特許 7422073 自動車のハイブリッドパワートレインで用いられる電圧変調装置の操作方法

(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】

(24)【登録日】2024-01-17

(45)【発行日】2024-01-25

(54)【発明の名称】自動車のハイブリッドパワートレインで用いられる電圧変調装置の操作方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/08 20060101AFI20240118BHJP

   B60W 20/11 20160101ALI20240118BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20240118BHJP

   B60W 20/15 20160101ALI20240118BHJP

   H02P 27/04 20160101ALI20240118BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20240118BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20240118BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

B60W10/08 900

B60W20/11 ZHV

B60K6/48

B60W20/15

H02P27/04

B60L9/18 J

B60L50/16

B60L58/12

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020531933

(86)(22)【出願日】2018-11-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-22

(86)【国際出願番号】 FR2018053045

(87)【国際公開番号】W WO2019122565

(87)【国際公開日】2019-06-27

【審査請求日】2021-09-02

(31)【優先権主張番号】1762356

(32)【優先日】2017-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】311009022

【氏名又は名称】ルノー エス．アー．エス．

(73)【特許権者】

【識別番号】516017684

【氏名又は名称】ユニバーシテ ド オルレアン

(74)【代理人】

【識別番号】100152984

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 秀明

(74)【代理人】

【識別番号】100148080

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 史生

(74)【代理人】

【識別番号】100168985

【弁理士】

【氏名又は名称】蜂谷 浩久

(74)【代理人】

【識別番号】100149401

【弁理士】

【氏名又は名称】上西 浩史

(72)【発明者】

【氏名】アジェ－サイド， スワド

(72)【発明者】

【氏名】ケットゥフィ－シェリフ， アメード

(72)【発明者】

【氏名】コラン， ギヨーム

【審査官】佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２２９９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５６９８８６８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００９－１４３５２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｗ １０／００－２０／５０

Ｂ６０Ｋ ６／２０－ ６／５４７

Ｈ０２Ｐ ２７／０４

Ｂ６０Ｌ １／００－５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリッド自動車（１）のトラクションバッテリ（３１）から自動車（１）の電気機械（３６）に供給される、電流の電源電圧（Ｕｅ）の変調装置（３３）の操作方法であって、
自動車（１）を推進するために求められるエネルギー値（Ｐｒ）およびトラクションバッテリ（３１）に関連付けられる等価係数（λ）に応じて、電気機械（３６）が発生させるべき最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）を決定する工程と、
前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）および電気機械（３６）の回転数（ω_ｅ）の関数を計算式として用いて、最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）を計算する工程であって、前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）は、少なくとも変調装置（３３）と電気機械（３６）を含む群（３２）の電気損失を最小化する工程と、
前記変調装置（３３）を、前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）を供給するよう制御する工程と、を含む操作方法。

【請求項2】

前記回転数（ω_ｅ）が前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）に応じて決定される２つの限界値（ω_ｅ ^ｌｉｍ１、ω_ｅ ^ｌｉｍ２）の間に含まれる場合、前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）は、前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）および電気機械（３６）の回転数（ω_ｅ）のみに応じて計算される、請求項１に記載の操作方法。

【請求項3】

前記回転数（ω_ｅ）が前記２つの限界値（ω_ｅ ^ｌｉｍ１、ω_ｅ ^ｌｉｍ２）の間に含まれる場合、前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）は、以下の式により計算される、請求項２に記載の操作方法：
Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ＝ｕ_２（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）．ω_ｅ ^２＋ｕ_１（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）．ω_ｅ＋ｕ_０（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）、式中
Ｕ_ｅ ^ｏｐｔは最適電源電圧、
Ｔ_ｅ ^ｏｐｔは最適電気トルク、
ω_ｅは電気機械（３６）の回転数、
ｕ_０、ｕ_１、ｕ_２は所定の関数。

【請求項4】

前記回転数（ω_ｅ）が前記２つの限界値（ω_ｅ ^ｌｉｍ１、ω_ｅ ^ｌｉｍ２）を下回る場合、前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）は、トラクションバッテリ（３１）の端子電圧（Ｕ_ｂａｔｔ）に等しくなるよう選択される、請求項２および３のいずれか一項に記載の操作方法。

