JP2008213736A - 自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時に電気回路を遮断するための加速度センサを備え、加速度センサの誤作動を抑制する自動車を提供する。
【解決手段】自動車は、エンジン３１、モータ３２およびインバータ３３を含む動力装置と、電気を蓄えるためのバッテリと、動力装置を支持するためのフロントフレーム１０とを備える。自動車は、衝突したことを検知して、モータ３２とバッテリとの電気的な接続を遮断するための加速度センサ１を備える。動力装置は、エンジン３１、モータ３２およびインバータ３３が互いに固定されることにより一体的に形成され、加速度センサ１は、フロントフレーム１０に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に関する。

近年においては、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）、電気自動車（Electric Vehicle）および燃料電池（Fuel Cell）を搭載した燃料電池自動車などの電力を動力源とする自動車が注目されている。

ハイブリッド自動車は、エンジンを駆動して動力を得るとともに、電動機を駆動することによって動力を得る自動車である。ハイブリッド自動車は、電動機に電気を供給するための蓄電機器を備える。蓄電機器としては、たとえば、繰り返し充放電が可能な二次電池やキャパシタなどが配置される。二次電池としては、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、またはリチウムイオン電池などが用いられる。

ハイブリッド自動車は、電気の状態を変換するための電力変換器を備える。電力変換器には、たとえば、電圧を変更するコンバータや、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ等が含まれる。蓄電機器の直流電力は、たとえば、コンバータにより昇圧された後に、インバータによって交流電力に変換されて電動機に供給される。

自動車には、他の車との衝突や建築物への衝突等を考慮して、安全装置が取り付けられる場合がある。この安全装置は、たとえば衝突センサにより駆動する。自動車には、安全装置として、ハンドルやダッシュボードに配置されているエアバッグ装置を備えるものがある。エアバック装置を作動するためには、衝突センサが車体に配置される。衝突センサが衝突を検知することによりエアバック装置が駆動するように形成されている（たとえば、特開２００６−１４２８７６号公報、特開平４−２９７３５３号公報、特開２０００−１６８４８９号公報、特開２００４−１６８０９６号公報、および特開平１１−２６３２４４号公報参照）。
特開２００６−１４２８７６号公報 特開平４−２９７３５３号公報 特開２０００−１６８４８９号公報 特開２００４−１６８０９６号公報 特開平１１−２６３２４４号公報

ハイブリッド自動車においては、蓄電機器の電力が電動機に供給される。または、回生動作時には、電動機が発電機となって発電された電気が蓄電機器に供給される。このように、ハイブリッド自動車においては、電力変換器を介して電動機および蓄電機器の間を電気が流れる。

ハイブリッド自動車が他の自動車や建築物等に衝突した場合などにおいては、電動機、電力変換器または蓄電機器が配置されている部分に大きな衝撃が加わる場合がある。ハイブリッド自動車には、衝突時の安全装置として、電動機と蓄電機器との間の電気回路を遮断する装置が配置されているものがある。この安全装置は、衝突センサを備え、衝突センサが衝突を検知することにより、電動機と蓄電機器との間の電気回路が遮断されるように形成されている。電気回路を遮断するための遮断器および衝突センサは、たとえば、電力変換器としてのインバータの内部に配置されている。

近年においては、エンジン、電動機および電力変換器が互いに固定され、一体的に形成されている自動車がある。エンジン、電動機および電力変換器が一体的に形成されている自動車においては、衝突センサがエンジンの振動を検知して電気回路を遮断してしまう可能性があるという問題があった。

たとえば、ハイブリッド自動車は、自動車の停止時や走行時に、エンジンの起動および停止を繰り返す。衝突センサが電力変換器の内部に配置されている場合には、衝突センサがエンジンの起動時または停止時の振動を検知してしまって、衝突と誤認する可能性があった。この結果、電動機と蓄電機器とを接続する電気回路が遮断されて電動機が動かなくなる可能性があった。

本発明は、衝突時に電気回路を遮断するための衝突センサを備え、衝突センサの誤作動を抑制する自動車を提供することを目的とする。

本発明における自動車は、内燃機関、電動機および電力変換器を含む動力装置を備える。電気を蓄えるための蓄電機器を備える。上記動力装置を支持するための支持部材を備える。衝突したことを検知して、上記電動機と上記蓄電機器との電気的な接続を遮断するための衝突センサを備える。上記動力装置は、上記内燃機関、上記電動機および上記電力変換器が互いに固定されることにより一体的に形成されている。上記衝突センサは、上記支持部材に固定されている。

