JP2013082292A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信線を介した信号に異常が生じた場合においても電動機の機能制限を最小限に抑え、車両の走行安定性を極力保持することのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供すること。
【解決手段】ＴＣＵ３６は、ＣＡＮ３８を介して受信する信号をモータ４の回転数制御に関わる信号であるか否かで類別し、回転数制御に関わる信号であるモータ動作信号、実モータ回転数信号、瞬間最大駆動・回生トルク信号のいずれか１つでもフェイルした場合は、モータ４の使用を禁止すべく、走行トルク配分制御及びモータ４による回転合わせ制御の両方を禁止し、回転数制御に関わらない信号である定格最大駆動・回生トルク信号、及びＳＯＣ信号のみがフェイルした場合には、走行トルク配分制御は禁止しつつ、モータ４による回転合わせ制御の実行は許可する。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源としてエンジンと電動機を備えるハイブリッド電気自動車の制御装置に係り、詳しくは通信線を介して送受信される信号に異常が生じた際の制御に関する。

近年、燃費や排ガス性能の向上等を目的に、駆動源としてエンジンと電動機（以下、モータともいう）を備えるハイブリッド電気自動車が開発されている。
そして、車両には複数の電子制御ユニットが搭載されており、これらの制御ユニットには、ＣＡＮ（Controller Area Network）方式の車載ＬＡＮ等の通信線が接続され、各制御ユニット間で相互に信号を送受信可能に車載ネットワークが形成されている。

ハイブリッド電気自動車に搭載されている代表的な制御ユニットとしては、例えばエンジンの制御を行うエンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）、モータの制御を行うモータ制御ユニット（ＭＣＵ：Motor Control Unit）、変速機（以下、トランスミッションともいう）の制御を行うトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ：Transmission Control Unit）、バッテリ状態を管理・制御するバッテリ制御ユニット（ＢＭＳ：Battery Management System）、及びこれらエンジン、モータ、トランスミッション等の各装置を跨ってハイブリッドシステムとして統合的な制御を行う統合制御ユニットが搭載されている。

これら各制御ユニットは、システムの安定化を図るため、各通信線における通信状態を監視し、故障診断等が行われている。例えば、制御ユニット自体に異常が発生した時又は制御ユニットとの信号ライン断線／短絡の発生の時に、各制御ユニットでの動作制御を行うフェイルセーフ制御システムがある（特許文献１参照）。

具体的には、特許文献１では、統合制御ユニット（車両制御機ＨＣＵ）自体又は統合制御ユニットから出力される動作信号がフェイルした時、バッテリ制御ユニットから出力される動作信号がフェイルした時等に、モータ制御ユニットによりモータの使用を禁止したり、ハイブリッド運転モード機能を禁止したりしている。

特開２００７−１３１２９３号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の技術では、各制御ユニットより出力される動作信号がフェイルしたことに応じてモータの使用禁止等を決定しているが、ＣＡＮ通信においては動作信号の他にも、各種信号の送受信が行われており、フェイルした信号の種類やフェイルのレベルによっては必ずしもモータ等の使用を全て禁止する必要はなく、フェイルの内容によってはモータの一部の機能を継続することできる場合もある。

必要以上にモータの使用を制限すれば、その分走行性能が損なわれるだけでなく、モータがクラッチの接続や変速機のギヤ選択の際に回転数を合わせる機能等を有している場合には、クラッチ接続時や変速機のギヤ選択時にショックが生じて乗客に不快感を与えたり、モータの使用が長期間制限されれば、クラッチや変速機のシンクロの負担が増加して製品寿命が低下する等の問題も生じ得る。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、通信線を介した信号に異常が生じた場合においても電動機の機能制限を最小限に抑え、車両の走行安定性を極力保持することのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置では、車両の駆動源としてエンジン及び電動機を備え、複数の制御手段が通信線を介して接続されているハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記電動機を制御するとともに、前記通信線を介して前記電動機に関する信号を送信する電動機制御手段と、前記通信線を介して受信する信号を、前記電動機の回転数制御に関わる第１の信号及び前記電動機の回転数制御に関わらない第２の信号に類別し、当該第１の信号の異常を検出した場合には前記電動機の使用を禁止し、前記第２の信号の異常のみを検出した場合には前記電動機による走行に関する制御を禁止しつつ、前記電動機の回転数制御は許可する統合制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１において、前記電動機は、前記エンジンと変速機との間にて、前記エンジンとクラッチを介して接続されており、当該電動機の回転数制御として前記クラッチの接続の際または前記変速機のギヤ選択の際の回転合わせ制御が可能であり、前記電動機制御手段は、前記電動機に関する信号として、前記電動機の瞬間最大駆動・回生トルクの信号及び定格最大駆動・回生トルクの信号を送信し、前記統合制御手段は、前記電動機の瞬間最大駆動・回生トルクの信号を前記第１の信号に、前記電動機の定格最大駆動・回生トルクの信号を前記第２の信号に類別することを特徴としている。

