および振動特性の１つまたは複数の特性を表すことができる。
部品効率プロセッサは、部品詳細レベルに基づいて部品効率マップを生成するように構成することができる。
部品効率プロセッサは、
部品詳細レベルに基づいて部品効率マップを生成する際に、異なる物理的または数学的仮定を行い、および／または
部品詳細レベルに基づいて部品効率マップを生成するために使用される点の数を変更する
ように構成されてもよい。
部品モデルは、関連部品の物理的寸法を表す部品形式情報を含むことができる。ドライブライン効率プロセッサは、
（ｉ）複数の部品のうちの１つまたは複数の部品についての部品形式情報と、（ｉｉ）ドライブラインレイアウトとに基づいて、ドライブラインパッケージングメトリックを生成する
ようにさらに構成されてもよい。
ドライブライン効率プロセッサは、
１つまたは複数の運転プロファイルを時間ドメインから非時間変化形式に変換し、
１つまたは複数の運転プロファイルの非時間変化形式に基づいて、ドライブライン効率メトリックを生成する
ようにさらに構成されてもよい。
ドライブライン効率プロセッサは、１つまたは複数の運転プロファイルに対するドライブラインに関連する車両の時間変化質量に基づいて、ドライブライン用のドライブライン効率メトリックを生成するようにさらに構成されてもよい。
運転プロファイルは、車両の時間変化質量に関する情報を含むことができる。
ドライブライン効率プロセッサは、１つまたは複数の運転プロファイルに関連する可変勾配に基づいて、ドライブライン用のドライブライン効率メトリックを生成するようにさらに構成されてもよい。
運転プロファイルは、可変勾配に関する情報を含むことができる。
ドライブライン効率プロセッサは、ドライブライン効率メトリックを生成する際に牽引力方程式を適用するように構成されてもよい。牽引力方程式は、１つまたは複数の運転プロファイルに関連する時間変化質量および／または可変勾配に必要な牽引力を決定するように構成されてもよい。
ドライブライン効率プロセッサは、
複数の異なるドライブラインを処理し、複数のドライブラインのそれぞれに対して１つまたは複数のドライブラインメトリックを生成し、
１つまたは複数のパフォーマンス目標の範囲を考慮して、ドライブラインメトリックを使用してドライブラインを選択する
ようにさらに構成されてもよい。
複数のドライブラインは、
ドライブラインレイアウトと、
部品モデルと、
部品効率マップと、
部品パラメータと
のうちの１つまたは複数の入力において変化を有してもよく、
入力の各組み合わせは、異なるドライブラインを表す。
ドライブライン効率プロセッサは、さらに、
複数の異なる制御パラメータでドライブラインを処理し、複数の制御パラメータのそれぞれに対して１つまたは複数のドライブラインメトリックを生成し、
１つまたは複数のパフォーマンス目標の範囲を考慮して、ドライブラインメトリックを使用して制御パラメータの組を選択する
ように構成されてもよい。
本発明のさらなる態様によれば、複数の部品を含むドライブライン用のドライブライン効率プロセッサが提供され、ドライブラインは、複数の制御動作状態に従って動作可能であり、ドライブライン効率プロセッサは、
分析ブロックであって、
ドライブライン内の複数の部品のそれぞれに関連する複数の部品効率マップを受信し、
複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウトを受信し、
出力として、各部品に対する動作行列の組を提供し、組は各制御動作状態に対する行列を含む
ように構成された、分析ブロックと、
制御ストラテジ適用ブロックであって、
動作行列の組を受信し、
複数の車両動作要求を表す運転プロファイルを受信し、
各部品に対する運転プロファイルおよび動作行列の組を処理して、１つまたは複数の制御状態マップを決定し、
１つまたは複数の制御状態マップに対して、各部品に対する運転プロファイルおよび動作行列の組を処理して、ドライブライン効率メトリックを決定し、（ｉ）ドライブライン効率メトリックに関連する制御状態マップ、および／または（ｉｉ）ドライブライン効率メトリックを表すデータを出力として提供する
ように構成された、制御ストラテジ適用ブロックと
を含む。
動作行列の組における各制御動作状態に対する行列は、複数の車両動作要件（速度および加速度値など）に対する関連部品の効率に関する情報を含むことができる。
制御ストラテジ適用ブロックが、
ａ）最新制御状態マップを決定し、
ｂ）動作行列の組と最新制御状態マップとに基づいて、運転プロファイルに対するドライブラインに対する最新部品効率値を決定し、
ｃ）最新部品効率値が所定の基準を満たすか否かを決定し、
最新部品効率値が所定の基準を満たす場合、
最新部品効率値と最新制御状態マップとに基づいてドライブライン効率メトリックを決定し、
出力として、（ｉ）最新制御状態マップ、および／または（ｉｉ）ドライブライン効率メトリックを表すデータを提供し、
最新部品効率値が所定の基準を満たさない場合、
最新部品効率値に基づいて修正された最新制御状態マップを決定し、ステップｂ）に戻る
ように構成されてもよい。
各制御状態マップは、異なる制御動作状態間で１つまたは複数の切り換え閾値を定義することができる。制御ストラテジ適用ブロックは、切り換え閾値を変更することによって、修正された最新制御状態マップを決定するように構成することができる。
制御ストラテジ適用ブロックは、
複数の制御状態マップに対する前記運転プロファイルに対する正味バッテリ充電増加値を決定することと、
前記正味バッテリ充電増加値を相互にまたは所定の閾値と比較することと、
前記比較に基づいて、前記複数の制御状態マップの１つを最新制御状態マップとして選択することと
によって、最新制御状態マップを決定するように構成されてもよい。
制御ストラテジ適用ブロックは、ステップａ）において初期部品効率値を使用して、最新制御状態マップを決定するように構成することができる。
制御ストラテジ適用ブロックは、
各制御動作状態に対する初期ドライブライン効率メトリックを決定するために、各部品に対する動作行列の組および初期部品効率値を処理し、
初期制御状態マップを決定するために、各制御動作状態に対する初期ドライブライン効率メトリックを処理し、
随意選択的に、異なる制御動作状態間のパワー閾値線を変更して、運転プロファイルに対する正味バッテリ充電増加の指定された目標値を達成し、
前記制御状態マップを使用して、前記運転プロファイルに対する更新された部品効率値を計算し、
運転プロファイルに対する部品効率値を、以前の反復で計算されたものと比較し（または最初の反復で、初期部品効率値と）、
運転プロファイルに対する部品効率値が定義された限度内に収束していない場合、更新された部品効率値を使用して、最初からプロセスを繰り返し、
運転プロファイルに対する部品効率値が定義された限度内に収束している場合、（ｉ）最終制御状態マップおよび／または（ｉｉ）最終ドライブライン効率メトリックを表す出力データとして提供する。
反復プロセスを使用して、前記ドライブライン効率メトリックおよび制御状態マップを計算するように構成されてもよい。
制御動作状態は、
（ｉ）複数の推進モードの１つと、
（ｉｉ）複数のギヤ比のうちの１つと、
（ｉｉｉ）複数のパワースプリット動作モードのうちの１つと
のうちの１つまたは複数を含むことができる。
本発明のさらなる態様によれば、
複数の部品を含むドライブラインをモデル化するための方法であって、
複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデルを受信することと、
受信された対応する部品モデルに基づいて、１つまたは複数の部品の部品効率マップを生成することと、
（ｉ）複数の部品のうちの１つまたは複数の部品に対する部品効率マップと、（ｉｉ）複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウトと、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、ドライブライン用のドライブライン効率メトリックを生成することと
を含む、方法が提供される。
本発明のさらなる態様によれば、ドライブラインが複数の部品を含み、複数の制御動作状態に従って動作可能であるドライブラインのための処理するための方法であって、
ドライブライン内の複数の部品のそれぞれに関連する複数の部品効率マップを受信することと、
複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウトを受信することと、
各部品に対する動作行列の組を決定し、組は各制御動作状態に対する行列を含むことと、
複数の車両動作要求を表す運転プロファイルを受信することと、
各部品に対する運転プロファイルおよび動作行列の組を処理して、１つまたは複数の制御状態マップを決定することと、
１つまたは複数の制御状態マップに対して、各部品に対する運転プロファイルおよび動作行列の組を処理して、ドライブライン効率メトリックを決定することと、（ｉ）ドライブライン効率メトリックに関連する制御状態マップ、および／または（ｉｉ）ドライブライン効率メトリックを表すデータを出力として提供することと
