JP2010268639A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されたバッテリの充放電電力の増大を抑制できるようにする。
【解決手段】各種センサで検出した情報（例えば、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量等）に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動を予測し、予測した運転行動が減速行動のときには、減速時の回生ブレーキによりモータ１１の発電電力が増加して、バッテリ１２の充電電力が増加する可能性があるため、エアコン用の電動コンプレッサ１５の消費電力を増加させることで、バッテリ１２の充電電力の増大を抑制する。一方、予測した運転行動が加速行動のときには、モータ１１の発電電力が減少して、バッテリ１２の放電電力が増加する可能性があるため、電動コンプレッサ１５の消費電力を減少させることで、バッテリ１２の放電電力の増大を抑制する。これにより、バッテリ１２の充放電電力が大きくなる頻度を少なくして、バッテリ１２の充放電損失を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の少なくとも減速時の動力で発電可能な電動機と、該電動機と電力の授受を行う蓄電手段とを備えた車両の制御装置に関する発明である。

近年、車両の低燃費化の社会的要請から、例えば、特許文献１（特開２００４−２４８４３３号公報）に記載されているように、車両の減速時の動力（車輪の回転力）でモータを駆動して該モータで発電し、その発電電力をバッテリ等の蓄電手段に充電することで、車両の減速時の運動エネルギを電力に変換して蓄電手段に回収する回生ブレーキを行うようにしたものがある。

特開２００４−２４８４３３号公報

ところで、車両には、エアコン用の電動コンプレッサや冷却用の電動ファン等の電力消費機器が搭載されており、モータの発電電力に対して電力消費機器の消費電力が小さくなると、蓄電手段の充電電力（モータから蓄電手段に供給される電力）が大きくなり、逆に、モータの発電電力に対して電力消費機器の消費電力が大きくなると、蓄電手段の放電電力（蓄電手段から電力消費機器に供給される電力）が大きくなる。しかし、蓄電手段の充放電電力（充電電力や放電電力）が大きくなる頻度が多いと、充放電損失（充放電による電気エネルギーの損失）が大きくなって車両の消費エネルギが増大すると共に蓄電手段の寿命が短くなる可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、蓄電手段の充放電電力の増大を抑制することができて、車両の消費エネルギを減少させることができると共に蓄電手段の寿命を長くすることができる車両の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の少なくとも減速時の動力で発電可能な電動機と、該電動機と電力の授受を行う蓄電手段と、前記電動機で発電した電力を消費する電力消費機器とを備えた車両の制御装置において、運転者の運転操作及び／又は車両の運転状態を検出する運転情報検出手段と、前記運転情報検出手段で検出した情報に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動を予測する運転行動予測手段と、前記運転行動予測手段で予測した運転行動に基づいて前記蓄電手段の充放電電力の増大を抑制するように前記電力消費機器及び／又は前記電動機を制御する制御手段とを備えた構成としたものである。

運転情報検出手段で検出した情報（運転者の運転操作や車両の運転状態）に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動（例えば車両を加速させようとする加速行動や車両を減速させようとする減速行動等）を予測すれば、その予測した運転行動に伴って変化する電動機の発電状態を予測することができる。従って、予測した運転行動に基づいて電力消費機器の消費電力や電動機の発電電力を制御することで、蓄電手段の充放電電力（充電電力や放電電力）の増大を抑制することができる。これにより、蓄電手段の充放電電力が大きくなる頻度を少なくすることができ、蓄電手段の充放電損失を減少させて車両の消費エネルギを減少させることができると共に蓄電手段の寿命を長くすることができる。

この場合、請求項２のように、運転行動予測手段で予測した運転行動が減速行動のときには電力消費機器の消費電力を増加させ、運転行動予測手段で予測した運転行動が加速行動のときには電力消費機器の消費電力を減少させるようにすると良い。つまり、予測した運転行動が減速行動のときには、減速時の回生ブレーキにより電動機の発電電力が増加して、蓄電手段の充電電力が増加する可能性があるため、電力消費機器の消費電力を増加させることで、蓄電手段の充電電力の増大を抑制することができる。一方、予測した運転行動が加速行動のときには、電動機の発電電力が減少して、蓄電手段の放電電力が増加する可能性があるため、電力消費機器の消費電力を減少させることで、蓄電手段の放電電力の増大を抑制することができる。

本発明は、請求項３のように、発電可能な電動機として、車両の駆動力を発生可能なモータジェネレータを備えたシステムに適用しても良いし、或は、請求項４のように、発電可能な電動機として、内燃機関の動力で発電可能なオルタネータを備えたシステムに適用しても良い。

また、請求項５のように、電力消費機器として、電動モータを用いるようにしても良い。このようにすれば、予測した運転行動に基づいて電動モータの消費電力を制御して蓄電手段の充放電電力の増大を抑制することができる。

