JP7126416B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の制御装置に関する。
EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)などの電動車両は、走行モータに電力を供給する高電圧バッテリと、複数のECU(Electronic Control Unit)に電力を供給する低電圧バッテリとを備える。このような電動車両では、一般に、高電圧バッテリに電力が残っていても、低電圧バッテリの電力が消失した場合に、複数のECUが停止して走行が不能となる。
特許文献1には、主電源装置から制御装置への電流供給に異常が生じた場合でも、リレーを切り替えることで、補助バッテリから制御装置へ電流を供給できる電源制御システムが開示されている。
特開2006-273046号公報
本発明者らは、低電圧バッテリの電力が消失した場合に、高電圧バッテリの電力を用いて複数のECUを動作させることで、電動車両が走行不能になることを回避する技術について検討した。検討では、次のような状況が想定された。第1に、高電圧バッテリの電力を用いて複数のECUを動作させたとしても、高電圧バッテリは走行に伴い大電力を出力するため、高電圧バッテリから複数のECUへ、長い時間、電力供給を維持できるとは限らない。第2に、低電圧バッテリの電力の消失は非常事態であり、低電圧バッテリのメンテナンス又は交換を要する可能性がある。これらのことから、各ECUの電源が高電圧バッテリへ切り替えられたとしても、各ECUが通常時と変わらぬ動作を行っていたのでは、例えば全バッテリの電力消失により、電動車両の完全な停止状態に陥ってしまうという問題が生じる。また、低電圧バッテリに対する必要な処置が遅れるという問題が生じる。そこで、各ECUは、電源が高電圧バッテリへ切り替えられた場合に、この切替えを非常事態として判別し、非常事態に対処する動作を行うことが好ましいと考えられた。
しかしながら、低電圧バッテリに電力消失等の異常が生じるような状況では、電動車両に備わる複数のECUへの電力供給が不十分になる。そして、電力低下により各ECUの信頼性が低下するため、各ECUが高い信頼性を持って電源の切り替えを判別することは容易でない。
本発明は、車両制御ユニットの電源が切り替わった場合に、信頼性高く、車両制御ユニットが電源の切り替わりを判別し、その状況に適した状態へ移行できる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、
車両の走行用の電力を供給する第1バッテリと、前記第1バッテリの電圧よりも低い電圧を出力する第2バッテリとを備える車両に搭載される車両の制御装置であって、
前記第1バッテリの充放電を管理するバッテリ制御ユニットと、
前記車両を電気的に制御する車両制御ユニットと、
を備え、
前記バッテリ制御ユニットは、前記第2バッテリから得られる通常電源電圧と前記第1バッテリから得られる非常電源電圧とを受け入れ可能な電源入力ポートと、前記車両制御ユニットへ前記非常電源電圧を出力可能な電源出力ポートと、を有し、
前記車両制御ユニットは、前記通常電源電圧を受ける通常電源入力ポートと、前記バッテリ制御ユニットから前記非常電源電圧を受ける非常電源入力ポートと、を有し、
前記第2バッテリの電力供給が正常なとき、前記バッテリ制御ユニットは前記電源出力ポートから前記非常電源電圧を出力せず、前記車両制御ユニットは前記通常電源入力ポートの前記通常電源電圧によって動作し、
前記第2バッテリの電力供給が低減したとき、前記バッテリ制御ユニットは前記電源出力ポートから前記非常電源電圧を出力し、前記車両制御ユニットは前記非常電源入力ポートの前記非常電源電圧によって動作することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電動車両の制御装置において、
前記車両制御ユニットは、前記非常電源入力ポートへの前記非常電源電圧の供給の有無を判別する判別部を有し、前記判別部の判別結果に基づいて動作モードを切り替えることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の車両の制御装置において、
前記車両制御ユニットは、前記非常電源入力ポートへの前記非常電源電圧の供給の有無を判別する判別部を有し、リセット時に前記判別部が前記非常電源電圧の供給有りと判別した場合に、供給無しと判別した場合と異なる動作モードで起動することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
出力容量が切替え可能であり、前記第1バッテリの電力から前記非常電源電圧を生成するコンバータを備え、
前記バッテリ制御ユニットは、前記電源出力ポートから前記非常電源電圧を出力する際に、前記コンバータの出力容量を、前記非常電源電圧を出力する前よりも大きい容量に切り替えることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記車両制御ユニットの制御対象とは別の制御対象を電気的に制御しかつ前記バッテリ制御ユニットから前記非常電源電圧が供給されない別種制御ユニットを更に備え、
前記車両制御ユニットは、前記通常電源電圧を受けて動作するとき、前記別種制御ユニットを含めてバスを介して通信を行う第1通信処理を実行する一方、前記非常電源電圧を受けて動作するとき、前記別種制御ユニットを除外して前記バスを介して通信を行う第2通信処理を実行することを特徴とする。
