JP7417584B2 - 自動車のハイブリッドパワートレインを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明が関連する技術分野
本発明は、一般にハイブリッドパワートレインを備えた自動車に関連し、特に複数の電気機械および内燃機関を含むパワートレインを備えた自動車に関する。

これは更に特に自動車のハイブリッドパワートレインを制御するための方法に関し、当該パワートレインは、熱ドライブチェーンおよび電気ドライブチェーンを備え、当該電気ドライブチェーンは、牽引バッテリと、電圧変調装置と、インバータと、第１の電気機械と、第２の電気機械と、を備え、当該電圧変調装置は、牽引バッテリによって出力され、かつ自動車の第１の電気機械および第２の電気機械に供給されている電流の供給電圧を調節するために適合される。

技術的な背景
ハイブリッド自動車は、従来型の熱ドライブチェーン（内燃機関、燃料タンクおよび変速機）と、電気ドライブチェーン（牽引バッテリ、電圧ブースタ、インバータおよび１つまたは複数の電気機械）を含む。

並行ハイブリッド化に関して言えば、こうした自動車は、単一の電気ドライブチェーンもしくは単一の熱ドライブチェーン、またはその他の電気ドライブチェーンおよび熱ドライブチェーンといった２つのドライブチェーンによって同時に牽引されることが可能である。

汚染物質の放出を最大限減少させ、かつ車両に対する最大限可能な範囲を保証するために、２つのパワートレインの電流消費および燃料消費を最小化させようとする試みが常に行われている。

この目的を達成するため、インバータ用の最適な供給電圧を見いだすこと、すなわち電気ドライブチェーンにおける電気損失を最小化することは１つの解決策である。

この目的のため、ある１つの方法は、各トルクおよび電気機械の速度、電圧値に関連したマップによってこの最適な供給電圧を決定するという点から成る米国特許第８３２４８５６号明細書から公知である。

ただし、最適な供給電圧を決定するマップを読むことは、自動車の実際の走行状態において実行するには長くかつ複雑なステップである。このステップは、複数の電気機械が存在している場合に特に複雑である。これは開発されることになるマップが３つ以上の次元を含むためである。

米国特許第８３２４８５６号明細書

発明の目的
先行技術の前述の欠点を克服するために、本発明は最適な供給電圧を分析的に計算することを提案する。

より詳細には、本発明によれば、導入部分にて定義されるような自動車のハイブリッドパワートレインを制御するための方法であって、
－下記式にて表される方程式の解に対応する数式によって最適な供給電圧を分析的に計算するステップであって、
式中、Ｕ_ｅは供給電圧であり、Ｐ_ｂａｔは牽引バッテリによって供給された電力であり、当該牽引バッテリにより供給された電力は当該供給電圧の２次関数の形式で表される、ステップと、
－当該最適な供給電圧を供給するように電圧変調装置を制御するステップと、を有する方法が提供される。

したがって、本発明により、最適な供給電圧の正確な値を統合するように分析モデルが使用される。

こうした分析モデルの使用は、主にすなわち、この分析モデルによりもたらされる結果の信頼性およびハイブリッド自動車の異なる分野におけるその導入の容易さといった２つの理由からここでは関心が持たれている。

提案された解決策の他の利点は以下の通りである。この方法に必要な計算力は非常に小さい。このことにより、（電力パワートレインのあらゆる低下および車両の搭乗者が不意に不快さを持つことを避けるため）電圧変調装置の制御における持続性が保証される。こうすることで、任意の運転状態における自動車性能が十分に享受可能とする。

