JP2022121113A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリのＳＯＣの低下によるモータの出力制限によって低排出ゾーン内で渋滞が発生することを抑制する。
【解決手段】車両１の制御装置は、車両の位置を推定する位置推定部２５と、バッテリ７の充電率を算出する充電率算出部２６と、モータ２の出力を制限する出力制限部２７とを備える。出力制限部は、位置推定部によって推定された車両の位置が、内燃機関の停止を要求する低排出ゾーン外である場合には、バッテリの充電率が第１閾値以下であるときにモータの出力を制限し、位置推定部によって推定された車両の位置が低排出ゾーン内である場合には、バッテリの充電率が第２閾値以下であるときにモータの出力を制限する。第２閾値は第１閾値よりも低い。
【選択図】図４

Description

本発明は車両の制御装置に関する。

近年、大気汚染を低減すべく、交通量の多い都市部のような場所において、車両の走行時に内燃機関の停止を要求する低排出ゾーン（ＬＥＺ）が設定されてきている。これに関して、特許文献１には、ハイブリッド車両において、車両の位置が低排出ゾーン（特許文献１では「大気汚染防止強化地域」）内であると判定されると、内燃機関を停止させることが記載されている。

特開平０７－０７５２１０号公報

ところで、モータによる車両の走行中にバッテリの充電率（ＳＯＣ：State of Charge）が低下すると、モータの出力制限が行われる。モータの出力制限が行われると、車両の速度が低下し、渋滞が発生するおそれがある。

斯かる渋滞が低排出ゾーン内で発生すると、車速の変動による電費の悪化によって低排出ゾーン内の他車両の電力消費量が増加する。この結果、低排出ゾーン内を走行中のハイブリッド車両において、バッテリの充電のための内燃機関の駆動が誘発されるおそれがある。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、バッテリのＳＯＣの低下によるモータの出力制限によって低排出ゾーン内で渋滞が発生することを抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、モータ及びバッテリを備える車両を制御する、車両の制御装置であって、前記車両の位置を推定する位置推定部と、前記バッテリの充電率を算出する充電率算出部と、前記モータの出力を制限する出力制限部とを備え、前記出力制限部は、前記位置推定部によって推定された前記車両の位置が、内燃機関の停止を要求する低排出ゾーン外である場合には、前記バッテリの充電率が第１閾値以下であるときに前記モータの出力を制限し、前記位置推定部によって推定された前記車両の位置が前記低排出ゾーン内である場合には、前記バッテリの充電率が第２閾値以下であるときに前記モータの出力を制限し、前記第２閾値は前記第１閾値よりも低い、車両の制御装置が提供される。

本発明によれば、バッテリのＳＯＣの低下によるモータの出力制限によって低排出ゾーン内で渋滞が発生することを抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両の制御装置が適用される車両のパワートレーンの一例を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。 図３は、図２のＥＣＵの機能ブロック図である。 図４は、本発明の実施形態における出力制限処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜車両全体の説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る車両の制御装置が適用される車両１のパワートレーンの一例を示す図である。図１に示されるように、車両１は、モータ２、減速機３、車軸４、車輪５、インバータ６及びバッテリ７を備える。

車両１はいわゆる電気自動車（ＥＶ）であり、モータ２が走行用の動力源として用いられる。モータ２は、例えば交流同期モータであり、電動機及び発電機として機能する。モータ２は減速機３に連結され、モータ２の出力は減速機３に供給される。減速機３に供給されたモータ２の出力は、車軸４を介して車輪５に伝達され、車輪５を駆動する。したがって、モータ２は車両１の走行用の動力を出力することができる。

インバータ６は、モータ２及びバッテリ７に電気的に接続され、モータ２とバッテリ７との間の電力の授受を可能とする。具体的には、インバータ６は、バッテリ７からモータ２に電力を供給するときに直流電力を交流電力に変換し、モータ２からバッテリ７に電力を供給するときに交流電力を直流電力に変換する。また、インバータ６は、モータ２に供給される交流電力の電力量及び周波数を調整することによってモータ２の回転数及び出力トルクを制御する。