請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１又は２において、前記電動機に電力を供給するバッテリを制御するとともに、前記通信線を介して当該バッテリのＳＯＣに関する信号を送信するバッテリ制御手段を、さらに備え、前記電動機は、前記エンジンと変速機との間にて、前記エンジンとクラッチを介して接続されており、当該電動機の回転数制御として前記クラッチの接続の際または前記変速機のギヤ選択の際の回転合わせ制御が可能であり、前記統合制御手段は、前記バッテリ制御手段から受信する前記ＳＯＣに関する信号を前記第２の信号に類別することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、ハイブリッド電気自動車において複数の制御手段が通信線を介して接続されており、電動機制御手段は当該通信線を介して電動機に関する信号を送信し、統合制御手段はこの電動機に関する信号を受信して電動機の回転数制御に関わる第１の信号と当該回転数制御に関わらない第２の信号とに類別し、第１の信号の異常を検出した場合には電動機の使用を禁止し、第２の信号の異常のみを検出した場合には電動機による走行に関する制御を禁止しつつ、当該電動機の回転数制御は許可する。

このように統合制御手段において、受信する信号を一律に判断するのではなく、電動機の回転数制御に関わる信号か否かで類別し、回転数制御に関わらない信号（第２の信号）の異常のみを検出した場合には、安全性を考慮して走行に関する制御は禁止しつつ、正常に受信できている回転数制御に関する信号（第１の信号）に基づき電動機の回転数制御は実行可能なよう許可する。

このように、受信した信号の異常に対し同一の処置を行うものでないことから、通信線の一部に異常が生じた場合等でも、電動機の機能制限を最小限に抑えることができ、車両の走行安定性を極力保持することができる。
請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機がエンジンと変速機との間にて、前記エンジンとクラッチを介して接続されており、当該電動機によりクラッチの接続の際または変速機のギヤ選択の際の回転合わせ制御が可能であり、前記統合制御手段は、電動機制御手段から送信される電動機の瞬間最大駆動・回生トルクの信号を第１の信号に、電動機の定格最大駆動・回生トルクの信号を第２の信号に類別する。

回転合わせ制御は、クラッチまたは変速機の回転数を合わせるのに必要なトルクを瞬間的に電動機に発生させればよいことから、瞬間最大駆動・回生トルクの信号が正常であればよく、定格最大駆動・回生トルクの信号を得なくとも実行可能である。そこで、瞬間最大駆動・回生トルクの信号を第１の信号に、定格最大駆動・回生トルクの信号を第２の信号にそれぞれ類別することで、瞬間最大駆動・回生トルクの信号が異常である場合は電動機の使用を禁止し、定格最大駆動・回生トルクの信号のみが異常である場合は、電動機による走行に関する制御は禁止しつつも、回転合わせ制御は許可することとする。

このように回転合わせ制御が極力維持されることで、クラッチ接続時または変速機のギヤ選択時におけるショックを軽減して運転者への不快感を抑制することができ、クラッチ及び変速機を傷めずに済むことから製品寿命の低下も防止することができる。
請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機によりクラッチの接続または変速機のギヤ選択の際の回転合わせ制御が可能であり、バッテリ制御手段からバッテリのＳＯＣに関する信号を送信する。そして、統合制御手段は、当該バッテリ制御手段から送信されるＳＯＣに関する信号を第２の信号に類別する。

回転合わせ制御は、クラッチまたは変速機の回転数を合わせるのに必要なトルクを瞬間的に電動機に発生させればよいことから、僅かなＳＯＣで実行可能である。そこで、ＳＯＣに関する信号を第２の信号に類別することで、当該ＳＯＣに関する信号のみが異常である場合は、電動機による走行に関する制御を禁止しつつも、回転合わせ制御を許可することとする。

このように回転合わせ制御が極力維持されることで、クラッチ接続時または変速機のギヤ選択時におけるショックを軽減して運転者への不快感を抑制することができ、クラッチ及び変速機を傷めずに済むことから製品寿命の低下も防止することができる。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置のＴＣＵによる各信号の類別及び信号フェイル時の処理を示す表である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図であり、同図に基づき説明する。
図１に示す車両１はハイブリッド電気自動車であり、駆動源であるエンジン２及びモータ４（電動機）がクラッチユニット６（クラッチ）を介して変速機８に接続された構成の駆動装置を備えている。車両１は、これらのエンジン２やモータ４からの駆動力をクラッチユニット６及び変速機８を経て左右の駆動輪１０、１０（例えば後輪）に伝達することにより走行を行うものである。