個別に行われる、または技術的に考えられるあらゆる組合せにおける、本発明に従った自動車のハイブリッドパワートレインを制御するための方法の他の非限定的かつ有利な特徴は、以下の通りである：
－当該最適な供給電圧が牽引バッテリの末端における電圧と規定の最大電圧閾値との間に含まれている場合、当該最適な供給電圧の数式は、式 －Ｋ_１／２Ｋ_２ によって与えられ、式中、Ｋ_１およびＫ_２が、第１の電気機械の第１の速度、第２の電気機械の第２の速度、第１の電気機械によって生じた第１の電気トルクおよび第２の電気機械によって生じた第２の電気トルクによって変化する規定の関数であり、
－数式 －Ｋ_１／２Ｋ_２ が牽引バッテリの末端における当該電圧よりも低い場合、当該最適な供給電圧の式が牽引バッテリの末端における電圧に等しく選択され、
－数式 －Ｋ_１／２Ｋ_２ が当該最大電圧閾値よりも大きい場合、当該最適な供給電圧の式が最大電圧閾値と等しく選択され、
－牽引バッテリによって供給された力が、式：Ｐ_ｂａｔ＝Ｋ_２Ｕ_ｅ ^２＋Ｋ_１Ｕ_ｅ＋Ｋ_０によって表され、この場合、Ｕ_ｅは供給電圧であり、Ｋ_０、Ｋ_１およびＫ_２は第１の電気機械の第１の速度、第２の電気機械の第２の速度、第１の電気機械によって生じた第１の電気トルクおよび第２の電気機械により生じた第２の電気トルクによって変化する規定の関数であり、
－最適な供給電圧を分析的に計算するステップの前に、第１の電気機械が生じさせるべき第１の最適な電気トルクと、第２の電気機械が生じさせるべき第２の最適な電気トルクと、を決定し、第１の最適な電気トルクおよび第２の最適な電気トルクは、自動車を推進させるのに必要なエネルギー値の関数および牽引バッテリに関連する等価係数の関数であるステップもまた提供され、
－当該第１の最適な電気トルク、当該第２の最適な電気トルクおよび当該最適な電圧は、自動車の内燃機関の燃料消費の関数および当該アセンブリの電流消費の関数である、ハミルトン関数が最小化される場合、少なくとも電圧変調装置を備えるアセンブリにおいての電気損失を最小化し、
－最適な供給電圧を分析的に計算する前に、牽引バッテリにより供給された電力を決定するステップもまた提供され、
－電圧変調装置における電気損失は当該供給電圧の線形関数の形式で表される。

例示的な実施形態
非限定的な実施例として与えられている添付の図面に関して続く説明は、本発明が何から成り、どのように実施され得るのかを明らかにするであろう。

ハイブリッド自動車のドライブチェーンの概略図である。 本発明に従う方法をフローチャート形式で示している。

従来、自動車はパワートレイン、車体構造および搭乗者のコンパートメント要素を特に支持するシャーシを含む。

図１に示されるように、ハイブリッド自動車１において、ハイブリッドパワートレインは熱ドライブチェーン２０および電気ドライブチェーン３０を含む。

サーマルパワートレイン２０は、特に燃料タンク２１、およびこのタンクにより燃料を供給され、自動車の駆動輪１０とその出力シャフトが連結されている内燃機関２２を含む。

次に電気ドライブチェーン３０は牽引バッテリ３１、電圧変調装置３３、インバータ３５および第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂといった２つの（または代替的には３つ以上の）電気機械を含む。ここで、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂは同一のものではないと見なされる。

電圧変調装置３３は、ここでは入力側では牽引バッテリ３１に、かつ出力側ではインバータ３５に接続された電圧ブースタである。

インバータ３５は、電圧変調装置３３から受け取った直流電流から交流電流を発生させるように設計されている。

第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂはここでは電気モータであり、それらの出力シャフトは自動車１の駆動輪１０に連結されている。

インバータ３５、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂはここでは、単一の装置３４へと組み合わされている。

電圧変調装置３３、インバータ３５、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂはここでは、「電流消費アセンブリ３２」として定義されている。

２つのドライブチェーン２０、３０は共に接合されており、これにより自動車１の駆動輪１０は伝達装置４０を介して回転されることが可能である。

自動車１は、ここでは計算機５０と呼ばれる電気制御ユニット（またはＥＣＵ）もまた備え、２つの前述のドライブチェーン（特に電圧変調装置３３により生じた電圧および第１の電気機械３６ａ、第２の電気機械３６ｂおよび内燃機関２２によって生じた力）を制御することが可能となる。

