JP2022002922A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動運転中にエンジンの停止機会を確保できる車両制御装置を提供する。【解決手段】制御装置２は、車両１の走行に必要なパワー、バッテリ５の充放電に必要なパワー、及び自動運転制御装置６で消費されるパワーに基づきエンジンに要求されるパワーの要求量（エンジン要求パワー、エンジン指令パワー）を算出する要求量算出部２１と、車両１が減速中である場合、その他の場合に比して要求量の変動を緩やかにする補正を行う要求量補正部２３と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、車両制御装置に関する。

特許文献１には、ユーザにより設定された目標車速で走行するオートクルーズの制御のための電力をエンジンの発電により確保するため、オートクルーズ中はアイドルストップを禁止するハイブリッド車両が開示されている。

特開２００５−１３３６８２号公報

特許文献１の手法では、オートクルーズ中にアイドルストップを禁止してしまうため、エンジンの停止機会が少なくなり、（人がＮＶ（騒音、振動）を比較的感じやすい停車のシーンでエンジン運転することによる）ＮＶ性能の悪化が生じるおそれがある。

本開示は、自動運転中にエンジンの停止機会を確保できる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の一観点に係る車両制御装置は、エンジン、モータジェネレータ、バッテリ、及び、運転操作を自動制御して車両を走行させる自動運転制御装置を備える車両の制御装置であって、前記車両の走行に必要なパワー、前記バッテリの充放電に必要なパワー、及び前記自動運転制御装置で消費されるパワーに基づき前記エンジンに要求されるパワーの要求量を算出する要求量算出部と、前記車両が減速中である場合、その他の場合に比して前記要求量の変動を緩やかにする補正を行う要求量補正部と、を備える。

本開示によれば、自動運転中にエンジンの停止機会を確保できる車両制御装置を提供することができる。

実施形態に係る車両のうちエンジン駆動力制御に係る部分のブロック図 本実施形態における緩変化補正におる効果を説明するためのタイムチャート エンジン指令パワーの緩変化補正の一例のフローチャート エンジン指令パワーの緩変化補正の他の例のフローチャート

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る車両１のうちエンジン駆動力制御に係る部分のブロック図である。図１に示すように、車両１は、制御装置２（車両制御装置）と、エンジン３と、モータジェネレータ４と、バッテリ５と、自動運転制御装置６と、を備える。

エンジン３及びモータジェネレータ４は、車両１の動力源である。本実施形態の車両１は、動力源としてエンジン３とモータジェネレータ４とを備えるハイブリッド車両である。モータジェネレータ４は発電機能も有する。バッテリ５と電気的に接続され、バッテリ５との間で電力の入出力を行う。モータジェネレータ４で発生させた電力をバッテリ５に蓄電でき、また、バッテリ５から供給される電力でモータジェネレータ４を駆動できる。

本実施形態で制御対象とする車両１は、車両１の運転操作を自動制御して走行させる自動運転が可能である。本実施形態において定義している自動運転とは、走行環境の認識や周辺状況の監視、ならびに、発進・加速、操舵、および、制動・停止などの全ての運転操作を、全て車両１の制御システムが行う自動運転を含み、また、上記の運転操作の一部を車両１の制御システムが行うものも含む。また、本実施形態で制御対象とする車両１は、車内に搭乗者（運転者、同乗者、および、乗客など）が存在しない状況であっても自動運転によって走行することが可能である。すなわち、車両１は、車内に搭乗者が存在する状態で自動運転によって走行する有人自動運転と、車内に搭乗者が存在しない状態で自動運転によって走行する無人自動運転とが可能である。なお、車両１は、例えば米国のＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）の自動化レベルにおける「レベル４」で定義されているように、自動運転で走行する自動運転モードと、車両１の運転操作を運転者が行う手動運転モードとを選択できる構成であってもよい。

