JP7290429B2 - 車両の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御システムに係り、特に、車両に搭載されたバッテリの劣化の有無を判定する制御システムに関する。

特許文献１には、ステアバイワイヤシステムを駆動するためのバッテリの劣化の判定を行う技術が開示されている。この技術では、バッテリの端子電圧等の情報に基づいて、バッテリの劣化度を特定するための値であるＳＯＨ（State Of Health）を検出し、検出したＳＯＨと閾値との比較によってバッテリの劣化度を判定する。

国際公開第２０１８／１２３４７３号

車両に搭載されるバッテリにリチウムイオンキャパシタバッテリを用いた場合、車両のイグニッション電源をオフにしている間にその電池性能が一時的に自己回復することがある。このため、車両のイグニッション電源をオンにしたときのバッテリの情報のみによって当該バッテリの劣化の有無を判定するシステムでは、劣化の有無を誤判定するおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、車両に搭載されるバッテリの劣化有無を精度よく判定することのできる車両の制御システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、車両に搭載されたステアバイワイヤシステムにおけるバックアップバッテリと、バックアップバッテリの劣化の有無を判定する劣化判定装置と、を備えた制御システムを対象としている。劣化判定装置は、車両のイグニッション電源がオフとされたときのバックアップバッテリの電圧である停止時電圧を取得するように構成されている。そして、劣化判定装置は、車両のイグニッション電源がオンとされたときに、停止時電圧が所定の劣化判定閾値Ａよりも大きいか否かを判定し、停止時電圧が劣化判定閾値Ａよりも大きい場合、車両のイグニッション電源がオンとされた後のバックアップバッテリの電圧である現在電圧を取得し、現在電圧が所定の劣化判定閾値Ｂよりも大きい場合、バックアップバッテリの劣化が進行しているおそれがないと判定し、現在電圧が劣化判定閾値Ｂ以下の場合、バックアップバッテリの劣化が進行しているおそれがあると判定するように構成されている。

本発明の車両の制御システムによれば、車両のイグニッション電源がオフとされたときのバッテリの情報である第一情報が劣化判定に用いられる。第一情報は、バッテリの自己回復前の状態が反映された情報である。このため、本発明によれば、バッテリの自己回復も考慮した高精度な劣化判定が可能となる。

実施の形態１に係るステアバイワイヤシステムの構成例を概略的に示す図である。 バックアップバッテリの自己回復特性を示す図である。 実施の形態１のステアバイワイヤシステムにおいて実行される劣化判定制御のルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１のステアバイワイヤシステムにおいて実行される劣化判定制御のルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１のステアバイワイヤシステムにおいて実行されるバックアップバッテリの劣化判定の効果を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
１．ステアバイワイヤシステム
図１は、実施の形態１に係るステアバイワイヤシステムの構成例を概略的に示す図である。実施の形態１に係る制御システムは、ステアバイワイヤシステム１である。ステアバイワイヤシステム１は、車両に搭載されており、ステアバイワイヤ方式で車両の車輪ＷＨを転舵する。つまり、ステアバイワイヤシステム１は、ステアバイワイヤ方式の車両を実現する。

図１に示される例において、ステアバイワイヤシステム１は、ステアリングホイール１０、ステアリングシャフト２０、反力アクチュエータ３０、転舵アクチュエータ４０、制御装置１００、及び電源装置２００を備えている。

ステアリングホイール１０（ハンドル）は、ドライバが操舵に用いる操作部材である。ステアリングシャフト２０は、ステアリングホイール１０に連結されており、ステアリングホイール１０と共に回転する。

反力アクチュエータ３０は、ステアリングホイール１０に対して反力トルクを擬似的に付与する。反力アクチュエータ３０は、例えば反力モータである。反力モータは、減速機（図示せず）を介してステアリングシャフト２０につながっている。反力アクチュエータ３０を作動させることにより、ステアリングシャフト２０ひいてはステアリングホイール１０に反力トルクを付与することができる。

転舵アクチュエータ４０は、車輪ＷＨを転舵する。転舵アクチュエータ４０は、例えば転舵モータである。転舵モータのロータは、減速機（図示せず）を介して転舵軸４２につながっている。転舵軸４２は、車輪ＷＨに連結されている。転舵モータが回転すると、その回転運動は転舵軸４２の直線運動に変換され、それにより車輪ＷＨが転舵される。すなわち、転舵モータの回転により、車輪ＷＨを転舵することができる。

制御装置１００は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１を制御する。この
制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコ
ンピュータを含んでいる。当該マイクロコンピュータは、ＥＣＵ（Electronic Control U
nit）とも呼ばれる。