計算機５０は、プロセッサおよび以下に記載された方法の環境で使用されているデータを記録するメモリを備える。

このメモリはまた、取扱説明書を含むコンピュータプログラムから成るコンピュータのアプリケーションもまた保存しており、プロセッサによりこれを実行することで、以下に記載された方法の計算機５０による実行が可能となる。

本発明の実行のために、計算機５０はセンサに接続されている。

内燃機関２２の回転速度、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂの回転速度（すなわち速度）を計測するために適合されたセンサに特に接続されている。

計算機５０は、どの程度車両が加速または減速する必要があるのかを決定可能であるセンサにもまた接続されている。これは、（車両が運転手によって科される速度設定値を遵守しなければならない場合に）車両のアクセルペダル位置を計測するセンサ、または車両の速度を計測するセンサであり得る。

計算機５０はしたがって、車両の運転手によって必要とされたエネルギーに関連しているデータ値を決定することが可能であり、所望の動力を用いてこの車両を前方に移動する。計算機５０は、以下で「車輪Ｐ_ｒへの力」と呼ばれている駆動輪１０が受けるべき動力値をより正確に決定するとここでは見なされる。

本発明を完全に理解することが可能な他の概念がここで定義され得る。

牽引バッテリ３１によって電圧変調装置３３へと供給された電力の値は、ここでは「バッテリ力Ｐ_ｂａｔ」と呼ばれる。

電圧変調装置３３によってインバータ３５へと供給された電力の値は、ここでは「電力供給Ｐ_ｅｌｅｃ」と呼ばれる。数式：Ｐ_ｅｌｅｃ＝Ｐ_{ｅｌｅｃ１}＋Ｐ_{ｅｌｅｃ２}によって、第１の電気機械３６ａの第１の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ１}および第２の電気機械３６ｂの第２の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ２}へと電力の値は分解される。

電圧変調装置３３によって出力された電流の電圧値は、「供給電圧Ｕ_ｅ」と呼ばれる。

第１の電気機械３６ａによって駆動輪１０へと供給されている力の値は、ここでは「第１の電気機械力Ｐ_ｍ１」と呼ばれる。第２の電気機械３６ｂによって駆動輪１０へと供給されている力の値は、ここでは「第２の電気機械力Ｐ_ｍ２」と呼ばれる。２つの電気機械によって駆動輪１０へと供給されている全ての力の値は、「電気機械力Ｐ_ｍ」と呼ばれ、これは数式：Ｐ_ｍ＝Ｐ_ｍ１＋Ｐ_ｍ２によって表され得る。

内燃機関２２によって単独で駆動輪１０へと供給されている力の値は、ここでは「熱機械力Ｐ_ｔｈ」と呼ばれる。

内燃機関２２の燃料消費は、「燃料流量Ｑ」と呼ばれる。

牽引バッテリ３１内に保存された電気エネルギーの「エネルギーコスト」は、熱エネルギーのコストに関しては「牽引バッテリ３１の等価係数λ」と呼ばれる。この値は、自動車１を推進させる第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂまたは内燃機関２２よりも好ましいものに依存して選択されるであろう。この等価係数はｇ／Ｗｈで表される。

本発明の目的は、同時に電流消費アセンブリ３２内での最小電気損失を保証しながらも、第１の電気機械３６ａ、第２の電気機械３６ｂおよび内燃機関２２がそれぞれ、運転手によって必要とされる車輪Ｐ_ｒへの力に関する需要に合致するようにしなければならないといった寄与を決定することである。次いでこの目的は、より具体的には、電気損失のこうした減少を保証することを可能とする、電圧変調装置３３によりインバータ３５へと供給されている最適な供給電圧値Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを見いだすことである。

他の場合を示す場合、以下に記載されるであろう方法の目的は、車輪Ｐ_ｒに対して必要な力の値の関数、内燃機関２２の速度ω_ｔｈの値の関数、第１の電気機械３６ａの第１の速度ω_ｅ１の値および第２の電気機械３６ｂの第２の速度ω_ｅ２の値の関数、すなわちこれらの最小電気損失を保証する三つ組｛Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ｝として見いだされることである（指数「ｏｐｔ」は、最適値であることを意味する）。

