JP2018149954A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ナビゲーション装置の有無にかかわらず、アシストトルクを適切に出力させることが可能な車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ５は、ステアリングホイールが操舵される際にアシストトルクを発生させるＥＰＳ用モータ２を備える車両１００に適用されるものである。ＥＣＵ５は、操舵角センサ６の検出結果に基づいてワインディングロードであるか否かを判定するとともに、ワインディングロードであると判定された場合に、ＥＰＳ用モータ２が接続される電源ラインＰＬ１の電圧を第２範囲に制御するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

従来、ステアリングホイールが操舵される際にアシストトルク（操舵補助力）を発生させるモータを備える車両が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の車両は、バッテリの電圧を昇圧してモータに供給するための昇圧回路と、自車両の位置情報および道路情報などを取得するためのナビゲーション装置とを備える。そして、この車両は、ナビゲーション装置から取得した情報に基づいて所定の曲率以上のカーブがあるか否かを判定し、所定の曲率以上のカーブがある場合に昇圧回路によりモータに供給される電圧を昇圧するように構成されている。これにより、必要最小限の電力で応答性よく操舵補助を行うことが可能である。

特開２００６−２７３１８７号公報

しかしながら、上記した従来の車両では、アシストトルクが必要なタイミングを予測して予めモータに供給される電圧を昇圧することにより、アシストトルクを確保することが可能であるが、ナビゲーション装置が必要であるという問題点がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ナビゲーション装置の有無にかかわらず、アシストトルクを適切に出力させることが可能な車両の制御装置を提供することである。

本発明による車両の制御装置は、ステアリングホイールが操舵される際にアシストトルクを発生させる電動機を備える車両に適用されるものである。車両の制御装置は、操舵角センサの検出結果に基づいてワインディングロードであるか否かを判定するとともに、ワインディングロードであると判定された場合に、電動機が接続される電源ラインの電圧を所定範囲に制御するように構成されている。なお、所定範囲は、たとえば、ワインディングロードであっても電動機によるアシストトルクが適切になるように予め設定された範囲である。

このように構成することによって、操舵角センサを用いてワインディングロードであるか否かを判定し、ワインディングロードである場合に電源ラインの電圧を所定範囲に制御することにより、ナビゲーション装置の有無にかかわらず、アシストトルクを適切に出力させることができる。

本発明の車両の制御装置によれば、ナビゲーション装置の有無にかかわらず、アシストトルクを適切に出力させることができる。

本実施形態によるＥＣＵを備える車両の概略構成を説明するための図である。 ワインディングロード判定フラグの設定手順の一例を説明するためのフローチャートである。 車両走行時における発電電圧の制御の一例を説明するためのフローチャートである。 車両走行時の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 本実施形態の変形例による車両を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態によるＥＣＵ５を備える車両１００について説明する。

車両１００は、図１に示すように、エンジン１と、ＥＰＳ（電動パワーステアリング）用モータ２と、バッテリ３と、オルタネータ４と、ＥＣＵ５とを備えている。この車両１００は、エンジン１からの駆動力により走行するとともに、ステアリングホイール（図示省略）により進行方向を調整可能に構成されている。

エンジン１は、たとえばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、燃料を燃焼して走行用の駆動力を出力するように構成されている。このエンジン１には、オルタネータ４が連結されている。

ＥＰＳ用モータ２は、ステアリングホイールが操舵される際にアシストトルク（操舵補助力）を発生させるために設けられている。このＥＰＳ用モータ２は、バッテリ３およびオルタネータ４から供給される電力により作動するように構成されている。ＥＰＳ用モータ２はたとえばステアリングシャフト（図示省略）に設けられ、そのステアリングシャフトにはトルクセンサおよび操舵角センサ６が設けられている。ＥＰＳ用モータ２から出力されるアシストトルクは、たとえば、トルクセンサおよび車速センサの検出結果に基づいて演算される。なお、ＥＰＳ用モータ２は、本発明の「電動機」の一例である。

バッテリ３は、オルタネータ４で発電された電力を蓄電するとともに、蓄電した電力を車両１００の電動部品に供給するように構成されている。車両１００の電動部品の一例は、ＥＰＳ用モータ２、ＥＣＵ５および操舵角センサ６などである。このバッテリ３は、たとえば、定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池である。このため、バッテリ３は、たとえばＳＯＣ（State of Charge：充電状態）が９０〜１００％となるように運用される。なお、バッテリ３のＳＯＣが１００％である場合におけるバッテリ３のＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧）は、たとえば１３Ｖである。

