(57)【要約】  本発明は、内燃機関（１２）と、モータ又は発電機によって作動させることができる少なくとも一つの電気機械（１４）を含む、ハイブリッド駆動ユニット（１０）を備えた自動車の動作を制御する方法に関する。この電気機械（１４）は、発電機モードでは、エネルギー蓄積装置（２２）をチャージする及び／又は車両電気系統（２４）に電力を供給する。本発明は、既定の境界条件を維持することにしたがって、発電機モードにおける電気機械（１４）の動作が交互のインターバルで続いて起こり、（ａ）第一のインターバルでは車両電気系統（２４）の実電力消費よりも大きい第一の高電力出力で作動し、（ｂ）第二のインターバルではスイッチオフされることを提供する。これは、電気機械（１４）が軽負荷動作点で低効率のまま始動してしまうことを概ね回避させ、それにより、連続動作モードに対して燃料の利を達成することを可能にする。
2008520485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１２）と、モータ又は発電機として選択的に作動させることができ、発電機モードで、エネルギー貯蔵装置（２４）をチャージする及び／又は車両電気系統（２６）に電力供給する少なくとも一つの電気機械（１４）とを含む、ハイブリッド駆動ユニット（１０）を備えた自動車の動作を制御する方法であって、所定の境界条件を維持することに依存して、電気機械（１４）が、発電機モードにおいて、交互のインターバルで作動し、
（ａ）第一のインターバルでは、車両電気系統（２６）の実電力消費よりも大きい第一の高い電力出力で作動し、
（ｂ）第二のインターバルでは、スイッチオフされる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
第二のインターバル中、車両電気系統（２６）がエネルギー貯蔵装置（２４）及び／又は自動車バッテリ（３０）から供給を受ける、請求項１記載の方法。
【請求項３】
エネルギー貯蔵装置（２４）のチャージ状態（ＬＺ）が上切換えしきい値（ＬＺ＿２）に達したとき第一のインターバルが終了し、エネルギー貯蔵装置（２４）のチャージ状態（ＬＺ）が下切換えしきい値（ＬＺ＿１）に達したとき第二のインターバルが終了する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
上切換えしきい値（ＬＺ＿２）及び／又は下切換えしきい値（ＬＺ＿１）が、互いに独立して、エネルギー貯蔵装置（２４）の最大チャージ状態に関して所望のチャージ状態（ＬＺ＿Ｓ）の上方又は下方に多くて約２０％、特に多くて約１０％、もっとも好ましくは多くて約５％である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
車両電気系統（２６）及び／又はエネルギー貯蔵装置（２４）からの実所要電力がしきい値未満に低下したとき、特に所要電力が１２００W未満、好ましくは８００W未満、もっとも好ましくは５００W未満になったとき、電気機械（１４）の交互動作が使用される、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
電気機械（１４）からの実最大発電機電力供給に対する車両電気系統（２６）及び／又はエネルギー貯蔵装置（２４）の実所要電力の比がしきい値未満に低下したとき、特に０．１５未満、好ましくは０．１０未満、もっとも好ましくは０．０５未満になったとき、電気機械（１４）の交互動作が使用される、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
連続動作に比較した交互動作の効率の利がしきい値、特に少なくとも２％、好ましくは少なくとも５％、もっとも好ましくは少なくとも１０％を超えたとき、電気機械（１４）の交互動作が使用される、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
電気機械（１４）の効率が回転速度にわずかに依存する回転速度範囲、特に≧１２５０min-1、好ましくは≧１５００min-1、もっとも好ましくは≧２０００min-1の回転速度（ｎ）で電気機械（１４）の交互動作が使用される、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
エネルギー貯蔵装置（２４）の所望のチャージ状態（ＬＺ＿Ｓ）が、下及び／又は上許容チャージ限界値から最小限の離隔範囲、特に２０％、好ましくは１０％、もっとも好ましくは５％の離隔範囲を維持するとき、電気機械（１４）の交互動作が使用される、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
以下の境界条件
―内燃機関（１２）の実トルクと内燃機関の最大トルクとの間の最小限の離隔範囲が維持されている、
