JP6609204B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された気圧センサの故障を判定する車両制御装置に関する。

電動機を搭載した車両では、バッテリの電圧を昇圧し、さらにインバータを介して、その昇圧された電力を電動機に供給している。かかる電動機に供給する電力の電圧は、電動機の線間の絶縁被膜において絶縁破壊が生じない物性値である絶縁破壊電圧を超えない所定の範囲で、負荷に応じて調整される。しかし、大気圧が低下すると、絶縁破壊電圧自体が低くなり、大気圧が低下する前と等しい電圧範囲で調整していると、その電圧が、低くなった絶縁破壊電圧を超え、絶縁破壊が生じるおそれがある。そこで、気圧センサを用い、大気圧が低下すると、それに伴い、絶縁破壊電圧を超えぬよう、電動機に供給する電圧の最大値を下げる（昇圧制限）技術が知られている。

上記のように、気圧センサを通じて大気圧の低下を把握できれば、それに基づく絶縁破壊を回避できる。しかし、気圧センサが故障すると、大気圧が低下しているにも拘わらず、昇圧制限が実行されなくなり、やはり絶縁破壊が生じてしまうおそれがある。そこで、気圧センサと、エンジンの吸入空気量検出手段や吸気圧センサとを比較して気圧センサの故障判定を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００３−０５６３９５号公報 特開２００９−２５４１５０号公報

上述した特許文献１、２の技術では、気圧センサと、他のセンサとを比較し、その変化態様が異なることをもって、気圧センサの故障を判定することができる。しかし、車両が高低差の少ない道路を走行している等、大気圧に変化が生じにくい走行環境下では、気圧センサの出力が変化せず、それが、正常動作によるものか固着故障に起因するものかを区別することができない。したがって、気圧センサの故障を早期に判定することができず、その結果、例えば、電動機の絶縁破壊を招くおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑み、気圧センサの故障を迅速かつ正確に判定することで走行安全性を確保することが可能な車両制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の車両制御装置は、車内空間に設けられ、車内空間の気圧を検出する気圧センサと、車内空間へ外気を導入する外気導入状態と、外気導入を遮断する外気遮断状態とを切り換える外気切換機構と、外気切換機構の状態を外気導入状態と外気遮断状態との間で切り換えさせ、切り換えの前後において気圧センサが検出した気圧の変化に基づき、気圧センサの故障を判定する故障判定部と、を備えることを特徴とする。

故障判定部は、気圧センサが検出した気圧の変化量の絶対値が所定の気圧閾値未満であれば、気圧センサが故障していると判定してもよい。

車速を検出する車速センサをさらに備え、故障判定部は、車速が所定の車速閾値以上、車速の変化量が所定の車速変動範囲内、および、気圧の変化量が所定の気圧変動範囲内の条件を満たした場合に外気切換機構の状態を切り換えさせてもよい。

車両の進行方向に先行車両が存在するか否かを判定する先行車両判定部をさらに備え、故障判定部は、先行車両判定部が、先行車両が所定距離以内に存在すると判定し、かつ、外気切換機構が外気遮断状態であれば、外気導入状態への切り換えを実行させなくてもよい。

車両に搭載された電動機と、バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、気圧に応じて昇圧回路における昇圧電圧を制限する昇圧制限部と、をさらに備えてもよい。

気圧センサの故障を迅速かつ正確に判定することで走行安全性を確保することが可能となる。

車両制御装置の構成を説明する説明図である。 故障判定処理の具体的な処理の流れを示したフローチャートである。 車両制御装置の状態遷移を示したタイミングチャートである。 気圧閾値を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（車両制御装置１００）
図１は、車両制御装置１００の構成を説明する説明図である。車両制御装置１００は、運転者の操作量に応じ、エンジン１１０や電動機１１２を動作させて車両１の駆動力を得る。電動機１１２としては、例えば交流の同期電動機が用いられる。ここでは、１００Ｖ〜４００Ｖの高電圧バッテリ１１４の電力が、昇圧コンバータ（昇圧回路）１１６によって例えば６５０Ｖに昇圧され、さらにインバータ１１８を介して直流／交流変換された後、電動機１１２に供給される。そして、インバータ１１８の出力を調整することで、電動機１１２が回転制御される。エンジン１１０や電動機１１２の駆動力を得て走行する車両１の走行速度（車速）は、車速センサ１２０によって検出される。

