JP6213388B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は車両に関し、より特定的には、グリルシャッタを備えた車両の制御に関する。

車両の駆動装置を冷却するための空気導入路に開閉可能なシャッタ機構（以下、「グリルシャッタ」とも称する。）を備えた車両が知られている。

特開２０１１−０９７６６６号公報（特許文献１）は、高速走行時にグリルシャッタを閉じることによって車両の空気抵抗を低減させる構成を有する車両を開示する。また、特開２０１１−０９７６６６号公報（特許文献１）における車両は、グリルシャッタを開くことにより、空気抵抗を増大させてモータによる回生制動力を調整し、ブレーキフィーリングの悪化を防止する。

特開２０１１−０９７６６６号公報 特開昭６３−１０３７５４号公報 特開２０１３−１３３０１９号公報

電動車両は、減速する際には、油圧ブレーキ（メカニカルブレーキ）と回生発電を伴う回生制動とにより、制動要求を充足するように構成されている。

電動車両のバッテリには、電池保護のため、入力制限（受入（充電）可能電力）が設けられている。過充電防止のために、受入可能電力は、満充電付近になると制限される。

受入可能電力が制限されると、モータによる回生発電電力をバッテリで十分に受け入れることができない状態となる場合があり、その場合、所望の減速度が得られずブレーキフィーリングの悪化を招くおそれがある。このため、受入可能電力が制限される場合には、グリルシャッタを開状態として、空気抵抗を増大させることによって制動力を発生させて、所望の減速度を実現する手法を採用することも考えられる。

しかしながら、このような手法を採用した場合、グリルシャッタの開閉の頻度が増加するので、グリルシャッタの耐久寿命を短くしてしまう可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、グリルシャッタを備えた電動車両において、蓄電装置の受入可能電力が制限される場合に、蓄電装置を過充電から保護しながら所望の減速度を実現するとともに、グリルシャッタの耐久寿命の短縮を抑制することである。

本発明による車両は、回転電機と、回転電機において発電された電力を充電する蓄電装置と、開閉により回転電機を冷却するための空気量を調整可能に構成されたシャッタ装置と、シャッタ装置の開閉を制御する制御部とを備える。制御部は、蓄電装置の受入可能電力が制限されて所定のしきい値を下回る状態で制動要求があった場合に、シャッタ装置を開状態とする。制御部は、シャッタ装置開後制動要求が解除されても、車速が所定値を上回るまでは、シャッタ装置を開状態に維持する。

本発明においては、蓄電装置が満充電状態に近づいて受入可能電力が制限される状態で制動要求があった場合は、グリルシャッタを開状態として車両の空気抵抗を増大させることによって減速度を増加させる。これにより、受入可能電力の制限によって減少する減速度を補うことができるので、蓄電装置の過充電を抑止しつつ所望の減速度を実現できる。そして、グリルシャッタ開放後、制動要求が解除されても、車速が所定値を上回るまで開状態が維持されるので、開閉動作の過度な増加を抑制でき、グリルシャッタの耐久寿命の短縮を抑制することができる。

本実施の形態に従う電動車両の全体ブロック図である。 図１の車両における蓄電装置の受入可能電力Ｗｉｎ，放電可能電力ＷｏｕｔとＳＯＣとの関係を示す図である。 グリルシャッタの開閉動作の制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［車両の基本構成］
図１は、本実施の形態に従う電動車両の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１は、蓄電装置（以下、バッテリとも称する）１５０と、駆動装置２００と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００と、ラジエータ４００と、グリルシャッタ５００とを備える。

バッテリ１５０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ１５０は、ＰＣＵ（Power Control Unit）２５０に対して走行駆動に必要とされる電力を供給可能である。バッテリ１５０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。バッテリ１５０には、検出器１５２が設けられている。検出器１５２は、バッテリ１５０の電圧ＶＢ，電流ＩＢ，温度ＴＢを検出し、その検出値をＥＣＵ３００に出力するように構成されている。

