JP3995097B2 - 車両のハイブリッドドライブの目標動作状態を調整する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は車両のハイブリッドドライブの目標動作状態を調整する方法に関し、ここでこのハイブリッドドライブは、駆動機械として、内燃機関と、少なくとも１つの電気機械とを含み、またこれらの駆動機械のドライブシャフトと、車両の動力伝達系とを作用結合することができる。
【０００２】
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。ここでは車両運転者によってあらかじ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動力伝達系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。
【０００３】
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直列配置構成、並列配置構成および混在形の配置構成が公知である。配置構成に応じて電気機械は、内燃機関の動力伝達系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公知であるのは、これらと、クラッチとを、ギア、例えば遊星ギアまたは類似のものを介して互いに作用結合させて配置構成することである。
【０００４】
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駆動機械を協調的に駆動制御することが必要であり、これは公知のようにいわゆる原動機制御装置によって行われる。ここでこれらの駆動機械の駆動制御は、原動機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、一層少ない燃料消費、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。ここで車両の走行特性は、もっぱらハイブリッドドライブのダイナミックな予備出力（Leistungsreserve）によって決まり、ここでこの予備出力は、原動機制御部によって調整される目標動作状態において利用可能な予備出力である。公知であるのは、これらの目標動作状態を内燃機関の制御によって調整することである。付加的な電気駆動機械によって得られる付加的な自由度はここでは考慮されていないのである。
【０００５】
発明の利点
これに対して請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する本発明の方法はつぎのような利点を有する。すなわち、内燃機関と、少なくとも１つの電気機械とを有するハイブリッドドライブにおいて、ハイブリッドドライブのすべての駆動機械を最適に駆動制御して目標動作状態を調整するという利点を有するのである。ハイブリッドドライブの駆動機械に対する目下の出力要求と、ハイブリッドドライブの駆動機械の目下の出力能力と、車両の運転者のタイプとに依存して、内燃機関の最適なクランクシャフト回転数を求め、出力要求を維持しながら駆動機械を協調的に駆動制御してこのクランクシャフト回転数を調整することにより、燃料消費、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の点から上記のハイブリッドドライブの目標動作状態を有利にも最適に調整できるのである。
【０００６】
本発明では、最適なクランクシャフト回転数を、経済的な走行動作に対する最適クランクシャフト回転数と、出力志向形の走行動作に対する最適クランクシャフト回転数との間にある回転数領域から選択する。これによって有利にも、最適クランクシャフト回転数を決定する際に、燃料消費および有害物質放出の点から殊に有利な内燃機関の動作を選択することができるだけでなく、この際に所要のダイナミックな走行特性が最適に考慮されるのである。
【０００７】
図面
本発明を以下、所属の図面に基づいて実施例で詳しく説明する。ここで、
図１は、本発明の方法のブロック図を示しており、
図２は、ハイブリッドドライブを協調的に駆動制御するためのブロック図を示しており、
図３は、内燃機関の最適回転数を決定するためのブロック図を示しており、
図４は、内燃機関の最適回転数を求めるための特性曲線を示しており、
図５は、ハイブリッドドライブの出力特性曲線を示している。
【０００８】
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原動機制御装置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を介して車両の動力伝達系に作用を及ぼす。
【０００９】
