特開 2024-87758 ハイブリッドパワーシステムおよびその最適化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024087758

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】ハイブリッドパワーシステムおよびその最適化方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/40 20160101AFI20240624BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20240624BHJP

   B60K 6/40 20071001ALI20240624BHJP

   B60W 10/02 20060101ALI20240624BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20240624BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20240624BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20240624BHJP

   B60L 50/61 20190101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

B60W20/40

B60K6/48 ZHV

B60K6/40

B60W10/02 900

B60W10/06 900

B60W10/08 900

B60L50/16

B60L50/61

【審査請求】有

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023147247

(22)【出願日】2023-09-11

(31)【優先権主張番号】111148792

(32)【優先日】2022-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】522466326

【氏名又は名称】亞福儲能股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＡＰｈ ｅＰｏｗｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】蘇 修賢

(72)【発明者】

【氏名】呉 建勳

(72)【発明者】

【氏名】黄 上正

【テーマコード（参考）】

3D202

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202AA08

3D202BB01

3D202BB11

3D202BB19

3D202BB37

3D202BB53

3D202BB64

3D202BB65

3D202DD18

3D202DD20

3D202DD24

3D202DD26

3D202DD34

3D202EE23

3D202EE26

3D202FF13

3D202FF14

5H125AA01

5H125AC08

5H125AC12

5H125BA00

5H125BD17

5H125BE05

5H125CA01

5H125EE08

5H125EE09

5H125EE27

5H125EE31

(57)【要約】      （修正有）

【課題】操作耐久性を改善することのできるハイブリッドパワーシステムを提供する。
【解決手段】ハイブリッドパワーシステム１００は、制御コア１１０、駆動機構１２０、内燃機関１３０、電動モーター１４０、および蓄電池１５０を含む。駆動機構は、制御コアによって制御される。内燃機関は、駆動機構に接続され、制御コアによって制御される。電動モーターは、駆動機構に接続され、制御コアによって制御される。蓄電池は、電動モーターおよび制御コアに結合される。制御コアに要求トルクが入力されたとき、制御コアは、等価消費最小化戦略を実行し、内燃機関および／または電動モーターを起動して、駆動機構に動力を伝送する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御コアと、
前記制御コアによって制御される駆動機構と、
前記駆動機構に接続され、前記制御コアによって制御される内燃機関と、
前記駆動機構に接続され、前記制御コアによって制御される電動モーターと、
前記電動モーターおよび前記制御コアに結合された蓄電池と、
を含み、前記制御コアに要求トルクが入力されたとき、前記制御コアが、等価消費最小化戦略を実行し、前記内燃機関および／または前記電動モーターを起動して、前記駆動機構に動力を伝送するハイブリッドパワーシステム。

【請求項2】

前記駆動機構が、第１クラッチ、第２クラッチ、第１回転輪、第２回転輪、およびコンベヤーベルトを有し、
前記第１クラッチが、前記内燃機関の第１回転軸の周りに配置され、
前記第２クラッチが、前記電動モーターの第２回転軸の周りに配置され、
前記第１回転輪が、前記第１クラッチに接続され、
前記第２回転輪が、前記第２クラッチに接続され、
前記コンベヤーベルトが、前記第１回転輪および前記第２回転輪の周りに配置された請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項3】

前記制御コアが前記内燃機関を起動したとき、前記制御コアが、前記第１クラッチをロックして、前記第２クラッチを解除し、前記内燃機関が、前記第１回転輪および前記コンベヤーベルトを介して前記第２回転軸に相対して回転するように前記第２回転輪を駆動する請求項２に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項4】

前記制御コアが前記電動モーターを起動したとき、前記制御コアが、前記第２クラッチをロックして、前記第１クラッチを解除し、前記電動モーターが、前記第２回転輪および前記コンベヤーベルトを介して前記第１回転軸に相対して回転するように前記第１回転輪を駆動する請求項２に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項5】

前記制御コアが前記内燃機関および前記電動モーターを起動したとき、前記制御コアが、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをロックし、前記内燃機関が、前記第１回転軸を介して前記第１回転輪を駆動し、前記電動モーターが、前記第２回転軸を介して前記第２回転輪を駆動する請求項２に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項6】

前記電動モーターを発電機モードに切り替えたとき、前記制御コアが、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをロックし、前記内燃機関が、前記第１回転軸を介して前記第１回転輪および前記第２回転輪を駆動し、前記第２回転軸が、前記電動モーター内で回転して、前記蓄電池を充電する請求項２に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項7】