制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて転舵アクチュエータ４０
を制御することによって、車輪ＷＨの転舵を制御する。また、制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて反力アクチュエータ３０を制御することによって、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクを制御する。

電源装置２００は、ステアバイワイヤシステム１の各構成要素（反力アクチュエータ３０、転舵アクチュエータ４０、制御装置１００、等）に電力を供給する。電源装置２００は、電力系統１又は電力系統２を介して各構成要素に接続されている。電源装置２００は、電力系統１又は電力系統２を介して各構成要素に電力を供給する。具体的には、制御装置１００は、ステアバイワイヤシステム１の各構成要素への電力供給が電力系統１を介して行われている場合、転舵１及び反力トルク１を制御する。また、制御装置１００は、ステアバイワイヤシステム１の各構成要素への電力供給が電力系統２を介して行われている場合、転舵２及び反力トルク２を制御する。

電源装置２００は、車両電源２１０とバックアップ電源２５０とを含んでいる。車両電源２１０は、高圧バッテリ２１２と、補機バッテリ２１４と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１６と、リレーボックス２１８と、を含んでいる。高圧バッテリ２１２は、例えばリチウムイオン電池である。ＤＣ－ＤＣコンバータ２１６は、高圧バッテリ２１２の直流電圧（例えば２８８Ｖ）を、各構成要素（反力アクチュエータ３０、転舵アクチュエータ４０、等）に供給するための低電圧（例えば１２Ｖ）に変換する。補機バッテリ２１４は主に補機類の動作に使用される１２Ｖの鉛蓄電池である。ＤＣ－ＤＣコンバータ２１６及び補機バッテリ２１４はリレーボックス２１８に接続されている。リレーボックス２１８は、各構成要素（反力アクチュエータ３０、転舵アクチュエータ４０、等）に供給する電力の供給源を、車両電源２１０と、後述するバックアップ電源２５０との間で切り替えるための装置である。

バックアップ電源２５０は、車両電源２１０の故障（失陥）時にバックアップとして用いられる電源である。バックアップ電源２５０は、バックアップバッテリ２５２と、バッテリＥＣＵ２５４とを含んでいる。バックアップバッテリ２５２は、例えば１２Ｖのリチウムイオンキャパシタバッテリである。

バッテリＥＣＵ２５４は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータを含んでいる。バッテリＥＣＵ２５４は、必要に応じて、リレーを制御し、車両電源２１０とバックアップ電源２５０の切り替えを行う。具体的には、バッテリＥＣＵ２５４は、車両電源２１０の状態を示す車両電源状態情報を取得する。例えば、車両電源状態情報は、高圧バッテリ２１２及び補機バッテリ２１４の動作状態と出力電圧、残存電力、等を含む。バッテリＥＣＵ２５４は、取得した車両電源状態情報に基づいて車両電源２１０の故障（失陥）を検出する。そして、バッテリＥＣＵ２５４は、車両電源２１０の故障（失陥）を検出した場合、各構成要素（反力アクチュエータ３０、転舵アクチュエータ４０、等）に供給する電力の供給源を、車両電源２１０からバックアップ電源２５０へと切り替える。

また、バッテリＥＣＵ２５４は、バックアップバッテリ２５２の劣化の有無を判定する劣化判定制御を行う。バッテリＥＣＵ２５４は、バックアップバッテリ２５２の状態を示す情報を取得する。このような情報は、バックアップバッテリ２５２の出力電圧等を含む。バッテリＥＣＵ２５４は、取得された情報に基づいてバックアップバッテリ２５２の劣化の有無を判定する劣化判定装置としての機能を備えている。劣化判定制御については、詳細を後述する。

２．ステアバイワイヤシステムの動作
上述したように、車両電源２１０の正常時には、ステアバイワイヤシステム１は、車両電源２１０から反力アクチュエータ３０及び転舵アクチュエータ４０へと電力の供給を行う。そして、ステアバイワイヤシステム１は、車両電源２１０の故障を検出した場合、反力アクチュエータ３０及び転舵アクチュエータ４０への電力供給源をバックアップ電源２５０へと切り替えて走行する退避走行を行う。また、ステアバイワイヤシステム１は、車両電源２１０の故障を検出した場合、バックアップ電源２５０の状態をメータ等に表示し、ドライバへと修理を促す。