原動機制御装置は、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、車両運転者の要求によって、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（Fahrautomat）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ないしは制動装置２４によって変換される。ハイブリッドドライブ１００、すなわちこの場合、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、いわゆるコーディネータ２６が設けられている。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２８が含まれている。車載電源系統２８の構成部材は車両バッテリであり、このバッテリから車載電源系統に給電が行なわれるのである。
【００１０】
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３０を受信する。コーディネータ１６はブレーキペダル２０から、車両のホイールにおける目標トルクを要求する信号３２を受信する。最後にコーディネータ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３４を受信する。コーディネータ１６は、信号３０，３２および３４を評価して処理し、目標制動トルクに相応する信号３６を供給する。ここでこの信号は制動システム２４によって要求される信号である。さらに信号３８がコーディネータ１６によって供給され、ここでこの信号は変速機１４の出力側における目標駆動出力に相応し、またハイブリッドドライブ１００に対するコーディネータ２６によって要求される信号である。信号３８に応じてコーディネータ２６は、ハイブリッドドライブ１００の動作状態の決定と、ここから発生する駆動機械１０ないしは１２の駆動制御とを行う。ここでは駆動機械１０および１２を駆動制御して、信号３８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。このためにコーディネータ２６は内燃機関１０に信号４０を送出する。ここでこれは内燃機関１０の目標出力トルクに相応する信号である。さらにコーディネータ２６は信号４２を電気機械１２に、または複数の電気機械１２が設けられている場合にはこれらの電気機械１２に送出する。ここでこの信号は、電気機械１２の各目標出力トルクに相応する。変速機１４は同時に変速機１４の目標変速段または目標変速比に相応する信号４４を受信する。
【００１１】
内燃機関１０からは、その目下の出力能力に相応する信号４６がコーディネータ２６に供給される。さらに１つまたは複数の電気機械１２により、電気機械１２の目下の出力能力に相応する信号４８がコーディネータ２６に供給される。これらの目下利用可能な、駆動機械１０および１２の出力能力４６ないしは４８は、要求される目標信号に対して信号４０および４２を準備する際にコーディネータ２６によって考慮される。
【００１２】
電気機械１２の出力能力に相応する信号４８を準備する際には、車載電源系統２８の目下の出力能力、またここでは殊に車載電源系統２８に組み込まれた車両バッテリの出力能力に相応する信号５０が考慮される。最後にこの車載電源系統２８は別の信号５２をコーディネータ２６に供給し、ここでこれは、この車両の別のコンポーネント、サブユニットまたはこれに類似のものの目下の電気的な出力要求に相応する信号である。
【００１３】
図１を概観することによって明らかになるのは、コーディネータ２６によって行われるハイブリッドドライブ１００の駆動機械１０および１２の協調的な駆動制御が、目標駆動出力（信号３８）と、内燃機関１０の目下の出力能力（信号４６）と、電気機械１２の目下の出力能力（信号４８）と、車両の別の出力要求（信号５２）とに依存することである。これにより、上記のパラメタを考慮することによってハイブリッドドライブ１００の目標動作状態を最適に調整することができるため、例えば、内燃機関１０の燃焼消費を少なくし、内燃機関１０の有害物質放出を少なくし、さらにハイブリッドドライブ１００のダイナミックな予備出力の最適に持続できるのである。
【００１４】
