JP2012183951A

JP2012183951A - 車両の電源供給装置

Info

Publication number: JP2012183951A
Application number: JP2011049344A
Authority: JP
Inventors: Tatsumune Nagura; 立統名倉
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】電源系回路を二系統にすることなく、電源系の電源電圧に異常が検出された場合であっても、アクチュエータの動作を保証して、部品点数及び配線数の削減を実現する。
【解決手段】ＴＣＵ１１は予め記憶されているプログラムに従った処理を行うマイコン１２を有し、イグニッションスイッチ１８をＯＮすると、マイコン１２はメイン電源ライン１３を介して供給される電源電圧を監視し、この電源電圧の異常を検出した場合、バックアップ電源ライン１９とメイン電源ライン１３との間を接続するトランジスタスイッチＴｒ６をＯＮし、バックアップ電源ライン１９に供給されているバックアップ電源をメイン電源ライン１３側に供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、メイン電源ラインを介して供給される電源電圧が異常判定用設定電圧以下のときは、バックアップ電源をメイン電源ラインに供給して、アクチュエータ類の動作を保証するようにした車両の電源供給装置に関する。

従来、ハイブリッド車両として、エンジンとモータジェネレータと変速機とを直列で接続し、走行条件に応じてモータからの動力のみによる電気走行（ＥＶ走行）と、モータジェネレータとエンジンとの双方の動力によるハイブリッド走行（ＨＥＶ走行）とを選択できるようにしたパラレル方式のハイブリッド車両が知られている。

このようなパラレル方式のハイブリッド車両では、電気走行においてはエンジンとモータジェネレータとの間に介装されているエンジン動力伝達クラッチ（以下「伝達クラッチ」と称する）を開放することで、エンジンのフリクションを低減することができる。又、電気走行のみでの走行は航続距離が短いため、例えば、制御装置が動作不能となる等の故障時においてリンプホーム機能を満足させるには、エンジン出力による走行を確保しておく必要がある。そのため、伝達クラッチは常時締結とし、電気走行時にはクラッチアクチュエータにより開放状態とする場合が多い。

しかし、例えば走行中において、クラッチアクチュエータを動作させる電圧を給電する電源系で電圧降下が生じた場合、伝達クラッチが急締結されて、急激な負荷変動が発生し、変速機の損傷や車両挙動の急変を招く不都合がある。

そのため、例えば特許文献１（特開２００７−８９３５０号公報）に開示されているように、制御装置に給電する電源系回路を主電源回路と副電源回路との２系統とし、主電源回路の異常が検出された場合は、副電源回路からの給電で制御装置を動作させるフェイルセーフ技術が提案されている。

特開２００７−８９３５０号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、電源系回路を二系統としているため、部品点数及び配線数が増加し、その結果、電装回路の複雑化を招き、製品コストが高くなるばかりでなく、車重が増加する不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、電源系回路を二系統にすることなく、電源系の異常が検出された場合であっても、アクチュエータの動作を保証して、部品点数及び配線数の削減、製品コストの低減、及び車重増の抑制を実現することのできる車両の電源供給装置を提供することを目的とする。

本発明による車両の電源供給装置は、車両の運転状態を示すパラメータに基づき予め記憶されているプログラムに従った処理を行う制御回路と、前記制御回路の処理結果に応じて制御動作されるアクチュエータと、前記制御回路と前記アクチュエータとに電源電圧を供給するメイン電源ラインと、前記制御回路に設けられているバックアップメモリにバックアップ電源を供給するバックアップ電源ラインと、前記メイン電源ラインと前記バックアップ電源ラインとを接続するスイッチ手段とを備え、前記制御回路は、前記メイン電源ラインの前記電源電圧を監視し、該電源電圧が異常判定用設定電圧以下のとき前記スイッチ手段をオン動作させて前記バックアップ電源を前記メイン電源ラインに供給する。

