特許 6599327 離散比率によるトランスミッションを備えたハイブリッド車両におけるエネルギー管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6599327

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】離散比率によるトランスミッションを備えたハイブリッド車両におけるエネルギー管理方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/06 20060101AFI20191021BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20191021BHJP

   B60W 10/26 20060101ALI20191021BHJP

   B60W 20/11 20160101ALI20191021BHJP

   B60W 10/10 20120101ALI20191021BHJP

   B60W 20/30 20160101ALI20191021BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20191021BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20191021BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   B60W10/06 900

   B60W10/08 900

   B60W10/26 900

   B60W20/11

   B60W10/10 900

   B60W20/30

   B60L15/20 KZHV

   B60L50/60

   B60L50/16

【請求項の数】8

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-535227(P2016-535227)

(86)(22)【出願日】2014年11月4日

(65)【公表番号】特表2017-500240(P2017-500240A)

(43)【公表日】2017年1月5日

(86)【国際出願番号】FR2014052795

(87)【国際公開番号】WO2015082784

(87)【国際公開日】20150611

【審査請求日】2017年9月20日

(31)【優先権主張番号】1361974

(32)【優先日】2013年12月3日

(33)【優先権主張国】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ミロ−パドナヴィ， トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ドゥベール， マクシム

(72)【発明者】

【氏名】シャマイヤール， ヤン

(72)【発明者】

【氏名】コラン， ギョーム

【審査官】 菊地 牧子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−２４０４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４３５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０９７７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７６６７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／２０ − ６／５４７

Ｂ６０Ｗ１０／００ −１０／３０

Ｂ６０Ｗ２０／００ −２０／５０

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ −１３／００

Ｂ６０Ｌ１５／００ −１５／４２

Ｂ６０Ｌ５０／００ −５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの内燃機関と電気機械とを備え、離散比率のトランスミッションを介して車両の車輪に連結されているハイブリッド車両動力装置に対して、そのエネルギーを管理するエネルギー管理方法であって、
前記内燃機関からのエネルギー供給と電気源からのエネルギー供給とを等価にする等価係数による重みづけをして得られる、前記内燃機関の消費（Ｃｏｎｓｏ＿ｔｈｅｒｍｉｑｕｅ）と前記電気機械の電気消費（Ｃｏｎｓｏ＿ｂａｔｔ）との加重和に関するエネルギー基準（Ｈ）を取得する工程と、
前記トランスミッションの運動学的モード管理に関する不快適性基準（Ｄ）を取得する工程と、
前記エネルギー基準（Ｈ）と前記不快適性基準（Ｄ）との和である混合基準（Ｈ_{ｍｉｘｅｄ}）を最小化する工程とを有し、
前記不快適性基準（Ｄ）は前記エネルギー基準と快適性ペナルティ（Ａ）との積で定められ、
前記快適性ペナルティ（Ａ）は前記トランスミッションの現在の運動学的モードから目標の運動学的モードへの推移に応じて定められる、
エネルギー管理方法。

【請求項2】

前記快適性ペナルティ（Ａ）は、正方行列（β）を含み、正方行列（β）の行列要素（Ｃ_ｉ，_ｊ）は、それぞれ、現在の運動学的モードｉ及び次の運動学的モードの候補である目標の運動学的モードｊによって定められる数値を有する、請求項１に記載のエネルギー管理方法。

【請求項3】

混合基準（Ｈ_{ｍｉｘｅｄ}）を最小化する工程は、前記快適性ペナルティ（Ａ）の行列要素（Ｃ_ｉ，_ｊ）を試していって前記エネルギー基準（Ｈ）と前記不快適性基準（Ｄ）との和が最小になるものを見つけ出して行われる、請求項２に記載のエネルギー管理方法。

【請求項4】

前記不快適性基準（Ｄ）が、絶対値として表されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー管理方法。

