JP2012240665A - ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法 - Google Patents

ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低電圧直流変換装置に異常が発生し低電圧バッテリーの電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れる場合にも、安定な制動力を確保することができる、ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御方法は、低電圧直流変換装置１００の異常有無を判断する段階と、低電圧直流変換装置１００に異常が発生したものと判断すると、低電圧バッテリーの電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れるか否かを判断する段階と、前記低電圧バッテリー電圧が前記制動装置の作動電圧範囲を外れると、機械的な制動力を考慮して制限車速を設定する段階と、前記設定された制限車速に応じて駆動モーターのトルクを制限する最大トルクを設定する段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法に関し、より詳しくは、低電圧直流変換装置に異常が発生し低電圧バッテリーの電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れる場合、車両の制限車速および最大トルクを制限する、ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法に関する。
一般に、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）は、急加速時のモーターの駆動力支援および制動時の充電機能を介して、１１０Ｖ以上の高電圧を使用している。
このハイブリッド電気車両の電装システムは、電力効率の側面またはシステムの新しい構築の側面では高電圧電源があればその電源に応じてシステムの電源を上げることが有利であるが、感電に対する危険性の側面および既存システムの全体取替の側面では多くの時間と不要な開発業務が付加する。
これにより、現在開発されているハイブリッド電気車両は、２５０Ｖ以上の主電源を使用する高電圧用主バッテリーと１２Ｖの電源を使用する一般車両用補助バッテリーの２種のバッテリーを並行して使用する。高電圧用主バッテリーはハイブリッド電気車両で使用される駆動系、エアコン（Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）、ヒーター（Ｈｅａｔｅｒ）などの特殊電源を供給し、１２Ｖの電源を供給する補助バッテリーは一般商用車両のシステムと同様に各種電装品に電源を供給する。
（特許文献１）
特に、ハイブリッド電気車両では、１２Ｖの電源として補助バッテリーを使用し、補助バッテリーの電源が足りない場合、高電圧から低電圧に変える低電圧直流変換装置（ＬＤＣ：Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ ｔｏ ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いて充電している。
ところが、低電圧直流変換装置に故障が発生し或いは低電圧直流変換装置との通信不良が発生すると、補助バッテリーの電圧が持続的に落ちて電装品がまともに作動しなくなり誤作動が発生するが、特に、制動装置に電源が円滑に供給されなくなると、車両の制動性能の激しい低下を引き起こして事故発生の危険が増加することがあった。
特願２０１１−３１８７０号公報
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、低電圧直流変換装置に異常が発生し低電圧バッテリーの電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れる場合にも、安定な制動力を確保することのできる、ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明のハイブリッド電気車両の非常走行制御方法は、低電圧直流変換装置の異常有無を判断する段階と、低電圧直流変換装置に異常が発生したものと判断すると、低電圧バッテリーの電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れるか否かを判断する段階と、前記低電圧バッテリー電圧が前記制動装置の作動電圧範囲を外れると、機械的な制動力を考慮して制限車速を設定する段階と、前記設定された制限車速に応じて駆動モーターのトルクを制限する最大トルクを設定する段階とを含んでなることを特徴とする。
好ましくは、本発明は、車両の走行速度を前記制限車速に到達させるために、駆動モーターのトルクが前記最大トルクからゼロトルクまで線形的に減少するようにトルクを制御する段階をさらに含む。
好ましくは、前記低電圧直流変換装置の異常有無を判断する段階は、前記低電圧直流変換装置に故障が発生するか、又は、前記低電圧直流変換装置から応答信号がない場合に前記低電圧直流変換装置に異常が発生したものと判断する。
好ましくは、前記制限車速は１０〜３０Ｋｍ／ｈの範囲とする。
一方、本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御システムは、高電圧バッテリーの高電圧を低電圧に変換して低電圧バッテリーに供給する低電圧直流変換装置と、前記低電圧バッテリーから電源の供給を受けて駆動モーターに制動信号を印加するか、又はブレーキ踏力で機械的な制動力を提供する制動装置と、前記低電圧直流変換装置に異常が発生し前記低電圧バッテリー電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れると、機械的な制動力を考慮した制限車速を設定して駆動モーターの最大トルクを設定する車両制御器とを含んでなることを特徴とする。
好ましくは、前記車両制御器は、前記低電圧直流変換装置から故障による誤り信号が受信するか、或いは、前記低電圧直流変換装置から応答信号がない場合に前記低電圧直流変換装置に異常が発生したものと判断する。