オルタネータ４は、エンジン１の回転によって発電可能に構成されている。このオルタネータ４では、発電電圧を調整することにより、発電電力量を調整することが可能である。オルタネータ４により発電された電力は、バッテリ３の充電や車両１００の電動部品の駆動に用いられる。

ＥＣＵ５は、車両１００を制御するように構成されている。たとえば、ＥＣＵ５は、バッテリ３のＳＯＣが適切な値になるように、オルタネータ４の発電電圧を制御する。なお、ＥＣＵ５は、本発明の「車両の制御装置」の一例である。

このＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力インターフェースなどを含んでいる。たとえば、ＥＣＵ５には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ、操舵角を検出するための操舵角センサ６、車速を検出するための車速センサ、バッテリ３の充放電電流を検出するための電流センサ、バッテリ３の電圧を検出するための電圧センサ、および、バッテリ３の温度を検出するための温度センサなどが接続されている。なお、バッテリ３のＳＯＣは、たとえば充放電電流の積算値に基づいて算出される。

なお、ＥＰＳ用モータ２、バッテリ３およびオルタネータ４は、それぞれ、一端が電源ラインＰＬ１に接続され、他端が接地されている。このため、ＥＰＳ用モータ２、バッテリ３およびオルタネータ４が並列に接続されている。

このような車両１００では、加速時には、ＥＰＳ用モータ２を含む車両１００の電動部品に対して主にバッテリ３から電力を供給し、オルタネータ４での発電を抑制して燃費の改善を図りながら、減速制動時には、オルタネータ４で発電された回生電力によりバッテリ３を充電するようになっている。すなわち、エンジン駆動時の発電負荷を低減して燃費の改善を図りながら、エンジン被駆動時に回生発電によってバッテリ３を充電するようにしている。

このため、ＥＣＵ５は、車両１００の走行状態などに応じて、オルタネータ４の発電電圧を第１範囲内で調整するように構成されている。なお、第１範囲は、バッテリ３の定格電圧などに基づいて予め設定された範囲（たとえば、１２〜１５Ｖ）である。具体的には、ＥＣＵ５は、加速時に、オルタネータ４の発電電圧を第１範囲内で下げることにより、オルタネータ４の発電電圧をバッテリ３のＯＣＶよりも低くし、バッテリ３からの電力供給を促して発電負荷を低減するとともに、減速制動時に、オルタネータ４の発電電圧を第１範囲内で上げることにより、オルタネータ４の発電電圧をバッテリ３のＯＣＶよりも高くし、オルタネータ４で発電される回生電力によりバッテリ３を充電するようになっている。

ここで、車両１００がワインディングロード（曲がりくねった道路）を走行する場合には、加減速が繰り返し発生することから、オルタネータ４の発電電圧が繰り返し変動することにより、電源ラインＰＬ１の電圧（ＥＰＳ用モータ２に供給される電圧）が繰り返し変動するため、ＥＰＳ用モータ２によるアシストトルクが変化して運転者に違和感を与えるおそれがある。また、バッテリ３の充放電が繰り返されるため、バッテリ３の劣化が促進されるおそれもある。

そこで、本実施形態では、車両１００は、ワインディングロードの走行時に、電源ラインＰＬ１の電圧の変動を抑制するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ５は、ワインディングロードの場合に、オルタネータ４の発電電圧を第２範囲内で調整するように構成されている。なお、第２範囲は、第１範囲内において第１範囲よりも狭い範囲である。この第２範囲は、ワインディングロードであってもＥＰＳ用モータ２によるアシストトルクが適切になるように、予め設定された範囲（たとえば、１３．６〜１４．８Ｖ）である。また、第２範囲の下限値は、バッテリ３のＳＯＣが１００％である場合のＯＣＶよりも高くなるように設定されている。ワインディングロードであるか否かは、ワインディングロード判定フラグ（以下、「ＷＲ判定フラグ」という）に基づいて行われる。

−ＷＲ判定フラグの設定手順−
次に、図２を参照して、ＥＣＵ５によるＷＲ判定フラグの設定手順の一例について説明する。なお、以下のフローは車両走行時に所定の時間間隔毎に繰り返し行われる。また、以下の各ステップはＥＣＵ５により実行される。