自動運転制御装置６は、上記の自動運転を実現するために車両１に設けられる各種センサ、アクチュエータ、補助機器を含む総称である。

「センサ」とは、車両１の外部における走行環境や周辺状況を検出する外部センサ（例えば、車載カメラ、ＲＡＤＡＲ（Radio Detection and Ranging］、ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）、超音波センサ）、複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部、車両１の走行状態および各部の作動状態や挙動等を検出する内部センサ（例えば、車速センサ、エンジン回転数センサ、モータ回転数センサ（もしくはレゾルバ）、スロットル開度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ（もしくはブレーキスイッチ）、舵角センサ、前後加速度センサ、横加速度センサ、ヨーレートセンサ、バッテリセンサ、着座センサ、シートベルト着装センサ、生体センサ、動体検知センサなど）を含む。

「アクチュエータ」とは、車両１を自動運転で走行させる際に、車両１の発進・加速、操舵、および、制動・停止などの運転操作に関与し、エンジン３やモータジェネレータ４、制動装置、および、操舵装置などを制御するための作動装置を含む。主なアクチュエータとしては、例えば、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、および、操舵アクチュエータなどが設けられている。前述したように、車両１は、動力源としてエンジン３及びモータジェネレータ４を備えている。したがって、このアクチュエータには、エンジン３及びモータジェネレータ４を制御するためのアクチュエータや操作機器等が含まれる。補助機器は、ワイパー、前照灯、方向指示器、エアコンディショナ、オーディオ装置など、車両１の運転操作に直接には関与しない機器・装置も含む。

制御装置２は、車両１内の各種センサ等からの入力情報に基づき車両１の駆動源等の各種要素の動作を制御する。制御装置２は、特にエンジン３の駆動力制御に関する機能として、要求量算出部２１と、減速判定部２２と、要求量補正部２３とを有する。

エンジン駆動力制御に関して、制御装置２への入力情報は、例えば、周辺情報、ＳＯＣ（バッテリ状態）、車速、バッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ、自動運転消費電力を含む。「周辺情報」とは、例えば車両１の周囲の歩行者の数や位置、走行時間帯などの情報を含む。「自動運転消費電力」とは、自動運転制御装置で消費される電力量である。周辺情報や自動運転消費電力の情報は、自動運転制御装置６、または自動運転制御装置６の動作を管理するＥＣＵなどから取得できる。バッテリ５のＳＯＣや入出力制限の情報は例えばバッテリ５の動作を管理するバッテリＥＣＵなどから取得できる。車速の情報は例えば車両１に搭載された車速センサから取得できる。

要求量算出部２１は、車両１の走行状態などの各種条件に基づきエンジン３に要求されるパワーの要求量（エンジン要求パワー）を算出する。要求量算出部２１は、例えば、車両１の走行に必要なパワー（走行パワー）と、バッテリ５の充放電に必要なパワー（バッテリ要求パワー）と、自動運転制御装置６で消費されるパワー（自動運転消費パワー）との総和を、エンジン要求パワーとして算出できる。すなわちエンジン要求パワーは下記の（１）式で算出できる。

エンジン要求パワー ＝ 走行パワー ＋ バッテリ要求パワー
＋ 自動運転消費パワー ・・・（１）

なお、自動運転消費パワーとは、例えば車両１の各種センサ類により取得された自動運転に係る車両１の情報から推測される自動運転制御装置６の要求電力である。この要求電力は、車両１の走行中に車内で推測される構成でもよいし、あらかじめ取得状況と要求電力とを関係づけておき、車内では取得情報から補正値を設定する構成でもよい。また、自動運転消費パワーは、図１に示すように、制御装置２に入力される自動運転消費電力の情報を用いてもよい。

自動運転制御装置６の消費電力は大きいため、車両１の全体での電力管理が必要である。バッテリ５のＳＯＣの枯渇を防止するため、自動運転制御装置６の消費電力は主にエンジン３で発電される。このため本実施形態のような自動運転制御装置６を備える車両１では、エンジン要求パワーに自動運転消費パワーを含める必要がある。なお、以降の説明では、「エンジン要求パワー」を「エンジン指令パワー」とも表記する場合がある。