本発明によれば、メイン電源ラインとバックアップ電源ラインとをスイッチ手段で接続し、メイン電源ラインから供給される電源電圧の異常を検出した場合は、スイッチ手段をＯＮ動作させて、バックアップ電源をメイン電源ライン側に供給するようにしたので、電源系回路を二系統にすることなく、電源系に電圧降下が発生した場合であっても、アクチュエータの動作を保証することができ、部品点数及び配線数の削減、製品コストの低減、及び車重増の抑制を実現することができる。

ハイブリッド車両に設けられている駆動系の概略構成図変速機制御装置の回路構成図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１には、駆動源としてのエンジン１及びモータジェネレータ２と、変速機３とが直列に配設されたパラレル方式のハイブリッド駆動系が示されている。

エンジン１の出力軸１ａとモータジェネレータ２の回転軸２ａとの間に、第１のクラッチ手段としてのエンジン動力伝達クラッチ（以下「伝達クラッチ」と称する）４が介装され、又、この回転軸２ａと変速機３の入力軸３ａとの間に第２のクラッチ手段としての前後進切換えクラッチ５が介装されている。前後進切換えクラッチ５は遊星歯車機構を有しており、図示しないフォワードクラッチを締結動作させると遊星歯車機構が一体回転し、モータジェネレータ２の回転軸２ａの回転が変速機３の入力軸３ａにそのまま正転状態で伝達される。一方、後進走行時は、図示しないリバースブレーキを締結動作させることで、遊星歯車機構が逆転し、変速機３の入力軸３ａに対して所定に減速された逆方向の回転が伝達される。

モータジェネレータ２は、力行時はモータとして作用し、回生時はジェネレータ（発電機）として作用する。又、変速機３は無段変速機（ＣＶＴ）であり、本実施形態では、入力軸３ａに軸支されているプライマリプーリ３ｂと、この入力軸３ａと平行に配設されている出力軸３ｃに軸支されているセカンダリプーリ３ｄと、この両プーリ３ｂ，３ｄ間に巻掛けられているベルトやチェーン等の巻掛式伝達手段３ｅとを有している。尚、このＣＶＴは、ディスクに対するパワーローラの接触半径を変化させて変速を行うトロイダル式であっても良い。

又、変速機３の出力軸３ｃが減速歯車群６を介してデファレンシャル装置７に連設され、このデファレンシャル装置７に前輪或いは後輪の駆動輪８を軸着する駆動軸９が連設されている。

上述した伝達クラッチ４のクラッチ制御、前後進切換えクラッチ５の前後進切換制御、変速機３の変速制御は、制御装置の一例であるトラクション制御装置（ＴＣＵ）１１にて行われる。図２に示すように、ＴＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されている制御回路としてのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略称）１２を有しており、このマイコン１２にて上述した各種制御が実行される。尚、このマイコン１２には、各種学習値や過去の故障履歴情報等のバックアップデータを保持するバックアップメモリ（バックアップＲＡＭ）１２ａが備えられている。

このマイコン１２に、このマイコン１２を動作させる電圧（マイコン電源電圧）Ｖccを給電するメイン電源ライン１３がセルフシャットリレー１４のリレー接点を介してバッテリ１５に接続されている。セルフシャットリレー１４は、後述するイグニッションスイッチ１８がＯＦＦされた後も、予め設定した時間だけリレーコイルに対する通電を継続して、ＯＮ状態を継続し、マイコン１２に対してマイコン電源電圧Ｖccの供給を継続させるものである。そして、その間、例えばイグニッションスイッチ１８をＯＦＦする直前の学習値等のバックアップデータをバックアップメモリ１２ａに格納する等の各種処理が実行される。

又、このメイン電源ライン１３のマイコン１２とリレー接点との間に、エミッタをメインスイッチ側に接続し、コレクタをマイコン１２側に接続するｐｎｐ型の電源トランジスタＴｒ１が介装され、この電源トランジスタＴｒ１のベースにメイン電源回路１６ａが接続されている。更に、このメイン電源ライン１３のリレー接点とエミッタとの間に第１の逆流防止ダイオードＤ１が介装されている。