本発明によれば、車両制御ユニットの電源が第2バッテリから第1バッテリへ切り替わった場合に、車両制御ユニットは非常電源入力ポートから非常電源電圧を受けて動作する。したがって、車両制御ユニットは高い信頼性を持って電源の切り替えを認識することができ、この認識に基づき、高い信頼性を持って電源の切り替えに適した処理を実行することができる。これにより、第2バッテリの異常に対応するように車両制御ユニットが電動車両を制御できる。さらに、第1バッテリから得られる非常電源電圧は、第1バッテリの充放電を管理するバッテリ制御ユニットを介して他の車両制御ユニットへ送られる。したがって、バッテリ制御ユニットは、車両制御ユニットの電力消費により第1バッテリに過放電等の異常が生じないよう第1バッテリの充放電管理を行うことができる。これにより、車両制御ユニットの電源の切り替わりに起因して第1バッテリに異常が生じることを抑制できる。
本発明の実施形態に係る電動車両を示すブロック図である。 図1の制御電源管理部及びバッテリECUの細部を示すブロック図である。 バッテリECUにより実行される制御電源切替処理を示すフローチャートである。 車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される動作モード切替処理を示すフローチャートである。 車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される起動処理を示すフローチャートである。 車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される通常電源喪失時受信処理を示すフローチャートである。 通常CANデータベースと縮退CANデータベースとを説明する図である。 車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される初期化処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る電動車両を示すブロック図である。図2は、図1の制御電源管理部及びバッテリECUの細部を示すブロック図である。
本発明の実施形態の電動車両1は、EV又はHEVなどであり、駆動輪2、2を駆動する走行モータ11、走行用の電力を蓄積及び供給する高電圧バッテリ20、メインリレー13、並びに、走行モータ11を駆動するインバータ12を備える。さらに、電動車両1は、制御装置3を構成する、バッテリECU30、車両コントローラ31、並びに、第1系統及び第2系統のECU32、33を備える。さらに、電動車両1は、低電圧バッテリ25、第1DC/DCコンバータ21、第2DC/DCコンバータ26及び制御電源管理部28を備える。
これらのうち、高電圧バッテリ20は本発明に係る第1バッテリの一例に相当する。低電圧バッテリ25は本発明に係る第2バッテリの一例に相当する。バッテリECU30は本発明に係るバッテリ制御ユニットの一例に相当する。車両コントローラ31及び第1系統のECU32は本発明に係る車両制御ユニットの一例に相当する。第2系統のECU33は、本発明に係る別種制御ユニットの一例に相当する。第1DC/DCコンバータ21は、本発明に係るコンバータの一例に相当する。
低電圧バッテリ25は、例えば鉛蓄電池であり、高電圧バッテリ20よりも低電圧の電力を供給する。低電圧バッテリ25は、バッテリECU30、車両コントローラ31、複数のECU32、33、図示しないエンジン補機、及び、各種の付属品(アクセサリ)へ電力を供給する。
第2DC/DCコンバータ26は、低電圧バッテリ25の電圧を変換して、第2電源線L2へ制御系の通常電源電圧Vmainを出力する。第2DC/DCコンバータ26は、車両コントローラ31及び複数のECU32、33へ通常電源電圧Vmainを供給し、また、制御電源管理部28を介してバッテリECU30へ通常電源電圧Vmainを供給する。第2DC/DCコンバータ26は、低電圧バッテリ25から入力される電圧を電源として動作する。
高電圧バッテリ20は、例えばリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの大容量の二次電池であり、走行用の高電圧を出力する。高電圧バッテリ20は複数のセルが集合されて構成され、各セルは比較的小さい電圧を出力する。
第1DC/DCコンバータ21は、高電圧バッテリ20の電圧を変換して、第1電源線L1に制御系の非常電源電圧Vsubを出力する。第1DC/DCコンバータ21は、メインリレー13を介さずに高電圧バッテリ20の一部のセルから電圧を入力し、変換された非常電源電圧Vsubを制御電源管理部28へ出力する。第1DC/DCコンバータ21は、高電圧バッテリ20から入力される電圧を電源として動作する。
さらに、第1DC/DCコンバータ21は、電圧の変換方式を切り替えることで、出力容量が小さくかつ高い効率で動作する低負荷モードと、出力容量が大きい高負荷モードとに切り替え可能な機能を有する。負荷モードの切り替えは、モード端子tmの入力を変えることで行われる。低負荷モードでは、第1DC/DCコンバータ21の消費電力を非常に低く抑えることが可能となり、高負荷モードでは第1DC/DCコンバータ21の出力電流を大きくとることができる。負荷モードの切替機能を有するDC/DCコンバータは、多くの部品メーカから販売されており、容易に入手可能である。
車両コントローラ31は、例えばトライバーの運転操作に応じて電動車両1の駆動制御を行う。車両コントローラ31は、1つのECUから構成されてもよいし、複数のECUが協働することで実現される構成としてもよい。
メインリレー13は、例えば車両コントローラ31により開閉制御され、高電圧バッテリ20を使用しないときに、高電圧バッテリ20をシステムから切り離すことができる。
インバータ12は、車両コントローラ31により制御され、高電圧バッテリ20の電力を変換して走行モータ11へ出力する。車両コントローラ31は、走行モータ11から要求トルクが出力されるようにインバータ12を制御する。また、インバータ12は、電動車両1の制動時に走行モータ11から回生電力を入力し、回生電力を変換して高電圧バッテリ20へ充電用の電力を出力することができる。
