JP2014061829A

JP2014061829A - 車両駐車システム

Info

Publication number: JP2014061829A
Application number: JP2012209056A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Wakabayashi; 克彦若林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-04-10

Abstract

【課題】装置の大型化やコストアップを招くことなく、ロック機構の回転制御手段が故障した場合であっても、車両が移動できる状態を達成可能な車両駐車システムを提供すること。
【解決手段】本発明では、車両駐車中に駆動軸の回転を固定するロック機構のロック状態とアンロック状態とを切り換える回転制御手段とは独立して、車両の走行を制御する車両走行制御手段を備え、この車両走行制御手段にロック機構をアンロック状態に解除する解除機能を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪のロック機構をアクチュエータにより作動させる車両駐車システムに関する。

一般のガソリン車では、運転者が操作するシフトレバーの操作力を機械的に変速機に伝達するシフト機構が設けられている。そして、自動変速機等によりエンジンが発生する動力を様々な走行状態に適応するよう最適な減速比を選択する。これに対し、多くの電気自動車は、駆動モータを最適制御することによりガソリン車のように変速機を備えなくても様々な走行状態に対応できるように構成されているため、シフト機構のバイワイヤ化が図られている。これによりシフトレバーを自由にレイアウトでき、車室内スペースの効率的な使用が可能となっている。

電気自動車は、シフト機構のバイワイヤ化に伴い、車両制御ECUにてシフト操作位置を電気的に検知し、駐車，前進，後退等の各モードに切り換える。ここで、駐車モードでは、ガソリン車と同様に安全上、盗難防止等の観点から駆動輪の回転を固定するロック機構を設ける必要がある。電気自動車の場合、シフト機構のバイワイヤ化に伴いロック機構の電動化が図られている。

特許文献１にあっては、シフト機構のアクチュエータ回転手段として３相スイッチド・リラクタンスモータを採用した例をあげている。この発明は、３相コイルの１相に断線異常が起きていた場合にもフィードバック制御を継続し、システムを作動することを目的とする。そして、高トルクが必要な始動時に断線相の励磁が行えないことでトルク不足による脱調に陥ることを回避するために、正常な２相コイルを順次励磁しフィードバック制御を開始することでコイルを大型化し、発生トルクを上げることなくモータの始動性能を満足させている。

特許２００４−１２９４５０号公報特開平３−２５５２５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、制御ECU内のコンピュータに暴走等の故障が起きていた場合、モータを回転させることができず、シフト機構によるレンジ切り換えができない、もしくはロック機構のロック状態を解除できない状態に陥るおそれがあり、故障後に走行可能状態を得られない、もしくは牽引するにしても駆動輪を浮かせて運搬することが強いられるという問題があった。

また、故障時におけるシフト機構の非作動を回避する観点から、特許文献２にあっては、シフト機構のアクチュエータ回転手段にCPU、モータ駆動回路、モータをそれぞれ完全な二重系として備え、更に上位のCPUが二系統のアクチュエータ回転手段の状態を監視し、故障が起きてもシフト機構を作動可能としている技術が有る。しかしながら、このような二重系を構成すると、装置の規模が非常に大きくなり、また、コスト面でも高価となる。また、故障後の対応を考慮したバックアップ機能を盛り込むことで、必然的に部品点数が増え、装置の故障率が上昇してしまうという問題があった。
本発明の目的は、装置の大型化やコストアップを招くことなく、ロック機構の回転制御手段が故障した場合であっても、車両が移動できる状態を達成可能な車両駐車システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、車両駐車中に駆動軸の回転を固定するロック機構のロック状態とアンロック状態とを切り換える回転制御手段とは独立して、車両の走行を制御する車両走行制御手段を備え、この車両走行制御手段にロック機構をアンロック状態に解除する解除機能を設けた。

よって、回転制御手段の故障によりロック機構をアンロック状態に切り換えることができない場合でも、車両走行制御手段によりロック機構を解除することができ、車両が移動できる状態を確保できる。

実施例１の電気自動車のシステム構成図である。実施例１の減速機内に設けられたロック機構の構成を表す概略斜視図である。実施例１の車両駐車システムにおける制御ブロック図である。実施例１の異常時ロック解除制御処理を表すフローチャートである。実施例２の車両駐車システムにおける制御ブロック図である。実施例３の車両駐車システムにおける制御ブロック図である。

