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JP2008195255A - 車両の電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電源系を制御する制御装置とその電源系から電力が供給される車両運動系の制御装置との間で通信異常が発生しても、車両運動系の正常な退避動作を実現する。
【解決手段】この電源システムの制御装置は、HV_ECU320とEPS_ECU420とを含み、別々にIGオン/オフ信号が入力される。HV_ECU320は、このハイブリッド車両の搭乗者の操作に基づいて、走行用バッテリ220と負荷とを電気的に接続および遮断するSMR500の開閉動作を制御する。通信線が異常であることを検出すると、HV_ECU320は、IGオフ信号が入力されても、設定された遅延時間が経過するまでSMR500をオフにしない。EPS_ECU420は、IGオフ信号の入力後において、遅延時間中に退避動作を実行する。
【選択図】図3

Description

本発明は、車両の電源システムに関し、特に、複数の制御コンピュータが通信回線を介して接続されたシステムにおいて、電源系の制御コンピュータとの間で通信異常が発生した場合の他の(運動系)制御コンピュータの退避技術に関する。
近年、高性能マイクロプロセッサが開発され、自動車等の車両にも多くのマイクロプロセッサを含むコンピュータユニット(ECU(Electronic Control Unit))が搭載されている。ECUは、走行性能、安全性、快適性、省資源、省エネルギー等を追求するものであり、車両の、パワートレーン系、ボディ系、安全系、情報系等を制御するために搭載されている。
車両運動系として、エンジン、ブレーキ、ステアリング、サスペンション、トランスミッションを制御する各ECU(これらの一部または全部を統合的に制御するECUであってもよい)、ボディ系としてパワードア、パワーシート、エアコンディショナー、照明を制御する各ECU、安全系として、エアバッグ、衝突センサを制御する各ECU、情報系として、カーナビゲーション装置、カーオーディオを制御する各ECUなどがある。これらのECUの増大に伴い発生するワイヤハーネスの削減するために車内ネットワークが採用されている。
一方、このような車内ネットワークに接続されたECUにより構築される車両の制御システムにおいては、車両の基本動作である「走る」動作に対応する駆動系ECU、「止まる」動作に対応する制動系ECU、「曲がる」動作に対応する操舵系ECUを、それぞれが独立して作動可能なように設けられる。これらの基本制御ユニットに加えて、並列的に動作可能な、車両の環境に対応する運転操作、運転者の運転支援および車両の動的運動制御を自動的に行なえるように処理ユニットが設けられる。このような処理ユニットと基本制御ユニットとは、下位−上位の関係を有して構築されたり、上下階層を形成しないで構築されたりしている。
このような車両の制御システムにおいて、多数のECUの中のECUにおいて発生する異常を的確に検出しないと、種々の不具合を引き起こす可能性がある。そのため、車両の各部位の故障を検出するための故障検出プログラムを搭載して信頼性の向上が図られている。すなわち、コンピュータ部やセンサ類や車両用通信システム(車載ネットワーク)の動作状態を適当な周期で自動的にチェックし、故障時には、ダイアグコード等を記憶するものである。こうした車両用通信システムにおいては、通信線の断線、ゲートウェイ装置の故障等により、データの伝送経路の一部が遮断されると、その遮断部分を通過する全てのデータが一度に途絶することになり、各ネットワークに接続された一部のECUは、必要なデータを受信できなくなってそのECUが制御する機器が正常に機能しなくなる、という問題があった。
特開2004−64626号公報(特許文献1)は、通信線の断線、ゲートウェイ装置の故障もしくは処理負荷の増加等によって、正常なデータ通信を行なうことができなくなった場合に、データ通信を速やかに正常状態に復旧させることができ、しかも、その対策のために通信線を多重化したりゲートウェイ装置の処理能力を高める必要のない車両用通信システムを開示する。この通信システムは、車両に搭載され、通信線を介してデータ通信可能な各種電気的装置を、複数にグループ分けし、各グループ毎に、電気的装置をデータ通信用の通信線を介して互いに接続するとともに、各グループの通信線間には、この通信線間でデータを中継可能な特定電気的装置を接続することにより、各通信線に接続された全ての電気的装置が通信線を介して互いにデータを送受信するよう構成された車両用通信システムである。特定電気的装置を、各通信線間に複数分散配置し、この各特定電気的装置が、予め設定された中継用のデータリストに基づき、所定の通信線間で所定のデータを中継するよう構成するとともに、複数の特定電気的装置の内、全ての通信線に接続される特定電気的装置の一つである第1特定電気的装置に、各電気的装置から送信された送信データが他の電気的装置で受信される迄の伝送経路を記述したルートテーブルが予め記憶された第1記憶手段と、各通信線に流れるデータを監視することにより、ルートテーブルに記述された伝送経路の異常及び異常箇所を検出する第1異常検出手段と、この第1異常検出手段にて伝送経路の異常及び異常箇所が検出されると、ルートテーブルに基づき、異常箇所を通過するデータを特定するとともに、特定したデータを異常箇所を通過させることなく伝送可能な迂回経路を設定し、データが迂回経路を通って伝送されるよう、ルートテーブルを更新する迂回経路設定手段と、この迂回経路設定手段にて更新されたルートテーブルに従い、第1特定電気的装置を含む各特定電気的装置に設定されたデータリストを更新するデータリスト更新手段とを設けたことを特徴とする。
この車両用通信システムによると、車両に構築された複数のネットワークの通信線に接続された各電気的装置が、その電気的装置が属するネットワーク内の他の電気的装置との間でデータ通信を行うことができるだけでなく、ゲートウェイ装置として機能する特定電気的装置を介して、他のネットワークの電気的装置との間でもデータ通信を行なうことができるようにされている。そして、複数の通信線の何れかが断線するか、或いは、特定電気的装置が故障することにより、このシステムで構成される伝送経路の一部が遮断されると、その部分を通過できなくなったデータが第1特定電気的装置側で特定されて、そのデータを必要とする電気的装置まで伝送するための迂回経路が設定される。また、このように迂回経路が設定されると、その迂回経路がデータの伝送経路となるようにルートテーブルが更新され、更に、そのルートテーブルに従い、ゲートウェイ機能を有する各特定電気的装置のデータリストが更新される。したがって、本発明の車両用通信システムによれば、通信線の断線、特定電気的装置の故障等によって、データの伝送経路の一部が遮断されても、その遮断された伝送経路を迂回する新たな伝送経路が形成されて、このシステムを構成する各電気的装置が送信したデータは、そのデータを必要とする他の電気的装置まで確実に伝送されることになる。