本発明の正確な理解を確かなものとするため、自動車１の基板上の計算機５０が三つ組｛Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ｝の算出へと至らせる方法は、明細書の第１の部分により詳細に記載されている。

本発明に至る推論は、本明細書の第２の部分に詳細に記載され得る。

したがって第１の部分では、自動車１を出発させる場合に計算機５０によって実行される方法が記載され得る。

この方法は、以下に記載され、図２にて示された異なるステップを含む。これらのステップは再帰的、すなわちループ形式かつ通常時間のピッチにて実施される。

図２にて見られるように、この方法は第１のステップＥ２にて開始される。このステップ中、計算機５０は、例えば自動車のアクセルペダルの位置を考慮しつつ、車輪Ｐ_ｒに必要な力を取得する。

これはまた、例えば角度速度センサによって、第１の電気機械３６ａの第１の速度ω_ｅ１、第２の電気機械３６ｂの第２の速度ω_ｅ２および内燃機関２２の速度ω_ｔｈを取得する。

計算機５０はまた、そのメモリ内で牽引バッテリ３１の等価係数λの値を読み出す。この値は予め定められている（これは、一時的なピッチ～他のピッチでは不変であることを意味する）。

この方法はステップＥ４で継続する。このステップでは、車輪Ｐ_ｒに必要な力および等価係数λ（公知のように、車両の前進へのそれぞれのドライブチェーン２０、３０の寄与を計算するために的確である）を主に考慮しつつ、計算機５０は、運転手の必要に合致させるように第１の電気機械３６ａが生じさせるべき第１の最適な電気トルクＴ_ｅ１ ^ｏｐｔおよび第２の電気機械３６ｂが生じさせるべき第２の最適な電気トルクＴ_ｅ２ ^ｏｐｔを計算する。

この目的のため、計算機５０は最初に最適な電気機械力Ｐ_ｍ ^ｏｐｔを決定する。特に計算機５０は、以下に記載のアプローチによって、第１の電気機械３６ａの第１の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ１}および第２の電気機械３６ｂの第２の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ２}から分析的にこの力を決定する。

第１の最適な電気トルクＴ_ｅ１ ^ｏｐｔおよび第２の最適な電気トルクＴ_ｅ２ ^ｏｐｔの２つの値は、ステップＥ６における設定値の形式で、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂへと次いでそれぞれ伝送される。この指示の作成は瞬間的（１０ミリ秒ほどの反応時間を有する２つの電気機械）なものではなく、実際にはこの時点において、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂは、第１の電流の電気トルクＴ_ｅ１ ^ｃおよび第２の電流の電気トルクＴ_ｅ２ ^ｃをそれぞれ生じさせる。

ステップＥ８中、計算機５０は、第１の電流の電気トルクＴ_ｅ１ ^ｃおよび第２の電流の電気トルクＴ_ｅ２ ^ｃ、ならびに第１の電気機械３６ａの第１の速度ω_ｅ１および第２の電気機械３６ｂの第２の速度ω_ｅ２を考慮しつつ、次いで電流消費アセンブリ３２における電気損失を概算する。

次いで、この電気損失値は、電圧変調装置３３が電流消費アセンブリ３２におけるこうした損失を最小化するように提供すべき最適な供給電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを分析的に計算するために、ステップＥ１０において計算機５０により使用される。

この目的のために、計算機５０は式 －Ｋ_１／２Ｋ_２ の中間電圧を計算する。式中、Ｋ_１およびＫ_２は規定の関数である。こうした規定の関数は第１の電気機械３６ａの第１の速度ω_ｅ１、第２の電気機械３６ｂの第２の速度ω_ｅ２、第１の電気機械３６ａによって生じた第１の電気トルクＴ_ｅ１および第２の電気機械３６ｂにより生じた第２の電気トルクＴ_ｅ２によって変化する。これらは特に、第１の電気機械３６ａの第１の電流の電気トルクＴ_ｅ１ ^ｃおよび第２の電気機械３６ｂの第２の電流の電気トルクＴ_ｅ２ ^ｃによって変化する。実際には、これらの関数Ｋ_１およびＫ_２は、試験結果に基づき上流で決定される。次いで関数Ｋ_１およびＫ_２は計算機５０のメモリ内に保存される。