更に、請求項６のように、電力消費機器として、電動コンプレッサを用いるようにしても良い。このようにすれば、予測した運転行動に基づいて電動コンプレッサの消費電力を制御して蓄電手段の充放電電力の増大を抑制することができる。

また、請求項７のように、電力消費機器として、冷却風を発生させる電動ファンを用いるようにしても良い。このようにすれば、予測した運転行動に基づいて電動ファンの消費電力を制御して蓄電手段の充放電電力の増大を抑制することができる。

更に、請求項８のように、電力消費機器として、冷却用の流体を圧送する電動ポンプを用いるようにしても良い。このようにすれば、予測した運転行動に基づいて電動ポンプの消費電力を制御して蓄電手段の充放電電力の増大を抑制することができる。

また、請求項９のように、電力消費機器として、入力電圧を変換して出力するコンバータを用いるようにしても良い。このようにすれば、予測した運転行動に基づいてコンバータの消費電力を制御して蓄電手段の充放電電力の増大を抑制することができる。

図１は本発明の一実施例における電気自動車のシステム構成を概略的に示す構成図である。 図２は電力制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図３は要求回転速度補正係数のマップの一例を概念的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を電気自動車に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて電気自動車全体のシステム構成を説明する。
電気自動車には、車両の駆動源となるモータ１１と、該モータ１１の電源となるバッテリ１２（蓄電手段）とが搭載されている。モータ１１は、発電機兼用の電動機である同期発電電動機（モータジェネレータ）により構成されている。

モータ１１は、モータ用のインバータ１３を介してバッテリ１２に接続され、モータ１１の駆動時には、バッテリ１２から出力される直流電圧がインバータ１３で交流電圧に変換されてモータ１１に供給される。これにより、モータ１１が回転して車両の駆動輪１４が駆動される。また、モータ１１の発電時には、駆動輪１４の回転力によりモータ１１が回転されて交流電力が発電され、その交流電力がインバータ１３で直流電力に変換されてバッテリ１２に充電される。

また、車両に搭載されたエアコン（空調装置）には、電動コンプレッサ１５（電力消費機器）が設けられている。この電動コンプレッサ１５は、コンプレッサ用のインバータ１６を介してバッテリ１２の電源ラインに接続され、モータ１１の発電電力やバッテリ１２の放電電力によって電動コンプレッサ１５が駆動される。

モータ用のインバータ１３やコンプレッサ用のインバータ１６の動作は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）１７によって制御される。このＥＣＵ１７は、ＣＰＵ１８を主体とするマイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵ１８の他に、各種のプログラムやイニシャル値等のデータを記憶するＲＯＭ１９と、各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ２０等により構成されている。

このＥＣＵ１７には、バッテリ１２の充放電を管理するのに必要な信号、例えば、電流センサ２１で検出したバッテリ１２の充放電電流と、電圧センサ２２で検出したバッテリ１２の電圧等の信号が入力される。その他、ＥＣＵ１７には、シフトレバー２３の操作位置を検出するシフトポジションセンサ２４からのシフトポジション信号、アクセル踏み込み量（アクセルペダル２５の踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ２６（運転情報検出手段）からのアクセル開度信号、ブレーキ踏み込み量（ブレーキペダル２７の踏み込み量）を検出するブレーキペダルポジションセンサ２８（運転情報検出手段）からのブレーキペダルポジション信号、車速センサ２９（運転情報検出手段）からの車速信号、モータ１１の回転角を検出する回転角センサ３０からの回転角信号、車室内の温度を検出する車室内温度センサ３１からの車室内温度、エアコンの設定温度（ユーザの要求温度）を調整する設定温度操作部３２からの設定温度等が入力される。

ＥＣＵ１７は、アクセル開度センサ２６からのアクセル開度信号と車速センサ２９からの車速信号等に基づいて要求トルクを算出し、この要求トルクを実現するようにモータ１１の運転を制御する。また、車両の減速時には、駆動輪１４の回転力でモータ１１を駆動して該モータ１１で発電し、その発電電力をバッテリ１２に充電することで、車両の減速時の運動エネルギを電力に変換してバッテリ１２に回収する回生ブレーキを行う。

ところで、モータ１１の発電電力に対して電動コンプレッサ１５の消費電力が小さくなると、バッテリ１２の充電電力（モータ１１からバッテリ１２に供給される電力）が大きくなり、逆に、モータ１１の発電電力に対して電動コンプレッサ１５の消費電力が大きくなると、バッテリ１２の放電電力（バッテリ１２から電動コンプレッサ１５に供給される電力）が大きくなる。しかし、バッテリ１２の充放電電力（充電電力や放電電力）が大きくなる頻度が多いと、充放電損失（充放電による電気エネルギーの損失）が大きくなって車両の消費エネルギが増大すると共にバッテリ１２の寿命が短くなる可能性がある。