上記発明において好ましくは、上記支持部材は、フロントフレームを含む。上記フロントフレームは、車体の前後方向に延びるサイドレール部と、上記車体の幅方向に延びるフロントレール部とを有する。上記衝突センサは、上記サイドレール部および上記フロントレール部のうち、少なくとも一方に配置されている。

上記発明において好ましくは、上記衝突センサは、加速度センサおよび歪ゲージのうち、少なくとも一方を含む。

上記発明において好ましくは、上記衝突センサは、車体の前後方向において、上記動力装置とほぼ同じ位置、または、上記動力装置よりも前側の位置に配置されている。

上記発明において好ましくは、上記衝突センサは、車体の幅方向において、上記動力装置とほぼ同じ位置、または、上記動力装置よりも外側の位置に配置されている。

本発明によれば、衝突時に電気回路を遮断するための衝突センサを備え、衝突センサの誤作動を抑制する自動車を提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図５を参照して、実施の形態１における自動車について説明する。本実施の形態における自動車は、ハイブリッド自動車である。

図１に、本実施の形態における動力装置およびフロントフレームの部分の概略斜視図を示す。本実施の形態における自動車は、動力装置を備える。本実施の形態における動力装置は、内燃機関としてのエンジン３１を備える。動力装置は、電動機としてのモータ３２を備える。モータ３２は、エンジン３１に固定されている。本実施の形態における動力装置は、電力変換器としてのインバータ３３を備える。

本実施の形態におけるインバータ３３は、モータ３２に固定されている。インバータ３３は、モータ３２の下側に配置されている。本実施の形態における動力装置は、エンジン３１、モータ３２およびインバータ３３が互いに固定されることにより、一体的に形成されている。

本実施の形態における自動車は、動力装置を支持するための支持部材として、フロントフレーム１０を備える。フロントフレーム１０は、車体の前部に配置されるフレームである。

本実施の形態におけるフロントフレーム１０は、フロントレール部１１を含む。フロントレール部１１は、車体の幅方向に延びるように形成されている。フロントフレーム１０は、サイドレール部１２を含む。サイドレール部１２は、車体の前後方向に延びるように形成されている。サイドレール部１２は、車体の幅方向の両端に配置されている。

フロントフレーム１０には、動力装置をフロントフレーム１０に固定するための介在部材２１が配置されている。介在部材２１は、フロントフレーム１０の表面から立設するように形成されている。本実施の形態においては、フロントレール部１１およびサイドレール部１２のそれぞれのレール部に介在部材２１が配置されている。

本実施の形態における介在部材２１は、ゴムブッシュ２２を含む。ゴムブッシュ２２は、エンジン３１の振動を吸収する。介在部材２１は、スタットボルト２３を含む。介在部材２１は、エンジン３１またはモータ３２の挿通部２５にスタットボルト２３を通してナット２４で固定できるように形成されている。動力装置がゴムブッシュ２２を介してフロントフレーム１０に固定されることにより、動力装置の振動がフロントフレーム１０に伝わることを抑制できる。

図２に、本実施の形態における動力装置とフロントフレームとの部分の模式平面図を示す。本実施の形態におけるフロントフレーム１０は、平面視したときに、動力装置の外側に配置されている。フロントフレーム１０は、平面視したときに、動力装置を取囲むように配置されている。

サイドレール部１２は、エンジン３１およびモータ３２の車体幅方向の外側に配置されている。フロントレール部１１は、エンジン３１およびモータ３２の車体の前後方向の前側に配置されている。本実施の形態における動力装置は、フロントレール部１１および両側のサイドレール部１２のそれぞれのレール部に固定されている。

図３に、本実施の形態における自動車の前部を側方から見たときの概略透視図を示す。本実施の形態における動力装置は、自動車の前部に配置されている。動力装置は、ボディ４１によって形成されているエンジンルーム（エンジンコンパートメント）に配置されている。本実施の形態における動力装置は、前輪５１同士に挟まれる領域に配置されている。