特開2004−64626号公報
ところで、近年、車両走行の推進力として、燃焼エネルギーで作動するエンジンの他に電気エネルギーで作動するモータを備えたハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両の種類としては、大きく、(1)車輪の駆動をモータで行ないエンジンはモータへの電力供給源として作動するシリーズ(直列)ハイブリッドシステムと、(2)エンジンとモータとの双方で車輪を駆動するパラレル(並列)ハイブリッドシステムとがある。さらに、これらの両方の機能を併せ持つパラレルシリーズハイブリッドシステムと呼ばれるものもある。
シリーズハイブリッドシステム以外においては、モータをエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用される。このようなハイブリッド車は、たとえば、加速時においてはモータによってエンジンの出力を補助し、減速時においては減速回生によって走行用バッテリ等への充電を行なう等、様々な制御を行ない、走行用バッテリの残容量を確保しつつ運転者の要求を満足できるようになっている。このようなハイブリッド車両は、モータの駆動あるいは回生を行なうために、パワードライブユニット(PCU(Power Control Unit)とも呼ばれる)を備える。このパワードライブユニットは、複数のスイッチング素子を備え、このスイッチング素子を用いた電流制御によりモータを駆動あるいは回生する。また、ハイブリッド車両は、これらスイッチング素子にスイッチングを行なわせる制御信号を出力するモータ制御装置を備えている。
上述したハイブリッド車両には、モータに供給する電力を蓄える走行用バッテリが搭載され、モータはインバータに接続され、インバータは走行用バッテリに接続されている。インバータと走行用バッテリとの間には、インバータと走行用バッテリとの電気的接続を断接するSMR(System Main Relay)が設けられている。このSMRは、ハイブリッドシステムを制御するECUであって、高圧の走行用バッテリを制御するECU(以下、ハイブリッドECUやHV_ECUと記載する場合がある)により開閉制御が行なわれる。
さらに、車両は、運転者の操作負担・操作力を軽減するため、補助力を付与する各種のシステムが搭載されるようになっている。中でも、運転者の操舵力に対して電動モータ等を利用して補助操舵力を付与する電動パワーステアリング装置は広く使用されている。電気自動車やハイブリッド車においては、このうち、走行用バッテリから電力が供給される電動モータを利用した電動パワーステアリング装置(以下、EPS(Electric Power Steering)と記載する場合がある)が用いられる。そして、このEPSにおける電動モータは、各種の補機の中でもその電力消費量が大きいために、SMRを介して走行用バッテリから電力が供給される。さらに、詳しくは、走行用バッテリの定格電圧に比べてEPSの電動モータの定格電圧が低いのでSMRとEPSの電動モータとの間に降圧用のDC/DCコンバータが設けられる。このEPSは、ハイブリッドECUと通信線で接続されたEPS_ECUにより制御される。なお、このように走行用バッテリの電力を用いて作動する車載機器の他の例として、エアコンディショナーの電動コンプレッサ(以下、電動エアコンディショナと記載する場合がある)がある。
このようなEPSは、SMRがオフ(電気的に接続されなくなると)、EPS_ECUが制御信号を出力しても作動しなくなる。すなわち、HV_ECUとEPS_ECUとの間における通信が遮断されてしまうと、EPSが作動必要であるにも関わらず(すなわち、EPSが作動しているにも関わらず)、HV_ECUがSMRをオフに切り換える可能性がある。
しかしながら、特許文献1においては、重要データの伝送経路の異常(断線等)を判定して、経路異常時には、重要データを中継するECUを切り換え、重要データの伝送経路を変更することが開示されているに過ぎない。このため、車両の走行中において、操舵系のEPSが作動しなくなる可能性を、特許文献1の通信システムでは完全に排除できない可能性がある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電源系を制御する制御装置とその電源系から電力が供給される車両運動系の制御装置との間で通信が異常になっても、車両運動系の正常な退避動作を実現することができる、車両の電源システムを提供することである。
第1の発明に係る車両の電源システムは、第1の制御装置と第2の制御装置と第1の制御装置および第2の制御装置を接続する信号線とを含む車両の電源システムである。第1の制御装置は、車両の搭乗者の操作に基づいて、車両に搭載された蓄電機構と電気負荷との間の電気的な接続および遮断を制御するための手段と、信号線の異常を検出するための手段と、車両の搭乗者による電気的な接続の遮断要求操作を検出するための手段と、蓄電機構と電気負荷との間が電気的な接続されているときであって信号線の異常を検出したときに、遮断要求操作を検出しても、第2の制御装置についての予め定められた条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための制御手段とを含む。第2の制御装置は、蓄電機構から供給された電力により作動する電気負荷を制御するための手段と、信号線の異常を検出するための手段と、車両の搭乗者による電気的な接続の遮断要求操作を検出するための手段とを含む。
