(57)【要約】本発明は、機械的及び電気的出力の供給に用いられるドライブトレーンの作動点を設定調整するための方法に関している。本発明によれば、複数の特性マップから所要の電気的出力に基づいて対応する特性マップが選択され、この特性マップから複数の運動学的及び／又は動的自由度に基づいて作動点が選択される。
2006508854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的及び電気的な出力を供給するために用いられるドライブトレーンの作動点を設定調整するための方法において、
複数の特性マップ（１）から搭載電源網の所要の電気的出力（ＰＢｎｚ）に基づいて、対応する特性マップ（１）が選択され、該特性マップ（１）から複数の運動学的及び／又は動的自由度（ｖＦｚｇ，ＭＡｗｌ）に基づいて作動点が選択されるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
搭載電源網のエネルギー蓄積器（Ｂａｔ）のための制御部が、当該エネルギー蓄積器（Ｂａｔ）の状態を表すパラメータを供給しており、対応する特性マップ（１）が、さらに付加的にこのパラメータに基づいて選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
所要の電気的出力（ＰＢｎｚ）の確定に対して燃費に求められる電気的出力（ＰＶｅｒ）とエネルギー蓄積器（Ｂａｔ）から求められる若しくは出力できる電気的出力（ＰＢａｔ）が考慮される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記エネルギー蓄積器（Ｂａｔ）は、特性マップ（１）に依存して充電／放電される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
搭載電源網の所要の電気的出力（ＰＢｎｚ）が出力段（ＰＤｉｓ）に対応付けられ、該出力段（ＰＤｉｓ）に基づいて、対応する特性マップ（１）が選択される、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記出力段（ＰＤｉｓ）はさらに付加的に、搭載電源網のエネルギー蓄積器（Ｂａｔ）の状態及び／又は使用可能な電圧のレベルに基づいて選択される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記方法は自動車に適用される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
第１の自由度が自動車の速度（ｖＦｚｇ）を表す特性量によって形成される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
第２の自由度が目標トルク（ＭＡｗｌ）によって形成される、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
ドライブトレーンが変速機を有しており、該変速機の変速比が制御される、請求項１から９いずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
ドライブトレーンが電気的な駆動部（Ｅｍａ１，Ｅｍａ２)と内燃機関（Ｍｏｔ)を有し、前記内燃機関（Ｍｏｔ）のトルク(M)又は回転数(n)が設定され、さらに前記電気的駆動部（Ｅｍａ１，Ｅｍａ２)の回転トルク（Ｍ）又は回転数（ｎ）が設定される、請求項１から１０いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的及び電気的な出力を供給するために用いられるドライブトレーンの作動点を設定調整するための方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
自動車のドライブトレーンは、通常はそれを介して内燃機関の作動点が設定できる２つの自由度を有する内燃機関を有している。この内燃機関の回転数は、例えば第１の自由度であり、これは運動学的な自由度といえる。また内燃機関の所望トルクは、例えば第２の自由度であり、これは動的自由度といえる。
【０００３】