詳しくは、エンジン２が出力する回転駆動力（以下、単に駆動力という）は入力軸１２を介してクラッチユニット６に入力され、クラッチユニット６内で２系統に分岐される。クラッチユニット６は第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂの２つのクラッチを有しており、クラッチユニット６内で２系統に分岐されたエンジン２の駆動力の一方は第１クラッチ６ａの入力側に伝達され、他方は第２クラッチ６ｂの入力側に伝達されるようになっている。なお、図１では簡略化してブロック図として示しているが、具体的な構成としては、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂは、エンジン２の回転により駆動するポンプ６ｃより供給される油圧に応じて断接可能な湿式多板クラッチである。また、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂは同軸上にて、第１クラッチ６ａは内側、第２クラッチ６ｂは外側に配設されて構成されている。

変速機ユニット８は、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂに対応して、第１変速機構８ａ（図１のＧ１）及び第２変速機構８ｂ（図１のＧ２）の２系統の変速機構を備えている。第１クラッチ６ａに対応している第１変速機構８ａは、前進用の変速段として第１速、第３速、及び第５速の各変速段を有している。第２クラッチ６ｂに対応している第２変速機構８ｂは、前進用の変速段として第２速、第４速、及び第６速の各変速段を有している。即ち、第１クラッチ６ａの出力側は第１変速機構８ａの入力軸に連結され、第２クラッチ６ｂの出力側は第２変速機構８ｂの入力軸に連結されている。

そして、第１変速機構８ａの出力軸及び第２変速機構８ｂの出力軸は、共通のカウンタ軸１４で構成され、第１変速機構８ａから出力される駆動力、及び第２変速機構８ｂから出力される駆動力は、いずれもこの共通のカウンタ軸１４を介してデファレンシャル装置１６に伝達され、左右の駆動輪１０、１０に割り振られるようになっている。このようにクラッチユニット６及び変速機ユニット８により、いわゆるデュアルクラッチ式変速機が構成されている。

モータ４は、エンジン２と第２変速機構８ｂとの間にて、第２クラッチ６ｂを介してエンジン２と接続されている。具体的には、図示しないが、モータ４は第２クラッチ６ｂの出力側の外周に配設されている。より詳しくは、モータ４のロータが第２クラッチ６ｂの外周に固定され、モータ４のステータが変速機８のケーシングに固定されている。つまり、第２クラッチ６ｂがモータ４の回転軸を兼用しており、第２クラッチ６ｂと共にロータがステータの内側で回転し、ロータとステータとの間に発生した磁界による駆動トルクや回生トルクが第２クラッチ６ｂを介して第２変速機構８ｂに入力されるようになっている。

モータ４は、インバータ１８を介して車両１に搭載されたＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）用のバッテリ２０が接続されている。当該バッテリ２０は、比較的高電圧（例えば２７０Ｖ）なリチウムイオンバッテリである。当該バッテリ２０は、インバータ１８を介して、モータ４に電力を供給することで当該モータ４に駆動トルクを発生させたり、モータ４の回生により発生した電力を蓄電するものである。

また、車両１には、これらエンジン２、モータ４、クラッチユニット６、変速機ユニット８、バッテリ２０の制御を行う各種制御ユニット（制御手段）が搭載されている。具体的には、エンジン２の制御を行うエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵ）３０、モータ４の制御を行うモータ制御ユニット（以下ＭＣＵ）３２、バッテリ２０の状態の管理を行うバッテリ制御ユニット（以下ＢＭＳ）３４、並びにクラッチユニット６及び変速機ユニット８の制御を行うトランスミッション制御ユニット（以下ＴＣＵ）３６が搭載されている。

これら各制御ユニットはＣＡＮ３８（通信線）により相互に接続されており、当該ＣＡＮ３８を介して各種信号を送受信可能である。各制御ユニット間で送受信する信号として、例えば、ＥＣＵ３０は、エンジン２の動作状態、エンジン回転数等に関する信号を送信する。ＭＣＵ３２は、モータ４の動作状態、実モータ回転数、インバータ１８の制御状態、モータ４の瞬間最大駆動・回生トルク、及び定格最大駆動・回生トルク等に関する信号を送信する。ＢＭＳ３４は、バッテリ２０のＳＯＣ（State Of Charge）、バッテリ２０の温度等に関する信号を送信する。ＴＣＵ３６は、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂの断接状態、第１変速機構８ａ及び第２変速機構８ｂのギヤ選択状態等に関する信号を送信する。