を含む、方法が提供される。
コンピュータ上で実行されると、コンピュータに、本明細書で開示されるプロセッサ、コントローラまたはデバイスを含む任意の装置を構成させるか、または本明細書で開示される任意の方法を実行させるコンピュータプログラムを提供することができる。コンピュータプログラムは、ソフトウェア実装であってもよく、コンピュータは、非限定的な例として、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）または電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）における実装を含む任意の適切なハードウェアと考えることができる。
コンピュータプログラムは、ディスクまたはメモリデバイスなどの物理的コンピュータ可読媒体であってもよいコンピュータ可読媒体上に提供されてもよく、または過渡信号として実施されてもよい。このような過渡信号は、インターネットダウンロードを含むネットワークダウンロードであってもよい。
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して例として説明する。
図１は、ドライブラインをモデル化し、ドライブラインメトリックを生成するためのコンピュータ実装システムを概略的に示す。 図２ａは、ハイブリッド車両のドライブラインの一例を示す。 図２ｂは、例示的な推進モードマップを示す。 図２ｃは、例示的なギヤシフトマップを示す。 図２ｄは、例示的な簡略化されたギヤシフトマップの一例を示す。 図３は、ドライブラインの前向きのシミュレーションを示す。 図４は、ドライブラインの後方向きのシミュレーションを示す。 図５は、運転プロファイルに対するドライブラインのシミュレーションの例示的なプロセスフローを示す。 図６は、運転プロファイルのシミュレーションに基づいて制御状態マップを生成する改善された方法の例示的なプロセスフローを示す。 図７は、ドライブラインメトリックを計算するために使用できるドライブライン効率プロセッサの例を示す。 図８は、図７の制御ストラテジ適用ブロックの動作方法を概略的に示す。 図９は、システム効率を計算する方法を示す。
図１は、ドライブラインをモデル化し、ドライブライン効率メトリック１０８を生成するためのコンピュータ実装システムを概略的に示す。ドライブライン効率メトリックは、ドライブラインメトリックの一例であり、運転プロファイルに対するエネルギー消費を表すことができる。ドライブラインメトリックは、効率、梱包サイズ、パワー定格、耐久性、運転性、騒音および振動特性などのドライブラインの性能に関連するメトリックである。例えば、ドライブラインは、１つまたは複数のドライブラインメトリックが１つまたは複数のドライブライン基準または他の性能目標を満たすか否かで判断することができる。例えば、パッケージングの理由から、キードライブトレーン部品の外形寸法は、ドライブラインパッケージングメトリックによって表すことができる。部品が利用可能な空間内に収まるか否かを確かめるために、ドライブラインパッケージングメトリックをドライブラインパッケージング基準と比較することができる。ドライブライン効率メトリックを生成することに加えて、ドライブライン効率プロセッサは、随意選択により、ドライブラインパッケージングメトリックを含む１つまたは複数のドライブラインメトリックを生成することができる。
ドライブラインは、例えば、内燃機関、燃料電池、ガスタービン、ギヤボックス、電気機械、シャフト、ハウジング、ベアリング、クラッチ、地上／航空宇宙／海洋車両シャーシ、車輪、フライホイール、バッテリ、コンデンサおよびパワーエレクトロニクスを含む非限定的な例の複数の部品を含む。部品は、部品のサブアセンブリまたは個々の部品であり得る。
図１は、２つの例示的な部品モデル１０２ａ、１０２ｂを示しており、その各々は、ドライブラインに存在する、または可能性がある部品に対応する。システムは、任意の数の部品を含むことができる。部品モデル１０２ａ、１０２ｂは、部品を定義する部品機能情報／パラメータを含むことができる。このようなパラメータは、特定のタイプの部品に固有であり、以下を含むことができる。
・ギヤボックスの場合、速度比の数、速度比の値、シャフト、ギヤ、ベアリングの位置および寸法。
・内燃機関の場合、シリンダの数、シリンダ寸法、圧縮比、速度およびトルク定格、最大パワー定格。
・車輪の場合、直径、抗力係数。
図１のシステムは、部品モデル１０２ａ、１０２ｂのそれぞれに１つずつ、複数の部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂを含む。部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂは、部品効率マップを生成するために、関連する部品モデル１０２ａ、１０２ｂを処理できる。関与する処理は、問題の部品の特定のタイプに依存する。様々な部品用の効率マップの例をいくつか以下に示す。
ギヤボックスの効率マップは、ある範囲の速度およびトルクにわたるギヤボックスのパワー損失を計算することによって生成できる。ギヤボックスにおけるパワー損失の主な原因は、ギヤ歯の間の摺動摩擦によるギヤ噛み合い損失、潤滑剤のはねによるギヤチャーニング損失、およびベアリング損失を含み得る。これらのパワー損失は、例えば、ＩＳＯ規格１４１７９で定義された方法を使用して計算することができる。
電気機械用の効率マップは、ある範囲の速度およびトルクにわたる電気機械のパワー損失を計算することによって生成することができる。パワー損失の主な原因は、機械巻線における電気抵抗による銅損失、ヒステリシスおよび渦電流による鉄損失、およびベアリング摩擦および風損による機械的損失を含むことができる。
効率マップは、効率値が、動作条件の範囲に対して実質的に一定であってもよいという点で平たいマップであってもよい。
部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂは、パッケージングスペース、振動特性、耐久性を含むがこれに限定されない１つまたは複数の他の設計目標に対する部品を最適化することによって、部品効率マップに加えて１つまたは複数の部品メトリックを生成するように構成することができる。例えば、ギヤボックス部品効率プロセッサは、ギヤボックスレイアウト（シャフト、ベアリング、ギヤの数、位置、寸法）、マクロジオメトリ、およびマイクロジオメトリを最適化できる。このようにして、１つまたは複数の部品メトリックは、部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂによって生成できる。
図１のシステムはまた、ドライブライン効率メトリック１０８、および随意選択により１つまたは複数のドライブラインメトリックを生成するためのドライブライン効率プロセッサ１０６を含む。ドライブライン効率プロセッサ１０６は、少なくとも、（ｉ）複数の部品のうちの１つまたは複数の部品効率マップ、（ｉｉ）ドライブラインレイアウト１１０および（ｉｉｉ）運転プロファイル１１２を処理してドライブライン効率メトリックを生成することができる。以下でより詳細に説明するように、ドライブラインレイアウト１１２は、ドライブラインにおける部品の配置／相互係合を表している。ドライブライン効率プロセッサ１０６は、後述するように、ドライブライン効率メトリックを達成するために、ドライブラインを制御するために使用できる出力として制御状態マップを提供することもできる。ドライブライン効率プロセッサ１０６は、ドライブライン効率メトリックに加えて、１つまたは複数の他のドライブラインメトリックに対してドライブラインを最適化するように構成することができる。
部品効率マップを生成するための部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂと、ドライブライン効率メトリックを生成するためのドライブライン効率プロセッサ１０６との両方を含む図１のシステムにはいくつかの利点がある。これらの利点には、以下のものが含まれ得るが、これらに限定されない。
・適切な部品効率マップが、部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂによって、必要に応じて生成することができ、ドライブライン効率プロセッサに対して即座に利用できるため、任意の所与の部品モデルに対するドライブライン効率メトリック１０８を生成する改善された処理時間。各部品モデル１０２ａ、１０２ｂについて、ドライブライン効率プロセッサは、既存の部品効率マップを使用するか、部品効率プロセッサ１０４に部品効率マップを生成するよう指示することができる。
・マップは、必要に応じて自動的に生成され、別のソースからマップをインポートしたり、別のソフトウェアパッケージにおいて効率をモデル化する時間を費やす必要がないため、シミュレーション実行として部品効率マップを生成することは便利である。この随意選択肢は、様々な部品モデルまたは部品パラメータを使用して、シミュレーションを複数回実行するパラメータスイープに役立つ。一部の部品効率マップはシミュレーション中に生成することができ、一部の部品は、新しい部品効率マップを生成するのではなく、既存のマップを入力として受け取ることができる。この柔軟性は、１つのドライブトレーン部品を最適化するが、他を同じに保つ場合に特に有用であり、既存のものが十分である場合に新しい部品効率マップを生成するのに時間を費やさないので、速度の利点を有する。
