JP2007203886A - 集塵装置、及び集塵装置を備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機が発生する電力を、車両減速時に利用して、車室外にある塵芥を集塵可能な集塵装置、及び集塵装置を備える車両を提供する。
【解決手段】車両１は、原動機として回転電機ＭＧ２を有し、回転電機ＭＧ２の回生制動により得られた電力の供給を受けて作動する集塵装置７０を備えている。集塵装置７０は、摩擦ブレーキ４７から発生するブレーキカスなど車室外にある塵芥を集塵する。集塵装置７０の作動に必要な電力を、車両減速時の回生制動により得られた電力により賄うことができるため、車両に搭載される電池や発電機を大型化することなく、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置を備える車両を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置と、これを備えた車両に関する。

ディスク式ブレーキやドラム式ブレーキ等、摩擦力により制動力を発生する摩擦ブレーキを備える車両にあっては、前述のブレーキを構成するブレーキパッドやブレーキシューといった部品が磨耗して「ブレーキカス」を生じることがあり、また、車輪にタイヤを備える車両においては、その減速時に、タイヤの表面が、路面との摩擦により削れて「タイヤカス」を生じることがある。このように、車両減速時に発生したタイヤカスやブレーキカスといった塵芥は、車両が走行した路面や、車両そのものを汚してしまい問題となっている。

これを対策するため、下記の特許文献１には、路上のゴミなどの車室外にある塵芥を集塵する機能を備えた自動車が提案されている。この自動車においては、原動機が発生する機械的動力、又はバッテリに蓄えられた電力により集塵装置（吸入モータ）を駆動することで、車室外にある塵芥を吸引し、ゴミ溜めに集塵している。

特開平６−２８６８０３号公報

しかし、この特許文献１に記載の技術は、集塵装置（吸入モータ）の駆動を、原動機が発生する機械的動力により行っているため、原動機の作動中は、車両減速時以外でも、常に集塵装置が駆動されることとなる。すなわちタイヤカスやブレーキカスの集塵が必要ない時でも、原動機から集塵装置に機械的動力が入力されてしまい、これは車両の燃費を悪化させる要因となる。

また、特許文献１には、集塵装置の駆動を、バッテリの電力により行うことも示唆されており、集塵装置を車両減速時のみ作動するよう制御するとしても、車室外にある塵芥を吸引して集塵する集塵装置は、他の電装部品に比べて、格段に大きな電力を必要とするため、このような集塵装置を備える車両を実現するためには、車両に搭載されるバッテリや発電機（オルタネータ）を大型化する必要が生じてしまう。

そこで本発明は、原動機が発生する電力を、車両減速時に利用して、車室外にある塵芥を集塵可能な集塵装置、及び集塵装置を備える車両を提供する。

本発明の車両は、回生制動により得られた電力の供給を受けて作動し、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置を備える。集塵装置の作動に必要な電力を、車両減速時の回生制動により得られた電力により賄うことができるため、車両に搭載される電池や発電機を大型化することなく、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置を備える車両を実現することができる。

好ましくは、集塵装置は、回生制動を行っている時に作動するよう制御される。車両減速時に、回生制動により得られた電力を、そのまま集塵装置に供給することができるため、電池の残存容量を低下させることなく、集塵装置を作動させることができる。

また、好ましくは、車両は、摩擦力により制動力を発生する摩擦ブレーキを備えており、集塵装置は、摩擦ブレーキから発生する塵芥を集塵可能に配置されている。車両は、摩擦ブレーキが作動している時に、集塵装置が作動するよう制御されることが好適である。

本発明の集塵装置は、原動機として回転電機を備え、当該回転電機により回生制動が可能な車両に設けられ、回生制動により得られた電力の供給を受けて作動して、車室外にある塵芥を集塵する。集塵装置の作動に必要な電力を、車両減速時の回生制動により得られた電力により賄うことができるため、車両に搭載される電池や発電機を大型化することなく、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置を備える車両を実現することができる。

好ましくは、集塵装置は、回生制動を行っている時に、作動するよう制御される。車両減速時に、回生制動により得られた電力を、そのまま集塵装置に供給することができるため、電池の残存容量を低下させることなく、集塵装置を作動させることができる。

