JP5258901B2 - ハイブリッド車両の加速の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の加速の制御方法に関する。

ハイブリッド自動車は、変速機を駆動し、原動機トルクを車両の駆動輪に伝達するために、電気機械を使用する。そのため、ハイブリッド車両のパワートレーンは、少なくとも１つの補助電気機械に連結された熱機関を備える。駆動電気機械は、たとえばクラッチと変速機の間に直列に挿入することができる。

そこで、ハイブリッド車両は２つの異なるエネルギー貯蔵手段を有しており、たとえば、１つは高電圧バッテリであり、もう１つはガソリンタンクである。大容量のバッテリまたはバッテリアセンブリは、インバータを介して駆動機械に電気エネルギーを供給する。インバータは、バッテリ出力の直流電圧から、電気機械の回転子を駆動できる交流電圧への変換を可能にする。

バッテリとガソリンタンクというそれぞれの貯蔵手段はその各々がエネルギー源を構成するものと見なされ、そのエネルギーが車両の車輪に伝達されることで車両は進むことができる。エネルギー貯蔵手段の一方に対する動力結合は可逆的であり、その貯蔵手段に含まれるエネルギーを利用して車両を進めることもできれば、減速時に車両の運動エネルギーを利用して貯蔵手段、とりわけバッテリを満たすこともできる。

従来技術では、熱／電気ハイブリッド車両において、大きな加速要求があるときは、車両の最適性能を引き出すために２つのエネルギー源が一緒に利用される。その後、車両が減速すると、電気機械は発電機モードで動作して高電圧バッテリを充電する。大半のケースでは、こうして回収されるエネルギーは加速時に消費されたエネルギーのすべてを補償するものではない。再び車両を強く加速しようとしたとき、そのバッテリで利用可能なエネルギーは加速のすべてをまかなうのにもはや十分ではなくなっているということが起こりうる。そこで得られる加速レベルはその前に得られたものよりも劣ることになる。すると、加速に関して車両のパフォーマンスは力強さを欠いたものとなる。

本発明の目的の１つは、とりわけ、高い加速要求があるときにハイブリッド車両のパフォーマンスの力強さを保証することを可能にする戦略を提案することにある。そこで、本発明は、車両の少なくとも１つの電気機械に給電する一方で、減速期には電気機械によって充電することができる電気バッテリを含めて、少なくとも２つの異なるエネルギー貯蔵手段を備えるハイブリッド車両の加速の制御方法であって、ある瞬間に、
− 次の減速時にバッテリによって回収することができるエネルギー（Ｅ_ｂａｔ ^{ｄｅｃｅｌ}）と
− バッテリに貯蔵されているエネルギー（Ｅ_ｂａｔ ^{ｍｅｓｕｒｅｅ}）
とを推定し（４３、４４）、それら２つのエネルギーの合計（Ｅ_ｂａｔ ^{ｆｕｔｕｒｅ}）を所定の閾値（Ｅ_ｂａｔ ^{ｓｅｕｉｌ}）と比較し（４６）、合計が閾値を上回れば、加速期にバッテリから電気機械に電気的な付加動力を供給する許可を与える、制御方法を対象とする。

回収することができるエネルギー（Ｅ_ｂａｔ ^{ｄｅｃｅｌ}）は、たとえばある瞬間における車両の速度に応じて、とりわけ車両の特徴およびそれ以降の減速プロファイルに関する仮定をもとに推定される。

バッテリに貯蔵されているエネルギーは、たとえば電荷センサ（４２）による測定をもとに推定する。

付加動力は、たとえば車両の低速用に供給される。たとえば、それを超えたときは電気的な付加動力の供給が妨げられる速度である最大速度を定義する。

最大速度は、たとえば、対象とする最大減速レベルから車両の加速時間と減速時間とが均衡するように決定する。

本発明は、とりわけ、ハイブリッド車両の性能の持続性を高めることができること、より小型で、したがってより廉価なバッテリの使用が可能となることでハイブリッド車両の追加費用を軽減できること、さらにその利用が簡便であることを主な利点とする。

本発明のその他の特徴や利点は、添付の図面に沿って行う以下の説明を通して明らかになるであろう。

バッテリの充電レベルの変化を時間の経過とともに、とりわけ複数回の車両の加速を経る過程で示したグラフである。 第１の瞬間ｔ_０と第２の瞬間ｔ_１の間で平均加速度が同一の２つの速度プロファイルの例を示したグラフである。 バッテリの電気的動力の変化を時間の経過とともに示したグラフである。 本発明による戦略の適用例を示す図である。