・ドライブライン効率メトリック１０８の強化された精度。これは、複数の部品効率マップが、例えば、すべて同じシステム内の部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂによって生成されるため、また必要に応じて生成されるため部品効率マップが常に最新であるため、互いに互換性があることによって実現できる。
ハイブリッド車の潜在的な設計スペースは非常に大きく、純粋な従来型車両から純粋な電動車両への電化の全スペクトルにわたる可能なドライブラインレイアウトの幅広い範囲があり、その間に多くの随意選択肢がある。ドライブラインおよび部品の設計および制御には、多くの自由度がある。図１のシステムなどの迅速な全システムシミュレーションは、コンセプト設計段階で多様な随意選択肢に対処できる。システムは、適切なレベルのモデリングの詳細を使用して既存のシミュレーションツールを補完し、候補設計ごとに１つまたは複数のドライブラインメトリックに基づいて、多数の候補設計を絞り込み、詳細設計に対して有望なドライブラインを選択できる。概念設計段階で、計算速度はモデル化の詳細よりも重要であるが、モデルの忠実度は、多数の候補ドライブラインからどのようにドライブラインを選択するかについて技術的判断を可能にするのに十分である。
伝統的な車両シミュレーションは、計算集約的であり、設計スペースにおけるすべての候補ドライブラインの完全な精査を妨げる場合が多い。
図１のシステムおよび本明細書に開示されている他のシステムは、多くの異なる候補ドライブラインを処理するために使用することができ、以下の、
・ドライブラインレイアウトと、
・部品モデルと、
・部品効率マップと、
・部品パラメータと
の１つまたは複数におけるバリエーションを有し、
各候補ドライブライン用の結果としてのドライブラインメトリックを使用して、１つまたは複数の性能目標の範囲を考慮して、候補の組からドライブラインを選択することができる。
さらに、同じドライブラインを複数の異なる制御パラメータで処理することができ、すべての随意選択肢を調べるために実行しなければならないシミュレーションの数も増加する。
したがって、迅速なシミュレーションは、ドライブラインおよび部品の設計および制御のすべての選択肢を考慮して、設計スペースの精査の幅を広げることができる点で有利である。
ドライブラインレイアウト１１０は、ドライブライン内の部品がどのように互いに係合／相互作用するかを定義できる。いくつかの例では、ドライブライン効率プロセッサ１０６によって受け取られたドライブラインレイアウト１１０は、ドライブライン効率プロセッサ１０６内に格納された情報と組み合わせて使用される情報を提供して、ドライブライン内の部品がどのように互いに係合／相互作用するかを決定できる。例えば、ドライブラインレイアウト１１０は、ドライブライン内の各部品の識別子を提供することができ、ドライブライン効率プロセッサ１０６を使用して、部品効率プロセッサ１０４ａ、ｂから受信した複数のマップから関連部品効率マップを取得することができる。複数の部品がドライブラインに接続される順序は、ドライブラインレイアウトにおいて定義することができる。
いくつかの例では、部品モデル１０２ａ、１０２ｂは、部品形式情報を含み、これは、関連部品および／または部品が作製される材料の物理的寸法を表すことができる。すなわち、部品モデル１０２ａ、１０２ｂは、単に部品の機能的定義以上のものを含むことができる。
図１に示すように、部品モデル１０２ａ、１０２ｂは、ドライブライン効率プロセッサ１０６によってアクセス可能であってもよい。したがって、ドライブライン効率プロセッサ１０６は、（ｉ）複数の部品のうちの１つまたは複数の部品についての部品形式情報と、（ｉｉ）ドライブラインレイアウトとに基づいて、ドライブラインパッケージングメトリック（ドライブラインメトリックの別の例）を生成できる。
有利なことに、図１のシステムは、（ドライブライン効率メトリックを決定することによって）ドライブラインの効率に関する情報を提供し、またドライブラインのサイズおよび質量などのドライブラインの形式に関する情報を提供する（例えば、ドライブラインサイズメトリックを決定することにより）ことができる。したがって、容認できないほど大きなサイズまたは質量を有するドライブラインは、設計プロセスの早い段階で容易に識別され、さらなる不要な計算を避けることができるので、駆動ラインの設計を大幅に改善することができる。ドライブラインの効率の計算は非常に複雑であり、大量の処理オーバヘッドを必要とする場合があることは理解されよう。したがって、形式が不十分であるドライブライン（例えば、大きすぎるかまたは重すぎるか、または車両内で利用可能なパッケージスペースに適合しない誤った形式であるため）を識別する機能は、必要な処理パワーを大幅に低減し、また、ドライブラインを設計するのに必要な時間も短縮できる。この利点は、他のドライブラインメトリックにも適用することができる。
いくつかの例では、部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂは、部品詳細レベル１１４に基づいて部品効率マップを生成することができる。このような部品詳細レベル１１４の使用は、（ｉ）処理速度と（ｉｉ）部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂによって生成される部品効率マップの精度との間の適切なバランスを設定するために使用することができる。部品効率プロセッサ１０４ａ、１０４ｂは、部品詳細レベル１１４に基づいて部品効率マップを生成するときに、部品効率モデルについて異なる物理的または数学的仮定を行い、または部品詳細レベル１１４に基づいて部品効率マップを生成するために使用される点の数、例えば、効率が計算される部品効率マップにおける点の数（トルク点の数によって乗算される速度点の数）を変更できる。
ドライブライン効率プロセッサ１０６は、ドライブライン効率プロセッサ詳細レベル１１６も受け取ることができる。部品効率プロセッサに対する部品詳細レベル１１４と同様に、ドライブライン効率プロセッサ詳細レベル１１６は、（ｉ）処理速度と（ｉｉ）ドライブライン効率プロセッサ１０６によって生成されるドライブライン効率メトリックの精度との間の適切なバランスを設定するために使用できる。ドライブライン効率プロセッサ詳細レベル１１６は、後述するように、考慮すべき車両動作点（例えば、速度および加速度）の数、および／または制御ストラテジにおいて考慮すべきパワースプリット動作モードの数を定義することができる。
図１の例では、ドライブライン効率プロセッサ１０６はまた、運転プロファイル１１２を受け取る。当技術分野では、ＮＥＤＣ、ＷＬＴＰおよびＡｒｔｅｍｉｓを含む様々な運転プロファイルが知られている。通常、これらの運転プロファイルは速度−時間プロファイルを定義する。
いくつかの例では、有利には、ドライブライン効率プロセッサ１０６は、速度−時間運転プロファイル１１２を速度−加速度プロファイルに変換できる。このような処理は、運転プロファイル１１２の表現を、時間領域から統計領域に変化させることが理解されよう。統計領域における表現は、非時間変化形式における運転サイクルの表現の一例である。
実際の運転条件を設計プロセスの早い段階で検討することが重要である。車両が１つの運転プロファイルに対して設計され、最適化される場合、車両は異なる運転条件ではさほどうまく動作しない。時間領域モデリングは遅くなる可能性があり、各時間ステップは順番に分析されるため、シミュレーション時間は運転プロファイルの持続時間に比例する。時間領域シミュレーションに運転プロファイルを追加すると、必要な計算時間が比例して増加する。運転プロファイルの限られた考慮は、運転スタイルの変化に強健でない解決策につながる可能性がある。
運転プロファイルが統計領域に変換される例では、ドライブライン効率プロセッサは、各タイムステップごとに別々の計算ではなく、速度−加速度動作スペース上で１回の計算を実行できる。したがって、より多くの運転プロファイルを処理するための時間的なペナルティはなく、より広い範囲の運転プロファイルを含めることによって、実際の運転をよりよく表現することができる。
場合によっては、運転プロファイルは、坂を上り下りする車両の影響を含むようにシミュレーションに組み込むことができる可変／時間変化勾配であってもよい勾配を含むことができる。これは、牽引力方程式に項を加えて、重力の成分を勾配の方向に表すことによって達成することができる。
道路車両では、牽引力は、運転プロファイルを満たし、抗力（空気抵抗、車輪摩擦、および道路勾配を含むことができる）に打ち勝ち、車両を加速するために車輪に要求される力である。