まず、図２のステップＳ１において、ＷＲ判定フラグがオンであるか否かが判断される。このＷＲ判定フラグは、たとえば、走行開始時にはオフに設定されており、ＥＣＵ５のＲＡＭに記憶されている。そして、ＷＲ判定フラグがオンではないと判断された場合（ＷＲ判定フラグがオフの場合）には、ステップＳ２に移る。その一方、ＷＲ判定フラグがオンであると判断された場合には、ステップＳ６に移る。

次に、ステップＳ２において、操舵角センサ６の検出結果に基づいて、運転者によりステアリングホイールが操舵されるか否かが判断される。そして、ステアリングホイールが操舵されると判断された場合には、ステップＳ３に移る。その一方、ステアリングホイールが操舵されていないと判断された場合には、ＷＲ判定フラグをオフのまま、リターンに移る。

次に、ステップＳ３において、所定期間が経過するか否かが判断される。この所定期間は、道路にカーブが連続して存在するか否かを判定するために予め設定された期間である。そして、所定期間が経過していないと判断された場合には、ステップＳ４に移る。その一方、所定期間が経過すると判断された場合には、道路にカーブが連続して存在していないため、ＷＲ判定フラグをオフのまま、リターンに移る。

次に、ステップＳ４において、操舵角センサ６の検出結果に基づいて、運転者によりステアリングホイールが再度操舵されるか否かが判断される。そして、ステアリングホイールが再度操舵されると判断された場合には、道路にカーブが連続して存在しているため、ステップＳ５に移る。その一方、ステアリングホイールが再度操舵されていないと判断された場合には、ステップＳ３に戻る。

次に、ステップＳ５では、ＷＲ判定フラグがオフからオンに切り替えられる。その後、リターンに移る。

また、ＷＲ判定フラグがオンの場合（ステップＳ１：Yes）には、ステップＳ６において、前回の操舵から所定期間が経過するか否かが判断される。この所定期間は、ワインディングロードが終了したか否かを判定するために予め設定された期間である。そして、前回の操舵から所定期間が経過すると判断された場合には、ワインディングロードが通過されたため、ステップＳ７に移る。その一方、前回の操舵から所定期間が経過していないと判断された場合には、ワインディングロードが通過される前（ワインディングロード内）であるため、ＷＲ判定フラグをオンのまま、リターンに移る。

次に、ステップＳ７では、ＷＲ判定フラグがオンからオフに切り替えられる。その後、リターンに移る。

すなわち、ＥＣＵ５は、ステアリングホイールが操舵された後に、所定期間が経過する前に再操舵された場合に、ＷＲ判定フラグをオンにし、前回の操舵から所定期間が経過した場合に、ＷＲ判定フラグをオフにするように構成されている。

−車両走行時における発電電圧の制御−
次に、図３を参照して、ＥＣＵ５によるオルタネータ４の発電電圧の制御の一例について説明する。なお、以下のフローと並行して、上記したＷＲ判定フラグの設定手順が行われる。また、以下の各ステップはＥＣＵ５により実行される。

まず、図３のステップＳ１１において、車両１００の走行が開始されるか否かが判断される。たとえば、イグニッションスイッチのオン操作がされた場合に、車両１００の走行が開始されると判断される。そして、車両１００の走行が開始されると判断された場合には、ステップＳ１２に移る。その一方、車両１００の走行が開始されないと判断された場合には、ステップＳ１１が繰り返し行われる。すなわち、車両１００の走行が開始されるまで待機する。

次に、ステップＳ１２において、ＷＲ判定フラグがオンであるか否かが判断される。そして、ＷＲ判定フラグがオンではないと判断された場合（ＷＲ判定フラグがオフの場合）には、ステップＳ１３に移る。その一方、ＷＲ判定フラグがオンであると判断された場合には、ステップＳ１６に移る。

次に、ステップＳ１３において、車両１００が減速するか否かが判断される。車両１００が減速するか否かは、たとえば、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作状態に基づいて判断される。そして、車両１００が減速すると判断された場合には、ステップＳ１４に移る。その一方、車両１００が減速しないと判断された場合（車両１００が加速する場合）には、ステップＳ１５に移る。

