(57)【要約】  本発明は、自動車のユニットを最適な動作状態にするために、自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御する方法に関する。  モジュール（６）において、入力値として少なくとも目標値を受け取るユニット複合体（１）の最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求め、ただし、前記目標値はモジュール（５）により形成し、続いてこのモジュール（５）において、モジュール（３）において求めた量及びモジュール（２）からの実際動作状態（ｘ）を別の基準量とともにひとまとめにし、続いて前記モジュール「実際動作状態の決定」（２）において、前記ユニット複合体（１）のユニットの状態の検出から得た測定量（ｙ）をひとまとめにし、前記ユニット複合体（１）の最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求めた後に、モジュール（８）において、前記実際動作状態（ｘ）と前記最適動作状態（ｘｏｐｔ）に基づいて目標動作状態（ｘｓｏｌｌ）を求め、このモジュール（８）により現時点の動作状態（ｘ）と達成すべき動作状態（ｘｏｐｔ）との間で穏やかな移行が行われるようにする。
2005512871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のユニットを最適な動作状態にするために、自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御する方法において、
モジュール「最適動作状態の決定」（６）において、入力値として少なくとも目標値を受け取るユニット複合体（１）の最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求め、ただし、前記目標値はモジュール「目標量の生成」（５）により形成し、続いて前記モジュール「目標量の生成」（５）において、モジュール「運転者要望の検出」（３）において求めた量及びモジュール「実際動作状態の決定」（２）からの実際動作状態（ｘ）を別の基準量とともにひとまとめにし、続いて前記モジュール「実際動作状態の決定」（２）において、前記ユニット複合体（１）のユニットの状態の検出から得た測定量（ｙ）をひとまとめにし、前記ユニット複合体（１）の最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求めた後に、モジュール「目標動作状態の決定」（８）において、前記実際動作状態（ｘ）と前記最適動作状態（ｘｏｐｔ）に基づいて目標動作状態（ｘｓｏｌｌ）を求め、前記モジュール「目標動作状態の決定」（８）により現時点の動作状態（ｘ）と達成すべき動作状態（ｘｏｐｔ）との間で穏やかな移行が行われるようにすることを特徴とする、自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御する方法。
【請求項２】
前記ユニット複合体（１）を操作量（ｕ）のベクトルにより制御し、ただし、制御される各々のユニットは、例えば機械的エネルギーから電気的エネルギーへのコンバータに対する制御信号（ｕｍｅ）などの制御信号のための入力側を有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
モジュール「ユニット複合体の制御」（９）により、前記ユニット複合体（１）に動作状態（ｘｓｏｌｌ）が生じるように、前記操作量（ｕ）のベクトルを求める、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ユニット複合体（１）のユニットの制御はそれぞれ１つの制御ユニット−ＭＥ，ＥＤＣ，インバータ制御部−により行う、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ユニット複合体（１９）のユニットの状態を把握する基になる測定量（ｙ）をセンサにより直接求める、又は、前記測定量（ｙ）が微分された量を含んでいる場合には、ユニット制御装置により求める、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記測定量（ｙ）をひとまとめにする際及びモジュール「実際動作状態の決定」（２）において前記ユニット複合体（１）の実際動作状態（ｘ）を求める際、前記ユニット及び前記ユニット複合体（１）を記述するための物理的な計算モデルを考慮する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
別の基準量として、例えばクルーズコントロール又はＡＣＣなどの運転者支援システム（４）により求められた量をモジュール「目標量の生成」（５）に供給する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
