JP6609205B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を搭載した車両に関し、特に、電動機に用いられる昇圧回路の昇圧制限を行う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（例えば、特許文献１、２、３）。

特開２００６−２８８１７０号公報 特開２０１０−２３９７９１号公報 特開２０１１−１３５６４２号公報

上述した技術のように大気圧の低下に応じて昇圧制限を実行することで電動機の絶縁破壊を回避できる。しかし、気圧センサが車内空間等に配置されている状態で、例えばトンネルといった大気圧が変化し易い領域に進入した場合、大気圧の急激な変化に対し、気圧センサの応答が遅れ、昇圧制限が間に合わず、ひいては、電動機の絶縁破壊を招くおそれがある。

そこで、気圧センサの応答遅れを考慮して昇圧制限を実行する気圧の閾値を緩め（小さな変化で応答するようにし）、比較的早めに昇圧制限を実行することが考えられる。しかし、この場合、感度の高まりに伴い不要に昇圧制限がかかってしまい、走行性能に影響を及ぼすこととなる。

本発明は、このような問題に鑑み、適切なタイミングで昇圧制限を実行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、車両に搭載された電動機と、電動機に供給すべくバッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、気圧の変化量が所定の気圧変動範囲外となる気圧変化領域へ車両が進入するか否か判定する移動判定部と、移動判定部が気圧変化領域へ車両が進入すると判定すると、昇圧回路における昇圧電圧を制限する昇圧制限部と、を備える。

移動判定部は、気圧変化領域から車両が退出するか否かも判定し、昇圧制限部は、移動判定部が気圧変化領域から車両が退出すると判定すると、昇圧回路における昇圧電圧の制限を解除してもよい。

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をさらに備え、昇圧制限部は、移動判定部の判定結果に加え、車内空間の気圧に応じて昇圧回路における昇圧電圧を制限してもよい。

気圧変化領域はトンネルであってもよい。

移動判定部は、車両の前方を撮像した画像に基づいて気圧変化領域へ車両が進入することを判定してもよい。

適切なタイミングで昇圧制限を実行可能となる。

車両制御装置の構成を説明する説明図である。 気圧変化領域を説明するための説明図である。 昇圧制限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。

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。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１２６が設けられ、気圧センサ１２６は、車内空間１２４の気圧を検出する。

制御ユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）１２８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、車外環境認識部（移動判定部）１６４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１２６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（以下、単に「昇圧制限」という）。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。

図２は、気圧変化領域を説明するための説明図である。気圧変化領域は、大気圧が変化し易い（気圧の変化量が所定の気圧変動範囲外となる）領域であり、例えば、トンネル１７０、立体駐車場、地下駐車場、カーエレベータ、竜巻等が挙げられる。ここで、図２のように、車両１が（ａ）地点から、気圧変化領域としてのトンネル１７０内の（ｂ）地点に進入すると、車両１の容積分だけトンネル１７０内の空気が圧縮され、車両１前方や上方の大気圧が上昇するとともに、車両１後方や下方の大気圧は低下する。すると、電動機１１２周囲の大気圧が低下することになり、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の昇圧電圧を下げなければならない。

しかし、上述したように、気圧センサ１２６は、例えば、車内空間１２４に配置されるので、車両１外部の気圧の変化に対し車内空間１２４の気圧は遅れて変化することとなる。そうすると、大気圧の急激な変化に対し（ここでは急激な低下）、気圧センサ１２６の応答が遅れ、昇圧制限が間に合わない場合がある。

ここで、気圧センサ１２６の応答遅れを考慮して昇圧制限部１６２が昇圧制限を実行する気圧の閾値を緩め（高め）、比較的早めに昇圧制限を実行することが考えられる。しかし、この場合、感度の高まりに伴い不要に昇圧制限がかかってしまい、走行性能に影響を及ぼすこととなる。そこで、本実施形態では、気圧センサ１２６以外の手段、例えば、車外環境認識部１６４を通じて、気圧変化領域を特定し、適切なタイミングで昇圧制限を実行することを目的としている。

ここで、車外環境認識部１６４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１６４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。また、車外環境認識部１６４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）。

また、車外環境認識部１６４は、車外環境に存在する立体物が気圧変化領域、例えば、トンネル１７０の入口であるか否か判定する。そして、車外環境認識部１６４は、立体物がトンネル１７０の入口であると判定すると、そのトンネル１７０に進入するか否かを判定する。すなわち、車外環境認識部１６４は、進行方向にトンネル１７０の入口があり、車両１とトンネル１７０の入口との相対距離が所定の第１距離閾値以下であるか、または、車速センサ１２０の車速を用い、そのトンネル１７０の入口へ到達する時間が所定の第１時間閾値以内であるか否かを判定する。