また、好ましくは、集塵装置は、摩擦ブレーキから発生する塵芥を捕集可能に配置され、車両が摩擦ブレーキによる制動を行っている時に、作動するよう制御される。

本発明によれば、回生制動により得られた電力で、集塵装置を作動させて車室外にある塵芥を集塵することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。一例として、原動機として内燃機関と回転電機を備えるハイブリッド車両について説明する。

まず、本実施形態の集塵装置７０と、これを備える車両１の構成について、図１を用いて説明する。図１には、車両１の概略構成を模式的に示している。車両１には、これを推進するため、車輪４８を駆動する原動機として、内燃機関１０と、発電可能な電動機である回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が設けられている。これら原動機は、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御装置（以下、単に「ＥＣＵ」と記す）により、協調して作動するよう制御される。

内燃機関１０は、図示しない燃料噴射装置、点火装置、及びスロットルバルブを有しており、これら装置は、ＥＣＵ６０により制御されている。ＥＣＵ６０は、内燃機関１０が発生する機械的動力を調整することができ、内燃機関１０が発生した機械的動力は、クランク軸１２から出力される。

一方、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２は、供給された電力を機械的動力に変換する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備えた、いわゆるモータジェネレータである。回転電機ＭＧ１は、主に発電機として用いられ、一方、回転電機ＭＧ２は、主に電動機として用いられる。これら機能の切換えと、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２が発生する機械的動力、又は回収する電力は、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２に、それぞれ対応して設けられたインバータ５１，５２により制御される。ＥＣＵ６０は、インバータ５１，５２を制御することで、それぞれ回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の発生する機械的動力を調整することができる。回転電機ＭＧ１及びＭＧ２が発生した機械的動力は、ロータ３１，３２にそれぞれ結合された回転軸３１ａ，３２ａから出力される。一方、回転軸３１ａ，３２ａから回転電機ＭＧ１及びＭＧ２に入力された機械的動力は、ここで電力に変換されて、後述する二次電池５６に回収することが可能となっている。

また車両１には、前述の内燃機関１０と、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が出力した機械的動力を車輪に伝達する装置として、内燃機関１０が出力した機械的動力を分割する遊星歯車機構２０と、遊星歯車機構２０から伝達された回転を減速しトルクを増大させる減速装置４０と、減速装置４０から伝達された機械的動力を左右の駆動軸４６に分配して出力する差動装置４５が設けられている。

遊星歯車機構２０のプラネタリキャリア２４には、内燃機関１０のクランク軸１２が、サンギア２２には、回転電機ＭＧ１のロータ３１が、リングギア２８には、回転電機ＭＧ２のロータ３２が結合されている。内燃機関１０がクランク軸１２から出力した動力は、遊星歯車機構２０のプラネタリキャリア２４からサンギア２２に伝達される機械的動力と、リングギア２８に伝達される機械的動力に分割される。内燃機関１０からサンギア２２に伝達された機械的動力は、回転電機ＭＧ１に伝達されて、ここで発電に供される。一方、内燃機関１０からリングギア２８に伝達された機械的動力は、回転電機ＭＧ２が出力した機械的動力と統合されて、リングギア２８から減速装置４０に伝達される。減速装置４０から差動装置４５に伝達された機械的動力は、ここで左右の駆動軸４６に分配されて、車輪４８を駆動する。

そして、車輪４８の近傍には、ディスク式の摩擦ブレーキ４７が設けられている。ディスク式の摩擦ブレーキ４７は、車輪４８と共に回転するブレーキディスク４７ａと、ブレーキペダル４７ｆの操作に連動して作動するブレーキキャリパ４７ｂと、ブレーキキャリパ４７ｂに装着されたブレーキパッド４７ｃを有している。ブレーキペダル４７ｆを操作すると、ブレーキキャリパ４７ｂがブレーキパッド４７ｃを介してブレーキディスク４７ａを挟み込み、ここに摩擦力を生じさせる。この摩擦力により、摩擦ブレーキ４７は、車輪４８の運動エネルギを熱エネルギに変換して車輪４８に制動力を生じさせる。なお、摩擦ブレーキは、このようなディスク式に限らず、ドラム式等、他の形式の摩擦ブレーキを用いることもできる。

なお、車両減速時に、制動力を得るため、このような摩擦ブレーキ４７を作動させると、ブレーキディスク４７ａとの摩擦によりブレーキパッド４７ｃが磨耗して「ブレーキカス」が生じる。また、各車輪４８に装着されているタイヤ４８ｔの表面が、路面との摩擦により削れて「タイヤカス」が生じる場合がある。

