(57)【要約】より小型のバッテリーパックを備える電気自動車の内燃機関エンジン（１２）の作動のための制御方法であって、特に前記エンジン（１２）と無段変速又は自動トランスミッション（２４）との間に電気モータ（Ｅ／Ｍ）又は電気モータ／ジェネレータ（Ｅ／ＭＧ）（１６）、バッテリー（２０）、及び関連する制御機器が挿入される構成においてのものである。前記燃焼エンジン（１２）とバッテリーで作動する電気モータ（１６）との間の相互作用は、充電又はエンジンのスロットリングの効率を比較することによって制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車において、
前記エンジンをスロットルしてより低い効率で前記エンジンを作動するよりも、燃焼効率が良い場合に限ってエネルギーを前記バッテリーシステムの中に取入れることによって、前記内燃機関エンジンと前記電気モータとの相互作用を制御すること、を備えた改良。
【請求項２】
前記バッテリーシステムを所定の状態にまで充電すること、又は前記自動車が作動している間、特定の充電状態で前記バッテリーシステムを維持すること、をさらに備えた請求項１に記載の改良。
【請求項３】
内燃機関エンジンとバッテリーシステムによって作動される電気モータとの間のハイブリッド電気自動車における相互採用を制御する方法であって、
前記エンジンをスロットルしてより低い効率で前記エンジンを作動するよりも、燃焼効率が良い場合に限ってエネルギーを前記バッテリーシステムの中に取入れること、を備えた方法。
【請求項４】
前記バッテリーシステムを所定の状態にまで充電すること、又は前記自動車が作動している間、特定の充電状態で前記バッテリーシステムを維持すること、をさらに備えた請求項３に記載の方法。
【請求項５】
内燃機関エンジンとバッテリーシステムによって作動される電気モータとの間のハイブリッド電気自動車における相互採用を制御する装置であって、
前記エンジンをスロットルしてより低い効率で前記エンジンを作動するよりも、燃焼効率が良い場合に限ってエネルギーを前記バッテリーシステムの中に取入れるためのコンピュータと、当該コンピュータに伴うプログラミングと、を備えた装置。
【請求項６】
前記バッテリーシステムを所定の状態にまで充電し、又は前記自動車が作動している間、特定の充電状態で前記バッテリーシステムを維持するための前記コンピュータに伴うプログラミング、をさらに備えた請求項５に記載の装置。
【請求項７】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車において、
一定の期間に亘って前記バッテリーシステムの平均放電量を監視し、前記エンジンで最大と最小との間の放電量を維持することによって前記バッテリーシステムの放電量を調整するように前記エンジンの「ターンオン」スピードを使用すること、を備えた改良。
【請求項８】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御方法であって、
一定の期間に亘って前記バッテリーシステムの平均放電量を監視し、前記エンジンで最大と最小との間の放電量を維持することによって前記バッテリーシステムの放電量を調整するように前記エンジンの「ターンオン」スピードを使用すること、を備えたバッテリー制御方法。
【請求項９】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御装置であって、
一定の期間に亘って前記バッテリーシステムの平均放電量を監視し、前記エンジンで最大と最小との間の放電量を維持することによって前記バッテリーシステムの前記放電量を調整するように前記エンジンの「ターンオン」スピードを使用するためのコンピュータと、当該コンピュータに伴うプログラミングと、を備えたバッテリー制御装置。
【請求項１０】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車において、
前記エンジンで最大と最小との間の放電量を維持するように前記バッテリーシステムの前記放電量を循環させること、を備えた改良。
【請求項１１】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御方法であって、
前記エンジンで最大と最小との間の放電量を維持するように前記バッテリーシステムの前記放電量を循環させること、を備えたバッテリー制御方法。
【請求項１２】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御装置であって、
前記エンジンで最大と最小との間の放電量を維持するように前記バッテリーシステムの前記放電量を循環させるためのコンピュータと、当該コンピュータに伴うプログラミング、を備えたバッテリー制御方法。
【請求項１３】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車において、
予め定められた作動基準に適合するのに十分な頻度処理量の状態で前記バッテリーシステムの放電量を調整するための閉ループシステムを設定すること、を備え、
前記予め定められた作動基準は、基本的にバッテリー寿命、自動車性能及び、操縦性からなる群から選択される改良。