図１から図３を参照して、本実施の形態における自動車は、衝突センサとしての加速度センサ１を備える。本実施の形態における衝突センサは、自動車が衝突したことを検知して、蓄電機器と電動機との電気的な接続を遮断するためのセンサである。加速度センサは、センサ自体に加わる加速度の大きさを検知するセンサである。

本実施の形態における加速度センサ１は、フロントフレーム１０に配置されている。加速度センサ１は、フロントレール部１１に配置されている。加速度センサ１は、フロントレール部１１の幅方向の略中央に配置されている。加速度センサ１は、介在部材２１の真横に配置されている。加速度センサ１は、介在部材２１の近傍に配置されている。

図４に、本実施の形態における蓄電機器、電力変換器および電動機の電気回路図を示す。本実施の形態における自動車は、電気を蓄える蓄電機器としてのバッテリ１００を備える。本実施の形態のバッテリ１００は、複数のセルを直列に接続したモジュールをさらに複数直列に接続した組電池である。蓄電機器としては、バッテリ１００に限られず、たとえば、キャパシタが配置されていても構わない。

自動車は、電力変換器としてのインバータ３３を備える。インバータ３３は、直流の電気を交流の電気に変換できるように形成されている。インバータ３３は、６つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴにそれぞれ並列に接続された６つのダイオードとを含む。インバータ３３は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００からの制御信号に基づいて各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフ（通電／遮断）することにより、バッテリ１００から供給された電気を交流に変換してモータ３２に供給する。モータ３２は、インバータ３３に接続されている。本実施の形態におけるモータ３２は、三相交流モータである。

本実施の形態における自動車は、モータ３２とバッテリ１００との電気的な接続を遮断するための遮断器として、ＳＭＲ（System Main Relay）５００，５０４，５０６を備える。自動車は、制限抵抗５０２を備える。本実施の形態におけるＳＭＲ５００，５０４，５０６は、インバータ３３とバッテリ１００との間で、電気的な接続を遮断できるように配置されている。本実施の形態におけるＳＭＲ５００，５０４，５０６は、コイルに対して励磁電流を通電したときにオンする接点を閉じるリレーである。

ＳＭＲ（１）５００およびＳＭＲ（２）５０４は、バッテリ１００の正極側に設けられている。ＳＭＲ（１）５００とＳＭＲ（２）５０４とは、並列に接続されている。ＳＭＲ（１）５００には、制限抵抗５０２が直列に接続されている。ＳＭＲ（１）５００は、ＳＭＲ（２）５０４が接続される前に接続され、インバータ３３に突入電流が流れることを防止するプリチャージ用ＳＭＲである。ＳＭＲ（２）５０４は、ＳＭＲ（１）５００が接続され、プリチャージが終了した後に接続される正側ＳＭＲである。ＳＭＲ（３）５０６は、バッテリ１００の負極側に設けられている負側ＳＭＲである。それぞれのＳＭＲは、ＥＣＵ６００により制御される。

自動車は、コンデンサ４００とＥＣＵ６００とを備える。コンデンサ４００は、インバータ３３と並列に接続されている。コンデンサ４００は、バッテリ１００から供給された電力、またはインバータ３３から供給された電力を平滑化する。

ＥＣＵ６００は、イグニッションスイッチ（図示せず）、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量、およびブレーキペダル（図示せず）の踏込み量などに基づいて、インバータ３３およびＳＭＲ５００，５０４，５０６を制御する。

ＥＣＵ６００には、コンデンサ４００の電圧を検出する電圧計６０２が接続されている。コンデンサ４００の電圧を検出することにより、インバータ３３（又はモータ３２）の電圧Ｖを検出する。ＥＣＵ６００には、バッテリ１００の電圧Ｖを検出する電圧計６０４と、バッテリ１００の電流Ｉを検出する電流計６０６とが接続されている。

図１から図４を参照して、本実施の形態においては、加速度センサ１の信号は、ＥＣＵ６００に送信される。加速度センサ１が、規定より大きな加速度を検知することにより、ＥＣＵ６００は、ＳＭＲ５００，５０４，５０６の接続を遮断するように制御する。ＳＭＲ５００，５０４，５０６のそれぞれが、回路を開放することにより、バッテリ１００とインバータ３３との間で電気回路が遮断される。

