JP2010508211A - 電気エネルギ貯蔵手段の充電のためのハイブリッド車両の制御方法およびハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

本方法は、フロントアクスル（１２）と、ギアボックス（２２）の種々の減速比に対する車両の駆動力をフロントトランスミッション（２４）によりフロントアクスル（１２）に伝達するためのギアボックスに連結部材（２０）によって結合された熱機関（１８）とを含み、熱機関（１８）に結合された少なくとも１つのフロント電気機械（４２、４６）が、少なくとも熱機関の始動を行う熱駆動連鎖（５０）と、リアアクスル（６２）、およびリアトランスミッション（７０）によりリアアクスル（６２）に機械的に結合された少なくとも１つのリア電気機械（６８）を含む電気駆動連鎖（６０）と、リア電気機械（６８）を電気エネルギ貯蔵手段（４０）に接続する少なくとも１つの動力線（７４）と、車両のあらゆる状況を考慮に入れるように、熱駆動連鎖（５０）、電気駆動連鎖（６０）、電気エネルギ貯蔵手段（４０）を制御するための制御手段（４４）とを含む。本方法は、熱駆動連鎖（５０）から供給された動力を、エネルギ貯蔵手段（４０）を充電するために、車両が走行する道路（ＲＴ）を経由して電気駆動連鎖（６０）に伝達するように、制御手段（４４）を介して熱駆動連鎖（５０）、電気駆動連鎖（６０）、電気エネルギ貯蔵手段（４０）を制御する。

Description

本発明は、車両のフロントホイールアクスルユニット上にあり熱機関を含む熱駆動連鎖と、少なくとも１つの電気機械を含みリアホイールアクスルユニット上にある電気駆動連鎖とを有する、パワートレイン（またはＧＭＰ）方式の従来の駆動連鎖を含むタイプの車両に関する。

図１は、以下の本文で、ハイブリッド車両、すなわちリアホイールアクスルユニット上の電気機械と協働するフロントホイールアクスルユニット上の熱機関および電気機械を有する車両と形容されるそのような車両の単純化されたアーキテクチャを示す。

図１のハイブリッド車両は、従来の駆動連鎖、すなわち熱駆動連鎖１０を含み、熱駆動連鎖１０は、連結装置たとえばクラッチ２０およびギアボックス２２を介して熱機関１８から供給されるトルクによって回転駆動される２つのフロント駆動輪１４、１６を含むフロントホイールアクスルユニット１２を有する。

フロント電気機械４２は、少なくとも熱機関の再始動を確保するために熱機関に結合される。

ハイブリッド車両は、駆動電気機械３８に機械的に結合された２つのリア駆動輪３４、３６を含む車両のリアホイールアクスルユニット３２上に電気駆動連鎖３０をも含む。

電気駆動連鎖３０は、電気エネルギ貯蔵手段４０に電気的に結合される。

以下の本文では、全ての電気エネルギ貯蔵手段（バッテリ、バッテリパック、スーパーコンデンサ、．．．）を定義するためにバッテリという用語を用いる。

車体は、図示しない懸架装置により車両のフロントおよびリアホイールアクスルユニットに機械的に連結される。

電気リア駆動連鎖を備えた従来技術のハイブリッド車両では、熱機関１８を使用してエネルギ貯蔵バッテリ４０を充電するために用いられる手段は、熱機関に機械的に結合された電気機械である。したがってこのような状況に対処するためには、リア駆動連鎖を補完するものとしてバッテリを充電するのに充分な発電容量を有する第２の電気機械をフロントＧＭＰ（フロント駆動連鎖）のレベルに組み込む必要がある。

第２の電気機械を設置することは、車両のコストを増加させるという欠点を内包しており、さらに、このように組み込むことによりエンジンコンパートメントの寸法上の制約が増加することによる難しさがある。