自動車のドライブトレーンが、１つ又は複数の電気的駆動部と１つの内燃機関を含んだハイブリッド駆動方式であるならば、例えば第１の自由度は、電気的駆動部の回転数であり、第２の自由度は内燃機関の回転数であり得る。
【０００４】
ドライブトレーンは直結型や出力分岐型のハイブリッドドライブトレーンであり得る。この種のドライブトレーンは、変速機として無段変速機、すなわちＣＶＴを含み得る。
【０００５】
ドライブトレーンに対して最適な作動点（これは例えば最少の燃料消費に相応する）を設定若しくは調整するためには、前述の２つの自由度に対してそれらに関する最適値を見つけることが有効である。
【０００６】
従来技術においては、ドライブトレーンの作動点の決定の際にドライブトレーン全体が、最終的な自動車の駆動に対して必要とされる総和駆動出力の形態で考慮されてきた。そして最適な作動点を確定するための方法（作動ストラテジとも称される）では、この総和駆動出力に対し、個々の構成要素の、例えばエンジン（モータ）や変速機の回転数と回転トルクが確定される。この総和駆動出力には、所要の機械的駆動出力と搭載電源網の出力が含まれている。しかしながらここにおいて不都合なことは、車両の既存の電気機械において補われるべき損失出力が全く考慮されていないか考慮されてもせいぜい推定値としてのものでしかないことである。特に新規の搭載電源システムに設けられるパワフルな電気機械、例えば４２Ｖクラスのスタータージェネレータは、作動点に依存して部分的に非常に多くの損失出力（ロスパワー）を有している。このような電気機械の損失出力は、これまでの従来技術では何一つ考慮されていなかった。
【０００７】
発明の開示
それに対して請求項１の特徴部分に記載された、本発明によるドライブトレーンの作動点の設定のための方法は、次のような利点を有している。すなわち、搭載電源網供給側において低下する出力損失も考慮されることである。
【０００８】
それにより、機械的及び電気的出力を提供するのに用いられる、ドライブトレーンの作動点の本発明による設定調整方法によれば、複数の特性マップから搭載電源網の所要の電気的出力に基づいて、対応する特性マップが選択され、その特性マップから複数の運動学的及び／又は動的自由度に基づいて作動点が選択される。
【０００９】
発明を実施するための最良の形態
本発明の別の有利な改善例及び実施例は、従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明による方法の有利な実施形態によれば、搭載電源網のエネルギー蓄積器のための制御部が当該エネルギー蓄積器の状態を表すパラメータを供給している。対応する特性マップは、さらに付加的にこのパラメータに基づいて選択される。このことは、次のような利点となる。すなわち、それによってエネルギー蓄積器の充足状態、例えばバッテリーの充電状態が考慮できるようになる。
【００１１】
本発明によるドライブトレーンの作動点の設定調整のための方法のさらに別の有利な実施例によれば、所要の電気的出力の確定に対して燃費に求められる電気的出力とエネルギー蓄積器から求められる若しくは出力可能な電気的出力が考慮される。
【００１２】
本発明による方法の別の実施例によれば、エネルギー蓄積器が特性マップに依存して充電／放電される。
【００１３】
その上さらに本発明による有利な方法のもとでは、所要の電気的出力が出力段に対応付けられ、その場合にこの出力段に基づいて、対応する特性マップが選択される。
【００１４】
本発明の課題の解決のためのさらなる提案によれば、本発明による別の有利な実施例のもとで、出力段がエネルギー蓄積器の状態及び／又は使用可能な電圧のレベルに基づいて選択される。それにより、付加的な枠組み条件、詳細には搭載電源電圧のレベルや電気的エネルギー蓄積器の充電状態などが作動点の選択の際に考慮される。
【００１５】
有利には、本発明による方法は自動車に適用される。
【００１６】
本発明による方法の有利な実施例によれば、第１の自由度が自動車の速度を表す特性量によって形成される。
【００１７】
本発明による方法のさらに別の有利な実施例によれば、第２の自由度が目標トルクによって形成される。
【００１８】
