JP6526667B2 - ハイブリッド車両の動的減速制御 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、典型的には車両ホイールをそれぞれ駆動可能である内燃エンジンと電気モータを有するハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両は、公知であり、典型的には、内燃エンジンと、バッテリによって電力供給される電気モータとを備える。ハイブリッド車両は、エンジン、モータ、またはエンジンとモータの組み合わせによって動力供給されてもよい。後者の場合、例えば、燃料消費量の最小化、航続距離の最大化、および車両性能の最大化のうちの一つに基づく所定の目標値を達成するために、エンジンとモータから供給されるトルクを配分することによって、運転手が要求するホイールトルクと、バッテリを充電するための任意の追加的なトルクとを供給できることを保証すべく複雑な制御が開発されている。バッテリの充電の最適状態は、典型的に所定の目標値によって変化する。

車両のバッテリは、エンジンの通常の原動機（ジェネレータ）によって、または発電機（ジェネレータ）として機能するモータによって再充電されてもよい。後者の場合、モータはホイールによって駆動され（回生制動）、またはエンジンによって駆動されてもよい。

より標準的な非ハイブリッド車両の特性に慣れている運転手に、馴染みのあるフィードバックを与えるために、オーバーラン中の実質的に一定程度の減速度を提供することが好ましい。本明細書中では、オーバーランを、ブレーキの補助なしで、典型的にはアクセルペダルが実質的にゼロ位置にあるときに車両が減速していることとして定義する。

ハイブリッド車両では、一定の減速度を提供することは、幾分問題がある。エンジンが駆動してドライブラインに係合されている場合、ハイブリッド車両は、モータからの追加的な負トルクを回避する限り、アクセルペダルから足を離すことに応じて、通常の減速が行われる。

しかしながら、エンジンがドライブラインから解放され、車両が電気のみのモードで動作される場合、減速は（発電機として機能する）モータによってのみ提供されることがある。この状況では、エンジンによって与えられる減速トルク（摩擦やポンプロスを克服するためのトルク）を経験的に決定し、モータを発電機として機能（従ってバッテリを充電）させることによって、相当する減速トルクを提供することが可能である。

バッテリが完全に充電されている場合には問題が生じる。なぜなら、その場合、モータ制御システムはモータが発電機として機能することを阻害するため、通常程度の減速が達成できないからである。

さらに、エンジンの摩擦やポンプロスに基づく負トルク（減速）目標値は、勾配、変速比、および車両質量のような車両の運転手にとって明らかである車両外部の状態を参照して決定されるものではない。これらの状態の変化によって、運転手は異なる減速過程（プロファイル）を期待する。

（発電機として）モータが負トルクの一部のみを提供し、エンジンがスリップクラッチを介して残りのトルクを提供する場合、一定の減速度の実現はより困難になる。

従って、一定の減速度でのオーバーランを達成する、より良い方法と手段が要求されている。

本発明の態様は、添付の特許請求の範囲において定義される。

本発明の態様によれば、内燃エンジン、電気モータ、またはそれらの組み合わせによって直接駆動可能であるハイブリッド電気車両の一定のオーバーラン応答を得る方法が提供され、前記電気モータはジェネレータとして動作可能であり、前記方法は目標減速度を決定し、車両速度、変速比、勾配、車両質量、および車両モードに基づいて変更された目標減速度を決定し、リアルタイムの車両減速度を測定し、前記変更された目標減速度と前記リアルタイムの車両減速度との間の差異を継続的に決定し、負トルクを生成することによって前記差異を提供するように前記内燃エンジンと前記電気モータに指令を与える。

一定のオーバーラン応答は、車両の状態に拘らず、車両を運転する間、運転手に通常の感覚を提供する。例えば、バッテリの充電状態が多いため、回生制動が十分に利用できない場合、運転手に対する感覚が回生制動を十分に利用できる場合に感じられる感覚と一致することを保証するために、本方法はエンジンブレーキを利用する。