図１は、従来技術による環境のもとで、バッテリの充電レベルの変化を時間の経過とともに、より詳細には複数回の車両の加速を経る過程で示したグラフである。第１の曲線１は、速度の値を時間の経過に沿って示した曲線であり、この曲線には、例として相前後する３回の加速に対応する３つの山がある。加速期３の間にバッテリは放電し、その後の減速期４にバッテリは充電される。しかし、バッテリが充電されるのは当初のレベル６よりも低いレベル５までである。そのため、加速が度重なるにつれ、バッテリのレベルは低下する。この低下は、「放電幅」と呼ばれ、ΔＳＯＣと表記される大きさによって定義することができる。

本発明の戦略は３つの基本原則に基づいており、その目的は、加速パフォーマンスを時間が経っても力強く、消費したエネルギーに照らして最適であるようにすることにある。その目的は、加速時に消費されるエネルギーと減速時に回収されるエネルギーとを均衡させることによって達成される。そのため、車両の特定の初速度に関しては、高電圧バッテリなどの貯蔵装置におけるエネルギーレベルは、たとえば図１のレベル５、６に差があるのとは違って、相前後するそれぞれの車両の加速の前の瞬間の間で等価になる。この結果を得るために適用される３つの原則はたとえば次のようなものである。
− 電気的動力を低速で利用して、消費するエネルギーに対して性能を最適化する。
− 減速期には加速期よりも高い電気的動力を課すようにして、損失効果を補償する。
− 加速期に消費するエネルギーを減速時に回収可能なエネルギー量に制限する。

これら３つの原則は個別に適用することも、同時に適用することもできる。パフォーマンスの力強さを向上させるためのそれぞれの効果は互いに重なり合う。

図２は第１の原則を示したものである。より詳細には、図２は、第１の瞬間ｔ_０と第２の瞬間ｔ_１の間で平均加速度が同一の２つの速度プロファイルの例を示したグラフである。縦軸は速度を、横軸は時間をそれぞれ示す。

第１の曲線２１は第１の速度プロファイルに対応し、第２の曲線２２は第２の速度プロファイルに対応する。２つのプロファイルの速度は第１の瞬間ｔ_０では同じである。速度は２つのプロファイルに沿って上がり、第２の瞬間ｔ_１には同じ速度に到達する。２つの曲線２１、２２の積分は２つの瞬間ｔ_０、ｔ_１の間の走行距離を表す。

図２は、加速時に同じ消費エネルギーでよりよいパフォーマンスを実現するためには、車両を低速で加速することが好ましいことを示している。２つのプロファイル２１、２２はそれぞれ同じ平均加速度に相当する。したがって、瞬間ｔ_０とｔ_１の間に消費されるエネルギーはいずれの場合も似たようなものである。上の曲線に当たる第１のプロファイル２１では、加速は最初の方でより強いが、第２のプロファイル２２では、加速はより漸進的であり、瞬間ｔ_１に近づくとより強くなる。走行距離はそれぞれの速度プロファイルを積分することによって得られるため、走行距離はそれぞれの速度曲線の下の面積に比例する。走行距離は、当初から強い加速が与えられる第１のプロファイル２１の方が長い。消費エネルギーに対して性能を最適化するために、本発明は、この第１の原則では、有利には、低速では利用する動力を多くし、高速では少なくする。

第２の原則では、本発明は、減速期には加速期よりも高い電気的動力を課すことによって損失効果を補償する。そこで、熱機関の動力を補完するものとして、以下でブースト動力と呼ぶ電気的な付加動力をかけるための車両の最大速度を定めることができる。この速度の決定は、対象とする最大減速レベルから車両の加速時間と減速時間とが均衡するように行う。加速時間と減速時間が均衡していれば、車両の車輪と貯蔵手段の間にあるドライブトレーンにおける損失効果を、回収期に加速期よりも強い動力をかけることによって補償することができる。

図３は本発明で用いる第３の原則を示したものである。この第３の原則で、本発明は、加速期に消費するエネルギーを減速時に回収可能なエネルギー量までに制限する。

車両の特徴がわかっていれば、車両の速度に応じて回収可能な電気的動力を計算することができる。そこで、車両の減速レベルについて仮定することにより、来るべき減速時に回収されるエネルギー量を評価することができる。