第1の発明によると、車両に搭載された蓄電機構(たとえば走行用バッテリ)と電気負荷(インバータ、DC/DCコンバータ、電動エアコンディショナ、EPS等)との間の電気的な接続および遮断が、システムメインリレー(SMR)を開閉制御することにより行なわれる。第1の制御装置は、このSMRを、車両の搭乗者の操作に基づいて開閉制御する。第2の制御装置は、これらの電気負荷を制御する。第1の制御装置(たとえば、SMRを制御するハイブリッドECU)と第2の制御装置(たとえば、EPSを制御するEPS_ECU)とを接続している信号線が異常になると、第2の制御装置が電気負荷を使用している状態であるか否かが第1の制御装置では認識できなくなる。このような場合に、運転者による遮断要求操作が検出されても、第1の制御装置は、第2の制御装置についての条件(たとえば、第2の制御装置が制御する電気負荷であるEPSの退避処理が完了したという条件)が成立するまでは、電気的な接続を遮断しないように制御する。このため、第2の制御装置は、電気負荷への電力が供給されるので、正常に退避処理を行なうことができる。その結果、電源系を制御する第1の制御装置とその電源系から電力が供給される車両運動系の第2の制御装置との間で通信が異常になっても、車両運動系の正常な退避動作を実現することができる、車両の電源システムを提供することができる。
第2の発明に係る車両の電源システムにおける第2の制御装置は、第1の発明の構成に加えて、電気負荷が作動しているときであって信号線の異常を検出したときに、遮断要求操作を検出すると、退避処理を実行するように電気負荷を制御するための手段をさらに含む。第1の制御装置の制御手段は、第2の制御装置の退避処理が完了するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための手段を含む。
第2の発明によると、信号線が異常になると、第2の制御装置が電気負荷を使用している状態であるか否かが第1の制御装置では認識できなくなる。このような場合に、運転者による遮断要求操作が検出されると、第2の制御装置により、退避処理を実行するように電気負荷が制御される。一方、第1の制御装置は、この第2の制御装置が制御する電気負荷(この電気負荷は、第1の制御装置が開閉制御するSMRを介して電気的に蓄電機構と接続されている)が退避処理が完了したという条件が成立するまでは、電気的な接続を遮断しないように制御する。このため、第2の制御装置は、電気負荷への電力が供給されるので、正常に退避処理を行なうことができる。
第3の発明に係る車両の電源システムにおける第1の制御装置の制御手段は、第1または第2の発明の構成に加えて、第2の制御装置の退避処理が完了するまでの時間が経過するという条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための手段を含む。
第3の発明によると、信号線が異常な場合に、運転者による遮断要求操作が検出されると、第2の制御装置により、電気負荷の退避処理が実行される時間の間は、第1の制御装置が、第2の制御装置が制御する電気負荷への蓄電機構からの電力供給を遮断しないこのため、第2の制御装置は、電気負荷への電力が供給されるので、正常に退避処理を行なうことができる。
第4の発明に係る車両の電源システムにおける第1の制御装置の制御手段は、第3の発明の構成に加えて、第2の制御装置の種類に応じて定められた退避処理のための時間が経過するという条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための手段を含む。
第4の発明によると、蓄電機構を電力の供給源とする、第2の制御装置が制御する電気負荷としては、インバータ、DC/DCコンバータ、電動エアコンディショナ、EPS等があり、これらの電気負荷の種類により退避処理に必要な時間が異なる。このため、第2の制御装置の種類に応じて定められた退避処理のための時間が経過するという条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないようする。このため、様々な電気負荷が蓄電機構から電力が供給されている場合であっても、電気負荷の退避処理を完全に行なうことができる。
第5の発明に係る車両の電源システムにおいては、第1〜第4のいずれかの発明の構成に加えて、遮断要求操作は、イグニッションスイッチのオフ指令操作である。
第5の発明によると、車両の搭乗者(主として運転者)により、イグニッションスイッチがオフにされると、第1の制御装置と第2の制御装置との間の信号線が異常であっても、電気負荷を退避処理させた後に、電源システムをオフにすることができる。
第6の発明に係る車両の電源システムにおいては、第1〜第5のいずれかの発明の構成に加えて、蓄電機構は、車両走行用の蓄電機構であって、第2の制御装置は、車両運動系の電気負荷である。
第6の発明によると、車両運動系のインバータ、DC/DCコンバータ、EPS等を退避処理させるので、車両を安全に退避させることができる。
第7の発明に係る車両の電源システムにおいては、第6のいずれかの発明の構成に加えて、車両運動系の電気負荷は、電動パワーステアリングである。
第7の発明によると、車両運動系のEPSを退避処理できるので、運転者がEPSを用いて操舵して、車両を安全に退避させることができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。以下においては、電気負荷としてEPSを備えたハイブリッド車両について説明するが、一般的な内燃機関を有しない電気自動車(EV)に本発明が好適に適用されることを積極的に排除するものではない。また、他の電気負荷の例として、モータジェネレータ、インバータ、DC/DCコンバータ、電動エアコンディショナ等がある。
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る制御システムを含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図を説明する。なお、本発明は図1に示すハイブリッド車両に限定されない。本発明は、動力源としての、たとえばガソリンエンジン等の内燃機関(以下、エンジンとして説明する)が、車両を走行させる駆動源であって、かつ、ジェネレータの駆動源であればよい。さらに、駆動源がエンジンおよびモータジェネレータであって、モータジェネレータの動力により走行可能な車両であればよく(エンジンを停止させても停止させなくても)、走行用のバッテリを搭載した他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい(いわゆるシリーズ型やパラレル型等のハイブリッド車両に限定されない)。このバッテリは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などであって、その種類は特に限定されるものではない。また、バッテリの代わりにキャパシタでも構わない。