【請求項5】

前記回転数（ω_ｅ）が前記２つの限界値（ω_ｅ ^ｌｉｍ１、ω_ｅ ^ｌｉｍ２）を上回る場合、前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）は、最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）の関数を値に持つ最大電圧閾値

【数1】

に等しくなるよう選択される、請求項２および３のいずれか一項に記載の操作方法。

【請求項6】

前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）は、関数を計算式として用いた計算により決定される、請求項１～５のいずれか一項に記載の操作方法。

【請求項7】

前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）は、以下の式により計算される、請求項６に記載の操作方法：
Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ＝Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ／ω_ｅであり、
Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ＝（ａ－λ．ｂ_１）／（２．λ．ｂ_２）、
Ｐ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ≦Ｐ_ｌｉｍである場合ａ＝ａ_１、およびＰ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ＞Ｐ_ｌｉｍである場合ａ＝ａ_２、
Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ≦０である場合ｂ_１＝ｂ_１ ^－でｂ_２＝ｂ_２ ^－、およびＰ_ｍ ^ｏｐｔ＞０である場合ｂ_１＝ｂ_１ ^＋でｂ_２＝ｂ_２ ^＋、
式中
Ｔ_ｅ ^ｏｐｔは最適電気トルク、
Ｐ _ｍ ^ｏｐｔ は最適電気機械力、
ω_ｅは電気機械（３６）の回転数、
λはトラクションバッテリ（３１）の等価係数、
ω_ｅは電気機械（３６）の回転数、
Ｐ_ｒは車輪への動力、
Ｐ_ｌｉｍは電気機械（３６）の回転数の可変関数、
ａ_１、ａ_２、ｂ_１ ^－、ｂ_２ ^－、ｂ_１ ^＋、ｂ_２ ^＋は所定の定数。

【請求項8】

前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）および前記最適電源電圧（Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ）は、自動車（１）の内燃機関（２２）の燃料消費および前記群（３２）の電流消費の関数であるハミルトン演算子（Ｈ_ｈｙｂ）が最小化される場合、前記群（３２）の電気損失を最小化させる、請求項１～７のいずれか一項に記載の操作方法。

【請求項9】

前記エネルギー値（Ｐｒ）が自動車（１）の駆動輪（１０）に関して要求される動力である、請求項１～８のいずれか一項に記載の操作方法。

【請求項10】

自動車（１）のハイブリッドパワートレインの操作指示を計算し、制御する方法であって、
前記ハイブリッドパワートレインは、一方でトラクションバッテリ（３１）により電流を供給される電気機械（３６）と、電圧変調機器（３３）と、インバータ（３５）とを含み、他方でタンク（２１）により燃料を供給される内燃機関（２２）を含み、前記方法は、
自動車（１）の推進に必要なエネルギー値（Ｐｒ）と、トラクションバッテリ（３１）に関連する等価係数（λ）と、内燃機関（２２）の回転数（ω_ｔｈ）と、電気機械（３６）の回転数（ω_ｅ）を求める工程と、
電気機械（３６）の前記最適電気トルク（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）と、回転数（ω_ｅ）とに応じて、電気機械（３６）が生成するべき第一の動力（Ｐ_ｍ）を計算する、請求項１～９のいずれか一項に記載の操作方法に基づき変調機器（３３）を操作する工程と、
第一の動力（Ｐ_ｍ）と、前記エネルギー値（Ｐｒ）に応じて、内燃機関（２２）が生成するべき第二の動力（Ｐ_ｔｈ）を計算する工程と、
前記電気機械（３６）と内燃機関（２２）に、第一と第二の動力（Ｐ_ｍ、Ｐ_ｔｈ）をそれぞれ生成するよう制御する工程と、を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明が関連する技術分野
本発明は、一般的に、ハイブリッドパワートレイン、すなわち電気機器と内燃機関とを含むパワートレインを備える自動車に関する。