Ｆｔｒａｃｔｉｖｅ＝Ｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ＋Ｆｄｒａｇ＋Ｆｇｒａｄｉｅｎｔ
牽引力方程式の１つの方程式は、
Ｆｔｒａｃｔｉｖｅ＝ｍ ａ（ｔ）＋ｋ１ ｖ（ｔ）２＋ｋ２ ｍ ｇ ｃｏｓ θ（ｔ）＋ｍ ｇ ｓｉｎ θ（ｔ）
であり、ここでｍは車両質量、ａ（ｔ）は加速度、ｋ１およびｋ２は定数、ｖ（ｔ）は速度、ｇは重力定数、θ（ｔ）は道路勾配（水平からの角度）であり、（ｔ）は変数が時間の関数であることを示す。
θの値が小さい場合、近似ｃｏｓθ≒１が成立する。方程式の第１項は、運転プロファイルの加速要求を満たすために必要な力であり、第２項は空気抵抗を表し、第３項は転がり抵抗を表し、第４項は上りまたは下り坂の運転を表す。θの正の値は上り坂の運転を表し、θの負の値は下り坂の運転を表し、θ＝０は水平道路の運転を表す。
シミュレーションが統計領域にある場合、加速度値ａ’をａ’＝ａ（ｔ）＋ｇ ｓｉｎθ（ｔ）とすることにより、時間変化重力成分（ｍ ｇ ｓｉｎθ（ｔ））を運転プロファイル動作点の加速度値に含めることができる。
運転プロファイルの定義は、時間変化質量（すなわち、時間の関数としての質量および時間の関数としての速度を定義する運転プロファイル）を含むことができる。統計領域では、時間変化質量は、ドライブサイクルに道路勾配を含む同様の方法によって達成することができる。牽引力方程式は、時間変化質量が非時間変化加速度行列の定義に含まれるようにリファクタリングすることができるので、この方法は運転プロファイルの定義に対するわずかな変更だけで実施することができる。
運転プロファイルの加速要求を満たすために必要な加速力Ｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎは次のとおりである。
Ｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ＝ｍ（ｔ） ａ（ｔ）
この方程式は、時間依存性を分離するためにリファクタリングすることができる。
Ｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ＝ｍ０ ａ ｍ（ｔ）／ｍ０
ここでｍ０は一定の質量であり、ｍ（ｔ）／ｍ０は運転プロファイルによる一定質量からの偏差を表す係数である。
動作点の加速度値ａ’は、ａ’＝ａ（ｔ）ｍ（ｔ）／ｍ０で与えられる。シミュレーションが時間変化質量を有する車両を表し、運転プロファイルが道路勾配を有する場合、動作点の加速度値ａ’は、ａ’＝ａ（ｔ）ｍ（ｔ）／ｍ０＋ｇｓｉｎθ（ｔ）となる。この方法は、牽引力方程式から時間依存性を除去し、それを運転プロファイルの定義に入れる。したがって、道路勾配および／または車両質量の時間分散は、運転プロファイル定義において考慮され、牽引力方程式を統計領域の運転プロファイル動作点に適用することを可能にする。
時間変化質量を含む車両シミュレーションの適用には、以下のものが含まれるが、これらに限定されない。
１）使用に応じて変化する乗客運搬車、例えば、経路に沿った乗客数。本方法は、バス／列車の用途、特に乗客重量が車両重量の大きな割合である場合に有用であり得る。特にハイブリッド車では、小さな質量変化であっても燃料消費に大きな影響を与える可能性がある。
２）高速道路上のＨＤＶ、特にペイロードが時間と共に変化する配送車両。この方法は、保有車両運営者にとって有益である可能性があり、時間変化質量を含む運転プロファイルは、保有車両運営者にとってより具体的であり、その保有車両の特定の使用パターンに対してドライブラインを最適化することは有利である。
３）燃料の量が重要な車両。
時間変化質量および／または時間変化勾配が統計領域において表現でき、そのような表現は、時間変化質量および／または時間変化勾配の非時間変化表現として考えられ得ることが理解されるであろう。
図２ａは、いくつかの部品を含むハイブリッド車両のドライブライン２００の例を示す。この例では、ドライブライン２００は、２つのエネルギー源、すなわち、内燃機関２０２およびバッテリ２０４を含む。自動車２０６の最終駆動は、エネルギーシンクとして示される。
ドライブラインの主要部品のいくつかに関連した部品効率マップが示される。例えば、エンジン効率マップ２１４は、エンジン２０２に関連して示される。部品効率マップは、部品効率値を、部品の複数の部品動作条件と関連付ける。特定の部品動作条件は、部品によって異なる場合がある。例えば、エンジン２０２の場合、部品動作条件は速度およびトルクであり、電池の場合、部品動作条件はパワーおよび充電状態であり得る。
特定の車両の動作要件（速度や加速度など）に対してドライブラインがどのように動作するかを決定するために、制御ストラテジを定義する必要がある。制御パラメータは制御ストラテジと関連している。制御ストラテジの主な側面は、関連する制御パラメータと共に下の表にリストにされている。１つまたは複数の制御パラメータの値は、まとめて制御状態マップと呼ぶことができる。これらについては、本文書の後半で詳しく説明する。
Figure 0006893518
パワー閾値線およびギヤ閾値線は、切り換え閾値の例である。
図２ａの例では、ドライブライン効率プロセッサは、エンジン２０２からどれだけ、およびバッテリ２０４からどれだけのパワー需要を得るべきかを決定することができる。制御状態マップはまた、車両の特定の出力要求に対して複数のギヤ比（ギヤボックス内の複数のパワーフローに対応する）のどれを使用すべきかを定義できる。
車両がハイブリッド動作モード２３４にある場合、車輪におけるパワー需要は、複数のパワー源によって提供される。ハイブリッド電気自動車では、パワー源は、エンジンおよび１つまたは複数の電気モータであり得る。パワースプリット動作モード、すなわちパワー需要が異なるパワー源間でどのように分割されるかを決定するために、異なる方法を使用することができる。
例えば、エンジンと電気モータの２つのパワー源を備えたドライブラインを考察する。以下の表は、関連する制御パラメータと共に、エンジン出力パワーを決定するために使用され得るいくつかの異なる制御ストラテジを列挙する。次いで、総パワー需要からエンジンパワーを差し引くことによって、電気モータの必要パワー出力を計算することができる。エンジンのパワー出力がパワー需要を超える場合、電気機械のパワー出力は負になり得る（したがって電気を発生させる）ことに留意されたい。
Figure 0006893518
図２ｂは、例示的な推進モードマップ２３０を示し、制御パラメータの例であるパワー閾値線２３６用の値を示すという点で、これは制御状態マップ、または制御状態マップの一部の一例である。図２ｂの推進モードマップ２３０は、電気動作モード２３２またはハイブリッド動作モード２３４で動作することができる車両に関するものである。推進モードマップ２３０は、必要に応じて、エンジンのみ動作モード（図示せず）も含むように拡張することができることが理解されよう。推進モードマップ２３０は、縦軸に車両加速度を、横軸に車速を示す。パワー閾値線２３６は、電気動作モード２３２とハイブリッド動作モード２３４との間の境界を画定する。パワー閾値線２３６は、車両がハイブリッド動作モードと電気動作モードとの間で推進モードを変更する複数の速度加速値を定義する。電気動作モード２３２およびハイブリッド動作モード２３４は、制御動作状態の例であり、パワー閾値線２３６は、切り換え閾値の一例である。
図２ｃは、ギヤシフトマップ２４０の例を示し、これは制御パラメータの例であるギヤ閾値線２４２、２４４用の値を示すという点で、制御状態マップまたは制御状態マップの一部の別の例である。ギヤシフトマップ２４０は、６つのギヤ比を有するギヤボックス用である。ギヤシフトマップ２４０は、縦軸にトルク、横軸に回転速度を示す。ギヤシフトマップ２４０は、次の（より高い）ギヤへの移行点を定義する５つのアップギヤ閾値線２４２（実線で示す）を含む。ギヤシフトマップ２４０はまた、前の（より低い）ギヤへの移行点を定義する５つのダウンギヤ閾値線２４４（破線で示す）を含む。ギヤボックスが任意の特定の（ｎ番目の）ギヤで動作している場合、車両は第ｎギヤ動作モードで動作すると言える。シミュレーションが統計領域にある例では、図２ｄに示すように、ギヤシフトマップ２５０は単純化されている。別個のアップギヤ閾値線とダウンギヤ閾値線の必要はなく、２つの連続したギヤ動作モード間の遷移を定義するために、１つのギヤ閾値線２５２のみが必要とされる。ギヤ動作モードは制御動作状態の例であり、ギヤ閾値線は切り換え閾値の例である。
図２ａに戻って、プリウス（ＲＴＭ）タイプのパワースプリットドライブトレーンが描かれており、第１のモータ／発電機２１０は主に発電機として動作し、エンジン始動にも使用される。第２のモータ／発電機２１２は、電気のみ運転を可能にし、エンジン２０２が作動しているとき電気的ブーストを提供することができ、回生制動にも使用することができる。