ハイブリッド車両は、エンジン120と、モータジェネレータ(MG)140とを含む。なお、以下においては、説明の便宜上、モータジェネレータ140を、モータジェネレータ140A(またはMG(2)140A)と、モータジェネレータ140B(またはMG(1)140B)と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータジェネレータ140Aがジェネレータとして機能したり、モータジェネレータ140Bがモータとして機能したりする。このモータジェネレータがジェネレータとして機能する場合に回生制動が行なわれる。モータジェネレータがジェネレータとして機能するときには、車両の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて、車両が減速される。
ハイブリッド車両は、この他に、エンジン120やモータジェネレータ140で発生した動力を駆動輪160に伝達したり、駆動輪160の駆動をエンジン120やモータジェネレータ140に伝達したりする減速機180と、エンジン120の発生する動力を駆動輪160とモータジェネレータ140B(MG(1)140B)との2経路に分配する動力分割機構(たとえば、後述する遊星歯車機構)200と、モータジェネレータ140を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ220と、走行用バッテリ220の直流とモータジェネレータ140A(MG(2)140A)およびモータジェネレータ140B(MG(1)140B)の交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ240と、走行用バッテリ220の充放電状態(たとえば、SOC(State Of Charge))を管理制御するバッテリ制御ユニット(以下、バッテリECU)という)260と、エンジン120の動作状態を制御するエンジンECU280と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ140およびバッテリECU260、インバータ240等を制御するMG_ECU300と、バッテリECU260、エンジンECU280およびMG_ECU300等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するHV_ECU320等を含む。
本実施の形態において、走行用バッテリ220とインバータ240との間には昇圧コンバータ242が設けられている。これは、走行用バッテリ220の定格電圧(たとえば、288V)が、モータ140A(MG(2)140A)やモータジェネレータ140B(MG(1)140B)の定格電圧(たとえば650V)よりも低いので、走行用バッテリ220からモータジェネレータ140A(MG(2)140A)やモータジェネレータ140B(MG(1)140B)に電力を供給するときには、昇圧コンバータ242で電力を昇圧する。
さらに、このハイブリッド車両には、EPSが装備されている。図1に示すように走行用バッテリ220から降圧コンバータ400により降圧された電力(たとえば、46V)が、電動モータであるEPSアクチュエータ410に供給される。EPSアクチュエータ410は、HV_ECU320と通信線で接続されたEPS_ECU420により制御される。
なお、図1においては、各ECUを別構成としているが、2個以上のECUを統合したECUとして構成してもよい(たとえば、図1に、点線で示すように、MG_ECU300とHV_ECU320とを統合したECUとすることがその一例である)。
動力分割機構200は、エンジン120の動力を、駆動輪160とモータジェネレータ140B(MG(1)140B)との両方に振り分けるために、遊星歯車機構(プラネタリーギヤ)が使用される。モータジェネレータ140B(MG(1)140B)の回転数を制御することにより、動力分割機構200は無段変速機としても機能する。エンジン120の回転力はキャリア(C)に入力され、それがサンギヤ(S)によってモータジェネレータ140B(MG(1)140B)に、リングギヤ(R)によってモータジェネレータ140A(MG(2)140A)および出力軸(駆動輪160側)に伝えられる。回転中のエンジン120を停止させる時には、エンジン120が回転しているので、この回転の運動エネルギーをモータジェネレータ140B(MG(1)140B)で電気エネルギーに変換して、エンジン120の回転数を低下させる。
図1に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、車両の状態について予め定められた条件が成立すると、HV_ECU320は、モータジェネレータ140のモータジェネレータ140A(MG(2)140A)のみによりハイブリッド車両の走行を行なうようにモータジェネレータ140A(MG(2)140A)およびエンジンECU280を介してエンジン120を制御する。たとえば、予め定められた条件とは、走行用バッテリ220のSOCが予め定められた値以上であるという条件等である。このようにすると、発進時や低速走行時等であってエンジン120の効率が悪い場合に、モータジェネレータ140A(MG(2)140A)のみによりハイブリッド車両の走行を行なうことができる。この結果、走行用バッテリ220のSOCを低下させることができる(その後の車両停止時に走行用バッテリ220を充電することができる)。
また、通常走行時には、たとえば動力分割機構200によりエンジン120の動力を2経路に分け、一方で駆動輪160の直接駆動を行ない、他方でモータジェネレータ140B(MG(1)140B)を駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータジェネレータ140A(MG(2)140A)を駆動して駆動輪160の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ220からの電力をモータジェネレータ140A(MG(2)140A)に供給してモータジェネレータ140A(MG(2)140A)の出力を増大させて駆動輪160に対して駆動力の追加を行なう。一方、減速時には、駆動輪160により従動するモータジェネレータ140A(MG(2)140A)がジェネレータとして機能して回生発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ220に蓄える。なお、走行用バッテリ220の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン120の出力を増加してモータジェネレータ140B(MG(1)140B)による発電量を増やして走行用バッテリ220に対する充電量を増加する。