ＧＭＰのレベルに大容量の第２の電気機械を設置するのを回避するために、本発明は、
− フロントホイールアクスルユニットと、ギアボックスの種々の減速比に対する車両の駆動力をフロントトランスミッションによりフロントホイールアクスルユニットに伝達するためのギアボックスに連結部材により結合された熱機関とを含み、熱機関に結合された少なくとも１つのフロント電気機械が、少なくとも熱機関の始動を行う熱駆動連鎖と、
− リアホイールアクスルユニットと、リアトランスミッションによりリアホイールアクスルユニットに機械的に結合された少なくとも１つのリア電気機械とを含む電気駆動連鎖と、
− リア電気機械を電気エネルギ貯蔵手段に接続する少なくとも１つの動力線と、
− 車両のあらゆる状況を考慮に取り入れるように、熱駆動連鎖、電気駆動連鎖、電気エネルギ貯蔵手段を制御するための制御手段と
を含むハイブリッド車両の制御方法であって、
熱駆動連鎖から供給された動力を、エネルギ貯蔵手段を充電するために、車両が走行する道路（ＲＴ）を経由して電気駆動連鎖に伝達するように、制御手段を介して熱駆動連鎖、電気駆動連鎖、エネルギ貯蔵手段を制御することを特徴とする方法を提供する。

有利には、本方法は、車両が熱機関により駆動されて走行するとき、車両の熱機関から供給される車両の駆動力の一部を車両のリアホイールアクスルユニットから取り込むようにリア電気機械を制御する。

一実施形態においては、本発明は、
− 第１ステップにおいて、リア電気機械を電流発生装置として構成し、動力線を介してエネルギ貯蔵手段を充電するために、誘導される抵抗トルクを使用して、抵抗トルクを電力に変換し、
− 第２ステップにおいて、運転者が要求する加速度、ならびに速度を維持し、さらにエネルギ貯蔵手段の充電を行うために必要な駆動力を熱駆動連鎖が供給するように熱駆動連鎖を制御する。

この一実施形態においては、本方法は、抵抗トルクと、フロントトランスミッションおよびリアトランスミッションのレベルの損失の総和と、前輪および後輪のタイヤによる損失とを補償するように熱駆動連鎖を制御する。

本方法の別の実施形態においては、熱機関が運転者によってその可能な最大動力で使用されるとき、本方法は、リア電気機械によるエネルギ貯蔵手段の充電を停止するステップを含む。

本発明のこの別の実施形態においては、エネルギ貯蔵手段の充電を停止するステップは、
− 第１ステップにおいて、リアホイールアクスルからの抵抗トルクの取り込みをなくすようにリア電気機械を制御し、
− 第２ステップにおいて、速度ならび運転者が要求する加速度を維持するのに必要な駆動力を供給するように熱駆動連鎖を制御する。

本発明によるハイブリッド車両の制御方法は、バッテリを充電するために、車両が走行する道路を経由して動力をＧＭＰから、リア電気駆動連鎖に連結された電気機械に伝達するという戦略に基づいている。この戦略は、車両の状況に応じて、特に熱機関に対し運転者が要求する動力に従ってハイブリッド車両を制御する方法によって実施される。

本発明によるハイブリッド車両の一動作モードにおいては、所与の出力でバッテリを充電することが必要になることがある。そこで、車両のリアホイールアクスルのレベルで機械的動力（または抵抗トルク）を取り込み、この機械的動力を、バッテリを充電するための電力に変換するようにリア電気機械が制御される。

バッテリを充電するためにリアホイールアクスルのレベルで取り込まれるこの機械的動力は、車両を減速させようとするので、この減速を補償し、車両が速度ならびに運転者が要求する加速を維持するように、追加の機械的動力を、それも運転者にトランスペアレントな状態で供給するように熱機関を制御しなければならない。

本発明はまた、
− フロントホイールアクスルユニットと、ギアボックスの種々の減速比に対する車両の駆動力をフロントトランスミッションによりフロントホイールアクスルユニットに伝達するためのギアボックスに連結部材により結合された熱機関とを含み、熱機関に結合された少なくとも１つのフロント電気機械が、少なくとも熱機関の始動を行う熱駆動連鎖と、
− リアホイールアクスルと、リアトランスミッションによりリアホイールアクスルに機械的に結合された少なくとも１つのリア電気機械とを含む電気駆動連鎖と、
− リア電気機械を電気エネルギ貯蔵手段に接続する少なくとも１つの動力線と、
− 車両のあらゆる状況を考慮に入れるように、熱駆動連鎖、電気駆動連鎖、電気エネルギ貯蔵手段を制御するための制御手段と
を含むことを特徴とする、本発明による制御方法を実施するためのハイブリッド車両にも関する。