また、ＴＣＵ３６においては、これら各信号に応じ、直接的に又は各制御ユニットを介して間接的に、エンジン２、モータ４、クラッチユニット６、変速機ユニット８等に対する統合的な制御を行う。
例えば、ＴＣＵ３６は、走行に関する制御として、車両１の走行状態、アクセル踏み込みに応じた要求負荷、バッテリ２０のＳＯＣ等に応じてエンジン２とモータ４との間のトルク配分制御を行う。

また、ＴＣＵ３６は、モータ４の回転数制御として、第２クラッチ６ｂを接続する際にモータ４を用いて第２クラッチ６ｂの回転数をエンジン２の回転数に合わせる回転合わせ制御を行う。さらに、ＴＣＵ３６は、第１クラッチ６ａを接続して第１変速機ユニット８ａを介してエンジン２の駆動力伝達を行っている間に、次の変速に備えて第２変速機構８ｂのギヤを切り替えておくいわゆるプレシフトの際にも、モータ４を用いて次のギヤ段の回転数に合わせる回転合わせ制御を行う。

ここで、ＴＣＵ３６は、受信する信号の種類に応じて、上述の回転合わせ制御等のモータ４の回転数制御に関わる信号（第１の信号）と、回転数制御に関わらない信号（第２の信号）とに類別し、当該信号が異常である（フェイルした）場合に、類別した信号に応じた処理を行う。
詳しくは、図２を参照すると本実施形態におけるＴＣＵ３６による各信号の類別及び信号フェイル時の処理を示す表が示されており、以下同図に基づき説明する。なお、各信号のフェイルは、例えばＴＣＵ３６が、信号を受信できない状態に陥ったときに発せられる途絶信号を受信した場合や、受信した信号が予め定められた範囲を超える異常値を受信した場合にフェイルしたと判定される。

図２に示すように、本実施形態におけるＴＣＵ３６は、ＭＣＵ３２から送信されるモータ動作信号、実モータ回転数信号、瞬間最大駆動・回生トルク信号を回転数制御に関わる信号とし、定格最大駆動・回生トルクを回転数制御に関わらない信号として類別している。また、ＴＣＵ３６は、ＢＭＳ３４から送信されるＳＯＣ信号を回転数制御に関わらない信号として類別している。

なお、定格最大駆動・回生トルクとは、モータ４やバッテリ２０の温度上昇や電圧低下等を考慮し、モータ４を連続的に使用することが可能な駆動トルク及び回生トルクの上限である。一方、瞬間最大モータ駆動・回生トルクとは、モータ４の連続的な使用を考慮せず瞬間的に発生させることが可能な最大限の駆動トルク及び回生トルクのことである。つまり、定格最大駆動・回生トルクは瞬間最大駆動・回生トルクよりも制限された、低い値となる。

そして、ＴＣＵ３６は、回転数制御に関わる信号であるモータ動作信号、実モータ回転数信号、瞬間最大駆動・回生トルク信号のいずれか１つでもフェイルした場合は、モータ４の使用を禁止すべく、上述した走行トルク配分制御及びモータ４による回転合わせ制御の両方を禁止する。
具体的には、モータ動作信号がフェイルしている場合とは、モータ４自体が三相短絡等して動作不能であったり、ＣＡＮ３８の通信障害等でモータ動作信号を受信できずモータ４が正常であるか否かの判断ができない状態にあることから、モータ４の使用を禁止する。また、実モータ回転数信号がフェイルしている場合は、モータ４が作動しているとしても、回転の程度を把握できなければ制御を行えないことからモータ４の使用を禁止する。瞬間最大駆動・回生トルク信号がフェイルしている場合は、モータ４の出力が不明確となることから走行トルク配分を禁止するとともに、瞬間的なトルクを必要とするモータ回転合わせ制御も禁止する。

一方、ＴＣＵ３６は、回転数制御に関わらない信号である定格最大駆動・回生トルク信号、及びＳＯＣ信号のみがフェイルした場合には、走行トルク配分制御は禁止しつつ、モータ４による回転合わせ制御の実行は許可する。
回転合わせ制御は、回転数を合わせるのに必要なトルクを瞬間的にモータ４に発生させればよいことから、モータ４が正常であって瞬間最大駆動・回生トルク信号が正常であればよく、定格最大駆動・回生トルク信号のみがフェイルがしている場合には回転合わせ制御は維持する。

