JP4058538B2

JP4058538B2 - 車両

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Publication number: JP4058538B2
Application number: JP2006108129A
Authority: JP
Inventors: 博史吉倉; 修之一丸; 正明内山; 隆英小林; 寛筑間
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2006204098A

Description

本発明は、消費エネルギーを調整する機能を有する自動車等の車両に関する。

昨今、自動車には、さまざまな電気駆動される装置が設けられている。特に消費電力の大きな電気自動車やハイブリット車両の駆動用のモータ、電動ブレーキ、電磁サスペンション等が新たに加わった車両も開発されている。

しかし、このような消費エネルギーの大きな装置が増加すると、バッテリーへの負担が増加し、エネルギー供給に対応するために、バッテリーや発電機の容量を大きくする必要があり、車両の重量やコストが増大するという問題があった。
本発明は、このような問題を解決した車両に関する。

本発明の請求項１の車両にあっては、電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の車両状態検出するセンサと、該センサからの出力に基づき前記複数の装置を制御する制御装置とからなり、前記電気駆動される複数の装置にはブレーキ及び駆動システムを含み、前記センサにはブレーキセンサ及びスロットルセンサを含み、制御装置は、前記消費エネルギー検出手段の検出が設定値に達していると判断したとき、前記電気駆動される装置の間での重み付けに応じて供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段を有し、該消費エネルギー制御手段は、前記ブレーキセンサ及びスロットルセンサの出力の大きさに応じて、前記ブレーキ及び駆動システムの重み付けを変更することを特徴とする。

本発明の請求項２の車両にあっては、電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の車両状態検出するセンサと、該センサからの出力に基づき前記複数の装置を制御する制御装置とからなり、前記電気駆動される複数の装置には駆動システム及びステアリングを含み、前記センサにはスロットルセンサ及びステアリングセンサを含み、制御装置は、前記消費エネルギー検出手段の検出が設定値に達していると判断したとき、前記電気駆動される装置の間での重み付けに応じて供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段を有し、該消費エネルギー制御手段は、前記スロットルセンサセンサ及びステアリングセンサの出力の大きさに応じて、前記駆動システム及びステアリングの重み付けを変更することを特徴とする。
本発明の請求項３の車両にあっては、電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の車両状態検出するセンサと、該センサからの出力に基づき前記複数の装置を制御する制御装置とからなり、前記電気駆動される複数の装置にはステアリング及びブレーキを含み、前記センサにはステアリングセンサ及びブレーキセンサを含み、制御装置は、前記消費エネルギー検出手段の検出が設定値に達していると判断したとき、前記電気駆動される装置の間での重み付けに応じて供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段を有し、該消費エネルギー制御手段は、前記ステアリングセンサ及びブレーキセンサの出力の大きさに応じて、前記ステアリング及びブレーキの重み付けを変更することを特徴とする。

本発明の車両にあっては、複数の電気駆動装置へのエネルギー供給が、消費エネルギーが過剰となった場合には、ブレーキセンサやスロットルセンサやステアリングセンサからの出力の大きさに基づき重み付けを変更して必要性の高い装置にエネルギーを優先させることができる。

よって、バッテリーや発電機を大型化を抑えることができる。

本発明の第１実施の形態を図１乃至図３に示し説明する。

本発明の車両としての自動車における複数の装置のシステムを図１に示し説明する。

図１においては、１は、車両状態検出手段としての車体に設けられた各種センサで、前後左右各車輪毎の回転速度を検出する車輪速センサ、車両の速度を検出する車速センサ、ステアリングの操作角を検出するステアリング角センサ、アクセルペダルの踏込み量を検出するスロットルセンサ、ブレーキペダルの踏込み状態を検出するブレーキセンサ、車体と車軸の距離を検出する車高センサ、車体の前後・左右・上下の加速度を検出する加速度センサから構成されている。

なお、車両状態検出手段のその他のセンサとして、車両の位置を測定するＧＰＳセンサ、社内の温度を測定するセンサ、前の車との車間距離を測定する車間センサ等も考えられ、本発明の車両状態検出手段は、車体の走行状況、運転車の操作状況、車体の置かれている外的状況等を測定するセンサであれば如何なるセンサであってもよい。

この各種センサ１で検出されたデータは、車内に形成されたネットワーク（ＣＡＮ）のライン２に接続されており、各種検出データは、総合制御装置３や当該データを要求する各種制御装置６に入力される。

