JP2005514264A - 車両のハイブリッドドライブの制御方法 - Google Patents

車両のハイブリッドドライブの制御方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、原動機として内燃機関と少なくとも１つの電気機械とを有しており、原動機の出力シャフトと車両のドライブトレインとが作用結合される車両のハイブリッドドライブの制御方法に関する。
負のトルク要求に依存して、当該の負のトルク要求を考慮しながら駆動用の電気機械（１０，１２）と電気的に駆動される車両制動装置（２４）とを協調的に駆動する。

Description

本発明は、原動機として内燃機関と少なくとも１つの電気機械とを有しており、原動機の出力シャフトと車両のドライブトレインとが作用結合される車両のハイブリッドドライブの制御方法に関する。
従来の技術
車両に対するハイブリッドドライブは公知である。ここで話題にするハイブリッドドライブでは内燃機関と少なくとも１つの電気機械とが組み合わされており、このためこの車両は複数の駆動源を利用可能である。車両運転者によってあらかじめ設定された要求に相応して、これらの駆動源はその駆動トルクを選択的に車両のドライブトレインに供給することができる。これによって公知のように具体的な走行状況に依存してさまざまな駆動形態が可能であり、これは殊に走行快適性の改善、使用するエネルギーの低減ならびに有害物質放出の低減に役立つのである。
車両に対するハイブリッドドライブにおいて、内燃機関と電気機械とのシリアル配置構成、パラレル配置構成および混在形の配置構成が公知である。各配置構成に応じて電気機械は内燃機関のドライブトレインに直接または間接的に接続可能である。内燃機関および／または電気機械を作用結合するために、これらギア、例えば遊星ギアまたは類似のものおよびクラッチを介して互いに作用結合させて配置することが知られている。
ハイブリッドドライブの駆動出力に対する運転者の要求を最適に変換できるようにするためには、ハイブリッドドライブの複数の原動機を協調的に駆動制御することが必要であり、これは周知のようにいわゆる制御装置によって行われる。ここでこれらの原動機の駆動制御は制御装置によって決定されるハイブリッドドライブの目標状態に基づいて行われる。この目標動作状態を決定する際の目標は、例えば、一層少ない燃費、車両のダイナミックな走行特性、および一層少ない有害物質放出などである。
さらに電気的に駆動可能な制動システム、例えば電気液圧式ブレーキまたは電気機械式ブレーキを車両に設けることも一般に知られている。
本発明の利点
本発明の請求項１の特徴部分に記載の構成を有する方法は、車両のハイブリッドドライブの駆動と車両の制動システムの駆動とを結合することにより、車両で得られるエネルギを最適に利用することができるという利点を有する。負のトルク要求に依存して、当該の負のトルク要求を考慮しながら原動機と車両の制動システムとを協調的に駆動することにより、特に有利には、エネルギの最適化についての限界条件、快適性の最適化についての限界条件、および安全性の最適化についての限界条件を考慮しながら制動エネルギを回生することができる。特に制動エネルギの回生、ひいては車載電源系統への電力の再供給により、内燃機関の燃費を低下させることができる。再供給された電力は特に少なくとも１つの電気機械への給電に用いられるハイパワーバッテリに蓄積され、必要に応じて車載電源系統へ供給される。
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載された特徴から得られる。
図面
本発明を図示の実施例に則して以下に詳細に説明する。図１には本発明の方法のブロック図が示されている。図２には車両の駆動システムおよび制動システムが概略的に示されている。図３にはハイブリッドドライブのモーメント特性曲線が示されている。
実施例の説明
実施例の説明
図１には、車両のハイブリッドドライブを駆動制御する制御システムの一部がブロック図で示されている。このハイブリッドドライブには内燃機関１０と少なくとも１つの電気機械１２とが含まれている。これらは変速機１４を介して車両のドライブトレインに作用を及ぼす。