また、車両１の前方には撮像部１２２が設けられている。撮像部１２２は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子を含んで構成され、車両１前方の車外環境を撮像し、少なくとも輝度の情報が含まれる輝度画像（カラー画像やモノクロ画像）を生成することができる。また、撮像部１２２は、車両１の進行方向側において２つの撮像部１２２それぞれの光軸が略平行になるように、略水平方向に離隔して配置される。ここでは、２つの撮像部１２２によって異なる視点の輝度画像が生成されるので、前方に存在する立体物との相対距離も把握することができる。

また、車両１には、運転者やその他の乗員を収容する車内空間１２４が設けられ、ドアを閉扉することで、車両１の外部と車内空間１２４とを分離することができる。そして、車内空間１２４の前方には、外気切換機構１２６が設けられる。外気切換機構１２６は、運転者の操作に応じて、車両１の外部における外気を車内空間１２４に導入する外気導入状態と、外気導入を遮断しつつ車内空間１２４の内気を循環させる内気循環状態（外気遮断状態）とを切り換える。

また、車内空間１２４における、例えば、後部座席の後方には、例えば、ダイヤフラムの変形を利用した気圧センサ１２８が設けられ、気圧センサ１２８は、車内空間１２４の気圧を検出する。

制御ユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）１３０は、中央制御部１５０と、データ保持部１５２とを備え、車両制御装置１００全体を制御する。中央制御部１５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、以下に示すインバータ制御部１６０、昇圧制限部１６２、故障判定部１６４、車外環境認識部（先行車両判定部）１６６としても機能する。データ保持部１５２は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、中央制御部１５０の処理に必要な様々な情報を保持する。以下、中央制御部１５０の各機能部について説明する。

インバータ制御部１６０は、インバータ１１８の出力を調整して、電動機１１２を回転制御する。ただし、インバータ制御部１６０で調整できるインバータ１１８の出力範囲は、昇圧コンバータ１１６の昇圧電圧（出力電圧）によって制限される。

昇圧制限部１６２は、昇圧コンバータ１１６の昇圧電圧を設定する。かかる昇圧電圧は、電動機１１２の線間の絶縁被膜において絶縁破壊が生じない物性値である絶縁破壊電圧を超えない範囲に制限される。かかる絶縁破壊電圧は大気圧によって変化する。したがって、昇圧制限部１６２は、気圧センサ１２８が検出した気圧に応じ、その気圧に対応する絶縁破壊電圧を超えない範囲で昇圧電圧を制限する。例えば、大気圧が低下すると、それに伴って絶縁破壊電圧が下がるので、昇圧制限部１６２は、昇圧コンバータ１１６の昇圧電圧を下げることになる。こうして、大気圧の変化に拘わらず、絶縁破壊を回避し、走行安全性を確保することができる。

このように、気圧センサ１２８を通じて大気圧の低下を把握できれば、それに基づく絶縁破壊を回避できる。しかし、気圧センサ１２８が故障すると、大気圧が低下しているにも拘わらず、昇圧電圧が制限されず、やはり絶縁破壊が生じてしまうおそれがある。そこで、複数のセンサを用い、その変化態様が異なることをもって気圧センサ１２８の故障を検出することが考えられる。しかし、車両１が高低差の少ない道路を走行している等、大気圧に変化が生じにくい走行環境下では、気圧センサ１２８の出力が変化せず、例えば、１気圧近傍で固着している場合がある。このとき、気圧センサ１２８の出力が変化しないのが、正常動作によるものか固着故障に起因するものかを区別することができない。そこで、本実施形態では、気圧センサ１２８が晒されている環境自体を意図的に変化させ、時間経過に対する検出値の変化を観察する。

故障判定部１６４は、外気切換機構１２６の状態を外気導入状態と内気循環状態との間で切り換えさせ、切り換えの前後において気圧センサ１２８が検出した気圧の変化に基づき、例えば、気圧センサ１２８が検出した気圧の変化量（前回検出値と今回検出値との差分）の絶対値が所定の気圧閾値未満であれば、気圧センサ１２８が故障していると判定する。かかる故障判定部１６４の動作は、後程、フローチャートとともに詳述する。

このように、故障判定部１６４は、気圧センサ１２８の故障を判定するため、外気切換機構１２６の状態が内気循環状態であれば、強制的に外気導入状態に切り換えさせる。しかし、このような強制的な切り換えを徹底してしまうと、以下の問題が生じる。例えば、先行車両が存在する場合に、外気切換機構１２６の状態を外気導入状態に切り換えると、外気切換機構１２６を通じて車内空間１２４に、先行車両の排気ガスが導入されてしまう。そこで、本実施形態では、先行車両の存在有無に応じて、状態の切り換えを実行するか否か決定する。