ここで、バックアップ電源２５０は、突然の使用要求が出される場合に備えて、必要十分な蓄電量が確保されているか否かの検査を予め行っておくことが望ましい。このような検査の態様としては、例えば、以下の方法が考えられる。すなわち、バッテリＥＣＵ２５４は、先ず、車両のイグニッション電源をＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）するスイッチ（ＩＧスイッチ）がＯＦＦからＯＮにされ、バックアップ電源２５０が起動された後の初期検査において、バックアップ電源２５０のバックアップバッテリ２５２の電圧値を計測する。そして、計測された電圧値が所定の判定閾値以上の値であれば、バックアップバッテリ２５２の状態は正常であるとし、バックアップ電源２５０への切り替えを許可する。一方、計測された電圧値が所定の判定閾値未満の値であれば、バックアップバッテリ２５２の状態は異常であるとし、バックアップ電源２５０への切り替えを禁止するとともに、ドライバへと故障を通知する。

上記の検査方法には、次のような課題がある。それは、バックアップバッテリ２５２が劣化していたとしても、車両の停車中に一時的に自己回復することにがあるということである。図２は、バックアップバッテリの自己回復特性を示す図である。この図に示すように、ＩＧスイッチをＯＦＦとした時には電圧が低い場合であっても、次のＩＧスイッチをＯＮとするまでの車両の停止期間中に電圧が一時的に自己回復する特性を示している。このような特性は、特にリチウムイオンキャパシタバッテリにおいて顕著に表れる。

バックアップバッテリ２５２が劣化している場合、自己回復によって電圧が一時的に上昇したとしても、その後すぐに低下してしまう。したがって、上記検査方法のように、車両のＩＧスイッチをＯＮとした後にバックアップバッテリ２５２の初期検査を行うと、劣化しているバッテリであっても正常と判定してしまうおそれがある。この場合、仮にバックアップバッテリ２５２への切り替えが行われると、想定されていた時間よりも短時間で電圧が低下して操舵失陥となり、退避走行の継続が困難になるおそれがある。

そこで、実施の形態１のステアバイワイヤシステム１は、フローチャートに沿った以下の劣化判定制御を行うことによって、バックアップバッテリ２５２の劣化判定の精度を高めることとしている。以下、実施の形態１のステアバイワイヤシステム１において実行されるバックアップバッテリ２５２の劣化判定制御の具体的処理について、フローチャートを参照して詳しく説明する。

３．実施の形態１の劣化判定制御の具体的処理
図３及び図４は、実施の形態１のステアバイワイヤシステムにおいて実行される劣化判定制御のルーチンのフローチャートである。なお、図３に示すフローチャートは、車両のＩＧスイッチがＯＦＦとされたときにバッテリＥＣＵ２５４によって実行されるルーチンである。また、図４に示すフローチャートは、車両のＩＧスイッチがＯＮとされたときにバッテリＥＣＵ２５４によって実行されるルーチンである。

図３に示すルーチンでは、車両のＩＧスイッチがＯＦＦとされたときのバックアップバッテリ２５２の停止時電圧Ｖａが計測される（ステップＳ１００）。計測された停止時電圧Ｖａは、車両のＩＧスイッチがＯＦＦとされたときのバックアップバッテリ２５２の状態を示す第一情報として、バッテリＥＣＵ２５４のメモリに記憶される。

ステップＳ１００の処理の後、車両のＩＧスイッチがＯＦＦからＯＮにされると、図４に示すルーチンが開始される。図４に示すルーチンでは、先ず、メモリに記憶されている前回の停止時電圧Ｖａが読み出される（ステップＳ２００）。次の処理では、停止時電圧Ｖａが所定の劣化判定閾値Ａよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２０２）。ここでの劣化判定閾値Ａは、バックアップバッテリ２５２の劣化を判定するための電圧の閾値である。判定の結果、停止時電圧Ｖａが所定の劣化判定閾値Ａ以下の値である場合、バックアップバッテリ２５２の自己回復がなされる前の状態において劣化が進行しているおそれがあると判断されて、次のステップＳ２０４の処理へと移行する。

ステップＳ２０４の処理では、公知の手法を用いてバックアップバッテリ２５２の詳細な劣化検査が行われる。次のステップの処理では、ステップＳ２０４の劣化検査の結果に基づいて、バックアップバッテリ２５２が正常であるか否かが判定される（ステップＳ２０６）。その結果、判定の成立が認められない場合、次のステップＳ２１０の処理に移行して、バックアップバッテリ２５２に異常が発生していると判定される。一方、判定の成立が認められた場合、次のステップＳ２０８の処理に移行して、バックアップバッテリ２５２が正常であると判定される。