第１トルクセンサーおよび第２トルクセンサーをさらに含み、
前記第１トルクセンサーが、前記駆動機構と前記内燃機関の間に接続されて、前記制御コアに結合され、
前記第２トルクセンサーが、前記駆動機構と前記電動モーターの間に接続されて、前記制御コアに結合された請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項8】

ダイナモメーターおよび第３トルクセンサーをさらに含み、
前記ダイナモメーターが、前記第３回転軸を介して前記駆動機構に接続され、
前記第３トルクセンサーが、前記ダイナモメーターと前記駆動機構の間に接続された請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項9】

エンコーダーをさらに含み、
前記エンコーダーが、前記第１回転軸の周りに配置され、前記内燃機関の回転速度を測定して、前記制御コアに信号をフィードバックするように構成された請求項２に記載のハイブリッドパワーシステム。

【請求項10】

制御コアと、
前記制御コアによって制御される駆動機構と、
前記駆動機構に接続され、前記制御コアによって制御される内燃機関と、
前記駆動機構に接続され、前記制御コアによって制御される電動モーターと、
前記電動モーターおよび前記制御コアに結合された蓄電池と、
を含むハイブリッドパワーシステムの最適化方法であって、
前記制御コアによって検出された要求トルクがゼロであるとき、前記ハイブリッドパワーシステムをスタンバイモードに切り替えることと、
前記要求トルクを前記制御コアに入力して、前記ハイブリッドパワーシステムを起動することと、
前記要求トルクがゼロより大きい任意の値であるかどうかを判断することと、
否定的な結果に対して、前記ハイブリッドパワーシステムを前記スタンバイモードに切り替えることと、
肯定的な結果に対して、前記ハイブリッドパワーシステムの前記制御コアにより、等価消費最小化戦略を実行することと、
前記制御コアにより、前記内燃機関および／または前記電動モーターを同時に起動して、前記駆動機構に動力を伝送することと、
前記ハイブリッドパワーシステムをオフに切り替えて、ゼロのバッテリー容量を表示することと、
前記ハイブリッドパワーシステムを前記スタンバイモードに切り替えることと、
を含むハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項11】

前記等価消費最小化戦略が、４つのループ計算式を確立し、前記要求トルク、前記電動モーターの回転速度、および前記蓄電池の残存蓄電池容量に対してグローバル検索を行い、グローバルグリッド検索を使用して全条件の複数の最小等価消費を計算し、多次元テーブルを出力する請求項１０に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項12】

前記最小等価消費の関数が、Ｊ＝ｍｉｎ［ｍ_ｅ＋ｆ（ＳＯＣ）＊ｍ_ｍ］＋γとして定義された請求項１１に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項13】

前記多次元テーブルを介して、および特定の要求トルク、モーターの回転速度、および前記残存蓄電池容量のパラメータを入力することによって、前記最小等価消費の対応する値の配列を取得し、前記値の配列内で前記内燃機関の対応する出力トルクを見つける請求項１２に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項14】

前記駆動機構が、第１クラッチ、第２クラッチ、第１回転輪、第２回転輪、およびコンベヤベルトを有し、
前記第１クラッチが、前記内燃機関の第１回転軸の周りに配置され、
前記第２クラッチが、前記電動モーターの第２回転軸の周りに配置され、
前記第１回転輪が、前記第１クラッチに接続され、
前記第２回転輪が、前記第２クラッチに接続され、
前記コンベヤベルトが、前記第１回転輪および前記第２回転輪の周りに配置された請求項１０に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項15】

前記制御コアが前記内燃機関を起動したとき、前記制御コアが、前記第１クラッチをロックして、前記第２クラッチを解除し、前記内燃機関が、前記第１回転輪および前記コンベヤベルトを介して前記第２回転軸に相対して回転するように前記第２回転輪を駆動する請求項１４に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項16】

前記制御コアが前記電動モーターを起動したとき、前記制御コアが、前記第２クラッチをロックして、前記第１クラッチを解除し、前記電動モーターが、前記第２回転輪および前記コンベヤベルトを介して前記第１回転軸に相対して回転するように前記第１回転輪を駆動する請求項１４に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項17】

前記制御コアが前記内燃機関および前記電動モーターを起動したとき、前記制御コアが、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをロックし、前記内燃機関が、前記第１回転軸を介して前記第１回転輪を駆動し、前記電動モーターが、前記第２回転軸を介して前記第２回転輪を駆動する請求項１４に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【請求項18】