【0002】

本発明は、より詳細には、このような自動車の電気機器の電源電圧の変調装置の操作方法に関する。
本発明は、また、このような自動車のハイブリッドパワートレインの操作方法に関する。

【背景技術】

【0003】

技術的な背景
ハイブリッド自動車は、従来の熱トラクションチェーン（内燃機関、燃料タンク、ギアボックスを有する）および、電気トラクションチェーン（トラクションバッテリ、インバータ、電気機器を有する）を含む。
パラレルハイブリダイゼーションの場合、このような自動車は、電気トラクションチェーンのみにより、または熱トラクションチェーンのみにより、または電気および熱の２つのトラクションチェーンにより牽引され得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第８３２４８５６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、２つのトラクションチェーンからの電流と燃料の消費を常に最小限に抑え、汚染成分の大気中への放出を最大限に低減し、車両の可能な限り長い走行距離を保証することである。
この目標を達成するための解決法は、インバータの最適電源電圧、すなわち電気トラクションチェーンの電気損失を最小限に抑える電圧を見つけることである。

【0006】

米国特許第８３２４８５６号明細書に、電気機械のトルクと回転数のそれぞれに電圧値を関連付けるマッピングを用いてこの最適電源電圧を決定する方法が開示される。
しかし、出願人は、この方法では、とりわけ電源電圧の提案された離散化が十分に細かくなかったため、必ずしも所望よりも有効な結果を得られなかったことを確認した。出願人は、この離散化は実際には２段階の電源電圧しか含まないことを観察した。

【課題を解決するための手段】

【0007】

発明の目的
従来技術の上記課題を解決するために、本発明は、最適電源電圧の分析的な計算を提案する。
より詳細には、本発明により、序文に定義されるような操作方法が提案され、
自動車を推進するために求められるエネルギー値およびトラクションバッテリに関連付けられる等価係数に応じて、電気機械が発生させるべき最適電気トルクを決定する工程と、
上記最適電気トルクおよび電気機械の回転数に応じて、最適電源電圧を分析的に計算する工程であって、上記最適電源電圧は、少なくとも変調装置と電気機械を含む群の電気損失を最小化する工程と、
上記変調装置を、上記最適電源電圧を供給するよう制御する工程と、が備えられる。

【0008】

本発明により、最適電源電圧の正確な値を合成するべく分析的モデルを用いる。
このような分析的モデルの利用は、２つの主要な理由、すなわち、得られる結果の信頼性とハイブリッド自動車の異なるカテゴリにおける実施の容易性により有用であることが明らかである。

【0009】

提供された解決法の他の利点は以下のとおりである。この方法が必要とするのは非常に低い計算能力である。これは（電気トラクションチェーンの損害と、車両の乗客の突然の不快感とを避けるべく）圧力変調装置の制御の連続性を保証する。運転のあらゆる場面において、自動車の全体的な性能を享受することができる。

【0010】

本発明の操作方法のその他の有利かつ限定的でない特徴は以下のとおりである：
回転数が上記最適電気トルクに応じて決定される２つの限界値の間に含まれる場合、上記最適電源電圧は上記最適電気トルクおよび電気機械の回転数のみに応じて計算される；

【0011】

回転数が上記２つの限界値の間に含まれる場合、上記最適電源電圧は以下の式により求められる、
Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ＝ｕ_２（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）．ω_ｅ ^２＋ｕ_１（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）．ω_ｅ＋ｕ_０（Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ）、式中
Ｕ_ｅ ^ｏｐｔは最適電源電圧、
Ｔ_ｅ ^ｏｐｔは最適電気トルク、
ω_ｅは電気機械の回転数、
ｕ_０、ｕ_１、ｕ_２は所定の関数である；

【0012】

回転数が上記２つの限界値を下回る場合、
上記最適電源電圧はトラクションバッテリの端子電圧に等しくなるよう選択される；
回転数が上記２つの限界値を上回る場合、
上記最適電源電圧は、最適電気トルクの関数を値に持つ最大電圧閾値に等しくなるよう選択される；

