JP2004129367A

JP2004129367A - Controller of vehicle

Info

Publication number: JP2004129367A
Application number: JP2002289173A
Authority: JP
Inventors: Jiro Tsuchiya; 土屋　次郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP3858797B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an adverse effect of a high voltage at vehicle accident, related to a vehicle comprising an exhaust gas cleaner, etc. that uses a high voltage. <P>SOLUTION: In a vehicle comprising a high-voltage storage device for corona discharge in, for example, an exhaust gas cleaning system and driving a motor of a hybrid vehicle, the electric power accumulated in the storage device is forcedly discharged by a discharging means in a prescribed condition such as, when a collision is detected, an engine is stopped, or a system stops. Thus, in an abnormal state such as failure or accident, a bad effect that can be caused by a high voltage accumulated in the storage device is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧の蓄電装置を備える車両において、例えば衝突時などに高電圧により生じる影響や不具合などを防止するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス浄化装置としてコロナ放電を利用するものが知られている。排気ガス浄化装置では、高電圧によりコロナ放電を発生させるため、高電圧蓄電装置が使用される。しかし、例えば衝突などの車両事故時に排気ガス浄化装置の稼働を継続していると、高電圧により車両内の他の機器の動作に支障が生じたり、動作不能となったりするおそれがあり、それにより事故後に車両が自走できなくなるなどの問題が発生する可能性がある（以下、このような影響や不具合をまとめて「高電圧による悪影響」と呼ぶ）。
【０００３】
このため、車両の衝突時や衝突検知時には、高電圧蓄電装置から高電圧の発生装置又は浄化装置への給電を遮断し、又は大幅に制限することにより、高電圧による悪影響を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、当該技術分野の水準を示す文献として特許文献２乃至６がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１５４１号公報
【特許文献２】
特開平０７−１７０６０２号公報
【特許文献３】
特開平０５−３３２１２８号公報
【特許文献４】
特開平０９−２８４９０４号公報
【特許文献５】
特開平１０−９４１０１号公報
【特許文献６】
特開平０５−８６８４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、衝突時などに給電を停止しても、高電圧の蓄電装置には電力が残留したままとなるため、エンジン停止後や衝突時などに依然として高電圧による悪影響が生じる恐れがある。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、排気ガス浄化装置その他の高電圧を使用する装置を有する車両において、車両事故などの際に高電圧による悪影響の発生を防止することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、高電圧の蓄電装置を備えた車両の制御装置において、所定状態において、前記蓄電装置への給電を停止し、かつ、前記蓄電装置に蓄積された電力を強制的に放電させる放電手段を備える。
【０００９】
上記の車両においては、例えば排気ガス浄化システムにおけるコロナ放電、ハイブリッド車両のモータ駆動などのための高電圧の蓄電装置を有する。そして、例えば車両の衝突検知時、機関の停止時、システムの停止時などの所定状態においては、放電手段により、蓄電装置に蓄積された電力を強制的に放電させる。これにより、故障、事故などの異常状態において、蓄電装置に蓄積されている高電圧に起因して生じうる高電圧による悪影響を防止することができる。
【００１０】
上記の車両の制御装置の一態様は、前記車両の衝突を検知する衝突検知手段を備え、前記放電手段は、前記車両の衝突が検知された時に放電を行う。車両の衝突時には、高電圧系配線の断線その他による事故が発生しやすいので、高電圧の蓄電装置を強制的に放電してしまうことにより、高電圧による悪影響の発生を防止することができる。
【００１１】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記車両の衝突を予知するとともに衝突予知時間を算出する衝突予知手段を備え、前記放電手段は、前記車両の衝突の予知後、前記衝突予知時間までに放電を行う。この態様では、衝突が発生すると予測される衝突予知時間までに蓄電装置の放電を行うことにより、衝突が起きた場合に高電圧による悪影響が発生する可能性を低減することができる。