前記電動モーターを発電機モードに切り替えたとき、前記制御コアが、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをロックし、前記内燃機関が、前記第１回転輪および前記第２回転輪を駆動して、前記蓄電池を充電するように前記電動モーターを駆動する請求項１４に記載のハイブリッドパワーシステムの最適化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーシステムに関するものであり、特に、等価消費最小化戦略を採用するハイブリッドパワーシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

過去数年間でハイブリッドパワー車両が急速に発展した。その主な利点は、二酸化炭素および排気汚染物質の排出量が減ることである。これは、例えば、蓄電池の充放電能力を改善する、電力貯蔵を増やす、モーターと内燃機関の間の切り替えを行う制御方法をスムーズに行うなどのハイブリッドパワーシステムにおけるエネルギーのより効率的な利用によって可能となる。

【0003】

従来のハイブリッドパワーシステムの最適化方法は、エネルギー効率を達成し、全体的なシステム動力（system power）を改善するために使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

大部分の従来の最適化方法は、ルールベース制御（rule-based control, RBC）を採用しており、この最適化方法の特性は、実施が容易で、計算効率が高く、実験的検証が速いことである。つまり、低負荷、中負荷、高負荷などの３つの操作モードの起動条件を設定し、要求トルク値および速度値に応じて、ハイブリッドパワーシステムを適切な操作モードに自動的に切り替えることができる。しかしながら、従来のルールベース制御最適化方法は、過度に単純化された起動条件によって制限されるため、エネルギー効率最適化の目的を達成することができない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、等価消費最小化戦略（equivalent consumption minimization strategy）を採用して内燃機関と電動モーターの間の最適な動力分配（power distribution）を達成し、それにより、ハイブリッドパワーシステムの操作耐久性を改善することのできるハイブリッドパワーシステムを提供する。

【0006】

本発明のハイブリッドパワーシステムは、制御コア、駆動機構、内燃機関、電動モーター、および蓄電池を含む。駆動機構は、制御コアによって制御される。内燃機関は、駆動機構に接続され、制御コアによって制御される。電動モーターは、駆動機構に接続され、制御コアによって制御される。蓄電池は、電動モーターおよび制御コアに結合される。要求トルクが制御コアに入力されたとき、制御コアは、等価消費最小化戦略を実行し、内燃機関および／または電動モーターを起動して、駆動機構に動力（power）を伝送する。

【0007】

本発明のハイブリッドパワーシステムの最適化方法において、ハイブリッドパワーシステムは、制御コア、駆動機構、内燃機関、電動モーター、および蓄電池を含む。駆動機構は、制御コアによって制御される。内燃機関は、駆動機構に接続され、制御コアによって制御される。電動モーターは、駆動機構に接続され、制御コアによって制御される。蓄電池は、電動モーターおよび制御コアに結合される。ハイブリッドパワーシステムの最適化方法は、以下の通りである。制御コアによって要求トルクがゼロであることが検出されたとき、ハイブリッドパワーシステムをスタンバイモードに切り替える。要求トルクを制御コアに入力して、ハイブリッドパワーシステムを起動する。要求トルクがゼロより大きい任意の値であるかどうかを判断する。否定的な結果に対して、ハイブリッドパワーシステムをスタンバイモードに切り替える。肯定的な結果に対して、ハイブリッドパワーシステムの制御コアによって等価消費最小化戦略を実行する。制御コアによって内燃機関および／または電動モーターを同時に起動して、駆動機構に動力を伝送する。ハイブリッドパワーシステムをオフに切り替えて、ゼロのバッテリー容量を表示する。ハイブリッドパワーシステムをスタンバイモードに切り替える。

【0008】

本発明の１つの実施形態において、等価消費最小化戦略は、４つのループ計算式（four-loop formula）を確立して、要求トルク、電動モーターの回転速度、および蓄電池の残存蓄電池容量に対するグローバル検索を行うとともに、グローバルグリッド検索を使用して全条件の最小等価消費を計算し、多次元テーブルを出力する。