ここで、車外環境認識部１６６は、２つの撮像部１２２それぞれから輝度画像を取得し、一方の輝度画像から任意に抽出したブロック（複数の画素の集合体）に対応するブロックを他方の輝度画像から検索する、所謂パターンマッチングを用いて視差（奥行き距離）、および、任意のブロックの画面内の位置を示す画面位置を導出し、各ブロックの３次元位置を導出する。そして、車外環境認識部１６６は、車外環境に存在する立体物、例えば、同方向に走行する先行車両を特定する。こうして、車外環境認識部１６６は、先行車両が存在するか否かを判定することができる。また、車外環境認識部１６６は、このように先行車両を特定すると、先行車両との衝突を回避したり（衝突回避制御）、先行車両との車間距離を安全な距離に保つように車両１を制御する（アダプティブクルーズコントロール）。

そして、故障判定部１６４は、車外環境認識部１６６が、先行車両が所定距離（例えば２０ｍ）以内に存在すると判定すると、外気切換機構１２６が内気循環状態であれば、内気循環状態から外気導入状態への切り換えを実行させない。したがって、先行車両が所定距離以内に存在する場合、気圧センサ１２８の故障判定自体が行われない、もしくは、先行車両が所定距離以内に存在しなくなるまで気圧センサ１２８の故障判定が延期されることになる。ただし、先行車両が所定距離以内に存在する場合であっても、外気導入状態から内気循環状態への切り換えは問題ないので、外気切換機構１２６が外気導入状態であれば、故障判定部１６４は、外気切換機構１２６の状態を外気導入状態から内気循環状態へ切り換えさせて故障判定を行う。

（故障判定処理）
図２は、故障判定処理の具体的な処理の流れを示したフローチャートであり、図３は、車両制御装置１００の状態遷移を示したタイミングチャートであり、図４は、気圧閾値を説明するための説明図である。

まず、故障判定部１６４は、車速センサ１２０が検出した車速が所定の車速閾値以上であり、車速の変化量が所定の車速変動範囲内（変化量の絶対値が車速変動閾値以下）であり、かつ、気圧センサ１２８が検出した気圧の変化量が所定の気圧変動範囲内（変化量の絶対値が気圧変動閾値以下）であるか否かを判定する（Ｓ２００）。なお、車速の変化量および気圧の変化量は、車速および気圧の今回検出値から前回検出値を減算した値である。

ステップＳ２００の結果、車速が所定の車速閾値以上であり、車速の変化量が所定の車速変動範囲内であり、かつ、気圧の変化量が所定の気圧変動範囲内であれば（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、判定カウンタを所定値だけインクリメントする（Ｓ２０２）。かかる判定カウンタは、車速や気圧が安定するまでの時間を計時するためのカウンタである。また、車速が所定の車速閾値未満、車速の変化量が所定の車速変動範囲外、または、気圧が所定の気圧変動範囲外であれば（Ｓ２００におけるＮＯ）、気圧センサ１２８は故障していない（正常）と判定し（Ｓ２０４）、判定カウンタを０にリセットして（Ｓ２０６）、当該故障判定処理を終了する。

ステップＳ２０２で判定カウンタをインクリメントすると、次に、故障判定部１６４は、判定カウンタが所定値以上となったか否か、すなわち、車速や気圧が安定したと判定できる所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２０８）。その結果、判定カウンタが所定値未満であれば（Ｓ２０８におけるＮＯ）、当該故障判定処理を終了し、図３（ａ）のように、所定値以上となっていれば（Ｓ２０８におけるＹＥＳ）、故障判定部１６４は、先行車両が所定距離以内に存在し、かつ、外気切換機構１２６の状態が内気循環状態であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。なお、ここでは、車速や気圧の条件を所定時間満たし続けることをステップＳ２１０に移行する条件としているが、その条件を１回でも満たせばステップＳ２１０に移行するとしてもよい。

ステップＳ２１０の結果、先行車両が所定距離以内に存在し、かつ、外気切換機構１２６の状態が内気循環状態であれば（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、不要に排気ガスを導入させないため、当該故障判定処理を終了する。また、先行車両が所定距離以内には存在しない、または、先行車両が所定距離以内に存在するものの外気切換機構１２６が外気導入状態であれば（Ｓ２１０におけるＮＯ）、故障判定部１６４は、図３（ｂ）のように、外気切換機構の状態を、内気循環状態から外気導入状態へ、または、外気導入状態から内気循環状態へ切り換えさせる（Ｓ２１２）。このとき、外気切換機構１２６の状態切換が気圧センサ１２８に影響を及ぼすまでの時間を考慮して、待機時間を設けてもよい。