ステップＳ１４では、ＷＲ判定フラグがオフであり、減速時であることから、オルタネータ４の発電電圧が第１範囲内で上昇される。これにより、オルタネータ４の発電電圧がバッテリ３のＯＣＶよりも高くなると、オルタネータ４で発電された回生電力により、車両１００の電動部品が駆動されるとともに、バッテリ３が充電される。その後、ステップＳ１９に移る。

ステップＳ１５では、ＷＲ判定フラグがオフであり、加速時であることから、オルタネータ４の発電電圧が第１範囲内で下降される。これにより、オルタネータ４の発電電圧がバッテリ３のＯＣＶよりも低くなると、バッテリ３から供給される電力により、車両１００の電動部品が駆動される。したがって、オルタネータ４での発電負荷の低減を図ることが可能である。その後、ステップＳ１９に移る。

また、ＷＲ判定フラグがオンの場合（ステップＳ１２：Yes）には、ステップＳ１６において、車両１００が減速するか否かが判断される。そして、車両１００が減速すると判断された場合には、ステップＳ１７に移る。その一方、車両１００が減速しないと判断された場合には、ステップＳ１８に移る。

ステップＳ１７では、ＷＲ判定フラグがオンであり、減速時であることから、オルタネータ４の発電電圧が第２範囲内で緩やかに上昇される。この第２範囲の下限値は、バッテリ３のＳＯＣが１００％である場合のＯＣＶよりも高いことから、オルタネータ４の発電電力により、ＥＰＳ用モータ２などの車両１００の電動部品が駆動される。すなわち、バッテリ３が放電されない。その後、ステップＳ１９に移る。

ステップＳ１８では、ＷＲ判定フラグがオンであり、加速時であることから、オルタネータ４の発電電圧が第２範囲内で緩やかに下降される。この第２範囲の下限値は、バッテリ３のＳＯＣが１００％である場合のＯＣＶよりも高いことから、オルタネータ４の発電電力により、ＥＰＳ用モータ２などの車両１００の電動部品が駆動される。すなわち、バッテリ３が放電されない。その後、ステップＳ１９に移る。

そして、ステップＳ１９において、車両１００の走行が終了されるか否かが判断される。たとえば、イグニッションスイッチのオフ操作がされた場合に、車両１００の走行が終了されると判断される。そして、車両１００の走行が終了されないと判断された場合には、ステップＳ１２に戻る。その一方、車両１００の走行が終了されると判断された場合には、エンドに移る。

−車両走行時の動作−
次に、図４を参照して、車両走行時の動作の一例について説明する。なお、図４（ａ）は、ワインディングロードの一例を示し、図４（ｂ）は、そのワインディングロードを走行する場合のタイミングチャートを示した。図４（ａ）のｈ１〜ｈ５は、ステアリングホイールが操舵されて戻されたタイミングを示し、そのタイミングで操舵ありと判定される場合について説明する。

まず、車両１００の走行が開始されると、このときＷＲ判定フラグがオフである。このため、オルタネータ４の発電電圧は、第１範囲（１２〜１５Ｖ）内で調整されており、加速時に下降され、減速時に上昇される。したがって、ワインディングロードではない場合には、エンジン駆動時の発電負荷を低減して燃費の改善を図りながら、エンジン被駆動時に回生発電によってバッテリ３を充電することが可能である。

そして、操舵ｈ１がされた後に、所定期間が経過するまでに再操舵ｈ２がされた時点ｔ１において、ＷＲ判定フラグがオンに切り替えられる。これにより、オルタネータ４の発電電圧は、第２範囲（１３．６〜１４．８Ｖ）内で調整されており、加速時に緩やかに下降され、減速時に緩やかに上昇される。なお、発電電圧を緩やかに変化（下降および上昇）させるとは、ＷＲ判定フラグがオフの場合の発電電圧の変化に比べて緩やかにすることである。したがって、ワインディングロードの場合には、ＥＰＳ用モータ２が接続される電源ラインＰＬ１の電圧が第２範囲内で緩やかに変化するため、ＥＰＳ用モータ２によるアシストトルクが変化するのを抑制することが可能である。なお、第２範囲は、本発明の「所定範囲」の一例である。また、バッテリ３の充放電が繰り返されないので、バッテリ３の劣化を抑制することが可能である。