〔実施例１〕
図１は実施例１の電気自動車のシステム構成図である。シフト101は、運転者により操作され、運転者の意図する車両モードを判断する。具体的には、パーキングレンジ（Ｐレンジ）、リバースレンジ（Ｒレンジ）、ドライブレンジ（Ｄレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）に区分され、各操作位置に応じてV-ECU100により車両を制御する。詳細については後述する。
アクセル102は、車両前進、後退時に運転者が所望する作動量を検出する目的でアクセルペダルに備えたセンサである。ペダル操作時のストローク量をアナログ信号に変換しV-ECU100にて検出する。

V-ECU100は、シフト101の操作位置、アクセル102の踏み込み量から運転者が所望する車両の動作方向や車両の加減速といった走行制御やバッテリ200の充電制御を行うため、バッテリ200の制御ユニットであるB-ECU201、モータ300の制御ユニットであるM-ECU301と通信手段202,302、例えばCAN（Controller Area Network）やFlexRayといった車両用多重通信ネットワークで情報の相互伝達を実施する。
V-ECU100とB-ECU201との間の通信手段202は、主としてバッテリ200のコンディション情報をV-ECU100が入手し、バッテリ200の充電率SOC、出力電力制限量、充電禁止フラグ、放電禁止フラグ、セル温度等の様々な情報を用い、車両走行時のバッテリ放電量や回生量、バッテリ充電時の充電量を最適に制御する。
V-ECU100とM-ECU301との間の通信手段302は、主としてV-ECU100からはモータ300の制御トルク指令、制御回転指令を送信し、M-ECU301からはモータ300の現在制御トルク量及び回転数を送信し、車両走行時にモータ300を最適に制御する。

V-ECU100は、シフト101の操作位置がＰレンジにあり、P-ECU401からの通信手段402、例えばLIN（Local Interconnect Network）や前記CAN等により減速機502内のロック機構400の現在ロック作動情報が解除状態にある場合は、ロック指令を送信する。また、シフト101の操作位置がＰレンジ以外にあり、P-ECU401からの通信手段402で減速機502内のロック機構400の現在ロック作動情報がロック状態にある場合は、解除指令を送信する。
V-ECU100は、P-ECU401からの通信手段402による返信に異常が見られた場合にP-ECU401が異常と判断する。その後、シフト101がＰレンジ以外に操作された場合に、ロック機構400の解除信号405を出力し、ロック解除を行う。

B-ECU201は、バッテリ200の各特性（セル電圧、セル温度、バッテリ電流、バッテリ総電圧、バッテリSOC等）を計測、また、セルバランスの調整制御、低電圧系との絶縁低下監視等を行っており、バッテリ200の性能面や安全面に配慮した充放電動作を車両側で行うために必要なバッテリマネジメント機能を担っている。
M-ECU301は、モータ300の駆動制御を行っており、V-ECU100からの制御指令に基づいて駆動回路（例えばインバータ回路）を制御し、駆動信号303をモータ300へ出力する。
モータ300は、永久磁石動機モータを採用しており、回転子の電気角を高精度に検出し制御するためのレゾルバをモータ300に備え、M-ECU301が信号304で検出することで制御を実現する。
P-ECU401は、減速機502内のロック機構400を直流モータにて相方向に回転動作することでロックと解除とを切り換える。
減速機502は、モータ300の出力トルクを増幅し車輪へ伝達する。具体的にはモータ300と接続された入力軸とドライブシャフト500と接続された出力軸との間に減速ギヤを有し、モータ300の回転により生じるモータトルクを減速ギヤのギヤ比に応じてトルク増幅する。ドライブシャフト500は、減速機502の出力を車輪501に伝達する。