原動機制御システムは、いわゆる長手方向運動、すなわち場合によっては走行しようとするのとは反対の車両走行方向の運動のこともある長手方向運動を制御する第１のコーディネータ１６を含む。車両の長手方向運動は、車両運転者の要求、例えばアクセルペダル１８およびブレーキペダル２０によってトリガされる。さらに車両の長手方向運動の要求は、走行自動装置２２によって行うことが可能である。アクセルペダル１８および／またはブレーキペダル２０および／または走行自動装置２２により、長手方向に車両の加速ないしは減速を要求することができ、これらは車両のハイブリッドドライブ１００ないしは制動システム２４によって変換される。ハイブリッドドライブ１００、すなわちハイブリッドドライブ１００の個々のコンポーネントを協調的に駆動制御するため、いわゆる第２のコーディネータ２６が設けられている。入力制御の第２のコーディネータ２６は車両制御の第３のコーディネータ２８を介して長手方向運動制御の第１のコーディネータ１６と通信する。この車両にはさらに電気機械１２およびこの車両の他の電気ユニットを給電する車載電源系統３０が含まれている。
第１のコーディネータ１６はアクセルペダル１８から変速機１４の出力側における目標出力を要求する信号３２を受信し、ブレーキペダル２０からは車両のホイールにおける目標制動モーメントを要求する信号３４を受信する。信号３４の大きさは車両の４つのホイールにかかる制動モーメントの和、ひいては長手方向で車両に作用させるべき所望の制動力に関連している。さらに第１のコーディネータ１６は走行自動装置２２から車両長手方向加速度を要求する信号３６を受信する。
第１のコーディネータ１６は信号３２，３４，３６を評価して処理し、目標制動モーメントに相応する信号３８を供給する。この信号は制動システム２４で使用される。さらに変速機１４の出力側における目標出力に相応する信号４０が第１のコーディネータ１６によって供給される。この信号はハイブリッドドライブ１００に対する第２のコーディネータ２６で使用される。このとき信号４０は第３のコーディネータ２８を介して第２のコーディネータ２６へ供給される。信号４０に応じて第２のコーディネータ２６はハイブリッドドライブ１００の目標動作状態の決定とここから発生する原動機１０，１２の駆動制御とを行う。
ここでは原動機１０，１２を駆動制御して、信号４０に相応する、変速機１４の出力側における目標駆動出力が実現されるようにする。このために第２のコーディネータ２６は内燃機関１０にその目標出力トルクに相応する信号４２を送出する。さらに第２のコーディネータ２６は電気機械１２の各目標出力トルクに相応する信号４４を１つまたは複数の電気機械１２に送出する。同時に変速機１４はその目標変速段または目標変速比に相応する信号４６を受信する。
内燃機関１０からはその時点での出力トルクに相応する信号４８が第２のコーディネータ２６に供給される。電気機械もその時点でのトルク５０を送出する。さらに変速機１４は第２のコーディネータ２６に自身のその時点での駆動状態に相応する信号５２を送出する。信号４８，５０，５２から第２のコーディネータ２６はその時点での変速機出力モーメントを求め、これを第３のコーディネータ２８へ信号５４として供給する。第３のコーディネータ２８はこの信号５４を車両の長手方向運動を制御する第１のコーディネータへ供給する。制動システム２４から第１のコーディネータ１６はその時点でのホイール制動モーメントに相応する信号５６を受け取る。
第２のコーディネータ２６は内燃機関１０から内燃機関１０についての別の駆動情報を含む別の信号５８を受け取る。内燃機関１０は最大の機関出力トルクから最小の機関出力トルクまでを送出する。このトルクは全負荷特性曲線またはスリップモーメント曲線に相応に機関回転数に対して可変であり、また他の駆動パラメータ、例えば機関温度および周囲空気圧にも依存している。さらに第２のコーディネータ２６は電気機械１２から信号６０を受け取る。各電気機械１２は同様に回転数に依存して最大の出力トルクから最小の出力トルクまでを送出する。最大の出力トルクおよび最小の出力トルクは電気機械１２の温度および図２のパルスインバータの温度に依存する。なおトルクポテンシャルは電源系統３０の状態、特にバッテリの駆動状態とバッテリ電圧とに依存する。電源系統３０はその時点でのポテンシャルを電気機械１２へ信号６２として送出するので、この情報は信号６０とともに供給される。