【請求項5】

前記快適性ペナルティ（Ａ）が、前記正方行列（β）に較正定数（Ｋ）を乗じたものであることを特徴とする、請求項２に記載のエネルギー管理方法。

【請求項6】

運動学的モード間の推移に係る前記正方行列（β）は、該当する推移に固有の動作系列に基づいていることを特徴とする、請求項５に記載のエネルギー管理方法。

【請求項7】

２つの運動学的モード間の推移に係る前記動作系列が、
前記電気機械の同期化、
前記内燃機関の同期化、
前記内燃機関の開始、
前記内燃機関の停止、および／または
トルクの中断
を含むことを特徴とする、請求項６に記載のエネルギー管理方法。

【請求項8】

前記トランスミッションの運動学的モードが、少なくとも、電気モード（ＺＥＶ１、ＺＥＶ２）における２つの比率とハイブリッドモード（ＨＹＢ１、ＨＹＢ２）における２つの比率とを含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はモータ車両のハイブリッド動力装置におけるエネルギー流量の分配の管理に関する。

【0002】

より詳細には、本発明の対象は、ハイブリッド車両動力装置のエネルギー管理方法であり、このハイブリッド車両動力装置は、少なくとも１つの内燃機関と、電気駆動機械とを備えており、離散比率によるトランスミッションによって車両の車輪に連結されており、離散比率は、モータの各動作時点において、内燃機関の消費と電気機械の電気消費との和に関するエネルギー基準を最小化することによるものである。

【背景技術】

【0003】

前輪または後輪駆動によるモータ車両のハイブリッド動力装置が、内燃機関と、車両に搭載の少なくとも１つのバッテリによって供給される１つまたは複数の電気機械とを備える。

【0004】

ハイブリッド動力装置のための制御システムは、燃料消費を制限し、汚染微粒子の排出を最小化するために、移動条件に応じて種々のモータの動作および同期化を管理するように設計されている。これは、熱的および電気的エネルギー流量の管理と呼ばれ、具体的には、内燃機関のエネルギー流量と電気源のエネルギー流量との間の動力分配を最適化することを目的とした、制御システムにおいて実装される制御戦略を示す。

【0005】

離散比率によるハイブリッド車両の具体的な事例においては、トランスミッション比率は、計算装置によって選定される。車両の制御システムは、消費を最小化するとともにドライバによって要求されるトルクを提供するための２つの自由度、すなわち、第一には、トランスミッション比率、および第二には、電気機械と内燃機関との間のトルク分配を有する。

【0006】

仏国特許出願公開第ＦＲ２９８８６７４号明細書は、車両エネルギー管理法（ＬＧＥ）において、内燃機関からのエネルギー提供と電気源からのエネルギー提供との間に適用される重み付けを表すエネルギー等価係数を決定するための方法を開示しており、その目的は、内燃機関と電気機械との間のトルク分配をリアルタイムに決定することである。分配には、車両の行程において車両の大域的消費が最小化されるとともに、ドライバの希望が観測されなくてはならない。等価係数の目的は、１つの動作時点において大域的エネルギー消費を最小化することである。等価係数は、バッテリとエネルギー目標との瞬間エネルギー状態および車両の走行条件に応じて離散的に制御され得る。

【0007】

車両がオートマチックトランスミッションを有する場合、ＬＧＥはまた、可能な限りエネルギー消費を低減させるために適用すべきトランスミッション比率を決定しなくてはならない。しかしながら、エネルギー管理法における単一の従来のエネルギー基準の適用は、ギア変更の不安定な制御、または消費の最適ではない低減につながる可能性がある。

【発明の概要】

【0008】

本発明の対象は、エネルギー基準（消費）と走行快適性（ギア変更の発生）との間の最良の妥協点を見出すことによって、オートマチックトランスミッションを含むハイブリッド車両のエネルギー管理法において比率の選択肢を統合することである。

【0009】

この目的を達成するために、本発明は、最小化された基準が、エネルギー基準とトランスミッションの運動学的モード管理に関連する不快適性基準との和である混合された基準（Ｈ_{ｍｉｘｅｄ}）であることを提案する。