―内燃機関（１２）が、部品を保護するための濃縮混合気で実際には作動していない、
―車両が実最小速度で走行している、
―車両ギヤトランスミッション（１６）の最小ギヤが係合している
の少なくとも一つが満たされたとき、電気機械（１４）の交互動作が使用される、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
内燃機関（１２）と、モータ又は発電機として選択的に作動させることができ、発電機動作で、エネルギー貯蔵装置（２４）をチャージする及び／又は車両電気系統（２６）に電力供給する少なくとも一つの電気機械（１４）とを含む、ハイブリッド駆動ユニット（１０）を備えた自動車であって、所定の境界条件を維持することに依存して、電気機械（１４）を、発電機モードにおいて、交互のインターバルで動作させ、
（ａ）第一のインターバルでは、車両電気系統（２６）の実電力消費よりも大きい第一の高い電力出力で作動させ、
（ｂ）第二のインターバルでは、スイッチオフする
るように設定された制御手段を特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と、それに加え、モータ又は発電機モードに選択的に切り換えることができ、車両電気系統に電力供給する及び／又はエネルギー貯蔵装置をチャージする少なくとも一つの電気機械とを含む、ハイブリッド駆動ユニットを備えた自動車の動作を制御する方法に関する。本発明はまた、対応する制御装置を備えたハイブリッド車に関する。
【０００２】
「ハイブリッド車」とは、車を駆動するためのパワーを提供するために異なるエネルギー源に依存する、少なくとも二つの駆動ユニットが組み合わされている自動車をいう。特に好ましい形態では、ガソリン又はディーゼル燃料を燃焼させることによって運動エネルギーを発生させる内燃機関の性質が、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する電気機械の性質を補足する。したがって、最新のハイブリッド車は、主として、内燃機関と一つ以上の電気機械との組み合わせを具備している。二つの異なるハイブリッドコンセプトが提案されている。いわゆるシリアル又はシーケンシャルハイブリッドコンセプトでは、車両は専ら電気機械によって駆動され、その間、内燃機関が、別個の発電機を使用して、電気機械に電力供給するエネルギー貯蔵装置をチャージするための電流を発生させるか、あるいはまた、電気機械を直接駆動する。しかし、ここ最近、少なくとも乗用車用途においては、車両が内燃機関及び電気機械の両方によって動力供給されることができる並列ハイブリッドコンセプトが好まれている。
【０００３】
これらの並列コンセプトで使用される電気機械は、モータモード又は発電機モードで選択的に作動させることができる。たとえば、モータモードで作動している電気機械は通常、内燃機関を支援するために、高めの車両負荷の動作点で加えられる。電気機械はまた、内燃機関のための始動モータとして作動することもできる。逆に、車両が内燃機関によって動力供給されているとき、電気機械は主として発電機として作動し、電気機械によって発生した電力は、たとえば、エネルギー貯蔵装置をチャージするため及び／又は車両電気系統に供給するために使用される。２個以上の電気機械を使用する電力分割ハイブリッドコンセプトでは、発電機モードで作動している電気機械を使用して別の電気機械に電力を供給することもできる。加えて、一般には、発電機モードで作動している電気機械によって制動力の少なくとも一部が供給され（回生）、それにより、散逸された機械エネルギーの一部が電気エネルギーに変換される。有利なことに、ハイブリッドコンセプトでは、電気機械は一般に、従来のクローポール型発電機よりも良好な効率で作動する。
【０００４】
非同期機（ＡＳＭ）又は永久励起同期機（ＰＳＭ）が、現在使用されている電気機械の例である。これらのタイプの機械では、不都合なことに、非常に低いトルク要求量では、すなわち、電力がほとんど供給されない場合、効率が有意に低下する。その結果、比較的低い電気負荷では、電気機械によって所要電力を発生することを可能にするために、不釣合いに多量の機械エネルギー、ひいては燃料が内燃機関に供給されなければならない。
【０００５】
本発明の目的は、並列ハイブリッドコンセプトにおいて、より効率的であり、その結果、燃料節約的な電気機械用途を提供する、ハイブリッド車を制御する方法を提供することである。
【０００６】
この目的は、独立項の特徴を有する方法及び自動車によって解決される。本発明にしたがって、所定の境界条件を維持する間、電気機械は、発電機モードにおいて、交互のインターバルで作動し（パルスチャージ動作）、
（ａ）第一のインターバルでは、車両電気系統の実電力消費よりも大きい第一の高い電力出力で作動し、
（ｂ）第二のインターバルでは、スイッチオフされる。