【請求項１４】
前記バッテリーシステムを完全に充電することなく前記バッテリーシステムの放電量を調整すること、をさらに備えた請求項１３に記載の改良。
【請求項１５】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを備えたハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御方法であって、
予め定められた作動基準に適合するのに十分な頻度処理量の状態で前記バッテリーシステムの放電量を調整するための閉ループシステムを設定すること、を備え、
前記予め定められた作動基準は、基本的にバッテリー寿命、自動車性能及び、操縦性からなる群から選択されるバッテリー制御方法。
【請求項１６】
前記バッテリーシステムを完全に充電することなく前記バッテリーシステムの放電量を調整すること、をさらに備えた請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを有するハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御装置であって、
予め定められた作動基準に適合するのに十分な頻度処理量の状態で前記バッテリーシステムの放電量を調整するように設定される閉ループシステム、を備え、
前記予め定められた作動基準は、基本的にバッテリー寿命、自動車性能及び、操縦性からなる群から選択されるバッテリー制御装置。
【請求項１８】
前記バッテリーシステムを完全に充電することなく前記バッテリーシステムの放電量を調整するためのコンピュータと、当該コンピュータに伴うプログラミング、をさらに備えた請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを有するハイブリッド電気自動車において、
自動車スピードを前記バッテリーシステムからの自動車エネルギー需要の決定要素として用いること、を備えた改良。
【請求項２０】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを有するハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御方法であって、
自動車スピードを前記バッテリーシステムからの自動車エネルギー需要の決定要素として用いること、を備えたバッテリー制御方法。
【請求項２１】
内燃機関エンジン、電気モータ、及び前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステムを有するハイブリッド電気自動車のためのバッテリー制御装置であって、
自動車スピードを前記バッテリーシステムからの自動車エネルギー需要の決定要素として用いるためのコンピュータと、当該コンピュータに伴うプログラミング、を備えたバッテリー制御装置。
【請求項２２】
内燃機関エンジン、電気モータ、前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステム、及び連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）パワートレインシステムを備えたハイブリッド電気自動車において、
ＣＶＴパワートレインシステム動力に対する加速及び減速補償を提供するように前記電気モータと前記バッテリーシステムを用いること、を備えた改良。
【請求項２３】
内燃機関エンジン、電気モータ、前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステム、及び連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）パワートレインシステムを有するハイブリッド電気自動車のための制御方法であって、
ＣＶＴパワートレインシステム動力に対する加速及び減速補償を提供するように前記電気モータと前記バッテリーシステムを用いること、を備えた制御方法。
【請求項２４】
内燃機関エンジン、電気モータ、前記電気モータに動力を供給するためのバッテリーシステム、及び連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）パワートレインシステムを有するハイブリッド電気自動車のための制御装置であって、
ＣＶＴパワートレインシステム動力に対する加速及び減速補償を提供するように前記電気モータと前記バッテリーシステムを用いるためのコンピュータと、当該コンピュータに伴うプログラミングと、を備えた制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００１年１月３日出願の出願番号６０／２５９，６６２の米国仮出願から優先権を主張し、当該出願を本願に引用して援用する。また本願は、２０００年１０月２日出願の出願番号０９／６７７，２８８の米国出願の一部継続出願であって、当該一部継続出願は１９９９年４月１９日出願の米国を指定国とする出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９９／０９８８０のＰＣＴ国際出願の継続出願である。そして、当該ＰＣＴ国際出願は、１９９８年４月２１日出願の出願番号０９／０６３，９９３、現在は米国特許番号６，０５４，８４４の米国出願の一部継続出願である。また本願は、１９９８年４月２１日出願の出願番号０９／０６３，９９５、現在は米国特許番号６，１１６，３６３の米国出願の一部継続出願である。上述の各出願から優先権が主張される。