この対策として、ＥＣＵ１７は、後述する図２の電力制御ルーチンを実行することで、各種センサで検出した情報（例えば、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量等）に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動（例えば、車両を加速させようとする加速行動や車両を減速させようとする減速行動等）を予測し、その予測した運転行動に基づいてバッテリ１２の充放電電力（充電電力や放電電力）の増大を抑制するように電動コンプレッサ１５を制御する。

運転者がこれから行おうとする運転行動を予測すれば、その予測した運転行動に伴って変化するモータ１１の発電状態を予測することができるため、予測した運転行動に基づいて電動コンプレッサ１５の消費電力を制御することで、バッテリ１２の充放電電力の増大を抑制することができる。

以下、ＥＣＵ１７が実行する図２の電力制御ルーチンの処理内容を説明する。
図２に示す電力制御ルーチンは、ＥＣＵ１７の電源オン中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう運転行動予測手段及び制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、車室内温度センサ３１で検出した車室内温度Ｔin、設定温度操作部３２で設定されたエアコンの設定温度Ｔrq（ユーザの要求温度）を読み込む。

この後、ステップ１０２に進み、車室内温度Ｔinと設定温度Ｔrqとに応じた電動コンプレッサ１５のベース要求回転速度ωbsをマップ又は数式等により算出することで、車室内温度Ｔinを設定温度Ｔrq付近に制御するように電動コンプレッサ１５のベース要求回転速度ωbsを求める。

この後、ステップ１０３に進み、車速センサ３２で検出した車速、アクセル開度センサ２９で検出したアクセル踏み込み量、ブレーキペダルポジションセンサ３１で検出したブレーキ踏み込み量等を読み込む。

この後、ステップ１０４に進み、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量等に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動（加速行動や減速行動）を予測して車両の加減速度Ａest （加速時は正の値となり、減速時は負の値となる）を予測する。この場合、例えば、車両の走行中にアクセル踏み込み量が増加したときに加速行動有りと予測し、アクセル踏み込み量の増加量に応じた加減速度Ａest （加速度）をマップ又は数式等により算出することで加減速度Ａest を予測する。一方、車両の走行中にアクセル踏み込み量が減少したときやブレーキ踏み込み量が増加したときに減速行動有りと予測し、アクセル踏み込み量の減少量やブレーキ踏み込み量の増加量に応じた加減速度Ａest （減速度）をマップ又は数式等により算出することで加減速度Ａest を予測する。

この後、ステップ１０５に進み、図３の要求回転速度補正係数Ｋadj のマップを参照して、予測した加減速度Ａest に応じた要求回転速度補正係数Ｋadj を算出する。図３の要求回転速度補正係数Ｋadj のマップは、加減速度Ａest ＜０のとき（つまり減速時）には要求回転速度補正係数Ｋadj が１よりも大きくなって電動コンプレッサ１５のベース要求回転速度ωbsを増加方向に補正するように設定され、一方、加減速度Ａest ＞０のとき（つまり加速時）には要求回転速度補正係数Ｋadj が１よりも小さくなって電動コンプレッサ１５のベース要求回転速度ωbsを減少方向に補正するように設定されている。

この後、ステップ１０６に進み、要求回転速度補正係数Ｋadj を用いて電動コンプレッサ１５のベース要求回転速度ωbsを補正して電動コンプレッサ１５の最終的な要求回転速度ωrqを求める。
ωrq＝ωbs×Ｋadj

この後、ステップ１０７に進み、電動コンプレッサ１５の要求回転速度ωrqに応じてインバータ１６を操作することで、電動コンプレッサ１５の要求回転速度ωrqを実現するように電動コンプレッサ１５の駆動電圧を制御する。

以上の処理により、予測した運転行動が減速行動のときには、減速時の回生ブレーキによりモータ１１の発電電力が増加して、バッテリ１２の充電電力が増加する可能性があるため、電動コンプレッサ１５の要求回転速度ωrqを増加させて電動コンプレッサ１５の消費電力を増加させることで、バッテリ１２の充電電力の増大を抑制することができる。一方、予測した運転行動が加速行動のときには、モータ１１の発電電力が減少して、バッテリ１２の放電電力が増加する可能性があるため、電動コンプレッサ１５の要求回転速度ωrqを減少させて電動コンプレッサ１５の消費電力を減少させることで、バッテリ１２の放電電力の増大を抑制することができる。