【０００７】
一方では、車両電気系統によって（及びおそらくは所定のチャージ状態までチャージするためにエネルギー貯蔵装置によって）要求される電力よりも有意に高い電力供給で電気機械を交互に作動させることにより、また他方では、中間インターバルで電気機械を完全にスイッチオフすることにより、両極端の間に位置する負荷点における効率がよくない動作を概ね防止することができる。これは、より少ない燃料を使用しながら、電気機械及びハイブリッドエンジン全体の全体効率を従来の駆動ユニットに比べて有意に高める。必要ならば、電気機械によって供給される高い電力は、第一のインターバルで電気エネルギー貯蔵装置をチャージする（その公称チャージ状態まで、場合によってはそれプラスバッファ量まで）ために使用することもできるし、電気ユーザによって消費される電力及びオプションのバッファバッテリ（通常は１２Ｖ車用バッテリ）を充電するために使用される電力を含む車両電気系統をチャージするために使用することもできる。逆に、第二のインターバルでは、車両電気系統は、第一のインターバル中にチャージされたエネルギー貯蔵装置（及び場合によっては車用バッテリ）から供給を受ける。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様によると、発電機モードにおけるインターバル間の切換えは、電気機械のエネルギー貯蔵装置のチャージ状態の既定のしきい値に応じて起こる。特に、第一のインターバルは、エネルギー貯蔵装置のチャージ状態が上切換えしきい値に達したときに終了し、第二のインターバル（電気機械がスイッチオフされている）は、エネルギー貯蔵装置のチャージ状態が下切換えしきい値に達したときに終了する。そして、エネルギー貯蔵装置のチャージ状態は、公称チャージ状態を中心に揺動する。上下のしきい値は、公称チャージ状態からの同じ又は異なる離隔範囲でプリセットすることができる。公称チャージ状態は、動作点及びエネルギー貯蔵装置のサイズならびにエネルギー貯蔵装置のタイプに依存して、回生電位、ブースト電位、エネルギー貯蔵装置の耐用寿命及びコールドスタート信頼性の間の妥協点として計算される。
【０００９】
上記で示したように、交互発電機動作はプリセット境界条件の維持に依存する。好ましくは、低い供給電力でパルス化動作が連続動作と比べて改善された効率を有することを保証する境界条件が規定される。したがって、この方法を使用することは、もっとも好ましくは、車両電気系統又はエネルギー貯蔵装置による実所要電力、好ましくは両方合計の所要電力がしきい値よりも低いということを要する。電気エネルギー貯蔵装置の実所要電力とは、通常は最大チャージ状態未満である所定のチャージ状態までエネルギー貯蔵装置をチャージするための所要電力をいう。代替的又は追加的に、交互発電機動作のためには、車両の実動作点のための電気機械の可能な最大実発電機電力供給に対する車両電気系統及び／又はエネルギー貯蔵装置の実所要電力の比に関するもう一つのしきい値をアンダーシュートすることが求められるかもしれない。この方法は、もっとも好ましくは、電気機械の効率特性が回転速度にほとんど依存しない領域で電気機械が作動する場合に用いられる。
【００１０】
もっとも好ましくは、電気機械の交互パルスチャージ動作は、交互動作の前及び最中で実施されるいわゆる効率計算しだいである。この場合、本発明の交互動作は、この計算が、従来の連続動作と比較して、達成されるべき効率の利のしきい値に達した又はそれを超えたことを示す場合のみ（また、その状態にある間のみ）実施される。効率計算はまた、もっとも好ましくは、電気機械の負荷レベルのシフトによる内燃機関の駆動トルクの上昇を補償するために起こる内燃機関の負荷レベルのシフトを考慮に入れる。
【００１１】
他の既定可能な境界条件はパルスチャージ動作の可視化に関することができる。たとえば、エネルギー貯蔵装置の公称チャージ状態は、ある特定範囲内にとどまらなければならないかもしれず、特に、チャージ状態に関する上下の許容限界値からの最小限の離隔範囲を維持しなければならないかもしれない。これは、公称チャージ状態を中心とする交互チャージ状態の振幅を可視化するために必要である。本発明のもう一つの有利な実施態様によると、公称チャージ状態は、パルスチャージモードで作動する場合に、許容可能な上及び／又は限界値との十分な離隔範囲が維持されるよう意図的に規定される。
【００１２】
好ましくは、本発明のパルスチャージ法によって生じるトルク変動は、駆動性能に対する悪影響を防ぐために、内燃機関によって特にシリンダチャージの増大の形態で補償される。トルク補償は、限られた速度及び精度でしか起こらないため、比較的小さなトルク変動しか起こらない運転状況又はトルク変動を容易に補償することができる運転状況でのみ本発明の交互発電機動作を許すさらなる境界条件が有利に規定される。これに関して、交互動作は、トルク補償に影響する以下の境界条件の少なくとも一つが満たされる場合に許すことができる。