第1系統のECU32は、バッテリECU30及び車両コントローラ31に加えて、電動車両1の走行に必要性の高い制御を担うECUであり、例えばブレーキ制御を行うブレーキECU、ドア、ミラー及びリアランプ等を駆動するボデーECUなどが含まれる。
第2系統のECU33は、電動車両1が走行するのに必要性の低い制御を担うECUであり、例えば空調装置を制御する空調ECU、車載充電器を制御する車載充電ECUなどが含まれる。
車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、通常電源電圧Vmainが入力される通常時の電源入力ポートIN1と、非常電源電圧Vsubが入力される非常時の電源入力ポートIN2とを有する。車両コントローラ31及びECU32は、2つの電源入力ポートIN1、IN2のうち少なくとも一方から電源電圧が入力されていれば、内部に電源電圧が供給されて動作する。車両コントローラ31及びECU32は、ADコンバータ又はコンパレータなどのハードウェア、あるいは、これらハードウェアとソフトウェアとの協働により、非常時の電源入力ポートIN2に非常電源電圧Vsubが入力されていることを判別する機能を有する。これにより、車両コントローラ31及びECU32は、非常電源電圧Vsubが入力されると、これを判別し、非常状態であることを認識できる。ここで、電源入力ポートIN1は、本発明に係る通常電源入力ポートの一例であり、電源入力ポートIN2は、本発明に係る非常電源入力ポートの一例である。
第2系統のECU33は、通常時の電源入力ポートIN1を有する一方、非常時の電源入力ポートIN2を持たない。ECU33は、通常電源電圧Vmainの供給が断たれると、動作を停止する。
バッテリECU30は、高電圧バッテリ20が適正に使用されるよう、高電圧バッテリ20の電圧、温度、SOC(State Of Charge)及びSOH(State Of Health)など、様々な状態を監視する。また、バッテリECU30は、検出された状態に応じて、高電圧バッテリ20の放電及び充電の管理を行う。例えば、走行モータ11を駆動する際、車両コントローラ31は、走行モータ11に要求トルクを発生させる放電が可能であるかバッテリECU30に問い合わせる。そして、バッテリECU30は、高電圧バッテリ20の状態に基づいて放電可否を判断し、放電可否情報を車両コントローラ31へ戻す。そして、放電可能であれば、車両コントローラ31はインバータ12を動作させて高電圧バッテリ20の電力を走行モータ11へ出力する。一方、放電不可であれば、車両コントローラ31はインバータ12の出力を停止又は低下させて高電圧バッテリ20からの放電を抑制する。また、インバータ12を介して走行モータ11から回生電力を取り込む際、車両コントローラ31は、高電圧バッテリ20へ回生電力の充電が可能であるかバッテリECU30に問い合せる。そして、バッテリECU30は高電圧バッテリ20の状態に応じて充電可否を判断し、充電可否情報を車両コントローラ31へ戻す。そして、充電可能であれば、車両コントローラ31は回生電力を取り込んで高電圧バッテリ20へ送るが、充電不可であれば、車両コントローラ31はインバータ12による回生電力の取り込みを停止して高電圧バッテリ20への充電を抑制する。また、バッテリECU30は、高電圧バッテリ20の電力から生成された非常電源電圧Vsubが出力される際、高電圧バッテリ20が過放電とならないか管理し、過放電となるような場合には、非常電源電圧Vsubの出力を停止するなどの対応を行う。このようなバッテリECU30の管理によって、高電圧バッテリ20の過放電、過充電及び異常な充放電が抑制されるなど、高電圧バッテリ20の適正な使用が確保される。
なお、バッテリECU30による高電圧バッテリ20の充放電の管理は、上記の例に限られない。例えば、バッテリECU30は、高電圧バッテリ20の状態を監視し、状態情報を車両コントローラ31へ出力するように構成してもよい。そして、車両コントローラ31が、状態情報から高電圧バッテリ20の放電又は充電の可否を判断するように構成してもよい。
バッテリECU30は、さらに、図2に示すように、比較回路301、スイッチ302、制御部303、電源入力ポートIN及び非常時の電源出力ポートOUTを有する。比較回路301は、電源入力ポートINの電圧を所定の閾値と比較する。スイッチ302は、電源入力ポートINと電源出力ポートOUTとの接続を切替え、電源入力ポートINに入力された電源電圧Vddを電源出力ポートOUTから出力することができる。制御部303は、比較回路301の比較結果を受け、スイッチ302を開閉制御する。
さらに、バッテリECU30には、第1DC/DCコンバータ21のモード端子tmに通常電源電圧喪失信号を出力する出力線が設けられている。通常電源電圧喪失信号は、通常電源電圧Vmainが正常である場合にオフ、通常電源電圧Vmainが喪失して非常電源電圧Vsubが入力されている場合にオンにされる。
バッテリECU30、車両コントローラ31及びその他のECU32、33は、CAN(Controller Area Network)を構成し、バスLbを介して相互に通信可能である。
制御電源管理部28は、通常電源電圧Vmainと非常電源電圧Vsubとが入力され、これら2つの入力の電圧差に応じて、何れか一方から電流を引き込んでバッテリECU30へ電力を送る。制御電源管理部28は、通常電源電圧Vmainと非常電源電圧Vsubとのどちらから電流を引き込むか、動作電源を必要とせずに、これらの電圧の大小に応じて自動的に切り替えることができる。制御電源管理部28は、図2に示すように、第1入力端子t1と合流線t3とがダイオードD1を介して接続され、かつ、第2入力端子t2と合流線t3とが直結されて構成される。第1入力端子t1は、高電圧バッテリ20から電力が伝送される第1電源線L1に接続される。第2入力端子t2は、低電圧バッテリ25から電力が伝送される第2電源線L2に接続される。ダイオードD1は合流線t3から第1入力端子t1へ電流が逆流するのを防止するように、アノードが第1入力端子t1に接続され、カソードが合流線t3に接続される。
