JP2001333508A

JP2001333508A - 車両システム

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Publication number: JP2001333508A
Application number: JP2000151845A
Authority: JP
Inventors: Taizo Miyazaki; 泰三宮崎; Michiyuki Haniyu; 倫之羽二生; Yasuo Morooka; 泰男諸岡; Masahiro Komachiya; 昌宏小町谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: JP3616743B2

Abstract

(57)【要約】【課題】近年、各車輪に電動デバイスを設けた車両が
増えてきている。これは、電動デバイスの優秀な制御性
から車両の安全性、運動性を向上させることを目的とし
ている。しかし、電力系統に故障が生じた場合には、そ
の特徴を発揮することができない。本発明は電力系故障
時における上記の問題を軽減させるものである。【解決手段】上記問題点を解決するため、複数のパワ
ーバス１３Ａ、１３Ｂ、および電力切り替え供給手段１
４、前記パワーバスの監視モニタ１６と、電力系統に異
常が検知されたときは他の正常な電力系統から電力切り
替え供給手段により切り替え供給する。電力切り替え供
給手段１４は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータや、リレーな
どのよって実現することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の車輪に、電力
により動作する動力デバイスを有する車両に係り、特に
前記動力デバイスへの電力供給の信頼性を向上させた車
両システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各車輪に電動デバイスを設けた車
両が増えてきている。これは、電動デバイスの優秀な制
御性から車両の安全性、運動性を向上させることを目的
としている。電動デバイスについては例えば特開平１１
−１３９２９７号公報に記載されたものがある。これ
は、車両用ブレーキ制御装置に関し、機械的ブレーキに
電動アクチュエータを設け、制御性を向上させることに
よって、ブレーキの性能を向上させている。すなわち、
電動ブレーキを正確にかつ速やかに作動させている。

【０００３】しかし、電動ブレーキの場合は電力系統の
失陥時にはブレーキ動作の確保ができなくなるので、電
気系統失陥時にはマスタシリンダが出力する油圧を直接
ブレーキユニットの油圧駆動部に供給してブレーキユニ
ットを油圧により動作させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電動デバイスを用いる
車両では、電力系統に短絡故障などが生じた場合には、
その特徴である優秀な特徴を発揮できない場合がある。
前記の先行技術では、電気系統失陥時にはマスタシリン
ダが出力する油圧を直接ブレーキユニットの油圧駆動部
に供給してブレーキユニットを油圧により動作させるも
のである。しかしながら、電動ブレーキユニットと油圧
ブレーキユニットの切り替えが行われるので制御性の点
で運転者に違和感を与えることは避けられない。

【０００５】本発明は例えば、電動力で作動するブレー
キユニットの場合、ブレーキの操作フィーリングを好適
にかつブレーキの操作状態を正確に速やかに検出して適
正に作動させることができる電動ブレーキの特徴を、電
力系統が異常の場合にも確保しようというものである。

【０００６】本発明は、上記のような電動デバイスを用
いる場合に、たとえ電気系統に故障が発生した場合にお
いても前記電動デバイスの特徴を保持できるような電力
切り替え供給手段を備えた車両システムを提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決する手段】上記の目的は、以下の手段によ
り実現することが出来る。複数の車輪を有する車両であ
って、あらかじめ定められた複数の車輪に設けられ電力
により作動し前記車輪に駆動力あるいは制動力を与える
動力デバイスを有する車両であって、前記動力デバイス
の複数のグループに電力を分担して供給する独立した複
数の電力系統と、前記電力系統を監視する系統モニタ
と、前記電力系統のいずれか一つに異常が検知されたと
きその電力系統に代えて他の正常な電力系統から電力を
供給する電力切り替え供給手段、とから構成したことに
特徴がある。前記動力デバイスは、具体的には電動ブレ
ーキあるいは車輪に駆動力を与える電動機の場合があ
る。

【０００８】また、前記動力デバイスの複数のグループ
数と等しいかそれ以上の複数の電力系統であることが望
ましい。また、前記電力系統の少なくとも一方の電極は
車体に電気的に接続されていること。また前記電力系統
はパワーバスを有し、前記電力切り替え供給手段は、前
記パワーバスを内分する点に接続されること。前記電力
系統はループバスで構成する、などで実現する事が出来
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
用いて説明する。図１は本発明による車両の実施例を説
明するための図面である。ここで１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｄは車輪、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは
電動デバイスである。電動デバイス１１ａ〜ｄは電動ブ
レーキや電動機など、であって車輪に駆動力または制動
トルクを与えるものである。