―内燃機関の実トルクと内燃機関の最大トルクとの間の最小限の離隔範囲（全負荷特性）が維持されている。特に、内燃機関の実トルクが、全負荷トルクの多くて７５％、好ましくは多くて８５％、もっとも好ましくは多くて９０％であるべきである。
―負荷レベルシフトののち、内燃機関が、部品を保護するための濃縮混合気で実際には作動していない、又は作動しているとは予測されない。
―車両が、実際の最小限速度、特に少なくとも１５km/h、好ましくは少なくとも２５km/h、もっとも好ましくは少なくとも４０km/hを有する。
―車両トランスミッションの最小ギヤ、特に３速以上のギヤが係合している。
【００１３】
また、トルクを補償するために、第一インターバル中（すなわち、パルスチャージ中）に電気機械の最大発電機電力を最大値に制限することが有利であるかもしれない。
【００１４】
種々の境界条件のさらに詳細な説明は、例示的な実施態様を参照しながら記載する。
【００１５】
本発明はまた、上記のように本発明の電気機械の交互発電機動作を制御するように設定された制御手段を含む自動車に関する。本発明の制御手段は、特に、本発明のパルスチャージ動作を制御するためのプログラムアルゴリズムを含み、そのプログラムアルゴリズムは、汎用モータ制御装置又は別個の制御ユニット中に記憶されていることができる。
【００１６】
本発明のさらなる好ましい実施態様は、従属項の追加的特徴として記載される。
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の例示的な実施態様を説明する。
【００１８】
図１は、ハイブリッド車（図示せず）の、参照記号１０で示す並列ハイブリッド駆動ユニットを示す。車両は、いずれも同じシャフト、特に内燃機関１２のクランクシャフトを駆動する、従来の内燃機関（ガソリン又はディーゼル機関）１２及び電気機械１４によって選択的又は同時に駆動される。電気機械１４は、種々の方法で機関クランクシャフトに接続することができる。たとえば、電気機械１４は、クランクシャフトに直結することもできるし、クラッチを介して結合することもできるし、駆動ベルト、歯付きベルト、ギヤもしくは他の確定的及び／又は非確定的接続を介して結合することもできる。内燃機関１２及び電気機械１４は、オートマチック又はマニュアルトランスミッション１６を介して、図示された駆動系１８と結合している。内燃機関及び電気機械１４それぞれのドライブシャフトは、運転者がクラッチペダル（図示せず）を踏み込むことによって係合解除することができ、ペダルが踏み込まれていないときには係合しているクラッチ２０によってトランスミッション１６から切り離される。
【００１９】
図１はまた、内燃機関１２と電気機械１４との間に配設された省略可能なさらなるクラッチ２２を示す。このようなさらなるクラッチ２２は、内燃機関１２を駆動系１８及び電気機械１４から別々に係合解除することを可能にし、それには、内燃機関１２がスイッチオフされたとき内燃機関１２の機械的摩擦抵抗が持ち越されないという根本的な利点がある。さらなるクラッチ２２は、潜在的に燃料を節約することができるが、費用を増し、製造が複雑であり、かなりの設置空間を要する。本発明に関して、内燃機関１２と電気機械１４との間のさらなるクラッチ２２は、根本的には実現可能であるが、好ましくは使用されない。
【００２０】
たとえば三相非同期モータ又は三相同期モータであることができる電気機械１４は、モータモード又は発電機モードで選択的に作動させることができる。モータモードでは、電気機械１４は、エネルギー貯蔵装置２４から導出される電気エネルギー（電流）を消費することによって駆動系１８を駆動する。また、本発明の方法の全体効率を考慮するとき、充放電過程における効率の損失を計算に入れなければならない。したがって、これらの過程に関して高い効率を有するタイプのエネルギー貯蔵装置が一般に好ましい。コンデンサ貯蔵装置が、バッテリ（たとえば鉛バッテリ、ニッケル金属水和物バッテリ又はリチウムイオンバッテリ）よりも有意に高い充放電効率を有するため、特に好ましい。エネルギー貯蔵装置２４はまた、バッテリ（３０、以下を参照）とコンデンサ貯蔵装置とが並列に接続されたものからなる、そのコンデンサ貯蔵装置が好ましくは周期的な充放電過程の大部分を引き受ける複合システムであることもできる。加えて、高いトルクを速やかに発生させるために、電気機械１４は、たとえば、接続された内燃機関１２の支援を受けながらモータモードで作動させることもできる。
【００２１】