そして、故障判定部１６４は、気圧センサ１２８が検出した気圧の変化量の絶対値が所定の気圧閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ２１４）。なお、気圧の変化量は、気圧の今回検出値から前回検出値を減算した値である。

ステップＳ２１４の結果、故障判定部１６４は、気圧の変化量の絶対値が所定の気圧閾値未満であれば（Ｓ２１４におけるＹＥＳ）、気圧センサ１２８は故障していると判定し（Ｓ２１６）、図３（ｃ）のように、気圧の変化量の絶対値が所定の気圧閾値以上であれば（Ｓ２１４におけるＮＯ）、図３（ｄ）のように、気圧センサ１２８は故障していない（正常）と判定する（Ｓ２１８）。続いて、故障判定部１６４は、外気切換機構１２６の状態を故障判定処理前に戻すべく、外気導入状態から内気循環状態へ、または、内気循環状態から外気導入状態へ切り換えさせ（Ｓ２２０）、判定カウンタを０にリセットして（Ｓ２２２）、当該故障判定処理を終了する。

ただし、外気切換機構１２６の状態を切り換えた場合の気圧の変化量は、車速に応じて異なり、通常、車速が高いほど、気圧の変化量の絶対値は大きくなる。したがって、ステップＳ２１４における気圧閾値は、図４に示すように、車速閾値から所定車速まで、車速センサ１２０で検出された車速に比例して変化させ、所定車速以上では気圧閾値を固定するとしてもよい。

上述した故障判定処理により、気圧センサ１２８の検出値の変化量が大きい場合に気圧センサ１２８が正常であると判定できるのに加え、大気圧に変化が生じにくい走行環境下であっても気圧センサ１２８が正常であるか故障しているかを判定できるので、気圧センサ１２８の故障を迅速かつ正確に判定することで走行安全性を確保することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、車両の進行方向に先行車両が存在するか否かを判定する先行車両判定部として車外環境認識部１６６を挙げて説明したが、先行車両の存在さえ把握できれば、レーザー測距装置等、既存の様々な装置を用いることができる。

また、上述した実施形態において車速や気圧の変化量を、前回検出値と今回検出値との差分で表しているが、変化推移の傾き（接線）や微分値等、変化を示す様々な情報を用いることができる。

また、上述した実施形態では、気圧センサ１２８の故障を判定しているが、正常ではないという意味で気圧センサ１２８の「異常」も判定することができる。

また、上述した実施形態では、エンジン１１０および電動機１１２を駆動源とするＨＥＶ（ハイブリッド自動車）を挙げているが、電動機１１２のみを駆動源とするＥＶ（電気自動車）にも適用できることは言うまでもない。

本発明は、車両に搭載された気圧センサの故障を判定する車両制御装置に利用することができる。

１００ 車両制御装置
１１２ 電動機
１１６ 昇圧コンバータ（昇圧回路）
１２０ 車速センサ
１２４ 車内空間
１２６ 外気切換機構
１２８ 気圧センサ
１６２ 昇圧制限部
１６４ 故障判定部
１６６ 車外環境認識部（先行車両判定部）

Claims (5)

1. 車内空間に設けられ、該車内空間の気圧を検出する気圧センサと、
   前記車内空間へ外気を導入する外気導入状態と、外気導入を遮断する外気遮断状態とを切り換える外気切換機構と、
   前記外気切換機構の状態を前記外気導入状態と前記外気遮断状態との間で切り換えさせ、該切り換えの前後において前記気圧センサが検出した気圧の変化に基づき、該気圧センサの故障を判定する故障判定部と、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記故障判定部は、前記気圧センサが検出した気圧の変化量の絶対値が所定の気圧閾値未満であれば、該気圧センサが故障していると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 車速を検出する車速センサをさらに備え、
   前記故障判定部は、前記車速が所定の車速閾値以上、該車速の変化量が所定の車速変動範囲内、および、前記気圧の変化量が所定の気圧変動範囲内の条件を満たした場合に前記外気切換機構の状態を切り換えさせることを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 車両の進行方向に先行車両が存在するか否かを判定する先行車両判定部をさらに備え、
   前記故障判定部は、前記先行車両判定部が、前記先行車両が所定距離以内に存在すると判定し、かつ、前記外気切換機構が前記外気遮断状態であれば、前記外気導入状態への切り換えを実行させないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両制御装置。
5. 車両に搭載された電動機と、
   バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記気圧に応じて前記昇圧回路における昇圧電圧を制限する昇圧制限部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車両制御装置。

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