【0013】

上記最適電気トルクは分析的計算により決定される；
上記最適電気トルクは以下の式により計算される、
Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ＝Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ／ω_ｅであり、
Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ＝（ａ－λ．ｂ_１）／（２．λ．ｂ_２）、
Ｐ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ≦Ｐ_ｌｉｍである場合ａ＝ａ_１、およびＰ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ＞Ｐ_ｌｉｍである場合ａ＝ａ_２、
Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ≦０である場合ｂ_１＝ｂ_１ ^－でｂ_２＝ｂ_２ ^－、およびＰ_ｍ ^ｏｐｔ＞０である場合ｂ_１＝ｂ_１ ^＋でｂ_２＝ｂ_２ ^＋であり、
式中
λはトラクションバッテリの等価係数、
ω_ｅは電気機械の回転数、
Ｐ_ｒは車輪への動力、
Ｐ_ｌｉｍは電気機械の回転数の可変関数、
ａ_１、ａ_２、ｂ_１ ^－、ｂ_２ ^－、ｂ_１ ^＋、ｂ_２ ^＋は所定の定数である；

【0014】

上記最適電気トルクおよび上記最適電源電圧は、自動車の内燃機関の燃料消費および上記群の電流消費の関数であるハミルトン演算子が最小化される場合、上記群の電気損失を最小化させる；
上記エネルギー値が自動車の駆動輪に関して要求される動力である。

【0015】

本発明はまた、
自動車のハイブリッドパワートレインの操作指示の計算方法であって、
上記ハイブリッドパワートレインは、一方でトラクションバッテリにより電流を供給される電気機械と、電圧変調機器と、インバータとを備え、他方でタンクにより燃料を供給される内燃機関を備え、上記方法は、
自動車の推進に必要なエネルギー値と、トラクションバッテリに関連する等価係数と、内燃機関の回転数と、電気機械の回転数を求める工程と、
電気機械の上記最適電気トルクと、回転数とに応じて、電気機械が生成するべき第一の動力を計算する、上記のような方法に基づき変調機器を操作する工程と、
第一の動力と、上記エネルギー値に応じて、内燃機関が生成するべき第二の動力を計算する工程と、
上記電気機械と内燃機関に、第一と第二の動力をそれぞれ生成するよう制御する工程と、を含む計算方法に関する。

【0016】

添付の図面に関する以下の記述は、非限定的な例であり、発明の内容と、どのように実施できるかを明確にする。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ハイブリッド自動車のトラクションチェーンの概略図である。

【図2】図１に示される自動車の電気機械の最適電源電圧の値の、この電気機械により生成された電気トルクとこの電気機械の回転数とに応じた変動を示す図である。

【図3】電気機械の異なる回転数に対する、電気機械により生成される電気トルクに応じて電気バッテリにより生成される最適電力の変動を示す図である。

【図4A】３つの異なる電気トルクに対する、電気機械の回転数に応じた最適電源電圧の変動を示す図である。

【図4B】３つの異なる電気トルクに対する、電気機械の回転数に応じた最適電源電圧の変動を示す図である。

【図4C】３つの異なる電気トルクに対する、電気機械の回転数に応じた最適電源電圧の変動を示す図である。

【図5】電気機械の回転数に応じた最適電源電圧の変動モデルを示す図であり、モデルはすべての電気トルクに適応できる。

【図6】電気機械により生成された電気トルクに応じた電気機械の回転数の２つの限界値の変動を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

従来、自動車は、特にパワートレイン、ボディパーツ、内装パーツを支持するシャシーを含む。
図１に示されるように、ハイブリッド自動車１において、ハイブリッドパワートレインは、熱トラクションチェーン２０と、電気トラクションチェーン３０とを含む。

【0019】

熱トラクションチェーン２０は特に、燃料タンク２１と、燃料タンクから燃料を供給され、出力軸が自動車の駆動輪１０に接続される内燃機関２２とを含む。
一方、電気トラクションチェーン３０は、トラクションバッテリ３１と、電圧変調装置３３と、インバータ３５と、１（または複数の）電気機械３６とを含む。