バッテリ７は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等から構成される。モータ２が走行用の動力を出力するとき、すなわちモータ２が電動機として機能するときには、バッテリ７に蓄えられた電力がインバータ６を介してモータ２に供給される。

一方、車両１の減速時には、車輪５の回転によってモータ２が回転駆動される。この結果、モータ２は発電機として機能し、いわゆる回生が生じる。モータ２によって発電された回生電力はインバータ６を介してバッテリ７に供給され、回生電力によってバッテリ７が充電される。

また、車両１は充電ポート８及び充電器９を備え、バッテリ７は外部電源３０によって充電可能である。充電ポート８は、外部電源３０に接続された充電用コネクタ３１を介して外部電源３０から電力を受け取るように構成される。充電器９は、外部電源３０から供給された電力をバッテリ７に供給可能な電力に変換する。

＜車両の制御装置＞
図２は、本発明の実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、車両１は電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））２０を備える。ＥＣＵ２０は、通信インターフェース２１、メモリ２２及びプロセッサ２３を有し、車両１の各種制御を実行する。通信インターフェース２１及びメモリ２２は信号線を介してプロセッサ２３に接続されている。ＥＣＵ２０は、車両１に設けられた、車両１の制御装置の一例である。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ２０が設けられているが、機能毎に複数のＥＣＵが設けられていてもよい。

通信インターフェース２１は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ネットワークにＥＣＵ２０を接続するためのインターフェース回路を有する。ＥＣＵ２０は、通信インターフェース２１及び車内ネットワークを介して、車内ネットワークに接続された車載機器と互いに通信する。

メモリ２２は、例えば、揮発性の半導体メモリ（例えばＲＡＭ）及び不揮発性の半導体メモリ（例えばＲＯＭ）を有する。メモリ２２は、プロセッサ２３によって実行されるコンピュータプログラム、プロセッサ２３によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。なお、プロセッサ２３によって実行されるコンピュータプログラムは、コンピュータによって読取り可能な記録媒体に記憶された形で提供されてもよい。コンピュータによって読取り可能な記録媒体は、例えば、磁気記録媒体、光記録媒体、又は半導体メモリである。

プロセッサ２３は、一つ又は複数のＣＰＵ(Central Processing Unit)及びその周辺回路を有し、各種処理を実行する。なお、プロセッサ２３は、論理演算ユニット、数値演算ユニット又はグラフィック処理ユニットのような他の演算回路を更に有していてもよい。

ＥＣＵ２０は、上述したインバータ６に電気的に接続される。ＥＣＵ２０はインバータ６を介してモータ２を制御する。例えば、ＥＣＵ２０は、車両１のアクセル開度に応じた要求トルクがモータ２から出力されるように、インバータ６を介してモータ２を制御する。

また、図２に示されるように、車両１は、バッテリセンサ１１、ＧＮＳＳ受信機１２、地図データベース１３及びナビゲーション装置１４を更に備える。バッテリセンサ１１、ＧＮＳＳ受信機１２、地図データベース１３及びナビゲーション装置１４は、それぞれ、電気的にＥＣＵ２０に接続される。

図１に示されるように、バッテリセンサ１１はバッテリ７に設けられる。バッテリセンサ１１はバッテリ７の状態量を検出する。バッテリセンサ１１は、例えば、バッテリ７の電圧（セル電圧）を検出する電圧センサ、バッテリ７の温度を検出する温度センサ、バッテリ７の入出力電流を検出する電流センサ等を含む。バッテリセンサ１１の出力はＥＣＵ２０に送信される。

ＧＮＳＳ受信機１２は、複数（例えば３つ以上）の測位衛星から得られる測位情報に基づいて、車両１の現在位置（例えば車両１の緯度及び経度）を検出する。具体的には、ＧＮＳＳ受信機１２は、複数の測位衛星を捕捉し、測位衛星から発信された電波を受信する。そして、ＧＮＳＳ受信機１２は、電波の発信時刻と受信時刻との差に基づいて測位衛星までの距離を算出し、測位衛星までの距離及び測位衛星の位置（軌道情報）に基づいて車両１の現在位置を検出する。ＧＮＳＳ受信機１２の出力、すなわちＧＮＳＳ受信機１２によって検出された車両２の現在位置は、ＥＣＵ２０に送信される。