また、走行用バッテリ220の目標SOCはいつ回生が行なわれてもエネルギーが回収できるように、通常は60%程度に設定される。また、SOCの上限値と下限値とは、走行用バッテリ220のバッテリの劣化を抑制するために、たとえば、上限値を80%とし、下限値を30%として設定され、HV_ECU320は、MG_ECU300を介してSOCが上限値および下限値を越えないようにモータジェネレータ140による発電や回生、モータ出力を制御している。なお、ここで挙げた値は、一例であって特に限定される値ではない。
図2を参照して、動力分割機構200についてさらに説明する。動力分割機構200は、サンギヤ(S)202と(以下、単にサンギヤ202と記載する)、ピニオンギヤ204と、キャリア(C)206(以下、単にキャリア206と記載する)と、リングギヤ(R)208(以下、単にリングギヤ208と記載する)とを含む遊星歯車から構成される。
ピニオンギヤ204は、サンギヤ202およびリングギヤ208と係合する。キャリア206は、ピニオンギヤ204が自転可能であるように支持する。サンギヤ202はMG(1)140Bの回転軸に連結される。キャリア206はエンジン120のクランクシャフトに連結される。リングギヤ208はMG(2)140Aの回転軸および減速機180に連結される。
エンジン120、MG(1)140BおよびMG(2)140Aが、遊星歯車からなる動力分割機構200を介して連結されることで、エンジン120、MG(1)140BおよびMG(2)140Aの回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。
図3を参照して、本実施の形態に係る制御システムである、HV_ECU320およびEPS_ECU420を含む、制御ブロック図について説明する。なお、図3に示す構成要素の中で、前述の図1において説明した構成要素についての詳細な説明はここでは繰り返さない。
図3に示すように、HV_ECU320は、走行用バッテリ220と負荷(ここでは、走行用のインバータ240およびEPSアクチュエータ410)とを電気的に接続したり(SMR500がオン)、遮断したり(SMR500がオフ)するSMR500を制御する。走行用バッテリ220の電力は、SMR500が通電状態であるときに、昇圧コンバータ242を介してインバータ240に供給されるとともに、降圧コンバータ400を介してEPSアクチュエータ410に供給される。なお、このEPSアクチュエータ410以外に、走行用バッテリ220の電力が降圧コンバータ400で降圧されて供給される負荷が存在しても構わない。たとえば、一例を挙げれば、エアコンディショナーの電動コンプレッサである。
EPSアクチュエータ410は、EPS_ECU420により制御される電動モータであって、運転者のステアリング操作を補助する。
図3に示すように、HV_ECU30とEPS_ECU420とは通信線で接続されている。なお、この通信線は、車載用ネットワーク通信線であっても、その他の通信線であっても構わない。
HV_ECU320には、IG(イグニッション)オン/オフ信号およびST(システムスタート)オン/オフ信号がそれぞれ入力される。EPS_ECU420には、HV_ECU320を経由することなく、IG(イグニッション)オン/オフ信号が入力される。
イグニッションスイッチには、OFF(オフ)位置と、ACC位置、ON(オン)位置位置とがあり、HV_ECU320は、電源遮断時、すなわちイグニッションスイッチのポジションがOFF位置にあるときには、全てのSMR500をオフする。すなわち、SMR500のコイルに対する励磁電流をオフする。たとえば、イグニッションスイッチのポジションは、OFF位置→ACC位置→ON位置の順に切り換えられる。なお、このような形態のイグニッションスイッチに関連するIG信号に限定されるものではない。
ST信号(オン/オフ)は、この車両におけるハイブリッドシステムが作動できる状態であるときに(SMR500を負荷と電気的に接続するときに)、オンになる信号であって、たとえば、IGオンの状態で運転者が押しボタン式のPOWERスイッチを押すことにより、HV_ECU320によりSMR500が電気的に接続状態にされて、走行用バッテリ220と負荷とが電気的に接続された状態になる。なお、このような押しボタン式のPOWERスイッチに関連するST信号に限定されるものではない。
電源接続時、すなわちSTオフからSTオンに切り換えられると、HV_ECU320は、先ず、正極のメインSMRをオンし、次に制限抵抗が直列に接続された負極のプリチャージSMRをオンしてプリチャージを実行する。このようにプリチャージ処理を実行することにより、インバータ240の電圧値は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止することができる。さらに、プリチャージ処理の完了後においては、正極のメインSMRをオンの状態のままで、制限抵抗が接続されていない負極のメインSMRをオンしてシステムの起動が完了する。なお、正極と負極とが逆でもよい。
なお、上述したようなイグニッションスイッチやPOWERスイッチに、本発明の適用が限定されるものではない。
本実施の形態に係る制御システムを構成するEPS_ECU420は、SMR500の開閉を制御するHV_ECU320との通信が遮断されたとき(断線、短絡等)、EPSアクチュエータ410の作動が可能である状態を維持する。すなわち、通信線が正常であるときには、EPS_ECU420から電力供給遮断可能信号を受信したHV_ECU320は、EPSアクチュエータ410が供給電力を必要としていないことが認識でき、EPSアクチュエータ410の非作動中にSMR500をオンからオフに切換えることができる。しかしながら、通信線が異常であると、HV_ECU320は、EPSアクチュエータ410の作動状態の如何に関わらずSMR500の開閉制御を実行してしまうので、EPSアクチュエータ410の作動中に供給電力が遮断される可能性がある。本実施の形態に係る制御システムを構成するEPS_ECU420は、高圧電源である走行用バッテリ220を管理するHV_ECU320との通信が異常であることを検出すると、退避走行中においてはEPSアクチュエータ410を正常に作動させる。また、HV_ECU320は、高圧電源である走行用バッテリ220から負荷への電力供給の停止が要求されても、EPSアクチュエータ410の動作状態が不明であるので、EPSアクチュエータ410の作動を考慮して、SMR500をオフにするように制御する。