【0020】

電圧変調装置３３はここでは、入力側がトラクションバッテリ３１に接続され、出力側がインバータ３５に接続される昇圧装置である。
インバータ３５は、電圧変調装置３３から受け取る直流から交流を発生させるよう構成されている。

【0021】

電気機械３６はここでは、出力軸が自動車の駆動輪１０に接続された電気モータである。
インバータ３５と電気機械３６はここでは、装置３４として一体化されている。

【0022】

電圧変調装置３３と、インバータ３５と、電気機械３６はここでは、「電流消費群３２」として定義される。
２つのトラクションチェーン２０および３０が合流し、伝達装置４０を介して、自動車の駆動輪１０を回転駆動できる。

【0023】

自動車１はまた、ここでは計算機５０と呼ばれる電子制御装置（または「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ」ＥＣＵ）を含み、これは上記２つのトラクションチェーン（特に電気機械３６と内燃機関２２とによって生成された動力）を制御できる。
計算機５０は、プロセッサと、以下に説明する手順において使用されるデータを記録するメモリを含む。

【0024】

このメモリには、特に図６に示すタイプのマッピングが記録される（本明細書の以下に詳しく説明される）。
このメモリには同様に、プロセッサにより実行されることで以下に記載の手順が計算機５０により実施されることを可能とする命令を含むコンピュータプログラムで構成されるコンピュータアプリケーションも記録される。

【0025】

本発明の実施のために、計算機５０は、センサに接続されている。
計算機は特に、内燃機関２２および電気機械３６の回転速度、すなわち回転数を測定するよう構成されたセンサに接続されている。

【0026】

計算機はまた、車両のどの程度の加速または減速が必要であるかを決定するセンサに接続される。センサは、車両のアクセルペダルの位置を測定するセンサ、または車両の速度を測定するセンサ（車両が運転者によって規定される速度指示に従うべき場合）の場合がある。
計算機５０はこのように、所望のダイナミクスでこの車両を前進させるために車両の運転者が必要とするエネルギーに関するデータの値を決定することができる。ここでは、計算機５０が、駆動輪１０が受け取るべき動力の値（以下、「タイヤＰ_ｒへの動力」と呼ぶ）をより正確に決定すると考えられる。

【0027】

ここで、本発明をよりよく理解するための他の概念を定義することができる。
トラクションバッテリ３１から電圧変調装置３３に供給される電力の値を、ここでは「バッテリ電力Ｐ_ｂａｔ」と呼ぶ。

【0028】

電圧変調装置３３からインバータ３５に供給される電力の値を、ここでは「供給電力Ｐ_ｅｌｅｃ」と呼ぶ。
電圧変調装置３３によって供給される電流の電圧値を「電源電圧Ｕ_ｅ」と呼ぶ。

【0029】

駆動輪１０に対し電気機械３２のみにより供給される動力の値を、ここでは「電気機械力Ｐ_ｍ」と呼ぶ。
駆動輪１０に対し内燃機関２２のみにより供給される動力の値を、ここでは「熱機械力Ｐ_ｔｈ」と呼ぶ。
内燃機関２２の燃料消費量を、「燃料供給量Ｑ」と呼ぶ。

【0030】

熱エネルギーのコストを考慮し、「トラクションバッテリ３１の等価係数λ」を、トラクションバッテリ３１に蓄積された電気エネルギーの「エネルギーコスト」と呼ぶ。または、等価係数は、熱エネルギーのコストに対する電気エネルギーのコストの相対的な値の関数である。その値は、電気機械３６または内燃機関２２のうち自動車１の推進により好ましい方に応じて選択される。この等価係数は、ｇ／Ｗｈで表される。

【0031】

本発明の目的は、電気機械３６および内燃機関２２がそれぞれ、電流３２の消費群における最小電気損失を保証しつつ、運転者により要求される車輪Ｐ_ｒへの動力の要求を満足するためにもたらすべき寄与を決定することである。この目的はより詳細には、この電気損失の低減を保証する最適電源電圧値Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを見つけることである。
あるいは、以下に説明する方法の目的は、要求される車輪Ｐ_ｒへの動力の値に応じて、内燃機関２２の回転数ω_ｔｈ、電気機械３６の回転数ω_ｅ、これらの最小電気損失を保証するトリプレット｛Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ｝（上付き「ｏｐｔ」は最適値を意味する）を見つけることである。