【０００２】
（連邦政府の委託調査又は研究に関する陳述）
該当なし
【０００３】
（添付コンピュータプログラムの参照）
該当なし
【０００４】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、一般に連続可変トランスミッション又は適当間隔の多段トランスミッションを有する動力駆動に連結される内燃機関エンジン動作特性の制御の改良方法に関し、特により小型のバッテリーパックでの使用に適した部分充電減少及び充電維持の制御方法に関する。
【０００５】
２．背景技術の説明
本願に引用して援用する米国特許番号５，８４２，５３４において、充電減少方法及び装置を記載した。そしてその方法及び装置は電気モータ及び小型補助動力装置に係るものであり、内燃機関エンジンのように独立して又は運転状況に応じてハイブリッドカー（ＨＥＶ）におけるものである。本願に引用して援用する米国特許番号５，８４２，５３４において、巡航基準値を下回る全てのスピードで自動車が無排出ガス車又は電気自動車として作動するように、電気モータ及び補助動力装置の作動が調整される。ただし、ハイブリッドカーモードで自動車が作動する場合の充電基準値をバッテリーの放電量が上回らない場合を除く。さらに、巡航基準値を上回る場合にはハイブリッドカーモードで自動車が作動する。バッテリーは、作動中消耗し、補助動力装置によっては充電されない。ただし、小型補助動力装置にパフォーマンス強化を提供するのに十分にバッテリーが充電のみされる緊急の場合を除く。作動中において、自動車のスピードを検出し、バッテリーの放電量を検出し、基準スピードを上回る自動車スピードにおいては、補助動力装置が自動車に動力を供給するように作動し、電気モータが必要時に補助動力装置を補完するように使用される。また、基準スピードを下回る自動車スピードにおいては、補助動力装置が動作を停止し、電気モータが自動車に動力を供給するように作動する。そして基準スピードは放電量のレベルの機能として自動的かつ動的に調整される。
【０００６】
本願に引用して援用する米国特許番号６，１１６，３６３においては、他の充電減少方法及び装置を開示した。そしてその方法及び装置は電気モータ及び補助動力装置の作動が所望する最小燃料消費及び／又は自動車排出特性に基づいた補助動力装置の制御方法の機能として調整される。作動中において、自動車のスピードを検出し、バッテリーの放電量を検出し、基準スピードを上回る自動車スピードにおいては、自動車に動力を供給するように補助動力装置が作動し、必要時に補助動力装置を補完するように電気モータが使用される。また、基準スピードを下回る自動車スピードにおいては、補助動力装置は動作を停止し、電気モータは自動車に動力を供給するように作動する。そして、放電量のレベルの機能として基準スピードが動的に調整され、基準スピードと当該基準スピードの調整は、所望する最小燃料消費及び／又は自動車排出特性に基づいた補助動力装置の制御方法の機能である。
【０００７】
国際公開番号ＷＯ００／２５４１７として２０００年５月４日に公開された出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９９／０９８８０のＰＣＴ国際出願の継続出願であって、本願に引用して援用する、２０００年１０月２日出願の出願番号０９／６７７，２８８の自身の先行米国出願において、大型バッテリー又は高出力バッテリーパックで作動するように設計された内燃機関エンジンの電気ハイブリッドカーの制御方法を記載した。当該方法は、出願人の先の米国出願番号６，０５４，８４４の改良発明であり、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）又はオートマチックトランスミッションを備えた自動車の内燃機関エンジンの出力を制御する方法及び装置について記載した。これらの方法では、モータ／ジェネレータは運動方程式中の
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項の負の効果を打ち消すように制御される。運動方程式
【数１】
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【０００８】
は、エンジン／トランスミッションシステムを表している。ここで、αDSはドライブシャフトに影響を及ぼす車両の速度、ＲはＳE／ＳDS、ＩEはエンジンの慣性、ＩDSはドライブシャフトにおける車両の慣性、ＳEはエンジン速度、ＳDSはドライブシャフトの速度、ＴEはエンジントルク、Ｔlossはトルクロス、そして、ＴRLはドライブシャフトでの道路負荷トルクである。運動方程式中の
