JPWO2012124107A1

JPWO2012124107A1 - 障害物検出装置を有する車両

Info

Publication number: JPWO2012124107A1
Application number: JP2013504484A
Authority: JP
Inventors: 竜路岡村; 有華祖父江; 愛吉岡; 悠日栄
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2031-03-17
Also published as: JP5494886B2; CN103597526B; CN103597526A; WO2012124107A1; US9037332B2; US20140005870A1

Abstract

本発明は、電動機の制御精度の向上とセンサへのノイズの影響の抑制とを両立させることを可能とする障害物検出装置を有する車両を提供する。交流電動機であるモータ３１、３２とこれらのモータを駆動するインバータ２と、車両周辺の障害物を探知する探知機器として例えば超音波ソナー１を備える車両において、このインバータ２が発するノイズの探知機器の探査周波数への干渉可能性を判断する周波数判断装置６と、干渉可能性ありと判断した場合に、インバータ２のキャリア周波数を変更するソナーＥＣＵ５を備えている。

Description

本発明は、車両周辺の障害物を検出する障害物検出装置を有する車両に関し、特に、その中でインバータにより駆動される交流電動機を備えている車両に関する。

車両周辺の障害物を車両に設置した超音波センサ（ソナー）やレーザレーダなどの対物センサにより検出する技術が知られている。そうした超音波センサを利用した障害物検出装置として特許文献１に開示されている技術がある。この技術は、外来ノイズとセンサ送受信の混信による誤報防止を図ることを課題としており、送波周波数を切替可能なセンサを用い、ノイズ検出時にはセンサの送波周波数、受信感度を通常時と異ならせることで、ノイズによる誤動作を抑制し、検知エリアの変動を抑制すると記載されている。

特開２０１０−２３０４２７号公報

近年、ハイブリッド車両、電動自動車など駆動源として電動機を搭載する車両の需要が高まっている。この種の電動機としては、交流電動機が用いられ、その制御は、電動機を駆動するインバータの周波数を制御することで行われる。電動機の制御精度を向上させて、レスポンスや燃費を向上させるため、インバータのキャリア周波数は２０ｋＨｚ以上へと高周波化する傾向が強まっている。一方、超音波センサにおいては、センサエリアを広げる（長距離化する）ためには、探査周波数の低周波化（例えば、４０ｋＨｚ以下）が求められている。この結果、インバータから発せられるノイズがセンサに影響を与える可能性がある。

そこで本発明は、電動機の制御精度の向上とセンサへのノイズの影響の抑制とを両立させることを可能とする障害物検出装置を有する車両を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る障害物検出装置を有する車両は、交流電動機とこの電動機を駆動するインバータと、電磁波または音波により車両周辺の障害物を探知する探知機器を備える車両において、インバータが発するノイズの探知機器の探査周波数への干渉可能性を判断する判断手段と、判断手段で干渉可能性ありと判断した場合は、インバータのキャリア周波数を変更する制御手段と、を備えているものである。

この制御手段は、探知機器を間欠作動させ、探知機器が作動しているときのみインバータのキャリア周波数を変更するとよい。この探知機器は例えば、超音波ソナーである。

電動機は、車両制動時に回生制動を行うことが可能であって、制御手段は、探知機器により障害物を検出した場合は、その回生制動を禁止して油圧制動のみを許可するとよい。

本発明によれば、インバータが発するノイズの探知機器の探査周波数への干渉可能性を判断し、干渉する可能性があると判断した場合には、インバータのキャリア周波数を変更するので、インバータが発生するノイズの探知機器の探査周波数への干渉を抑制することができる。これにより、電動機の制御精度の向上とノイズの影響の抑制とを両立させることができる。

探知機器を間欠作動させ、探知機が作動しているときのみインバータのキャリア周波数を干渉しないように変更することで、探知機が作動していない場合には電動機の制御精度を高めることができ、上記の両立性がより向上する。

探知機器が超音波ソナーである場合には、超音波ソナーの周波数を低周波化する一方、インバータのキャリア周波数を高周波化することができるので、電動機の制御精度の向上とノイズの影響の抑制との両立が図れる。

回生制動が可能である場合でも、障害物を検出した場合には、回生制動を禁止することで、回生制動の制御を高精度で行うよりも探知機気による障害物検出を優先することで、高精度な障害物検知を行うことができ、車両の安全性がよりいっそう向上する。

本発明に係る障害物検出装置を有する車両の車載装置のブロック構成図である。図１の車両のソナーとインバータの配置関係を示す図である。図１の装置における制御処理を示すフローチャートである。高速走行時のシステム共線図である。高速走行時のインバータキャリア制御とソナー探知のタイミングチャートである。回生制動時のシステム共線図である。回生制動時における通常時のインバータキャリア制御とソナー探知のタイミングチャートである。回生制動時における障害物検知時のインバータキャリア制御とソナー探知のタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１に本発明に係る障害物検出装置を有する車両の車載装置のブロック構成図を、図２にこの車両におけるソナーとインバータの配置関係を示す。この実施形態の障害物検出装置は、探知機器として対物センサである超音波ソナー１と、このソナーによる障害物検出のオン／オフを切り替えるソナースイッチ（ＳＷ）１１と、制御部であるソナーＥＣＵ（Electrical Control Unit）５で構成されている。

