JP2017121146A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータを損傷させる虞がなく、バッテリの無駄な電力消費を回避する可能な車両の制御装置を提供する。【解決手段】バッテリの電力をインバータを介して駆動源としてのモータへ供給する車両の制御装置４０であって、ＥＣＵ２２は、機械制動装置４１を用いて前記車両を停車状態に維持する機械制動手段と、傾斜路において機械制動手段の機械制動装置が解除され、かつ、アクセル操作がなされていない場合、車両の停車状態を維持するためのモータ制動トルクをモータに発生させるモータ制動手段と、モータ制動手段により車両の停車状態を維持している時間を検出するモータ制動時間検出手段と、モータ制動時間検出手段による検出時間が所定時間以上となった場合、モータ制動手段が発生させるモータ制動トルクを減少させ、機械制動手段が発生させる制動力を増加させることにより、車両の停車状態を維持する後退防止手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータを介して電動モータにバッテリが電気的に接続され、電動モータを使用して走行可能な車両の制御装置に関する。

電動モータを使用した車両には、坂道発進，渋滞走行や車庫入れ等の低速時の操縦性向上のために、クリープ機能が設定されているものがある（特許文献１参照）。クリープ機能は、ブレーキ及びアクセル操作がなされない場合に、即ちブレーキ及びアクセルが共にＯＦＦのときに、クリープトルクを発生すべく電動モータの駆動制御を行う。

この特許文献１に記載の電気自動車は、アクセル操作がなされてないときに車速を検出し、車速が大きい場合には回生制動を指令し、車速が小さい場合にはクリープトルクの発生を指令すると共に、ブレーキ操作の有無を検出し、ブレーキ操作がなされているときにはブレーキ操作がなされていない場合に比べて、クリープトルクの制御値を小さく指令するように構成されている。

このため、停車中でアクセル操作がＯＦＦの場合には、ブレーキ操作に関わらずクリープトルクが発生するので、坂道発進においても後退することなく容易に発進できる。また、ブレーキ操作がＯＮの場合には、ブレーキ操作がＯＦＦの場合と比べて、クリープトルクが小さいため、バッテリへの負担も少なく、減速の際のブレーキへの影響も少なくなる。

特開平９−３７４１５号公報

このようなクリープトルクを利用した駆動制御は、利便性が高いが、電力の消費を増大させて電費を悪化させる。特に、走行可能距離が高電圧バッテリの容量に左右される電気自動車ＥＶ（Electric Vehicle）の場合では、バッテリの使用時間を短縮可能な制御が必要になる。

また、登坂路の途中でクリープトルクを利用して車両を停止状態に保持する場合があるが、車両の運転者が機械ブレーキを用いずに、クリープトルクによる車両後退防止機能を多用した場合には、電動モータに接続されたインバータ内の特定のパワースイッチだけに多くの電流が流れて加熱によりインバータが損傷する虞が生じる。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、インバータを損傷させる虞がなく、バッテリの無駄な電力消費を回避することができる車両の制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係わる車両の制御装置は、
駆動源としてのモータと、インバータを介して前記モータに電気的に接続されたバッテリとが搭載された車両の制御装置であって、
機械制動装置を用いて前記車両を停車状態に維持する機械制動手段と、
傾斜路において前記機械制動手段の前記機械制動装置が解除され、かつ、アクセル操作がなされていない場合、前記車両の停車状態を維持するためのモータ制動トルクを前記モータに発生させるモータ制動手段と、
前記モータ制動手段により前記車両の停車状態を維持している時間を検出するモータ制動時間検出手段と、
前記モータ制動時間検出手段による検出時間が所定時間以上となった場合、前記モータ制動手段が発生させる前記モータ制動トルクを減少させ、前記機械制動手段が発生させる制動力を増加させることにより、前記車両の停車状態を維持する後退防止手段と、
を備えるように構成される。