たとえば、正面衝突のように、自動車が前側から衝突した場合においては、矢印７００に示すように前側からの衝撃が加わる。加速度センサ１は、この衝撃を検知する。ＥＣＵ６００は、加速度センサ１からの信号を検知して、ＳＭＲ５００，５０４，５０６を開放状態とすることにより、電気回路が遮断されて電気事故を防止する。

自動車の側方の衝突があった場合においては、矢印７０１に示すように、車体の幅方向から衝撃が加わる。この場合においても、加速度センサ１が衝撃を検知することにより電気回路が遮断される。

ハイブリッド自動車においては、たとえば燃費向上のために、信号待ちのときや低速走行時などのときにエンジンを停止させる場合がある。この後に、たとえば自動車を加速することによりエンジンは起動する。このように、ハイブリッド自動車は、エンジンの起動および停止を繰り返す。エンジンが起動または停止することにより振動が生じる。

本実施の形態においては、インバータとエンジンとが、一体的に形成されている。インバータの内部に加速度センサを配置した場合においては、エンジンの始動または停止時の振動を衝突センサが検知して衝突と誤認する可能性があった。

しかしながら、本実施の形態においては、加速度センサ１がエンジン３１と一体的に固定されたインバータ３３から離れて配置されている。加速度センサ１は、動力装置から離れて配置されている。このため、エンジン３１の振動により、加速度センサ１が誤作動して、電気回路が遮断されてしまうことを抑制できる。

衝突センサは、電力変換器に加わる衝撃をより正確に検知するために、電力変換器の近くに配置されることが好ましい。本実施の形態における加速度センサ１は、動力装置が支持されているフロントフレーム１０に配置されている。このため、動力装置と加速度センサ１との距離を小さくすることができる。特に、加速度センサ１とインバータ３３との距離を小さくすることができ、インバータ３３に加わる衝撃をより正確に検知することができる。

本実施の形態における加速度センサ１は、フロントフレーム１０のうちフロントレール部１１に配置されている。この構成により、前方の衝突をより正確に検知することができる。加速度センサ１は、フロントレール部１１に限られず、フロントレール部１１およびサイドレール部１２のうち、少なくとも一方に配置されていてもよい。

図５に、本実施の形態における他の自動車の動力装置とフロントフレームとの部分の模式平面図を示す。他の自動車においては、加速度センサ１が、フロントフレーム１０のうち、サイドレール部１２に配置されている。本実施の形態の他の自動車においては、加速度センサ１が左右の両側のサイドレール部１２に配置されている。加速度センサ１を、サイドレール部１２に配置することにより、矢印７０１に示す側方の衝突をより正確に検知することができる。

本実施の形態における衝突センサは、車体の前後方向において動力装置よりも前側に配置されているが、この形態に限られず、衝突センサは、車体の前後方向において、動力装置とほぼ同じ位置に配置されていても構わない。または、衝突センサは、車体の幅方向において動力装置とほぼ同じ位置に配置されていても構わない。たとえば、動力装置を固定する支持部材が動力装置の真下に配置されている場合には、この真下に配置されている支持部材に衝突センサが配置されていても構わない。

本実施の形態における動力装置および動力装置を固定する支持部材は、エンジンコンパートメントの内部に配置されているが、この形態に限られず、動力装置および支持部材は、自動車の任意の位置に配置することができる。

本実施の形態における支持部材はフロントフレームを含むが、この形態に限られず、支持部材は動力装置を支持するように形成されていれば構わない。

本実施の形態における衝突センサは、加速度センサを含むが、この形態に限られず、衝突センサとしては、衝突を検知できる任意のセンサを採用することができる。

（実施の形態２）
図６および図７を参照して、実施の形態２における自動車について説明する。本実施の形態における自動車がハイブリッド自動車であることは、実施の形態１と同様である。

図６は、本実施の形態における自動車の動力装置とフロントフレームとの部分の模式平面図である。図７は、本実施の形態における自動車の前部を側方から見たときの概略透視図である。本実施の形態における自動車は、衝突センサとしての歪ゲージ５を備える。歪ゲージは、歪体に感歪材料が貼り付けられ、応力が加えられたときに歪体に生じた歪（変形）を検出する素子である。