モジュール「運転者要望の検出」（３）において、車輪への駆動力に対する要望、電気的負荷を作動させるために電気系統が供給する電力に対する要望、及び室内空気調整のための熱出力に対する要望から得られる量を検出する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
モジュール「目標量の生成」（５）により、動力（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）、電力（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）、及び熱出力（Ｐｔ，ｓｏｌｌ）の目標量を求める、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
モジュール「最適動作状態の決定」（６）に対して、別のモジュール（７）での検出によるパラメータベクトル（ａ）によって、運転者タイプ、走行状況、及び環境諸量に関する情報を提供する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求めるために、前記モジュール「最適動作状態の決定」（６）において、走行動作中にリアルタイムで可能な複数の動作状態（ｘｋ）を算出し、それにより、前記ユニット複合体（１）は要求された動力（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）、要求された電力（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）、及び要求された熱出力（Ｐｔ，ｓｏｌｌ）を準備する、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
物理的結合、貯蔵システムの限界、及びユニットの容量を充たすように前記動作状態（ｘｋ）を選択し、その際、各動作状態（ｘｋ）に関して、計算規則
Ｖ＝εｃ＊νｃ（ａ）＊ｄＥｃ／ｄｔ＋
εｍ＊νｍ（ａ）＊ｄＥｍ／ｄｔ＋
εｅ＊νｅ（ａ）＊ｄＥｅ／ｄｔ＋
εｔ＊νｔ（ａ）＊ｄＥｔ／ｄｔ
に従って一般化された消費量（Ｖ）を算出する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
各動作状態（ｘｋ）に関して、計算規則
Ｇ（ｘ）＝γ１（ａ）＊Ｇ１（ｘ）＋γ２（ａ）＊Ｇ２（ｘ）＋
γ３（ａ）＊Ｇ３（ｘ）＋γ４（ａ）＊Ｇ４（ｘ）＋
γ５（ａ）＊Ｇ５（ｘ）＋γ６（ａ）＊Ｇ６（ｘ）＋
γ７（ａ）＊Ｇ７（ｘ）＋γ８（ａ）＊Ｇ８（ｘ）
及び
Γ（ｘ）＝Ｖ（ｘ）−Ｇ（ｘ）＋ΔＰ（ｘ）
に従って品質関数（Γ）の値を計算し、その際、品質関数（Γ）が最小値をとる動作状態（ｘｋ)を最適動作状態（ｘｏｐｔ）として定める、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
オフライン最適化計算において、それぞれの車速（ｖ）と、要求された動力（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）、要求された電力（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）、及び要求された熱出力（Ｐｔ，ｓｏｌｌ）からなるそれぞれの組合せとに関して、前記品質関数（Γ）を最小化する最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求め、その際、パラメータ（ａ）のさまざまな値に対して上記計算を行う、請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
最適動作状態（ｘｏｐｔ）をモジュール「最適動作状態の決定」（６）において指定された入力量（ｖ）、（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）、（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）、（Ｐｔ，ｓｏｌｌ）、及び（ａ）を有する多次元特性マップにファイルする、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の、自動車のユニットを最適な動作状態にするために、自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御する方法を実行するための装置において、
内燃機関（１１）に割当てられたエンジン制御部（１３）、電動機（１２）に割当てられた、有利にはパルスインバータ（１４）の形態の制御部、及び、自動変速機（１５）に割当てられた変速機制御部（１６）が、ＣＡＮバス（１７）を介して車両制御装置（１８）と接続されており、
前記車両制御装置（１８）により、アクセルペダル（１９）の位置と、アクセルペダル（１９）の位置から、駆動のための動力（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）に対する運転者の要望とが導出可能であることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載の、自動車のユニットを最適な動作状態にするために、自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御する方法を実行するための装置。