【0010】

不快適性基準は、エネルギー基準に比例することが好ましい。

【0011】

提案される方策は、最良の妥協点を見出すために、消費の最適化における快適性問題の管理を可能にする。

【0012】

本発明の非限定的な適用例においては、運動学的モードは、少なくとも、電気モードにおける２つのトランスミッション比率とハイブリッドモードにおける２つのトランスミッション比率とを含む。

【0013】

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して、本発明の非限定的な実施形態の以下の説明から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】各瞬間において消費を最小化する比率を選定するエネルギー管理法の適用を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

ハイブリッド車両の大域的エネルギー消費は、内燃機関の消費（効果的トルクおよび機関速度の関数）と電気機械の消費（電気機械のトルクおよび速度の関数）との和である。

【0016】

内燃機関の消費は、動作時点の関数として（トルクＣ_ｔｈ、速度ω）、燃料流量マップから決定される。バッテリからの電気消費は、適用されるトルクおよび機械の速度の関数として、機械によって吸収または放出される電気動力から推定される。電気消費は、バッテリの充電レベルに依存するので、最小化における燃料に対する電気的エネルギーの優位性を変換する等価係数によってＬＧＥにおいて重み付けされ得る。この計算においては、バッテリによって交換される電気動力は、使用される燃料の発熱量によって除されて、燃料流量に変換され、機関動力消費と均一になる。その場合、方程式、

を満たすエネルギー基準Ｈを決定することができ、式中、Ｈは、毎秒グラムの単位で表される燃料流量であり、ｓは、等価係数、バッテリ充電レベルの関数である。

【0017】

そのような方法は、機関の各動作時点について、内燃機関の消費Ｃｏｎｓｏ＿ｔｈｅｒｍｉｑｕｅと、内燃機関からのエネルギー供給および電気源のエネルギー供給を重み付けする等価係数ｓが乗じられた電気機械の電気消費Ｃｏｎｓｏ＿ｂａｔｔとの和に関するエネルギー基準Ｈを最小化する。

【0018】

概して、機関／機械トルクの分配、およびＬＧＥによってトランスミッションに強制される運動学的モードは、エネルギー基準Ｈを最小化するように意図されている。しかしながら、トランスミッションが、エネルギー基準の最小化に応じて制御される場合、トランスミッションは、すぐに不安定な動作をとる可能性があり、ギア変更の強制レートは、あまりに高過ぎて、良好な条件の下で適用することはできない。実際に、ＬＧＥが各瞬間におけるエネルギーコストＨを最小化する比率を選定する場合、エネルギー利得がたとえ最小であったとしても、ギア変更が課せられる場合がある。

【0019】

唯一の図は、少なくとも、電気モードＺＥ１およびＺＥ２における２つの比率と、ハイブリッドモードＨＹＢ１およびＨＹＢ２における２つの比率、すなわち４つの現在の運動学的モードを有する動力装置について、Ａｒｔｅｍｉｓ Ｕｒｂａｎ Ｃｙｃｌｅと呼ばれる従来のサイクルにおける具体的な例から、エネルギー基準Ｈを最小化するようにＬＧＥによって要求される運動学的モードの連続を示している。このサイクルにおけるモード変更の要求レートは、毎分１４．５の変更（１４．５ ｃｈａｎｇｅｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）、または４９の変更／ｋｍ（４９ ｃｈａｎｇｅｓ／ｋｍ）である。

【0020】

ギア変更を制限するために、本発明は、ＬＧＥの既存のエネルギー基準Ｈに、トランスミッション比率変更によって誘起される不快適性の基準を統合するように提案する。所望の目的は、結果として生じるエネルギー利得が、結果として生じる不快適性を補償するのに十分なほど大きい場合にしか、ギア変更を強制しないことである。したがって、採用される運動学的モードは、混合されたエネルギー／快適性の基準Ｈ_{ｍｉｘｅｄ}と呼ばれる新規基準を最小化するものになる。結果として、トランスミッション比率の管理、またはより概括的には、トランスミッションの運動学的モードの管理により、動力装置のエネルギー効率（ＧＭＰ）と、走行および乗っている人の快適性との間の許容可能な妥協点が見出される。