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項の負の効果を打ち消すモータ／ジェネレータは、エンジンを「スロットルを大きく開放した状態」（ＷＯＴ）で又は最高効率及び最低排気の「理想トルク／速度運転ライン」（ＩＯＬ）に従って、又はその他の所定の運転ラインに従って作動させるように用いられる。この概念は、本願に引用して援用する先の米国出願番号５，８４２，５３４に記載したように、特に充電減少のハイブリッドカーにとって好適なものであり、大型バッテリーパックが固定発電装置から充電される。しかしながら、バッテリーパックが小型化するにつれて、バッテリーに入出力されるエネルギー効率はより低くなる。そこで、より小型のバッテリーパックでの使用に特に適した制御方法が必要となる。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、より小型のバッテリーパックによる内燃機関エンジンの電気ハイブリッドカー動作に必要な制御方法を提供する。特にエンジンと連続可変又はオートマチックトランスミッションとの間に、電動モータ（Ｅ／Ｍ）又はモータ／ジェネレータ（Ｅ／ＭＧ）、バッテリー及びこれらと組み合わせて使用される制御機器を組み入れる構成においてのものである。
【００１０】
一態様では、本発明によって、より低効率でエンジンをスロットルしたり作動させたりするよりも高燃焼効率の場合に限り、エネルギーをバッテリーに取り入れることによって燃焼機関エンジンと電気モータで作動するバッテリーとの間の相互作用が制御される。
【００１１】
他の態様では、本発明によって、所定の状態までバッテリーが充電され、又はバッテリーが所定の充電状態で維持される。
【００１２】
さらに他の態様では、本発明によって、ある時間帯に亘る平均放電量を監視し、最大と最小との間で放電量を維持することによってエンジン「ターンオン」スピードがバッテリーシステムの放電量を調節するのに用いられる。
【００１３】
さらに他の態様では、本発明によって、バッテリーシステムの放電量はエンジンで最大と最小との間の放電量を持続するように循環する。
【００１４】
さらに、本発明の他の態様によって、平均放電量が運転者の動作と比較して一定期間に亘って維持される。
【００１５】
また、バッテリーの寿命や自動車性能及び操縦性のような所定の作動特性に適合した頻度処理量でバッテリーの放電量が調整されるように閉ループシステムが設定されるバッテリー制御方法が本発明の一態様に含まれる。
【００１６】
加えて、本発明のさらなる態様によれば、エンジンで完全に充電することなく、機械的なＣＶＴ電気ハイブリッドカーにおけるバッテリーシステムの放電量を調整する。
【００１７】
本発明の他の態様は、自動車のエネルギー需要の決定要素として、自動車のスピードを使用する。
【００１８】
さらに本発明の他の態様は、ＣＶＴパワートレインシステム動力に対する加速補償及び減速補償を供給する電気モータとバッテリーを使用することによって、ＣＶＴエンジンモータパラレル原動力のための自動車制御方法を提供する。これは、内燃機関ＣＶＴのみを用いて達成されるよりも、高いレベルの迅速な反応と良好な燃料節約を提供する。
【００１９】
本発明のさらなる態様は、エンジンスロットルとＥ／Ｍ減速制御との比較によるＥ／Ｍバッテリーシステムを通じた循環エネルギーを考慮することによって全体のパワートレインの効率を最適化する。
【００２０】
さらなる本発明の態様及び利点は、以下の明細書部分から明らかにされよう。詳細な説明はそれについて限定することなく発明の好適な実施形態を十分に開示することを目的とする。
【００２１】
（発明の詳細な説明）
図１乃至図７を参照すると、本発明は、内燃機関エンジンの小型バッテリーパックを備えた電気ハイブリッドカーの作動制御方法及びシステム、特に、電気モータ（Ｅ／Ｍ）又は電気モータ／ジェネレータ（Ｅ／ＭＧ）、バッテリー及び関連する制御機器がエンジンと連続可変トランスミッション又はオートマチックトランスミッションとの間に挿入される構成においてのものである。当然のことながら、ここにおいて、用語「バッテリー」が使用されている場合には、ここにおいて、用語「バッテリー」が使用されている場合には、この用語は、超蓄電池、電気化学的蓄電池等のすべてのエネルギー貯蔵装置を含むものである。
【００２２】
１．エンジンをスロットルするタイミングを決定する、または運転中のバッテリーの回生を達成する最適化概念の適用
本発明の第一の目的は、エンジン、電気モータ／ジェネレータ、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）又は適当間隔の多段変速のオートマチックトランスミッション、パワートレインシステムコンピュータ制御機器及び特定のバッテリーパックを与えられるパラレル方式のハイブリッド電気パワートレインの燃料消費及び排出を最小化することである。これらの構成部材は、夫々作動時に損失を生じる。本発明は、これら構成部材の損失の合計を最小化し、液体燃料からホイールでの駆動エネルギーへの最高の変換効率を提供する。本発明の第二の目的は、バッテリーパックの最高効率での再充電又は充電の維持を提供することである。この作動の理論については、以下の文章及び図面で説明する。
【００２３】