【請求項１７】
前記車両制御装置（１９）により、前記エンジン制御部（１３）に対しては目標エンジントルク（Ｍｍ，ｓｏｌｌ）が、前記パルスインバータ（１４）に対しては目標トルク（Ｍｅ，ｓｏｌｌ）が、前記電動機１２と前記変速機制御部（１６）とに対しては目標変速段（ｇｓｏｌｌ）が予め設定される、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記車両制御装置（１９）により、電気的負荷、電気系統に接続された前記パルスインバータ（１４）、及びバッテリ（２０）の電力需要（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）が検出可能である、請求項１７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費量、快適性、排出量、及び動的走行特性の最適化を目的として、ひていは、例えば貯蔵システム、コンバータ、トランスフォーマ、及びエネルギー散逸のためのユニットなどの自動車のユニットの動作状態を最適化するために、例えば車輪への駆動力、リヤウィンドウデフォッガ、及び室内エアコンなどの自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調して制御する方法、ならびに連続制御の方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
従来の技術
自動車内の出力の伝達を制御するため、多くの方法及びこれらの方法を実施する多くの装置が公知である。例えば、ＤＥ  １９７  ０３  ８６３  Ａ１には、駆動制御を行う方法及び装置、つまり、自動車のドライブトレインにおける動力の伝達を制御する方法及び装置が開示されている。Ｈｏｅｔｚｅｒ，Ｄ．：“Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ  ｅｉｎｅｒ  Ｓｃｈａｌｔｇｅｔｒｉｅｂｅ”，ｅｘｐｅｒｔ  ｖｅｒｌａｇ，Ｒｅｎｎｉｎｇｅｎ，１９９９も参照せよ。これらの方法がどのように機能するかには関係なく、それらの目的はつねに燃費の最小化と走行特性の最適化であり、これは内燃機関とドライブトレインの協調制御により達成される。
【０００３】
しかし、自動車内の熱出力の伝達を制御するシステム、とりわけ、温度管理及び空気調整のためのシステム、ならびに、自動車の電気系統内の電力の伝達を制御するシステム、例えば電気エネルギー管理及び負荷管理のためのシステムも公知である。これらは、例えば、Ｓｃｈｏｅｔｔｌｅ，Ｒ．及びＳｃｈｒａｍｍ，Ｄ．の論文“Ｚｕｋｕｅｎｆｔｉｇｅ  Ｅｎｅｒｇｉｅｂｏｒｄｎｅｔｚｅ  ｉｍ  Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇ”，Ｊａｈｒｂｕｃｈ  Ｆａｈｒｚｅｕｇ−  ｕｎｄ  Ｖｅｒｋｅｈｒｓｔｅｃｈｎｉｋ，ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ，１９９７に開示されている。
【０００４】
しかしながら、公知のすべての方法及びシステムは、つねに自動車内の機械的、電気的、又は熱的な出力伝達のエネルギー形態のみを重点的に考慮しており、それゆえ自動車内でのこれらのエネルギー形態の間の物理的な結合は実質的に考慮されていない。
【０００５】
発明の利点
本発明によれば、消費量、快適性、排出量、及び走行特性を最適化するために、自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調して制御する方法ならびに装置が提供される。この方法及び装置では、機械的、電気的、熱的、及び化学的なエネルギーの貯蔵システム、これらのエネルギー形態の間でエネルギーを変換するコンバータ、それぞれのエネルギー形態のうちの１つエネルギー形態の内でエネルギーを変換するコンバータ、ならびにすべてのエネルギー形態のエネルギーを散逸するユニットの間の物理的な結合により、自動車内のすべてのエネルギー形態が考慮される。
【０００６】
これらの利点は、本発明により、モジュール「最適動作状態の決定」において、入力値として少なくとも目標値を受け取るユニット複合体の最適動作状態ｘｏｐｔを求め、ただし、前記目標値はモジュール「目標量の生成」により形成し、続いて前記モジュール「目標量の生成」において、モジュール「運転者要望の検出」において求めた量及びモジュール「実際動作状態の決定」による実際動作状態ｘを別の基準量とともにひとまとめにし、続いて前記モジュール「実際動作状態の決定」において、前記ユニット複合体のユニットの状態の検出から得た測定量ｙをひとまとめにし、前記ユニット複合体の最適動作状態ｘｏｐｔを求めた後に、モジュール「目標動作状態の決定」において、前記実際動作状態ｘと前記最適動作状態ｘｏｐｔに基づいて目標動作状態ｘｓｏｌｌを求め、前記モジュール「目標動作状態の決定」により現時点の動作状態ｘと達成すべき動作状態ｘｏｐｔとの間で穏やかな移行が行われるようにすることで達成される。