本発明は、添付の図面を参照して行うハイブリッド車両の制御戦略を実施するための方法の説明によって、よりよく理解されよう。

従来技術のハイブリッド車両の簡略化したアーキテクチャを示す図である。 本発明による制御方法を実施するためのハイブリッド車両を示す図である。 時間の経過にともなう図２の車両の諸要素の出力曲線を示す図である。

これらの図で、同じ要素を示すのに同じ符号が用いられている。

図２は、本発明による制御方法を用いるハイブリッド車両の例を示す図である。

図２のハイブリッド車両は、従来の熱駆動連鎖５０を含む。この熱駆動連鎖は、フロントホイールアクスルユニット１２と、ギアボックス２２の種々の減速比に対する車両の駆動力をフロントトランスミッション２４によりフロントホイールアクスルユニット１２に伝達するための機械的ギアボックス２２にクラッチ２０によって結合された熱機関１８とを含む。フロント電気機械４６は、熱機関の始動を行うとともに、分配網４８を介して電源電流を特に車両の電気設備に供給するために、熱機関１８に機械的に結合されている。

ハイブリッド車両はさらに、後輪３４、３６を備えるリアホイールアクスル６２を含む電気駆動連鎖６０も有する。リア電気機械６８は、リアトランスミッション７０によりリアホイールアクスル６２に機械的に結合されている。

一般的に、トランスミッションとは、車輪に連結された伝達軸に結合された差動装置または差動ブリッジを意味する。

配電網４８に接続された動力線７４は、リア電気機械６８をエネルギ貯蔵バッテリ４０に接続する。

ハイブリッド車両は、図示しないが、たとえばアクセルペダルなどの加速装置や、たとえばブレーキペダルなどの制動装置など、車両の通常の操装置を含む。

さらに、本方法を実施するための図２に示すハイブリッド車両のアーキテクチャは、車両の種々の状況に関する前記車両の種々の制御戦略に応答するために、熱駆動連鎖５０、リア電気駆動連鎖６０、バッテリ４０の制御を実施できるようにする制御手段４４、たとえば駆動連鎖の管理ユニットも含む。

これらの戦略は、以下で説明するハイブリッド車両の制御方法によって実施される。

第１の状況において、ハイブリッド車両が熱機関１８のみで駆動されて道路ＲＴ上を走行するときは、熱機関によって発生される動力は、運転者の要求、すなわちアクセルペダルの踏込み量と密接に関わっている。

ある所与の出力でバッテリ４０を充電する必要がある場合、この状況における制御戦略は、リア電気機械６８によりバッテリ４０を充電するステップを含む。

この目的のため、車両の制御方法は、
− 第１ステップにおいて、リア電気機械６８を電流発生装置として構成し、リアホイールアクスル６２のレベルにおいて抵抗トルクを発生する。次に、動力線７４を介してバッテリ４０を充電するために、リア電気機械がこの抵抗トルクを電力に変換する。すると抵抗トルクが、車両のフロント駆動輪１４、１６から発生する駆動トルクに対抗するので、車両が減速される。
− 第２ステップにおいて、運転者が要求する加速度、ならびに速度を維持し、さらにバッテリ４０の充電を行うために必要な駆動力を熱機関１８が供給するように、ＧＭＰを、したがって熱機関１８を制御する。

この第２のステップにおいて、熱機関は、車両の駆動に必要なトルクに加えて、リアホイールアクスルから発生する抵抗トルクを補償し、バッテリ４０を充電するための追加トルク（または追加動力）を供給しなければならない。

図２はこの第１の状況を表す。

矢印ｆ１は、道路ＲＴ上を走行する車両の前輪１４、１６への熱機関からの動力の伝達を示す。

道路ＲＴ上において、熱機関１８によって駆動される車両の前輪１４、１６の道路に対する摩擦によってこれら前輪から加えられる応力により車両の移動が生じ、その結果、フロントホイールアクスルユニットと同様、車体に固設されたリアホイールアクスルユニットの移動が生じ、したがって、同じく道路ＲＴに接触している後輪３４、３６が駆動される。