上記（１）に記載の車両の制御装置は、モータ制動時間検出手段による検出時間が所定時間以上となった場合には、モータ制動手段によって発生させるモータ制動トルクを減少させるとともに、機械制動手段によって発生させる制動力を増加させる。これにより、モータ制動手段によって発生させるモータ制動トルク（クリープトルク）が減少するので、バッテリの電力消費量を軽減することができ、またインバータに過電流が流れる虞が軽減してインバータの損傷を防止することができる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、インバータを損傷させる虞がなく、バッテリの無駄な電力消費を回避することができる車両の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の模式図である。 車両の制御装置のＥＣＵの内部構造を機能的に示すブロック図である。 車両の制御装置で実施されるクリープトルクの制御を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。

例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。

例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。

一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の模式図であり、図２は、車両の制御装置のＥＣＵの内部構造を機能的に示すブロック図である。なお、本実施形態は、駆動源としてエンジン及び電動モータが搭載されたハイブリッド電気自動車を例にして説明する。

本実施形態の車両１の制御装置４０は、図１に示したように、駆動源としてのモータ４と、インバータ２０を介してモータ４に電気的に接続されたバッテリ１８とが搭載された車両の制御装置４０であって、機械制動装置４１を用いて車両１を停車状態に維持する機械制動手段４３と、傾斜路において機械制動手段４３の機械制動装置４１が解除され、かつ、アクセル操作がなされていない場合、車両１の停車状態を維持するためのモータ制動トルクをモータ４に発生させるモータ制動手段４５と、モータ制動手段４５により車両１の停車状態を維持している時間を検出するモータ制動時間検出手段４７と、モータ制動時間検出手段４７による検出時間が所定時間以上となった場合、モータ制動手段４５が発生させるモータ制動トルクを減少させ、機械制動手段４３が発生させる制動力を増加させることにより、車両１の停車状態を維持する後退防止手段４９と、を備えて構成される。

車両１は、走行用駆動源としてエンジン２及びモータ４を備えるハイブリッド電気自動車である。車両１は、限定されるものではなく、トラック車両、普通自動車等のいずれでもよい。以下においては、車両１の実施の形態の一例としてハイブリッド電気自動車を例示するが、車両１はエンジン２、クラッチ６、変速機８、補機２ａを備えない電気自動車であってもよい。

エンジン２は、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の一般的に自動車で使用される原動機である。エンジン２の出力はクラッチ６の接続状態に応じて駆動輪１６側に伝達されるが、その出力の少なくとも一部は、エンジン２の回転軸に対してベルト（不図示）を介して接続された補機２ａに伝達される。補機２ａは、エンジン２から伝達される回転（機械的エネルギ）によって駆動される、パワーステアリングの油圧ポンプ、エアコンのコンプレッサ等である。

モータ４は力行又は回生駆動可能な電動モータであり、例えば永久磁石式同期電動機である。モータ４はインバータ２０を介してバッテリ１８に接続され、力行時には、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって所定周波数の交流電力に変換されて供給されることにより、トルクが発生可能である。一方、回生時（例えば車両減速時等）には、モータ４は入力されるトルクによって発電機（ジェネレータ）として機能し、電気エネルギを発生させる。回生時にモータ４では交流電力が発電され、この交流電力はインバータ２０によって直流変換された後、バッテリ１８に充電される。バッテリ１８に充電された電力は、力行時にモータ４の駆動に使用されることにより、エンジン２の燃料消費量が節約され、長航続距離化が図られる。また回生時にはモータ４で回生トルクが発生される。回生トルクは走行中の車両１に対して制動トルク（回生ブレーキ）として作用する。

バッテリ１８は充放電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン、ニッケル水素又は鉛電池等の二次電池である。

エンジン２及びモータ４間には、クラッチ６が設けられている。クラッチ６は、その接続状態が可変に構成され、エンジン２及びモータ４間を接続状態、切断状態、或いは、その中間状態（半クラッチ状態を含む）に切替可能である。

モータ４の出力側には変速機８が接続されている。変速機８は複数のギヤを備えており、変速機８に入力された動力が所定の変速比で出力側に伝達可能に構成されている。変速機８の変速比は、選択された変速段によって可変であり、変速段の変速動作は運転者によってマニュアルで行われてもよいし、制御的に自動化されていてもよい。

変速機８から出力される動力は、プロペラシャフト１０、差動装置１２、及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に伝達されて、車両１の走行が可能である。