本実施の形態における歪ゲージ５は、フロントフレーム１０のうちフロントレール部１１に配置されている。固定部２９は、動力装置がフロントレール部１１に固定されている部分である。歪ゲージ５は、固定部２９と、サイドレール部１２とのほぼ中点の位置に配置されている。

本実施の形態における自動車は、衝突によるフロントフレームの変形を歪ゲージ５が検知するように形成されている。たとえば、矢印７００に示すように、前側の衝突があった場合に、フロントレール部１１が変形する。この変形を歪ゲージ５が検知することにより、蓄電機器と電動機とを接続する電気回路が遮断される。

本実施の形態における歪ゲージ５は、フロントレール部１１のうち、固定部２９とサイドレール部１２とのほぼ中点の位置に配置されている。たとえば、矢印７００に示すように、前側の衝突があった場合においては、固定部２９とサイドレール部１２とのほぼ中点の位置が最も大きく変形する。本実施の形態における自動車は、歪ゲージ５がフロントレール部１１の最も大きく変形する位置に配置されているために、前側の衝突をより正確に検知することができる。

図８に、本実施の形態における他の自動車の動力装置とフロントフレームとの部分の模式平面図を示す。他の自動車においては、フロントフレーム１０のうち、サイドレール部１２に歪ゲージ５が配置されている。固定部３０は、動力装置がサイドレール部１２に固定されている部分である。歪ゲージ５は、固定部３０とフロントレール部１１とのほぼ中点の位置に配置されている。

本実施の形態における他の自動車においては、矢印７０１に示すように側方の衝突があった場合に、固定部３０とフロントレール部１１とのほぼ中点の位置が最も大きく変形する。最も大きく変形する位置に歪ゲージ５が配置されることにより、側方の衝突をより正確に検知することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰り返さない。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１における動力装置とフロントフレームとの部分の概略斜視図である。 実施の形態１における動力装置とフロントフレームとの模式平面図である。 実施の形態１における自動車の前部を側方から見たときの概略透視図である。 実施の形態１における蓄電機器、電力変換器および電動機の電気回路図である。 実施の形態１における他の自動車の動力装置とフロントフレームとの模式平面図である。 実施の形態２における自動車の動力装置とフロントフレームとの模式平面図である。 実施の形態２における自動車の前部を側方から見たときの概略透視図である。 実施の形態２における他の自動車の動力装置とフロントフレームとの模式平面図である。

符号の説明

１ 加速度センサ、５ 歪ゲージ、１０ フロントフレーム、１１ フロントレール部、１２ サイドレール部、２１ 介在部材、２２ ゴムブッシュ、２３ スタットボルト、２４ ナット、２５ 挿通部、２９，３０ 固定部、３１ エンジン、３２ モータ、３３ インバータ、４１ ボディ、５１ 前輪、１００ バッテリ、４００ コンデンサ、５００，５０４，５０６ ＳＭＲ、５０２ 制限抵抗、６０２，６０４ 電圧計、６０６ 電流計、７００，７０１ 矢印。

Claims (5)

1. 内燃機関、電動機および電力変換器を含む動力装置と、
   電気を蓄えるための蓄電機器と、
   前記動力装置を支持するための支持部材と、
   衝突したことを検知して、前記電動機と前記蓄電機器との電気的な接続を遮断するための衝突センサと
   を備え、
   前記動力装置は、前記内燃機関、前記電動機および前記電力変換器が互いに固定されることにより一体的に形成され、
   前記衝突センサは、前記支持部材に固定されている、自動車。
2. 前記支持部材は、フロントフレームを含み、
   前記フロントフレームは、車体の前後方向に延びるサイドレール部と、
   前記車体の幅方向に延びるフロントレール部と
   を有し、
   前記衝突センサは、前記サイドレール部および前記フロントレール部のうち、少なくとも一方に配置されている、請求項１に記載の自動車。
3. 前記衝突センサは、加速度センサおよび歪ゲージのうち、少なくとも一方を含む、請求項１または２に記載の自動車。
4. 前記衝突センサは、車体の前後方向において、前記動力装置とほぼ同じ位置、または、前記動力装置よりも前側の位置に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の自動車。
5. 前記衝突センサは、車体の幅方向において、前記動力装置とほぼ同じ位置、または、前記動力装置よりも外側の位置に配置されている、請求項１から４のいずれかに記載の自動車。

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