目標減速度は、典型的にエンジンのみモード、即ちドライブラインの出力トルクの影響を受けるモータなしのモードにおける車両の動作の減速度である。

従って、本発明は、少なくとも一定の配分の減速トルクがジェネレータとして作用するモータによって提供される場合に、内燃エンジンのみの減速度を模擬するために、減速度を継続的に調整することによって、減速度の動的制御を行う。

理解されるべきことは、モータ／ジェネレータによって提供される減速トルクは、それ自体動的であってもよく、車両バッテリの充電状態と車両の電気的な他の負荷に従うことである。車両バッテリの充電は、典型的に、運転出力トルクに応じる充電制御装置の制御下にあり、例えば、プロセッサと、車両の異なる使用状態に対して最適化された充電マップまたは特性とを有する電気制御ユニットの制御下にある。

減速トルクの動的制御は、車両の異なる使用状態の下で要求される減速比を与えるプロセッサと複数の減速度マップとを有する電気的な変速機制御装置によって決定される。変速機制御装置は、適切な減速度マップを決定するために、例えば、路面速度、選択された速度比、および勾配の入力を受け、理想的な路面速度に厳密に従うように実際の路面速度を目指すフィードバックループを含んでいる。フィードバックループは、１０ミリ秒またはより良い更新レートを有していてもよい。

適切な減速度マップは、様々な動作モードの下で本発明が適用される車両の経験的なテストによって決定されてもよい。

本発明の態様は、ハイブリッド車両のトルク制御装置に関し、本発明の方法が実行されるようにされているハイブリッド車両に関する。

本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲から明らかとなる。

本出願の範囲内で、先のパラグラフ、特許請求の範囲、および／または以下の説明並びに図面、特にそれらの個々の特徴において、説明された様々な態様、実施形態、実施例、および代替案は、独立して、または任意の組み合わせで採用されてもよい。一実施形態に関して説明した特徴は、その特徴が矛盾しない限り、全ての実施形態に適用可能である。

パラレルハイブリッド電気車両の模式図。 本発明の第１実施形態を示す模式的なダイヤグラム。 本発明の第１実施形態を示す模式的なダイヤグラム。

本発明の他の特徴は、上記の図面が単なる例示である実施形態の以下の説明から明らかとなる。

図１を参照して、パラレルハイブリッド電気車両１００は内燃エンジン１０１を含むドライブトレインを有しており、内燃エンジン１０１の出力部はクラッチ１０２を介して電気モータ／ジェネレータ（発電機）１０３の入力部に接続され、電気モータ／ジェネレータ１０３は第２のクラッチ１０４を介して車両を駆動するための出力部を順に有している。ドライブシャフト１０５またはその類の物は、車両のドライブラインの特に車両の駆動輪にクラッチ１０４の出力部を接続している。

クラッチ制御装置１０６は、クラッチ１０２，１０４を制御し、概ね要求に応じた駆動トルクを伝達する。トルク制御装置１０７は、バッテリ１０８がモータ／ジェネレータ１０３からエネルギーを得るか、またはモータ／ジェネレータ１０３にエネルギーを与えるかを決定する。

明らかに、図１の一連の配置によってエンジン１０１のみによる駆動が可能となり、その場合、クラッチ１０２および１０４は、完全に係合され、モータ／ジェネレータ１０３は受動的である。代替的には、クラッチ１０２が完全に解放されてもよく、駆動はモータ／ジェネレータ１０３のみによって行われてもよい。

さらに代替的には、エンジン１０１とモータ／ジェネレータ１０３の両方を組み合わせて、例えば急加速のために駆動トルクを増大させてもよい。

また、エンジン１０１とモータ／ジェネレータ１０３はそれぞれ、潜在トルクの一部のみに寄与してもよい。例えば、ドライブラインに供給されるエンジントルクは、従来の方法（例えば燃料注入の減少）によって、またはクラッチ１０２をスリップさせることによって減少させてもよい。モータトルクは、特にバッテリ１０８の利用可能な充電量が少ない場合、トルク制御装置１０７によって変更されてもよい。