図２にはハイブリッドドライブ１００に対するコーディネータ２６の詳細なブロック図が示されている。ここでは上記の信号３８および５２が加算素子５４に供給され、この加算素子により、ハイブリッドドライブ１００の目標出力に相応する信号５６が供給される。信号５６は電気機械１２に対するドライバ５８に供給され、このドライバによってこの信号から上記の信号４２が供給される。さらに信号５６がドライバ６０に供給され、このドライバにより、内燃機関１０の目標トルクに対する上記の信号４０が都度供給される。最後に信号５６が計算ブロック６２に供給され、このブロックによって、ハイブリッドドライブ１００の目標動作状態が求められる。ハイブリッドドライブ１００の目標動作状態は内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数によって表され、これは信号６４として計算ブロック６６に供給され、このブロックにより、変速機１４の目標変速段または目標変速比に相応する信号４４が変速機１４に供給される。このように段階的に協調される手法によって達成されるのは、内燃機関１０のクランクシャフト回転数を可能な限りに精確に調整できることである。
【００１５】
図３には、内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数を決定する計算ユニット６２が別のブロック図で示されている。ここで明らかであるのは、目標出力に相応する信号５６が、第１最適化素子６８および第２最適化素子７０に供給されることである。第１最適化素子６８にはさらにパラメタとして、内燃機関１０の目下の出力能力に相応する信号４６が供給される。信号５６と信号４６とを結合することにより、最適化素子６８は、経済性の観点から見た、内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数に相応する信号７２を供給する。ここでは内燃機関１０の目下の出力能力に相応する信号４６が評価され、ここでこれは、例えば、内燃機関１０および電気機械１２の効率およびクランクシャフト回転数の関数として、それらの既知の特性データの考慮の元に、内燃機関１０の最大出力を考慮することによって行われる。ここでは殊に目下の動作条件、例えば、大気圧、エンジン温度または類似のものも考慮される。これらのパラメタを結合することにより、可能な限りに経済的な走行に最適な、内燃機関１０のクランクシャフト回転数に相応する信号７２が供給されるのである。
【００１６】
第２最適化素子７０にも同様に内燃機関１０の目下の出力能力に相応する信号４６と、電気機械１２の目下の出力能力に相応する信号４８とが供給される。ここで内燃機関１０の最大出力および車両駆動に最大限に利用可能な電気機械１２の出力が、内燃機関１０のクランクシャフト回転数に依存して、目下の動作条件、例えば大気圧、エンジン温度または類似のものの勘案されてそれぞれ考慮される。さらに車両バッテリの充電状態およびその持続時間を考慮して、車両駆動に最大限利用な可能な電気機械１２の出力が注目される。
【００１７】
信号５６，４６および４８を処理することによって、最適化素子７０は信号７４を供給する。ここでこれは内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数を出力志向形の走行動作に対して決定する信号である。
【００１８】
経済的な走行動作を考慮した内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数（信号７２）と、内燃機関１０の出力志向形の走行動作を考慮した最適クランクシャフト回転数（信号７４）とは計算ユニット７６に供給され、この計算ユニットは、信号７２と７４とによって設定される最適クランクシャフト回転数のバンド幅から、目標動作状態に対する内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数を信号６４として最終的に決定する。ここではパラメタとして信号７８が考慮され、これらの信号は、自動車の目下の走行状態、例えば、加速度、減速など、および／または自動車の運転者のタイプ、例えば、ダイナミックな運転者、慎重な運転者などが考慮される。これらの信号７８は、所定の時間にわたる自動車の走行特性についての、場合によって一時的に記憶される目下の信号から読み出すことができる。
【００１９】
本発明の方法を説明するため、図４には特性マップが示されており、ここではハイブリッドドライブ１００の出力Ｐが、内燃機関１０の回転数についてそれぞれプロットされている。第１特性曲線８０は、内燃機関１０の最大出力Ｐ_ｍａｘに相応する。第２特性曲線８２は、回転数ｎに依存するハイブリッドドライブ１００の最大出力Ｐ_ｍａｘに相応し、ここでは内燃機関１０の最大出力と、電気機械１２の最大出力とが考慮されている。
【００２０】
内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数を決定するため、つぎのようにする。すなわち、
１． 制御曲線αを決定する。ここでこの制御曲線は、内燃機関１０の特性マップにおいて出力Ｐ毎に燃料消費が最小の点を結ぶ。
【００２１】