次に、上記構成におけるシフト位置に応じた作用について説明する。
Ｐレンジ位置にあるときは、V-ECU100がP-ECU401へロック要求を、例えば通信手段402で送信し、受信したP-ECU401が減速機502内のロック機構400をロック駆動信号403により働かせ、車輪501の回転を抑制する。
Ｒレンジ位置にあるときは、V-ECU100がP-ECU401へロック解除要求を通信手段402で送信し、受信したP-ECU401が減速機502内のロック機構400をロック解除信号404により解除を図った上で、V-ECU100がM-ECU301へ運転者が操作するアクセル102の踏み込み量やバッテリ情報等により指令トルクを演算し、M-ECU301へ送信し、モータ300を車両後退方向に駆動する。
Ｎレンジ位置にあるときは、Ｖ−ＥＣＵ100がＰ−ＥＣＵ401へロック解除要求を通信手段402で送信し、受信したＰ−ＥＣＵ401が減速機502内のロック機構400をロック解除信号404により解除を図る。
Ｄレンジ位置にあるときは、Ｖ−ＥＣＵ100がＰ−ＥＣＵ401へロック解除要求を通信手段402で送信し、受信したＰ−ＥＣＵ401が減速機502内のロック機構400をロック解除信号404により解除を図った上で、Ｖ−ＥＣＵ100がＭ−ＥＣＵ301へ運転者が操作するアクセル102の踏み込み量やバッテリ情報等により指令トルクを演算し、Ｍ−ＥＣＵ301へ送信し、モータ300を車両前進方向に駆動する。また走行中にアクセル102を戻した場合は、モータ300を発電機として制御することで、車両の自然な減速感の実現とエネルギ回生を図る。

（ロック機構の構成）
図２は実施例１の減速機内に設けられたロック機構の構成を表す概略斜視図である。実施例１にあっては、モータ300から出力された駆動力が減速機502の入力軸を介してドライブシャフト500及び車輪501へと伝達される。この動力伝達経路において減速機502の入力軸の回転を抑制可能なパーキングギヤ800を設け、ロックピン801をパーキングギヤ800の凹部と噛合することで入力軸の回転を抑制し、これにより車輪501の回転がロックされることで車両駐車を行う。

ロックピン801は、戻しばねを含むロックロッドアッセンブリ802の直動動作で上下に可動し、ロックロッドアッセンブリ802を押し込むことでロックピン801がパーキングギヤ800へ噛み込み、押し戻すことで噛み込みが解放される。ロックロッドアッセンブリ802の直動動作は、ディテントプレート803がロック位置ピン807及びリリース位置ピン805の範囲で回転動作することで作動する。ディテントプレート803の回転は、P-ECU401が回転角センサ806より検出した回転量からパーキングモータ406を双方向にフィードバック制御し、ギアヘッド804でモータトルクを増幅した上で回転動作を行う。

（回転制御手段について）
図３は、実施例１の車両駐車システムにおける制御ブロック図である。車両駐車システムの電源はバッテリ200ではなく、別途搭載された鉛酸バッテリ600を電源として駆動するシステムであるが、バッテリ200を電源として使用してもよく特に限定しない。
実施例１では、P-ECU401の故障時にロック機構400の解除動作をV-ECU100で行うにあたり、ロック機構400をパーキングモータ406の双方向回転制御で行う。これを実現する構成として、P-ECU401のHブリッジ駆動回路により双方向制御を実現している。Hブリッジ駆動回路とは、ロック時にスイッチング素子409,408をオン動作、ロック解除時にスイッチング素子407，410をオン動作することでパーキングモータ406へ印加する電圧を切り換えて、回転方向を制御するものである。図３の回路中、ダイオード411，412，413，414によりスイッチング素子制御信号生成回路を構成している。

P-ECU401内の第１CPU417に暴走、不定動作、故障等の異常が起き、この異常をV-ECU100内のCPU103が通信手段402等により検知した場合、第１強制解除信号104と第２強制解除信号105とをオン動作することでV-ECU100内に設けたロック解除時に動作するスイッチング素子407，410をオン動作する。これにより、パーキングモータ406を解除方向へ回転させ、ロック機構を解除する。
その際、P-ECU401内に第１CPU417の状態監視機能として通信手段419により接続された第２CPU418を設け、第１CPU417が不意のHブリッジ駆動によりパーキングモータ406を切り換えることが無いように、異常時にリセットを掛けることが望ましい。

（異常時ロック解除制御処理）
次に、上記構成に基づく作用について説明する。図４は実施例１の異常時ロック解除制御処理を表すフローチャートである。このフローチャートでは、V-ECU100内のCPU103が、P-ECU401内の第１CPU417との通信手段402により異常を検出し、ロック機構400のロックを解除するまでの流れを示す。本制御フローは、運転者のイグニッションスイッチオン操作によりV-ECU100とP-ECU401とが起動し、これにより開始される。