【0032】

発明の十分な理解を確実にするために、自動車１に搭載の計算機５０がトリプレット｛Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔ、Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ｝の計算に到達する方法は、本明細書の前半でより詳細に説明される。
本明細書の後半では、本発明に至った推論を詳述する。

【0033】

前半では、自動車１の起動時に計算機５０によって実施される方法を説明する。
この方法は、再帰的に実施される、すなわちループ状に定期的に行われる以下に示す５つの主要な工程で構成される。

【0034】

第１の工程では、計算機５０は、例えば、自動車のアクセルペダルの位置を考慮して、車輪Ｐ_ｒに要求される動力を取得する。
計算機はまた、例えば角速度センサを使用して、電気機械３６の回転数ω_ｅと内燃機関２２のモータの回転数ω_ｔｈとを取得する。
計算機はまた、メモリ内のトラクションバッテリ３１の等価係数λの値を読み取る。この値は、あらかじめ決められている（これは、常に不変であることを意味する）。

【0035】

第２の工程では、計算機５０は、主に車輪Ｐｒに要求される動力と等価係数λ（車両を前進させるための各トラクションチェーン２０および３０の寄与を計算するために決定的であると思われる）を考慮して、運転者の要求に応じて電気機械３６が生成するべき最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔを計算する。
このために、計算機５０はまず、最適電気機械力Ｐ_ｍ ^ｏｐｔを決定する。計算機はここで、内燃機関２２の回転数ω_ｔｈ、また車輪Ｐｒに必要とされる動力、および等価係数λに応じて、この動力を分析的に決定する。

【0036】

ここで、計算機は次の数式を利用する：
Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ＝（ａ－λ．ｂ_１）／（２．λ．ｂ_２）［式１］
本数式においてデータは以下のとおりである：
Ｐ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ≦Ｐ_ｌｉｍの場合ａ＝ａ_１、かつＰ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ＞Ｐ_ｌｉｍの場合ａ＝ａ_２、
Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ≦０の場合ｂ_１＝ｂ_１ ^－でｂ_２＝ｂ_２ ^－、かつＰ_ｍ ^ｏｐｔ＞０の場合ｂ_１＝ｂ_１ ^＋でｂ_２＝ｂ_２ ^＋、
式中
λはトラクションバッテリの等価係数、
ω_ｅは電気機械の回転数、
Ｐ_ｒは車輪への動力、
Ｐ_ｌｉｍは電気機器の回転数の可変関数、また
ａ_１、ａ_２、ｂ_１ ^－、ｂ_２ ^－、ｂ_１ ^＋、ｂ_２ ^＋は所定の定数である。

【0037】

次いで計算機は、ここでは以下の式により、分析的に最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔを推論する：
Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ＝Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ／ω_ｅ［式２］

【0038】

第３の工程では、計算機５０は、電流３２の消費群における電気損失を最小限に抑えるべく電圧調整装置３３が供給すべき最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを分析的に計算する。
このために、計算機はまず、メモリ内のマッピングにより、電気機械３６の動作領域を決定する。
図６は、このマッピングの実現例を模式的に示し、３つの領域Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩが観察される。これらの領域は、電気機械３６の回転数ω_ｅの閾値に対応し、電気トルクＴ_ｅに応じて変化する２つの曲線ω_ｅ ^ｌｉｍ１およびω_ｅ ^ｌｉｍ２によって互いに分離される。

【0039】

領域が決定されると、回転数ω_ｅが２つの限界値ω_ｅ ^ｌｉｍ１およびω_ｅ ^ｌｉｍ２の間にある場合（領域ＩＩ）、最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔは、上記最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔと電気機械３６の回転数ω_ｅに応じて排他的に計算される。次の数式に従って、より正確に計算される：
Ｕ_ｅ ^ｏｐｔ＝ｕ_２Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ．ω_ｅ ^２＋ｕ_１Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ．ω_ｅ＋ｕ_０Ｔ_ｅ ^ｏｐｔ［式３］
この式では、ｕ_０、ｕ_１、ｕ_２は、車種により異なる所定の関数（すなわち計算機５０のメモリに格納される）である。