又、メイン電源ライン１３の逆流防止ダイオードＤ１と電源トランジスタＴｒ１のエミッタとの間に、一端をバッテリ１５に接続するイグニッション電源ライン１７の他端が接続され、このイグニッション電源ライン１７にイグニッションスイッチ１８が介装されている。更に、このイグニッション電源ライン１７のイグニッションスイッチ１８とメイン電源ライン１３との間に第２の逆流防止ダイオードＤ２が介装されている。

メイン電源回路１６ａは電源ＩＣであり、イグニッションスイッチ１８がＯＮされ、或いはセルフシャットリレー１４のリレー接点がＯＮ（閉成）されて、バッテリ１５の電圧（バッテリ電圧）ＶBをマイコン１２に供給するに際し、電源トランジスタＴｒ１のベース電流を制御して、マイコン１２に供給するマイコン電源電圧Ｖccを所定電圧（例えば５[V]）に調整する。

又、セルフシャットリレー１４のリレーコイルの一端がバッテリ１５に接続され、他端がスイッチングトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ２はコレクタが接地され、ベースがマイコン１２に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ２はｐｎｐ型であり、ベースにマイコン１２からベース電流が通電されると、このスイッチングトランジスタＴｒ２がＯＮし、セルフシャットリレー１４のリレーコイルが励磁されて、リレー接点が閉成（ＯＮ）される。又、セルフシャットリレー１４のリレーコイルとスイッチングトランジスタＴｒ２のエミッタとの間に第３の逆流防止ダイオードＤ３が介装されている。

更に、バックアップメモリ１２ａはバックアップ電源ライン１９を介してバッテリ１５に接続されており、又、このバックアップ電源ライン１９にバッテリ電圧ＶBをバックアップ電圧Ｖbk（例えば３[V]）に調圧するバックアップ電源回路１６ｂが介装されている。このバックアップメモリ１２ａに格納されている各種バックアップデータは、イグニッションスイッチ１８がＯＦＦ（開成）されて、マイコン１２への電源供給が遮断されても、バックアップ電圧Ｖbkによって保持される。

又、メイン電源ライン１３のリレー接点と第１の逆流防止ダイオードＤ１との間に、第１〜第３のアクチュエータトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ５のソースが接続されている。この各アクチュエータトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ５はｐチャネル型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、各ゲートがマイコン１２の出力ポートに各々接続されている。

第１のアクチュエータトランジスタＴｒ３のドレインに、伝達クラッチ４を動作させる動力伝達クラッチ用アクチュエータ（以下「伝達クラッチアクチュエータ」と称する）２１が接続されている。伝達クラッチ４は常時締結タイプであり、伝達クラッチアクチュエータ２１をＯＮ動作させることで開放される。

又、第２のアクチュエータトランジスタＴｒ４のドレインに、前後進切換えクラッチ５のフォワードクラッチ或いはリバースブレーキを締結させる前後進切換えクラッチ用アクチュエータ（以下「前後進切換えアクチュエータ」と称する）２２が接続されている。

この前後進切換えアクチュエータ２２は、セレクトレバーがＮ（ニュートラル）レンジ又はＰ（パーキング）レンジにセレクトされている場合は、フォワードクラッチとリバースブレーキとの双方が開放状態にあり、モータジェネレータ２と変速機３との間の動力伝達が遮断されている。

又、イグニッションスイッチ１８がＯＮで、セレクトレバーがＤ（ドライブ）レンジ等の前進走行レンジにセレクトされている場合は、前後進切換えアクチュエータ２２がフォワードクラッチを締結させて、モータジェネレータ２の回転を正転状態で変速機３の入力軸３ａに伝達する。