この車両は、いわゆるスプリット式のハイブリッド車両である。駆動源としては、内燃機関であるエンジン４と、発電機として機能するモータ３１、出力電動機として機能するモータ３２とを備える。エンジン４と、モータ３１、モータ３２とは図示していない動力分割機構で接続されている。この動力分割機構としては遊星歯車を用いることができる。これらのモータ３１、３２は、いずれも交流電動機であり、インバータ２により駆動される。

モータ３１は、減速時、車両制動時に発電を行うことで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換して車両を減速させる回生制動を行う。さらに、車両は、制動装置として油圧ブレーキ１３を備えている。車両の制御系としては、ソナーＥＣＵ５のほかに、油圧ブレーキ１３を制御するブレーキＥＣＵ７、エンジン４を制御するＥＮＧ（Engine）−ＥＣＵ９、インバータ２を制御する制御手段であるＭＧ（Motor Generator）−ＥＣＵ１０、ＥＮＧ−ＥＣＵ９と、ＭＧ−ＥＣＵ１０を制御するＨＶ（Hybrid Vehicle）−ＥＣＵ８を備える。各ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。これらのＥＣＵは、一部または全部のハードウェアを共有していてもよい。各ＥＣＵは、さらに車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）１２に相互接続されている。ＣＡＮ１２には、また、インバータ２とソナー１との干渉可能性を判断する判断手段である周波数判断装置６が接続されている。

ソナー１ａ〜１ｄは、例えば、図２に示されるように、車両の前端部に間隔をおいて配置されている。車両前部のボンネット内には、インバータ２とモータ３１、３２、エンジン４が配置されている。ソナー１ａ〜１ｄの探査周波数は、２０〜４０ｋＨｚに設定されている。超音波は周波数が高くなると到達距離が短くなるため、周波数をこのように低周波数化することで、探査領域を長距離化している。一方、モータ３１、３２の制御精度を向上させるため、インバータ２のキャリア周波数は、高周波化され、２０ｋＨｚ以上に達することがある。このため、インバータ２の近くに配置されているソナー１ａ〜１ｄにインバータ２のノイズが影響する可能性がある。

本実施形態では、このノイズの影響を抑制する制御を行う。図３は、その制御処理を示すフローチャートである。この処理は、主に周波数判断装置６が他のＥＣＵと協調して行う。

最初に、ソナーＳＷ１１がオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ソナーＳＷ１１がオン状態でない場合には、インバータ２によるソナー１への干渉は起こらないため、その後の処理をスキップして処理を終了する。一方、ソナーＳＷ１１がオン状態の場合には、インバータ２によるソナー１への干渉可能性があるため、ステップＳ２へと移行する。

続く、ステップＳ２では、まず、モータ３２の回転状態が高回転状態、つまり、高速走行時であるか否かを判定する。高速走行状態の場合には、ステップＳ３へと移行する。このときのシステム共線図を図４に示す。モータ３２、エンジン４の両方を駆動することで駆動出力を高回転化している。発電機であるモータ３１も同時に駆動され、余分なエネルギーの回収を図る。この場合は、モータ３２を駆動するためのインバータ２のキャリア周波数が、モータ３２の高回転化に伴い、高周波化する可能性がある。そこで、周波数判断装置６がＨＶ−ＥＣＵ８を通じて、ＭＧ−ＥＣＵ１０に指示してモータ３２を駆動するインバータ２のキャリア周波数を変更して、周波数を断続的に下げる（ステップＳ３）。さらに、周波数判断装置６がソナーＥＣＵ５に指示して、キャリア周波数が下がっている時にソナー１ａ〜１ｄによる障害物検出を間欠作動させる間欠ソナー検知を実行する（ステップＳ４）。

図５は、このときのタイミングチャート例を示している。例えばモータ３２を駆動するインバータ２のキャリア周波数が高い時刻ｔ_０〜ｔ_１間と時刻ｔ_２以降では、ソナー１ａ〜１ｄによる検知を無効とする。一方、モータ３２を駆動するインバータ２のキャリア周波数を下げた時刻ｔ_１〜ｔ_２間は、ソナー１ａ〜１ｄによる検知を有効とする。このようにソナー検知をインバータ２のキャリア周波数を下げた時に行うことで、インバータ２のノイズの影響が少ないときにソナー検知を行うことができ、高精度の測定を行うことができる。また、インバータ２のキャリア周波数を断続的でも高めることができるため、電動機であるモータ３２の制御精度が向上し、レスポンスや燃費の向上が図れる。

ステップＳ２で高速走行状態でないと判定した場合には、ステップＳ５へと移行し、モータ３１の回転状態が高回転状態、つまり、回生制動状態であるか否かを判定する。モータ３１も高回転状態でない場合は、いずれのモータも高回転状態ではなく、キャリア周波数が低く、ソナーとの干渉可能性はないと判断して、その後の処理をスキップして処理を終了する。