その結果、車外環境認識部１６４がトンネル１７０へ車両１が進入すると判定すると、昇圧制限部１６２は、昇圧コンバータ１１６の昇圧電圧を制限する（下げる）。こうして、気圧の変化を迅速に把握し、適切なタイミングで昇圧制限を実行することができる。

また、車外環境認識部１６４は、トンネル１７０内を走行している間に、その出口を認識し、そのトンネル１７０から車両１が退出するか否かを判定する。すなわち、車外環境認識部１６４は、進行方向にトンネル１７０の出口があり、車両１とトンネル１７０の出口との相対距離が所定の第２距離閾値以下であるか、または、車速センサ１２０の車速を用い、そのトンネル１７０の出口へ到達する時間が所定の第２時間閾値以内であるか否かを判定する。ここで、車外環境認識部１６４は、トンネル１７０から車両１が退出するか否かを判定しているが、トンネル１７０から車両１が退出し終わったか（出口を過ぎたか）否かを判定してもよい。

その結果、車外環境認識部１６４がトンネル１７０から車両１が退出すると判定すると、昇圧制限部１６２は、昇圧コンバータ１１６の昇圧電圧の制限を解除する（上げる）。

（昇圧制限処理）
図３は、昇圧制限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４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る。ここでは、図３に示す昇圧制限処理が所定間隔で繰り返し実行される。

まず、昇圧制限部１６２は、気圧センサ１２６が検出した気圧が所定の気圧閾値未満であるか否か判定する（Ｓ２００）。その結果、気圧が気圧閾値未満であれば（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、気圧フラグに１を設定する（Ｓ２０２）。かかる気圧フラグは、気圧センサ１２６が検出した気圧に応じて昇圧制限を実行するか否かを示すフラグであり、１で昇圧制限を実行し、０で昇圧制限の解除を可能とする。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。

また、気圧が気圧閾値以上であれば（Ｓ２００におけるＮＯ）、昇圧制限部１６２は、車外環境認識部１６４がトンネル１７０に車両１が進入すると判定したか否か、例えば、進行方向にトンネル１７０の入口があり、車両１とトンネル１７０の入口との相対距離が所定の第１距離閾値以下であるか否か判定する（Ｓ２０４）。その結果、トンネル１７０に車両１が進入すると判定されれば（Ｓ２０４におけるＹＥＳ）、トンネルフラグに１を設定する（Ｓ２０６）。かかるトンネルフラグは、トンネル１７０との位置関係に応じて昇圧制限を実行するか否かを示すフラグであり、１で昇圧制限を実行し、０で昇圧制限の解除を可能とする。こうして、気圧の変化を迅速に把握し、適切なタイミングで昇圧制限を実行することができる。

また、トンネル１７０に車両１が進入しないと判定されれば（Ｓ２０４におけるＮＯ）、気圧フラグおよびトンネルフラグは更新されない。

続いて、昇圧制限部１６２は、気圧センサ１２６が検出した気圧が所定の気圧閾値以上であるか否か判定する（Ｓ２０８）。その結果、気圧が気圧閾値以上であれば（Ｓ２０８におけるＹＥＳ）、気圧フラグに０を設定する（Ｓ２１０）。ここでは、ステップＳ２００の気圧閾値およびステップＳ２０８の気圧閾値として同一の値を用いているが、ヒステリシス特性を設けてもよい。こうして、大気圧の上昇に応じて昇圧制限を解除し、走行性能を高めることができる。

また、気圧が気圧閾値未満であれば（Ｓ２０８におけるＮＯ）、昇圧制限部１６２は、車外環境認識部１６４がトンネル１７０から車両１が退出すると判定したか否か、例えば、進行方向にトンネル１７０の出口があり、車両１とトンネル１７０の出口との相対距離が所定の第２距離閾値以下であるか否か判定する（Ｓ２１２）。その結果、トンネル１７０から車両１が退出すると判定されれば（Ｓ２１２におけるＹＥＳ）、トンネルフラグに０を設定する（Ｓ２１４）。こうして、気圧の変化を迅速に把握し、適切なタイミングで昇圧制限を解除することができる。

また、トンネル１７０から車両１が退出しないと判定されれば（Ｓ２１２におけるＮＯ）、気圧フラグおよびトンネルフラグは更新されない。

続いて、昇圧制限部１６２は、気圧フラグが１、または、トンネルフラグが１であるか否か判定する（Ｓ２１６）。その結果、気圧フラグが１、または、トンネルフラグが１であれば（Ｓ２１６におけるＹＥＳ）、昇圧制限部１６２は、昇圧制限を実行する（Ｓ２１８）。