【０００７】
その際、ユニット複合体は操作量ｕのベクトルにより制御される。なお、制御される各々のユニットは、例えば機械的エネルギーから電気的エネルギーへのコンバータに対する制御信号ｕｍｅなどの制御信号のための入力側を有する。操作量ｕのベクトルは、ユニット複合体に動作状態ｘｓｏｌｌが生じるように、モジュール「ユニット複合体の制御」によって求められる。ユニット複合体の本来の制御はそれぞれ１つの制御ユニット−ＭＥ，ＥＤＣ，インバータ制御部−により行うことができる。
【０００８】
ユニット複合体のユニットの状態を把握する基となる測定量ｙが微分された量を含んでいる場合には、測定量ｙはセンサにより直接求めたり、又はユニット制御装置により求めることができるが、測定量をひとつにまとめる際及びモジュール「実際動作状態の決定」においてユニット複合体の実際動作状態ｘを求める際には、ユニット及びユニット複合体を記述する物理的な計算モデルが考慮される。
【０００９】
本発明による方法を実行する際、別の基準値として、モジュール「目標量の生成」に対して、例えばクルーズコントロール又はＡＣＣなどの運転者支援システムにより求められた量が供給される。しかし、モジュール「運転者要望の検出」において、車輪への駆動力に対する要望、例えばライト、リアウィンドウデフォッガ及びラジオなどのような電気的負荷を作動させるために電気系統が供給する電力に対する要望、及び室内空気調整のための熱出力に対する要望から得られる量も、モジュール「目標量の生成」に供給されるので、これらは、モジュール「目標量の生成」において、運転者支援システムにより求められた量とひとまとめにされる。これにより、動力（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）、電力（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）、及び熱出力（Ｐｔ，ｓｏｌｌ）の目標量が求められる。
【００１０】
最適動作状態ｘｏｐｔを求める目的で、モジュール「最適動作状態の決定」にはさらに、別のモジュールでの検出によるパラメータベクトルａによって、運転者タイプ、走行状況、及び環境諸量に関する情報が供給される。
【００１１】
本発明の別の特徴によれば、最適動作状態ｘｏｐｔを求めるために、モジュール「最適動作状態の決定」において、走行動作中にリアルタイムで可能な複数の動作状態ｘｋが求められ、それにより、要求された動力（Ｐｍ，ｓｏｌｌ）、要求された電力（Ｐｅ，ｓｏｌｌ）、及び要求された熱出力（Ｐｔ，ｓｏｌｌ）が準備される。ただし、動作状態ｘｋは、物理的結合、貯蔵システムの限界、及びユニットの容量が充足されるように選択される。その際、各動作状態（ｘｋ）に対して、計算規則
Ｖ＝εｃ＊νｃ（ａ）＊ｄＥｃ／ｄｔ＋
εｍ＊νｍ（ａ）＊ｄＥｍ／ｄｔ＋
εｅ＊νｅ（ａ）＊ｄＥｅ／ｄｔ＋
εｔ＊νｔ（ａ）＊ｄＥｔ／ｄｔ
に従って一般化された消費量Ｖが求められる。
【００１２】
同様に、各動作状態ｘｋに対して、計算規則
Ｇ（ｘ）＝γ１（ａ）＊Ｇ１（ｘ）＋γ２（ａ）＊Ｇ２（ｘ）＋
γ３（ａ）＊Ｇ３（ｘ）＋γ４（ａ）＊Ｇ４（ｘ）＋
γ５（ａ）＊Ｇ５（ｘ）＋γ６（ａ）＊Ｇ６（ｘ）＋
γ７（ａ）＊Ｇ７（ｘ）＋γ８（ａ）＊Ｇ８（ｘ）
及び
Γ（ｘ）＝Ｖ（ｘ）−Ｇ（ｘ）＋ΔＰ（ｘ）
に従って品質関数Γの値が計算される。その際、品質関数Γが最小値をとる動作状態ｘｋを最適動作状態ｘｏｐｔとして定める。
【００１３】
最適動作状態ｘｏｐｔを求めるために、モジュール「最適動作状態の決定」において、択一的に第２の変更形態として以下のような方法ステップを実現してもよい。この方法ステップによれば、オフライン最適化計算において、それぞれの車速ｖと、要求された動力Ｐｍ，ｓｏｌｌ、要求された電力Ｐｅ，ｓｏｌｌ、及び要求された熱出力Ｐｔ，ｓｏｌｌからなるそれぞれの組合せとに対して、品質関数Γを最小化する最適動作状態ｘｏｐｔが求められ、その際、パラメータａのさまざまな値に対して上記計算が行われる。最適動作状態ｘｏｐｔは、モジュール「最適動作状態の決定」（６）において指定された入力量ｖ、Ｐｍ，ｓｏｌｌ、Ｐｅ，ｓｏｌｌ、Ｐｔ，ｓｏｌｌ、及びａを有する多次元特性マップにファイルされる。なお、出力量は最適動作状態ｘｏｐｔである。
【００１４】
自動車のユニットを最適な動作状態にするため自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御する方法を実行するために、本発明はさらに装置を予定している。この装置では、内燃機関に割当てられたエンジン制御部、電動機に割当てられた、有利にはパルスインバータの形態の制御部、及び、自動変速機に割当てられた変速機制御部が、ＣＡＮバスを介して車両制御装置と接続されており、車両制御装置により、アクセルペダルの位置と、アクセルペダルの位置から、駆動のための動力Ｐｍ，ｓｏｌｌに対する運転者の要望とが導出可能である。これに関連して、車両制御装置は、エンジン制御部に対しては目標エンジントルクＭｍ，ｓｏｌｌを、パルスインバータに対しては目標トルクＭｅ，ｓｏｌｌを、電動機と前記変速機制御部とに対しては目標変速段ｇｓｏｌｌを予め設定する。さらに、この装置では、車両制御装置により、電気的負荷、電気系統に接続されたパルスインバータ、及びバッテリの電力需要Ｐｅ，ｓｏｌｌが検出可能である。