この中間電圧 －Ｋ_１／２Ｋ_２ が牽引バッテリ３１の末端における電圧Ｕ_ｂａｔと最大電圧閾値 Ｕ_ｅ ^ｍａｘ との間に含まれている場合、最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ はこの中間電圧 －Ｋ_１／２Ｋ_２ と等しいと考えられる。

この電圧閾値 Ｕ_ｅ ^ｍａｘ はテストベンチにて予め定められ、例えば計算機５０のメモリ内に記録される。実際にはここでは、これは電流消費アセンブリ３２（および特にインバータ３５）がサポート可能である最大電圧値である。

一方で、中間電圧 －Ｋ_１／２Ｋ_２ が牽引バッテリ３１の末端における電圧Ｕ_ｂａｔよりも低い場合、最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔは牽引バッテリ３１の末端における電圧Ｕ_ｂａｔと等しいと考えられる。

最終的には、中間電圧 －Ｋ_１／２Ｋ_２ が最大電圧閾値 Ｕ_ｅ ^ｍａｘ よりも大きい場合、最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ はこの最大電圧閾値 Ｕ_ｅ ^ｍａｘ と等しいと考えられる。

要約すると、最適な供給電圧は、
によって与えられる。

最適な供給電圧値 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ における設定値は、ステップＥ１２にて電圧変調装置３３へと伝送される。ただし、この設定値は瞬間的に生じるものではなく、電圧変調装置３３は約１０ミリ秒の反応時間を有する。実際には、この時点において、電圧変調装置３３は次いで電流供給電圧と呼ばれる供給電圧Ｕ_ｅ ^ｃを供給する。

この電流供給電圧値 Ｕ_ｅ ^ｃ は次いで、車輪Ｐ_ｒに必要な力、等価係数λおよび電流供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｃ （ステップＥ４に戻る）を主に考慮しつつ、運転手の必要に合致させるような方法で第１の電気機械３６ａが生じさせるべき新規の第１の最適な電気トルク Ｔ_ｅ１ ^ｏｐｔ および第２の電気機械３６ｂが生じさせるべき新規の第２の最適な電気トルク Ｔ_ｅ2 ^ｏｐｔ を概算するために、計算機５０によって再利用される。

該ステップは第１の電気トルクおよび第２の電気トルクの供給電圧の電流値を最適値に収束させるために繰り返され、そうすることによって電気損失を最小化することが可能となる。

実際には、各ループにて、パラメータ値は電流値によって再測定され、その後これは種々の最適値を再調節する。この制御は、これらの値が電気損失を最小化に向けて収束させるために実行される。

最終的には、本発明に従う制御方法は、最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ を供給するように電圧変調装置３３を制御するステップで終了する。

上記の方法につながる推論は、ここでは本明細書の第２の部分に記載され得る。

使用された方法は、ポントリャーギンの最小原理に基づいている。この原理は特別な数学演算子であり、すなわちハミルトン関数に該当する。

このハミルトン関数はここでは一方では燃料流量Ｑの関数として定義されるが、他方では、消費された電力Ｐ_ｂａｔ（牽引バッテリ３１によって供給されている）と等価係数λの積の関数として定義される。これは以下の式：Ｈ_ｈyｂ＝Ｑ＋λ．Ｐ_ｂａｔで表される。

ポントリャーギンの最小原理によれば、このハミルトン関数は求められている最適値を見いだすために最小化されなければならない。

上記の該方法に対応する最適化プロセスは、２つの主要部分に分解され得る。

第１の部分は供給電圧Ｕ_ｅを最適化することから成る。上記のハミルトン関数を用いると、最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ はしたがって、方程式：
の解である。

この方程式はまた、ハミルトン関数：
の定義によって書かれている。最終的には、最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ は式
にて表されている方程式の解に対応する数式によって得られる。