図１は、実施形態に係るパラレル方式のハイブリッド電気連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）システム１０のブロック図である。本システムは、本発明による低燃料消費、低排出及び高パフォーマンスを目的として設計されたものである。この図は、燃料供給１４から動力を供給される内燃機関エンジン１２及びクラッチ１８又はトルクコンバータなど他の連結装置を介してエンジン１２に接続される電気モータ／ジェネレータ（Ｅ／ＭＧ）１６を示している。Ｅ／ＭＧ１６は、バッテリー２０から動力の供給を受け、バッテリーエネルギーは、Ｅ／ＭＧコントローラ２２を介して制御される。Ｅ／ＭＧコントローラ２２はＥ／ＭＧ１６によって作動されるエンジン１２のトルクを制御する。Ｅ／ＭＧ１６はＣＶＴ又は多段トランスミッション２４に接続され、ＣＶＴ又は多段トランスミッション２４はエンジントルク（ＴＥ）５６とモータトルク（ＴＭ）２６の組合せを入力で受け取り、ドライブシャフト２８が続く。次にドライブシャフト２８は、最終駆動３０に接続され、最終駆動３０は車軸３２を回転させ、車軸３２はホイール３４に接続される。制御コンピュータ３６は、制御パラメータを設定し、システムの作動を監視する。制御パラメータには、例えばエンジンスロットル３８、ＣＶＴ又は多段トランスミッション２４の変速比率の変動（変速比の変化の割合）４０、及びコントローラ２２に対するＥ／ＭＧトルクパラメータ４２、が含まれる。監視される作動特性には、ＣＶＴ又は多段トランスミッション２４の比率４４、エンジンスピード（ＳＥ）４６、バッテリー監視システム（コンピュータ）５０により提供されるバッテリーの放電量４８、自動車スピード５２、及び運転者入力５４（例えば、アクセル／ブレーキペダル動作）が含まれる。必要とされる範囲のエンジントルク（ＴＥ）５６は直接的には測定されず、理想運転ライン（ＩＯＬ）から得られるものである。
【００２４】
図２は、アクセルペダルの代表的な加速／減速サイクルを示している。正（＋）トルク（＋ＴＭ）は、Ｅ／ＭＧがバッテリーからエネルギーを引き出すことを意味し、負（−）トルク（−ＴＭ）は、Ｅ／ＭＧがバッテリーを再充電又は回生させるジェネレータとして作動することを意味する。このサイクルは、平坦な道における安定した状態でアクセルペダルを特定の位置で自動車が作動することから始まる。運転者が急に自動車を加速する必要があると判断する。このパワートレインシステムにおけるアクセルペダルで「出力」が指示されると、急に新たな作動位置に移行するとき、必要とされる出力に即座に達するように電気モータからのトルクを増加させる。そして、アクセルペダルからの指示に従って出力が持続され、理想運転ライン（ＩＯＬ）上を維持するようにスピードとスロットル状態を変えることによってガソリンエンジンの出力を増加させＣＶＴ比率を変える。Ｅ／ＭＧトルクが０に達するまで、電気モータ（Ｅ／ＭＧ）トルクが減少し、一定の全体出力曲線を維持する。新たなより高い出力がエンジンの理想運転ライン（ＩＯＬ）に沿って達する。これを行うのに必要とされるエネルギーはバッテリーから生じ、電気モータによって供給される。したがって、作動点「Ａ」からスタートし、エンジンとＥ／ＭＧは即座に点「Ｂ」に移行し、より多くのトルク及び出力を供給する。新たな作動点Ｃに到達するまでＣＶＴ比が変化するにつれて、Ｅ／ＭＧトルクが一定の出力曲線ＢＣに沿って減少する。アクセルペダルがある定位置で維持されるのと同様に、このエンジンの出力水準及び作動点が維持されることとなる。自動車が加速するにつれてＣＶＴは変速比が変化する。運転者がアクセルペダルを「Ａ」点（サイクルのスタート地点）に相当する出力水準に戻すとすると、電気モータ／ジェネレータは、「Ｃ」の出力水準をほとんど即座に線ＡＤの出力水準に落とすように負トルクを供給する。そして、このＥ／ＭＧの負トルクはエンジンスピードをＩＯＬに沿って「Ｅ」点にまで減少させる。エンジンの負荷（トルク）が高く、スロットルも閉じていないため、エンジンは高効率かつ低排出で作動し続ける。Ｅ／ＭＧはエンジンスピードを、そして結果として出力を「Ｅ」にまで「引き下げる」ように用いられる。そして、生成された出力はＥ点に至るまでバッテリーに戻り、電気モータトルクは減少して０になり、エンジンスロットル「Ｄ」から「Ａ」に至る曲線の出力水準にまで減少する。この出力水準は、点「Ｆ」により示される。点「Ｅ」及び「Ｆ」は効率の評価により選択され、バッテリー電気モータシステムを通じた回生による場合に比べて、エンジンスロットルによる効率が等しいかより高い効率が存在する点である（電気モータジェネレータとバッテリーシステムの効率はおよそ(. 9G x. 9B x. 9BX x. 9M) = 0.65)である。）。点「Ｅ」は、エンジンの制動比燃料消費（ＢＳＦＣ）が３５％以上に増加し点「Ｆ」で望まれる出力減少を達成する場合に決定される。この時点で、Ｅ／ＭＧトルクは０に設定され、エンジンのスロットルは出力指令を満たすように減少する。
図３は、理想運転ライン（ＩＯＬ）に関連したエンジンスロットル曲線を示している。１００％ＩＯＬ線、６５％ＩＯＬ線、及び０％ＩＯＬ線をこの図で示している。これらの線は、ＩＯＬと比較したエンジン効率を決定する。従って６５％ＩＯＬ線は１００％ＩＯＬ運転ラインのおよそ６５％の効率（又はＢＳＦＣ３５％以上）である。「Ｅ」から「Ｆ」の減少トルクは、３０％から１８％へのスロットル変化又はバッテリーへの回生エネルギーによって達成される。回生は、およそ３５％のジェネレータ−バッテリーモータ間の損失を原因とするエネルギー損失を有する。