非常電源電圧Vsubと通常電源電圧Vmainとの電圧差(Vsub-Vmain)は、低電圧バッテリ25の電力供給能力が正常である場合に、ダイオードD1の順方向電圧(負の電圧値「-0.7V」)よりも大きくなるように設定されている。また、非常電源電圧Vsubの電圧値は、非常電源電圧VsubがダイオードD1を介してバッテリECU30へ出力されたときに、電源電圧の仕様を満たす値に設定されている。例えば、非常電源電圧Vsubは5.5V、通常電源電圧Vmainは5.0Vに設定されている。この設定によれば、両方の電圧差は-0.5Vであり、ダイオードD1の順方向電圧-0.7Vよりも大きくなる。また、非常電源電圧VsubがダイオードD1を介してバッテリECU30に出力される電圧は4.8V(=5.5V-0.7V)であり、電源電圧の仕様を満たす電圧値となる。
<動作説明>
続いて、低電圧バッテリ25の電力が消失して制御系の電源が低電圧バッテリ25から高電圧バッテリ20へ切り替わる際の動作について説明する。
電動車両1のシステム動作中、第1DC/DCコンバータ21及び第2DC/DCコンバータ26の両方が動作し、それぞれから通常電源電圧Vmainと非常電源電圧Vsubとが出力される。低電圧バッテリ25が正常でありかつ充電残量があると、通常電源電圧Vmainは予め設定された電圧値(5.0V)に維持される。通常電源電圧Vmainは、車両コントローラ31及びその他のECU32、33へ供給される。また、通常電源電圧Vmain及び非常電源電圧Vsubは、制御電源管理部28へ出力される。
通常電源電圧Vmainが正常な場合、制御電源管理部28では、非常電源電圧Vsubと通常電源電圧Vmainとの電圧差により、ダイオードD1のアノードよりカソードの電圧が高くなり、第1入力端子t1から合流線t3へは電流が流れない。そして、通常電源電圧Vmainが加えられている第2入力端子t2から合流線t3へ電流が流れ、通常電源電圧VmainがバッテリECU30へ供給される。すなわち、正常時には、仮に第1電源線L1から合流線t3に電流が引き込まれるとすると第1電源線L1から合流線t3に加えられる電圧は4.8Vであり、仮に第2電源線L2から合流線t3に電流が引き込まれるとすると第2電源線L2から合流線t3に加えられる電圧は5.0Vである。したがって、電圧が大きい方の第2電源線L2から合流線t3に電流が引き込まれて、バッテリECU30へ電力が供給される。このとき、制御電源管理部28では、第2入力端子t2と合流線t3とが直結されており、通常電源電圧Vmainを供給するのに無駄な電力が消費されない。
また、通常電源電圧Vmainが正常な場合、通常電源電圧喪失信号はオフにされるため、非常電源電圧Vsubを生成する第1DC/DCコンバータ21は低負荷モードで動作する。加えて、ダイオードD1の作用により、第1DC/DCコンバータ21の出力はゼロとなり、非常電源電圧Vsubを出力するための消費電力は非常に小さくなる。したがって、非常電源電圧Vsubを生成するために、高電圧バッテリ20のセルから大きな電力が消費されることがない。
ここで、低電圧バッテリ25の充電残量の低下あるいは異常により、通常電源電圧Vmainが5.0Vから3.0Vなどへ低下したとする。すると、制御電源管理部28の第1入力端子t1と第2入力端子t2との電圧差により、非常電源電圧Vsubが優位となって、第1入力端子t1からダイオードD1を介して合流線t3へ電流が流れる。そして、非常電源電圧Vsubが、ダイオードD1の順方向電圧分降下されて、バッテリECU30へ供給される。すなわち、このような異常時には、仮に第1電源線L1から合流線t3に電流が引き込まれるとすると第1電源線L1から合流線t3に加えられる電圧は4.8Vであり、仮に第2電源線L2から合流線t3に電流が引き込まれるとすると第2電源線L2から合流線t3に加えられる電圧は3.0Vである。したがって、電圧が大きい方の第1電源線L1から合流線t3に電流が引き込まれて、バッテリECU30へ電力が供給される。これにより、バッテリECU30へ供給される電源電圧Vddが5Vから4.8Vへ低下するが、電源電圧の仕様を満たす電圧なので、バッテリECU30は動作を継続できる。ここで、第2入力端子t2と合流線t3とが直結されているため、非常電源電圧Vsubは第2入力端子t2を介して第2DC/DCコンバータ26の出力端子へも出力される。しかし、低電圧バッテリ25の出力が低下して第2DC/DCコンバータ26の出力インピーダンスが高くなることで、第2DC/DCコンバータ26の出力端子から流入する電流は小さい範囲に抑えることができる。
<制御電源切替処理>
図3は、バッテリECUで実行される制御電源切替処理の手順を示すフローチャートである。
バッテリECU30は、システムの動作中、図3の制御電源切替処理を実行する。制御電源切替処理において、比較回路301は、常に、電源電圧Vddと閾値(例えば4.9)とを比較しており(ステップS1)、電源電圧Vddが低下(5V→4.8V)すると比較回路301がこの低下を検出する(ステップS1のYES)。そして、電圧低下の検出結果に基づいて、制御部303は、通常電源電圧喪失信号をオンにする(ステップS2)。これにより、第1DC/DCコンバータ21が高負荷モードで動作して、比較的に大きな電流が出力可能となる。さらに、電圧低下の検出結果に基づいて、制御部303は、スイッチ302を閉に切り替えて、電源出力ポートOUTから非常電源電圧を出力する。そして、バッテリECU30は処理をステップS4へ移行する。