このような本実施の形態に係る制御システムは、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ECUに含まれるCPU(Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されてCPUで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。なお、このようなプログラムを記録した記録媒体についても本発明の一態様である。
図4および図5を参照して、本実施の形態に係る制御システムを実現するために、HV_ECU320およびEPS_ECU420が実行する、プログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、サブルーチンであって、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)1000にて、HV_ECU320は、IG(イグニッション)がオンされたか否かを判断する。IGオンを検出すると(S1000にてYES)、処理はS1010へ移される。もしそうでないと(S1000にてNO)、処理はS1000へ戻されて、IGオンを検出するまで待つ。
S1010にて、HV_ECU320は、ST(システムスタート)がオンされたか否かを判断する。STオンを検出すると(S1010にてYES)、処理はS1020へ移される。もしそうでないと(S1010にてNO)、処理はS1010へ戻されて、STオンを検出するまで待つ。
S1020にて、HV_ECU320は、SMR500をオンして、プリチャージ処理を開始する。このとき、正極のメインSMRをオンし、次に制限抵抗が直列に接続された負極のプリチャージSMRをオンしてプリチャージを開始する。このプリチャージ処理は、負荷側の電圧値が予め定められた電圧値以上に到達したか、予め定められたプリチャージ時間が経過したことにより、完了する。以下の説明では、プリチャージ処理は、プリチャージ処理の開始からプリチャージ時間で完了するものとして説明する。
S1030にて、HV_ECU320は、高圧接続が完了したか否かを判断する。このとき、HV_ECU320は、プリチャージ処理の開始からプリチャージ時が経過すると高圧接続が完了したと判断する。このとき、HV_ECU320は、正極のメインSMRをオンの状態のままで、制限抵抗が接続されていない負極のメインSMRをオンして高圧システムの起動を完了させる。高圧接続が完了すると(S1030にてYES)、処理はS1040へ移される。もしそうでないと(S1030にてNO)、処理はS1030へ戻されて、高圧接続が完了するまで待つ。なお、プリチャージ処理の開始からプリチャージ時を経過してさらに一定時間が経過すると、異常処理を行なうようにしても良い。
S1040にて、HV_ECU320は、高圧電源使用許可信号をEPS_ECU420に送信する。このとき、HV_ECU300とEPS_ECU420との間の通信線は正常であると想定する。
S1050にて、HV_ECU320は、高圧電源使用中信号をEPS_ECU420から受信したか否かを判断する。高圧電源使用中信号を受信すると(S1050にてYES)、処理はS1060へ移される。もしそうでないと(S1050にてNO)、処理はS1050へ戻されて、高圧電源使用中信号を受信するまで待つ。なお、高圧電源使用中信号は、EPS_ECU420以外の走行用バッテリ220から電力の供給を受ける構成機器を制御するECU(MG_ECU(走行系)、エアコンECU(環境系)等)から受信するようにしても構わない。このとき、HV_ECU300とEPS_ECU420との間の通信線は正常であると想定する。
S1060にて、HV_ECU320は、高圧電源使用中フラグをセットする。なお、このとき、HV_ECU320は、MG、EPS、エアコンディショナの電動コンプレッサ等の走行用バッテリ220から電力の供給を受ける構成機器を識別できるように高圧電源使用中フラグをセットするようにしても構わない。
S1070にて、HV_ECU320は、通信状態を監視する。この通信状態の監視方法については、公知の技術を用いればよいので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
S1080にて、HV_ECU320は、通信異常を検出したか否かを判断する。通信異常を検出すると(S1080にてYES)、処理は図5のS1090へ移される。もしそうでないと(S1080にてNO)、処理はS1070へ戻されて、通信状態を検束して監視する。なお、本プログラムがサブルーチンであることを考慮すると、通信異常を検出しないと(S1080にてNO)、処理をS1070へ戻すでのはなく、このサブルーチンプログラムを終了させることも可能である。このような処理とすることが可能である場合であっても、以下においてはその説明を繰り返さないこととする。
S1090にて、HV_ECU320は、通信異常フラグをセットする。なお、セットされた通信異常フラグは、ダイアグ(Diagnosis)としてメモリに記憶される。
S1100にて、HV_ECU320は、IG(イグニッション)がオフされたか否かを判断する。IGオフを検出すると(S1100にてYES)、処理はS1110へ移される。もしそうでないと(S1100にてNO)、処理はS1100へ戻されて、IGオフを検出するまで待つ。
S1110にて、HV_ECU320は、SMR遮断遅延時間を設定する。このとき、セットされている高圧電源使用中フラグの種類に応じて、SMR遮断遅延時間を変更して設定することも可能である。たとえば、走行系のMGや操舵系のEPSに比べて環境系の電動エアコンディショナについては退避処理中における電動エアコンディショナを作動可能な状態にすることの重要性が高くないので、短く設定することも可能である。逆に、運動系である、走行系のMGや操舵系のEPSは退避処理中において作動可能な状態にすることの重要性が高いので、長く設定することも可能である。さらに、走行系のMGについては、車速がしきい値よりも低下してしまうと作動可能な状態でなくてもよいと考えて、車速を検出して、SMR500をオフにするタイミングを制御するようにしても構わない。