第２のコーディネータ２６は信号５８，６０の情報から変速機１４の出力側でのトルクポテンシャルまたは出力ポテンシャルを求める。ここから得られた信号６４を第２のコーディネータ２６は第３のコーディネータ２８へ伝達する。このとき特に内燃機関１０、電気機械１２および変速機１４の構造によって定まる関係も考慮される。信号６４はさらにハイブリッドドライブ１００で可能な駆動モードにも依存している。可能な駆動モードとしては、例えば、純粋な内燃機関駆動モード、純粋な電気機械駆動モード、またはハイブリッドの電気機械‐内燃機関駆動モードがある。各駆動モードごとに変速機１４の出力側でのトルクポテンシャルまたは出力ポテンシャルが求められ、第３のコーディネータ２８へ伝達される。信号６４はさらに入力されたギアまたは調整された変速比や、１つまたは複数のクラッチの切換状態にも依存する。入力されたその時点でのギアの情報のほか、第２のコーディネータは他のギア段が生じたときにも情報信号を第３のコーディネータ２８へ伝達する。
第３のコーディネータ２８からハイブリッドドライブ１００のトルクポテンシャルまたは出力ポテンシャルが第１のコーディネータ１６へ信号６６として供給される。このとき第３のコーディネータ２８は可能な駆動モードを考慮して、当該の駆動モードで許可されるポテンシャルのみを伝達するように構成してもよい。
制動システム２４から第１のコーディネータ１６はさらに制動システム２４の動作に関連する状態情報を含む信号６８を受け取る。状態情報は例えば瞬時の制動力、制動力グラジエントその他であってよい。
信号６６，６８に基づいて第１のコーディネータ１６は一方ではアクセルペダル１８へ、アクセルペダル１８の解釈を行う際の可能範囲を設定する信号７０を送出する。またブレーキペダル２０に対しても、ブレーキペダル２０の解釈を行う際の可能範囲を設定する信号７２を送出する。
第１のコーディネータ１６はさらにブレーキペダル２０の信号３４とハイブリッドドライブ１００のその時点での変速機出力トルクに相応する信号５４とを結合し、ここから制動システム２４の目標ホイール制動モーメントを設定する信号３８を求める。
目標ホイール制動モーメントの設定（信号３８）において電源系統３０から送出された信号６２のポテンシャル情報が考慮されていることもわかる。これは第２のコーディネータ２６が内燃機関１０、電気機械１２および変速機１４から送出された情報を結合し、相応の信号を第１のコーディネータ１６へ転送することにより、ハイブリッドドライブ１００、すなわち内燃機関１０、電気機械１２、変速機１４および制動システム２４の協調的な駆動が達成されるからである。制動システム２４が作動されるとき、またはエンジンブレーキ時には、内燃機関１０は電気機械１２の発電動作を意図的に行って制動エネルギを最適に回生させることができる。原動機１０，１２と制動システム２４とを協調的に駆動することにより、ここでは負のトルク要求（減速要求）が車両に対して最適に相応することになる。これにより不要な損失がほぼ完全に回避される。
図２には図１に則して説明したハイブリッドドライブの制御システムの別様のブロック図が示されている。図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付してあるので、それらについてはこれ以上は説明しない。ハイブリッドドライブ１００は内燃機関１０、電気機械１２および変速機１４を有している。内燃機関１０のクランクシャフト７４は第１のクラッチ７６を介して電気機械１２に作用結合可能である。電気機械１２の出力シャフト７８は第２のクラッチ８０を介して変速機１４の入力シャフト８２へ作用結合可能である。変速機１４の出力シャフト８４は図では簡単にしか示されていないホイール８８のドライブシャフト８６に作用結合される。ホイール８８には図中の制動装置９０が作用する。アクセルペダル１８、ブレーキペダル２０および走行自動装置２２は制御装置９２に接続されている。この制御装置に図１に則して説明した第１のコーディネータ１６、第２のコーディネータ２６および第３のコーディネータ２８が含まれている。
内燃機関１０は内燃機関制御部９４を介して駆動される。電気機械１２はパルスインバータ９６を介して駆動可能であり、変速機１４およびクラッチ７６，８０はクラッチ制御部９８を介して駆動可能である。各制動装置９０は制動システム２４によって駆動制御される。制御装置９２はバスシステム（例えばＣＡＮ）１０２を介して各制御部９４，９６，９８および制動システム２４に接続されている。バス１０２を介して内燃機関１０、電気機械１２、変速機１４および制動システム２４を協調的に駆動する個々の機構のあいだで図１に示されている情報流の交換が行われる。図２に示されているように、本発明は既存の車両構造に簡単に組み込むことができる。