【0009】

本発明の１つの実施形態において、最小等価消費の関数は、Ｊ＝ｍｉｎ［ｍ_ｅ＋ｆ（ＳＯＣ）＊ｍ_ｍ］＋γである。

【0010】

本発明の１つの実施形態において、多次元テーブルを介して、および特定の要求トルク、電動モーターの回転速度、および残存蓄電池容量のパラメータを入力することによって、最小等価消費の対応する値の配列を取得し、値の配列内で内燃機関の対応する出力トルクを見つける。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明のハイブリッドパワーシステムは、車両に適しており、ハイブリッドパワーシステムは、内燃機関、電動モーター、蓄電池、および駆動機構を有する。等価消費最小化戦略を介して、トルク、回転速度、残存バッテリーなどの異なるパラメータ条件下での最小エネルギー消費を計算することができ、それにより、効率的な駆動およびパワーリサイクリングの目的を達成することができる。等価消費最小化戦略により、ハイブリッドパワーシステムは、内燃機関と電動モーターのデュアルパワーの出力比率を自動的に調整し、それにより、ハイブリッドパワーシステムの操作耐久性を向上させ、蓄電池の過度な充電／放電による損傷およびセキュリティ問題を回避することができる。

【0012】

さらに、本発明のハイブリッドパワーシステムの最適化方法は、等価消費最小化戦略を採用して、最小等価消費機能を設定する。最小等価消費機能は、試験条件下での内燃機関および電動モーターの最小等価燃料消費を計算することができる。また、最小等価消費機能にペナルティ値も追加し、グローバルグリッド検索を使用して多次元テーブルを出力することにより、異なるパラメータ条件下でのハイブリッドパワーシステムの性能を計算する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の１つの実施形態に係るハイブリッドパワーシステムの構造的概略図である。

【図2】図１のハイブリッドパワーシステムのブロック概略図である。

【図3】図２のハイブリッドパワーシステムの最適化方法のフローチャートである。

【図4】図３のハイブリッドパワーシステムの等価消費最小化戦略のループ計算の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明の１つの実施形態に係るハイブリッドパワーシステムの構造的概略図である。図２は、図１のハイブリッドパワーシステムのブロック概略図である。

【0015】

図１および図２を参照すると、本発明のハイブリッドパワーシステム１００は、車両に適している。最適な戦略を介して、効率的な駆動およびパワーリサイクリングの目的を達成し、ハイブリッドパワーの最適な配置も達成する。図３は、図２のハイブリッドパワーシステムの最適化方法のフローチャートである。

【0016】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、制御コア１１０、駆動機構１２０、内燃機関１３０、電動モーター１４０、および蓄電池１５０を含む。

【0017】

制御コア１１０は、例えば、車両の中央処理装置であり、様々な信号を受信して操作状態を判断し、プログラムロジックに基づいて対応する制御命令を出力することにより、自動モード切替の目的を達成するように構成される。駆動機構１２０は、制御コア１１０によって制御される。駆動機構１２０は、例えば、車両のタイヤに接続される。内燃機関１３０は、駆動機構１２０に接続され、制御コア１１０によって制御される。電動モーター１４０は、駆動機構１２０に接続され、制御コア１１０によって制御される。蓄電池１５０は、電動モーター１４０および制御コア１１０に結合される。蓄電池１５０は、鉛酸セル、ニッケル水素バッテリー、リチウムイオンバッテリー、アルミニウムセル、または燃料電池を使用した充電可能なバッテリーであってもよい。

【0018】

図３を参照すると、要求トルクＴ_ｄが制御コア１１０に入力されたとき、制御コア１１０は、等価消費最小化戦略（図３に示す）を実行し、内燃機関１３０および／または電動モーター１４０を起動して、駆動機構１２０に動力を伝送する。つまり、制御コア１１０は、等価消費最小化戦略に基づいて、要求トルクＴ_ｄの条件下で内燃機関１３０および電動モーター１４０の最適な動力出力比率（power output ratio）を計算する。

【0019】

図１および図２を参照すると、駆動機構１２０は、第１クラッチ１２１、第２クラッチ１２２、第１回転輪１２３、第２回転輪１２４、およびコンベヤーベルト１２５を有する。第１クラッチ１２１は、内燃機関１３０の第１回転軸１３１の周りに配置される。第２クラッチ１２２は、電動モーター１４０の第２回転軸１４１の周りに配置される。第１回転輪１２３は、第１クラッチ１２１に接続される。第２回転輪１２４は、第２クラッチ１２２に接続される。コンベヤーベルト１２５は、第１回転輪１２３および第２回転輪１２４の周りに配置される。

【0020】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、内燃機関１３０のパワーモードに切り替える、つまり、電動モーター１４０をオフに切り替えて、内燃機関１３０を単一動力源（single power source）として使用するのに適している。制御コア１１０が内燃機関１３０を起動したとき、制御コア１１０は、第１クラッチ１２１をロックして、第２クラッチ１２２を解除する。内燃機関１３０の動力は、第１回転軸１３１を介して第１クラッチ１２１に伝送される。第１クラッチ１２１は、第１回転軸１３１にロックされているため、第１クラッチ１２１および第１回転輪１２３は、第１回転軸１３１と共に回転し、第１回転輪１２３およびコンベヤーベルト１２５を介して第２回転軸１４１に相対して回転するように第２回転輪１２４を駆動する。