このような動力系を備える車両１では、クラッチ６が切断状態にあるときには、モータ４の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続される。このため、モータ４により発生するトルク（以下、モータトルクという）のみが車両１の駆動トルク又は制動トルクとして駆動輪１６に伝達される。

一方、クラッチ６が接続状態にあるときには、エンジン２の出力軸がモータ４の回転軸を介して変速機８、駆動輪１６等と機械的に接続される。このため、モータトルクをゼロとして、エンジン２のみを作動した場合にはエンジン２により発生するトルク（以下、エンジントルクという）のみが車両１の駆動トルク又は制動トルクとして駆動輪１６に伝達される。更にクラッチ６が接続状態にある場合には、エンジン２に加えてモータ４も作動させればモータトルクとエンジントルクとの和が車両１の駆動トルク又は制動トルクとなる。

また、車両１には各構成要素の状態を監視するためのセンサ類が設けられている。図示した実施形態では、エンジン２の回転数を検知するためのエンジン回転数センサ２４と、クラッチ６の出力側（モータ４側）の回転数を検知するためのクラッチ回転数センサ２６が設けられている。これらのセンサの検知内容は電気信号としてＥＣＵ２２に送信され、各種処理に用いられる。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）２２は車両１の上記各種構成要素を制御するためのコントロールユニットであり、具体的にはマイクロプロセッサのような演算装置によって構成される。ＥＣＵ２２は、ＣＡＮ（Controller AreaNetwork）等を用いて、エンジン２、モータ４、クラッチ６、変速機８のそれぞれの制御ユニット（図示せず）と通信可能に接続されており、モータトルク及びエンジントルクの配分の調整等を制御する。

ＥＣＵ２２は、図２に示すように、機械制動手段４３とモータ制動手段４５とモータ制動時間検出手段４７と後退防止手段４９とを備える。機械制動手段４３は、駆動綸１６の回転を制動する機械制動装置４１を用いて車両１を停車状態に維持可能に構成される。機械制動装置４１は、例えば、フットブレーキ等、ブレーキディスクにブレーキパッドを押し付けて車輪の回転を機械的に制動するブレーキ装置や、パーキングブレーキ装置である。機械制動手段４３は、パーキングブレーキ等の作動の有無や、アクセルペダルの操作の有無も検知可能に構成されている。

モータ制動手段４５は、傾斜路において機械制動装置４１による車輪の制動が解除され、かつ、アクセル操作がなされていない場合に、車両１の停車状態を維持するためのモータ制動トルク（クリープトルク）を発生させるようにモータ４の作動を制御する。モータ制動時間検出手段４７は、モータ制動手段４５により車両１の停車状態を維持している時間を検出する。即ち、モータ制動トルク（クリープトルク）によって車両１の停車状態を維持している時間を検出する。後退防止手段は、モータ制動時間検出手段４７による検出時間が所定時間以上となった場合に、モータ制動手段４５により発生させるモータ制動トルクを減少させる（ゼロも含む）とともに、機械制動手段４３により発生させる制動力を増加させて車両１の停車状態を維持するように構成される。

図３は、車両１の制御装置４０で実施されるクリープトルクの制御を示すフローチャートである。

次に、ＥＣＵ２２で実施される制御内容、即ち、登坂路で車両１を停止させる制御内容について図１及び図３を参照しながら説明する。図３に示すように、登坂路に移動した車両１を機械制動装置４１を介して停止させる。図示した実施形態では、パーキングブレーキやフットブレーキ等の機械制動装置４１を作動させて車両１を登坂路上に停止させる（ステップ１００）。そして、機械制動装置４１がＯＦＦの状態にあるか否かを判定する（ステップ１０１）。機械制動装置４１がＯＦＦの状態でなければ、ステップ１００に戻る。一方、機械制動装置４１がＯＦＦの状態となった場合、ドライバーの発信の意図により機械制動装置４１がＯＦＦとされたと判断し、ステップ１０２に移行する。

ステップ１０２では、機械制動手段４３によってアクセルペダルがＯＮ操作されているか否かが判定される。アクセルペダルがＯＮ操作されていれば、車両１を移動可能な状態にするため、ステップ１０６に移行して機械制動装置制御を解除し、またモータ制動手段４５によってクリープトルクが作動しないようにモータ４の作動を制御する。