通常電源電圧Vmainが低下すると、車両コントローラ31及びECU32は通常電源電圧Vmainを電源として動作不可となる。しかし、ステップS3の処理により、バッテリECU30から車両コントローラ31及びECU32へ非常電源電圧Vsubが供給されることで、車両コントローラ31及びECU32の動作も継続される。さらに、ステップS2の処理により、第1DC/DCコンバータ21は、高負荷モードへ切り替えられており、バッテリECU30、車両コントローラ31及びECU32へ電力を十分に供給できる。一方、非常電源電圧Vsubが供給されない第2系統のECU33は、通常電源電圧Vmainの低下により停止するが、第2系統のECU33の停止は電動車両の走行に大きな影響を与えない。
次に、非常電源電圧Vsubが出力されている状況で、低電圧バッテリ25が正常な状態に復帰して通常電源電圧Vmainが正常値(5.0V)に戻ったとする。すると、制御電源管理部28の第1入力端子t1と第2入力端子t2との電圧差により、通常電源電圧Vmainが優位となって、第2入力端子t2から合流線t3へ電流が流れる。これにより、通常電源電圧VmainがバッテリECU30へ供給される。そして、バッテリECU30へ供給される電源電圧Vddが、4.8Vから5.0Vへ上昇する。さらに、通常電源電圧Vmainは、車両コントローラ31及びその他のECU32、33へも供給される。
非常電源電圧Vsubの出力中、比較回路301は、常に、電源電圧Vddと閾値(例えば4.9V)とを比較しており(ステップS4)、電源電圧Vddが上昇(4.8V→5V)すると、比較回路301がこの上昇を検出する(ステップS4のYES)。そして、電圧上昇の検出結果に基づいて、制御部303は、通常電源電圧喪失信号をオフにする(ステップS5)。これにより、第1DC/DCコンバータ21が低負荷モードで動作して、消費電力の低減が図られる。さらに、電圧低下の検出結果に基づいて、制御部303は、スイッチ302を開に切り替えて非常電源電圧Vsubの出力を停止する(ステップS6)。ステップS4~S6の処理により、制御系の電源は通常状態に切り替わり、バッテリECU30は、処理をステップS1に戻す。
<動作モード切替処理>
図4は、車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される動作モード切替処理を示すフローチャートである。
先ず、車両コントローラ31について説明する。車両コントローラ31は、動作中、通常の制御処理に加えて、常に図4の動作モード切替処理を実行する。動作モード切替処理では、車両コントローラ31は、電源入力ポートIN2の入力電圧を監視し、非常電源電圧Vsubの入力の有無を判別する(ステップS11)。ステップS11の処理は、本発明に係る判別部の処理の一例に相当する。
通常電源電圧Vmainが正常であれば、ステップS11の判別結果はNOとなり、車両コントローラ31は、ステップS11の判別を繰り返す。一方、通常電源電圧Vmainの低下により、バッテリECU30から非常電源電圧Vsubが出力されると、ステップS11の判別結果はYESとなる。すると、車両コントローラ31は、通常電源喪失フラグをONし(ステップS12)、動作モードをフェールセーフモードへ切り替える(ステップS13)。通常電源喪失フラグは、車両コントローラ31が、内部で状況を識別するために使用される。フェールセーフモードとは、速度又はパワーの制限された電動車両1の走行のみを許可する動作モードであり、走行上の必要性の低い電装品の駆動が停止される。
第1系統の各ECU32は、車両コントローラ31と同様に、図4の動作モード切替処理を実行する。
このような動作モード切替処理により、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、低電圧バッテリ25の電力低下という異常事態に対応して、電動車両1をフェールセーフモードで制御することができる。
<起動処理>
図5は、車両コントローラ及び第1系統ECUにより実行される起動処理を示すフローチャートである。
先ず、車両コントローラ31について説明する。車両コントローラ31は、電動車両1のシステム起動時あるいは電源再投入によるリセット時に、図5の起動処理から開始する。起動処理では、車両コントローラ31は、先ず、電源入力ポートIN2の状態を確認し、非常電源電圧Vsubの入力の有無を判別する(ステップS21)。ステップS21は、本発明に係る判別部の処理の一例に相当する。
ステップS21の判別の結果、非常電源電圧Vsubの入力が無ければ、車両コントローラ31は、通常モードで起動する(ステップS22)。これにより、車両コントローラ31は、通常モードの制御ステップを逐次実行し、電動車両1の通常の制御が実現される。
一方、ステップS21の判別の結果、非常電源電圧Vsubの入力が有れば、車両コントローラ31は、フェールセーフモードで起動する(ステップS23)。これにより、車両コントローラ31は、フェールセーフモードの制御ステップを逐次実行し、上述したフェールセーフモードの制御処理が実現される。
第1系統の各ECU32は、車両コントローラ31と同様に、図5の起動処理を実行する。
通常電源電圧Vmainが低下して非常電源電圧Vsubへ切り替わる際、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、短い時間の電源断が生じた場合に、リセットされ、起動処理から開始される場合がある。このような場合でも、上記の起動処理により、非常電源電圧Vsubが入力されている場合に、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、高い信頼性を持って、フェールセーフモードへ移行することができる。
<比較例>