逆に、発電機モードでは、電気機械１４は、内燃機関１２又は車の慣性によって駆動される。電気機械１４は、エネルギー貯蔵装置２４をチャージするために、また、参照記号２６によって示す車両電気系統に電力を供給するために、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。車両電気系統２６は、複数の電気ユーザ２８を含み、場合によっては、バッファバッテリ３０、通常は従来の車用１２Ｖバッテリを含むこともできる。中間のＤＣ／ＤＣ変換器３２が、発電機モードで電気機械１４によって生成されたエネルギーを、車両電気系統２６が作動するところの１２Ｖ電圧に変換する。
【００２２】
電気モータ１４は、電気機械のタイプに応じてＤＣ電流とＡＣ電流との間で任意に変換するための組込みインバータを有するパワーエレクトロニクス３４により、モータモードと発電機モードとの間で切り換えられる。パワーエレクトロニクス３４はまた、モータモードで電気機械１４の回転速度及び／又はトルクを制御したり、発電機モードで発生した電力を制御したりする。このためには、たとえば、ステータ（三相機械の場合）の回転場の回転速度を変化させるか、励起電圧又は励起電流を変化させることにより、磁場の強さを変化させる。また、場合によっては規制される値は機械タイプにも依存する。特に、所定の回転速度で供給発電機電力を変化させる場合には、周波数変換器を使用することにより、非同期モータのステータ電圧及び周波数を連続的に変化させることができる。
【００２３】
例示するコンセプトによると、車両は、主として、スタータ発電機として設定されている電気モータ１４によって始動される内燃機関１２によって駆動される。電気モータ１４はまた、特に車両加速時に車両の駆動を支援するためにスイッチインされることにより（モータモード）、ブースト機能を提供する。他方、電気モータ１４は、車両が余剰な運動エネルギーを有するような駆動状況で、発電機モードにおいて運動エネルギーを電気エネルギーに変換してエネルギー貯蔵装置２４をチャージし、それによって同時に制動トルクをも提供することによる、いわゆる回生機能を有する。
【００２４】
本発明の電気機械制御は、特にいわゆるマイルドハイブリッド車において利点がある。マイルドハイブリッド車とは、２５kW以下、特に約２０５kW以下、通常は１５kW以下の比較的低い電力定格を有する電気モータを備えたハイブリッド車である。本明細書に関しては、好ましくは７〜２０kWの範囲、より好ましくは約１５kWの電力定格を有する電気モータが使用される。
【００２５】
内燃機関１２及びパワーエレクトロニクス３４の動作は、プログラムアルゴリズムの形態の制御装置（参照記号３８によって示す）が組み込まれているモータ制御装置３６によって制御される。以下に記載する制御装置は、電気機械１４を本発明にしたがって交互発電機モード（パルスチャージ動作）で作動させるために使用することができる。あるいはまた、制御装置３８は、別個の制御ユニットとして具現化することもできる。
【００２６】
図２及び３は、発電機モードで作動する非同期機械（図２）及び永久励起同期機械（図３）の発電機効率をモータ回転速度ｎ及びトルクＭの関数として示す一連の特性曲線を示す。（負の）発電機トルクＭは、発電機モードで発生する電気機械１４の電力レベル又はクランクシャフトに加えられる制動トルクに等しい。図の特性曲線は同一効率の点を示す。閉じられた内側の特性曲線はより高効率の領域を表し、外側に行くほど効率が低下する。
【００２７】
永久励起同期機械（図３）は通常、一連の特性曲線の限られた領域だけで非常に高い効率を有し、その効率は、より高い回転速度で有意に低下する。逆に、図２で見てとれるように、非同期機械は通常、いくらか低めの効率を有するが、高い回転速度でさえ比較的高い効率を有する。両タイプの機械は、非常に低いトルク要求量及び相応に低電力の作動の場合に効率が有意に低下する、すなわち、比較的少量の発電機電力を発生させるために比較的多量の運動エネルギーが使用されるという点で共通する。加えて、同期機械は、その永久磁場のせいで、機械がいかなるトルクをも要求しない場合でさえ、残留制動トルク又は電力からの残留トルクを示す。逆に、非同期機械は、ゼロ所要電力では完全に励起なしで作動することができ、したがって、実質的に損失なしでスイッチオフすることができる。したがって、これらの性質のおかげで、本発明の方法の有利な効果は非同期機械の場合に特に顕著化する。しかし、本発明の方法は、基本的に、すべてのタイプの電気機械、好ましくはゼロ所要電力で損失なくスイッチオフすることができる電気機械とで使用することができる。
【００２８】
本発明の方法の原理が図４でさらに詳細に示されている。曲線１００及び１０２は、従来の連続発電機動作中及び本発明の交互（パルス）発電機動作中それぞれのエネルギー貯蔵装置２４のチャージ状態ＬＺの時間依存性を示す。曲線１０４及び１０６は、従来の方法及び本発明の方法それぞれによる、電力供給を表す、発電機モードで電気機械１４によって発生する負のトルクＭ（制動トルク）の時間依存性を示す。車速ｖｆｚｇの曲線が図の下寄り部分に示されている（曲線１０８）。