定義によれば、牽引バッテリ３１によって供給された電力Ｐ_ｂａｔは、電力供給Ｐ_ｅｌｅｃと電気損失Ｐ_ｓ：Ｐ_ｂａｔ＝Ｐ_ｅｌｅｃ＋Ｐ_ｓに関連づけられている力へと分解される。

一般的に、方程式
を分析的に解くことは複雑である。ここで使用されている方法は、牽引バッテリ３１によって供給された電力Ｐ_ｂａｔ用の概算値を用いることから成る。

この概算値によって、モデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ は、電力供給Ｐ_ｅｌｅｃおよび電気損失 Ｐ_ｓ ^ａｐｐ ：
に関連づけられているモデル化された力の関数として記載されている。

試験結果を用いることにより、出願人は正確な概算値において、電圧ブースタの電気損失に関連づけられたモデル化された力 Ｐ_ｓ ^ａｐｐ は、供給電圧Ｕ_ｅの線形関数の形式で表される。

このモデルに従い、次いでこの力は
と書かれる。式中、Ｕ_ｅは供給電圧であり、β_０およびβ_１は、第１の電気機械３６ａの第１の速度ω_ｅ１、第２の電気機械３６ｂの第２の速度ω_ｅ２、第１の電気機械３６ａの第１の電気トルクＴ_ｅ１および第２の電気機械３６ｂの第２の電気トルクＴ_ｅ２によって変化する規定の関数である。

この概算値のフレームワーク内では、方程式
を解くことは、次いで結果的に方程式
を解くことになる。

試験結果を用いることにより、出願人は、正確な概算値として、牽引バッテリ３１によって供給されたモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ は、供給電圧Ｕ_ｅの２次関数として表されていることもまた見いだされている。

実際には、以下の式：
によって与えられる。式中、Ｕ_ｅは供給電圧であり、Ｋ_０、Ｋ_１およびＫ_２は、第１の電気機械３６ａの第１の速度ω_ｅ１、第２の電気機械３６ｂの第２の速度ω_ｅ２、第１の電気機械３６ａによって生じた第１の電気トルクＴ_ｅ１、第２の電気機械３６ｂにより生じた第２の電気トルクＴ_ｅ２によって変化する規定の関数である。実際には、関数Ｋ_０、Ｋ_１およびＫ_２は、試験結果を最適に二次調整することにより生じる。

最終的には、牽引バッテリ３１によって供給されたモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ を表す２次式を用いると、方程式
の解は、事前に投入された中間電圧 Ｕ_ｅ ^＊ およびＫ_１および牽引バッテリ３１によって供給されたモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ の規定の関数Ｋ_２を有した状態で式：
で書かれている。

この解は、牽引バッテリ３１によって供給されたモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ に関しては最小値に対応する場合には最適である。これは、牽引バッテリ３１によって供給されたモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ は、供給電圧Ｕ_ｅに関連する凸関数であることを意味する。次いで、これは規定の関数Ｋ_２がプラスであると示している。

最適な供給電圧 Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ の決定は、妥当性制約もまた充足させなければならない。制約は、牽引バッテリ３１の末端における電圧Ｕ_ｂａｔおよび最大電圧閾値 Ｕ_ｅ ^ｍａｘ を有する式：
にて書かれる。最終的には、上記のように、供給電圧の最適化は以下の異なる場合にて生じる：
最適化プロセスの第２の部分は、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂ間の電気トルクの配分を最適化することから成る。

電気トルクＴ_ｅ１およびＴ_ｅ２が、方程式Ｐ_ｍ１＝Ｔ_ｅ１×ω_ｅ１およびＰ_ｍ２＝Ｔ_ｅ２×ω_ｅ２による電気機械力と関連することが公知である場合、電気トルクの最適化は、電気機械力Ｐ_ｍ１およびＰ_ｍ２の最適化と等価である。

この最適化は、まず第１に、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂ間の「局所的な」最適化から成る。まず第１に、第１の電気機械３６ａおよび第２の電気機械３６ｂ間の電力を最適に配分することが決定されなければならない。