ここで、実施形態の構成と比較例の構成とを比較する。比較例の構成は、低電圧バッテリ25の電力消失又は異常があった場合に、制御系の電源が低電圧バッテリ25から高電圧バッテリ20へ切り替わり、かつ、この切り替わりを第1のECUが判別し、他の複数のECUへ異常を通知する構成とする。そして、複数のECUは、異常の通知によりフェールセーフモードへ移行するものとする。
一般に、マイクロコンピュータであるECUは、電源を一旦喪失するとリセットされて初期化される。また、リセットされなくても、電源電力の低下があると、データ又は信号の入出力エラーが生じるなど、動作の信頼性が低下する。このため、上記の比較例では、第1のECUが電源の切り替わりを判別する際、電源の喪失によるリセット、あるいは、電源電力の低下に起因する動作エラーが生じる場合があり、高い信頼性を持って判別結果を得ることができない。
さらに、第1のECUが電源の切り替わりを正しく判別した場合でも、他のECUへ異常を通知する際、他のECUも、電源の一時的な喪失によりリセットされたり、或いは電源電力の低下により動作エラーが生じたりする。複数のECUは、CANを介した通信により通知をやり取りするため、複数のECUがリセットされたり、複数のECUに動作エラーが生じたりする状況では、正常な通信を行うことは難しい。このため、第1のECUから他のECUへの異常を通知する処理の信頼性は低下する。
これらのことから、比較例の構成では、制御系の電源が低電圧バッテリ25から高電圧バッテリ20へ切り替わった場合に、複数のECUがこの切り替わりを信頼性高く認識することができない。このため、電源が切り替わった後に、複数のECUが、信頼性高く、低電圧バッテリ25の電力消失又は異常に対応してフェールセーフモードへ移行することは難しい。
一方、本実施形態の電動車両1の制御装置3によれば、制御系の電源の切り替わりを、非常電源入力ポートの非常電源電圧Vsubの判別により、車両コントローラ31及び第1系統のECU32が信頼性高く識別することができる。そして、これにより、信頼性高く電動車両1をフェールセーフモードへ移行させることができる。
<通信処理の切り替え制御1>
続いて、制御系の電源が低電圧バッテリ25から高電圧バッテリ20へ切り替わった際の通信処理の切り替え制御について説明する。
図6は、車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される通常電源喪失時受信処理を示すフローチャートである。
先ず、車両コントローラ31について説明する。車両コントローラ31は、電源入力ポートIN1に通常電源電圧Vmainが入力され、電源入力ポートIN2に非常電源電圧Vsubが入力されていない通常時、CANのバスLbを介して、バッテリECU30及び複数のECU32、33と通信する。通常の受信処理は、車両コントローラ31内で制御モジュールが通信モジュールへ受信対象のデータフレームIDを指定して受信要求を行うことで開始される。ここで、制御モジュール及び通信モジュールとは、車両コントローラ31内に設けられるソフトウェア、ハードウェア又はこれら両方から構成される機能モジュールである。受信処理が開始されると、通信モジュールは、バスLbに出力される受信対象IDのデータフレームを受信して制御モジュールへ渡す。これにより、制御モジュールは、受信要求したデータフレームを取得できる。この通常の受信処理が、本発明に係る第1通信処理の一例に相当する。
電源入力ポートIN2に非常電源電圧Vsubが入力されたフェールセーフモード時、車両コントローラ31の通信モジュールは、通常の通信処理のうち、受信処理を図6の通常電源喪失時受信処理へ切り替える。通常電源喪失時受信処理は、本発明に係る第2通信処理の一例に相当する。
通常電源喪失時受信処理では、車両コントローラ31の通信モジュールは、先ず、制御モジュールから受信対象のデータフレームIDを取得し(ステップS31)、これが停止ECUのIDであるか判別する(ステップS32)。停止ECUとは、非常電源電圧Vsubが供給されない第2系統の複数のECU33のことであり、予め各ECU33のID情報を車両コントローラ31に登録しておくことで、ステップS32の判別処理を実現できる。
ステップS32の判別の結果、停止ECUのIDでなければ、通常の受信処理と同様に、車両コントローラ31の通信モジュールは、受信対象IDのデータフレームをバスLbから受信する(ステップS33)。そして、通信モジュールは、この受信データを制御モジュールへ渡す(ステップS34)。
一方、ステップS32の判別の結果、停止ECUのIDであれば、車両コントローラ31は、この受信対象IDのデータフレームとして、前回受信した受信データを制御モジュールへ渡す(ステップS35)。
ステップS34又はステップS35で受信データを渡したら、車両コントローラ31の通信モジュールは、1回の受信処理を終了する。
このような受信処理により、車両コントローラ31の制御モジュールは、受信を要求したデータフレームの送り元が、非常電源電圧Vsubを受けて動作しているECU32であれば、対象のECU32から送られたデータフレームを受け取ることができる。さらに、受信を要求したデータフレームの送り元が、非常電源電圧Vsubが供給されずに停止しているECU33であれば、制御モジュールは、前回の受信データを受けて、制御処理を続行することができる。すなわち、停止している第2系統のECU33からのデータの受信要求が継続され、受信データが制御モジュールに渡されないと、制御モジュールにおいて受信エラーが発生して制御処理が滞る。しかし、通常電源喪失時受信処理への切り替えにより、このような不都合を抑制することができる。
<通信処理の切り替え制御2>
続いて、制御系の電源が低電圧バッテリ25から高電圧バッテリ20へ切り替わった際の通信処理の切り替え制御のその他の例について説明する。