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、ドライブトレーンが変速機を有しており、この場合作動点を介してこの変速機の変速比が設定調整される。それにより変速機が最適な変速比を供給される。
【００１９】
最後に本発明による別の有利な構成例によれば、ドライブトレーンが電気的な駆動部と内燃機関を有し、この場合作動点を介して内燃機関のトルク又は回転数が設定され、さらに作動点を介して電気的駆動部の回転トルク又は回転数が設定される。それによりハイブリッド駆動方式のもとで内燃機関も電気的駆動部も最適化される。
【００２０】
図面
以下の明細書では本発明が５つの図面に基づいて詳細に説明される。この場合、
図１は、速度と回転トルクに依存して結果的に得られるエンジン回転数が三次元ダイヤグラムの形態で表された特性マップであり、
図２は、速度と目標トルクに依存して結果的に得られるエンジントルクが三次元ダイヤグラムの形態で表された特性マップであり、
図３は、本発明による作動点を設定調整するための方法の可能な実施形態をブロック回路図の形態で表した図であり、
図４は、作動ストラテジの構造をさらなるブロック回路図の形態で表した図であり、
図５は、本発明による方法を用いてその作動点が設定調整され得るドライブトレーンを概略的に表した図である。
【００２１】
実施例
図１に示されている三次元ダイヤグラムでは、右方に示されている軸には所望の回転トルクＭＡｗｌが０〜４００Ｎｍの範囲でプロットされており、左方に示されている軸には車両の速度ｖＦｚｇが０〜１００ｋｍ／ｈの範囲でプロットされている。そして上方に向けて垂直に延びている軸には、エンジンの回転数ｎＭｏｔが毎分１０００〜４０００回転の範囲で示されている。この図１に示されている特性マップ１に基づけば、例えば車両速度ｖＦｚｇ＝５０ｋｍ／ｈと所望の回転トルクＭＡｎｌ＝３００Ｎｍのもとでは、エンジン回転数ｎＭｏｔは毎分３０００回転である。
【００２２】
それに対して代替的に図２に示されている特性マップ２を用いれば、車両速度ｖＦｚｇと所望の出力側トルクＭＡｗｌを介してエンジントルクＭＭｏｔが確定され得る。それに対して図２には、右方の第２の軸上に図１と同じように所望の回転トルクＭＡｗｌが０〜４００Ｎｍの間でプロットされており、さらに左方に示されている軸上には、図１と同じように車両の速度ｖＦｚｇが０〜１００ｋｍ／ｈの範囲でプロットされている。しかしながら上方に向けて垂直に延在する軸にはエンジントルクＭＭｏｔが０〜３００Ｎｍの範囲で示されている。車両速度ｖＦｚｇが例えば５０ｋｍ／ｈで所望の出力側トルクＭＡｗｌが３００Ｎｍのもとでは、２００ＮｍのエンジントルクＭＭｏｔが生じている。
【００２３】
車両制御部には、オフラインで算出された特性マップが格納されている。それらのマップでは、車両速度ｖＦｚｇと出力側所望トルクＭＡｗｌに次のような制御量が対応付けられている。すなわちドライブトレーンの作動特性を最適化し、さらに駆動出力の変動の際に発生する電気的損失をバッテリーの負担なしでカバーする制御量が対応付けられている。これに関する関係式は以下のとおりである。すなわち、
ＰｅＭ１ｍｅｃｈ＋ＰｅＭ２ｍｅｃｈ＋ＰｅＭ１ｖｅｒｌ＋ＰｅＭ２ｖｅｒｌ＝０
→ＰＢａｔｔｅｒｉｅ＝０
この場合、
前記ＰｅＭ１ｍｅｃｈは、電気機械１の機械的出力
前記ＰｅＭ２ｍｅｃｈは、電気機械２の機械的出力
前記ＰｅＭ１ｖｅｒｌは、電気機械１の損失出力
前記ＰｅＭ２ｖｅｒｌは、電気機械２の損失出力
である。
【００２４】
本発明の方法によれば、車両の速度ｖＦｚｇと所望の出力側トルクＭＡｗｌの他に搭載電源網に要する出力ＰＢｎｚと状態量ｂＥｎｔ（これらは以下の明細書でさらに詳細に説明する）も考慮される。電気的な出力バランスは以下の関係式で表される。すなわち
ＰｅＭ１ｍｅｃｈ＋ＰｅＭ２ｍｅｃｈ＋ＰｅＭ１ｖｅｒｌ＋ＰｅＭ２ｖｅｒｌ＋ＰＢｎｚ＝０
搭載電源網に対して必要とされる電気出力ＰＢｎｚは、搭載電源網の中で複数の負荷によって要求される電気的出力ＰＶｅｒとバッテリーの出力余裕度ＰＢａｔを含む。すなわち以下の関係式
ＰＢｎｚ＝ＰＶｅｒ＋ＰＢａｔ