【００１０】１２Ａ、１２ＢはバッテリＢａｔｔ．Ａ、
Ｂａｔｔ．Ｂであり、１３Ａ、１３Ｂはパワーバスであ
る。パワーバス１３Ａ，Ｂは互いに電気的に絶縁された
正極線と負極線を有し、バッテリＢａｔｔ．Ａである１
２Ａはパワーバス１３Ａに取り付けられて電力を供給
し、バッテリＢａｔｔ．Ｂである１２Ｂはパワーバス１
３Ｂに電力を供給している。

【００１１】１４は電力切り替え供給装置であり、パワ
ーバス１３Ａ、１３Ｂ間に配置され、一方の電気系統の
電力をもう一方の電気系統に切り替え供給する。電力切
り替え供給装置１４は通常絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ
や、電磁リレーなどによって構成される。通常動作時、
両電気系統は互いに絶縁された状態にあるが、両電気系
統はバッテリ１２Ａ（Ｂａｔｔ．Ａ）あるいは１２Ｂ
（Ｂａｔｔ．Ｂ）の一方が消耗したときなどに電力切り
替え供給装置１４を介して相互に電力の授受が可能であ
る。

【００１２】このことにより、例えばバッテリ１２Ａ
（Ｂａｔｔ．Ａ）が消耗した場合でも、電圧供給装置１
４を介してバッテリ１２Ｂ（Ｂａｔｔ．Ｂ）の電力をパ
ワーバス１３Ａに供給することにより、パワーバス１３
Ａに接続されていた電動デバイス１１ａ、１１ｄを継続
して動作させることができる。

【００１３】なお、電力切り替え供給装置14は両パワー
バス１３Ａ，Ｂの端部ではなく、パワーバス１３Ａ，Ｂ
の中間部に取り付けられる。これは、電力切り替え供給
装置１４から電動デバイス１１Ａ，Ｂまでの実効配線距
離をできるだけ短くし、バランスがとれるように配慮し
たものである。このように実効配線距離を小さくするこ
とで、電力切り替え供給装置１４と電動デバイス１１
Ａ，Ｂ間の抵抗、インダクタンスを小さくして電気的損
失の低減を図ることができる。

【００１４】１５Ａ、１５Ｂは電圧センサであり、パワ
ーバス１３（Ａ，Ｂ）に取り付けられる。電圧センサ１
５Ａはパワーバス１３Ａに取り付けられ、バッテリ１２
Ａの電圧を測定する。また、電圧センサ１５Ｂはパワー
バス１３Ｂに取り付けられ、バッテリ１２Ｂの電圧を測
定する。電圧センサ１５Ａ、１５Ｂによって測定された
電圧情報は、電力系統モニタ１６に送られる。系統モニ
タ１６は電圧情報を監視するとともに、電力切り替え供
給装置１４を制御する。系統モニタ１６については後述
する。

【００１５】本発明の特徴は、互いに別系統の電力系統
を複数有し、一方の系統が故障した場合であっても、複
数の電力系統の中の、他の正常な系統により電力を供給
し、接続された電動デバイスが動作可能なことにある。
ここでは電動デバイス１１ａ、１１ｄがパワーバス１３
Ａに取り付けられ、電動デバイス１１ｂ、１１ｃがパワ
ーバス１３Ｂに取り付けられている場合を示している。
そのため、例えばバッテリ１２Ａ（Ｂａｔｔ．Ａ）が所
定の電圧範囲を満足しなくなった場合でも、パワーバス
１３Ｂ（Ｂａｔｔ．Ｂ）によって電力を供給することが
出来るから、電動デバイス１１ａ、１１ｄはＢａｔｔ．
Ｂから電力が供給されるから継続して動作が可能とな
る。このような構成は、電動デバイスとして電動ブレー
キ、電動モータなど、直接車両の運動に関係するデバイ
スの場合に効果的である。これらの電動デバイスは、全
系統が故障してしまうと安全性に問題が生じる場合があ
るが、本発明によれば互いに独立した電気系統を有する
ため、電気系統が同時に故障する確率は少なくなるか
ら、信頼性の向上を図ることができる。

【００１６】電力切り替え供給装置１４はパワーバス１
３Ａ、１３Ｂ間に配置され、一方の電気系統の電力をも
う一方の電気系統に移送する働きを有する。電力切り替
え供給装置１４は、系統モニタ１６の指令信号２０に従
って、パワーバス１３Ａと１３Ｂとを電気的に接続した
り、または切り離したりできる。