図２ａのドライブライン２００は、３つのパワーフロー経路、すなわち機械的経路２０８、連続経路２１８、および電気的経路２２０を有する。パワーフロー経路の各々は、制御状態動作に対応する。機械的２０８パワー経路は、従来の車両と同様に、エンジン２０２から車輪２０６への直接的パワーフローである。機械的２０８動作モードでは、パワーフロー経路が第１のモータ／発電機２１０をバイパスするように、遊星ギヤボックス２１６が使用される。連続２１８パワー経路は、エンジン２０２の速度を車輪２０６の速度から効果的に切り離す。これは、車輪速度が低い場合でさえも、エンジンが高速で、したがって高効率で動作することができるので、高い効率を提供することができる。連続２１８動作モードでは、パワーフロー経路が第１のモータ／発電機２１０を含むように、遊星ギヤボックス２１６が使用される。電気的２２０パワー経路は、車両が第２のモータ／発電機２１２を介してバッテリ２０４によってパワー供給される電気のみの運転モードである。逆方向では、減速からの運動エネルギーは、第２のモータ／発電機２１２によって電気に変換され、バッテリ２０４に蓄えることができる。したがって、バッテリ２０４は、エネルギーシンクと考えることもできる。
図３は、特定の運転プロファイル３０２に対するドライブラインの前方向きのシミュレーションを示す。ここに示す例は自動車であるが、この方法は他のドライブラインにも適用できる。このモデルは、運転プロファイル３０２によって定義される速度プロファイルに従うために、ドライブライン３０６に対するトルク要求を提供するドライバモデル３０４を組み込む。ドライバモデルは、ＰＩＤコントローラであり得る。次いで、トルク要求は、エンジン３０７から車輪３０８へドライブライン部品３０６のチェーンに沿って進み、そこで車速が更新され、次のシミュレーション時間ステップで使用されて、ドライブライン３０６に対するトルク要求３１０が決定される。
図４は、特定のドライブサイクル４０２に対するドライブラインの後方向きシミュレーションを示す。シミュレーションは、車輪の空気抵抗および道路に対する摩擦によって引き起こされる抗力を考慮に入れて、ドライブサイクル４０２に対して車輪４０４で必要な牽引力を計算することによって開始する。上述のように、運転プロファイルが道路勾配または時間変化質量を含む場合、これらは牽引力方程式で説明される。次に、シミュレーションは、各部品を順番に「たどり」、ドライブトレーン全体の速度、トルク、および／またはパワー（特定の部品に応じて）を計算する。
いくつかの例では、ドライブライン内の各先行部品に対して、シミュレーションは各部品について、
（ｄ）部品に対する部品効率マップと、
（ｅ）後続部品要求速度と、
（ｆ）後続部品要求パワーと、
（ｇ）後続部品要求トルク、
または適切な他のパラメータ
のうちの１つまたは複数に基づいて、
（ａ）部品要求速度と、
（ｂ）部品要求パワーと、
（ｃ）部品要求トルクと
のうちの１つまたは複数を決定できる。
この例では、シミュレーションは、車輪４０４からギヤボックス４０６をたどり内燃機関４０８に進み、Ｔ（トルク）およびｎ（速度）値が、図４において、各部品への入力で特定される。次いで、運転プロファイルに対して消費される燃料の量は、エンジン出力トルクおよび速度値から計算できる。これは、エンジン４０８用の燃料流量マップを使用できる。
後方向シミュレーション方法は、図３の前方向シミュレーションよりも簡単で高速であり得る。後方向シミュレーションでは、例えばドライバ挙動をモデル化する場合など、制限があり、後方向シミュレーションでは、ドライバが正確にドライブサイクルに従うと仮定するが、前方向シミュレーションでは、ドライバモデルが「オーバーシュート」し、人間のドライバのように、誤差を補正することができる。これらの制限にもかかわらず、後方向きの方法は、概念設計を実行するために十分に正確であり得る。
図７は、ドライブラインメトリックを計算するために使用されるドライブライン効率プロセッサ７０２（図１の１０６も）の例を示す。ドライブライン効率プロセッサ７０２は、分析ブロック７０４および制御ストラテジ適用ブロック７０６を含む。
分析ブロック７０４は、図３に記載されたプロセスを実装することができる。分析ブロック７０４への入力は、（ｉ）部品効率マップ７０８、（ｉｉ）ドライブラインレイアウト７１０、および図１のドライブライン効率プロセッサ詳細レベル１１６に対応するドライブライン効率プロセッサ詳細レベル７１９を含む。部品効率マップ７０８は、図１に示すような部品効率プロセッサによって生成できる。
分析ブロック７０４は、出力として１組の動作行列７１２を生成する。１組の動作行列７１２は、複数の車両動作要求（速度値および加速度値など）に対して、各制御動作状態に対するドライブラインにおける部品の効率に関する情報を提供する。
制御ストラテジ適用ブロック７０６は、運転プロファイル７１８に対する適切な制御状態マップ７２０を生成するために、動作行列７１２、初期制御パラメータ値７１６、受信運転プロファイル７１８および初期部品効率値７１７を処理する。これは、複数の異なる制御状態マップについてのドライブラインの効率を反復計算することを含むことができる。
図８は、制御ストラテジ適用ブロック７０６の動作方法を概略的に示す。
ステップ８０２において、全体的なシステム効率が、各制御動作状態に対して計算される（例えば、これは、各ギヤ比および各推進モードに対するものであり得る）。
システム効率を計算する１つの方法を図９に示す。ドライブラインが複数のエネルギー源および／またはエネルギーシンク（例えば、内燃機関および電気モータを有するハイブリッド電気自動車）を含む場合、パワーはシステムを通して異なる経路をたどり、これらの経路は異なる効率を有するため、パワーアウトをパワーインで除算したものとして効率を計算することは適切ではない。２つのエネルギーシンクを有するシステム、例えばパワーが推進力のために使用され、またバッテリに貯蔵されるハイブリッド車両を考察する。等価推進パワーを計算することは可能であり、例えば、あるパワーを使用してバッテリを充電する場合、そのパワーが替わりに推進用に使用されていた場合、等価推進力がどのようなものであったかを計算することができる（図９ｅ参照）。２つのパワー出力（実際に推進に使用されるパワー、およびバッテリからの等価推進力）は、システム内の同じ点にある。したがって、それらを合計して合計パワー出力を決定することが可能である。エンジンからシステムに入るパワーで、このパワー出力を除算することによって、全体的な等価システム効率を得ることができる。
一部のパワーは、パワーフローの方向に応じて入力または出力のいずれかになり得る。図９は、４つのパワーフロー条件を示す。バッテリは充電中（図９ａおよび９ｃ）または放電中（図９ｂおよび図９ｄ）であり、車両は加速中（図９ａおよび９ｂ）または減速中（図９ｃおよび９ｄ）であり得る。全体的な等価システム効率の計算は、４つのパワーフロー条件のそれぞれに対して別個に実行することができる。
等価推進力を計算するには、ドライブトレーンのある場所から別の場所へパワーを「たどる」ために、運転プロファイルに対する部品効率値を知る必要がある（図９ｆ参照）。運転プロファイルに対する部品効率値は、制御状態マップに依存する。これが図８の反復ループが有益になり得る理由である。
図８に戻って、分析ブロック（図８には図示せず）から受信された動作行列８１６および初期部品効率値８１８を使用して、上述のように、各制御動作状態の全体的なシステム効率がステップ８０２で計算される。初期部品効率値８１８は、システム効率が最初に計算できるように初期値を提供するために、かつ後続の収束チェックのためのベースラインを提供するために、ループの開始点を提供するために使用される（以下に説明するように）。ステップ８０２において、全体的なシステム効率がすべての速度−加速度値について計算される。
ステップ８０４では、各速度−加速度動作点のギヤ比が選択される。いくつかの例では、この選択は、どの比率が最良の全体的なシステム効率を与えるかによって決定することができる。例えば、各々すべての速度−加速度動作点に対して、各ギヤ動作モードのシステム効率が比較され、最良のシステム効率を有するギヤ動作モードが、速度−加速度動作点に対して好ましいギヤ動作モードとして選択される。好ましいギヤ動作モードのすべてが選択されると、連続するギヤ比間のギヤ閾値線に対する値の値を決定することができる。このようにして、制御ストラテジ適用ブロックは、図２ｄに示すものと同様のギヤシフトマップを効果的に決定する。この例では、ギヤシフトマップは、各推進動作モードについて計算される。したがって、ｐ個の推進動作モードとｇ個のギヤ比がある場合には、ｐ個のギヤシフトマップとｐ＊ｇ制御動作状態が存在する。
ステップ８０６では、図２ｂに示すものと同様の推進モードマップが設定される。このようにして、推進動作モード間の適切な切り換え閾値（パワー閾値線）が定義される。この例では、ステップ８０６において、運転プロファイルに対する目標正味バッテリ充電増加を達成するために、サブループ８０８が適用される。正味バッテリ充電増加値は、運転プロファイルに対してバッテリの充電レベルが増加（または減少）した程度を表す。サブループ８０８は、パワー閾値線２３６の初期値で始まり、これは初期制御パラメータ値として、制御ストラテジ適用ブロック７０６によって受信される。パワー閾値線２３６は、車両がハイブリッド動作モードと電気動作モードとの間で推進モードを変更する閾値を定義する。このパワー閾値線に対して、運転プロファイルに対する正味バッテリ充電増加値が決定される。