２． 制御曲線βを決定する。ここでこの制御曲線に対し、各点におけるダイナミックな予備出力は、内燃機関１０の最大出力Ｐ_ｍａｘを基準にして所定の値をとる。この所定の値は、一定の商ΔＰ／ΔＰ_ｍａｘによって決定される。ここでΔＰは、考察する動作状態におけるダイナミックな予備出力であり、またΔＰ_ｍａｘは、考察する動作状態の目標出力Ｐ_Ｓｏｌｌにおいて最大限に可能な予備出力である。
【００２２】
３． 制御曲線β′を決定する。ここでこの制御曲線に対して、ダイナミックな予備出力は、最大出力Ｐ_{ｍａｘ８２}を基準にして、制御曲線βの予備出力に相応する。有利な実施形態では、制御曲線β′を決定して、これが内燃機関１０の最大出力Ｐ_{ｍａｘ８０}の曲線を上回らないようにする。
【００２３】
４． 経済的な走行動作に対して内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数ｎ_Ａを決定する。これは信号７２（図３）に相応する。この最適回転数ｎ_Ａは、目標出力Ｐ_Ｓｏｌｌに相応する直線と、制御曲線αとの交点によって決定される。
【００２４】
５． 電気機械１２の能力を考慮することなしに出力志向の走行動作に対する内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数ｎ_Ｂを決定する。これは、目標出力Ｐ_Ｓｏｌｌに相応する直線と、制御曲線βとの交点によって得られる。
【００２５】
６． 電気機械１２の能力（図３の信号７４に相応する）を考慮して出力志向の走行動作に対する内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数ｎ_Ｂ′を決定する。これはここでも目標出力Ｐ_Ｓｏｌｌに相応する直線と、制御曲線β′との交点によって得られる。
【００２６】
引き続き計算ユニット７６により、回転数ｎ_Ａ，ｎ_Ｂおよびｎ_Ｂ′から、走行状況および運転者タイプに相応する信号７８に依存して、内燃機関１０の最適クランクシャフト回転数（信号６４）が決定される。これは例えば補間によって行うことが可能である。
【００２７】
ここまでの説明は、並列形のハイブリッドドライブ１００に対して当てはまるものである。出力分岐形（leistungsverzweigend）のハイブリッドドライブ１００では、内燃機関１０の出力は、電気機械的に伝達される。これが意味するのは、機械的であると同時に電気的である出力パスが実現され、これを介して車両が駆動されるということである。電気的な出力パスは、ここで少なくとも２つの電気機械１２によって実現され、ここでこれらは自動車の動力伝達系に適切に配置される。機械的な出力パスと、電気的な出力パスとの間の結合は、公知のように少なくとも１つの遊星ギアを介して行われ、この遊星ギアにより、機械的な出力パスと、電気的な出力パスとの間の出力分割が可能になる。電気機械の回転数は、ここでは車両速度ならびに動力伝達系に対する内燃機関１０の選択した変速比によって決定される。これらの回転トルクはつぎのような要求を満たさなければならない。すなわち、内燃機関１０の回転トルクが動力伝達系に伝達されるべきという要求を満たさなければならないのである。電気機械１２は、その出力限界で駆動されない限り、付加的な制御量として、電気機械相互の出力比ＶＥを利用可能である。このハイブリッドドライブの駆動トルクは、これらの量を介して調整することができる。
【００２８】
図５には複数の特性曲線が示されており、ここでは出力Ｐが出力比ＶＥについてプロットされている。参照符号８４で、ハイブリッドドライブの駆動出力に相応する特性曲線が示されている。特性曲線８６は、出力比ＶＥに依存した電気機械１２の正味出力に相応する。出力分岐形ハイブリッドドライブは、有利には出力比ＶＥ＝−１で動作する。所要のバッテリ出力に相応する電気機械１２の正味出力（特性曲線８６）は、この場合に０に等しい。ハイブリッドドライブは、この動作状態に持続的にとどまることができる。
【００２９】
出力要求の一時的な増大は、所定の動作状態において調整することができ、ここでこれは電気機械１２の出力比ＶＥを変更することによって行われる。この場合、所要の付加的な出力は、自動車バッテリから取り出すことができる。この場合、この自動車の走行特性は、並列形ハイブリッドドライブのそれに匹敵する。したがって、目標動作状態の調整は、並列形ハイブリッドドライブ１００に基づいて説明される方法に相応して行うことができる。
【００３０】
出力比ＶＥを変更することによって駆動出力を格段に大きくすることができない場合、この走行特性は、内燃機関ドライブだけを有する車両に匹敵する。この場合、ダイナミックな予備出力の増大に持ち堪えなければならない。
【００３１】
したがって以下のやり方がある：
１． つぎのような動作点を決定する。すなわち、ハイブリッドドライブの駆動出力の増大が一時的に電気機械１２の出力比ＶＥの変更によって可能であるような動作点を決定するのである。