S1120にて、HV_ECU320は、遅延タイマをスタートさせる。S1130にて、HV_ECU320は、遅延タイマがタイムアップしたか否かを判断する。遅延タイマがタイムアップすると(S1130にてYES)、処理はS1140へ移される。もしそうでないと(S1130にてNO)、処理はS1130へ戻され、遅延タイマがタイムアップするまで待つ。
S1140にて、HV_ECU320は、SMR500をオフにして(正極側メインリレーまたは/および負極側メインリレーを非通電状態にして)、高圧系を遮断する。すなわち、走行用バッテリ220と負荷とを電気的に非接続な状態とする。
図4に戻って、S2000にて、EPS_ECU420は、IGオンしたか否かを判断する。IGオンを検出すると(S2000にてYES)、処理はS2010へ移される。もしそうでないと(S2000にてNO)、処理はS2000へ戻されて、IGオンを検出するまで待つ。なお、このS2000におけるIGオンの検出も、上述したS1000のIGオンの検出と同じであるが、IGオン/オフ信号がHV_ECU320とEPS_ECU420とに並列に入力されているので、EPS_ECU420がHV_ECU320から受信した信号に基づいてIGオンを検出するものではないことを確認的に記載しておく。
S2010にて、EPS_ECU420は、高圧電源使用許可信号をHV_ECU320から受信したか否かを判断する。高圧電源使用中許可信号を受信すると(S2010にてYES)、処理はS2020へ移される。もしそうでないと(S2010にてNO)、処理はS2010へ戻されて、高圧電源使用中許可信号を受信するまで待つ。このときも、上述のように、HV_ECU300とEPS_ECU420との間の通信線は正常であると想定する。
S2020にて、EPS_ECU420は、高圧電源の使用の開始を判断する。このタイミングは、運転者のステアリングの操作角、車速等に基づいて、EPSアクチュエータ410でEPSを作動させると判断された時である。
S2030にて、EPS_ECU420は、高圧電源使用中信号をHV_ECU320に送信する。このときも、上述のように、HV_ECU300とEPS_ECU420との間の通信線は正常であると想定する。
S2040にて、EPS_ECU420は、EPSの作動を開始する。より具体的には、EPS_ECU420は、運転者のステアリングの操作角、車速等に基づいて、EPSアクチュエータ410である電動モータに作動指令信号を出力する。このとき、EPSアクチュエータ410である電動モータは、走行用バッテリ220の電力であって、降圧コンバータ400により288V程度(走行用バッテリ220の定格電圧)から46V程度まで下げられた電力を用いて作動する。
S2050にて、EPS_ECU420は、通信状態を監視する。この通信状態の監視方法については、上述のHV_ECU320における処理と同じように公知の技術を用いればよいので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
S2060にて、EPS_ECU420は、通信異常を検出したか否かを判断する。通信異常を検出すると(S2060にてYES)、処理は図5のS2070へ移される。なお、通信異常は、HV_ECU320とEPS_ECU420とで、大きな時間差を発生させることなく検出される。
S2070にて、EPS_ECU420は、通信異常フラグをセットする。なお、セットされた通信異常フラグは、ダイアグ(Diagnosis)としてメモリに記憶される。S2080にて、EPS_ECU420は、EPSの作動を継続させる。このとき、後述するように、走行用バッテリ220から供給された電力によりEPSが作動する。
S2090にて、EPS_ECU420は、IGがオフされたか否かを判断する。IGオフを検出すると(S2090にてYES)、処理はS2100へ移される。もしそうでないと(S2090にてNO)、処理はS2090へ戻されて、IGオフを検出するまで待つ。
S2100にて、EPS_ECU420は、EPSの遮断処理(退避処理)を実行する。たとえば、EPS_ECU420は、EPSアクチュエータ410へ制御信号が一旦途絶えると(運転者の操舵要求がなくなると)、その後は出力されないように保護機能を作動させる。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御システムであるHV_ECU320およびEPS_ECU420により制御されるハイブリッド車両の動作について説明する。
EPS機能を搭載したハイブリッド車両に運転者が搭乗して、IGスイッチをオンにすると、HV_ECU320がIGオンを検出する(S1000にてYES)。また、EPS_ECU420もHV_ECU320と通信することなくIGオンを検出する(S2000にてYES)。
運転者がハイブリッドシステムを起動させるためにPOWERスイッチを押すと、HV_ECU320によりSTオンが検出される(S1010にてYES)。SMR500を用いてプリチャージ処理が実行され(S1020)、プリチャージ時間後に走行用バッテリ220の正極側メインリレーおよび負極側メインリレーが電気的に接続されて高圧接属された状態になる(S1030にてYES)。HV_ECU320は、EPS_ECU420に高圧電源使用許可信号を送信する(S1040)。
これを受けて、EPS_ECU420は、HV_ECU420から高圧電源使用許可信号を受信する(S2010にてYES)。運転者が、たとえば遅い車速でステアリングを大きく操舵すると、EPSを作動させると判断されて、高圧電源の使用を開始すると判断される(S2020)。EPS_ECU420は、HV_ECU320に高圧電源使用中信号を送信する(S2030)。
これを受けて、HV_ECU320は、EPS_ECU420から高圧電源使用中信号を受信する(S1050にてYES)。高圧電源使用中フラグがセットされる(S1060)。