以上説明した本実施例では、各種センサで検出した情報に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動（例えば加速行動や減速行動）を予測し、その予測した運転行動に基づいてバッテリ１２の充放電電力（充電電力や放電電力）の増大を抑制するように電動コンプレッサ１５の消費電力を制御するようにしたので、バッテリ１２の充放電電力が大きくなる頻度を少なくすることができ、その結果、バッテリ１２の充放電損失を減少させて車両の消費エネルギを減少させることができると共にバッテリ１２の寿命を長くすることができる。

尚、上記実施例では、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量の３つの情報を用いて運転行動を予測するようにしたが、運転行動を予測する方法は、適宜変更しても良く、例えば、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量のうちの１つ又は２つの情報を用いて運転行動を予測するようにしても良い。或は、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量以外の他の情報（例えば、シフト位置、エンジン回転速度、ナビゲーションシステムからの地図情報や位置情報等）を用いて運転行動を予測するようにしたり、更に、車速、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量のうちの少なくとも１つと、他の情報（例えば、シフト位置、エンジン回転速度、ナビゲーションシステムからの地図情報や位置情報等）とを組み合わせて運転行動を予測するようにしても良い。また、上述した各種の情報に基づいて検出した運転操作パターンと予め記憶した運転行動パターンとを比較して類似度を求め、その類似度に基づいて運転行動を予測するようにしても良い等、公知技術（例えば特開２００６−３４７５３５号公報等）を利用しても良い。

また、予測した運転行動に基づいて制御する電力消費機器は、電動コンプレッサ１５のみに限定されず、例えば、電動モータ、冷却風を発生させる電動ファン、冷却用の流体を圧送する電動ポンプ、入力電圧を変換して出力するコンバータ等のうちの１つを制御するようにしたり、或は、電動コンプレッサ、電動モータ、電動ファン、電動ポンプ、コンバータ等のうちの２つ以上を制御するようにしても良い。

また、上記実施例では、モータ１１のみを動力源とする電気自動車に本発明を適用したが、これに限定されず、エンジンのみを動力源とする車両やエンジンとモータの両方を動力源とするハイブリッド車にも本発明を適用して実施できる。

更に、本発明は、発電可能な電動機として、車両の駆動力を発生可能なモータジェネレータを備えたシステムに限定されず、発電可能な電動機として、エンジンの動力で発電可能なオルタネータを備えたシステムに適用して、予測した運転行動に基づいて、オルタネータと電力の授受を行うバッテリの充放電電力の増大を抑制するように電力消費機器（電動コンプレッサ、電動モータ、電動ファン、電動ポンプ、コンバータ等）を制御するようにしても良い。

また、予測した運転行動に基づいて電力消費機器（電動コンプレッサ、電動モータ、電動ファン、電動ポンプ、コンバータ等）と発電可能な電動機（モータジェネレータ、オルタネータ等）の両方を制御するようにしたり、或は、予測した運転行動に基づいて発電可能な電動機のみを制御するようにしても良い。

１１…モータ、１２…バッテリ（蓄電手段）、１３…インバータ、１５…電動コンプレッサ（電力消費機器）、１６…インバータ、１７…ＥＣＵ（運転行動予測手段，制御手段）、２６…アクセル開度センサ（運転情報検出手段）、２８…ブレーキペダルポジションセンサ（運転情報検出手段）、２９…車速センサ（運転情報検出手段）

Claims (9)

1. 車両の少なくとも減速時の動力で発電可能な電動機と、該電動機と電力の授受を行う蓄電手段と、前記電動機で発電した電力を消費する電力消費機器とを備えた車両の制御装置において、
   運転者の運転操作及び／又は車両の運転状態を検出する運転情報検出手段と、
   前記運転情報検出手段で検出した情報に基づいて運転者がこれから行おうとする運転行動を予測する運転行動予測手段と、
   前記運転行動予測手段で予測した運転行動に基づいて前記蓄電手段の充放電電力の増大を抑制するように前記電力消費機器及び／又は前記電動機を制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記運転行動予測手段で予測した運転行動が減速行動のときには前記電力消費機器の消費電力を増加させ、前記運転行動予測手段で予測した運転行動が加速行動のときには前記電力消費機器の消費電力を減少させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記電動機として、車両の駆動力を発生可能なモータジェネレータを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
4. 前記電動機として、内燃機関の動力で発電可能なオルタネータを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両の制御装置。
5. 前記電力消費機器として、電動モータを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両の制御装置。
6. 前記電力消費機器として、電動コンプレッサを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両の制御装置。
7. 前記電力消費機器として、冷却風を発生させる電動ファンを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車両の制御装置。
8. 前記電力消費機器として、冷却用の流体を圧送する電動ポンプを備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の車両の制御装置。
9. 前記電力消費機器として、入力電圧を変換して出力するコンバータを備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車両の制御装置。

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