なお、このライン２は、便宜上、図中では１本の線で記載されているが、実際にはセンサへの電力を供給するラインや信号を流すライン、アースなど複数のラインから構成される。さらに、各種制御対象７のモータなど多くの電力（消費エネルギー）を必要とするものについては、直接バッテリー４と接続し電力が供給される。

さらに、ライン２には、バッテリー４、発電機５が接続れ、バッテリー４の蓄電状況、発電機５の発電状況の信号データがライン２に出力される。また、バッテリー４からは各種センサ１、総合制御装置３、各種制御装置６や各種制御対象７で使用される電力が供給される。

次に、各種制御装置６と本発明の複数の装置としての各種制御対象７について説明する。

制御対象７としての電磁サスペンションは、例えば、特開２００１−２８０４１７号に示されるもので、大略、車体と車輪との間に設けられるシリンダにコイルと永久磁石とを設けたものである。このコイルへの供給電力に応じて発生させる力を変化させてシリンダを伸縮させることによりアクティブにサスペンションを制御したり、また、コイルに接続する抵抗値を変化させ、シリンダの伸縮に対する抵抗力を変化させることによりセミアクティブにサスペンションを制御したりするものである。

そして、制御装置６としての電磁サスペンション制御装置は、前後上下左右加速度センサ等、各種センサ１からの情報に基き、発生させるべき力に対応する供給電力や必要な抵抗値を計算し、電磁サスペンションを制御するものである。これにより、操縦安定性や乗り心地を得ることができる。

また、電磁サスペンション制御装置は、電磁サスペンションの作動状況（制御状況）や消費電力に関するデータを総合制御手段３に出力する。よって、この電磁サスペンション制御装置の作動状況を検出する機能は、本発明の車両状態検出手段に該当し、消費電力に関するデータを出力する機能は、本件発明の消費エネルギー検出手段に該当する。

次に、制御対象７としての電動ブレーキは、例えば、特開２００１−３４３０３５号に示すようなもので、ディスクブレーキのキャリパにブレーキパッドをディスクに押付けるモータを設け、このモータへの供給電力に応じてブレーキ力を制御するものである。そして、制御装置７としての、電動ブレーキ制御装置では、ブレーキセンサ、車輪速センサ等各種センサ１の出力に応じて、発生させるべきブレーキ力に対応する供給電力を計算し、電動ブレーキに必要な電力を制御するものである。また、この電動ブレーキ制御装置では、アンチロックブレーキコントロール（ＡＢＳ）やトラクションコントロール（ＴＲＣ）、車体の横滑りコントロール（ＶＤＣ）などの制御も行なわれる。

また、電動ブレーキ制御装置は、電動ブレーキの作動状況や消費電力に関するデータを総合制御手段３に出力する。よって、この電動ブレーキ制御装置の作動状況を検出する機能は本発明の車両状態検出手段に該当し、消費電力に関するデータを出力する機能は、本件発明の消費エネルギー検出手段に該当する。

さらに、制御対象７としての電動ステアリングは、例えば、特開２０００−２８０９２５号に示すような、いわゆるステアリングバイワイヤといわれるもので、車両の前輪の操舵機構に操舵を行なうモータを設け、このモータを制御することによりステアリング制御を行なうものである。そして、制御装置７としての電動ステアリング制御装置では、ステアリング角センサの出力に合わせて、前記電動ステアリングに供給する電力を制御する装置である。

また、電動ステアリング制御装置は、電動ステアリングの作動状況や消費電力に関するデータを総合制御手段３に出力する。よって、この電動ステアリング制御装置の作動状況を検出する機能は本発明の車両状態検出手段に該当し、消費電力に関するデータを出力する機能は、本件発明の消費エネルギー検出手段に該当する。

このほかに、各種ライトとライトの点灯や光量、光軸の角度を制御するライトシステム制御装置や、エアコンとこのエアコンの風量、温度等を制御するエアコン制御装置、ラジオ、ＣＤ、カーナビ等のオーディオ機器とこのオーディオ機器を制御するオーディオ機器制御装置及びその他の機器とその他の制御装置のように制御対象７と制御装置６が設けられている。

また、これらの各種制御装置６は、各種制御対象７の作動状況（制御状況）や消費電力に関するデータを総合制御手段３に出力する。よって、各制御装置６の各制御対象７の作動状況を検出する機能は本発明の車両状態検出手段に該当し、消費電力に関するデータを出力する機能は、本件発明の消費エネルギー検出手段に該当する。