【００２５】
図４のスロットル／スピード曲線は図３の曲線から得られるものである。図４は、アクセルペダルが出力「Ａ」から「Ｂ−Ｃ」まで増加し、ＩＯＬ上の点「Ｅ」を通じて「Ａ」へ戻る場合のエンジンスロットルを示している。エンジンスロットルは、この瞬間に点「Ｆ」のほぼ６５％ＩＯＬまで減少する。この点「Ｅ」は、スロットリングによるエンジン効率の損失が電気系統を通じた損失より少なくなる点である。点「Ｆ」から「Ａ」への出力は、再び「Ａ」に至るまでエンジンスロットル調節で一定に保たれる。電気モータジェネレータのトルクは「Ｆ」から「Ａ」に至るまで０に設定される。
【００２６】
図５は、バッテリーの回生制御のグラフを示し、どのようにガソリンエンジントルクスピード曲線が変化し、メインバッテリーの充電を増加させ、又は放電量（ＤＯＤ）を減少させるのかを示している。グラフの右方向に作動が移行するのに従ってバッテリーの充電が増加する。
【００２７】
図６は、どのようにエンジンの「ターンオン」スピードが循環し、ＤＯＤが運転状況に応じた任意の状態で循環するようになるのか、について示している。夫々の平均的な作動速度は充電を維持する「ターンオン」スピードを有していると仮定する。その場合、傾きＡ“Ａ、Ａ”Ｂ、又はＡ“Ｃに応じた「ターンオン」スピードによってバッテリーの充電状態（ＳＯＣ）を調整することができる。調整の信頼度は、Ａ”Ｃを用いるのが最良である。付加的な情報は自身の先行米国出願番号５，８４２，５３４及び米国出願番号６，１１６，３６３で得ることができ、両出願は本願に引用して援用される。
【００２８】
２．バッテリーにおける充電の維持又はより高い状態までバッテリーを再充電するためのシステムの運転ラインの決定
本発明の第２の目的は、同時にバッテリーの充電状態を維持又は増進しながら自動車を作動させる技術を提供することである。
【００２９】
再び図５を参照して、必要に応じて液体燃料エンジンを用いたバッテリーの再充電の技術を示す。再充電の周期は、再充電の損失が最小化されるように比較的長期間に亘って、又は低い電流で生じるべきものである。エンジンは、ＩＯＬで作動するように保たれるが、自動車の最大性能はわずかに減少するかもしれない。充電レートは低くなるべきである。概ね走行中の自動車の平均出力に匹敵するようにバッテリーの再充電出力のレベルが選択される。仮にこの出力設定が平均負荷と比較して低い場合には、バッテリーはゆっくりと放電する。仮にこの出力設定が平均と比較して高い場合には、充電状態は時間がたつにつれて次第に上昇する。運転者の動作と比較して低い頻度で平均の充電状態が上昇したり下降したりするように充電状態を設定するのが目的である。この循環の頻度は、運転者のアクセルペダルの動作の頻度の１／１０を下回るべきである。循環の頻度はバッテリーパックのサイズや他のシステムパラメータに関係しよう。バッテリーパックが大きければ大きいほど、この充電頻度の反応はより低くなり、制御システムはより強固なものとなろう。あるいは、エネルギー管理の処理量は運転者の処理量の概ね１／１０程度となるべきである。作動頻度のこの分離によって、自動車が強固な制御を獲得することが可能となる。予測又は「ファジー」の概念はより小型のバッテリーパックに必要とされるであろう。これらの制御頻度の範囲は重なり合い、それ故予測が必要なものとなる。これらの制御範囲の境界は、何らかの異常な方法によるシステムの過剰使用によって常に達するものである。これらの境界に達するのはまれであり、これらの境界に達したときに、運転者はこの欠陥を正すのに必要な代替的な行動を知っているのが重要な特徴である。
【００３０】
例えば、仮にバッテリーが放電しつつあり、再充電のレベルがあまりにも低すぎる場合には、運転者は単にアクセルペダルをより控えめにし、又コンピュータは再充電レベルをわずかに高く設定する。これは図５におけるバッテリーの再充電出力レベルをより高く設定することを意味する。このような行動は、コンピュータによって、あるいはシステムを手動制御にする運転者によって手動で得られるものであるが、このような手動制御は一般に必要ではなく、いったん充電のレベルが特定の運転者のために設定されると、再び調整される必要はない。この充電のレベルの維持は個人の運転方法に関係する。自動車は平均的な運転者に合わせて設定され、運転者はこの設定を上下して調節可能となる。自動車はこの制御によって決して危険に晒されることはない。システムの効率が影響されるのみである。
【００３１】
バッテリーを再充電する出力が制御コンピュータによって「Ｘ」キロワットに決定される場合、ガソリンエンジンは自動車スピードを維持するのに必要とされるのよりも高い出力レベルで作動するように設定される。仮に通常の平坦な道の条件のもとで述べたサイクルが上述したように図２における点Ａで開始され、その後バッテリーの直接の充電コマンドを受け、エンジンの作動点はＩＯＬに沿って右方向へ点ＡＣまで移動する。このように定常状態の巡航において点ＡＣは、道路負荷及び充電量「Ｘ」を供給する。仮に加速ペダルにより突然自動車が加速して移動した場合には、作動点はＢＣへと移動する。この増加した出力は、図２におけるものと同じである。このように、自動車の加速は、通常の作動下においては影響されない。バッテリーの充電曲線は単に右方向へ点ＡＣ、ＢＣ、ＣＣ及びＤＣまで移動する。点Ｅ、Ｆは同じ状態のままで変化はない。負の出力のレベルがA'に達すると、ＩＯＬ上で作動するようにエンジンスロットルが開かれ、ＥＭＧはこの例のサイクルの開始のレベルでバッテリーを充電するように設定される。