駆動装置２００は、ＰＣＵ２５０と、モータジェネレータ１０，２０と、内燃機関であるエンジン１００と、動力分割機構３０とを含み、エンジンルーム内に設けられる。

ＰＣＵ２５０には、図示しないインバータおよびコンバータが設けられている。ＰＣＵ２５０は、ＥＣＵ３００からの制御信号Ｓ２によりコンバータおよびインバータを制御し、モータジェネレータ１０，２０を駆動する。

モータジェネレータ１０，２０は、ＰＣＵ２５０からの電力の供給を受けて駆動力を発生する。発生された駆動力は、出力軸４０、ギヤ部５０、駆動軸７０を介して駆動輪８０に伝達される。また、モータジェネレータ１０，２０は、走行に伴う減速時に回生発電を行なうこともできる。回生発電された電力はバッテリ１５０に蓄電される。

エンジン１００は、ＥＣＵ３００からの制御信号Ｓ１により駆動が制御される。
動力分割機構３０は、エンジン１００、モータジェネレータ１０，２０の三要素を機械的に連結する動力伝達装置である。動力分割機構３０は、エンジン１００の出力をモータジェネレータ１０，２０に分割するため、上記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間での動力の伝達を可能とする。

車両１には、車速を検出する車速センサ１５４が設けられる。車速センサ１５４は、検出した車速ＶａをＥＣＵ３００に出力する。さらに車両１には、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１５６、およびシフトレバー１５８のシフトレンジを検出するためのシフトレンジ検出部１５９が設けられ、検出されたアクセル開度Ａｄおよびシフトレンジ信号ＳＦＴは、それぞれＥＣＵ３００に出力される。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、検出器１５２から入力した電圧ＶＢ，電流ＩＢ，温度ＴＢに基づいて、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：「State of Charge」とも称する。）、バッテリ１５０の保護のための受入可能電力Ｗｉｎおよび放電可能電力Ｗｏｕｔを演算する。

なお、図１においては、１つのＥＣＵ３００を用いて制御装置を構成しているが、たとえば、ＰＣＵ２５０のコンバータやインバータ用の制御装置やあるいはバッテリ用の制御装置などのように、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

この車両１のエンジンルーム前部には、エンジンルーム内に外気を取り込むための空気導入路が形成されている。エンジンルームの空気導入路には、ラジエータ４００が設けられている。ラジエータ４００は、冷却水のような冷却媒体を用いてエンジン１００などの駆動装置を冷却するための冷却装置である。

空気導入路には、ラジエータ４００よりも車両前方にグリルシャッタ５００が設けられている。グリルシャッタ５００は、シャッタ装置であり、可動フィン（図示せず）の開度を調整することによりエンジンルーム内に導入される外気の量を調整する。また、可動フィンを閉状態にすることによって、走行中の車両の空気抵抗を低減することができる。可動フィンは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＨＴ１に基づいてアクチュエータ装置５０２によって駆動される。可動フィンの角度は、角度センサ５０１によって検出され、角度信号ＳＨＴ２としてＥＣＵ３００に送られる。

車両１は、走行中、油圧ブレーキ（図示せず）による制動力と、モータジェネレータ１０，２０による回生制動力を用いて減速する。上述のように、モータジェネレータは回生制動によって発電を行ない、その発電電力はバッテリ１５０に蓄電される。

ここで、バッテリ１５０には、一般的に過充電，過放電を防止するため、入力電力制限（受入可能電力Ｗｉｎ）および出力電力制限（放電可能電力Ｗｏｕｔ）が設定されている。この受入可能電力Ｗｉｎおよび放電可能電力Ｗｏｕｔは、図２に示されるように、ＳＯＣによってその大きさが設定される。

図２は、受入可能電力Ｗｉｎ，放電可能電力ＷｏｕｔとＳＯＣとの関係を示す図である。図２においては、横軸にＳＯＣが示されており、縦軸には電力が示されている。図２においては、放電電力を正値とし、充電電力を負値として示している。なお、以降の説明における受入可能電力Ｗｉｎの大小関係については、絶対値による比較としていることに注意されたい。

図２を参照して、放電可能電力Ｗｏｕｔは、ＳＯＣが所定値Ｃ１より低くなるとＷｏｕｔ＿ｍａｘから徐々に小さくなるように設定される。また、受入可能電力Ｗｉｎは、ＳＯＣが所定値Ｃ２よりも高くなるとＷｉｎ＿ｍａｘから徐々に小さくなるように設定される。