【0021】

本発明によれば、最小化されることになるエネルギー基準は、混合された関数Ｈ_{ｍｉｘｅｄ}であり、式中、不快適性基準Ｄが、上に定義された基準Ｈに加えられる。

【0022】

不快適性基準Ｄは、エネルギー基準Ｈと、現在の運動学的モードおよび基準が評価されるべき運動学的モードの関数として表される「ペナルティ」との積である。Ｄは、方程式に「エネルギーサーチャージ」を導入し、この「エネルギーサーチャージ」は、モード変更にペナルティを科すようにエネルギー基準Ｈに加えられる。

【0023】

不快適性基準は、エネルギー基準に比例することが好ましく、それにより、モード変更のレートは、車両の全使用範囲にわたって、具体的には、エネルギー基準Ｈのすべての値について均一になる。

【0024】

不快適性基準Ｄは、具体的には「回生制動」の状況において、エネルギー基準Ｈが、たとえ負であったとしても、常に正であるように絶対値として表されることが好ましい。快適性ペナルティは、該当するモード変更に固有の不快適性を反映するが、実際には、具体的には、あるシフトはトルク中断がない場合に行われ、他のシフトはトルク中断がある場合に行われるので、トランスミッションの運動学的モード変更がすべて、不快適性の観点で等価であるとは限らない。

【0025】

本発明により最小化される混合された基準は、エネルギー基準Ｈとトランスミッションの運動学的モード管理に関連する不快適性基準Ｄとの和である。この場合には、Ｄは、エネルギー基準Ｈとトランスミッションの運動学的モードの可能な変更に関連する快適性ペナルティＡとの積とすることができる。

【0026】

モード変更において、快適性ペナルティＡは、以下のように表され得る。

式中、Ｋは、すべての可能なモード変更のペナルティの大域的影響を可能にする較正定数である。快適性ペナルティ（Ｃｏｍｆｏｒｔ＿ｐｅｎａｌｔｙ）は、トランスミッションモードの変更の相互間の移行のペナルティβを含んだ正方行列による較正定数Ｋの積である。行列βは、各モード変更の個々のペナルティを含んでいることができる。９つの運動学的モードを有するハイブリッドアーキテクチャの具体的な事例においては、βは、現在のモード（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ）と目標モード（Ｔａｒｇｅｔ ｍｏｄｅ）との間のこのトランスミッションについて、８１の可能な移行についてのペナルティを含んだ９×９の行列である。

【0027】

この行列においては、そのため、現在のモードｉから目標モードｊへの移行に対応するペナルティＣ_ｉ，ｊは、βの行ｉおよび列ｊにおいて見出される。βは、該当する各トランスミッションのアーキテクチャに適合されていなくてはならない較正行列である。βという移行コストを決定するために選定される方法は、各移行を作成する機械的ステップに基づいている。２つの運動学的モード間の移行は、たとえば、
− 電気機械の同期化、
− 内燃機関の同期化、
− 内燃機関の開始、
− 内燃機関の停止、または
− トルクの中断
を含む一連の動作系列から作成される。

【0028】

したがって、ペナルティは、これらの系列のそれぞれについて較正可能であり、較正は、系列が、より大きい不快適性をもたらすと判断されるとき、より大きくなる。移行の総コストＣ_ｉ，ｊは、必要とする（係数１）、または必要としない（係数０）系列のコストの和、すなわちこの例においては、下記式のように表される。

【0029】

快適性ペナルティは、百分率として（大きさを含まずに）表され得る。その場合、快適性基準は、エネルギー基準の百分率であり、移行の不快適性は大きければ大きいほど、この百分率もより高くならなくてはならない。