その後、パワー閾値線の値は、サブループ８０８の次の反復の正味バッテリ充電増加を目標値に近づけるために変更される。数回反復した後、正味バッテリ充電増加値は収束する。このようにして、サブループ８０８は、複数の制御状態マップに対する運転プロファイルに対する正味バッテリ充電増加値を決定し、正味バッテリ充電増加値を互いにまたは所定の閾値と比較し、その比較に基づいて、さらなる処理のために複数の制御状態マップの１つを選択する。
いくつかの例では、バッテリ充電レベルが運転プロファイルに対して均衡することが有利であり得る。このような例では、ステップ８０８の処理は、正味バッテリ充電増加値がゼロに近い推進モードマップをもたらすことができる。
ステップ８１０では、ステップ８０４で特定されたギヤシフトマップと、ステップ８０６で選択された推進モードマップとを組み合わせて、単一の制御状態マップを提供する。
ステップ８１２において、部品効率値が更新される。新しい部品の効率は、運転プロファイル、ステップ８１０で決定された制御状態マップ、および図７の分析ブロック７０４によって計算された動作行列に基づいて計算される。
ステップ８１２の後、最初の後のループの各反復に対して、本方法は、最新の部品効率値のそれぞれが許容可能であるか否か、かつ所定の基準を満たすか否か、例えば許容範囲に収束したか否かなどを判定する。許容公差値を使用して、部品効率値が許容範囲に収束しているか否かを定義することができる。このような許容公差値はまた、ドライブライン効率プロセッサ詳細レベル１１６の一例である。つまり、許容公差値が高いとループの反復回数が少なくなるため、応答が速くなり、許容公差値が小さくなれば反復回数は増えるが、全体的により正確な結果が得られる。
ステップ８１２における決定の結果は、図８の矢印８１３の分裂によって概略的に示される。例えば、部品効率値は、値が定義されたパーセンテージ内に一致する場合に収束したとみなすことができる。各部品に対する効率値が収束している場合、出力は最終ドライブライン効率メトリックである。この例では、ドライブライン効率メトリックは、運転プロファイルに対するエネルギー消費を表す。その後、運転プロファイルに対する総燃料消費量を計算することができる。
ステップ８１２の処理に続いて、各部品の効率値が収束していない場合、本方法はステップ８０２に戻り、ここで全体的なシステム効率が各制御動作状態について計算されるが、今回は初期部品効率値８１８の代わりに、ステップ８１２で計算された部品効率値を使用する。
図８の方法は、以下の機能を提供するものとして一般化できる。
ａ）最新制御状態マップを決定することと（方法ステップ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０）、
ｂ）動作行列の組と最新制御状態マップとに基づいて、運転プロファイルに対するドライブラインに対する最新部品効率値を決定することと（ステップ８１２）、
ｃ）最新部品効率値が所定の基準を満たすか否かを決定し（矢印８１３における分裂）、
最新部品効率値が所定の基準を満たす場合、
最新部品効率値と最新制御状態マップとに基づいてドライブライン効率メトリックを決定し、
（ｉ）出力として、最新制御状態マップ、および／または（ｉｉ）ドライブライン効率メトリックを表すデータを提供し（ステップ８１４）、
部品効率値が所定の基準を満たさない場合、
最新部品効率値に基づいて修正された最新制御状態マップを決定し（方法ステップ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０）、ステップｂ）に戻る。
図５は、運転プロファイルに対するドライブラインのシミュレーションのための例示的なプロセスフローを示す。図２ｂ、図２ｃおよび図２ｄを参照して上述したように、制御状態マップは、使用時にドライブラインがどのように制御されるかを定義する。例えば、制御状態マップは、ギヤボックス内の複数のギヤ比のうちのどれを使用するかを定義することができる。ハイブリッド用途では、制御状態マップはまた、電気のみ、ハイブリッドモードまたはエンジンのみなどの推進動作モードを定義することができる。
ステップ５０２において、モデルが初期化される。そのような初期化には、ドライブトレーンで使用する部品、それらの接続方法、部品パラメータおよび部品効率マップの適切な値、ならびに制御パラメータの適切な値を定義することが含まれる。ステップ５０４では、ステップ５０２で初期化されたモデルに対して運転プロファイルのシミュレーションが実行される。最初の反復では、シミュレーションは、初期制御状態マップに対して実行することができ、これは特定の車両動作要件に対して（運転プロファイルによって定義される速度および加速度値など）、ドライブラインがどのように制御されるかを定義する。
ステップ５０６では、ステップ５０８で出力されたデータ信号を生成するために、シミュレーションの結果が計算される。データ信号は、ステップ５０４で使用された制御状態マップに従って制御される場合、ドライブラインの効率を示す。データ信号はまた、シミュレーションの以前の反復で使用された制御状態マップを示すことができる。
ステップ５１０において、ユーザは、性能改善／最適化の観点から制御状態マップを手動で調整する。これは、効率を向上させることを意図することができる。次に、調整された制御状態マップを用いて、ステップ５０４で新しいシミュレーションが実行される前に、本方法はステップ５０２に戻り、新しいモデルを初期化する。
図５の方法は、異なる制御状態マップを有するループ周りの各反復が集中的な処理を必要とするため、非効率的であり得る（処理リソースおよび時間の点で）。図５に示すプロセスは、各タイムステップで特定された制御状態についてのみ部品速度およびトルクを計算する（ステップ５０４）。制御状態マップがステップ５１０で変更された場合、正しい制御状態が各タイムステップで適用されるように、新しい運転プロファイルシミュレーションを実行する必要がある。
図６は、運転プロファイルのシミュレーションに基づいて、制御状態マップを生成する改良された方法の例示的なプロセスフローを示す。この方法は、すべての制御動作状態のすべての部品に対する動作行列を計算するので、制御状態マップが変更された場合、事前に計算された別の状態を選択することができ、シミュレーションを再実行する必要はない。
ステップ６０２において、モデルが初期化され、これはステップ５０２と同様であり得る。
ステップ６０４で、本方法は、すべての制御状態についてドライブトレーンを分析する。このステップは、図４で定義されたプロセスに従って分析ブロック７０４によって実行される。この例では、ステップ６０４は、複数の車両出力速度−加速度値に対して、各制御動作状態について、ドライブライン内の各部品の動作行列を計算することを含む。これには、車両の車輪に必要な速度および加速度値を適用し、牽引力を計算し、ドライブラインを介してシミュレーションをエネルギー源に戻す作業が含まれる。この例における制御動作状態は、（ｉ）複数の推進モードの１つと、（ｉｉ）複数のギヤ比のうちの１つとの組み合わせを含み得る。
ステップ６０４の出力は、ドライブラインの各制御状態に対する各部品の１組の動作行列であり得る。動作行列は、車速および加速度の関数としての部品値（例えば、速度、トルクおよび／またはパワー値）を含む。ステップ６０４はすべてのドライブトレーン制御状態に対する行列の計算を含むので、最適化ループ（６０６、６０８、６１２）は、最良の全体的なシステム効率を達成するために、既に計算された動作行列の最適な組み合わせを選択するだけである（図９で説明したように）。ステップ６０４（プロセスの最も計算集約的部分）が分析ブロック７０４によって実行され、したがって最適化ループ６１２の外側で実行されるので、図６のプロセスは、図５に示すシミュレーションプロセスよりも著しく高速である。
ステップ６０６において、本方法は、初期制御状態マップを適用する。初期推進モードマップは、初期閾値パワー値を選択することによって決定される。これは、複数の推進モードのうちのどれを、車速および加速度の関数として使用するかを定義する。いくつかの例では、どのギヤ比を使用すべきかの選択は（複数の利用可能なギヤ比のうちの１つに対応する）、どの比率が最良の全体的なシステム効率をもたらすかに基づいて決定される。ステップ６０８において、この方法は、ステップ６０６において適用された制御状態マップについての全体的な等価システム効率を計算することを含む。ループの最初の反復では、これは初期ドライブライン効率値を生成する。追加の制御状態マップを適用するその後の反復では、これは追加のドライブライン効率値を生成する。ステップ６０８はまた、結果を１つまたは複数の目標と比較することを含む。上述したように、このような目標は、収束部品効率値、および随意選択肢として、運転プロファイルに対する目標正味バッテリ充電増加を含むことができる。