【００２９】
図４に例示するように、ハイブリッド車の一定動作段階（一定の車速ｖｆｚｇによって示す）及び車両電気系統２６からの実際の比較的低い所要電力が仮定される。この状況では、従来の手法によると、電気機械１４は、発電機モードでは、小さな一定トルクで作動する（曲線１０４）。このトルクは車両電気系統からの実所要電力に相当し、電気配線及び電圧変換による電気損失は、電力に加えられるデルタ値の形態で計算に入れられる。この間、車両電気系統２６の全所要電力が発電機発生電力（曲線１０４）によって供給されるため、エネルギー貯蔵装置２４はその公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓで一定のままである（曲線１００）。所定の回転速度ｎで少量の電力しか供給しないときの電気機械１４の動作点が図２で例示点Ｐ１によって示されている。小さな発電機トルク及び低い発電機電力のせいで電気機械１４は低効率で作動し、そのため、クランクシャフトを介して受けられる機械的出力は、発電機モードで受けられる電力に比較して高く、それがさらに、内燃機関１２の燃料消費に対してマイナスに影響する。
【００３０】
この動作モードでは、電気機械１４は、電気エネルギー貯蔵装置２４と組み合わさって、本発明の方法にしたがってパルスチャージで作動し、公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓからのチャージ状態ＬＺの逸脱が意図的に許容される。図４（曲線１０２）にしたがって、車両電気系統２６は、はじめ、専らエネルギー貯蔵装置２４（及び場合によってはバッファバッテリ３０）から電力を受ける。これが、電気エネルギー貯蔵装置２４のチャージ状態ＬＺが時間ｔ０で下切換えしきい値ＬＺ＿１に達するまで続く。この間、電気機械１４はこの初期段階では完全にスイッチオフされ、トルク又は電力を発生させない（曲線１０６）。時間ｔ０で下切換えしきい値ＬＺ＿１に達すると、電気機械１４は、従来の方法で達成することができるよりも有意に高いトルクＭ及び／又は電力レベルで発電機モードに切り換えられる。このインターバルで、チャージ状態ＬＺの急峻な上昇から認められるように、車両電気系統２６は電力を供給され、エネルギー貯蔵装置２４は、電気機械１４によって供給される電力でチャージされる。この段階における負荷レベルは、図２では点Ｐ２によって示され、従来の方法で発生するよりも有意に高いトルクに位置している。さらに例示するように、このインターバルにおける負荷レベルシフトは、効率における顕著な増大を伴う。電気機械１４の発電機モードは、チャージ状態ＬＺが時間ｔ１で上切換えしきい値ＬＺ＿２に達するまで維持される。この時点で、電気機械１４は再びスイッチオフされ、その後、車両電気系統は、チャージ状態ＬＺの低下を伴いながら、専らエネルギー貯蔵装置２４から電力供給される。
【００３１】
下及び上の切換えしきい値ＬＺ＿１、ＬＺ＿２は、エネルギー貯蔵装置２４の公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓから下方及び上方に、エネルギー貯蔵装置２４の最大１００％のチャージ状態に比較して多くて２０％、特に多くて１０％、より具体的には多くて５％の、それぞれの離隔範囲を有する。たとえば、７０％の公称チャージ状態に対して５％の切換えしきい値の離隔範囲の場合、エネルギー貯蔵装置２４のチャージ状態ＬＺは、交互発電機動作中、６５％（ＬＺ＿１）〜７５％（ＬＺ＿２）の間で揺動する。また、上下の切換えしきい値を互いに独立して画定することが可能であり、その場合、公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓからの異なる離隔範囲を有することになる。
【００３２】
この方法はまた、発電機電力が車両電気系統２６に電力供給するためだけに使用されるのではなく、それに加え又はその代わりに、エネルギー貯蔵装置２４のチャージ状態ＬＺを公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓまで高めるために使用される場合にも利用することができる。しかし、車両電気系統２６及び／又はエネルギー貯蔵装置２４からの全所要電力は非常に小さいため、電気機械１４は、一定の発電機動作中には低い効率しか有しないと推測される。したがって、本発明の方法は、有利には、発電機モードにおいて電気機械１４からの所要電力が低い場合に、車両電気系統からの実所要量から独立して使用することができる。
【００３３】