【0040】

一方、回転数ω_ｅが２つの閾値ω_ｅ ^ｌｉｍ１、ω_ｅ ^ｌｉｍ２を下回る場合（領域Ｉ）、最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔは、トラクションバッテリ３１の端子電圧Ｕ_ｂａｔｔと等しいと考えられる（Ｕ _ｅ ＝Ｕ_ｂａｔｔと記載される）。
最後に、回転数ω_ｅが２つの閾値ω_ｅ ^ｌｉｍ１、ω_ｅ ^ｌｉｍ２を上回る場合（領域ＩＩＩ）、最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔは、最大電圧閾値

【数1】

と等しいと考えられ、

【数2】

は、あらかじめ決められ、その値は最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔの関数を変動させる。最大電圧閾値

【数3】

のこの変動は、ベンチテストであらかじめ決められ、計算機５０のメモリに格納される。

【0041】

第４の工程では、計算機は、次の数式を使用して、最適電気機械力Ｐ_ｍ ^ｏｐｔと車輪Ｐｒに要求される動力に応じて、内燃機関２２が生成するべき最適熱機械力Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔを分析的に決定する：
Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔ＝Ｐ_ｒ－Ｐ_ｍ ^ｏｐｔ［式４］

【0042】

最後に、最終工程で、計算機５０は、
変調装置３３に最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを提供させ、
インバータ３５に、電気機械３６が最適電気機械力Ｐ_ｍ ^ｏｐｔと最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔを生成するようにさせ、
内燃機関２２に最適熱機械力Ｐ_ｔｈ ^ｏｐｔを生成させる。
この方法により、要求される動力を２つのトラクションチェーン２０および３０のそれぞれに分配し、電気損失の低減を保障させることができる。

【0043】

本明細書の後半では、上述の方法に至った推論を説明し、この推論により上記式に現れる異なる係数の取得方法を理解することができる。
まず、出願人が最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを計算する式３に至った方法を説明することができる。

【0044】

用いられる方法は、ポントリャーギンの最小原理に基づく。この原理は、特定の演算子、すなわち、ハミルトン演算子に適用される。
ハミルトン演算子はここで、一方で燃料供給量Ｑの関数、他方で消費された電力Ｐ_ｂａｔと等価係数λの積の関数として定義される。次のように表される：

【数4】

ポントリャーギンの最小原理によると、このハミルトン演算子は探索される最適値を見つけるべく最小化されなければならない。

【0045】

すなわち、

【数5】

または、

【数6】

または、

【数7】

この式の分析的な解は複雑であるため、方法は、ベンチテスト測定を確立することから構成された。したがって、最適電圧に応じて最小電気損失の２次元マッピングが確立された。このマッピングは図２に示される。

【0046】

図２に、このマッピングを示す：横軸に電気機械３６の回転数ω_ｅを、縦軸にこの電気機械３６によって生成された電気トルクＴ_ｅを取り、グレースケールで、対応する電気機械３６の最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを示す。
図３に、同様の別のマッピングを示す：横軸に電気機械３６によって生成された電気トルクＴ_ｅを、縦軸に電気バッテリ３１によって生成された最適バッテリ電力Ｐ_ｂａｔｔ ^ｏｐｔを取る。曲線は電気機械３６の異なる回転数ω_ｅに対応する。

【0047】

図２から、電気機械３６の回転数ω_ｅと、この電気機械３６によって生成された電気トルクＴ_ｅのみに応じて最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを推測することができることが理解される。
図４Ａ～４Ｃに、図２の結果である、３つの異なる電気トルクＴ_ｅ（－２００Ｎｍ、０Ｎｍ、５０Ｎｍ）のために示される電気機械３６の回転数ω_ｅのみに応じて最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔの変動を示す３本の曲線を示す。