【００３２】
ブレーキペダルが押下され、自身の国際公開番号ＷＯ００／２５４１７や自身の先行特許の米国番号５，８４２，５３４、米国番号６，０５４，８４４及び米国番号６，１１６，３６３で記載したブレーキングポリシーが同様に行使される。バッテリーの充電状態を維持するのに必要とされる「充電出力」の量は、システム制御ポリシーによって設定される理想からの不足量によって決定される。充電出力の不足における「ゲイン」は充電の時定数を決定する。米国特許番号５，８４２，５３４の充電減少ポリシーが充電減少から充電維持までの移行のほとんどを占めるため、この充電ポリシーは通常は必要とされない。ここで留意すべきは、米国特許番号５，８４２，５３４の通常の「充電減少」アルゴリズムは、その特許の図４に示されるように、エンジンの「ターンオン」スピードの制御によって充電を減少させる。仮にこのスピードが高い（例えば「ハイウェイ」走行）場合には、バッテリーは自動車の走行につれて減少する。しかしながら「シティ」走行の場合には、ＤＯＤが増加するにつれ、点Ａ、Ｂ又はＣに達するまで所定の走行サイクル上でより大量のガソリン及びより少量の電気エネルギーを自動車が使用するのを可能とするような改良された制御ポリシーが図６で示される。ここで、エンジンモータ、ＣＶＴ及びコンピュータ制御装置はエンジンの「ターンオン」スピード及びコンピュータに設定されるＤＯＤを維持するためのＤＯＤ制御線を制御する。図６における制御線Ａ、Ｂ及びＣは、ある特定の低スピードの走行サイクルにおいて、このポリシーを用いて維持される３つのＤＯＤの例を示している。システムはそれぞれ「ターンオン」ポリシーＡ、Ｂ又はＣに対応してバッテリーをＤＯＤ１、２又は３にまで減少させる。更なる正の制御では、「ターンオン」スピードはＶMINまで低下し、ＤＯＤに従う。仮にＤＯＤがＡ´, Ｂ´及び Ｃ´までそれぞれ減少した場合には、その後バッテリーが充電される。この時、制御コンピュータは、「ターンオン」スピードをそれぞれＡ、Ｂ及びＣに切り換えることが可能である。そしてＤＯＤは、１と１´又は２と２´又は３と３´との間で循環することとなる。この概念の利点は、「直接的な」又は意図的な充電を行うことなく再充電可能なブレーキングやエンジン制御エネルギーによってバッテリーの状態が維持されることにある。このため、効率は可能な限り高くなる。仮にこの方法の使用がＤＯＤの維持するために十分でなければ、そのときには上述のエンジン出力制御のポリシーが付加的に使用可能である。
【００３３】
ハイウェイ走行の間、ＶMAXを上回る高速度では、あるＤＯＤを維持するのに十分なエネルギーを有する減速イベントは十分には存在しない。そして図５のコンピュータ制御の概念は、この第２章の第２パラグラフで述べたようにエンジンをＩＯＬに沿って作動する間、エンジン出力作動点を増進させるのに用いられる。制御コンピュータは、走行特性によって決定されるＤＯＤエラー、充電レート及び制御ループ頻度に基づいて充電出力の量を決定する。運転者のアクセルペダルの頻度と比べて相対的に低い頻度でＤＯＤを維持するのが望ましい。
【００３４】
図７のブロック図は、上述のポリシーに対する一般的な適用を示している。これらポリシーは、バッテリー寿命、電気エネルギー使用、及び他の長期的な要因又はポリシー、そして必要に応じて任意的な手動制御（例えばオーバーライドスイッチ）のような要因１００によって設定される。そして所望する放電量１０４は、現時点の平均放電量１０６と比較され、エラー信号１０８はパワートレインコントローラ（例えば、エンジン、モータ、ＣＶＴ又は多段トランスミッションの制御コンピュータ）１１０へ出力される。パワートレインコントローラ１１０の出力は、燃料１１６と共にパワートレインシステム（例えば、エンジン、モータ、ＣＶＴ又は多段トランスミッション）１１４への入力としての「ターンオン」スピード又は充電出力設定１１２となる。電気エネルギー使用１１８は、バッテリーステイタスコンピュータ１２０によって監視され、バッテリー放電量１２２がリアルタイムで決定される。リアルタイムの放電量の測定は、現在平均ＤＯＤ１０６を生成するために平均化プログラム１２４で平均化される時間である。
【００３５】
３．ローからゼロまでのアクセルペダルコマンドの作動
ローからゼロまでのアクセルペダルの踏み込みで、好ましくは最低スピードで作動するようにエンジンを制御してＣＶＴ又はトランスミッションを使用する。この最低スピードはスロットルを閉じて燃料を止めた状態で維持される。この最低エンジンスピードにおける負の出力は低出力で、「通常の」操縦性感覚に対して自然な減速のソースを提供する。さらに、負の出力は低出力なので、良好な操縦性のためエンジンクラッチは開放されていなくてよい。エンジンクラッチの開放は、上述の他のポリシーによって設定される低自動車スピードで発生する。