本発明の方法は、好ましくは、電気機械１４の連続動作と比較した場合の本発明の不連続動作の結果として改善された効率を期待することができる場合に使用される。より具体的には、一つ以上の効率依存性境界条件が規定され、それに基づいて、交互動作は実施される又は実施されない。特に、車両電気系統２６（電気ユーザ２８及びバッファバッテリ３０）及び／又はエネルギー貯蔵装置２４によって要求される実電力レベルのしきい値が１２００W未満、好ましくは８００W未満、より好ましくは５００W未満である場合、交互動作が実施される。好ましくは、これに関連して、発電機インターバル中、パルスチャージは、全所要電力に比較して少なくとも５００W、好ましくは少なくとも１０００W、もっとも好ましくは少なくとも１５００W増大する。
【００３４】
本方法は、車両電気系統２６及び／又はエネルギー貯蔵装置２４からの実所要電力の比が、電気機械１４によって発生させることができる実最大電力の１５％未満、好ましくは１０％未満、もっとも好ましくは５％未満である場合に有利に使用することができる。この場合、電気機械から得ることができる最大電力に対する全所要電力の比は、発電機インターバル（パルスチャージ）中、少なくとも５％（たとえば１５〜２０％）、好ましくは少なくとも１０％、もっとも好ましくは少なくとも１５％増大する。
【００３５】
本発明の方法はまた、電気機械１４が、効率特性（図２及び３を参照）が回転速度ｎにわずかしか依存しない回転速度範囲で作動する場合に有利に使用される。好ましい用途では、速度は、ｎ≧１２５０min-1、好ましくは≧１５００min-1、もっとも好ましくは少なくとも≧２０００min-1の範囲であろう。上述した理由のため、本方法は、非常に高い回転速度では使用しないことが有利であるかもしれない。
【００３６】
本方法を使用するためのもう一つの有利な条件にしたがって、エネルギー貯蔵装置２４の公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓは所定範囲内になければならない。これは、公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓを中心とする必要な公差を考慮に入れるとき、可視化することができる交互動作中にチャージブーストをエネルギー貯蔵装置２４に提供するために必要である。たとえば、公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓは、チャージ許容上限（通常は１００％ＳＯＣ）及び／又はチャージ許容下限から、エネルギー貯蔵装置２４の最大チャージ状態に対して多くて２０％、好ましくは多くて１０％、もっとも好ましくは多くて５％の離隔範囲を有するべきである。両限界値はまた、互いに独立して選択することができる。好ましい実施態様によると、チャージ下限は公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓに一致することができる。本発明のもう一つの実施態様では、エネルギー貯蔵装置２４の公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓは、上下それぞれの許容限界から十分な離隔範囲を維持しながら本方法を具現化することができるよう、制御装置３６、３８内で意図的に画定される。
【００３７】
特に好ましい実施態様によると、いわゆる効率計算が、モータ制御装置３６中で、本発明の交互発電機動作の前及び最中に実施され、本方法は、実際の動作境界条件で従来の連続法に対して効率の利が達成される場合のみ、かつ効率の利が達成される期間のみ実施される。特に、従来の動作モードに対して少なくとも２％、好ましくは少なくとも５％、もっとも好ましくは少なくとも１０％の効率改善が求められる。また、好都合には、電気機械１４の可変性発電機動作によって生じる内燃機関１２の負荷レベルシフトを効率計算の際に考慮に入れることができる。内燃機関１２は、電気機械１４がスイッチオフされているとき通常いくらか低めの効率の領域で作動するが、本発明のパルスチャージ動作中は、より高い負荷を有し、ひいては、電気機械１４の負荷の増大のせいで、より高い効率、すなわち、より大きな制動トルクを有する。内燃機関１２の効率シフトを考慮に入れることにより、本発明の方法を適用する場合、前述の値よりも大きいべきである合計効率の利が求められるかもしれない。また、好ましくは、より大きな電力に伴うエネルギー貯蔵装置のわずかに増大するチャージ貯蔵損失ならびに配線及び接続損失からの影響を効率計算で考慮に入れることもできる。
【００３８】