【００１７】図２は２つの電気系統を有する場合の、系
統モニタ１６による制御フローを示している。ステップ
２２ではそれぞれの系統の電圧Ｖ_A、Ｖ_Bを取り込む。ス
テップ２４では読み込まれた電圧Ｖ_Aが正常かどうかを
判定する。具体的にはあらかじめ定められた正常な電圧
範囲にあるかどうかなどの判定で、例えば予め定められ
た最低電圧Ｖ_A1よりも大きく最大電圧Ｖ_A2よりも小さい
かを判定する（Ｖ_A1＜Ｖ_A＜Ｖ_A2 ）。Ｖ_Aが正常と判断
されたときは、ステップ２６−１では同様にＢａｔｔ．
Ｂについても予め定められた最低電圧Ｖ_B1よりも大きく
最大電圧Ｖ_B2よりも小さいかを判定する（Ｖ_B1＜Ｖ_B＜
Ｖ_B2 ）。正常と判断されたときは、ステップ２８でＢ
ａｔｔ．Ａからパワーバス１３Ａに、そしてステップ３
０ではＢａｔｔ．Ｂからパワーバス１３Ｂにそれぞれ電
力が供給される。一方ステップ２６−１でＶ_Bが正常で
ないときは、ステップ３４でバッテリＢａｔｔ．Ａから
パワーバス１３Ｂに電力を供給する。すなわち、Ｂａｔ
ｔ．Ａからパワーバス１３Ａ、１３Ｂの両方に電力を供
給することになる。そしてステップ４０でＢａｔｔ．Ｂ
について注意信号を発生させる。

【００１８】また、ステップ２４でＶ_Aが正常でないと
判断されたときはステップ２６―２でＶ_Bが正常かどう
かを判断する。正常と判断された場合はステップ３２で
Ｂａｔｔ．Ｂからパワーバス１３Ａに電力が供給され
る。そしてステップ３８でＢａｔｔ．Ａについて注意信
号を発生させる。またステップ２６―２でＶ_Bが正常で
ないと判断された場合は、Ｂａｔｔ．Ａ，Ｂとも正常で
はないので、ステップ３６で警報を発生させるととも
に、ステップ３９では安全確保のための処置、例えばサ
イドブレーキを作動させるなどの処置をおこなう。この
ように図２のフローの出力は電力切り替え供給装置１４
に指令信号２０として与えられ、切り替え制御がおこな
われる。

【００１９】Ｖ_Aが正常範囲を悦脱し、Ｖ_Bが正常な場合
はステップ３２に示したようにＢａｔｔ．Ｂからパワー
バス１３Ａに電力を供給するように電力切り替え供給装
置１４に指令する。Ｂａｔｔ．Ｂからパワーバス１３Ｂ
への電力の供給はそのままであり、Ｂａｔｔ．Ｂから両
パワーバスへの電力の供給がおこなわれる。また、Ｖ _B
が正常範囲を悦脱し、Ｖ_Aが正常な場合についても同様
である。ステップ３４に示したようにＢａｔｔ．Ａから
パワーバス１３Ｂに電力を供給するように電力切り替え
供給装置１４に指令する。Ｂａｔｔ．Ａからパワーバス
１３Ａへの電力の供給はそのままであり、Ｂａｔｔ．Ａ
から両パワーバスへの電力の供給がおこなわれる。

【００２０】Ｖ_A、Ｖ_Bともに正常範囲を悦脱した場合
は、バックアップが不可能になるので、ステップ３６に
示したように警報を発生させる。この例では動力デバイ
スが２つのグループであり、これに対応する電力供給の
パワーバスも２つのグループの場合なので、２つのバッ
テリが異常になればシステムが成り立たなくなる。しか
し、動力デバイスのグループ数よりも大きいグループ数
のバッテリ（電力系統）を用意すればより信頼性の高い
システムを構成することが出来る。また分割グループの
数が多くなればそれだけ相互バックアップ出来ることに
なるが、バッテリの数との兼ね合いである。理論的には
グループ数がＮの場合は（Ｎ−１）の異常まで対応でき
ることになるが、バッテリの数および容量の点から自ず
から限界がある。

【００２１】また図２で、ステップ３８、４０はそれぞ
れＶ_A、Ｖ_Bが異常状態にあることの注意を喚起する（Ｗ
ＲＮ）。システムダウンには至らないが、少なくとも一
方のバッテリが異常状態にあることを、例えば運転者に
知らせるようにする。

【００２２】なお、図１ではパワーバス１３Ａと１３Ｂ
は、車体に対して浮動電位とした例について説明した
が、これはパワーバス１３Ａの正極とパワーバス１３Ｂ
の負極とが短絡する故障モードにおいても、電動デバイ
スが動作可能なようにしたものである。しかし、パワー
バス間の絶縁が充分確保できる場合には、図３に示すよ
うに、パワーバスの一方または双方を車体アースに接続
してもよい。このことにより、特別な配線を必要とせず
に、強力なアース線を確保することができ、耐ノイズ性
が向上する。