一方、セレクトレバーがＲ（後進）レンジにセットされると、前後進切換えアクチュエータ２２がリバースブレーキを締結させて、モータジェネレータ２の回転を所定に減速された逆回転状態で変速機３の入力軸３ａに伝達する。

又、第３のアクチュエータトランジスタＴｒ５のドレインに変速用アクチュエータ２３が接続されている。この変速用アクチュエータ２３は、プライマリプーリ３ｂとセカンダリプーリ３ｄの溝幅（巻掛半径）を相対動作させて所定変速比（セカンダリプーリ回転数／プライマリプーリ回転数）を設定する。

尚、ＴＣＵ１１では、上述した各アクチュエータ２１〜２３以外にも種々のアクチュエータ類を制御動作させているが、ＴＣＵ１１のフェイルセーフ制御においては、伝達クラッチアクチュエータ２１を制御することで、車両挙動の急変を抑制することができる。

更に、このマイコン１２の入力ポートには、アクセルペダルの開度を示すアクセル開度信号、車速を示す車速信号、エンジン回転数を示すエンジン回転数信号、セレクトレバーのセットポジションを示すセレクトポジション信号等、車両の運転状態を示す各種パラメータが入力される。

又、バックアップ電源ライン１９のバッテリ１５とバックアップ電源回路１６ｂとの間に、スイッチ手段としてのエマージェンシ用トランジスタスイッチ（ｐチャネル型ＦＥＴ）Ｔｒ６のソースが接続され、ドレインがメイン電源ライン１３のリレー接点と第１の逆流防止ダイオードＤ１との間に接続されている。更に、このトランジスタスイッチＴｒ６のゲートがマイコン１２の出力ポートに接続されている。

マイコン１２は、メイン電源ライン１３、或いはイグニッション電源ライン１７を介してＴＣＵ１１のメイン電源系に供給される電圧を常時監視しており、異常判定用設定電圧以下の電圧降下を検出した場合、電源系の異常と判定し、フェイルセーフ制御を実行する。このメイン電源系の異常検出に伴うフェイルセーフ制御については後述する。

次に、ＴＣＵ１１で実行される駆動系制御について説明する。図１にはパラレル方式のハイブリッド駆動系が示されており、通常走行は、モータジェネレータ２のみの動力による電気走行（ＥＶ走行）が行われ、高速走行や高負荷走行においては、エンジン１とモータジェネレータ２との動力によるハイブリッド走行（ＨＥＶ走行）が行われる。

始動に際し、先ず、イグニッションスイッチ１８をＯＮすると、メイン電源回路１６ａに駆動用電源電圧が供給されて、このメイン電源回路１６ａが起動し、電源トランジスタＴｒ１のベースに所定のベース電流を通電する。すると、電源トランジスタＴｒ１により調圧されたマイコン電源電圧Ｖccがマイコン１２に供給され、マイコン１２が起動する。

マイコン１２が起動すると、予め記憶されているプログラムに従って演算処理が開始され、先ず、スイッチングトランジスタＴｒ２のベースに所定ベース電流を通電して、このスイッチングトランジスタＴｒ２をＯＮさせ、セルフシャットリレー１４のリレーコイルを励磁し、リレー接点を（閉成）ＯＮさせる。又、マイコン１２に入力された各パラメータに基づき、第１〜第３のトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ５のゲートに印加するゲート電圧を制御して、第１〜第３のトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ５を所定にＯＮ／ＯＦＦ動作させる。

そして、第１のトランジスタＴｒ３がＯＮすると、伝達クラッチアクチュエータ２１に電源電圧が供給されて、常時締結状態にある伝達クラッチ４を開放させる。その結果、エンジン１とモータジェネレータ２との間の動力伝達が遮断され、走行モードがモータジェネレータ２による電気走行（ＥＶ走行）となる。