【0021】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、電動モーター１４０をパワーモードに切り替える、つまり、内燃機関１３０をオフに切り替えて、電動モーター１４０を単一動力源として使用するのに適している。制御コア１１０が電動モーター１４０を起動したとき、制御コア１１０は、第２クラッチ１２２をロックして、第１クラッチ１２１を解除する。電動モーター１４０の動力は、第２回転軸１４１を介して第２クラッチ１２２に伝送される。第２クラッチ１２２は、第２回転軸１４１にロックされているため、第２クラッチ１２２および第２回転輪１２４は、第２回転軸１４１と共に回転し、第２回転輪１２４およびコンベヤーベルト１２５を介して第１回転軸１３１に相対して回転するように第１回転輪１２３を駆動する。

【0022】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、最大パワーモードに切り替える、つまり、内燃機関１３０と電動モーター１４０をデュアルパワー出力として同時に起動するのに適している。制御コア１１０が内燃機関１３０と電動モーター１４０を起動したとき、制御コア１１０は、第１クラッチ１２１と第２クラッチ１２２を同時にロックする。内燃機関１３０は、第１回転軸１３１および第１クラッチ１２１を介して第１回転輪１２３を駆動し、電動モーター１４０は、第２回転軸１４１および第２クラッチ１２２を介して第２回転輪１２４を駆動し、それにより、動力出力を最大化する目的を達成する。

【0023】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、蓄電池１５０を充電して、パワーリサイクリングの目的を達成するのに適している。トリガー条件は、蓄電池１５０の残りのバッテリーがデフォルト値（例えば、２０％未満）より低いことであり、制御コア１１０は、電動モーター１４０を発電機モードに切り替える。電動モーター１４０を発電機モードに切り替えたとき、制御コア１１０は、第１クラッチ１２１と第２クラッチ１２２を同時にロックするため、電動モーター１４０は、この時点でオフに切り替わって、内燃機関１３０を単一動力源として使用する。内燃機関１３０の動力は、第１回転軸１３１を介して第１回転輪１２３、コンベヤーベルト１２５、第２回転輪１２４を順番に駆動し、電動モーター１４０内で回転するように第２回転軸１４１を駆動して、蓄電池１５０を充電する。

【0024】

このようにして、ハイブリッドパワーシステム１００が内燃機関１３０を単一動力源として使用したとき、一部の動力をリサイクルして充電に使用するのに適合する。蓄電池１５０の残りのバッテリーが安全レベルまで上昇した後、制御コア１１０は、電動モーター１４０の発電機モードを自動的に無効にして、駆動モードに戻る。

【0025】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、さらに、第１トルクセンサー１６０および第２トルクセンサー１７０を含む。第１トルクセンサー１６０は、駆動機構１２０と内燃機関１３０の間に接続され、制御コア１１０に結合される。第１トルクセンサー１６０は、内燃機関１３０が動作しているときのトルク値を検出し、そのトルク値を制御コア１１０に戻すように構成される。第２トルクセンサー１７０は、駆動機構１２０と電動モーター１４０の間に接続され、制御コア１１０に結合される。第２トルクセンサー１７０は、電動モーター１４０が動作しているときのトルク値を検出し、そのトルク値を制御コア１１０に戻すように構成される。

【0026】

図１および図２を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、さらに、ダイナモメーター１８０および第３トルクセンサー１９０を含む。ダイナモメーター１８０は、第３回転軸１８１を介して駆動機構１２０の第２回転輪１２４に接続され、第３回転軸１８１および第２回転軸１４１は、同軸上に配置される。第３トルクセンサー１９０は、ダイナモメーター１８０と駆動機構１２０の間に接続される。具体的に説明すると、ダイナモメーター１８０は、負荷シミュレーター、つまり、車両自体の重量および駆動中に発生する抵抗として機能し、ハイブリッドパワーシステム１００によって実行される等価消費最小化戦略のシミュレーション精度を向上させるのに有益である。