【００２３】図４に本発明による他の実施例を示す。本
発明はパワーバスとしてループバスを用いた場合であ
る。これは、パワーバスの断線故障時にも動力デバイス
の動作を可能にした構成である。ここで、１７はループ
バスである。この方式の場合、例えば、Ａ−Ａ'線ある
いはＢ−Ｂ'でループバス１７が切断された場合でも、
電動デバイス１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは全て動
作可能であり、システム全体の信頼性向上に役立つ。ま
た２個所同時に切断された場合であっても、切断された
場所によっては電力の供給を継続させることが出来る。
このように開放故障の場合はよいが、短絡故障のときは
バッテリ１２の損傷にもつながるので、バッテリをルー
プバスから切り離す必要がある。ループバス１７の電圧
Ｖ_Lを系統モニタ１６により監視し、異常が認められる
ときは、スイッチ手段１８を動作させてバッテリ１２を
ループバス１７から遮断する。この場合の系統モニタ１
６の制御フローを図５に示す。ステップ５２ではループ
電圧Ｖ_Lを読み込み、ステップ５４でＶ_Lが正常かどうか
を判定する。この例ではＶ_LS _、をその判定基準とし、Ｖ
_LSよりもＶ_Lが小さい時は短絡異常と判断し、ステップ
５６でバッテリ１２を切り離して短絡異常の波及を防ぐ
ようにする。具体的にはスイッチ１８（ＳＷ）をＯＦＦ
する。

【００２４】なお、ここでは電気系統が一つの場合を図
示したが、図６のように電気系統を独立させ、ループバ
スを複数個もつ構成としてもよい。ここで１７Ａ、１７
Ｂがループバスであり、それぞれバッテリ１２Ａ、１２
Ｂに接続されている。ループバス１７Ａ，１７Ｂはそれ
ぞれ独立したフローテング電源の場合であるが、図７に
示すように、少なくとも電力系統の正極あるいは負極を
車体に接続する構成とすることも可能である。これは図
４の変形ということができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、２つ以上の車輪それぞれに電
力により動作する電動デバイスを有する車両を対象と
し、その安全性、信頼性を向上させるものである。本発
明による車両は電気系統を複数もち、それぞれが独立し
ている。そのため、一方の電気系統故障時においても他
の正常な系統から電力を供給するので電動デバイスは動
作を継続することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両システムの一実施例である。

【図２】本発明における系統モニタにおける制御処理フ
ローの例を示す。

【図３】車体アースを設けた本発明による車両システム
の一実施例である。

【図４】ループバスを用いた車両システムの実施例であ
る。

【図５】図４における系統モニタの制御処理フローの例
を示す。

【図６】ループバスを用いた車両の別の実施例である。

【図７】車体アースを設けたループバスを用いた車両の
実施例である。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…車輪、１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ、１１ｄ…電動デバイス、１２Ａ、１２Ｂ…
バッテリ、１３Ａ、１３Ｂ…パワーバス、１４…電力切
り替え供給装置、１５Ａ、１５Ｂ…電圧センサ、１６…
系統モニタ、１７…ループバス、１８…スイッチ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者諸岡泰男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小町谷昌宏茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 5H115 PA01 PA08 PC06 PG04 PI16 PI29 PU01 QI04 QI07 QN03 TI05 TO13 TR19 TR20 TU06 TZ01 TZ02 TZ07 TZ12 TZ14 UB05 UB17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の車輪を有する車両であって、あらか
じめ定められた複数の車輪に設けられ電力により作動し
前記車輪に駆動力あるいは制動力を与える動力デバイス
を有する車両において、前記動力デバイスの複数のグル
ープに電力を分担して供給する独立した複数の電力系統
と、前記電力系統を監視する系統モニタと、前記電力系
統のいずれか一つに異常が検知されたときその電力系統
に代えて他の正常な電力系統から電力を供給する電力切
り替え供給手段、とから構成したことを特徴とする車両
システム。
【請求項２】前記請求項１において、前記動力デバイス
の複数のグループ数と等しい複数の電力系統であること
を特徴とする車両システム。
【請求項３】請求項１において、前記電力系統の少なく
とも一方の電極は車体に電気的に接続されていることを
特徴とする車両システム。
【請求項４】請求項１において、前記電気系統はパワー
バスを有し、前記電力切り替え供給手段は前記パワーバ
スを内分する点に接続されることを特徴とする車両シス
テム。
【請求項５】請求項１において、前記電力を発生する電
力系統はループバスで構成したことを特徴とする車両シ
ステム。