この目的のために、第１の電気機械力Ｐ_ｍ１と第２の電気機械力Ｐ_ｍ２の２次関数によって、第１の電気機械３６ａの第１の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ１}および第２の電気機械３６ｂの第２の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ２}をそれぞれモデル化することが知られている。換言すれば、第１の電気機械３６ａの第１の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ１}および第２の電気機械３６ｂの第２の電力供給Ｐ_{ｅｌｅｃ２}は、以下の式：
および
によって表され、この式では、Ｐ_ｍ１は第１の電気機械力、Ｐ_ｍ２は第２の電気機械力、ａ_１、ｂ_１、ｃ_１、ａ_２、ｂ_２およびｃ_２は規定のパラメータである。

電力供給Ｐ_ｅｌｅｃの定義におけるこれら２つの方程式を導入し、かつ電気機械力Ｐ_ｍ＝Ｐ_ｍ１＋Ｐ_ｍ２の定義もまた用いることによって、電気機械力Ｐ_ｍおよび第１の電気機械力Ｐ_ｍ１の関数としてのみ電力供給Ｐ_ｅｌｅｃを表すことが可能となる。

電力供給Ｐ_ｅｌｅｃの最適化によって、以下の式：
または他には
により、電気機械力Ｐ_ｍの関数として第１の最適な電気機械力 Ｐ_ｍ１ ^ｏｐｔ の決定が次いで生じる。

代替的には、電気機械力Ｐ_ｍおよび第２の電気機械力Ｐ_ｍ２の関数としてのみ、電力供給Ｐ_ｅｌｅｃを表すことが可能である。電力供給Ｐ_ｅｌｅｃの最適化は次いで、第２の最適な電気機械力 Ｐ_ｍ２ ^ｏｐｔ を決定することで実行され得る。

電気トルクの最適化は、一方では２つの電気機械３６ａ、３６ｂの間の、他方では熱エンジンでの力の最適な配分を決定することに照準を合わせることで「全体的な」最適化を行いながら継続される。

これまでに示したように、中でもモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐ によって変化するハミルトン関数を最小化することが要求される。

ただし、第１の決定された電気機械力 Ｐ_ｍ１ ^ａｐｐ を用いることによって、牽引バッテリ３１によって供給されたモデル化された電力 Ｐ_ｂａｔ ^ａｐｐを、規定のパラメータａ_１、ｂ_１、ｃ_１、ａ_２、ｂ_２およびｃ_２によって変化するパラメータα_０、α_１、α_２を用いる式：
によって、電気機械力Ｐ_ｍの関数として表すことが可能となる。

ハミルトン関数を最小化することで、方程式：
（
とも書ける）からの最適な電気機械力 Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ を導き出すことができる。

最終的には、 Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ および Ｐ_ｍ１ ^ｏｐｔ の知識（または代替的には Ｐ_ｍ ^ｏｐｔと Ｐ_ｍ２ ^ｏｐｔ との知識）により、 Ｐ_ｍ２ ^ｏｐｔ （または代替的には Ｐ_ｍ１ ^ｏｐｔ ）を導き出すことができる。最適な電気トルクは、次いで方程式
および
から導き出すことができる。

Claims (9)

1. 自動車（１）のハイブリッドパワートレインを制御する方法であって、
   前記パワートレインが、熱ドライブチェーン（２０）および電気ドライブチェーン（３０）を備え、前記電気ドライブチェーン（３０）が、牽引バッテリ（３１）、電圧変調装置（３３）、インバータ（３５）、第１の電気機械（３６ａ）および第２の電気機械（３６ｂ）を備え、前記電圧変調装置（３３）が、前記牽引バッテリ（３１）によって出力され、かつ前記自動車（１）の前記第１の電気機械（３６ａ）および前記第２の電気機械（３６ｂ）に供給される電流の供給電圧（Ｕｅ）を調節するために適合されるものであり、
   前記方法が、
   －式
   