【0027】

図１を参照すると、ハイブリッドパワーシステム１００は、さらに、第１回転軸１３１の周りに配置され、内燃機関１３０の回転速度を測定し、信号を制御コア１１０にフィードバックするように構成されたエンコーダーＥＣを含む。制御コア１１０は、エンコーダーＥＣ、第１トルクセンサー１６０、および第２トルクセンサー１７０の信号値を受信して、第１クラッチ１２１と第２クラッチ１２２のロックと解除状態を動的に切り替えるのに適している。このようにして、制御コア１１０は、内燃機関１３０および電動モーター１４０の動力出力比率を最適化し、エネルギー消費を最小化する目的を達成することができる。

【0028】

図１～図３を参照しながら、本発明のハイブリッドパワーシステム１００の最適化方法について以下に説明する。ステップＳ１：制御コア１１０によって検出された要求トルクＴ_ｄがゼロのとき、ハイブリッドパワーシステム１００を起動しない。ステップＳ２：ハイブリッドパワーシステム１００をスタンバイモードに切り替える。ステップＳ３：ユーザーによって要求トルクＴ_ｄを制御コア１１０に入力し、ハイブリッドパワーシステム１００を起動する。ステップＳ４：要求トルクＴ_ｄがゼロより大きい任意の値であるかどうかを制御コア１１０が判断する。ステップＳ５：否定的な結果に対して、ハイブリッドパワーシステム１００をスタンバイモードに切り替える。ステップＳ６：肯定的な結果に対して、ハイブリッドパワーシステム１００の制御コア１１０によって等価消費最小化戦略を実行する。同時に、等価消費最小化戦略の判断に基づいて、制御コア１１０が内燃機関１３０および／または電動モーター１４０を起動し、駆動機構１２０に動力を伝送する。このようにして、制御コア１１０は、内燃機関１３０および電動モーター１４０の動力出力比率を最適化することができる。ステップＳ７：ハイブリッドパワーシステム１００をオフに切り替えたとき、つまり、車両をオフにして蓄電池１５０の電力がゼロと表示されたとき、ハイブリッドパワーシステム１００は、ステップＳ１およびステップＳ２に導かれ、スタンバイモードに切り替わる。

【0029】

さらに、等価消費最小化戦略（equivalent consumption minimization strategy, ECMS）は、システムのシミュレーション結果を使用して、多次元ルックアップテーブルを提示する。多次元ルックアップテーブルは、プログラムによってエンコードされ、制御コア１１０に直接ダウンロードされるため、制御コア１１０は、さまざまな条件に応じて最適な解決策を迅速に検索し、それにより、内燃機関１３０および電動モーター１４０の動力出力比率を調整することができる。したがって、等価消費最小化戦略は、動力管理（power management）および電気エネルギー／パワーシステムに適している。また、等価消費最小化戦略は、ブレーキおよび下り坂惰走中のハイブリッドパワーシステム１００のパワーリサイクリング、例えば、前後輪のブレーキトルク分布および油圧や、車輪内モーターのブレーキパワーリサイクリングを最適化する。つまり、ハイブリッドパワーシステム１００のパワーリサイクリング技術は、異なる駆動モード下で最適な分配戦略を確立することができる。

【0030】

図４は、図３のハイブリッドパワーシステムの等価消費最小化戦略のループ計算の概略図である。

【0031】

図１～図４を参照すると、制御コア１１０が等価消費最小化戦略を実行したとき、４つのループ計算式が確立される。第１ループＦ１は、要求トルクＴ_ｄである。第２ループＦ２は、電動モーター１４０の回転速度Ｎｍである。第３のループＦ３は、残存バッテリー容量ＳＯＣである。第４のループＦ４は、最小等価消費の関数である。最小等価消費の関数は、Ｊ＝ｍｉｎ［ｍ_ｅ＋ｆ（ＳＯＣ）＊ｍ_ｍ］＋γとして定義される。

【0032】

要求トルクＴ_ｄ、電動モーター１４０の回転速度Ｎ_ｍ、および蓄電池１５０の残存蓄電池容量ＳＯＣに対して、グローバル検索を行う。例えば、要求トルクＴ_ｄの検索範囲は、１Ｎｍ～１０００Ｎｍであり、回転速度Ｎｍの検索範囲は、１ｒｐｍ～６０００ｒｐｍであり、残存蓄電池容量ＳＯＣの検索範囲は、１％～１００％である。グローバルグリッド検索を用いて全条件の複数の最小等価消費を計算し、多次元テーブルを出力する。詳しく説明すると、要求トルクＴ_ｄが５００Ｎｍ、回転速度Ｎｍが１５００ｒｐｍ、残存バッテリーＳＯＣが６５％のとき、上記３つのパラメータをＪ＝ｍｉｎ［ｍ_ｅ＋ｆ（ＳＯＣ）＊ｍ_ｍ］＋γに代入して計算することにより、最小消費量の値の１つを得ることができる。グローバルグリッド検索については、要求トルクＴ_ｄ、回転速度Ｎ_ｍ、および残存蓄電池容量ＳＯＣの一連のパラメータを順番にＪ＝ｍｉｎ［ｍ_ｅ＋ｆ（ＳＯＣ）＊ｍ_ｍ］＋γに代入して、検索範囲内のすべての最小等価消費Ｊの値を取得し、多次元テーブルを整理する。