【0048】

次に出願人は、これらの曲線が相似形であることを観察し、図５に示すモデル曲線を用いて、電気機械３６の回転数ω_ｅに応じて最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔの変動をモデル化することが可能であることを観察した。図５に示すように、このモデル曲線は、２つの閾値ω_ｅ ^ｌｉｍ１およびω_ｅ ^ｌｉｍ２を示し、その両側では最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔが変動せず、その間では変動する。
出願人はまた、図６に示す曲線によってこれら２つの閾値ω_ｅ ^ｌｉｍ１およびω_ｅ ^ｌｉｍ２の変動をモデル化することが可能であることを観察した。

【0049】

出願人はそこで、以下のようにモデル曲線の補間式を決定した：

【数8】

この式から最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔの分析的計算が導かれる。
関数ｕ_０、ｕ_１、ｕ_２、

【数9】

、ω_ｅ ^ｌｉｍ１およびω_ｅ ^ｌｉｍ２はすべてベンチテストで求められるべきことが観察される。

【0050】

図９に示すように、また本明細書の前半に記載されるように、最適電源電圧Ｕ_ｅ ^ｏｐｔを算出するためには、最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔを知る必要がある。
出願人が本明細書の前半で説明した方法に到達することを可能にした推論を理解するべく、次の情報を提供できる。
図３に、最適バッテリ電力Ｐ_ｂａｔｔ ^ｏｐｔの変動が、最適電気トルクＴ_ｅ ^ｏｐｔに関して凸状であることが示される。

【0051】

電気機械力Ｐ_ｍは、電気トルクＴ_ｅと回転数ω_ｅの積に等しい。
したがって、次の式を使用して、電気機械力Ｐ_ｍに応じて最適バッテリ電力Ｐ_ｂａｔｔ ^ｏｐｔの変動を分析的にモデル化することができる：

【数10】

ここでまた、式中の異なる係数はベンチテストで測定される必要があり、ハイブリッドパワートレインごとに異なる。

【0052】

次いで用いられる方法はまた、上記ハミルトン演算子に適用される最小ポントリャーギンの最小原理に基づく。
ポントリャーギンの最小原理に従って、このハミルトン演算子は求められる最適値を見つけるために最小化されなければならない。

【0053】

すなわち、

【数11】

あるいは、

【数12】

そこで、式１３（以下参照）で説明されているように、燃料供給量Ｑを分析的にモデル化しつつ、最適電気機械力Ｐ_ｍ ^ｏｐｔの式（式１）を推測できる。

【数13】

【0054】

このモデルでは、係数ａ_１とａ_２が車種ごとに実験的に得られる（考慮された車両の車種に対して複数の試験を行い、最小二乗によりそれらの値を推定することによって）。
変数Ｑ_０、Ｑ_ｌｉｍ、Ｐ_{ｔｈ，ｍｉｎ}、Ｐ_ｌｉｍおよびＰ_{ｔｈ，ｍａｘ}は、内燃機関２２の回転数ω_ｔｈに応じて変化する変数である。

【0055】

これらの変数は、次のようにモデル化される：
Ｑ_０（ω_ｔｈ）＝ｑ_２．ω_ｔｈ ^２＋ｑ_１．ω_ｔｈ＋ｑ_０、
Ｑ_ｌｉｍ（ω_ｔｈ）＝ａ_１．Ｐ_ｌｉｍ＋Ｑ_０（ω_ｔｈ）、
Ｐ_ｌｉｍ（ω_ｔｈ）＝ｐ_１．ω_ｔｈ＋ｐ_０、
Ｐ_{ｔｈ，ｍａｘ}（ω_ｔｈ）＝ｋ_１．ω_ｔｈ＋ｋ_０、
Ｐ_{ｔｈ，ｍｉｎ}（ω_ｔｈ）＝－Ｑ_０（ω_ｔｈ）／ａ_１。
このモデル化において、ｑ_０、ｑ_１、ｑ_２、ｐ_０、ｐ_１、ｋ_０、ｋ_１は、各車種について実験的に得られた定数である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】