ステップ700では、V-ECU100とP-ECU401との間で通信を開始する。この通信は、例えば10ms毎の定周期とし、通信内容はロック／解除要求フラグや現在のロック機構の状態、プログラムランニング信号、フェイルコード等を通信している。
ステップ701では、P-ECU401が正常動作を行っているか否かを通信内容（例えば、プログラムランニング信号の異常や、シリアル通信であればクロック信号のオーバーラン，アンダーランの発生）等から判断する。そして、正常動作と判断した場合はステップ700に戻り通信を継続する。一方、異常動作と判断した場合はステップ702へ進む。
ステップ702では、P-ECU401に異常が起きたと断定してステップ703へ進む。

ステップ703では、シフト情報を検出し、Ｐレンジから他のレンジへの切り替わりを検出する。Ｐレンジにある場合は本ステップを繰り返し、他のレンジへの切り替わりを検出した場合はステップ704に進む。
ステップ704では、ロック解除動作を実施する。尚、これ以後は、Ｐレンジに切り替えられてもロックされることはないため、一度ロック解除動作を行うと、それ以後のロック解除処理は実施しない。尚、本制御フローとは別に、復帰判断を実施し、P-ECU401が正常復帰した場合に通常通りのロック／解除処理へ復帰する構成としてもよい。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
（１）減速機502（変速機）内に設けられ、車両駐車中にドライブシャフト500（駆動軸）の回転を固定するロック機構400と、ロック機構400のロック状態とアンロック状態とを切り換えるパーキングモータ406（ロックアクチュエータ）と、パーキングモータ406の回転状態を制御するP-ECU401（回転制御手段）と、P-ECU401とは独立して設けられ、車両の走行を制御するV-ECU100（車両走行制御手段）と、を備え、V-ECU100に、ロック機構400をアンロック状態に解除する解除機能を設けた。
すなわち、パーキングモータ406を作動してロック機構を解除するにあたり、複数のECUから解除を行うことができるため、P-ECU401に異常が生じても、V-ECU100によりロック機構をアンロック状態とすることが可能となり、自走して整備工場への移動等が行える、もしくは牽引により整備工場に移動できる。

（２）V-ECU100は、P-ECU401の状態を監視し、P-ECU401に異常が起きたと判断した場合（ステップ701）、運転者によりパーキングレンジから他のレンジへのシフト切り換え操作が行われると（ステップ703）、V-ECU100に備わる解除機能によりロック機構400を解除する（ステップ704）。
よって、P-ECU401に異常が生じ、かつ、シフト切り換え操作が行われた場合に、V-ECU100によりロック機構400を解除することで、異常が生じた場合であっても、適切なタイミングでロック機構400を解除することができる。

（３）V-ECU100の解除機能は、P-ECU401内にパーキングモータ406への回転駆動信号を伝達することでアンロック状態に解除する。
よって、別途駆動素子等を搭載する必要が無く、P-ECU401内の駆動素子を有効に活用することができるため、大型化やコストアップを回避できる。

〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図５は、実施例２の車両駐車システムにおける制御ブロック図である。実施例２にあっては、P-ECU401内の第１CPU417に暴走、不定動作、故障等の異常が起き、この異常をV-ECU100内のCPU103が通信手段402等により検知した場合、V-ECU100内に設けたロック解除動作を実現するためのスイッチング素子106，107オン動作することで、パーキングモータ406を解除方向へ回転させ、ロック機構400を解除する構成としている。

（４）V-ECU100の解除機能は、V-ECU100内のスイッチング素子106，107（回転駆動装置）を作動することでアンロック状態に解除する。
よって、仮にP-ECU401内の駆動素子に異常が生じた場合であったとしても、パーキングモータ406を駆動して解除することができ、より幅広い異常に対して解除機能を達成できる。

〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図６は、実施例３の車両駐車システムにおける制御ブロック図である。実施例３にあっては、P-ECU401内の第１CPU417に暴走、不定動作、故障等の異常が起き、この異常をV-ECU100内のCPU103が通信手段402等により検知した場合、P-ECU401内の第２CPU418へ通信手段108等によりロック解除要求を送信し、受信した第２CPU418がロック解除時のスイッチング素子407，410をオン動作することで、パーキングモータ406を解除方向へ回転させ、ロック機構400を解除する構成としている。尚、スイッチング素子407，410をオン動作するにあたり、図６の回路中、ダイオード420，421によりスイッチング素子制御信号生成回路を構成している。