また、回転合わせ制御は短時間で実行可能であるため、必要なＳＯＣは僅かであることから、ＳＯＣ信号のみがフェイルしている場合においても、回転数合わせ制御は維持する。なお、定格最大駆動・回生トルク信号及びＳＯＣ信号の両方がフェイルしている場合にも回転数合わせ制御は許可するものとする。
ただし、ＴＣＵ３６は定格最大駆動・回生トルク又はＳＯＣ信号がフェイルしている場合で、回転合わせ制御を一定時間実行した結果、モータ４の回転数が回転合わせの目標回転数に達しない場合には、回転合わせ制御を禁止する。

以上のように、統合制御を行うＴＣＵ３６は、受信する信号を一律に判断するのではなく、モータ４の回転数制御に関わる信号か否かで類別し、回転数制御に関わらない信号の異常のみを検出した場合には、安全性を考慮して走行トルク配分制御は禁止しつつ、正常に受信できている回転数制御に関わる信号に基づきモータ４による回転合わせ制御は実行可能なよう許可する。

このように、受信した信号の異常に対し同一の処置を行うものでないことから、ＣＡＮ３８の一部に異常が生じた場合等でも、モータ４の機能制限を最小限に抑えることができ、車両の走行安定性を極力保持することができる。
特に回転合わせ制御が極力維持されることで、第２クラッチ６ｂの接続時または第２変速機構８ｂのギヤ選択時におけるショックを軽減して運転者への不快感を抑制することができ、クラッチ及び変速機を傷めずに済むことから製品寿命の低下も防止することができる。

以上で本発明に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、モータ４の回転数制御に関わる信号及び関わらない信号を図２に示したように類別しているが、各信号の類別はこれに限られるものではなく、他の信号を追加したり、図２に示した信号を除外しても構わない。

上記実施形態では、ＴＣＵ３６が統合制御手段として機能しているが、他の制御ユニットが統合制御手段の機能を有していてもよいし、または統合制御手段専用の制御ユニットを搭載しても構わない。
また、上記実施形態の車両１の駆動装置は、クラッチユニット６及び変速機ユニット８がデュアルクラッチ式変速機を構成しているが、駆動装置はこれに限られるものではない。例えば、動力の伝達経路が１系統からなるクラッチ及び変速機にも本発明を適用することは可能である。

１ 車両
２ エンジン
４ モータ（電動機）
６ クラッチユニット
６ａ 第１クラッチ
６ｂ 第２クラッチ
８ 変速機ユニット
８ａ 第１変速機構
８ｂ 第２変速機構
２０ バッテリ
３０ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
３２ モータ制御ユニット（ＭＣＵ）（電動機制御手段）
３４ バッテリ制御ユニット（ＢＭＳ）（バッテリ制御手段）
３６ トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）（統合制御手段）
３８ ＣＡＮ（通信線）

Claims (3)

1. 車両の駆動源としてエンジン及び電動機を備え、複数の制御手段が通信線を介して接続されているハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
   前記電動機を制御するとともに、前記通信線を介して前記電動機に関する信号を送信する電動機制御手段と、
   前記通信線を介して受信する信号を、前記電動機の回転数制御に関わる第１の信号及び前記電動機の回転数制御に関わらない第２の信号に類別し、当該第１の信号の異常を検出した場合には前記電動機の使用を禁止し、前記第２の信号の異常のみを検出した場合には前記電動機による走行に関する制御を禁止しつつ、前記電動機の回転数制御は許可する統合制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
2. 前記電動機は、前記エンジンと変速機との間にて、前記エンジンとクラッチを介して接続されており、当該電動機の回転数制御として前記クラッチの接続の際または前記変速機のギヤ選択の際の回転合わせ制御が可能であり、
   前記電動機制御手段は、前記電動機に関する信号として、前記電動機の瞬間最大駆動・回生トルクの信号及び定格最大駆動・回生トルクの信号を送信し、
   前記統合制御手段は、前記電動機の瞬間最大駆動・回生トルクの信号を前記第１の信号に、前記電動機の定格最大駆動・回生トルクの信号を前記第２の信号に類別することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
3. 前記電動機に電力を供給するバッテリを制御するとともに、前記通信線を介して当該バッテリのＳＯＣに関する信号を送信するバッテリ制御手段を、さらに備え、
   前記電動機は、前記エンジンと変速機との間にて、前記エンジンとクラッチを介して接続されており、当該電動機の回転数制御として前記クラッチの接続の際または前記変速機のギヤ選択の際の回転合わせ制御が可能であり、
   前記統合制御手段は、前記バッテリ制御手段から受信する前記ＳＯＣに関する信号を前記第２の信号に類別することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。

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