このような状態において、HV_ECU320もEPS_ECU420も、HV_ECU320とEPS_ECU420との間の通信を監視する(S1070、S2050)。HV_ECU320とEPS_ECU420との間の通信線が断線すると、HV_ECU320もEPS_ECU420も、通信異常を検出して(S1080にてYES、S2060にてYES)、通信異常フラグをセットする(S1090、S2070)。このとき、EPSは作動状態であり、EPSの作動が継続される(S2080)。このとき、HV_ECU320で制御されるSMR500は、高圧接続を完了した状態であるので、走行用バッテリ220から供給された電力によりEPSアクチュエータ410が作動を継続する。
運転者が、IGスイッチをオフにすると(ハイブリッドシステムの停止および車両の全システムの停止)(S2090にてYES)、EPSの遮断処理が行なわれる(S2100)。これと並行して、IGスイッチをオフにすると(S1100にてYES)、SMR500の開閉を制御するHV_ECU320においては、SMR遮断遅延時間が設定される。EPSに関してこの遅延時間に言及すれば、EPSの遮断処理が完了する5秒程度である。
SMR遮断遅延タイマがスタートしてタイムアップするまでは(S1130にてNO)、SMR500は電気的に走行用バッテリ220と負荷(降圧用コンバータ400)とを電気的に接続している。このため、EPSアクチュエータ410は降圧用コンバータ400から供給された走行用バッテリ220の電力を用いて作動されて、EPS遮断処理が行なわれる(S2100)。
SMR遮断遅延タイマがスタートしてタイムアップすると(S1130にてYES)、EPS遮断処理が完了しており(退避処理が完了しており)、SMR500が電気的に走行用バッテリ220と負荷(降圧用コンバータ400)とを電気的に非接続な状態になるように、切換えられる。これにより、ハイブリッドシステムが遮断される。
以上のようにして、本実施の形態に係る制御システム(HV_ECUおよびEPS_ECU)によると、走行用バッテリの電力により作動される電気機器を制御する制御装置(ECU)と走行用バッテリの電力供給を制御する制御装置(HV_ECU)との間の通信線が異常になっても、走行用バッテリの電力により作動される電気機器を正常に退避動作させることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施の形態に係る制御装置を含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図である。 動力分割機構を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるEPS_ECUを含む、制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるEPS_ECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その1)である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるEPS_ECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その2)である。
符号の説明
120 エンジン、140 モータジェネレータ、160 駆動輪、180 減速機、200 動力分割機構、220 走行用バッテリ、240 インバータ、242 昇圧コンバータ、260 バッテリECU、280 エンジンECU、300 MG_ECU、320 HV_ECU、400 降圧コンバータ、410 EPSアクチュエータ、420 EPS_ECU。

Claims (7)

  1. 第1の制御装置と第2の制御装置と前記第1の制御装置および第2の制御装置を接続する信号線とを含む車両の電源システムであって、
    前記第1の制御装置は、
    前記車両の搭乗者の操作に基づいて、前記車両に搭載された蓄電機構と前記電気負荷との間の電気的な接続および遮断を制御するための手段と、
    前記信号線の異常を検出するための手段と、
    前記車両の搭乗者による電気的な接続の遮断要求操作を検出するための手段と、
    前記蓄電機構と前記電気負荷との間が電気的な接続されているときであって前記信号線の異常を検出したときに、前記遮断要求操作を検出しても、前記第2の制御装置についての予め定められた条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための制御手段とを含み、
    前記第2の制御装置は、
    前記蓄電機構から供給された電力により作動する電気負荷を制御するための手段と、
    前記信号線の異常を検出するための手段と、
    前記車両の搭乗者による電気的な接続の遮断要求操作を検出するための手段とを含む、車両の電源システム。
  2. 前記第2の制御装置は、前記電気負荷が作動しているときであって前記信号線の異常を検出したときに、前記遮断要求操作を検出すると、退避処理を実行するように前記電気負荷を制御するための手段をさらに含み、
    前記第1の制御装置の制御手段は、前記第2の制御装置の退避処理が完了するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための手段を含む、請求項1に記載の車両の電源システム。
  3. 前記第1の制御装置の制御手段は、前記第2の制御装置の退避処理が完了するまでの時間が経過するという条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための手段を含む、請求項1または2に記載の車両の電源システム。
  4. 前記第1の制御装置の制御手段は、前記第2の制御装置の種類に応じて定められた退避処理のための時間が経過するという条件が成立するまで、電気的な接続を遮断しないように制御するための手段を含む、請求項3に記載の車両の電源システム。
  5. 前記遮断要求操作は、イグニッションスイッチのオフ指令操作である、請求項1〜4のいずれかに記載の車両の電源システム。
  6. 前記蓄電機構は、前記車両走行用の蓄電機構であって、
    前記第2の制御装置は、車両運動系の電気負荷である、請求項1〜5のいずれかに記載の車両の電源システム。
  7. 前記車両運動系の電気負荷は、電動パワーステアリングである、請求項6に記載の車両の電源システム。
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