減速判定部２２は、車両１が減速走行中であるか否かを判定する。減速判定部２２は、例えば車速センサから取得した車速の情報に基づいて減速中であるか判定する。

要求量補正部２３は、減速判定部２２により車両１が減速中と判定された場合に、その他の場合に比してエンジン要求パワーの変動を緩やかにする補正（緩変化補正）を行う。なお、減速判定部２２と別要素とせずに、要求量補正部２３が、車両１が減速走行中であるか否かを判定する構成でもよい。

また、制御装置２は、自動運転制御装置６へ給電する電力を、エンジン３による発電と、バッテリ５からの給電と、のいずれかで行うように制御することができる。

制御装置２の各機能は、ハイブリッド車両１に搭載され車両の各部の駆動を制御する単数または複数のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）により実現することができる。ＥＣＵは、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びインタフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上記の制御装置２の各機能は、ＥＣＵにおいて、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで車両１内の各種装置を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

図２は、本実施形態における緩変化補正におる効果を説明するためのタイムチャートである。図２（Ａ）は、上記の緩変化補正を行わない従来の駆動力制御のタイムチャートであり、図２（Ｂ）は、上記の緩変化補正を行う本実施形態の駆動力制御のタイムチャートである。（Ａ）、（Ｂ）共に、車速、エンジン指令パワー（上記の「エンジン要求パワー」）、バッテリ充電量（ＳＯＣ）、エンジン運転状態の時間推移が示されている。また、（Ａ）、（Ｂ）共に、車両１は自動運転中であり、車速の時間推移は、時刻ｔ０からｔ１の区間で単調減少しながら減速し、時刻ｔ１にて車速が０となって停車状態となる。

図２の（Ａ）に示す従来手法の場合、エンジン指令パワーは車速と連動して単調減少し、時刻ｔ１にて０となる。これによりエンジン運転状態は、時刻ｔ１において運転から停止に遷移する。

この場合、時刻ｔ１以降の区間ではエンジン３がパワーを出力しないため、自動運転制御装置６へ供給する電力は、バッテリ５に蓄電されている電力で賄われる。このためバッテリ充電量は徐々に減少し、時刻ｔ２において下限値に到達する。バッテリ充電量を確保するため、エンジンパワーによりバッテリ５を充電すべく、時刻ｔ２以降エンジン指令パワーが増加し始め、再びエンジン３が運転状態に遷移する。時刻ｔ２以降では、エンジンパワーで自動運転制御装置６へ電力を供給すると共に、バッテリ５の充電も行う。このように、時刻ｔ２以降では、車速は引き続き０であり停車状態であるものの、自動運転制御装置６へ供給電力をエンジン３の発電で賄うべく、エンジン３は作動してエンジンパワーを出力する必要があるため、エンジン３の停止機会が失われる。このようなケースが増えると、（人がＮＶ（騒音、振動）を比較的感じやすい停車のシーンでエンジン運転することによる）ＮＶ性能の悪化が生じるおそれがある。

これに対して図２の（Ｂ）に示す本実施形態の場合、停車が見込まれる車両減速中にはエンジン指令パワーが緩変化補正される。図２（Ｂ）のエンジン指令パワーのグラフでは、要求量算出部２１により算出されるエンジン指令パワーの時間推移が点線で示され、要求量補正部２３による補正後のエンジン指令パワーが実線で示される。点線の時間推移は、（Ａ）の従来手法のものと同様である。

図２（Ｂ）に示すように、緩変化補正後の波形は、点線の補正前の単調減少の波形と比べて時刻ｔ０近傍の減少変化初期の減少の度合いが少なく、点線の補正前の波形に対して所定の時定数で時間遅れを生じた波形となる。この結果、補正後のエンジン指令パワーが０になる時刻ｔ３は、従来の時刻ｔ１より遅くなり（ｔ３＞ｔ１）、エンジン運転状態が運転から停止に切り替わるタイミングもｔ１からｔ３へ変化する。これにより、時刻ｔ１〜ｔ３の区間ではバッテリ５の充電が進み、充分な充電量が確保された後に、エンジン３が停止されるので、時刻ｔ３以降のエンジン停止後でもバッテリ５による自動運転制御装置６への電力供給が可能となる。これにより、自動運転中にエンジン３の停止機会を確保でき、ＮＶ性能の悪化も抑制できる。