また、車両１には、前述の回転電機に供給する電力を貯蔵する二次電池５６が設けられている。二次電池５６は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられたインバータ５１，５２に電気的に接続されており、このインバータ５１，５２を介して、それぞれ回転電機ＭＧ１，ＭＧ２との間で電力の授受が可能となっている。この電力の授受は、ＥＣＵ６０により制御される。

二次電池５６は、ＥＣＵ６０が回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を電動機として作動させる場合、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給する。一方、ＥＣＵ６０が回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を発電機として作動させる場合、二次電池５６は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２で得られた電力（電気エネルギ）を、回収して蓄えることができる。

また、車両１には、二次電池５６を監視するために電池監視ユニット５８が設けられている。電池監視ユニット５８は、二次電池５６の温度や電圧、二次電池５６の充放電電流などを監視しており、これら情報から二次電池５６の残存容量（以下、ＳＯＣと記す）を算出している。電池監視ユニット５８は、算出された二次電池５６のＳＯＣを出力している。

また、車両１には、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量と記す）を検出するアクセルポジションセンサ６２が設けられており、このセンサ６２は、検出されたアクセル操作量を出力している。また、車両１には、ブレーキペダルの操作量（以下、ブレーキ操作量と記す）を検出するブレーキペダルポジションセンサ６４が設けられており、このセンサ６４は、検出されたブレーキ操作量を出力している。

ＥＣＵ６０には、電池監視ユニット５８から二次電池５６のＳＯＣが、アクセルポジションセンサ６２からアクセル操作量が、ブレーキペダルポジションセンサ６４からブレーキ操作量が、それぞれ入力される。ＥＣＵ６０は、アクセル操作量から、運転者が車両１に要求している駆動力（以下、要求駆動力と記す）を算出している。また、ブレーキ操作量から、前述の摩擦ブレーキ４７が、運転者により操作されているか否かを検出している。

また、ＥＣＵ６０は、算出された要求駆動力と、二次電池５６のＳＯＣに基づいて、内燃機関１０及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が出力すべき機械的動力や、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が発電すべき電力を決定している。この決定に基づいて、内燃機関１０及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を制御している。内燃機関１０、及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、停車時を含む車両１の走行状態に応じて、協調して動作するよう制御される。

以上のように構成されたハイブリッド車両１は、車両推進時に、回転電機ＭＧ２を電動機として作動させて、回転電機ＭＧ２により車輪４８を駆動して推進することができる。一方、車両減速時には、回転電機ＭＧ２を発電機として作動させ、車輪４８から回転電機ＭＧ２に伝達された機械的動力を電力に変換することで、車輪４８に制動力を生じさせて車両１を減速すると共に、変換した電力を二次電池５６に回収する、いわゆる「回生制動」を行うことができる。つまり、このハイブリッド車両１は、回転電機ＭＧ２により回生制動が可能に構成されている。

しかし、このようなハイブリッド車両１において、回生制動を、車両減速時に常に行える訳ではない。例えば、二次電池５６等の残存容量（以下、ＳＯＣと記す）が高い場合は、回転電機ＭＧ２により回生制動を行って電気エネルギを発生させても、これを二次電池５６に蓄電することができないため、車両１は回生制動を行わないようＥＣＵ６０により制御される。この場合、要求される制動力は、摩擦ブレーキ４７により発生させるため、摩擦ブレーキ４７にかかる負担（摩擦ブレーキ４７への制動力配分）は、車両１が回生制動を行う場合に比べて増大し、ブレーキカスがより多く発生してしまう。

そこで、本実施形態の車両１は、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置７０を備えており、この集塵装置７０は、回生制動により得られた電力の供給を受けて作動することを特徴としている。集塵装置７０は、摩擦ブレーキ４７から生じるブレーキカスや、車輪４８に備えられたタイヤ４８ｔから生じるタイヤカスを吸入して集塵できるよう、車輪４８及び摩擦ブレーキ４７の近傍に設けられている。例えば、車輪４８の後方にあるフェンダの内側などに配設される。集塵装置７０は、電力の供給を受けて作動し、空気流を形成する電動ファン７４と、電動ファンを収容し、吸入した塵芥を溜めるハウジング７２とを有している。