一方、回生制動状態と判定した場合には、ステップＳ６へと移行する。このときのシステム共線図を図６に示す。制動状態に移行しているため、モータ３２、エンジン４の両方の駆動回転数は下げられる。一方、発電機であるモータ３１を高速駆動することで、走行エネルギーを電気エネルギーへ変換することでエネルギーを回収し、減速を行う。この場合は、モータ３１を駆動するためのインバータ２のキャリア周波数が、モータ３１の高回転化に伴い、高周波化する可能性がある。そこで、周波数判断装置６がＨＶ−ＥＣＵ８を通じて、ＭＧ−ＥＣＵ１０に指示してモータ３１を駆動するインバータ２のキャリア周波数を断続的に下げる（ステップＳ６）。さらに、周波数判断装置６がソナーＥＣＵ５に指示して、キャリア周波数が下がっている時にソナー１ａ〜１ｄによる障害物検出を行う間欠ソナー検知を実行する（ステップＳ７）。

図７は、このときのタイミングチャート例を示している。例えばモータ３１を駆動するインバータ２のキャリア周波数が高い時刻ｔ_０〜ｔ_１間と時刻ｔ_２以降では、ソナー１ａ〜１ｄによる検知を無効とする。一方、モータ３１を駆動するインバータ２のキャリア周波数を下げた時刻ｔ_１〜ｔ_２間は、ソナー１ａ〜１ｄによる検知を有効とする。このようにソナー検知をインバータ２のキャリア周波数を下げた時に行うことで、上述のステップＳ３、Ｓ４の処理の場合と同様に、インバータ２のノイズの影響が少ないときにソナー検知を行うことができ、高精度の測定を行うことができる。また、インバータ２のキャリア周波数を断続的でも高めることができるため、電動機であるモータ３２の制御精度が向上し、レスポンスや燃費の向上が図れる。

次に、回生制動中に間欠ソナー検知実行の結果、障害物を検知したか否かを判定する（ステップＳ８）。障害物を検知しない場合には、処理を終了する。このときは、回生制動中は障害物を検知しない限り、ステップＳ６、Ｓ７の処理が繰り返されることになる。一方、障害物を検知した場合には、ステップＳ９へと移行して、回生制動を禁止して油圧ブレーキ１３による油圧制動のみを許可し、ソナー検知を実行する。

図８は、このときのタイミングチャート例を示している。図８（ａ）に示されるように、モータ３１を駆動するインバータ２のキャリア周波数は、図７（ａ）に示される時刻ｔ_０〜ｔ_１間、時刻ｔ_２以降に比べて周波数が低い状態に維持される。そこで、全期間にわたってソナー検知を有効とする。この場合は、インバータ２のノイズの影響が少ないので、ソナー１ａ〜１ｄについて、高精度の測定を行うことができる。また、インバータ２のキャリア周波数もソナー１ａ〜１ｄに影響しない範囲で高めることができるため、電動機であるモータ３２の制御精度が向上し、レスポンスや燃費の向上が図れる。

以上の説明では、探知機器として超音波ソナーを用いた場合を例に説明したが、その他のインバータ２のノイズと干渉可能性のある各種の探査装置、例えば電磁波等を用いるセンサであってもよい。

ここでは、スプリット式のハイブリッド車両に適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その他の形式のハイブリッド車両やモータのみを駆動源とする電気自動車に対しても適用できる。

本発明は、各種のハイブリッド車両、電気自動車に好適である。

１、１ａ〜１ｄ…超音波ソナー、２…インバータ、４…エンジン、５…ソナーＥＣＵ、６…周波数判断装置、７…ブレーキＥＣＵ、８…ＨＶ−ＥＣＵ、９…ＥＮＧ−ＥＣＵ、１０…ＭＧ−ＥＣＵ、１１…ソナーＳＷ、１２…ＣＡＮ、１３…油圧ブレーキ、３１、３２…モータ。

回生制動が可能である場合でも、障害物を検出した場合には、回生制動を禁止することで、回生制動の制御を高精度で行うよりも探知機器による障害物検出を優先することで、高精度な障害物検知を行うことができ、車両の安全性がよりいっそう向上する。

Claims

交流電動機と前記電動機を駆動するインバータと、電磁波または音波により車両周辺の障害物を探知する探知機器を備える障害物検出装置を有する車両において、
前記インバータが発するノイズの前記探知機器の探査周波数への干渉可能性を判断する判断手段と、
前記判断手段で干渉可能性ありと判断した場合は、前記インバータのキャリア周波数を変更する制御手段と、を備えている障害物検出装置を有する車両。
前記制御手段は、前記探知機器を間欠作動させ、前記探知機器が作動しているときのみ前記インバータのキャリア周波数を変更する請求項１記載の障害物検出装置を有する車両。
前記探知機器は超音波ソナーである請求項１または２に記載の障害物検出装置を有する車両。
前記電動機は、車両制動時に回生制動を行うことが可能であって、前記制御手段は、前記探知機器により障害物を検出した場合は、前記回生制動を禁止して油圧制動のみを許可する請求項１または２に記載の障害物検出装置を有する車両。