なお、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）は、米国のＧＰＳ、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ、欧州のＧａｌｉｌｅｏ、日本のＱＺＳＳ、中国のＢｅｉＤｏｕ、インドのＩＲＮＳＳ等の衛星測位システムの総称である。したがって、ＧＮＳＳ受信機１２にはＧＰＳ受信機が含まれる。

地図データベース１３は地図情報を記憶している。ＥＣＵ２０は地図データベース１３から地図情報を取得する。地図情報には、車両の走行時に内燃機関の停止を要求する低排出ゾーン（ＬＥＺ）の位置情報が含まれる。低排出ゾーンでは、内燃機関の駆動が禁止又は制限され、原則として、排気ガスを排出することなく走行可能な車両（例えば、ハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車等）のみの通行が許可される。低排出ゾーンにおいて内燃機関が駆動された場合には、車両のドライバに罰金等が課される。なお、低排出ゾーンの境界はジオフェンスとも称される。

ナビゲーション装置１４は、ＧＮＳＳ受信機１２によって検出された車両１の現在位置、地図データベース１３の地図情報、ドライバによる入力等に基づいて、目的地までの車両１の走行ルートを設定する。ナビゲーション装置１４によって設定された走行ルートはＥＣＵ２０に送信される。なお、ＧＮＳＳ受信機１２及び地図データベース１３はナビゲーション装置１４に組み込まれていてもよい。

図３は、図２のＥＣＵ２０の機能ブロック図である。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、位置推定部２５、充電率算出部２６及び出力制御部２７を有する。位置推定部２５、充電率算出部２６及び出力制御部２７は、ＥＣＵ２０のメモリ２２に記憶されたプログラムをＥＣＵ２０のプロセッサ２３が実行することによって実現される機能モジュールである。

位置推定部２５はＧＮＳＳ受信機１２の出力に基づいて車両１の位置を推定する。例えば、位置推定部２５は、ＧＮＳＳ受信機１２の出力及び地図データベース１３の地図情報に基づいて、車両１が低排出ゾーン内に位置しているか否かを判定する。具体的には、位置推定部２５は、ＧＮＳＳ受信機１２によって検出された車両１の位置を地図データベース１３の地図情報と照合することによって、車両１が低排出ゾーン内に位置しているか否かを判定する。なお、車両１の外部と通信可能な通信装置が車両１に設けられ、位置推定部２５は、サーバ、他車両又は路側機との通信によって、車両１が低排出ゾーン内に位置しているか否かを判定してもよい。

充電率算出部２６はバッテリセンサ１１の出力に基づいてバッテリ７の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）を算出する。例えば、バッテリ７の電圧がバッテリ７のＳＯＣ及び温度と相関するため、充電率算出部２６は、バッテリセンサ１１によって検出されたバッテリ７の電圧及び温度に基づいてバッテリ７のＳＯＣを算出する。なお、充電率算出部２６は、バッテリセンサ１１によって検出されたバッテリ７の入出力電流を積算することによってバッテリ７のＳＯＣを算出してもよい。また、充電率算出部２６はカルマンフィルタのような状態推定法を用いてバッテリ７のＳＯＣを算出してもよい。

出力制御部２７は、バッテリ７の劣化を抑制すべく、バッテリ７のＳＯＣが過剰に低下した場合にモータ２の出力を制限する。しかしながら、モータ２の出力制限が行われると、車両１の速度が低下し、渋滞が発生するおそれがある。特に、斯かる渋滞が低排出ゾーン内で発生すると、車速の変動による電費の悪化によって低排出ゾーン内の他車両の電力消費量が増加する。この結果、低排出ゾーン内を走行中のハイブリッド車両において、バッテリの充電のための内燃機関の駆動が誘発されるおそれがある。