図３では、第１の曲線３１により、バッテリによって供給される電気的動力を発進の瞬間ｔ_０から時間の経過に沿って示す。利用可能な最大動力は値Ｐ_ｍａｘによって制限される。限度Ｐ_ｍａｘと曲線３１の間に挟まれた面積は加速時に消費されたエネルギーを示す。

エネルギー量Ｅ_ｂａｔ ^{ｄｅｃｅｌ}は、減速期に回収可能なエネルギー量である。このエネルギー量は、対応する動力を時間の経過に沿って表した縦座標の直線Ｐ_ｅｌｅｃ３２によって制限される。動力Ｐ_ｍａｘは、直線Ｐ_ｅｌｅｃおよびＰ_ｍａｘと曲線３１の間に挟まれた面積３３が、直線Ｐ_ｅｌｅｃ３２、時間軸および横座標の線分ｔ_１によって囲われた面積に相当する回収可能なエネルギーＥ_ｂａｔ ^{ｄｅｃｅｌ}と同じになるように定義される。ただし、ｔ_１は電気的動力Ｐ_ｅｌｅｃがゼロになる瞬間である。

図４は上に説明した原則の適用例を示したものである。適用戦略は、たとえばセンサ４１、４２および車載計算機を用いて利用することができる。第１の一連のセンサ４１は車両の速度を測定することができ、第２の一連のセンサ４２はバッテリの充電状態を推定することができる。

本発明による戦略は、車両の速度およびバッテリセンサからフィードバックされる情報に応じて電気的なブースト動力をかけることを許可するか否かを決めることができる。そこで、上述の第３の原則を適用することにより、次の減速時に回収できるであろうエネルギーＥ_ｂａｔ ^{ｄｅｃｅｌ}を推定４３し、瞬間ｔにバッテリに貯蔵されているエネルギーＥ_ｂａｔ ^{ｍｅｓｕｒｅｅ}を推定４４する。この２つのエネルギーの合計Ｅ_ｂａｔ ^{ｆｕｔｕｒｅ}を計算４５し、その合計を所定のエネルギー閾値Ｅ_ｂａｔ ^{ｓｅｕｉｌ}と比較４６する。その合計Ｅ_ｂａｔ ^{ｆｕｔｕｒｅ}がその閾値よりも小さいか大きいかによって電気的ブーストをかけることを許可するか否かを決める。このエネルギー閾値Ｅ_ｂａｔ ^{ｓｅｕｉｌ}は、停止から車両の最大速度までについて、所定の目標に適合した車両の加速を実現するために必要なバッテリのエネルギー量によって規定される。

本発明による戦略の利点は、とりわけ、車両が停止するたびに少なくとも閾値Ｅ_ｂａｔ ^{ｓｅｕｉｌ}に等しいエネルギーレベルをバッテリ内に確保できるところにある。そのため、ドライバーが次々と加速を要求しても、それに対して力強いパフォーマンスを果たすことができる。そのため、本発明は、ハイブリッド車両の持続性を向上させることができる。

最後に、本発明は、より小型で、したがってより廉価なバッテリを使用することにより、ハイブリッド車両のコストを下げることができる。

Claims (3)

1. 車両の少なくとも１つの電気機械に給電する一方で、減速期には電気機械によって充電することができる電気バッテリを含めて、少なくとも２つの異なるエネルギー貯蔵手段を備えるハイブリッド車両の加速の制御方法において、ある瞬間に、
   次の減速時に前記バッテリによって回収することができるエネルギーと
   前記バッテリに貯蔵されているエネルギーと
   を推定し（４３、４４）、それら２つのエネルギーの合計を所定の閾値と比較し（４６）、合計が前記閾値を上回れば、加速期に前記バッテリから前記電気機械に電気的な付加動力を供給する許可を与えることを特徴とし、
   前記回収することができるエネルギーが、ある瞬間における前記車両の速度に応じて、前記車両の特徴およびそれ以降の減速プロファイルに関する仮定をもとに推定されることを特徴とし、
   それを超えたときは前記電気的な付加動力の供給が妨げられる速度である最大速度を定義することを特徴とし、
   前記最大速度を、対象とする最大減速レベルから前記車両の加速時間と減速時間とが均衡するように決定することを特徴とする、
   制御方法。
2. 前記バッテリに貯蔵されているエネルギーが電荷センサ（４２）による測定をもとに推定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記付加動力が前記車両の低速時のために供給されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

Images