ステップ６１２において、本方法は、異なる制御状態マップを再計算して適用するために、ステップ６０６に戻るための自動最適化ループを適用することを含む。図６の６０６−６０８−６１２ループは、図７の制御ストラテジ適用ブロックの実装であり、図８のループにも対応する。
この自動最適化ループは、ステップ６０８における目標が満たされるまで続き、このときステップ６１０において、出力データ信号が提供される。出力データ信号は、車両速度−加速度値の範囲に対してどの制御動作状態を適用すべきかを定義する制御状態マップと、ドライブサイクル用の制御状態マップを使用して車両動作に関連するシステム効率値とを表すことができる。
注目すべきことに、比較的処理集中的であり得るすべての部品およびすべての制御動作状態についての動作行列を計算するステップ６０４は、最適化ループ６１２の外側にある。これにより、制御状態マップを生成する方法が、必要とされる処理量および制御状態マップを最適化するのに要する時間の点で、非常に効率的になる。

Claims (20)

  1. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのシステムにおいて、
    前記システムは、
    部品効率プロセッサ（１０４ａ、１０４ｂ）であって、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信し、
    前記受信された対応する部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）に基づいて、前記１つまたは複数の部品の部品効率マップを生成するように構成されたものと、
    ドライブライン効率プロセッサ（１０６）であって、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成するように構成されたものと、を含み、
    前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、
    １つまたは複数の運転プロファイルを時間ドメインから非時間変化形式に変換し、
    前記１つまたは複数の運転プロファイルの前記非時間変化形式に基づいて、前記ドライブライン効率メトリック（１０８）を生成する
    ようにさらに構成される、
    システム。
  2. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのシステムにおいて、
    前記システムは、
    部品効率プロセッサ（１０４ａ、１０４ｂ）であって、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信し、
    前記受信された対応する部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）に基づいて、前記１つまたは複数の部品の部品効率マップを生成するように構成されたものと、
    ドライブライン効率プロセッサ（１０６）であって、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成するように構成されたものと、を含み、
    前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、
    前記１つまたは複数の運転プロファイルに対する前記ドライブラインに関連する車両の時間変化質量に基づいて、前記ドライブライン効率メトリックを生成する
    ようにさらに構成される、
    システム。
  3. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのシステムにおいて、
    前記システムは、
    部品効率プロセッサ（１０４ａ、１０４ｂ）であって、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信し、
    前記受信された対応する部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）に基づいて、前記１つまたは複数の部品の部品効率マップを生成するように構成されたものと、
    ドライブライン効率プロセッサ（１０６）であって、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成するように構成されたものと、を含み、
    前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、
    前記１つまたは複数の運転プロファイルに関連する可変勾配に基づいて、前記ドライブライン用の前記ドライブライン効率メトリックを生成するようにさらに構成される、
    システム。
  4. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのシステムにおいて、
    前記システムは、
    部品効率プロセッサ（１０４ａ、１０４ｂ）であって、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信し、
    前記受信された対応する部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）に基づいて、前記１つまたは複数の部品の部品効率マップを生成するように構成されたものと、
    ドライブライン効率プロセッサ（１０６）であって、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成するように構成されたものと、を含み、
    前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、前記ドライブライン効率メトリック（１０８）を生成するとき牽引力方程式を適用するように構成され、前記牽引力方程式は、前記１つまたは複数の運転プロファイルに関連する時間変化質量および／または可変勾配に必要な牽引力を決定するように構成される、
    システム。
  5. 前記ドライブライン効率プロセッサは、前記受信された対応する部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）に基づいて、１つまたは複数の追加のドライブラインメトリックを生成するように構成され、前記１つまたは複数の追加のドライブラインメトリックは、パッケージングサイズ、パワー定格、耐久性、運転性、騒音および振動特性の１つまたは複数の特性を表す
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記部品効率プロセッサ（１０４ａ、１０４ｂ）は、部品詳細レベル（１１４）に基づいて前記部品効率マップを生成するように構成され、および／または
    前記部品詳細レベルに基づいて前記部品効率マップを生成する際に、異なる物理的または数学的仮定を行うように構成され、および／または
    前記部品詳細レベルに基づいて前記部品効率マップを生成するために使用される点の数を変更するように構成される
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム
  7. 前記部品モデルは、関連部品の物理的寸法を表す部品形式情報を含み、前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、さらに、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数についての前記部品形式情報と、（ｉｉ）前記ドライブラインレイアウトとに基づいて、ドライブラインパッケージングメトリックを生成するように構成されている
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
  8. 前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、
    複数の異なるドライブラインを処理し、前記複数のドライブラインのそれぞれに対して１つまたは複数のドライブラインメトリックを生成し、
    １つまたは複数のパフォーマンス目標の範囲を考慮して、前記ドライブラインメトリックを使用してドライブラインを選択する
    ようにさらに構成される
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 前記複数のドライブラインは、
    ドライブラインレイアウトと、
    部品モデルと、
    部品効率マップと、
    部品パラメータと、
    のうちの１つまたは複数の入力において変化を有し、
    入力の各組み合わせは、異なるドライブラインを表す
    請求項８に記載のシステム。
  10. 前記ドライブライン効率プロセッサ（１０６）は、さらに、
    複数の異なる制御パラメータでドライブラインを処理し、前記複数の制御パラメータのそれぞれに対して１つまたは複数のドライブラインメトリックを生成し、
    １つまたは複数のパフォーマンス目標の範囲を考慮して、前記ドライブラインメトリックを使用して制御パラメータの組を選択する
    ようにさらに構成される