好ましくは、前記車両制御器は、車両の走行速度を前記制限車速に到達させるために、駆動モーターのトルクが前記最大トルクからゼロトルクまで線形的に減少するようにトルクを制御する。
本発明によれば、次の顕著な効果が具現できる。
一つ目は、低電圧直流変換装置に異常が発生した場合、制動装置の性能低下を防止することにより、車両の制動時に運転者の安全を確保できるという利点を有する。
二つ目は、制動装置の機械的な制動力を使用する場合、車両の最大走行速度を一定の速度以下に制限することにより、少ない力でも制動距離を確保できるという利点を有する。
本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御システムを示す構成図である。 本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御システムにおける車速と最大トルク間の関係を示すグラフである。 本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御方法を示すフローチャートである。
まず、各図面の構成要素に参照番号を付加するに当たって、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意した。なお、本発明を説明するに当たり、関連した公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨をいたずらに乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略した。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１に示すように、本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御システムは、低電圧直流変換装置１００に異常が発生し、低電圧バッテリー４２０の電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れる場合、車両の走行速度が一定の速度に制限されるように最大トルクを設定する。
これを実現するために、本発明は、低電圧バッテリー４２０に低電圧を供給する低電圧直流変換装置１００と、走行中の車両に制動力を提供する制動装置２００と、低電圧直流変換装置１００の異常時における車両の制限車速を設定する車両制御器３００とを含んでなる。
具体的に、低電圧直流変換装置１００（ＬＤＣ：Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ ｔｏ ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、補助バッテリーの低電圧、例えば１２Ｖを使用する電装部品または制動装置２００などの構成を駆動させるために、高電圧バッテリー４１０の高電圧出力を低電圧出力に変換し、変換された低電圧を補助バッテリーに充電する。
このような低電圧直流変換装置１００は、ＣＡＭ通信を介して車両制御器３００の制御信号を受信してスイッチングオン／オフされ、故障が発生した場合には車両制御器３００に誤り（Ｆａｕｌｔ）信号を送信する。
制動装置２００は、回生制動（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ）を実現するために低電圧バッテリー４２０から電源の供給を受けて駆動モーター（図示せず）に制動信号を印加する。ここで、駆動モーターは、ハイブリッド電気車両の急加速の際に動力を補助し、制動の際にエネルギーを回生させて高電圧バッテリー４１０を充電する発電機の役目をする。
特に、本実施例に係る制動装置２００は、低電圧バッテリー４２０から電源が供給されない場合、機械的なブレーキ踏力で制動力を発生させる。この際、機械的なブレーキ踏力として油圧式ブレーキ踏力が使用できる。
但し、走行中に車速が高いか、或いは運転者によってブレーキ加圧力が異なる場合、制動距離にバラツキが発生するおそれがある。これにより、運転者の安全に大きい影響が引き起こされることもある。本実施例では、電源が低電圧バッテリー４２０から制動装置２００に供給されない場合、その原因には、低電圧直流変換装置１００に異常が発生した場合もあり、低電圧バッテリー４２０の電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れる場合もある。このような原因を解決するために、本発明では車両の走行速度と最大トルクを一定の範囲に制限して設定することにより、電源が低電圧バッテリー４２０から制動装置２００に供給されなくなって制動装置２００の性能が低下しても、車両の制動の際に運転者の安全が確保できるようにする。
前記電源が低電圧バッテリー４２０から制動装置２００に供給されない場合、その原因に対する判断は車両制御器３００を介して行われる。
車両制御器３００は、まず、低電圧直流変換装置１００に異常が発生し低電圧バッテリー４２０の電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れる場合、電源が低電圧バッテリー４２０から制動装置２００に円滑に供給されないものと判断する。この際、車両制御器３００は、低電圧直流変換装置１００から故障による誤り信号が受信するか、又は低電圧直流変換装置１００から応答信号がない場合にこれを低電圧直流変換装置１００に異常が発生したものと判断する。
電源が低電圧バッテリー４２０から制動装置２００に円滑に供給されないものと判断すると、車両制御器３００は、制動装置２００の機械的な制動力を考慮して車両の制限車速を設定し、設定された制限車速に応じて最大トルクを設定して駆動モーターのトルクを制限する。
［実施例１］
制限車速と最大トルクに対する具体的な実施例を考察すると、下記表１のとおりである。表１では、まず、機械的な制動力を考慮して制限車速と最大トルクを設定する。
Figure 2012240665
本実施例では、制動装置２００の機械的なブレーキ踏力によって制動可能な範囲を考慮して車両の制限車速を２０ｋｍ／ｈに設定した。但し、車両慣性の大きい中／大型車両の場合には制限車速を２０ｋｍ／ｈより低くし、車両慣性の小さい小型車両の場合には制限車速を２０ｋｍ／ｈより高くすることが好ましい。