図３は、エンジン指令パワーの緩変化補正の一例のフローチャートである。ステップＳ１１では、要求量算出部２１により、例えば上記（１）式を用いてエンジン指令パワー（エンジン要求パワー）が算出される。

ステップＳ１２では、減速判定部２２により、図２（Ｂ）に示した「（１）車両減速中」か否かが判定される。具体的には、現在の車速が前回の車速より小さいか否かを判定する。

ステップＳ１２にて現在の車速が前回の車速より小さく、車両減速中と判定された場合（Ｓ１２のＹｅｓ）、ステップＳ１３に進み、要求量補正部２３により、ステップＳ１１で算出されたエンジン指令パワーに、図２（Ｂ）で示した「（２）緩変化補正」が行われる。具体的には、バッテリ５のＳＯＣに応じた時定数を用いて、エンジン指令パワーになまし処理が施される。そして、この補正後のエンジン指令パワーに基づき、エンジン３の駆動力制御が行われる。

一方、ステップＳ１２にて現在の車速が前回の車速以上であり、車両減速中ではないと判定された場合（Ｓ１２のＮＯ）、緩変化補正を実施せずに処理を終了する。すなわちステップＳ１１で算出されたエンジン指令パワーに基づき、エンジン３の駆動力制御が行われる。

図４は、エンジン指令パワーの緩変化補正の他の例のフローチャートである。ステップＳ２１では、ステップＳ１１と同様にエンジン指令パワーが算出される。

ステップＳ２２では、「（１）車両減速中」か否かの判定基準として、車両１のブレーキがＯＮ状態か否かが判定される。ブレーキＯＮの場合（Ｓ２２のＹｅｓ）、車両１にはブレーキが作用して減速している状態と判断できるので、ステップＳ２３に進む。一方、ブレーキＯＦＦの場合（Ｓ２２のＮＯ）車両１にはブレーキが作用しておらず減速していないと判断して、緩変化補正を行わずに処理を終了する。

ステップＳ２３では、「（２）緩変化補正」として、バッテリ５のＳＯＣに応じたレート値（変化率）で変化制限処理が行われる。例えば、ステップＳ２１で算出されたエンジン指令パワーが所定のレート値を超える変化率で減少する場合には、変化率を所定のレート値に変更して、エンジン指令パワーの減少度合いを少なくするよう補正する。

このように、本実施形態に係る制御装置２は、車両１の走行に必要なパワー、バッテリ５の充放電に必要なパワー、及び自動運転制御装置６で消費されるパワーに基づきエンジンに要求されるパワーの要求量（エンジン要求パワー、エンジン指令パワー）を算出する要求量算出部２１と、車両１が減速中である場合、その他の場合に比して要求量の変動を緩やかにする補正を行う要求量補正部２３と、を備える。この構成により、図２（Ｂ）に示したように、車両停車時のエンジン３の停止タイミングを遅らせることができ、停止までの減速走行中にエンジン３が発電できる量を増加できる。これにより、停車中のバッテリ５のＳＯＣを充分に確保することができることから、バッテリ５から自動運転制御装置６への給電機会を増やすことができる。よって、停車中のエンジン３から自動運転制御装置６への給電機会を減らすことができるので、エンジン３の停止機会を確保することができ、この結果、ＮＶ性能の悪化も抑制できる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１ 車両
２ 制御装置（車両制御装置）
２１ 要求量算出部
２２ 減速判定部
２３ 要求量補正部
３ エンジン
４ モータジェネレータ
５ バッテリ
６ 自動運転制御装置

Claims (1)

1. エンジン、モータジェネレータ、バッテリ、及び、運転操作を自動制御して車両を走行させる自動運転制御装置を備える車両の制御装置であって、
   前記車両の走行に必要なパワー、前記バッテリの充放電に必要なパワー、及び前記自動運転制御装置で消費されるパワーに基づき前記エンジンに要求されるパワーの要求量を算出する要求量算出部と、
   前記車両が減速中である場合、その他の場合に比して前記要求量の変動を緩やかにする補正を行う要求量補正部と、
   を備える車両制御装置。

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