したがって、道路を介してフロントホイールアクスルユニットとリアホイールアクスルユニットの間でエネルギの移動があることになる（矢印ｆ２）。

矢印ｆ３は、リアホイールアクスル６２およびリアトランスミッション７０を介して行われる後輪３４、３６からリア電気機械６８へのエネルギの伝達を示す。

後輪によって回転駆動されるリア電気機械６８は、動力線７４を介して、矢印ｆ４およびｆ５で表す移動方向にバッテリ４０に電気エネルギを供給する。

図２には、ハイブリッド車両に加えられる種々の応力も示してある。
− ＧＭＰにより車両の移動方向に伝達される応力Ｅ−ＧＭＰ
− 車両の移動方向において車体に加えられる合成応力Ｅ−ＣＡ、および
− リア電気機械によるエネルギ回収によって、リアホイールアクスルにより車両の移動方向とは反対の方向に発生される応力Ｅ−ＲＣ

抵抗トルクを得るためにこのような状況下で熱機関１８によって供給される追加的動力は、リア電気機械６８から取り出された動力（抵抗トルク）に、フロントトランスミッション２４およびリアトランスミッション７０のレベルにおける損失と、前輪１４、１６および後輪３４、３６のタイヤの損失の総和とを加えたものを基にして決められる。

第２の状況において、ハイブリッド車両が熱機関１８に駆動されるとき、熱機関が運転者によりその可能最大出力で使用される場合、運転者の要求に対する車両の応答性を低下させずに、リア電気機械６８を介してバッテリ４０を充電することはもはや不可能である。

この第２の状況における制御方法は、リア電気機械６８によるバッテリ４０の充電の停止を指令するものである。

この目的のため、車両の制御方法は、
− 第１ステップにおいて、リアホイールアクスル６２からの抵抗トルクの取り込みをなくすようリア電気機械６８を制御する。

リア電気機械６８はもはやバッテリ４０に充電電流を供給しなくなる。熱機関１８から供給されるトルクに対抗する抵抗トルクがなくなるので、車両は最大駆動力の能力をもつ。

− 第２ステップにおいて、ＧＭＰ、したがって熱機関１８により、速度ならび運転者が要求する加速度を維持するのに必要な駆動力を供給するように熱機関１８を制御する。

これら２通りの状況では、運転者にトランスペアレントな状態で、本発明による制御方法が実施される。

図３は、時間の経過にともなう動力の推移を観察することによる、本発明による方法の種々のステップを示す図である。実線による曲線は、運転者によって要求される動力Ｐ−ＤＣを示す。点線による曲線は、ＧＭＰからフロントホイールアクスルユニットに供給される合計動力ＰＦ−ＧＭＰを表す。

破線による曲線は、バッテリ４０を充電するためにリア電気機械６８によって取り出される出力Ｐ−ＭＥＡを表す。

時点ｔ１より以前では、リア電気機械６８はバッテリに充電電流を供給せず、ＧＭＰから供給される合計動力は、運転者によって要求される動力Ｐ−ＤＣである。

時点ｔ１（充電ステップ）で、バッテリの充電が制御される。時点ｔ１以降は、ＧＭＰによって供給される動力は、運転者によって要求される出力Ｐ−ＤＣを、種々の損失は別にしてバッテリを充電するためにリア電気機械によって取り出される動力Ｐ−ＭＥＡに加えた和である。

時点ｔ１と次の時点ｔ２との間では、運転者によって要求される動力Ｐ−ＤＣをリア電気機械６８によって取り出される動力Ｐ−ＭＥＡに加えた和が、熱機関１８の最大動力ＰｍａｘＧＭＰよりも小さく、リア電気機械は、あらかじめ定められた公称電流値でバッテリ４０を充電する。

時点ｔ２より後は、運転者によって要求される動力Ｐ−ＤＣをリア電気機械６８によって取り出される動力に加えた和が、熱機関１８が発生することができる最大動力ＰｍａｘＧＭＰを超えるので、熱機関から供給することができる最大動力に達する時点ｔ３（充電停止ステップ）まで、熱機関１８から供給される合計動力をその最大動力ＰｍａｘＧＭＰに維持するために、バッテリ充電が次第に減少する。