また、気圧フラグが１、または、トンネルフラグが１でなければ（Ｓ２１６におけるＮＯ）、すなわち、気圧フラグが０、かつ、トンネルフラグが０であれば、昇圧制限部１６２は、昇圧制限を解除する（Ｓ２２０）。

かかるステップＳ２１６〜Ｓ２２０では、以下の処理が行われている。すなわち、気圧フラグと、トンネルフラグのいずれか一方または双方が１であれば（論理和）、電動機１１２の絶縁破壊を回避すべく昇圧制限を実行すべきである。また、気圧フラグと、トンネルフラグのいずれか一方が０であっても（０となっても）、他方が０でなければ（０となっていなければ）、昇圧制限を実行（継続）する。そして、気圧フラグおよびトンネルフラグがいずれも０となれば、電動機１１２の絶縁破壊の可能性がないとして昇圧制限を解除する。

このような処理を実際の走行に対応させると、図４のようになる。すなわち、実際にトンネル１７０の入口に到達する（ａ）時点より、相対距離が所定の第１距離閾値以下となった（ｂ）時点で、車外環境認識部１６４がトンネル１７０に車両１が進入すると判定し、それに応じて、昇圧制限部１６２は、（ｂ）時点から昇圧制限を実行する。

そして、（ａ）時点でトンネル１７０に車両１が進入したことに伴い、気圧センサ１２６が検出した気圧が（ｃ）時点から徐々に低下し、（ｄ）時点では気圧閾値未満になる。ただし、既に、昇圧制限が実行されているので、改めて昇圧制限が実行されることはない。

続いて、実際にトンネル１７０の出口に到達する（ｅ）時点より、相対距離が所定の第２距離閾値以下となった（ｆ）時点で、車外環境認識部１６４がトンネル１７０から車両１が退出すると判定する。しかし、気圧センサ１２６に基づく昇圧制限が解除されていないので（気圧フラグ＝１）、昇圧制限はそのまま継続される。

そして、（ｅ）時点でトンネル１７０から車両１が退出したことに伴い、気圧センサ１２６が検出した気圧が（ｅ）時点から徐々に上昇し、（ｇ）時点では気圧閾値以上になる。（ｇ）時点では、トンネルフラグおよび気圧フラグのいずれもが０となるため、昇圧制限部１６２は、昇圧制限を解除する。

上述した昇圧制限処理により、気圧センサ１２６による気圧の変化に加え、気圧変化領域を特定することで、適切なタイミングで昇圧制限を実行し、大気圧の変化に拘わらず、絶縁破壊を回避することが可能となる。

また、このように、気圧の変化を迅速に判断できるので、気圧センサ１２６の応答遅れを考慮して昇圧制限を実行する気圧の閾値を緩める（高める）必要がなくなり、不要な昇圧制限を防止し、走行性能を向上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、気圧の変化量が所定の気圧変動範囲外となる気圧変化領域へ車両１が進入するか否か判定する移動判定部として車外環境認識部１６４を挙げて説明したが、気圧変化領域への車両１の進入さえ判定できれば、ＧＰＳ、カーナビゲーションシステム、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、電動機を搭載した車両に関し、特に、電動機に用いられる昇圧回路の昇圧制限を行う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
１１４ 高電圧バッテリ（バッテリ）
１１６ 昇圧コンバータ（昇圧回路）
１２４ 車内空間
１２６ 気圧センサ
１６２ 昇圧制限部
１６４ 車外環境認識部（移動判定部）
１７０ トンネル

Claims (5)

1. 車両に搭載された電動機と、
   前記電動機に供給すべくバッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、
   気圧の変化量が所定の気圧変動範囲外となる気圧変化領域へ前記車両が進入するか否か判定する移動判定部と、
   前記移動判定部が前記気圧変化領域へ前記車両が進入すると判定すると、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、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記移動判定部は、前記気圧変化領域から前記車両が退出するか否かも判定し、
   前記昇圧制限部は、前記移動判定部が前記気圧変化領域から前記車両が退出すると判定すると、前記昇圧回路における昇圧電圧の制限を解除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をさらに備え、
   前記昇圧制限部は、前記移動判定部の判定結果に加え、前記車内空間の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. 前記気圧変化領域はトンネルである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. 前記移動判定部は、前記車両の前方を撮像した画像に基づいて前記気圧変化領域へ該車両が進入することを判定す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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