バッテリの再充電は、ジェネレータとして機能するモータもしくはエンジンの別のジェネレータ直接による適時の臨機応変な回生制動によって、またはモータを駆動するエンジンによるものであってもよい。後者の場合、エンジン出力トルクの一部によってジェネレータ１０３を駆動してもよく、一部をドライブシャフト１０５への出力トルクとして利用可能としてもよい。

制御装置１０６，１０７は、相互通信して動作モードを決定して、エンジンおよびモータ／ジェネレータによって伝達されるトルクの割合で、例えば、最大燃費、最大加速、または最大航続距離のために最適化された所定の目標を達成することができる。

しかしながら本発明は、制御装置１０６，１０７の間の相互作用には関連しない。しかし、容易に理解できることには、幾分複雑な制御プログラムは全ての車両の使用状態の動作を確実に最適化することが要求される。

本発明は、エンジン１０１およびモータ／ジェネレータ１０３の全ての潜在的な動作状態に対する一定の（減速度に一貫性のある）オーバーラン応答を提供する方法および手段に関する。

図２を参照して、車両の電気トルク制御装置１１は、エンジンブレーキにのみ依存する車両の減速度特性に基づいた複数の減速度マップを備える。多くのそのようなマップは、例えば、選択される車両トランスミッションの速度比、道路勾配、および車両走行中の地形に応じて要求されてもよい。従って、評価されるべきは、例えば、高速の速度比よりも低速の速度比でより減速度をより大きくし、下り坂を走行するときは減速度をより小さくし、上り坂を走行するときは減速度をより大きくし、例えば舗装路よりも砂路で減速度をより大きくするように、減速度を車両の使用状態によって変更することである。

減速度マップは、周囲温度および周囲気圧のような他の外部条件によって修正してもよい。

減速度マップは、車両テストによって経験的に決定されてもよく、および／または適切なアルゴリズムによって計算されてもよい。本発明は、そのような減速度マップの決定には関連しない。

特に車両が減速している間にダウンシフトまたはアップシフトの指令を受けると、期待される減速度が変更されるため、適切な減速度マップをリアルタイムで選択することが想定される。ダウンシフトまたはアップシフトは、車両の自動制御に呼応するものであってもよいし、または車両運転手によって人手を介するものであってもよい。

適切な減速度特性を選択するために、制御装置１１は、車速１２、選択された変速比１３、車両モード１４（例えば通常モードまたはスポーツモード）、地形タイプ１５（例えば高速道路、砂路、泥路、氷結路、雪路など）、および勾配１６（正または負）に対応した入力信号が与えられる。そのような入力信号は、典型的に、適切なセンサまたは車両のコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスもしくは類似物から利用可能である電気信号の形態を有する。

そのような任意の入力信号は、閾値に変動誤差（マージン）を有してもよく、その閾値変動誤差未満では目標減速度は変更されない。例えば、±０．５％の勾配変動誤差が要求されてもよい。

これらの入力信号１２〜１６から、制御装置１１は目標減速度特性１７を選択または計算する。１０ミリ秒以下の更新レートを用いてもよい。

減速中に手動で処理を中断する場合、例えば運転手がトランスミッションをダウンシフトさせ、または地形モードを変更させる運転手の要求に対応するために、目標減速度特性１７を修正するようにトランスミッション「傾斜（ティップ）」機能１８を設けてもよい。例えばオーバーラン中にダウンシフトさせると、エンジン速度が増大し、減速度が増大する。「傾斜（ティップ）」機能１８を用いて、修正された状態に傾斜を増減させる効果は、経験的に決定され、または車両性能の平均的な状況から反映させてもよい。その結果、修正された減速度特性１９が、傾斜変更された入力信号１２〜１６の条件の下で期待される減速度を正確に反映する。

典型的に、修正された減速度特性１９により、車両運転手に適切なフィードバックを与えるように、先の目標減速度特性と現在の目標減速特性の間で円滑に移行が実行される。上記移行は、例えば５秒以下の所定の時間内で達成されてもよい。