【００３２】
２． 例えば走行速度、車両運転者が所望した出力、バッテリ状態およびこの車両のサブユニットの出力要求などの動作パラメタに依存して、有利な動作状態を選択する。予備出力をできる限り小さく維持して、燃料消費に有利な内燃機関１０の動作状態が実現されるようにする。
【００３３】
３． 上記の有利な動作状態を実現する動作点が見つからない場合、内燃機関だけしか有しない動作に対する標準動作点を選択する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両のハイブリッドドライブを駆動制御する原動機制御装置の一部を示すブロック図である。
【図２】 ハイブリッドドライブに対するコーディネータの詳細なブロック図である。
【図３】 内燃機関の最適クランクシャフト回転数を決定する計算ユニットを示すブロック図である。
【図４】 内燃機関の最適回転数を求めるための特性曲線を示す線図である。
【図５】 ハイブリッドドライブの出力特性曲線を示す線図である。

Claims (8)

1. 車両のハイブリッドドライブの目標動作状態を調整する方法であって、
   前記ハイブリッドドライブは、駆動機械として、内燃機関と、少なくとも１つの電気機械とを含んでおり、
   該駆動機械の駆動シャフトと、車両の動力伝達系とが作用結合されている形式の、車両のハイブリッドドライブの目標動作状態を調整する方法において、
   前記のハイブリッドドライブ（１００）の駆動機械（１０，１２）に対する目下の出力要求（信号３８）と、ハイブリッドドライブ（１００）の駆動機械（１０，１２）の目下の出力能力（信号４６および４８）とに依存して、内燃機関（１０）の最適なクランクシャフト回転数（信号６４）を求め、
   前記のハイブリッドドライブ（１００）の駆動機械（１０，１２）を協調的に駆動制御することによって、目下の出力要求を維持しながら前記クランクシャフト回転数（信号６４）を調整し、
   ここで経済的な走行動作に対する最適なクランク軸回転数（信号７２）と、出力志向形の走行動作に対する最適なクランク軸回転数（信号７４）とによって決まるバンド幅内で、車両の目下の走行状況および当該車両の運転者のタイプ（信号７８）に応じて内燃機関（１０）の最適なクランク軸回転数（信号６４）を決定し、
   ここで前記の運転者のタイプは、所定の時間にわたる自動車の走行特性によって決まり、運転者のタイプにはダイナミックな走行を好む運転者タイプおよび慎重な走行を好む運転者タイプが含まれることを特徴とする、
   車両のハイブリッドドライブの目標動作状態を調整する方法。
2. 前記の電気機械（１２）の目下の出力能力においては、該電気機械（１２）に給電する車載電源系統（２８）の目下の出力能力を考慮する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記の経済的な走行動作に対する最適なクランクシャフト回転数（信号７２）を決定する際に、内燃機関（１０）の出力能力（信号４６）と、ハイブリッドドライブ（１００）の目標出力（信号５６）とを考慮する、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記の出力志向の走行動作に対する最適なクランクシャフト回転数（信号７４）を決定する際に、内燃機関（１０）の出力能力（信号４６）と、電気機械（１２）の出力能力（信号４８）と、ハイブリッドドライブ（１００）の目標出力（信号５６）とを考慮する、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記の内燃機関（１０）の出力能力（信号４６）においては、クランクシャフト回転数の関数として内燃機関（１０）の最大出力を考慮する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記の電気機械（１２）の出力能力（信号４８）においては、クランクシャフト回転数の関数として車両駆動に最大限に利用可能な電気機械の出力を考慮する、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. ハイブリッドドライブ（１００）の目下の動作条件、大気圧、エンジン温度またはこれらに類似のものを考慮する、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 車両駆動に最大限に利用可能な電気機械（１２）の出力に対して、車載電源系統（２８）の自動車バッテリの充電状態および持続時間を考慮する、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。

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