ステップＳ２０２の判定において、停止時電圧Ｖａが所定の劣化判定閾値Ａより大きい値である場合、バックアップバッテリ２５２の自己回復がなされる前の状態においては、バックアップバッテリ２５２が劣化しているおそれはないと判断されて、次のステップＳ２１２の処理へと移行する。

次のＳ２１２の処理では、ＩＧスイッチがＯＮとされた後の現在のバックアップバッテリ２５２の現在電圧Ｖｂが計測される。ここでの現在電圧Ｖｂは、車両のＩＧスイッチがＯＮとされたときのバックアップバッテリ２５２の状態を示す第二情報に相当する。次のステップでは、現在電圧Ｖｂが所定の劣化判定閾値Ｂよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２１４）。ここでの劣化判定閾値Ｂは、バックアップバッテリ２５２の劣化を判定するための電圧の閾値である。なお、ここでの劣化判定閾値Ｂは、ステップＳ２０２の処理において用いられる劣化判定閾値Ａと同値であってもよいし、また、異なる値であってもよい。

判定の結果、現在電圧Ｖｂが所定の劣化判定閾値Ｂ以下の値である場合、バックアップバッテリ２５２の劣化が進行しているおそれがあると判断されて、上記のステップＳ２０４の処理へと移行する。一方、現在電圧Ｖｂが所定の劣化判定閾値Ｂより大きい値である場合、バックアップバッテリ２５２の劣化が進行しているおそれがないと判断されて、上記のステップＳ２０８の処理へと移行する。

図５は、実施の形態１のステアバイワイヤシステムにおいて実行されるバックアップバッテリの劣化判定の効果を説明するための図である。この図に示すように、実施の形態１のステアバイワイヤシステム１において実行される劣化判定によれば、ＩＧスイッチがＯＦＦとされたときのバックアップバッテリ２５２の停止時電圧Ｖａに基づいて劣化ありと判定された場合には、現在電圧Ｖｂによる判定結果に依らずに異常ありと判定される。これにより、ＩＧスイッチがＯＦＦとされている車両の停止期間にバックアップバッテリ２５２が一時的に自己回復したときに起こり得る誤判定を効果的に防ぐことが可能となる。

４．実施の形態１の制御システムの変形例
上述した実施の形態１の制御システムは、以下のように変形した態様を採用することとしてもよい。

制御システムはステアバイワイヤシステム１に限らない。すなわち、制御システムは、電源装置２００から電力が供給されるシステムであれば、電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）等の他のシステムでもよい。

また、電源装置２００はバックアップ電源２５０を備えず車両電源２１０のみで構成されていてもよい。この場合、制御システムにおいて実行される劣化判定制御では、車両電源２１０の高圧バッテリ２１２の劣化を判定する構成とすればよい。

劣化判定制御で用いられるバックアップバッテリ２５２の情報は、出力電圧の情報に限らない。すなわち、劣化判定制御では、バックアップバッテリ２５２の電圧と相関のある他の値を判定に用いることとしてもよい。

１ ステアバイワイヤシステム
１０ ステアリングホイール
２０ ステアリングシャフト
３０ 反力アクチュエータ
４０ 転舵アクチュエータ
４２ 転舵軸
１００ 制御装置
２００ 電源装置
２１０ 車両電源
２１２ 高圧バッテリ
２１４ 補機バッテリ
２１６ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２１８ リレーボックス
２５０ バックアップ電源
２５２ バックアップバッテリ
２５４ バッテリＥＣＵ

Claims (1)

1. 車両に搭載されたステアバイワイヤシステムにおけるバックアップバッテリと、
   前記バックアップバッテリの劣化の有無を判定する劣化判定装置と、を備え、
   前記劣化判定装置は、
   前記車両のイグニッション電源がオフとされたときの前記バックアップバッテリの電圧である停止時電圧を取得し、
   前記車両のイグニッション電源がオンとされたときに、前記停止時電圧が所定の劣化判定閾値Ａよりも大きいか否かを判定し、
   前記停止時電圧が前記劣化判定閾値Ａよりも大きい場合、前記車両のイグニッション電源がオンとされた後の前記バックアップバッテリの電圧である現在電圧を取得し、
   前記現在電圧が所定の劣化判定閾値Ｂよりも大きい場合、前記バックアップバッテリの劣化が進行しているおそれがないと判定し、前記現在電圧が前記劣化判定閾値Ｂ以下の場合、前記バックアップバッテリの劣化が進行しているおそれがあると判定する
   ように構成されていることを特徴とする車両の制御システム。

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