なお、上述の消費電力に関するデータとは、実際に供給さている消費電力のデータや、所定時間内の消費電力ピーク値、所定時間の平均消費電力値、また、状況に応じた消費電力の予想値等であってもよい。

次に、総合制御装置３内に設けられ、消費エネルギー制御手段として機能する消費電力制御装置内で行なわれる制御について、図２、３を基に説明する。

消費電力制御装置３には、図２のプログラムが内蔵されている。ステップＳ１で初期化され、ステップＳ２で制御周期になったかを判断する。これにより、以下のステップが制御周期毎に実行される。

ステップＳ３で、各種センサ１及び各種制御対象７の消費電力と作動状況（制御状況）が読み込まれる。

ステップＳ４では、全消費電力が演算され、ステップＳ５で消費電力が設定値に達しているかが判断される。ここで、この全消費電力は瞬時値でもよいが、所定時間の合計値の値、または、平均値、積分値であってもよい。

この設定値は、バッテリーの限界値以下に設定される。

そして、ステップＳ６では、消費電力に問題がないので、全ての各種制御装置６に作動許可指令が出力され、各種制御装置６では、各種制御装置６の制御内容をそのまま実行し、各種制御対象７は作動が継続される。

ステップＳ７では、バッテリーの限界が近いので、図３に示す優先順位判定基準のマップを基に優先順位判定が行なわれる。そして、優先順位の高い順に各制御対象の消費電力データをたし合せ、前記設定値を越えない範囲の各制御対象７である優先制御対象と、越えてしまう非優先制御対象とに区別する。

ステップＳ８では、ステップＳ７で決められた優先制御対象の制御装置６に対し、作動許可指令が出力される。そして、許可された制御装置６では、制御装置６の制御内容をそのまま実行し、制御対象７は作動が継続される。

また、非優先制御対象へは、作動禁止指令が出力され、禁止された制御対象７は、作動を中止する。

なお、作動許可指令が出力されたときのみ制御対象７が作動するようにした場合は、作動禁止指令が出力の必要はない。

次に図３の優先順位判定基準マップについて説明する。

各種制御対象７が横方向に並べられ、その各種制御対象７についての各種制御状況（制御の内容）が上下方向に並べられている。

優先順位は図中上部になるほど高く下ほど低い。また、上下方向で同一の高さのものにあっては、左側程優先順が高く、右側程優先順位が低い（サブ優先順位）。よって、電力が足りない場合には、「光軸調整」「オーディオ機器の通常作動」「エアコンの通常作動」「バックフォグ点灯」の順に作動が停止することとなる。

図３の優先順位としては、危険回避に関する制御の優先順を高くし、快適性に関する制御の優先順位を低くしている。

次に図３中の各種制御状況の内容について説明する。

電動ブレーキでは、止まるための急ブレーキが最優先され、次に危険回避の車体の横滑りコントロール（ＶＤＣ）、アンチロックブレーキコントロール（ＡＢＳ）、減速のための緩ブレーキの順で優先し、加速のためのトラクションコントロール（ＴＲＣ）は、最も低い優先順位となっている。

電動ステアリングは、ステアリング操作に連動した操舵が最優先となり、次に、前輪がすべりステアリングを大きく操作しているにもかかわらず、車体が旋回しないアンダーステアリングの状態などの危険状態時に一旦操舵角を減らし、タイヤのグリップを回復させ、再度操舵角を増やす危険回避作動を優先し、運転者に対し路面からの入力をフィードバックするために、ステアリングを制御するフィードバック制御を最も低い優先順位としている。

電動駆動システムは、前述のブレーキ、ステアリングという操作に対し、優先順位が低く、定速走行、急加速、緩加速の順に優先とする。

電磁サスペンションは、危険回避アシストを最優先し、アクティブ、セミアクティブ制御は、非制御時であってもパッシブのダンパとして作用するので優先性を低くしている。

前述危険回避アシストとは、過剰な速度でカーブを曲る場合などの危険回避時には、ブレーキやステアリングが制御され車体を安定させるよう制御される。しかし、車輪が滑ったり、車体が大きく傾くなどによりトラクションが大きく低下し、ブレーキやステアリングをいくら制御しても効果が得られない場合がある。
このような場合に、電磁サスペンションをトラクションが必要な車輪を路面に押付けるように制御したり、車体の異常な傾きを抑え、トラクションを安定させる制御が、危険回避アシストである。