   で表される方程式の解に対応する数式によって最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）を分析的に計算するステップであって、式中、Ｕｅは前記供給電圧であり、Ｐｂａｔは前記牽引バッテリ（３１）によって供給された電力であり、かつ前記牽引バッテリ（３１）によって供給された前記電力（Ｐｂａｔ）が、前記供給電圧（Ｕｅ）の２次関数の形式で表される、ステップと、
   －前記最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）を供給するように前記電圧変調装置（３３）を制御するステップと、
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）が、前記牽引バッテリ（３１）の末端における電圧（Ｕｂａｔ）と、規定の最大電圧閾値（Ｕｅｍａｘ）との間に含まれている場合に、前記最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）の前記数式が、式－Ｋ１／２Ｋ２によって与えられ、式中、Ｋ１およびＫ２は前記第１の電気機械（３６ａ）の第１の速度（ωｅ１）、前記第２の電気機械（３６ｂ）の第２の速度（ωｅ２）、前記第１の電気機械（３６ａ）により生じた第１の電気トルク（Ｔｅ１）および前記第２の電気機械（３６ｂ）により生じた第２の電気トルク（Ｔｅ２）によって変化する規定の関数である、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記式－Ｋ１／２Ｋ２が前記牽引バッテリ（３１）の前記末端における前記電圧（Ｕｂａｔ）よりも低い場合に、前記最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）の前記数式が、前記牽引バッテリ（３１）の前記末端における前記電圧（Ｕｂａｔ）に等しく選択される、請求項２に記載の制御方法。
4. 前記数式－Ｋ１／２Ｋ２が前記最大電圧閾値（Ｕｅｍａｘ）よりも大きい場合に、前記最適な供給電圧の前記数式（Ｕｅｏｐｔ）が、前記最大電圧閾値（Ｕｅｍａｘ）に等しく選択される、請求項２または３に記載の制御方法。
5. 前記牽引バッテリ（３１）によって供給された前記電力（Ｐｂａｔ）が、式
   
   に従って表され、式中、Ｕｅは前記供給電圧であり、Ｋ０、Ｋ１、およびＫ２は前記第１の電気機械（３６ａ）の第１の速度（ωｅ１）、前記第２の電気機械（３６ｂ）の第２の速度（ωｅ２）、前記第１の電気機械（３６ａ）により生じた第１の電気トルク（Ｔｅ１）および前記第２の電気機械（３６ｂ）により生じた第２の電気トルク（Ｔｅ２）によって変化する規定の関数である、請求項１～４のいずれか１項に記載の制御方法。
6. 前記最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）を分析的に計算するステップの前に、前記第１の電気機械（３６ａ）が生じさせるべき第１の最適な電気トルク（Ｔｅ１ｏｐｔ）および前記第２の電気機械（３６ｂ）が生じさせるべき第２の最適な電気トルク（Ｔｅ２ｏｐｔ）を決定するステップもまた含み、前記第１の最適な電気トルク（Ｔｅ１ｏｐｔ）および前記第２の最適な電気トルク（Ｔｅ２ｏｐｔ）が、前記自動車（１）を推進させるために必要なエネルギー値（Ｐｒ）の関数および前記牽引バッテリ（３１）に関連する等価係数（λ）の関数である、請求項１～５のいずれか１項に記載の制御方法。
7. 前記第１の最適な電気トルク（Ｔｅ１ｏｐｔ）、前記第２の最適な電気トルク（Ｔｅ２ｏｐｔ）および前記最適な電圧（Ｕｅｏｐｔ）が、前記自動車（１）の内燃機関（２２）の燃料消費の関数およびアセンブリ（３２）の電流消費の関数であるハミルトン関数（Ｈｈｙｂ）が最小化される場合に、少なくとも前記電圧変調装置（３３）を備える前記アセンブリ（３２）における電気損失を最小化する、請求項６に記載の制御方法。
8. 前記最適な供給電圧（Ｕｅｏｐｔ）を分析的に計算する前記ステップの前に、前記牽引バッテリ（３１）によって供給された前記電力（Ｐｂａｔ）を決定するステップもまた含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の制御方法。
9. 前記電圧変調装置（３３）における電気損失（Ｐｓ）が、前記供給電圧（Ｕｅ）の線形関数の形式で表される、請求項１～８のいずれか１項に記載の制御方法。

Images