修正された特性１９は目標減速度を表し、その目標減速度はプロセッサ２０で目標オーバーラントルク２１に変換され、その目標オーバーラントルク２１は最初に車両のモータ／ジェネレータ１０３に順に入力される。モータ／ジェネレータは回生制動を発生させ、車両を減速させる。リアルタイムの減速度２３は閉ループフィードバックとしてコンパレータ２４に入力され、そのコンパレータ２４は目標減速度とリアルタイムの減速度との差異を計算し、更新された目標オーバーラントルク２１を提供する。閉ループ制御によって、リアルタイムの減速度は、変更された減速度特性に著しく接近する。

最適化された燃費性能を実現するために、負トルクは、可能であればモータ／ジェネレータ１０３によって提供される。モータ／ジェネレータから利用できる負トルクが不十分な場合、追加的な負トルクがエンジン１０１からクラッチ１０２を介して提供されてもよい。このモードでは、エンジンの燃料供給は遮断されてもよく、またはエンジンのポンプトルクは弁揚程の変更またはタイミングの変更によって増加されてもよい。

図２の配置構成によって、所望の特性に厳密に適合する負（減速）トルクを目標とするフィードバック制御が提供される。

図３は、負トルクの要求に対してより迅速に応答する図２の配置構成の変形例を示す。

変形例に係る配置構成では、修正された特性１９は、要求された負トルクを加算モジュール２５に出力する推定モジュール２４にも追加的に与えられる。また、目標オーバーラントルク２１は、加算モジュール２５に出力されるため、その合計がモータ／ジェネレータ１０３に与えられる。この手段によって、フィードバックループの初期応答が改善されるため、実際の減速度は要求される減速度に密接に対応する。

さらなる改良は可能であり、坂道に直面した場合の過剰に早いかまたは過剰に遅い応答を防止するため、例えば坂道の入力信号２６がプロセッサ２０に直接与えられてもよい。

本発明に係る変形例および変更例は、添付されている特許請求の範囲内において実現可能である。

本発明の態様は、以下の番号付けられたパラグラフから明らかとなる。

態様１：
内燃エンジン、電気モータ、またはそれらの組み合わせによって直接駆動可能なハイブリッド電気車両の一貫性のあるオーバーラン応答特性を実現する方法であって、前記電気モータは発電機として動作可能であり、この方法は、
車両速度、トランスミッション速度比、勾配、車両質量、および車両モードのうちの一つ以上を参照して目標減速度を決定するステップと、
リアルタイムの車両減速度を測定するステップと、
前記目標減速度と、前記リアルタイムの車両減速度との間の差異を継続して決定するステップと、
負トルクを生成することによって前記差異を提供するように前記内燃エンジンおよび／または前記電気モータに指令を与えるステップと、を含む方法。

態様２：
前記差異は、可能な限り前記電気モータによって提供される、態様１に記載の方法。

態様３：
前記差異は、一定程度、燃料供給が遮断されるモードで動作する前記内燃エンジンによって、提供される、態様１に記載の方法。

態様４：
前記内燃エンジンは、クラッチを介して負トルクを供給するように構成されており、前記クラッチは前記負トルクの出力を変化させるためにスリップさせる、態様３に記載の方法。

態様５：
トランスミッションの速度比のダウンシフトを識別するステップと、
前記ダウンシフトされた速度比を参照して、前記目標減速度を変更するステップと、
変更される目標減速度への移行を円滑に行うステップを含む、態様１に記載の方法。

態様６：
前記移行ステップ切り替えは、所定の時間内で達成される、態様５に記載の方法。

態様７：
オーバーラン応答特性の要求を満たすために、アクセルペダルの実質的なゼロ位置を検知する予備的なステップを含む、態様１に記載の方法。

態様８：
目標減速度を達成するための負トルクの推定値を決定するステップと、
前記推定値を前記内燃エンジンおよび前記電気モータへの初期指令値として適用するステップと、
その後、継続的に前記差異を決定し、前記差異を提供するように前記内燃エンジンおよび前記電気モータに指令を与えるステップとを含む、態様１に記載の方法。

態様９：
勾配を継続的に監視するステップと、
勾配の閾値を超える勾配の変化を検知するステップと、
勾配の閾値を超える勾配変化によって前記目標減速度を調整するするステップとを含む、態様１に記載の方法。