【0033】

多次元テーブルを介して、および特定の要求トルクＴ_ｄ、電動モーター１４０の回転速度Ｎ_ｍ、および残存蓄電池容量ＳＯＣのパラメータを入力することによって、最小等価消費Ｊの対応する値の配列を取得し、値の配列内で内燃機関１３０の対応する出力トルクＴ_ｅを見つける。さらに、要求トルクＴ_ｄは、内燃機関１３０および電動モーター１４０の出力動力（output power）によって満たされる。また、等価消費最小化戦略において、内燃機関の回転速度Ｎ_ｅと電動モーターの回転速度Ｎ_ｍの比率を１：４に設定する。内燃機関１３０の出力トルクＴ_ｅは、要求トルクＴ_ｄ、電動モーターの回転速度Ｎ_ｍ、および残存蓄電池容量ＳＯＣなどのパラメータを使用することによって計算することができる。

【0034】

さらに、本発明のハイブリッドパワーシステム１００は、最小エネルギー消費を追求しているため、最小等価消費関数Ｊ＝ｍｉｎ［ｍ_ｅ＋ｆ（ＳＯＣ）＊ｍ_ｍ］＋γを定義して、ハイブリッドパワーシステム１００の全動的エネルギー消費を計算する。最小等価消費関数において、電動モーター１４０の電気エネルギー消費を等価燃料消費に変換し、内燃機関１３０の燃料消費と合計して、等価全燃料消費（最小等価消費Ｊ）を得る。

【0035】

具体的に説明すると、上記の最小等価消費関数において、ｍ_ｅは、内燃機関１３０の実際の燃料消費であり、ｍ_ｍは、電動モーター１４０の等価燃料消費である。

【0036】

最小等価消費関数において、電動モーターを蓄電池１５０と共に良好な作業条件で使用できるように、バッテリーの充電状態の重みｆ（ＳＯＣ）を設計する。重み付け値ｆ（ＳＯＣ）とバッテリーと充電状態の関係曲線は、式ｆ（ＳＯＣ）＝１－（１－０．７ｘ_ｓｏｃ）＊ｘ_ｓｏｃ ^３により得ることができる。

【0037】

ハイブリッドパワーシステム１００は、各サンプリング時間での蓄電池１５０の充電状態に応じて重み付け値ｆ（ＳＯＣ）を与える。蓄電池１５０の残量が高いとき、重み付け値ｆ（ＳＯＣ）が低くなり、蓄電池１５０の残量が低いとき、重み付け値ｆ（ＳＯＣ）が高くなる。例えば、蓄電池１５０の残量が少なく、重み付け値ｆ（ＳＯＣ）が高いとき、同じ回転速度Ｎ_ｍでの電動モーター１４０の等価燃料消費ｍ_ｍは、増加する。つまり、バッテリーが低いとき、蓄電池１５０は、より多くのエネルギーを消費し、バッテリーが高いときは、より多くのエネルギーを節約する。

【0038】

γは、要素の物理的制限のペナルティ値である。ハイブリッドパワーシステム１００が最小等価消費関数を実行してデュアルパワーの出力トルクを計算するとき、最小等価消費関数は、代入したトルクパラメータが内燃機関１３０と電動モーター１４０の実際の物理的制限を超える場合に、ペナルティ値γを与える。最小等価消費関数によって計算された最小等価消費Ｊは、最大値を生成し、この最良値結果は、制御コア１１０によって使用されない。

【0039】

具体的に説明すると、内燃機関１３０の燃料消費ｍ_ｅを計算したとき、ハイブリッドパワーシステム１００は、各瞬間にサンプリングされたトルクおよび回転速度に基づいて、二次元ルックアップを介して現在の正味燃料消費率（brake-specific fuel consumption, BSFC）を取得する。したがって、燃料消費ｍ_ｅの式は、以下の通りである。