が成り立つ。この出力余裕度ＰＢａｔの極性は、バッテリーの充電状態に依存する。それにより、バッテリーを充電若しくは放電すべき必要性がこの出力余裕度ＰＢａｔに反映される。
【００２５】
図３には、ブロック回路図の形態で本発明による方法の可能な基本的実施形態が示されている。車両の速度ｖＦｚｇ、所望の出力側回転トルクＭＡｗｌ、所要の搭載電源網出力ＰＢａｔ、状態量ｂＥｎｔに基づいて、ブロック３５によって表されている特性マップベースの作動ストラテジによって、内燃機関３６、電気機械１、電気機械２，変速機に対する目標回転数又は目標回転トルクが定められる。図３では、電気機械１は符号３７で表され、電気機械２は符号３８で表されている。それにより特性マップベースの作動ストラテジ３５を用いることによって、内燃機関３６に対する目標回転数ｎＶｓｏｌｌ若しくは目標回転トルクＭＶｓｏｌｌ、第１の電気機械３７に対する目標回転数ｎ１ｓｏｌｌ若しくは目標回転トルクＭ１ｓｏｌｌ、第２の電気機械３８に対する目標回転数ｎ２ｓｏｌｌ若しくは目標回転トルクＭ２ｓｏｌｌ、変速機３９に対する目標変速比ｕＧｔｒが設定される。
【００２６】
車両の制御の際には、通常は制御特性マップが２つまでの連続する入力量を備えている。それ故に本発明による方法のもとでは、別個の搭載電源網出力要求に対する制御特性マップが設けられる（一連のパラメータ）。これに対しては作動ストラテジの制御連鎖の中で離散化が行われる（図４参照）。この離散化では決定量ｂＥｎｔに従ってドライブトレーンの別個の電気的目標出力が目下の連続する搭載電源網出力要求に割当てられる。別個の各目標出力に対しては、車両制御部の一連の特性マップ内にドライブトレーンに相応の制御量を割当てる複数の制御特性マップが設けられている。要求された搭載電源網出力ＰＢｎｚと別個の電気的目標出力の間の差分は、（例えばバッテリーの形態の）電気的なエネルギーバッファがバッファする。高出力バッテリー、例えばＮｉＭＨバッテリーは、それについて特に適している。その効率は８５％以上である。
【００２７】
図４には、作動ストラテジの構造がブロックダイヤグラムの形態で示されている。離散化回路４６は、２つの入力量、詳細には所要の電気的出力ＰＢｎｚと状態量ｂＥｎｔから離散化された所要の電気的出力ＰＤｉｓを形成する。使用可能な様々な出力段ＰＤｉｓの数は、技術的な周辺条件に依存する。切換特性マップ群４７を用いることによって離散化された出力ＰＤｉｓからは車両速度ｖＦｚｇと所望の出力側回転トルクＭＡｗｌとそれに続く変速比トリガと共に、変速機３９に対する目標変速比ｕＧｔｒが確定される。切換特性マップ群４７，離散化された電気的出力ＰＤｉｓ、車両速度ｖＦｚｇ、所望の出力側回転トルクＭＡｗｌに基づいて制御特性マップ群によってブロック４９にて内燃機関３６に対する目標回転数ｎＶｓｏｌｌ若しくは目標回転トルクＭＶｓｏｌｌが確定される。続いて内燃機関に対する制御特性マップ群、車両速度ｖＦｚｇ、所望の出力側回転トルクＭＡｗｌを用いてドライブトレーンに対する結合条件から２つの電気機械３７及び３８の目標回転数ｎ１ｓｏｌｌ、ｎ２ｓｏｌｌ若しくは目標回転トルクＭ１ｓｏｌｌ、Ｍ２ｓｏｌｌが確定される。
【００２８】
前記構造内の信号流は、以下のように表されている。すなわち、
ａ）離散化回路は、連続的な搭載電源網目標出力ＰＢｎｚを決定設定量ｂＥｎｔに相応してドライブトレーン用の離散的な電気的目標出力へ変換する（ＰＤｉｓ０…ＰＤｉｓｉ…ＰＤｉｓｎ）。それに対して作動ストラテジ内には制御測定マップが格納されている。この変換のもとでは以下に述べる分岐ステップが設けられる。すなわち、
ｂＥｎｔ＝１：次に存在する高めの離散的目標出力（ＰＤｉｓｉ＋１）が送出される
ｂＥｎｔ＝２：次に存在する低めの離散的目標出力（ＰＤｉｓｉ）における搭載電源網目              標出力が送出される
ｂＥｎｔ＝３：最大の離散的目標出力（ＰＤｉｓｎ）が送出される
ｂＥｎｔ＝４：最小の離散的目標出力（ＰＤｉｓ０）が送出される。
【００２９】
信号ｂＥｎｔの負荷は、バッテリーの充電状態と走行状況若しくは搭載電源網電圧レベルを考慮して作動ストラテジを実行する。