【００１５】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている特徴から得られる。
【００１６】
図面
以下では、実施例において、添付した図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本方法に関与する、自動車のユニット複合体のユニットのシステムのスケッチと、これらユニットの物理的なネットワーク結合とを示しており、
図２は、自動車内の出力の伝達を協調制御する方法を実現する制御システムの概略的な流れ図を示しており、
図３は、本方法を自動車のドライブトレインに対して技術的に実施するためのブロック線図を示しており、
図４は、図２によるモジュール「最適動作状態の決定」において最適動作状態を決定するための概略的な流れ図を示している。
【００１８】
実施例の説明
図１によるユニット複合体は動力Ｐｍ，ｓｏｌｌ、電力Ｐｅ，ｓｏｌｌ、及び熱出力Ｐｔ，ｓｏｌｌを供給する。ユニット複合体は化学的、機械的、電気的、及び熱的な貯蔵器を使用することができ、この貯蔵器の内蔵エネルギー量をそのつど減少、増加、又は一定に保つことができる。化学的貯蔵器の内蔵エネルギー量をＥｃ、機械的貯蔵器の内蔵エネルギー量をＥｍ、電気的貯蔵器の内蔵エネルギー量をＥｅ、熱的貯蔵器の内蔵エネルギー量をＥｔとする。化学的貯蔵器の内蔵エネルギー量の変化率はｄＥｃ／ｄｔであり、機械的貯蔵器の内蔵エネルギー量の変化率はｄＥｍ／ｄｔであり、電気的貯蔵器の内蔵エネルギー量の変化率はｄＥｅ／ｄｔであり、熱的貯蔵器の内蔵エネルギー量の変化率はｄＥｔ／ｄｔである。各ユニットの動作状態はベクトルｘｉによって表すことができる。ベクトルｘｉの成分は、例えば回転数、トルク、温度、電流などのユニットの状態量を記述する。こうして、
−  例えば内燃機関などの化学的エネルギーから機械的エネルギーへのコンバータの動作状態は、ｘｃｍによって、
−  例えば発電機などの機械的エネルギーから電気エネルギーへのコンバータの動作状態は、ｘｅｍによって、
−  例えば電気ヒータなどの電気エネルギーから熱エネルギーへのコンバータの動作状態は、ｘｅｔによって、
−  例えば燃料電池などの化学的エネルギーから電気エネルギーへのコンバータの動作状態は、ｘｃｅによって、
−  例えば冷却すべきベアリングなどの機械的エネルギーから熱エネルギーへのコンバータの動作状態は、ｘｍｔによって、
−  例えばパーキングヒータなどの化学的エネルギーから熱エネルギーへのコンバータの動作状態は、ｘｃｔによって、
記述される。
【００１９】
トランスフォーマの動作状態も同様に記述される。こうして、
−  例えばメタノールから水素への改質装置などの化学的トランスフォーマの動作状態は、ｘｃｃによって、
−  例えば自動変速機などの機械的トランスフォーマの動作状態は、ｘｍｍによって、
−  例えばＤＣコンバータのような電気的トランスフォーマの動作状態は、ｘｅｅによって、
−  例えば熱交換器などの熱的トランスフォーマの動作状態は、ｘｔｔによって
記述される。
【００２０】
ユニットのうちの各々、つまり、貯蔵システム、コンバータ、及びトランスフォーマは、ユニット複合体内に複数あってよい。これに相応して、記述のために別の動作状態ｘｉが考慮される。
【００２１】
ユニットは複数のエネルギー形態の変換も行うことができる。例えば、内燃機関は化学的エネルギーを機械的エネルギーと熱エネルギーに変換する。この種のユニットの状態も同様に、例えばｘｃｍｔのような動作状態によって一意に記述される。
【００２２】
ユニット複合体は、機械的、電気的、及び／又は熱的なエネルギーの複数の出力を供給することができる。例えば、１４／４２Ｖの二電圧電気系統を有するユニット複合体は、１４Ｖを有する電気的負荷のための出力と、４２Ｖを有する電気的負荷のための出力とを提供することができる。また、例えばパワーテークオフを備えた商用車の場合、複数の機械的な出力も可能である。
【００２３】
ユニットの動作状態ｘｉと貯蔵システムの内蔵エネルギー量の集合は、計算規則１に従ってユニット複合体の総動作状態ｘを記述する：
ｘ＝（Ｅｃ，Ｅｍ，Ｅｅ，Ｅｔ，ｘｃｍ，ｘｃｅ，ｘｃｔ，
ｘｃｃ，ｘｃｄ，ｘｍｅ，ｘｍｔ，ｘｍｍ，ｘｍｄ，
ｘｅｍ，ｘｅｔ，ｘｅｅ，ｘｅｄ，ｘｔｔ，ｘｔｄ）