又、セレクトレバーが、Ｄレンジ等の前進走行レンジにセットされている場合、或いはＲ（後進）レンジにセットされている場合、前後進切換えアクチュエータ２２に電源電圧が供給される。そして、前進走行レンジにセットされている場合は、前後進切換えクラッチ５のフォワードクラッチが締結されて正転動作し、モータジェネレータ２の回転を正転状態で変速機３の入力軸３ａに伝達する。一方、セレクトレバーが、Ｒレンジにセットされている場合は、前後進切換えクラッチ５のリバースブレーキが締結され、所定に減速された状態で逆転動作して、モータジェネレータ２の回転を変速機３の入力軸３ａに伝達する。尚、図２においては、前後進切換えアクチュエータ２２に電源ラインが一系統のみ接続されているが、実際には、フォワードクラッチ用アクチュエータとリバースブレーキ用アクチュエータとを個別に制御する二系統の電源ラインが接続されている。

又、変速用アクチュエータ２３に接続されている第３のアクチュエータトランジスタＴｒ５のゲートには、マイコン１２から所定デューティ比のゲート電圧が印加されてＯＮ/ＯＦＦ制御が行われる。このデューティ比は、入力されたパラメータに基づき設定した変速比（セカンダリプーリ回転数／プライマリプーリ回転数）に対応しており、第３のアクチュエータトランジスタＴｒ５のＯＮ／ＯＦＦ動作により変速用アクチュエータ２３には当該デューティ比に応じた制御電流値が通電される。この変速用アクチュエータは変速制御用油圧回路に設けた油圧制御バルブを駆動させるもので、この油圧制御バルブの動作により、プライマリプーリ３ｂとセカンダリプーリ３ｄとに供給される油圧（プライマリ油圧、セカンダリ油圧）が可変されて、両プーリ３ｂ，３ｄの溝幅（巻掛半径）を相対動作させる。

一方、イグニッションスイッチ１８のＯＮによりマイコン１２が起動すると、マイコン１２は、メイン電源ライン１３或いはイグニッション電源ライン１７からＴＣＵ１１のメイン電源系に供給される電圧を常時監視する。そして、電気走行中に電圧が異常判定用設定電圧以下の電圧降下を検出した場合、メイン電源系の異常と判定しフェイルセーフ制御を実行する。このフェイルセーフ制御では、先ず、トランジスタスイッチＴｒ６のゲートに、このトランジスタスイッチＴｒ６をＯＮさせるゲート電圧を印加する。

すると、メイン電源ライン１３に対し、メイン電源ライン１３及びイグニッション電源ライン１７とは別系統のバックアップ電源ライン１９から伝達クラッチアクチュエータ２１とマイコン１２とに電源（バックアップ電源）が供給される。

すなわち、伝達クラッチ４は常時締結タイプであり、第１のアクチュエータトランジスタＴｒ３をＯＮ動作させて、伝達クラッチアクチュエータ２１に制御電流を通電することで開放され、車両が停止又は、急激な負荷が駆動系に印加しない程度まで減速した後に、伝達クラッチアクチュエータ２１への通電を切り、伝達クラッチ４を締結することによって、リンプホームを可能にする。従って、電気走行中にメイン電源系の故障等により伝達クラッチアクチュエータ２１に供給する電圧が降下した場合、伝達クラッチ４が急締結されて、エンジン１からの急激な負荷が駆動系に印加されるが、本実施形態では、バックアップ電源により伝達クラッチアクチュエータ２１に対する制御電流の通電が維持されるため、急激な負荷変動を回避することができる。

又、バックアップ電源系の回路は、本来、大きな電流を流せるように設計されていないため、バックアップ電源ライン１９からは、伝達クラッチアクチュエータ２１、及びそれを駆動するマイコン１２にのみ供給するものとする。

このとき、前後進切換えアクチュエータ２２と変速用アクチュエータ２３への電源供給がされなくなるため、前後進切換えアクチュエータ２２は走行レンジを維持し、変速用アクチュエータ２３では設定する変速機３の変速比をリンプホーム可能な固定変速比となる。