ｂ）入力量、車両速度ｖＦｚｇ、所望トルクＭＡｗｌ、離散的目標出力ＰＤｉｓに依存して切替え特性マップ群から最適な変速比ｕＧｔｒが確定される。
【００３０】
ｃ）上位におかれた変速比トリガ（これはカーブ走行中のシフトチェンジ、二重シフトなどを防ぐ）は、最適な変速比ｕＧｔｒをトリガする。
ｄ）内燃機関の制御マップ群からは離散的な目標出力ＰＤｉｓと変速比ｕＧｔｒに属する特性マップが選択され、連続的な入力量ｖＦｚｇ，ＭＡｗｌのために、内燃機関の相応する目標作動点が読出される。
ｅ）ドライブトレーンの結合条件を介して内燃機関の目標作動点から電気機械の目標作動点が確定される。
【００３１】
搭載電源網出力要求は、この搭載電源網出力要求が離散的なパターンにマッピングされない場合にはアナログ方式で行われてもよい。
【００３２】
離散化の制御は、さらにバッテリー状態を介して行われてもよい。従って例えば十分に充電されたバッテリーの場合では、連続的な出力要求の下方にある次の離散的目標出力ＰＤｉｓｉが送出され、十分に放電されたバッテリーのもとでは、上方にある次の目標出力ＰＤｉｓｉ＋１が送出される。
【００３３】
離散化の制御は、さらに付加的に搭載電源電圧を介して行われてもよい。それにより例えば比較的高い搭載電源電圧の場合には、連続的な出力要求の下方にある次の離散的目標出力ＰＤｉｓｉが送出され、比較的低い搭載電源電圧の場合には、上方にある次の目標出力ＰＤｉｓｉ＋１が送出される。
【００３４】
また離散化の制御は、最終的には走行状況を介して行われてもよい。例えば長い山間部走行の後では連続的な出力要求の下方にある目標出力ＰＤｉｓｉ（制動エネルギー回生のための余地の獲得）に対するが送出され、市内走行若しくは停止／発進が頻繁に繰り返される状況においては、上方にある次の目標出力ＰＤｉｓｉ＋１が送出される。
【００３５】
図５には、その作動点が本発明による方法によって設定調整され得るドライブトレーンが概略的に示されている。２つの電気機械Ｅｍａ１，Ｅｍａ２は、バッテリーＢａｔに接続され、それを介して給電されている。これらの２つの電気機械Ｅｍａ１，Ｅｍａ２の各々は、それぞれ１つの機械式ブレーキＢｒｅ１，Ｂｒｅ２、変速段Ｇｓｔ１，Ｇｓｔ２、車軸ギヤＡｇｔ、ホイールブレーキＢｒｍを介して車輪Ｒと結合されている。基本的には内燃機関Ｍｏｔに対するのと同じことが当てはまる。但し内燃機関ＭｏｔはさらにフリーホイールＦｒｌと２つの質量体はずみ車Ｚｍｓに接続されている。最後に空調装置用のコンプレッサＫｌｍが設けられており、このコンプレッサは、クラッチ解除段Ａｓｔを介してドライブトレーンと接続されている。この場合符号ＡｓｔＢ１、ＡｓｔＢ２は、電気機械Ｅｍａ１，Ｅｍａ２のクラッチ解除段を表している。それに対して符号ＡｓｔＡ１、ＡｓｔＡ２は内燃機関Ｍｏｔのクラッチ解除段を表している。符号Ｚｗｌ１とＺＷｌ２は介在軸を表している。
【００３６】
前述してきた本発明による実施例の具体的な説明は、あくまでも本発明の理解のために利用したものであって、本発明の限定を意味するものではない。本発明の枠内では、本発明の範囲並びにその同一性を逸脱しないかぎり、様々な変化例や変更例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】速度と回転トルクに依存して結果的に得られるエンジン回転数を三次元ダイヤグラムの形態で表した特性マップ
【図２】速度と目標トルクに依存して結果的に得られるエンジントルクを三次元ダイヤグラムの形態で表した特性マップ
【図３】本発明による作動点を設定調整するための方法の可能な実施形態をブロック回路図の形態で表した図
【図４】作動ストラテジの構造をさらなるブロック回路図の形態で表した図
【図５】本発明による方法を用いてその作動点が設定調整され得るドライブトレーンを概略的に表した図
【図１】
2006508854.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2006508854.tif 000008
2006508854.tif 000009
2006508854.tif 000010
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