【0030】

オートマチックハイブリッドトランスミッションの具体的な事例においては、その運動学的モードは、少なくとも、電気モードＺＥＶ１、ＺＥＶ２における２つの比率とハイブリッドモードＨＹＢ１、ＨＹＢ２における２つの比率とを含み、快適性の制約の下、ＬＧＥによって適用される運動学的モードの決定は、以下のように例示可能である。現在の運動学的モードが、ＺＥＶ１であり、許容可能な運動学的モードが、ＺＥＶ１、ＺＥＶ２、ＨＹＢ１、ＨＹＢ２である場合、トルク中断の場合の移行には、重くペナルティが科される（したがって、行列βが較正される）。下の表は、各モードについて、熱的／電気的トルクの最適分配と関連付けられるエネルギー基準Ｈを示している。最も低いエネルギー基準と関連付けられる運動学的モードは、ＺＥＶ２であり、このＺＥＶ２は、快適性制約を考慮に入れることなく適用されることになる。

【0031】

この例においては、快適性ペナルティは、内燃機関の開始には１０％、およびトルク中断には３０％において較正されている。現在のモードがＺＥＶ１であり、これに到達するためのペナルティは、この選択肢にはいずれの変更も必要ないので、０である。モードＺＥＶ２についてのペナルティは、このモードがトルク中断につながるので、３０％である。モードＨＹＢ１についてのペナルティは、このモードへの移行には、機関の開始が必要であるので、１０％である。最後に、ＨＹＢ２についてのペナルティは、ＨＹＢ２への移行が、トルクの中断と機関の開始とにつながることになるので、４０％である。

【0032】

この例においては、混合された基準を最小化する運動学的モードは、ＨＹＢ１である。そのため、これは、燃料消費と快適性との間の妥協点として選定されるものである。実際に、トルクの中断には、重くペナルティが科せられ、そのことは、モードＺＥＶ２を避けてＨＹＢ１が支持された理由を説明している。快適性ペナルティの較正が、より重く、機関の開始にペナルティを科していた場合、ＺＥＶモードが、ＨＹＢ１の代わりに選定されていたことになる。

【0033】

結論としては、「全電気式」または「純内燃機関」のモードによるハイブリッドアーキテクチャにおいては、従来のギア変更法の厳しい適用は、参照バッテリ充電レベルの観測を保証していないことを強調しなくてはならない。また、純粋にエネルギー基準の最小化に基づくトランスミッション管理システムは、変更レートが、常に高過ぎて、トランスミッションの走行快適性および機械的信頼性の要件を満たすことができないので、実際には、許容することはできない。しかしながら、車両速度およびアクセルペダルの位置に依存する従来のシフト法に基づくトランスミッション管理システムは、ハイブリッド動力装置によって提示される燃料消費を抑える潜在性を完全に開発することはできていない。混合されたエネルギー／快適性基準の最小化に基づく、提案された解決策は、快適性ペナルティの較正のおかげで、燃料消費と快適性との間の所望の妥協点を観測するトランスミッション管理システムにつながる。したがって、移行には、走行快適性における移行の効果に依存して、より重く、またはより軽くペナルティが科せられ得る。混合された基準の定式化は、非常に概略的であり、この方法は、非常に幅広く多様な動力装置に適用可能である（ＧＭＰ）。

【0034】

所与のＧＭＰに対する方法の固有の適合は、快適性ペナルティの較正にある。上に説明された非限定的な適用例は、ハイブリッド車両に関する。しかしながら、方法は、ハイブリッド装置ではない内燃機関動力装置のトランスミッション管理に対して、同じ条件の下で適用され得る。具体的には、エネルギー基準Ｈは、内燃機関動力装置に適合された基準、具体的には、トランスミッション比率と関連付けられた燃料流量によって置換え可能であり、これにより、ドライバの希望を観測することができるようになる。

【図1】