【００３６】
このバッテリーシステムがもはや充電に対応しない山岳級の減速に対しては、山岳走行モード（例えば、トランスミッションにおけるＤ１又はＤ２のようなローギア選択）が望ましい。これは、最低エンジンスピードをより高く設定し、その結果高いエンジンの減速出力とスロットルを閉じて燃料をゼロにするすることにより容易に達成される。
【００３７】
その結果、本願発明は、他の制御方法に優る数多くの利点をもたらす。利点には以下のものを含むがこれに限定されない。
【００３８】
１．低スピードの市街地走行に対してエンジン「ターンオン」スピードを使用することによりバッテリーシステムのＤＯＤを調整し、
２．運転者の行動に比較して長期間に亘ってＤＯＤを平均化することによってバッテリーシステムのＤＯＤを調整し、
３．バッテリー寿命、性能などを最適化するのに十分に頻度処理量を低くしてハイブリッド電気自動車のＤＯＤを調整する閉ループシステムを設定し、
４．ガソリンを用いてフル充電まで再充電するのではなく、直接的に「壁に埋め込んだコンセント」の自動車推進エネルギーを提供するバッテリーを消費する。エンジンは走行サイクルにおいて予想される全てのエネルギー所要量を見込むのに十分なＤＯＤのレベルを維持するように使用され、
５．自動車スピードを走行エネルギー需要の決定要素として使用する。例えば、ハイウェイ走行では時速６０マイルかそれ以上のスピードが考えられる。市街地走行では時速６０マイルを下回るスピードが考えられる。このため、提案される制御ポリシーは自動車スピードに従って変更される。走行履歴、走行状態の時間、及び他の要因のような他の制御の詳細は、これらの制御を実際に実行するのに用いられると理解される。
【００３９】
さらに、本発明の制御方法、ポリシー及び／又はアルゴリズムが、従来のプログラミング技術を使用してプロセッサ制御下におけるいかなる従来のコンピュータシステムにおいても実行されることは、当業者は容易に理解できよう。
【００４０】
上述の説明には、多くの特定性を含んではいるが、これらは発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではなく、単に本発明の現在の好適な実施形態のうちのいくつかの実例を提供したに過ぎないものして解釈すべきものである。したがって、当然のことながら、本発明の範囲は当業者にとって明らかな他の実施形態を十分に包含し、また従って本発明の範囲は添付した特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。そして特許請求の範囲における単数での構成要素の言及は、そのように明示的に述べていない限り「１であって１のみ」を意味すべきことを意図するものではなく、むしろ「１又はそれ以上」を意味すべきことを意図するものである。当業者に知られている、上述の好適な実施形態の構成要素と構造的、化学的、及び機能的に同等な全てのものは、明示的に本願に引用して援用され、また本特許請求の範囲によって包含されることを意味する。さらには、本特許請求の範囲によって包含されている限り装置や方法が本発明によって解決しようとする、ありとあらゆる課題に対応している必要はない。さらに、本開示におけるどの構成要素、構成部材、又は方法のステップも、それらの構成要素、構成部材又は方法のステップが明示的に特許請求の範囲に列挙されているか否かにかかわらず、社会に対して捧げられることを意図するものではない。構成要素が「means for」とのフレーズを使用して明示的に示されていない限りU. S. C. 112条第６パラグラフの条項の下で請求項の構成要素が解釈されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るエンジン、電気モータジェネレータ、ＣＶＴ、バッテリー及びコンピュータ制御のパラレル方式の出力ハイブリッドトレイン構造のブロック図である。
【図２】本発明に係るＨＥＶモードにおける典型的な加速／減速サイクル、すなわちバッテリーの状態がアクセルペダルで制御されエンジン及び電気モータのトルクスピード特性とエンジン効率との組合せを示すグラフである。
【図３】本発明の１００％ＩＯＬ線、６５％ＩＯＬ線、０％ＩＯＬに基づいて、理想運転ライン（ＩＯＬ）に関連するエンジンスロットルトルクスピード曲線を示すグラフである。
【図４】図３に示す曲線から得られる本発明による加速−減速サイクルの間のスロットルスケジュールを示すスロットルスピード曲線のグラフである。
【図５】本発明に係る、増加するバッテリー放電量のメンテナンスを表すバッテリー回生制御のグラフである。
【図６】どのようにエンジンの「ターンオン」スピードが循環し、運転状態に応じた所定の状態でＤＯＤを循環させるかについて示す充電減少制御システムによる代替的な充電持続制御を表すグラフである。
【図７】本願に係る、エンジン、Ｅ／ＭＧ、及びＣＶＴ又は多段トランスミッションの制御によるバッテリー充電持続のための制御図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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