一方、ステップ１０２において、アクセルペダルがＯＮ操作されていなければ、ステップ１０３に移行する。ステップ１０３では、モータ制動手段４５によってクリープトルクを生じさせているか否かが判定される。クリープトルクが発生していなければ、車両１が後退する虞があるので、ステップ１０３'に移行する。ステップ１０３'では、モータ４にクリープトルクを発生させて車両１を停止状態に維持する。

以上のステップにより、ドライバーの発車の意思により機械制動手段が解除されたが、アクセル操作が行われず、モータ制動手段４５によるクリープトルクによって車両１が登坂路で停車している状態と判断される（ステップ１０４）。

車両が登坂路でクリープトルクにより停車状態に維持される状態が開始すると、ステップ１０５に移行する。ステップ１０５では、機械制動手段４３によって、機械制動装置４１がＯＦＦの状態であり且つアクセルペダルがＯＦＦの状態であるか否かが判定される。つまり、ステップ１０５では、モータ４のクリープトルクのみによって車両が停止状態に維持されているかが判定される。

そして、機械制動装置４１がＯＮの状態であり且つアクセルペダルもＯＮの状態であれば、車両が移動しようとしているのでクリープトルクによって車両を停止状態にする必要はない。このため、ステップ１０６に移行して、機械制動装置制御を解除し、またクリープトルクを解除する。

一方、機械制動装置４１がＯＦＦの状態であり且つアクセルペダルがＯＦＦの状態であれば（ステップ１０５：Ｙｅｓ）、モータ制動時間検出手段４７によって、クリープトルクが所定値Ｎを超えた状態で且つ車両１を停車状態に維持している時間が所定時間Ｘを超えたか否かが判定される（ステップ１０７）。なお、クリープトルクが所定値Ｎを超えたか否かの判定はモータ制動手段４５によって行われる。したがって、クリープトルクの作動時間が所定時間Ｘを超えていない場合には、電力消費量の増大やインバータの損傷の問題は生じないので、ステップ１０５に戻る。

一方、クリープトルクの作動時間が所定時間Ｘを超えている場合には（ステップ１０７：Ｙｅｓ）、ステップ１０８に移行する。ステップ１０８では、機械制動手段４３によって機械制動装置４１を作動させた後に、モータ制動手段４５によって、クリープトルクを減少させる。本実施形態では、クリープトルクを解除している。即ち、クリープトルクをゼロにしている。

したがって、モータ４のクリープトルクが減少するので、バッテリ１８の電力消費量を軽減することができ、またインバータ２０に過電流が流れる虞が軽減してインバータ２０の損傷を防止することができる。

なお、前述した実施形態では、車両としてハイブリッド電気自動車を例にしたが、これに限定されるものではなく、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）でもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

１ 車両
２ エンジン
２ａ 補機
４ モータ
６ クラッチ
８ 変速機
１０ プロペラシャフト
１２ 作動装置
１４ 駆動軸
１６ 駆動綸
１８ バッテリ
２０ インバータ
２２ ＥＣＵ
２４ エンジン回転数センサ
２６ クラッチ回転数センサ
４０ 制御装置
４１ 機械制動装置
４３ 機械制動手段
４５ モータ制動手段
４７ モータ制動時間検出手段
４９ 後退防止手段

Claims (1)

1. 駆動源としてのモータと、インバータを介して前記モータに電気的に接続されたバッテリとが搭載された車両の制御装置であって、
   機械制動装置を用いて前記車両を停車状態に維持する機械制動手段と、
   傾斜路において前記機械制動手段の前記機械制動装置が解除され、かつ、アクセル操作がなされていない場合、前記車両の停車状態を維持するためのモータ制動トルクを前記モータに発生させるモータ制動手段と、
   前記モータ制動手段により前記車両の停車状態を維持している時間を検出するモータ制動時間検出手段と、
   前記モータ制動時間検出手段による検出時間が所定時間以上となった場合、前記モータ制動手段が発生させる前記モータ制動トルクを減少させ、前記機械制動手段が発生させる制動力を増加させることにより、前記車両の停車状態を維持する後退防止手段と、
   を備えることを特徴とする車両の制御装置。

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