図２によるユニット複合体の出力伝達及び状態の協調制御のための制御システムでは、ユニット複合体１は操作量ｕのベクトルによって制御される。制御される各々のユニットは制御信号のための入力側、例えば、機械的エネルギーから電気エネルギーへのコンバータに対する制御信号ｕｍｅのための入力側を有している。ユニットの本来の制御はそれぞれ１つの制御ユニット、例えばＭＥ，ＥＤＣ，インバータ制御部により行うことができる。ユニット複合体１のユニットの状態は測定量ｙのベクトルにより把握される。これらの測定量は図示されていないセンサによって直接求められるか、又は、ユニット制御装置により求められる導出された量を含んでいてもよい。モジュール「実際動作状態の決定」２では、測定量ｙがまとめられ、ユニット複合体１の実際動作状態ｘが求められる。このために、ユニット及びユニット複合体１を記述するための物理的な計算モデル、例えばオブザーバを考慮してもよい。
【００２４】
モジュール「運転者要望の検出」３では、運転者の要望が検出される。運転者の要望には、とりわけ、車輪への駆動力に対する要望、例えばライト、リアウィンドウデフォッガ、ラジオのような電気的負荷を作動させるために電気系統が供給しなければならない電力に対する要望、及び室内空気調整のための熱出力に対する要望が含まれる。運転者支援システム４も同様に基準量を生成することができる。これらは、モジュール「目標量の生成」５において、モジュール「運転者要望の検出」３により求められた量とひとまとめにされる。このモジュールは、動力Ｐｍ，ｓｏｌｌ、電力Ｐｅ，ｓｏｌｌ、及び熱出力Ｐｔ，ｓｏｌｌの目標量を求める。これらの目標量の各々は繰り返し生成されてもよい。
【００２５】
制御システムの中核はモジュール「最適動作状態の決定」６により形成されている。このモジュールはユニット複合体１の最適動作状態ｘｏｐｔを求める。このモジュールは、入力量として、モジュール「目標量の生成」５からの目標量と、モジュール「実際動作状態の決定」２からの実際動作状態とを受け取る。さらに、運転者タイプ、走行状況、及び環境諸量に関する情報も考慮される。これらの情報は、モジュール７がパラメータベクトルａにより用意する。
【００２６】
モジュール「目標動作状態の決定」８は、実際動作状態ｘと最適動作状態ｘｏｐｔとに基づいて目標動作状態ｘｓｏｌｌを求める。このモジュール８は、その時点での動作状態ｘと目標として達成すべき最適動作状態ｘｏｐｔとの間で緩やかな移行が行われるようにする。モジュール「ユニット複合体の制御」９は、ユニット複合体１に動作状態ｘｓｏｌｌが生じるように、操作量ｕのベクトルを求める。
【００２７】
本発明による方法は消費量、快適性、排出量、及び動的走行特性を最適化するものであることから、このために、一般化された消費量Ｖが計算規則２
Ｖ＝εｃ＊νｃ（ａ）＊ｄＥｃ／ｄｔ＋
εｍ＊νｍ（ａ）＊ｄＥｍ／ｄｔ＋
εｅ＊νｅ（ａ）＊ｄＥｅ／ｄｔ＋
εｔ＊νｔ（ａ）＊ｄＥｔ／ｄｔ
に従って決定される。
【００２８】
ここで、係数εｃは貯蔵されたエネルギーの有用性の度合いの違いを表すエネルギー当量である。例えば、機械的エネルギーのための貯蔵器に貯蔵されているエネルギーは、燃料タンクに貯蔵されている化学的エネルギーよりも高いエネルギー当量をもっている。エネルギー当量の値は走行動作中に長期的に調整することができる。
【００２９】
係数ν（ａ）は、個々の貯蔵器の内蔵エネルギー量の変化を重み付ける重み係数である。係数ν（ａ）の値はパラメータベクトルａに依存して求められる。このパラメータベクトルａは、とりわけ、運転者タイプ（スポーティ、経済的）、走行状況（カーブ、市街地走行）、及び環境諸量（傾斜、車道のカテゴリ、温度）を記述する。環境諸量は、これから先の道程に関する情報、テレマティクスシステムにおいて使用しうる情報、特に、これから先の車道の曲がり具合、これから先の車道の傾斜、次の交差点までの距離なども含む。
【００３０】
動的走行特性、排出量、及び快適性の最適化のために、一般化された品質度数Ｇｉがユニット複合体１の動作状態ｘに依存して定義される：
−  品質度数Ｇ１（ｘ）は、動作状態ｘにおける機械的エネルギーの動的予備出力を記述する。機械的エネルギーの動的予備出力は、ユニット複合体１が動作状態ｘにおいて比較的高い時間的動特性をもって使用できる−動作状態ｘにおいて供給される機械的エネルギーＰｍ（ｘ）を超えた−付加的な機械的エネルギーはどれであるかを示す。機械的エネルギーの動的予備出力は、電動機と内燃機関とによる車両駆動の場合には、例えば、動作状態ｘのときの内燃機関回転数における内燃機関の最大出力、動作状態ｘのときの電動機回転数における電動機の最大出力、及びバッテリの充電状態に依存する。
−  品質度数Ｇ２（ｘ）は動作状態ｘにおける電気エネルギーの動的予備出力を記述する。電気エネルギーの動的予備出力は、ユニット複合体１が動作状態ｘにおいて比較的高い時間的動特性をもって使用できる−動作状態ｘにおいて供給される電気エネルギーＰｅ（ｘ）を超えた−付加的な電気エネルギーはどれであるかを示す。
−  品質度数Ｇ３（ｘ）は動作状態ｘにおける熱エネルギーの動的予備出力を記述する。熱エネルギーの動的予備出力は、ユニット複合体１が動作状態ｘにおいて比較的高い時間的動特性をもって使用できる−動作状態ｘにおいて供給される熱エネルギーＰｔ（ｘ）を超えた−付加的な熱エネルギーはどれであるかを示す。
−  品質度数Ｇ４（ｘ）は動作状態ｘにおける空気汚染物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）の排出量を記述する。ただし、排出量が少ないほどＧ４（ｘ）の値は大きくなる。