その後、前回の操舵ｈ５から所定期間が経過した時点ｔ２において、ＷＲ判定フラグがオフに切り替えられる。これにより、オルタネータ４の発電電圧は、第１範囲内で調整されるようになる。

−効果−
本実施形態では、上記のように、操舵角センサ６の検出結果に基づいてワインディングロードであるか否かを判定するとともに、ワインディングロードであると判定された場合に、オルタネータ４の発電電圧を第２範囲内で制御することによって、ＥＰＳ用モータ２に電力を供給する電源ラインＰＬ１の電圧が第２範囲内で制御されることにより、電源ラインＰＬ１の電圧の変動を抑制することができる。したがって、ナビゲーション装置の有無にかかわらず、アシストトルクを適切に出力させることができるので、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。また、ワインディングロードであると判定された場合に、バッテリ３が放電されないことから、バッテリ３が充放電を繰り返さないので、バッテリ３の劣化を抑制することができる。その結果、ワインディングロードではない場合に、オルタネータ４の発電電圧を第１範囲内で制御して燃費の改善を図りながら、ワインディングロードの場合に、オルタネータ４の発電電圧を第２範囲内で制御することにより、ＥＰＳ用モータ２によるアシストトルクを適切にするとともに、バッテリ３の劣化を抑制することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、車両１００にエンジン１が設けられる例を示したが、これに限らず、図５に示す変形例による車両２００のように、エンジンの代わりに走行用モータ２０１が設けられていてもよい。車両２００では、走行用モータ２０１と高圧バッテリ２０２とが電源ラインＰＬ２に接続され、その電源ラインＰＬ２がＤＣＤＣコンバータ２０３を介して電源ラインＰＬ１に接続されている。走行用モータ２０１は、走行用の駆動力を出力可能に構成されている。高圧バッテリ２０２は、バッテリ３よりも高い定格電圧を有し、走行用モータ２０１を駆動する電力を供給するとともに、走行用モータ２０１により発電された電力を蓄電するように構成されている。ＤＣＤＣコンバータ２０３は、電源ラインＰＬ２の電圧を降圧して電源ラインＰＬ１に出力することにより、ＥＰＳ用モータ２を含む車両２００の電動部品を駆動するとともに、バッテリ３を充電するように構成されている。

このような車両２００では、消費電力の低減を図るために、電源ラインＰＬ１の電圧が低くされる傾向があり、ワインディングロードを走行する場合に、ＥＰＳ用モータ２によるアシストトルクが不安定になるおそれがある。そこで、この車両２００では、操舵角センサ６の検出結果に基づいてワインディングロードであるか否かを判定するとともに、ワインディングロードであると判定された場合に、ＤＣＤＣコンバータ２０３により電源ラインＰＬ１の電圧を所定範囲内に制御することにより、電源ラインＰＬ１の電圧の変動を抑制することができる。したがって、ナビゲーション装置の有無にかかわらず、アシストトルクを適切に出力させることができる。なお、所定範囲は、たとえば、ワインディングロードであってもＥＰＳ用モータ２によるアシストトルクが適切になるように予め設定された範囲である。また、エンジンおよび走行用モータを備えるハイブリッド車両にも本発明を適用可能である。

また、本実施形態では、バッテリ３が鉛蓄電池である例を示したが、これに限らず、バッテリがニッケル水素二次電池などであってもよい。また、鉛蓄電池とニッケル水素二次電池とが並列に接続されていてもよい。

また、本実施形態では、ステアリングホイールが操舵されて戻されたときに操舵ありと判定する例を示したが、これに限らず、ステアリングホイールの操舵が開始されたときに操舵ありと判定するようにしてもよい。

本発明は、ステアリングホイールが操舵される際にアシストトルクを発生させる電動機を備える車両を制御する車両の制御装置に利用可能である。

２ ＥＰＳ用モータ（電動機）
５ ＥＣＵ（車両の制御装置）
６ 操舵角センサ
１００、２００ 車両

Claims (1)

1. ステアリングホイールが操舵される際にアシストトルクを発生させる電動機を備える車両に適用される車両の制御装置であって、
   操舵角センサの検出結果に基づいてワインディングロードであるか否かを判定するとともに、ワインディングロードであると判定された場合に、前記電動機が接続される電源ラインの電圧を所定範囲に制御するように構成されていることを特徴とする車両の制御装置。

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