トルクは、制限車速に応じて可変的に変更できるが、本実施例のように制限車速を２０ｋｍ／ｈに設定した場合には、２０ｋｍ／ｈ速度未満で徐々にトルクを減らし、２０ｋｍ／ｈ速度以上では０トルク（Ｎｍ）で出力すれば車両の車速が制限車速度２０ｋｍ／ｈを超えなくなる。
特に、図２に示すように、車両制御器３００は、車両の走行速度を制限車速に到達させるために、駆動モーターのトルクが最大トルクから制限トルクまで線形的に減少するようにトルクを制御する。
これは運転者の運転性を考慮したものであって、制限車速付近のトルクを線形的に減らす。
以下、本発明に係るハイブリッド電気車両の非常走行制御方法について説明する。
まず、低電圧直流変換装置１００の異常有無を判断する。ここで、低電圧直流変換装置１００に異常が発生したものと判断する基準は、低電圧直流変換装置１００に故障が発生するか、又は、低電圧直流変換装置１００から応答信号がない場合である。
低電圧直流変換装置１００に異常が発生したものと判断すると、低電圧バッテリー４２０の電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れるか否かを判断する。本実施例では、制動装置２００が作動しうる電圧範囲を１２Ｖ以上の範囲に算定したので、制動装置２００の作動電圧範囲が低電圧バッテリー４２０の１２Ｖより小さければ、低電圧バッテリー４２０の電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れたものと判断する。
低電圧バッテリー４２０の電圧が制動装置２００の作動電圧範囲を外れると、機械的な制動力を考慮して制限車速を設定し、設定された制限車速に応じて駆動モーターのトルクを制限して最大トルクを設定する。この際、制限速度は１０〜３０Ｋｍ／ｈの範囲を満足するように設定し、好ましくは２０Ｋｍ／ｈに設定する。
その後、駆動モーターのトルクが最大トルクからゼロトルクまで線形的に減少するようにトルクを制御する。このように、制限車速付近のトルクが線形的に減少するように制御することにより、運転者の運転性を考慮できる。
上述したように、本発明は、低電圧直流変換装置に異常が発生する場合、制動装置の機械的な制動力が効果的に具現できるように車両の最大走行速度を一定の速度以下に制限することにより、車両の制動の際に運転者の安全を確保し、少ない力でも制動距離を確保することができるという優れた利点を有する。
以上、本発明を好適な実施例によって詳細に開示したが、本発明の範囲は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって解釈されるべきである。また、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の範囲から逸脱せずに様々な修正および変更が可能である。
本発明は、ハイブリッド電気車両の非常走行制御システムおよびその制御方法に関する分野に適用できる。
１００ 低電圧直流変換装置
２００ 制動装置
３００ 車両制御器
４１０ 高電圧バッテリー
４２０ 低電圧バッテリー

Claims (7)

  1. 低電圧直流変換装置の異常有無を判断する段階と、
    低電圧直流変換装置に異常が発生したものと判断すると、低電圧バッテリーの電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れるか否かを判断する段階と、
    前記低電圧バッテリー電圧が前記制動装置の作動電圧範囲を外れると、機械的な制動力を考慮して制限車速を設定する段階と、
    前記設定された制限車速に応じて駆動モーターのトルクを制限する最大トルクを設定する段階とを含んでなることを特徴とするハイブリッド電気車両の非常走行制御方法。
  2. 車両の走行速度を前記制限車速に到達させるために、駆動モーターのトルクを前記最大トルクからゼロトルクまで線形的に減少するようにトルクを制御する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気車両の非常走行制御方法。
  3. 前記低電圧直流変換装置の異常有無を判断する段階は、前記低電圧直流変換装置に故障が発生するか、又は、前記低電圧直流変換装置から応答信号がない場合に前記低電圧直流変換装置に異常が発生したものと判断することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気車両の非常走行制御方法。
  4. 前記制限車速は１０〜３０Ｋｍ／ｈの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気車両の非常走行制御方法。
  5. 高電圧バッテリーの高電圧を低電圧に変換して低電圧バッテリーに供給する低電圧直流変換装置と、
    前記低電圧バッテリーから電源の供給を受けて駆動モーターに制動信号を印加し或いはブレーキ踏力で機械的な制動力を提供する制動装置と、
    前記低電圧直流変換装置に異常が発生し前記低電圧バッテリー電圧が制動装置の作動電圧範囲を外れると、機械的な制動力を考慮した制限車速を設定して駆動モーターの最大トルクを設定する車両制御器とを含んでなることを特徴とするハイブリッド電気車両の非常走行制御システム。
  6. 前記車両制御器は、前記低電圧直流変換装置から故障による誤り信号が受信するか、又は、前記低電圧直流変換装置から応答信号がない場合に前記低電圧直流変換装置に異常が発生したものと判断することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド電気車両の非常走行制御システム。
  7. 前記車両制御器は、車両の走行速度を前記制限車速に到達させるために、駆動モーターのトルクが前記最大トルクからゼロトルクまで線形的に減少するようにトルクを制御することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド電気車両の非常走行制御システム。
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