このように、満充電近づくと（ＳＯＣが大きくなると）受入可能電力Ｗｉｎが制限されるため、このような状態では、モータジェネレータによる回生制動で発生する回生電力が制限され、回生制動による減速度が小さくなる。これにより、運転者のブレーキフィーリングが損なわれる可能性がある。

このような状態を防止すべく、グリルシャッタを開状態として走行中の空気抵抗を増加することによって、所望の減速度を実現する手法を採用することが可能である。

しかしながら、このような手法を採用すると、グリルシャッタの開閉頻度が増加してしまい、グリルシャッタの耐久寿命が短縮される可能性がある。

そこで、本実施の形態の車両１では、受入可能電力が制限されている状態で制動要求があった場合に、グリルシャッタを開状態とすることで、所望の減速度の実現およびバッテリの過充電の防止を行なうとともに、一旦グリルシャッタが開状態となった後は、閉状態に復帰しにくくすることにより、開閉頻度の増加を抑制する制御を実行する。これによって、グリルシャッタの耐久寿命の短縮を抑制することができる。

図３は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行されるグリルシャッタ５００の制御処理を説明するためのフローチャートである。図３に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図３を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１０にて、所定条件１が成立しているか否かを判定する。ここで、所定条件１とは、グリルシャッタ５００を開状態とした減速度の確保を実行するか否かを判定するための条件である。所定条件１は、具体的には、たとえば、バッテリ１５０の受入可能電力Ｗｉｎが所定のしきい値（たとえば、図２のＷｉｎ０）よりも小さいこと（すなわち、バッテリ１５０が満充電となることが予測される状態であること）、車速センサ１５４で検出された車速Ｖａが所定範囲内であること、および、シフトレンジがＢレンジでかつアクセル操作状態がＯＦＦ状態（アクセルペダルが踏まれていない状態）であること、のすべてが満たされているという条件とすることができる。あるいは、ＳＯＣが満充電を示す上限値を超えたかまたは超えることが予測される状態であることを、所定条件１としてもよい。

なお、シフトレンジのＢレンジとは、アクセル操作がオフの場合の減速度が比較的大きく設定された走行レンジである。

また、車速Ｖａが所定範囲内である条件は、より具体的には、車速Ｖａが所定値よりも大きいことを意味する。車速が低い状態では、グリルシャッタ５００を開状態としても、空気抵抗が増加による減速度は生じにくい。そのため、この車速条件は、グリルシャッタを開状態とすることによってある程度の減速度の増加が実現できることを示す条件である。

所定条件１が成立している場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、すなわち受入可能電力Ｗｉｎの制限かつ制動要求ありの場合は、Ｓ３０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、グリルシャッタ５００の開要求フラグをＯＮにし、その後処理をＳ１００に進める。

一方、所定条件１が成立していない場合（Ｓ１０にてＮＯ）は、処理がＳ２０に進められ、ＥＣＵ３００は、次に所定条件２が成立しているか否かを判定する。

ここで、所定条件２とは、一旦開状態とされたグリルシャッタ５００を閉状態に復帰させるための条件である。所定条件２は、たとえば、車速Ｖａが所定値よりも低くなるか、あるいは、バッテリ１５０の受入可能電力Ｗｉｎの制限が解除されたかという条件とすることができる。

車速の条件については、空気抵抗は車速の２乗に比例するため、車速が低い場合には空気抵抗による減速度の増加が小さくなり、また、モータジェネレータによる回生電力自体が小さいためそもそも減速度不足が発生しにくいことから、バッテリ１５０が過充電となる可能性は低いことに基づいている。また、受入可能電力Ｗｉｎについての条件についても、受入可能電力Ｗｉｎの制限がないことから、減速度不足が発生しにくいということに基づいている。

所定条件２が成立している場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ４０に進められ、ＥＣＵ３００は、グリルシャッタ５００を閉状態に復帰させるために開要求フラグをＯＦＦとする。ＥＣＵ３００は、その後、処理をＳ１００に進める。