−  品質度数Ｇ５（ｘ）は動作状態ｘにおける車両周囲への音の排出量を記述する。ただし、音の排出量が少ないほどＧ５（ｘ）の値は大きくなる。
−  品質度数Ｇ６（ｘ）は動作状態ｘにおける車両搭乗者に対する振動快適性を記述する。ただし、快適性が高いほどＧ６（ｘ）の値は大きくなる。
−  品質度数Ｇ７（ｘ）は動作状態ｘにおける車両室内への音の排出量を記述する。ただし、音の排出量が少ないほどＧ７（ｘ）の値は大きくなる。
−  品質度数Ｇ８（ｘ）は動作状態ｘにおけるユニット及び貯蔵器の消耗を記述する。消耗が少ないほど、すなわち、寿命が長いほど、Ｇ８（ｘ）の値は大きくなる。
【００３１】
総品質度数Ｇ（ｘ）は計算規則３
Ｇ（ｘ）＝γ１（ａ）＊Ｇ１（ｘ）＋γ２（ａ）＊Ｇ２（ｘ）＋
γ３（ａ）＊Ｇ３（ｘ）＋γ４（ａ）＊Ｇ４（ｘ）＋
γ５（ａ）＊Ｇ５（ｘ）＋γ６（ａ）＊Ｇ６（ｘ）＋
γ７（ａ）＊Ｇ７（ｘ）＋γ８（ａ）＊Ｇ８（ｘ）
に従って決定される。重み係数γ（ａ）はパラメータベクトルａに依存して決定される。
【００３２】
消費量、快適性、排出量、及び走行特性の最適化のため、本発明による方法は品質関数を計算規則４
Γ（ｘ）＝Ｖ（ｘ）−Ｇ（ｘ）＋ΔＰ（ｘ）
に従って最小化する。ここで、ΔＰ（ｘ）は、ユニット複合体１により供給された出力の目標出力からの偏差を以下の計算規則５に従って記述するものである。
【００３３】
ΔＰ（ｘ）＝πｍ（ａ）＊（Ｐｍ，ｓｏｌｌ−Ｐｍ（ｘ））＋
πｅ（ａ）＊（Ｐｍ，ｓｏｌｌ−Ｐｅ（ｘ））＋
πｔ（ａ）＊（Ｐｍ，ｓｏｌｌ−Ｐｔ（ｘ））
重み係数πｍ（ａ）、πｅ（ａ）、及びπｔ（ａ）はパラメータベクトルａに依存して決定される。
【００３４】
モジュール「最適動作状態の決定」において最適動作状態ｘｏｐｔを求めるために、択一的に２つの異なる方法を実施してもよい。
１．走行動作中にリアルタイムで複数の可能な動作状態ｘを求め、それにより、ユニット複合体が要求された動力Ｐｍ，ｓｏｌｌ、要求された電力Ｐｅ，ｓｏｌｌ、及び要求された熱出力Ｐｔ，ｓｏｌｌを準備する。動作状態ｘは物理的結合、貯蔵システムの限界、及びユニットの容量を充たすように選択される。各動作状態ｘｋに関して、計算規則２に従って一般化された消費量Ｖを求める。同様に、各動作状態ｘｋに関して、計算規則３及び４に従って、品質関数Γの値を求める。品質関数が最小の値をとる動作状態が、最適動作状態ｘｏｐｔとして決定される。
２．オフライン最適化計算において、それぞれの車速ｖと、要求された動力Ｐｍ，ｓｏｌｌ、要求された電力Ｐｅ，ｓｏｌｌ、及び要求された熱出力Ｐｔ，ｓｏｌｌからなるそれぞれの要求された組合せとに対して、品質関数Γを最小化する最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求める。この計算はパラメータａのさまざまな値に対して行われる。最適動作状態ｘｏｐｔを、入力量ｖ、Ｐｍ，ｓｏｌｌ、Ｐｅ，ｓｏｌｌ、Ｐｔ，ｓｏｌｌ、及びａを有する多次元特性マップにファイルする。多次元特性マップの初期量は最適動作状態ｘｏｐｔである。多次元特性マップはモジュール「最適動作状態の決定」６において実施される。
【００３５】
図３には、自動車内の機械的、電気的、及び熱的出力の伝達を協調制御するための方法の実施が、内燃機関１１のクランクシャフト１０にクランクシャフトスタータダイナモのような電動機１２が配置されている自動車のドライブトレインに関連して示されている。内燃機関１１がエンジン制御部１３によって制御されている間、電動機１２の制御がパルスインバータ１４により行われる。自動変速機１５は変速機制御部１６により制御される。変速機制御部１６もエンジン制御部１３もパルスインバータ１４も、ＣＡＮバス１７を介して、本発明による方法を実行する車両制御装置１８に接続されている。車両制御装置１８はアクセルペダル１９の位置を検出し、アクセルペダル１９の位置から駆動のための動力Ｐｍ，ｓｏｌｌに対する運転者の要望を導出する。車両制御装置１８は、エンジン制御部１３に対しては目標エンジントルクＭｍ，ｓｏｌｌを、パルスインバータ１４に対しては電動機１２の目標トルクＭｅ，ｓｏｌｌを予め設定する。変速機制御部１６に対しては目標変速段ｇｓｏｌｌが予め設定される。パルスインバータ１４は電気系統に接続されており、さらには電気的負荷及びバッテリ２０にも接続されている。車両制御装置１８は、それ自体公知の装置を介して、電気的負荷の電力Ｐｅ，ｓｏｌｌの要求を検出する。
【００３６】
以下では、図２によるモジュール「最適動作状態の決定」６における最適動作状態ｘｏｐｔの決定を、図４による概略的な流れ図に基づいて説明する。
【００３７】
要求された動力Ｐｍ，ｓｏｌｌから、計算規則Ｍｇａ，ｓｏｌｌ＝Ｐｍ，ｓｏｌｌ／ｎｇａに従って、目標変速機出力トルクＭｇａ，ｓｏｌｌが求められる。変速機出力回転数はｎｇａである。目標変速機入力トルクＭｇｅ，ｓｏｌｌは、Ｍｇｅ，ｓｏｌｌ＝Ｍｇａ，ｓｏｌｌ／ｍｕｅｇと計算される。ここで、ｍｕｅｇは、現在入れられている変速段における自動変速機のトルク増幅を表す。
【００３８】