そこで、本実施形態では、出力制限部２７は、低排出ゾーン内においてモータ２の出力制限を行う条件を、低排出ゾーン外と比較して緩和する。このことによって、低排出ゾーン内においてモータ２の出力制限が生じる前に充電スタンドでバッテリ５の充電を行うことや、モータ２の出力制限が生じる前に低排出ゾーン外に車両１を退避させることが容易となる。したがって、バッテリ７のＳＯＣの低下によるモータ２の出力制限によって低排出ゾーン内で渋滞が発生することを抑制することができる。

具体的には、出力制限部２７は、位置推定部２５によって推定された車両１の位置が低排出ゾーン外である場合には、バッテリ７のＳＯＣが第１閾値以下であるときにモータ２の出力を制限する。一方、出力制限部２７は、位置推定部２５によって推定された車両１の位置が低排出ゾーン内である場合には、バッテリ７のＳＯＣが第２閾値以下であるときにモータ２の出力を制限する。第１閾値及び第２閾値は予め定められ、第２閾値は、第１閾値よりも低い値に設定される。

＜出力制限処理＞
以下、図４を参照して、上述した制御のフローについて説明する。図４は、本発明の実施形態における出力制限処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ２０によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ１０１において、充電率算出部２６はバッテリセンサ１１の出力に基づいてバッテリ７のＳＯＣを算出する。次いで、ステップＳ１０２において、位置推定部２５は、ＧＮＳＳ受信機１２の出力等に基づいて、車両１が低排出ゾーン内に位置しているか否かを判定する。

ステップＳ１０２において車両１が低排出ゾーン外に位置していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、出力制限部２７は、充電率算出部２６によって算出されたバッテリ７のＳＯＣが第１閾値ＴＨ１以下であるか否かを判定する。第１閾値ＴＨ１は、予め定められ、例えば２０％～４０％に設定される。

ステップＳ１０３においてバッテリ７のＳＯＣが第１閾値ＴＨ１よりも高いと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０３においてバッテリ７のＳＯＣが第１閾値ＴＨ１以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、出力制限部２７はモータ２の出力を制限する。具体的には、出力制限部２７は、インバータ６を介してモータ２に供給される最大電力量を制限することによってモータ２の最大出力を制限する。なお、出力制御部２７は、モータ２の出力を制限するときに、車両１に設けられた警告灯を点灯させてもよい。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１０２において車両１が低排出ゾーン内に位置していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、出力制限部２７は、充電率算出部２６によって算出されたバッテリ７のＳＯＣが第２閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１よりも低い値に設定され、例えば１０％～３０％に設定される。

ステップＳ１０５においてバッテリ７のＳＯＣが第２閾値ＴＨ２よりも高いと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０５においてバッテリ７のＳＯＣが第２閾値ＴＨ２以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、上述したように、出力制限部２７はモータ２の出力を制限する。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、低排出ゾーン外においてバッテリのＳＯＣの低下によるモータの出力制限が行われる限り、上述した車両の制御装置は、走行用の動力源として内燃機関及びモータを備えるハイブリッド車両（例えば、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ）等）に適用されてもよい。

１ 車両
２ モータ
７ バッテリ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２５ 位置推定部
２６ 充電率算出部
２７ 出力制限部

Claims (1)

1. モータ及びバッテリを備える車両を制御する、車両の制御装置であって、
   前記車両の位置を推定する位置推定部と、
   前記バッテリの充電率を算出する充電率算出部と、
   前記モータの出力を制限する出力制限部と
   を備え、
   前記出力制限部は、前記位置推定部によって推定された前記車両の位置が、内燃機関の停止を要求する低排出ゾーン外である場合には、前記バッテリの充電率が第１閾値以下であるときに前記モータの出力を制限し、前記位置推定部によって推定された前記車両の位置が前記低排出ゾーン内である場合には、前記バッテリの充電率が第２閾値以下であるときに前記モータの出力を制限し、
   前記第２閾値は前記第１閾値よりも低い、車両の制御装置。

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