一方、所定条件２が成立していない場合（Ｓ２０にてＮＯ）は、Ｓ５０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、現在のグリルシャッタ５００の状態を保持する。すなわち、グリルシャッタ５００が開状態であれば開要求フラグをＯＮのままとし、閉状態であれば開要求フラグをＯＦＦのままとする。ＥＣＵ３００は、その後、処理をＳ１００に進める。

ここで、ハイブリッド車両においては、エンジンは必要に応じて間欠的に運転される。エンジン停止中にエンジン温度が低下すると、再始動後に燃費の悪化が生じる可能性がある。そのため、このような燃費悪化を抑制するために、エンジン停止中にエンジンの温度低下を防止（暖機）すべく、グリルシャッタが閉状態とされる場合がある。しかしながら、本実施の形態においては、機器保護を優先し、たとえエンジンの暖機要件から生じるグリルシャッタの閉要求があった場合であっても、減速度の確保およびバッテリの過充電防止を目的とするグリルシャッタの開要求を優先して実行する。

図３を再び参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ１００にて、上記の開要求フラグがＯＮであるか否かを判定し、開要求フラグがＯＮの場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理をＳ１２０に進めて、暖機要件から生じる閉要求の有無にかかわらず、グリルシャッタ５００を開状態とする。

一方、開要求フラグがＯＦＦの場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に進められて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の暖機要求に基づく閉要求の有無を判定する。言い換えれば、暖機要件による開要求フラグがＯＮであるか否かを判定する。

暖機要件による開要求フラグがＯＮである場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１２０に進められて、ＥＣＵ３００は、グリルシャッタ５００を開状態とする。一方、暖機要件による開要求がＯＦＦである場合、すなわち閉要求がされている場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理がＳ１３０に進められて、ＥＣＵ３００は、グリルシャッタ５００を閉状態とする。このように、本実施の形態においては、グリルシャッタ５００は、暖機要件による閉要求があったとしても、減速度要件による開要求を優先する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、グリルシャッタを備える電動車両において、バッテリの受入可能電力が制限されることによって回生制動による減速度の確保が困難である場合、すなわち、制動要求によりバッテリの過充電の発生が予想される場合には、グリルシャッタを開状態とすることによって走行中の空気抵抗を増加させて減速度を確保する。これによって、バッテリの過充電を抑制しつつブレーキフィーリングの悪化を抑制することができる。

また、減速度確保のためにグリルシャッタを一旦開状態とした後は、制動要求がなくなった場合でも、たとえば車速が所定以上となるまでは、グリルシャッタの開状態が維持される。このように、グリルシャッタの閉動作にヒステリシスを設けることによって、グリルシャッタの開閉動作が頻繁に行われることが抑制できるので、グリルシャッタの耐久寿命の短縮を防止できる。

さらに、エンジンの暖機を目的としたグリルシャッタの閉動作よりも、減速度確保を目的としたグリルシャッタの開動作を優先することで、より適切なバッテリ保護を行なうことが可能となる。

なお、本実施の形態においては、電動車両としてエンジンとモータジェネレータとを備えるハイブリッド車両を例として説明したが、バッテリとモータとを備えた他の形態の電動車両（たとえば、電気自動車、燃料電池車など）にも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

１ 車両、１０，２０ モータジェネレータ、３０ 動力分割機構、４０ 出力軸、５０ ギヤ部、７０ 駆動軸、８０ 車輪、１００ エンジン、１５０ バッテリ、１５６ アクセル開度センサ、１５８ シフトレバー、１５９ シフトレンジ検出部、２００ 駆動装置、４００ ラジエータ、５００ グリルシャッタ、５０１ 角度センサ、５０２ アクチュエータ。

Claims (1)

1. 回転電機と、
   前記回転電機において発電された電力を充電する蓄電装置と、
   開閉により前記回転電機を冷却するための空気量を調整可能に構成されたシャッタ装置と、
   前記シャッタ装置の開閉を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記蓄電装置の受入可能電力が制限され所定のしきい値を下回る状態で制動要求があった場合には、前記シャッタ装置を開状態とするとともに、前記シャッタ装置開放後、前記制動要求が解除されても、車速が所定値を超えるまでは、前記シャッタ装置を開状態に維持する、車両。

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