時点ｔ３で、バッテリ４０の充電が停止される。

ｔ３とｔ４の間では、運転者によって要求される動力Ｐ−ＤＣは次第に減少し、バッテリの充電が次第に再開し、ＧＭＰから供給される合計動力ＰＦ−ＧＭＰが、熱機関１８によって供給が可能な最大動力ＰｍａｘＧＭＰを超えないように、充電の公称電流値に達するまで次第に続く。

時点ｔ４より後は、運転者によって要求される動力Ｐ−ＤＣを電気機械Ｐ−ＭＥＡによって取り出される動力に加えた和が、熱機関１８が発生することができる最大動力ＰｍａｘＧＭＰより小さくなる。バッテリの充電電流は再度その公称値になる。

ハイブリッド車両の本発明による制御方法を用いた、道路による動力伝達により、車両のリアホイールアクスルユニット上に位置する電気機械６８を最善に活用することが可能になるとともに、熱機関に結合されたフロント電気機械をバッテリの充電のためのエネルギ回収プロセスに引き込まないようにすることが可能となる。

機械のコストが低減され、組み込みが容易になる（空間占有体積が小さくなり、冷却の必要性が軽減される）。

Claims (5)

1. フロントホイールアクスルユニット（１２）と、ギアボックス（２２）の種々の減速比に対する車両の駆動力をフロントトランスミッション（２４）によりフロントホイールアクスルユニット（１０）に伝達するためのギアボックスに連結部材（２０）によって結合された熱機関（１８）と、熱機関（１８）に結合されて、少なくとも熱機関の始動を行う少なくとも１つのフロント電気機械（４２、４６）とを含む熱駆動連鎖（５０）、
   リアホイールアクスルユニット（６２）と、リアトランスミッション（７０）によりリアホイールアクスルユニット（６２）に機械的に結合された少なくとも１つのリア電気機械（６８）とを含む電気駆動連鎖（６０）、
   リア電気機械（６８）を電気エネルギ貯蔵手段（４０）に接続する少なくとも１つの動力線（７４）、並びに
   車両のあらゆる状況を考慮に入れるように、熱駆動連鎖（５０）、電気駆動連鎖（６０）、電気エネルギ貯蔵手段（４０）を制御するための制御手段（４４）
   を備えたハイブリッド車両の制御方法であって、
   熱駆動連鎖（５０）から供給された動力を、エネルギ貯蔵手段（４０）を充電するために、車両が走行する道路（ＲＴ）を経由して電気駆動連鎖（６０）に伝達するように、制御手段（４４）を介して熱駆動連鎖（５０）、電気駆動連鎖（６０）、エネルギ貯蔵手段（４０）を制御するもので、車両が熱機関（１８）により駆動されて走行するとき、車両の熱機関（１８）から供給される車両の駆動力の一部を車両（６２）のリアホイールアクスルユニットから取り込むようにリア電気機械（６８）を制御することを特徴とする方法。
2. 第１ステップにおいて、リア電気機械（６８）を電流発生装置として構成し、動力線（７４）を介して電気エネルギ貯蔵手段（４０）を充電するために、誘導される抵抗トルクを使用して、抵抗トルクを電力に変換すること、及び
   第２ステップにおいて、運転者が要求する加速度、ならびに速度を維持し、且つエネルギ貯蔵手段（４０）の充電を行うために必要な駆動力を熱駆動連鎖（５０）が供給するように熱駆動連鎖を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 抵抗トルクと、フロントトランスミッション（２４）およびリアトランスミッション（７０）のレベルの損失の総和と、前輪（１４、１６）および後輪（３４、３６）のタイヤによる損失を補償するように熱駆動連鎖を制御することを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
4. 熱機関（１８）が運転者によってその可能な最大動力で使用されるとき、リア電気機械（６８）によりエネルギ貯蔵手段（４０）の充電を停止するステップを含む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制御方法。
5. エネルギ貯蔵手段（４０）の充電を停止するステップが、
   第１ステップにおいて、リアホイールアクスル（６２）からの抵抗トルクの取り込みを停止するようリア電気機械（６８）を制御することにあり、
   第２ステップにおいて、運転者が要求する加速度ならびに速度を維持するのに必要な駆動力を供給するように熱駆動連鎖（５０）を制御すること
   を特徴とする請求項４に記載の制御方法。

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