電動ファン７４は、回転して空気流を形成するファン７６と、ファン７６を回転駆動するモータ７５とを有している。モータ７５は、二次電池５６と、回転電機ＭＧ２に対応して設けられたインバータ５２との間に、電気的に接続されており、ここから電力の供給を受けることができる。モータ７５は、オン状態にすることで、電力が供給されて作動し、ファン７６を回転駆動する。モータ７５のオン状態／オフ状態の切り換えは、ＥＣＵ６０により制御される。

一方、ハウジング７２には、塵芥を吸入するための開口である吸入口７２ａが形成されている。吸入口７２ａは、ブレーキカスやタイヤカスを吸入できるように、摩擦ブレーキ４７のブレーキパッド４７ｃやタイヤ４８ｔに向けて配設されている。また、ハウジング７２内には、吸入した塵芥を溜めるチャンバ７２ｃが形成されている。チャンバ７２ｃにはファン７６が配置されており、ファン７６を挟んで吸入口の反対側には、空気のみが流通可能に、チャンバ７２ｃと外気とを連通する排気通路（図示せず）が設けられている。

このように構成された本実施形態の集塵装置７０は、ＥＣＵ６０によりモータ７５がオン状態に制御されることで、電力の供給を受けて作動し、ファン７６を回転駆動させる。ファン７６が回転すると、吸入口７２ａから排気通路に向かう空気流が形成される。この空気流により、摩擦ブレーキ４７や車輪４８から発生した塵芥は、空気と共に運ばれて、吸入口７２ａからチャンバ７２ｃに吸入される。チャンバ７２ｃに吸入された空気と塵芥は、ここで分離されて、空気は、排気通路を通ってチャンバ７２ｃ外に排出される。一方、塵芥は、チャンバ７２ｃに溜まることとなる。このようにして、集塵装置７０は、ＥＣＵ６０により制御されて、電力の供給を受けて作動し、ブレーキカスやタイヤカスなど車室外にある塵芥を、チャンバ７２ｃに吸入して集塵することができる。

なお、集塵装置７０には、回転電機ＭＧ２の回生制動により得られた電力が供給される。車両減速時において、回転電機ＭＧ２の回生制動により得られた電力は、二次電池５６に蓄えられると共に、集塵装置７０に供給される。一方、車両推進時においては、回転電機ＭＧ１が発電機として作動して出力した電力や、車両減速時における回転電機ＭＧ２の回生制動により得られ、二次電池５６に蓄えられていた電力が、集塵装置７０に供給される。このように、集塵装置７０には、車両推進時、車両減速時を問わず、回生制動により得られた電力が供給されることとなる。

以上、本実施形態の集塵装置７０と、これを備える車両１の構成について説明した。以下に、本実施形態の車両１における集塵装置７０の制御について、図２を用いて説明する。図２には、ＥＣＵ６０が実行する集塵装置７０の制御のフローチャートを示す。まず、二次電池５６のＳＯＣ、アクセル操作量、およびブレーキ操作量に係る信号（制御変数）が、ＥＣＵ６０に入力される（Ｓ１００）。

そして、ステップＳ１０２において、車両１が摩擦ブレーキ４７による制動（以下、摩擦制動と記す）を行っているか否かを判定する。ＥＣＵ６０は、ブレーキペダルポジションセンサから入力したブレーキ操作量の値がゼロであるか否かで、車両１が摩擦制動を行っているか否かを判定することができる。ブレーキ操作量がゼロである、すなわち摩擦制動を行っていないと判定した場合、ＥＣＵ６０は、モータ７５をオフ状態にして集塵装置７０が作動しないよう制御する（Ｓ１１０）。この場合、摩擦ブレーキ４７は作動していないため、ブレーキカスは発生しておらず、集塵装置７０を作動させる必要性は低い。

一方、ＥＣＵ６０が、ブレーキ操作量がゼロではない、すなわち摩擦ブレーキ４７が操作されていると判定した場合は、ステップＳ１０４に進む。この場合、ブレーキは操作されている、すなわち、車両１が摩擦制動を行っているため、ブレーキカスが発生しており、集塵装置７０を作動させることが望まれる状態となっている。