図7は、通常CANデータベースと縮退CANデータベースとを説明する図である。図8は、車両コントローラ及び第1系統のECUにより実行される初期化処理を示すフローチャートである。
ECUが他のECUと通信しながら制御処理を行うプログラムは、ソフトウェア開発時にCANデータベースを参照して作成される。CANデータベースには、CANに接続されるECUの定義情報、CANに送信されるメッセージの定義情報、CANに送信されるシグナルの定義情報などが登録されている。プログラムの作成ツールは、CANデータベースを参照して、プログラムが使用するデータがCANから受取り可能であれば、CANデータベースの定義情報に基づき、CANを介して該当のデータを受信するコードを作成する。
本実施形態の電動車両1に備わる車両コントローラ31、バッテリECU30及び第1系統の複数のECU32は、通常CANデータベースDB1を参照して作成された第1制御プログラムを備える。通常CANデータベースDB1とは、第2系統の複数のECU33を含めた全ECUにより構成されるCANの各定義情報が登録されたデータベースである。このため、第1制御プログラムを各ECUが実行した場合、各ECUは、第2系統のECU33を含めて他のECUと通信を行って、所定の制御処理を実現することができる。
さらに、車両コントローラ31、バッテリECU30及び第1系統の複数のECU32は、縮退CANデータベースDB2を参照して作成された第2制御プログラムを備える。縮退CANデータベースDB2とは、全ECUから第2系統のECU33を除いた一部のECUにより構成されるCANの各定義情報が登録されたデータベースである。このため、第2制御プログラムを各ECUが実行した場合、各ECUは、第2系統のECU33がCANに加わっていないものとして、その他のECU(車両コントローラ31、バッテリECU30及び第1系統のECU32)と通信を行って、所定の制御処理を実現することができる。
さらに、本実施形態の電動車両1に備わる車両コントローラ31は、電源入力ポートIN2への非常電源電圧Vsubの入力が無しから有りに切り替わった場合に、図8の初期化処理を実行する。初期化処理では、先ず、車両コントローラ31は、電源入力ポートIN2の電圧を確認し、非常電源電圧Vsubの入力の有無を判別する(ステップS41)。判別の結果、非常電源電圧Vsubの入力が無ければ、車両コントローラ31は、通常CANデータベースDB1を用いて作成された第1制御プログラムを開始する(ステップS42)。一方、非常電源電圧Vsubの入力が有れば、車両コントローラ31は、縮退CANデータベースDB2を用いて作成された第2制御プログラムを開始する(ステップS43)。第1制御プログラムに従った通信処理は、本発明に係る第1通信処理の一例に相当し、第2制御プログラムに従った通信処理は、本発明に係る第2通信処理の一例に相当する。
第1系統の各ECU32は、車両コントローラ31と同様に、上記の初期化処理を実行する。
このような初期化処理により、制御系の電源が低電圧バッテリ25から高電圧バッテリ20に切り替わった後には、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、縮退CANデータベースDB2を用いて作成された第2制御プログラムを実行する。第2制御プログラムでは、非常電源電圧Vsubが供給されない第2系統のECU33との間で通信する要求が生じない。このため、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、非常電源電圧Vsubが供給されずに停止した第2系統のECU33があっても、これらとの通信エラーにより制御処理が滞るといった事態を回避できる。そして、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、フェールセーフモードの電動車両1の制御処理を滞りなく実施できる。
以上のように、本実施形態の電動車両1の制御装置3によれば、バッテリECU30は低電圧バッテリ25から得られる通常電源電圧Vmainと、高電圧バッテリ20から得られる非常電源電圧Vsubとを入力する。さらに、バッテリECU30は、低電圧バッテリ25から正常な通常電源電圧Vmainが得られなくなると、電源出力ポートOUTから車両コントローラ31及び第1系統のECU32へ非常電源電圧Vsubを供給する。さらに、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、通常電源電圧Vmainと非常電源電圧Vsubとを別々の電源入力ポートIN1、IN2から入力する。したがって、低電圧バッテリ25に異常があって非常電源電圧Vsubが出力されたとき、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、この事態を高い信頼性を持って判別することができる。したがって、その後、低電圧バッテリ25の異常に対処するように電動車両1の動作モードを信頼性高く切り替えることができる。
具体的には、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、図4の動作モード切替処理により、非常電源電圧Vsubの入力時に、信頼性高くフェールモードへ移行することができる。また、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、図5の起動処理により、非常電源電圧Vsubの入力時にリセットされた場合でも、信頼性高くフェールモードへ移行することができる。