このように、本実施形態によれば、ＴＣＵ１１のメイン電源系で電圧降下が検出された場合、伝達クラッチアクチュエータ２１、及びマイコン１２に対してバックアップ電源ライン１９側から電圧を供給するようにしたので、メイン電源系での電圧降下が検出された場合であっても、伝達クラッチアクチュエータ２１の動作を継続させることで、車両挙動の急変を抑制することができる。又、既存のバックアップ電源系に給電されている電源電圧を利用しているため、電源回路を二系統装備する必要がなく、部品点数及び配線数の削減、製品コストの低減、及び車重増の抑制を実現することができる。

又、ＴＣＵ１１は、メイン電源系の異常を検出した場合、インストルメントパネル等に設けられている警告ランプの点灯／点滅、スピーカからの音声、モニタ表示等でフェイルセーフ制御であることを報知して、車両の停止を促す。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば制御装置は、ＴＣＵ１１に限らず、エンジン制御装置（ＥＣＵ）等、他の車載制御装置であっても良い。又、変速機３が多段変速機の場合、前後進の切換えは内蔵するギヤの噛み合わせで行うため、前後進切換えクラッチ５は省略しても良い。

更に、上述した実施形態では、フェールセーフ制御時に伝達クラッチアクチュエータ２１にバックアップ電源を供給するようにしたが、前後進切換えクラッチアクチュエータ２２にバックアップ電源を供給するようにして、駆動系の動力伝達を遮断し、車両が停止又は、急激な負荷が駆動系に印加しない程度まで減速した後に、リンプホームを可能にするようにしても良い。

１…エンジン、
２…モータジェネレータ、
３…変速機、
４…エンジン動力伝達クラッチ、
５…前後進切換えクラッチ、
１１…トラクション制御装置（ＴＣＵ）、
１２…マイコン、
１２ａ…バックアップメモリ、
１３…メイン電源ライン、
１７…イグニッション電源ライン、
１９…バックアップ電源ライン、
２１…動力伝達クラッチ用アクチュエータ、
２２…前後進切換えクラッチ用アクチュエータ、
２３…変速用アクチュエータ、
Ｔｒ６…エマージェンシ用トランジスタスイッチ、
ＶB…バッテリ電圧、
Ｖbk…バックアップ電圧、
Ｖcc…マイコン電源電圧

Claims

車両の運転状態を示すパラメータに基づき予め記憶されているプログラムに従った処理を行う制御回路と、
前記制御回路の処理結果に応じて制御動作されるアクチュエータと、
前記制御回路と前記アクチュエータとに電源電圧を供給するメイン電源ラインと、
前記制御回路に設けられているバックアップメモリにバックアップ電源を供給するバックアップ電源ラインと、
前記メイン電源ラインと前記バックアップ電源ラインとを接続するスイッチ手段と
を備え、
前記制御回路は、前記メイン電源ラインの前記電源電圧を監視し、該電源電圧が異常判定用設定電圧以下のとき前記スイッチ手段をオン動作させて前記バックアップ電源を前記メイン電源ラインに供給する
ことを特徴とする車両の電源供給装置。
前記スイッチ手段は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の車両の電源供給装置。
前記アクチュエータは前記車両の動力伝達経路に介装されているクラッチ手段を動作させるものである
ことを特徴とする請求項１或いは２記載の車両の電源供給装置。
前記クラッチ手段は前記動力伝達経路に設けられた変速機に対して駆動源からの回転を正転或いは逆転させて伝達する切換えクラッチである
ことを特徴とする請求項３記載の車両の電源供給装置。
前記車両はエンジンとモータと変速機とを直列に接続するパラレル方式のハイブリッド車両であり、
前記クラッチ手段は前記エンジンと前記モータとの間に介装された常時締結の伝達クラッチであり、
前記アクチュエータは前記伝達クラッチを開放動作させる
ことを特徴とする請求項３記載の車両の電源供給装置。