図３にはモーメント特性曲線Ｍが車両速度Ｖに関して示されている。ここでは負のモーメントの領域によりホイールでの制動力が表されている。曲線群に対して、５段オートマティックトランスミッション１４と電気機械１２とを有する図２のパラレル型ハイブリッドドライブ１００が基礎となっている。電気機械１２は２つの自動クラッチ７６，８０を介して操作され、内燃機関１０のドライブプレートと変速機の入力シャフト８２とのあいだに配置されている。
図３には各ギア段１．〜５．に対して、内燃機関１０の最大スリップモーメントが曲線１０４として、電気機械１２の最大スリップモーメント（内燃機関の最小のスリップモーメント）が曲線１０６として示されている。ハイブリッドドライブ１００の純粋な内燃機関駆動モードではポテンシャルは内燃機関１０のスリップモーメントの特性により得られ、純粋な電気機械駆動モードでは電気機械１２の最小モーメントの特性により得られる。ハイブリッド駆動モードでは２つのモーメント特性曲線はつねにその時点でのギア段に関連して重畳され、最大で２つの曲線の和がポテンシャルとして得られる。
本発明の方法のブロック図である。
車両の駆動システムおよび制動装置の概略図である。
ハイブリッドドライブのモーメント特性曲線を表すグラフである。

Claims (10)

  1. 原動機として内燃機関と少なくとも１つの電気機械とを有しており、原動機の出力シャフトと車両のドライブトレインとが作用結合される
    車両のハイブリッドドライブの制御方法において、
    負のトルク要求に依存して、当該の負のトルク要求を考慮しながら駆動用の電気機械（１０，１２）と電気的に駆動される車両制動装置（２４）とを協調的に駆動する
    ことを特徴とする車両のハイブリッドドライブの制御方法。
  2. ハイブリッドドライブ（１００）の駆動状態を考慮して制動装置（２４）に対する目標ホイール制動モーメントの設定を行う、請求項１記載の方法。
  3. 目標ホイール制動モーメントの設定の際にその時点での変速機出力トルクとブレーキペダル（２０）の要求信号（３４）とを結合する、請求項１または２記載の方法。
  4. ブレーキペダル（２０）から送出された信号（２４）を制動システム（２４）の状態情報およびハイブリッドドライブ（１００）の瞬時のトルクポテンシャルおよび出力ポテンシャルによって定められる範囲内で解釈する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. ハイブリッドドライブ（１００）のトルクポテンシャルおよび出力ポテンシャルに対して内燃機関（１０）の駆動情報および電気機械（１２）の駆動情報を考慮する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 電気機械（１２）のトルクポテンシャルおよび出力ポテンシャルに対して電源系統（３０）の駆動状態を考慮する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. バッテリの負荷状態および／またはバッテリ電圧を考慮する、請求項６記載の方法。
  8. トルクポテンシャルおよび出力ポテンシャルに対してハイブリッドドライブ（１００）で可能な駆動モードを考慮する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  9. トルクポテンシャルおよび出力ポテンシャルに対して変速機（１４）に入力されたギア段を考慮する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
  10. トルクポテンシャルおよび出力ポテンシャルに対してハイブリッドドライブ（１００）のクラッチ（７６，８０）の切換状態を考慮する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
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