また、本実施形態の電動車両1の制御装置3によれば、第1DC/DCコンバータ21が出力容量を切り替える機能を有し、バッテリECU30は、非常電源電圧Vsubを出力する際に第1DC/DCコンバータ21の出力容量を大きい値に切り替える。これにより、車両コントローラ31及び多数のECU32に非常電源電圧Vsubにより十分な電力を供給することができる。さらに、非常電源電圧Vsubを出力しない期間に、第1DC/DCコンバータ21の出力容量を小さくして損失を小さくすることができる。
さらに、本実施形態の電動車両1の制御装置3によれば、非常電源電圧Vsubが出力されない第2系統のECU33を含む一方、車両コントローラ31及び第1系統のECU32は、非常電源電圧Vsubの入力が有るときと、無いときとで、通信処理を切り替える。これにより、低電圧バッテリ25の電力が消失して非常電源電圧Vsubが出力されている際、停止している第2系統のECU33からのデータ受信要求が続いて、車両コントローラ31及び第1系統のECU32の制御動作が滞ることが抑制される。また、フェールセーフモードの際に、走行制御に必要性の低い第2系統のECU33への電力供給が省かれるので、フェールセーフモード時の制御系の電力消費量を低減して、電力が完全に枯渇するような事態に陥り難くすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、制御電源管理部28が、電源断が生じないように、通常電源電圧Vmainと非常電源電圧Vsubとの切り替えを行う構成を示したが、本発明の電動車両の制御装置は、この構成を有さなくてもよい。例えば、通常電源電圧Vmainの電圧低下を検出する回路と、この検出に基づきリレーを切り替えて非常電源電圧Vsubが出力される構成を適用してもよい。また、上記実施形態では、バッテリECU30が1つの電源入力ポートINから通常電源電圧Vmainと非常電源電圧Vsubとを受ける構成を示したが、別々の電源入力ポートからこれらを受ける構成としてもよい。
また、上記実施形態では、非常電源電圧Vsubが入力された場合に、車両コントローラ31及び第1系統ECU32が、フェールセーフモードに移行する例を示したが、移行する動作モードは適宜変更可能である。また、上記実施形態では、非常電源電圧Vsubが供給されるECUと供給されないECUとの具体例を幾つか示したが、実施形態の例には限定されない。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
1 電動車両
3 制御装置
11 走行モータ
12 インバータ
20 高電圧バッテリ
21 第1DC/DCコンバータ
25 低電圧バッテリ
26 第2DC/DCコンバータ
28 制御電源管理部
30 バッテリECU
31 車両コントローラ
32 第1系統のECU
33 第2系統のECU
IN、IN1、IN2 電源入力ポート
OUT 電源出力ポート
Lb バス

Claims (5)

  1. 車両の走行用の電力を供給する第1バッテリと、前記第1バッテリの電圧よりも低い電圧を出力する第2バッテリとを備える車両に搭載される車両の制御装置であって、
    前記第1バッテリの充放電を管理するバッテリ制御ユニットと、
    前記車両を電気的に制御する車両制御ユニットと、
    を備え、
    前記バッテリ制御ユニットは、前記第2バッテリから得られる通常電源電圧と前記第1バッテリから得られる非常電源電圧とを受け入れ可能な電源入力ポートと、前記車両制御ユニットへ前記非常電源電圧を出力可能な電源出力ポートと、を有し、
    前記車両制御ユニットは、前記通常電源電圧を受ける通常電源入力ポートと、前記バッテリ制御ユニットから前記非常電源電圧を受ける非常電源入力ポートと、を有し、
    前記第2バッテリの電力供給が正常なとき、前記バッテリ制御ユニットは前記電源出力ポートから前記非常電源電圧を出力せず、前記車両制御ユニットは前記通常電源入力ポートの前記通常電源電圧によって動作し、
    前記第2バッテリの電力供給が低減したとき、前記バッテリ制御ユニットは前記電源出力ポートから前記非常電源電圧を出力し、前記車両制御ユニットは前記非常電源入力ポートの前記非常電源電圧によって動作することを特徴とする車両の制御装置。
  2. 前記車両制御ユニットは、前記非常電源入力ポートへの前記非常電源電圧の供給の有無を判別する判別部を有し、前記判別部の判別結果に基づいて動作モードを切り替えることを特徴とする請求項1記載の車両の制御装置。
  3. 前記車両制御ユニットは、前記非常電源入力ポートへの前記非常電源電圧の供給の有無を判別する判別部を有し、リセット時に前記判別部が前記非常電源電圧の供給有りと判別した場合に、供給無しと判別した場合と異なる動作モードで起動することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車両の制御装置。
  4. 出力容量が切替え可能であり、前記第1バッテリの電力から前記非常電源電圧を生成するコンバータを備え、
    前記バッテリ制御ユニットは、前記電源出力ポートから前記非常電源電圧を出力する際に、前記コンバータの出力容量を、前記非常電源電圧を出力する前よりも大きい容量に切り替えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
  5. 前記車両制御ユニットの制御対象とは別の制御対象を電気的に制御しかつ前記バッテリ制御ユニットから前記非常電源電圧が供給されない別種制御ユニットを更に備え、
    前記車両制御ユニットは、前記通常電源電圧を受けて動作するとき、前記別種制御ユニットを含めてバスを介して通信を行う第1通信処理を実行する一方、前記非常電源電圧を受けて動作するとき、前記別種制御ユニットを除外して前記バスを介して通信を行う第2通信処理を実行することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
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