本発明にしたがって、電気機械１４のパルスチャージ法によって生じるトルク変動が内燃機関によって補償されて、駆動性能に対する悪影響が阻止される。トルク補償は限られた精度及び限られた速度でしか実施することができないため、本発明の適用は、発生するトルク変動が比較的小さい及び／又は比較的補償しやすい動作状況に特に限られる。また、トルク変動の大きさが発電機トルク及び／又は電力の変動ならびに駆動系のギヤ比に依存するということを考慮に入れるべきである。有利には、電気機械１４が発電機モードで作動するインターバル中の最大発電機電力は、最大で１０kW、好ましくは最大で５kW、もっとも好ましくは最大で３kWに制限することができる。また、トランスミッション１６の特定のギヤ設定、特に後退ならびに１速及び２速ギヤでは本方法を使用しないことが有利である。前記を考慮して、本方法は、有利には、１５km/hを超える、好ましくは２５km/hを超える、もっとも好ましくは４０km/hを超える車速でのみ起動されることができる。
【００３９】
有利には、内燃機関１２の所要負荷レベルの増大を可能にするためには、交互発電機モードを起動するとき、内燃機関実負荷と内燃機関１２の全負荷特性との間に最小限の離隔範囲が維持されるべきである。好ましくは、本方法は、内燃機関実トルクの値が内燃機関の最大定格トルクの９０％以下、特に８５％以下、もっとも好ましくは７５％以下である場合にのみ可能になる。この手法はまた、全負荷下で作動する最新のガソリン機関でしばしば起こり、燃料消費を増大させる、部品の保護のための混合気濃縮を防ぐのに有利である。したがって、本方法はまた、好ましくは、たとえば触媒コンバータを保護するために内燃機関１２が部品保護モードで稼働するとき、すなわち内燃機関１２が濃いめの混合気で作動するときには実施されない。
【００４０】
以下、例示的な計算を参照して本発明の方法の効率の利点を説明する。
【００４１】
ハイブリッド車では、制御装置３６が車両電気系統２６からの３５０Wの実所要電力を決定する。この例で使用するコンデンサ貯蔵装置２４の公称チャージ状態ＬＺ＿Ｓに達する。電気機械１４は３０００min-1で回転し、配線及び電圧コンバータ損失を含めて４００Wの電力を発生させる。電気機械１４（三相非同期機械）及びその動作に必要なインバータは、６０％の全体効率でこの電力を発生させるために従来方法で作動する。
【００４２】
本発明の不連続パルスチャージ法によると、電気機械１４は、発電機モード中、チャージ状態ＬＺの上切換えしきい値ＬＺ＿２に達するまで２kWで短時間作動して、それにより、車両電気系統２６に供給することに加え、コンデンサ貯蔵装置２４のチャージ状態ＬＺを増大させる。逆に、電気機械１４は、チャージ状態ＬＺが下切換えしきい値ＬＺ＿１に低下するまで完全に非活動化される。２kWでの動作中、電気機械１４及びインバータからなるこのシステムは８０％の効率で作動する。車両電気系統に供給するために利用可能なエネルギーは、主として、内燃機械がスイッチオフされている休止中にコンデンサ貯蔵装置２４から提供されるため、コンデンサ貯蔵装置２４の充放電効率を考慮しなければならない。この用途で使用される二層コンデンサは、いずれの過程でも９５％の効率を有する。すると、車両電気系統のための供給の効率（パルスチャージ中の内燃機関１２の効率の変動は無視する）は、０．８×０．９５×０．９５＝０．７２、すなわち７２％である。したがって、本発明による電気機械１４の不連続動作は、連続動作に比べて＋１２％の効率の利を生む。内燃機関１２の負荷点のシフトならびにわずかに高めのチャージ及び配線損失を計算に入れると、この効率の利は実質わずかに減少するが、それでもなお、連続動作との比較では有意である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のハイブリッド駆動ユニットの構造を示す概略図である。
【図２】発電機モードで作動する非同期機械の一連の特性曲線を示す図である。
【図３】発電機モードで作動する永久励起同期機械の一連の特性曲線を示す図である。
【図４】電気機械の、従来の連続発電機動作及び本発明の不連続発電機動作における、エネルギー貯蔵装置のチャージ状態、発生トルク及び車速の時間依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ハイブリッド駆動ユニット
１２  内燃機関
１４  電気機械
１６  ギヤ
１８  駆動系
２０  クラッチ
２２  さらなるクラッチ
２４  エネルギー貯蔵装置
２６  車両電気系統
２８  電気ユーザ
３０  バッファバッテリ
３２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３４  パワーエレクトロニクス
３６  モータ制御装置
３８  制御装置
Ｍ  トルク
Ｎ  回転速度
ＬＺ  エネルギー貯蔵装置のチャージ状態
ＬＺ＿Ｓ  公称チャージ状態
ＬＺ＿１  チャージ状態の下切換えしきい値
ＬＺ＿２  チャージ状態の上切換えしきい値
ｖｆｚｇ  車速
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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