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
  11. 複数の部品を含むドライブライン用のドライブライン効率プロセッサにおいて、
    前記ドライブラインは、複数の制御動作状態に従って動作可能であって、前記制御動作状態は、
    （ｉ）複数の推進モードの１つと、
    （ｉｉ）複数のギヤ比のうちの１つと、
    （ｉｉｉ）複数のパワースプリット動作モードのうちの１つと
    のうちの１つまたは複数を含み、
    前記ドライブライン効率プロセッサは、
    分析ブロックであって、
    前記ドライブライン内の前記複数の部品のそれぞれに関連する複数の部品効率マップを受信し、
    前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウトを受信し、
    出力として、各部品に対する動作行列の組を提供し、前記組は各制御動作状態に対する行列を含むように構成されたものと、
    制御ストラテジ適用ブロックであって、
    前記動作行列の組を受信し、
    複数の車両動作要求を表す一又は複数の運転プロファイルを受信し、
    各部品に対する前記一又は複数の運転プロファイルおよび前記動作行列の組を処理して、１つまたは複数の制御状態マップを決定し、
    前記１つまたは複数の制御状態マップに対して、各部品に対する前記一又は複数の運転プロファイルおよび前記動作行列の組を処理して、ドライブライン効率メトリックを決定し、（ｉ）前記ドライブライン効率メトリックに関連する制御状態マップ、および／または（ｉｉ）前記ドライブライン効率メトリックを表すデータを出力として提供するように構成されたものと、を含む
    ドライブライン効率プロセッサ。
  12. 前記制御ストラテジ適用ブロックが、
    ａ）初期部品効率値を使用して最新制御状態マップを決定し、
    ｂ）前記動作行列の組と前記最新制御状態マップとに基づいて、前記運転プロファイルに対する前記ドライブラインに対する最新部品効率値を決定し、
    ｃ）前記最新部品効率値が所定の基準を満たすか否かを決定し、
    前記最新部品効率値が前記所定の基準を満たす場合、
    前記最新部品効率値と前記最新制御状態マップとに基づいて前記ドライブライン効率メトリックを決定し、
    出力として、（ｉ）前記最新制御状態マップ、および／または（ｉｉ）前記ドライブライン効率メトリックを表すデータを提供し、
    前記最新部品効率値が前記所定の基準を満たさない場合、
    前記最新部品効率値に基づいて修正された最新制御状態マップを決定し、ステップｂ）に戻るように構成される
    請求項１１に記載のドライブライン効率プロセッサ。
  13. 各制御状態マップは、異なる制御動作状態間で１つまたは複数の切り換え閾値を定義し、前記制御ストラテジ適用ブロックは、前記切り換え閾値を変更することによって、修正された最新制御状態マップを決定するように構成される
    請求項１２に記載のドライブライン効率プロセッサ。
  14. 前記制御ストラテジ適用ブロックが、
    複数の制御状態マップに対する前記運転プロファイルに対する正味バッテリ充電増加値を決定することと、
    前記正味バッテリ充電増加値を相互にまたは所定の閾値と比較することと、
    前記比較に基づいて、前記複数の制御状態マップの１つを前記最新制御状態マップとして選択することとによって、
    前記最新制御状態マップを決定するように構成される
    請求項１２または請求項１３に記載のドライブライン効率プロセッサ。
  15. 前記制御ストラテジ適用ブロックは、
    各制御動作状態に対する初期ドライブライン効率メトリックを決定するために、各部品に対する動作行列の組および初期部品効率値を処理し、
    初期制御状態マップを決定するために、各制御動作状態に対する前記初期ドライブライン効率メトリックを処理し、
    任意選択的に、異なる制御動作状態間のパワー閾値線を変更して、前記運転プロファイルに対する正味バッテリ充電増加の指定された目標値を達成し、
    前記制御状態マップを使用して、前記運転プロファイルに対する更新された部品効率値を計算し、
    前記運転プロファイルに対する前記部品効率値を、以前の反復で計算されたものと比較し（または最初の反復で、前記初期部品効率値と）、
    前記運転プロファイルに対する前記部品効率値が定義された限度内に収束していない場合、前記更新された部品効率値を使用して、最初から前記プロセスを繰り返し、
    前記運転プロファイルに対する前記部品効率値が定義された限度内に収束している場合、（ｉ）最終制御状態マップおよび／または（ｉｉ）前記最終ドライブライン効率メトリックを表す出力データとして提供する
    反復プロセスを使用して、前記ドライブライン効率メトリックおよび制御状態マップを計算するように構成される
    請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のドライブライン効率プロセッサ。
  16. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのコンピュータ実装方法であって、前記方法が、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信することと、
    前記受信された対応する部品モデルに基づいて、前記１つまたは複数の部品に対する部品効率マップを生成することと、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成することと、
    １つまたは複数の運転プロファイルを時間ドメインから非時間変化形式に変換することと、
    前記１つまたは複数の運転プロファイルの前記非時間変化形式に基づいて、前記ドライブライン効率メトリック（１０８）を生成することと
    を含む、方法。
  17. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのコンピュータ実装方法であって、前記方法が、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信することと、
    前記受信された対応する部品モデルに基づいて、前記１つまたは複数の部品に対する部品効率マップを生成することと、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成することと、
    前記１つまたは複数の運転プロファイルに対する前記ドライブラインに関連する車両の時間変化質量に基づいて、前記ドライブライン効率メトリックを生成するすることと
    を含む、方法。
  18. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのコンピュータ実装方法であって、前記方法が、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信することと、
    前記受信された対応する部品モデルに基づいて、前記１つまたは複数の部品に対する部品効率マップを生成することと、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成することと、
    前記１つまたは複数の運転プロファイルに関連する可変勾配に基づいて、前記ドライブライン用の前記ドライブライン効率メトリックを生成することと
    を含む、方法。
  19. 複数の部品を含むドライブラインをモデル化するためのコンピュータ実装方法であって、前記方法が、
    前記複数の部品のうちの１つまたは複数の部品の部品モデル（１０２ａ、１０２ｂ）を受信することと、
    前記受信された対応する部品モデルに基づいて、前記１つまたは複数の部品に対する部品効率マップを生成することと、
    （ｉ）前記複数の部品のうちの前記１つまたは複数の部品に対する前記部品効率マップと、（ｉｉ）前記複数の部品のレイアウト／相互係合を表すドライブラインレイアウト（１１０）と、（ｉｉｉ）１つまたは複数の運転プロファイルとに基づいて、前記ドライブライン用のドライブライン効率メトリック（１０８）を生成することと、
    前記ドライブライン効率メトリック（１０８）を生成するとき牽引力方程式を適用することと
    を含み、
    前記牽引力方程式は、前記１つまたは複数の運転プロファイルに関連する時間変化質量および／または可変勾配に必要な牽引力を決定するように構成される、
    方法。
  20. 請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載の方法を実行するか、または請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のシステムを構成する
    コンピュータプログラム。
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