【0040】

【数1】

【0041】

Ｔ_ｅは、内燃機関の出力トルクであり、Ｎ_ｅは、内燃機関の出力回転速度である。

【0042】

詳しく説明すると、電動モーター１４０の等価燃料消費ｍ_ｍは、電動モーター１４０の２つのモード、すなわち、ｍ_ｍ＝ｍ_ｍ，ｔ＋ｍ_ｍ，ｇの合計である。前者（ｍ_ｍ，ｔ）は、モータードライブモードであり、後者（ｍ_ｍ，ｇ）は、発電機モードである。

【0043】

図１～図４を参照すると、モータードライブモードにおいて、電動モーター１４０は、蓄電池１５０の電気エネルギーを動力に変換して、駆動機構１２０に出力する。その等価燃料消費の式は、ｍ_ｍ，ｔ＝２９５＊（Ｔ_ｍ＊Ｎ_ｍ／１０００）／３６００＊η_ｍとして定義される。上記の式において、ｍ_ｍ，ｔは、モータードライブモードにおける等価燃料消費を示し、Ｔ_ｍおよびＮ_ｍは、それぞれモータードライブモードにおける出力トルクと回転速度を示し、η_ｍは、モーターモードにおける電動モーター１３０の回転効率を示す。

【0044】

電動モーター１４０を発電機モードに切り替えたとき、内燃機関１３０の動力が電動モーター１４０の第２回転軸１４１に伝送され、電動モーター１４０内で回転するように第２回転軸１４１を駆動して、蓄電池１５０を充電する。その等価燃料消費の式は、ｍ_ｍ，ｇ＝２９５＊（Ｔ_ｍ＊Ｎ_ｍ／１０００）／３６００＊η_ｇとして定義される。上記の式において、ｍ_ｍ，ｇは、発電機モードにおける等価燃料消費を示し、Ｔ_ｍおよびＮ_ｍは、それぞれ発電機モードにおけるトルク（負のトルク値は発電機モードを表す）と回転速度（駆動モードと発電機モードは同じ回転速度を有する）を示し、η_ｇは、発電機モードにおける電動モーター１３０の回転効率を示す。

【0045】

以上のように、本発明のハイブリッドパワーシステムは、車両に適しており、ハイブリッドパワーシステムは、内燃機関、電動モーター、蓄電池、および駆動機構を有する。等価消費最小化戦略を介して、要求トルク、モーターの回転速度、残存バッテリーなどの異なるパラメータ条件下での最小エネルギー消費を計算することができ、それにより、効率的な駆動およびパワーリサイクリングの目的を達成することができる。等価消費最小化戦略により、ハイブリッドパワーシステムは、内燃機関と電動モーターのデュアルパワーの出力比率を自動的に調整し、それにより、ハイブリッドパワーシステムの操作耐久性を向上させ、蓄電池の過度な充電／放電による損傷およびセキュリティ問題を回避することができる。

【0046】

さらに、本発明のハイブリッドパワーシステムの最適化方法は、等価消費最小化戦略を採用して、最小等価消費機能を設定する。最小等価消費機能は、試験条件下での内燃機関と電動モーターの最小等価燃料消費を計算することができる。また、最小等価消費機能にペナルティ値も追加し、グローバルグリッド検索を使用して多次元テーブルを出力することにより、異なるパラメータ条件下でのハイブリッドパワーシステムの性能を計算する。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明のハイブリッドパワーシステムおよびその最適化方法は、ハイブリッドパワーシステムの操作耐久性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0048】

１００ ハイブリッドパワーシステム
１１０ 制御コア
１２０ 駆動機構
１２１ 第１クラッチ
１２２ 第２クラッチ
１２３ 第１回転輪
１２４ 第２回転輪
１２５ コンベヤーベルト
１３０ 内燃機関
１３１ 第１回転軸
１４０ 電動モーター
１４１ 第２回転軸
１５０ 蓄電池
１６０ 第１トルクセンサー
１７０ 第２トルクセンサー
１８０ ダイナモメーター
１９０ 第３トルクセンサー
ＥＣ エンコーダー
Ｆ１ 第１ループ
Ｆ２ 第２ループ
Ｆ３ 第３ループ
Ｆ４ 第４ループ
Ｓ１～Ｓ７ ステップ
ｆ（ＳＯＣ） 重み付け値
ｍ_ｅ 燃料消費
ｍ_ｍ 等価燃料消費
Ｎ_ｍ 回転速度
Ｔ_ｄ 要求トルク
ＳＯＣ 残存蓄電池容量
Ｊ 最小等価消費
γ ペナルティ値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】