図３によるドライブトレインに対しては、計算規則６に従って、関係
Ｍｇｅ＝Ｍｍ＋Ｍｅ
が成り立つ。ここで、Ｍｍは有効エンジントルクを表し、Ｍｅは電動機１２のトルクを表している。ユニット複合体１の動作状態は計算規則７
ｘ＝（Ｍｍ，Ｍｅ，ｇ，ｎｇａ）
によって特徴付けられる。ここで、ｇは入れられている変速段を表し、ｎｇａは変速機出力回転数を表している。エンジン回転数ｎｍと電動機１２の回転数ｎｅは等しく、変速段ｇと変速機出力回転数ｎｇａとによって決定される。
【００３９】
可能な動作状態ｘｋは、最小及び最大トルクに対する特性曲線の限界内で電動機１２のトルクＭｅを、許容可能なステップ幅の離散的なステップで変化させることにより決定される。
【００４０】
電動機１２のトルクＭｅと回転数ｎｅとから、特性マップにより、電動機１２の電力Ｐｅｌｍが得られる。正のトルク（機関が駆動している）は電力の受け取り（Ｐｅｌｍ＜０）につながる。負のトルク（機関は発電機モードで動作している）は電力の放出（Ｐｅｌｍ＞０）につながる。要求された電力Ｐｅ，ｓｏｌｌと電動機１２によって受け取られた／放出された電力とから、バッテリ２０の電力放出が計算規則８
Ｐｂａｔｔ＝Ｐｅｌｍ−Ｐｅ，ｓｏｌｌ
に従って計算される。これ以降は、所定の区間にＰｂａｔｔが留まっている動作状態ｘｋが追跡される。この区間はバッテリ２０の充電状態ＳＯＣに依存して定めてもよい。
【００４１】
Ｐｂａｔｔから、バッテリ２０の効率特性マップによりｄＥｄ／ｄｔが求められる。
【００４２】
計算規則９
Ｍｍ，ｓｏｌｌ＝Ｍｇｅ，ｓｏｌｌ−Ｍｅ
に従って得られた目標エンジントルクと内燃機関１１の燃費特性マップとから、ｄＥｃ／ｄｔが求められる。量ｄＥｍ／ｄｔ及びｄＥｔ／ｄｔは実施例ではゼロに設定されている。計算規則２，３及び４により、Γが最小値をとる動作状態
ｘｋ＝（（Ｍｇｅ，ｓｏｌｌ−Ｍｅ，ｋ），（Ｍｅ，ｋ），ｇ，ｎｇａ）
が選び出される。目標動作状態ｘｓｏｌｌは最適動作状態ｘｏｐｔに等しく設定される。図２のモジュール「ユニット複合体の制御」９において求められるユニットに対する制御量は、Ｍｍ，ｓｏｌｌ，Ｍｅ，ｓｏｌｌ及びｇｓｏｌｌである。
【００４３】
上述の流れでは、変速段ｇｓｏｌｌは変更されず、むしろ、変速段は変速機制御のための計算ブロックにより予め設定されることが前提されている。しかしながら、別の有利な実施形態では、目標変速段は図２によるモジュール「最適動作状態の決定」において最適化法により決定される。このために、現時点の変速段に対しても、次に高い変速段及び次に低い変速段に対しても、上記の計算ステップが実行される。品質関数Γが最小値をとる変速段が、最適変速段として求められる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本方法に関与する、自動車のユニット複合体のユニットのシステムのスケッチと、これらユニットの物理的なネットワーク結合とを示す。
【００４５】
【図２】自動車内の出力の伝達を協調制御する方法を実現する制御システムの概略的な流れ図を示す。
【００４６】
【図３】本方法を自動車のドライブトレインに対して技術的に実施するためのブロック線図を示す。
【００４７】
【図４】図２によるモジュール「最適動作状態の決定」において最適動作状態を決定するための概略的な流れ図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月2日(2003.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
自動車のユニットを最適な動作状態にするために、自動車内の出力の伝達を協調制御する方法であって、入力量として目標値と実際動作状態（ｘ）とを受信するモジュール「最適動作状態の決定」（６）において、ユニット複合体（１）の最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求めるようにした方法において、
自動車内の機械的、電気的、及び熱的な出力の伝達を協調制御し、前記目標値は少なくともモジュール「目標量の生成」により供給された目標値を含み、続いて前記モジュール「目標量の生成」において、モジュール「運転者要望の検出」において求めた量を別の基準量とともにひとまとめにし、実際動作状態（ｘ）をモジュール「実際動作状態の決定」から供給し、前記モジュール「実際動作状態の決定」において、前記ユニット複合体（１）のユニットの状態の検出から得た測定量（ｙ）をひとまとめにし、前記ユニット複合体（１）の最適動作状態（ｘｏｐｔ）を求めた後に、モジュール「目標動作状態の決定」（８）において、前記実際動作状態（ｘ）と前記最適動作状態（ｘｏｐｔ）に基づいて目標動作状態（ｘｓｏｌｌ）を求め、前記モジュール「目標動作状態の決定」（８）により現時点の動作状態（ｘ）と達成すべき動作状態（ｘｏｐｔ）との間で穏やかな移行が行われるようにすることを特徴とする、自動車内の出力の伝達を協調制御する方法。
【国際調査報告】
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