ライトは、ヘッドライト、スモール、フォグ、バックフォグの順に必要性の高い順に優先順位を高くし、付加機能であるヘッドランプの光軸がトランク内の積載により変化した際に、光軸調整する機能は優先順位を低くした。

エアコンについては、安全上の機能であるフロントガラスの曇りをとるデフロスターのみ優先順位を高くし、通常の作動は優先順位を低くした。

オーディオ機器は、安全性の問題がなく、車本来の機能でないので、全体で最も低い優先順位とした。

なお、上記優先順位は一例であり、自動車の種類などによって順位は変化する。

また、上記実施の形態では、電気ブレーキ、電動ステアリング、電動駆動装置等、全てを電動にしたものを示したが、これに限らず、例えば、電動ブレーキに代え油圧のブレーキとして、この油圧をコントロールするタイプのものであってもよく、電動ステアリングを電動パワーステアリングとしてもよい。さらに、電動駆動装置は、ガソリンエンジンと電動モーターを組み合わせたハイブリットタイプでもよい。また、一部の制御対象のみ電動化し、他のものは機械式の非制御タイプのものであってもよい。

また、上記第１実施の形態では、電力が設定値を越えるか否かで、優先順位に従い制御を行なっている例を示したが、これに限らず、発電機５の発電状態を及びバッティーの蓄電状態をモニタし、発電状態や蓄電状態が高い場合には、設定値を高くするなど、発電状態やバッティーの蓄電状態を加味して電力制御を行なうことにより、より細かな制御を行なうことができる。

また、上記実施の形態では、各制御手段と制御状況とのマトリックスにより優先順位を決めていたが、これに限らず、電動ブレーキ、駆動システム、電磁サスペンションの順に単純に優先順位付けしても良い。

また、上記第１実施の形態では、総合制御装置に消費電力制御装置を設けた例を示したが、これに限らず、例えば、電磁ブレーキ制御装置に消費電力制御装置を設けてもよく、また、他の各制御装置６に設けても良い。

次に、図４及び図５に第２実施の形態を示し説明する。なお、この実施の形態は、第１実施の形態の図２のステップＳ７における優先判定処理の変形例であるので、該当部分のみ説明し、その余の説明は省略する。

第１実施の形態では、全消費電力が設定値を越えた際に、優先順位をつけて、各制御対象装置毎に、作動許可、不許可を制御するものを示したが、第２実施の形態では、各制御対象７の制御状況毎に電力削減量の重み付けを行ない重み付けに応じた電力を削減し、電力供給を行なうものである。

図４は、各制御対象７に対してエネルギーを供給する優先順位を決定する重み付けマップで、各制御対象装置毎の各制御内容毎に削減する電力の重み数値が決められている。重み数値が高い程、電力が削減される割合が高くなり、重み付け０は、電力が削減されないことを意味する。

図５は第２本実施の形態のフローチャートで、図２のフォローチャートのステップＳ７のサブルーチンである。

ステップＳ１０では、現在は発生している各種制御対象７における制御の全消費電力（見込み）から使用可能な電力値（設定値）を引き、削減すべき電力量を求める。

ステップＳ１１では、図４の重み付けマップから各種制御対象７毎の重み付けを求める。

次にステップＳ１２では、Ｓ１０求めた削減すべき電力量をＳ１１で求めた重み付けの比で分け、その値を各制御装置の消費電力（見込み）から減算し、その値を各種制御対象７毎の最大消費電力値と設定し求める。

その後、図２のステップＳ８で、各制御対象装置毎の最大消費電力値を作動許可指令として出力する。

上記第２実施の形態の作用を説明する。

例えば、走行ランプ、エアコン、オーディオ機器が通常作動中に急ブレーキを踏み、電磁サスペンションの危険回避アシストが作動した場合、各重み付けは、ライト１０、エアコン９０、オーディオ機器９０、電動ブレーキ０、電磁サスペンション１０となる。