態様１０：
ハイブリッド電気車両のトルク制御装置であって、前記トルク制御装置は、前記車両のための複数の減速度特性を有するプロセッサとメモリを備え、前記プロセッサは態様１に記載の方法を実行するようにされている、トルク制御装置。

態様１１：
内燃エンジン、電気モータ、またはそれらの組み合わせによって直接駆動可能なハイブリッド電気車両であって、態様１に記載の方法を実行するようにされている、ハイブリッド電気車両。

１１ 電気トルク制御装置
１２ 入力（車速）
１３ 入力（変速比）
１４ 入力（車両モード）
１５ 入力（地形）
１６ 入力（勾配）
１７ 目標減速度特性
１８ チップ機能
１９ 減速度特性
２０ プロセッサ
２１ 目標オーバーラントルク
２３ 減速度
２４ 推定モジュール
２４ コンパレータ
２５ 加算モジュール
２６ 入力（勾配）
１００ パラレルハイブリッド電気車両
１０１ 内燃エンジン
１０２ クラッチ
１０３ モータ／ジェネレータ（発電機）
１０４ クラッチ（第２のクラッチ）
１０５ ドライブシャフト
１０６ クラッチ制御装置
１０７ トルク制御装置
１０８ バッテリ

Claims (13)

1. 内燃エンジン、電気モータ、またはそれらの組み合わせによって直接駆動可能なハイブリッド電気車両の一貫性のあるオーバーラン応答特性を実現する方法であって、前記電気モータは発電機として動作可能であり、
   車両速度、トランスミッション速度比、勾配、車両質量、および車両モードのうちの一つ以上を参照して目標減速度を決定し、
   リアルタイムの車両減速度を測定し、
   前記目標減速度と、前記リアルタイムの車両減速度との間の差異を継続して決定し、
   負トルクを生成することによって前記差異を小さくするように前記内燃エンジンおよび／または前記電気モータに指令し、
   トランスミッションの速度比のダウンシフトを識別し、
   前記ダウンシフトされた変速比を参照することによって前記目標減速度を変更し、
   変更される目標減速度への移行を円滑に行うことを含む方法。
2. 前記差異は、少なくとも部分的に前記電気モータによって小さくされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記差異を小さくするために、前記電気モータは、前記内燃エンジンよりも優先される、請求項２に記載の方法。
4. 前記差異を小さくするのに十分なトルクが前記電気モータから得られないとき、前記差異を小さくするために前記内燃エンジンから追加のトルクを提供する、請求項３に記載の方法。
5. 前記負トルクの生成は、燃料供給が遮断されるモードで前記内燃エンジンを動作させることを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記内燃エンジンは、クラッチを介して負トルクを供給するように構成されており、前記クラッチは前記負トルクの出力を変化させるためにスリップさせる、請求項５に記載の方法。
7. 前記移行は、所定の時間内で達成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記変更される目標減速度は、運転手によるトランスミッションのダウンシフトの要求が発生した場合に決定される、請求項７に記載の方法。
9. オーバーラン応答特性の要求を満たすために、アクセルペダルの実質的なゼロ位置を検知する予備的なステップを含む、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 目標減速度を達成するための負トルクの推定値を決定し、前記推定値を前記内燃エンジンおよび前記電気モータへの初期指令値として適用し、その後、継続的に前記差異を決定し、前記差異を小さくするように前記内燃エンジンおよび／または前記電気モータに指令を与えることを含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 勾配を継続的に監視し、
    勾配の閾値を超える勾配の変化を検知し、
    勾配の閾値を超える勾配変化によって前記目標減速度を調整することを含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
12. ハイブリッド電気車両のトルク制御装置であって、プロセッサと、前記ハイブリッド電気車両のための複数の減速度特性を有するメモリを備え、前記プロセッサは前記請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法を実行するようにされている、前記トルク制御装置。
13. 内燃エンジン、電気モータ、またはそれらの組み合わせによって直接駆動可能なハイブリッド電気車両であって、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法を実行するようにされている、ハイブリッド電気車両。

Images