そして、ステップＳ１０４において、車両１が回生制動を行っているか否かを判定する。ＥＣＵ６０は、回転電機ＭＧ２が、発電機として作動しているか否かで、車両１が回生制動を行っているか否かを判定することができる。回転電機ＭＧ２が発電機として作動していない、すなわち車両１が回生制動を行っていないと判定した場合、ＥＣＵ６０は、モータ７４をオフ状態に制御して集塵装置７０を作動させない（Ｓ１１０）。車両１が回生制動を行っていない時は、集塵装置７０を作動させないことで、二次電池５６のＳＯＣが急速に低下することを防止している。

一方、回転電機ＭＧ２が発電機として作動している、すなわち車両１が回生制動を行っていると判定した場合には、ステップＳ１０６に進み、ＥＣＵ６０は、モータ７５をオン状態に制御して集塵装置７０を作動させる。集塵装置７０は、回転電機ＭＧ２の回生制動により得られた電力の供給を受けて作動し、発生しているブレーキカスを、タイヤカスなど他の塵芥と共に、チャンバ７２ｃに吸入して集塵する。回生電機ＭＧ２により得られた電力により集塵装置７０を作動させているため、二次電池５６のＳＯＣを低下させることがない。

以上説明したように本実施形態においては、集塵装置７０が、回生制動により得られた電力の供給を受けて作動し、車室外にある塵芥を集塵するよう制御される。集塵装置の作動に必要な電力を、車両減速時の回生制動により得られた電力により賄うことができるため、車両に搭載される電池や発電機を大型化することなく、集塵装置を備える車両を実現することができる。

また、本実施形態において、集塵装置７０は、回生制動を行っている時に作動するよう制御される。車両減速時に、回生制動により得られた電力を、そのまま集塵装置に供給することができるため、電池の残存容量を低下させることなく、集塵装置を作動させることができる。

また、本実施形態において、集塵装置７０は、車両が摩擦ブレーキによる制動を行っている時に、作動するよう制御される。摩擦ブレーキ４７が作動し、ブレーキカスが発生しているときに限定して、集塵装置を作動させることができ、集塵装置による消費される電力を節減することができる。本実施形態は、車室外にある塵芥のうち、特にブレーキカスの集塵が求められる車両にとって有用である。

なお、本実施形態の集塵装置７０は、原動機に内燃機関１０と回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を備えるハイブリッド車両１に適用するものとしたが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。原動機に回転電機を備えて、回生制動が可能な車両であれば良く、本発明の集塵装置は、電気自動車にも適用することができる。

本実施形態の集塵装置、及びこれを備えるハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 本実施形態の集塵装置に実行される制御のフローチャート図である。

符号の説明

１ 車両、１０ 内燃機関、２０ 遊星歯車機構、４０ 減速装置、４５ 差動装置、４６ 駆動軸、４７ 摩擦ブレーキ、４８ 車輪、５１，５２ インバータ、５６、二次電池、６０ 電子制御装置（ＥＣＵ）、６２ アクセルポジションセンサ、６４ ブレーキペダルポジションセンサ、７０ 集塵装置。

Claims (6)

1. 原動機として回転電機を備え、当該回転電機により回生制動が可能な車両であって、
   回生制動により得られた電力の供給を受けて作動し、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置を備える、車両。
2. 請求項１に記載の車両であって、
   集塵装置は、回生制動を行っている時に作動するよう制御される、
   車両。
3. 請求項２に記載の車両であって、
   摩擦力により制動力を発生する摩擦ブレーキ、を備え、
   集塵装置は、摩擦ブレーキから発生する塵芥を集塵可能に配置されており、
   摩擦ブレーキによる制動を行っている時に、集塵装置が作動するよう制御される、
   車両。
4. 原動機として回転電機を備え、当該回転電機により回生制動が可能な車両に設けられ、
   回生制動により得られた電力の供給を受けて作動して、車室外にある塵芥を集塵する集塵装置。
5. 請求項４に記載の集塵装置であって、
   回生制動を行っている時に、作動するよう制御される、集塵装置。
6. 請求項５に記載の集塵装置であって、
   車両には、摩擦力により制動力を発生する摩擦ブレーキが備えられており、
   摩擦ブレーキから発生する塵芥を捕集可能に配置され、車両が摩擦ブレーキによる制動を行っている時に、作動するよう制御される、集塵装置。

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