この時の全消費電力（見込み）１５００Ｗで、使用可能な消費電力（設定値）が１２００Ｗの場合、３００Ｗ削減しなければならない。

ここで、ライトの消費電力（見込み）が１００Ｗの場合、３００Ｗ×１０／（１０＋９０＋９０＋０＋１０）＝１５Ｗ減らし、８５Ｗがライトの消費電力の最大値となる。同様に、他の機器の最大消費電力が求められる。この場合、電動ブレーキは重み付けが０であるので、電動ブレーキの消費電力からの電力削減は無く、最大能力を発生する。

よって、第２実施の形態にあっては、全ての制御対象７が完全に制御を失うことが無くなるものであり、運転者への違和感を低減する。

なお、上記各実施の形態は、本発明の車両状態検出手段として直接センサ１の出力を利用せず、センサ１の出力によって得られる各種制御対象７の制御状況（間接的にセンサ１の出力に応じている）に応じたマップを利用し消費電力を制御する例を示したが、図６に示すように、センサ１（車両状態検出手段）の出力に応じて、各種制御対象７に対してエネルギーを供給する優先順位を決定する重み付けマップを使用しても良い。

図６では、一例として電動ブレーキ、電動ステアリング、電動駆動システムの３つの制御対象７についてブレーキセンサの出力、ステアリング角センサの出力
の時間変化率（ステアリングの操作速度）、スロットルセンサ出力の時間変化率（スロットルの踏みこみ速度）に応じた重み付けを決定し、その他は第２実施の形態と同様に制御される。

上記各実施の形態は自動車について説明したが、自動二輪車や鉄道であってもよい。

また、上記各実施の形態は、１つマップを用いた例を示したが、これに限らず複数のマップを設けて、運転者が選択可能としてもい。また、運転者の運転状況に応じて学習してマップを変更するようにしても良い。特に図６に示したマップの大、中、小の判断閾値は、運転者の個人差があるので個人差を学習して閾値を変更することが望ましい。

また、上記実施の形態は消費エネルギーとして電力（Ｗ）を用いた例を示したが、これに限らず、電力の代わりに電流値（Ａ）を用いてもよい。

本発明の第１実施形態の車両の制御系システムを示す図である。本発明の第１実施形態の車両の制御内容を示すフローチャートである。図２のステップＳ７における優先順位を決めるためのマップである。本発明の第２実施の形態における重み付けを決めるためのマップである。本発明の第２実施形態の車両の制御内容を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態における重み付けを決めるためのマップである。

符号の説明

１センサ（車両状態検出手段）
２ライン
３総合制御装置（消費エネルギー制御手段）
４バッテリー
５発電機
６制御装置（消費エネルギー検出手段、車両状態検出手段）
７制御対象（装置）

Claims

電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の車両状態検出するセンサと、該センサからの出力に基づき前記複数の装置を制御する制御装置とからなり、前記電気駆動される複数の装置にはブレーキ及び駆動システムを含み、前記センサにはブレーキセンサ及びスロットルセンサを含み、制御装置は、前記消費エネルギー検出手段の検出が設定値に達していると判断したとき、前記電気駆動される装置の間での重み付けに応じて供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段を有し、該消費エネルギー制御手段は、前記ブレーキセンサ及びスロットルセンサの出力の大きさに応じて、前記ブレーキ及び駆動システムの重み付けを変更することを特徴とする車両。
電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の車両状態検出するセンサと、該センサからの出力に基づき前記複数の装置を制御する制御装置とからなり、前記電気駆動される複数の装置には駆動システム及びステアリングを含み、前記センサにはスロットルセンサ及びステアリングセンサを含み、制御装置は、前記消費エネルギー検出手段の検出が設定値に達していると判断したとき、前記電気駆動される装置の間での重み付けに応じて供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段を有し、該消費エネルギー制御手段は、前記スロットルセンサセンサ及びステアリングセンサの出力の大きさに応じて、前記駆動システム及びステアリングの重み付けを変更することを特徴とする車両。
電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の車両状態検出するセンサと、該センサからの出力に基づき前記複数の装置を制御する制御装置とからなり、前記電気駆動される複数の装置にはステアリング及びブレーキを含み、前記センサにはステアリングセンサ及びブレーキセンサを含み、制御装置は、前記消費エネルギー検出手段の検出が設定値に達していると判断したとき、前記電気駆動される装置の間での重み付けに応じて供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段を有し、該消費エネルギー制御手段は、前記ステアリングセンサ及びブレーキセンサの出力の大きさに応じて、前記ステアリング及びブレーキの重み付けを変更することを特徴とする車両。