（５）P-ECU401は、パーキングモータ406を双方向に回転制御可能な第１CPU417（第１のコンピュータ）と、該第１CPU417を監視し、かつ、パーキングモータ406を解除方向にのみ回転制御可能な第２CPU418（第２のコンピュータ）と、を有し、V-ECU100は、第１CPU417と通信する通信手段402（第１通信手段）と、第２CPU418と通信する通信手段108（第２通信手段）と、を有し、解除機能は、第１CPU417に異常が起きた場合、運転者によりパーキングレンジから他のレンジへのシフト切り換え操作が行われると、通信手段108により第２CPU418へ解除要求を出力し、第２CPU418によりロック機構400をアンロック状態に解除する。具体的には、第２CPU418からスイッチング素子制御信号生成回路であるダイオード420，421を介してスイッチング素子407，410をオン動作することでパーキングモータ406へ印加する電圧を切り換えることで解除する。
よって、P-ECU401内の第１CPU417はパーキングモータ406を双方向に回転制御可能とし、もう一つの第２CPU418は、解除方向にのみ回転制御可能に構成することで、回路構成を簡略化しつつ解除機能を確保できる。また、第２CPU418により解除信号を出力することができるため、V-ECU100からP-ECU401に対して駆動信号伝達用の配線等が不要となり、レイアウト自由度の向上及びコストアップの抑制を図ることができる。

以上、各実施例について説明したがこれに限定されるものではなく、発明の範囲であれば他の構成であっても構わない。例えば、実施例ではV-ECU100内に解除機能を設けた構成を示したが、V-ECU100に限らず、通信線等によりP-ECU401と接続されていれば、他のコントローラに解除機能を備えてもよい。

101 シフト
102 アクセル
106，107 スイッチング素子
108 通信手段
202 通信手段
302 通信手段
400 ロック機構
402 通信手段
406 パーキングモータ
407，410 スイッチング素子
409 スイッチング素子
411，412，413，414 ダイオード
419 通信手段
420，421 ダイオード
500 ドライブシャフト
501 車輪
502 減速機

Claims

変速機内に設けられ、車両駐車中に駆動軸の回転を固定するロック機構と、
前記ロック機構のロック状態とアンロック状態とを切り換えるロックアクチュエータと、
前記ロックアクチュエータの回転状態を制御する回転制御手段と、
前記回転制御手段とは独立して設けられ、車両の走行を制御する車両走行制御手段と、
を備え、
前記車両走行制御手段に、前記ロック機構をアンロック状態に解除する解除機能を設けたことを特徴とする車両駐車システム。
請求項１に記載の車両駐車システムにおいて、
前記車両走行制御手段は、前記回転制御手段の状態を監視し、前記回転制御手段に異常が起きたと判断した場合、運転者によりパーキングレンジから他のレンジへのシフト切り換え操作が行われると、前記車両走行制御手段に備わる前記解除機能により前記ロック機構を解除することを特徴とする車両駐車システム。
請求項１または２に記載の車両駐車システムにおいて、
前記車両走行制御手段の解除機能は、前記回転制御手段内に前記ロックアクチュエータへの回転駆動信号を伝達することでアンロック状態に解除することを特徴とする車両駐車システム。
請求項１または２に記載の車両制御装置において、
前記車両制御手段の解除機能は、前記車両走行制御手段内の回転駆動装置を作動することでアンロック状態に解除することを特徴とする車両駐車システム。
請求項１または２に記載の車両駐車システムにおいて、
前記回転制御手段は、前記ロックアクチュエータを双方向に回転制御可能な第１のコンピュータと、該第１のコンピュータを監視し、かつ、前記ロックアクチュエータを解除方向にのみ回転制御可能な第２のコンピュータと、を有し、
前記車両走行制御手段は、前記第１のコンピュータと通信する第１通信手段と、前記第２のコンピュータと通信する第２通信手段と、を有し、
前記解除機能は、前記第１のコンピュータに異常が起きた場合、運転者によりパーキングレンジから他のレンジへのシフト切り換え操作が行われると、前記第２通信手段により前記第２のコンピュータへ解除要求を出力し、前記第２のコンピュータにより前記ロック機構をアンロック状態に解除することを特徴とする車両駐車システム。