【００１２】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記衝突手段による衝突の予知後、前記蓄電装置の充電電圧を低下させる電圧制御手段を備える。この態様では、衝突が予知された場合には、その後に実際に衝突が生じる可能性が高いので、事前に蓄電装置の充電電圧を低下させておくことにより、衝突時の放電時間を短縮することができ、また、衝突が生じた場合の影響を軽減することができる。
【００１３】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記蓄電装置から電力の供給を受ける被給電要素を備え、前記電圧制御手段は、前記衝突予知から前記衝突予知時間までの間、前記蓄電装置から前記被給電要素への供給電力が一定となるように、前記蓄電装置の充電電圧並びに前記蓄電装置から前記被給電要素への給電信号の周波数及びデューティ比を制御する。この態様によれば、衝突予知後は蓄電装置の電圧を低下させるが、その分被供給要素への給電信号の周波数やデューティ比を制御して常に一定の電力が供給されるようにするので、被供給要素の機能を低下させることなく、予測される衝突に備えることができる。
【００１４】
上記の車両の制御装置の他の一態様は、前記蓄電装置から電力の供給を受ける機関始動装置を備え、前記放電手段は、前記機関始動装置による機関の始動に必要な最小電圧まで前記蓄電装置に蓄積された電力を放電する。この態様では、放電後においても機関を確実に始動させることができる。
【００１５】
上記の車両の制御装置の他の一態様は、前記車両の機関を始動させる機関始動装置と、前記蓄電装置と別個に構成され、前記機関始動装置に電力を供給する機関始動用蓄電装置とを備える。この態様では、機関始動用の蓄電装置を別個に設けるので、衝突時などに高電圧蓄電装置を強制的に放電しても、機関の始動に影響を与えることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
［システム構成］
図１に、本発明の実施形態に係るコロナ放電用パルス電源装置を備える排気ガス浄化システムの概略構成を示す。このシステムは車両の衝突情報に基づいて、出力制御を行う。
【００１８】
図示のように、本システムは、レーダセンサ１と、プリクラッシュ用ＥＣＵ２と、Ｇセンサ３と、エアバッグ用ＥＣＵ４と、エンジン制御ＥＣＵ５と、排気ガス浄化のためのコロナ放電を生じさせる反応容器１１と、コロナ放電用パルス電源装置１７（以下、単に「電源装置」とも呼ぶ。）と、電源２０とを備える。電源装置１７は、衝撃センサ６と、コントローラ７と、主スイッチとしてのＦＥＴ８と、平滑用コンデンサ９と、放電用ＦＥＴ１０と、放電用抵抗１２と、充電用ＦＥＴ１３と、充電用コンデンサ１４と、パルス生成回路１５と、フライバックトランス１８と、整流用ダイオード１９とを有する。
【００１９】
フライバックトランス１８の１次側は通常１２Ｖの直流電源２０に接続されている。コントローラ７は、主スイッチとしてのＦＥＴ８をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、フライバックトランス１８の２次側に高電圧を発生させる。即ち、ＦＥＴ８に与えるパルスの幅を制御（即ち、デューティ比を制御）することにより、発生する高電圧を変化させる。発生した高電圧は、ダイオード１９により半波整流され、コンデンサ９により平滑化されて、コンデンサ９の両端に直流の高電圧Ｖｃが生成される。この直流高電圧Ｖｃは、充電用ＦＥＴ１３をオン／オフすることにより、充電用コンデンサ１４に高速充電される。パルス生成回路１５は、パルストランスによる昇圧及び磁気パルス圧縮などを行い、パルス幅の小さい高電圧パルスを生成して反応容器１１のアノードに給電する。これにより、反応容器１１のアノードとカソードの間にコロナ放電が生じ、反応容器１１内を矢印２５の方向に流れる排気ガス中のＮＯｘの浄化が行われる。
【００２０】
レーダセンサ１及びプリクラッシュセンサ用ＥＣＵ２は、衝突予知情報を生成する。具体的には、レーダセンサ１は、障害物と車両との間の衝突速度（即ち、障害物と自車両との相対速度）、及び障害物と車両との距離を検出する。レーダセンサ１は、例えばレーダクルーズ用ミリ波レーダなどを使用することができる。これらの検出信号はプリクラッシュセンサ用ＥＣＵ２に送られ、ＥＣＵ２は検出信号に基づいて衝突の可能性の判定や衝突予知時刻などの推定演算を行い、その結果をコントローラ７へ供給する。
【００２１】
一方、Ｇセンサ３とエアバッグ用ＥＣＵ４は衝突検出を行う。Ｇセンサ３の検出値が、予め決定された衝突時のＧ値より大きいときに、エアバッグ用ＥＣＵ４は車両が衝突したと判定し、衝突検知信号をコントローラ７へ供給する。また、衝撃センサ６は、電源装置１７内部におけるＧ値を検出してコントローラ７へ供給する。
【００２２】
なお、電源装置１７の動作状態は、エンジン制御ＥＣＵ５へ通信回線などを通じて送信され、故障診断などに使用される。
【００２３】
［衝突時の動作］
次に、図１及び図２を参照して、衝突時における電源装置１７の動作について説明する。図２は、衝突予測時及び衝突時における電源装置１７内の各部の波形を示すタイミングチャートである。
【００２４】
通常の状態、即ち時刻ｔ１以前では、コントローラ７から主スイッチ駆動信号Ｓ３が主スイッチとしてのＦＥＴ８に供給されており、そのパルス幅（デューティ比）に応じてフライバックトランス１８、半波整流用ダイオード１９及び平滑用コンデンサにより直流高電圧Ｖｃが生成されている。このとき、Ｌ（Ｌｏｗ）レベルの放電用スイッチ駆動信号Ｓ４が放電用ＦＥＴ１０に与えられており、放電用ＦＥＴ１０はオフ状態となっている。また、充電用スイッチ駆動信号Ｓ５が充電用ＦＥＴ１３に供給され、そのパルス幅に応じて充電用ＦＥＴ１３がオン／オフされる。これに対応してパルス生成回路１５内でパルス生成信号が生成され、パルス生成回路１５からは高圧パルス出力電圧ＶＨが出力されている。
【００２５】
さて、時刻ｔ１において、レーダセンサ１及びプリクラッシュセンサ用ＥＣＵ２によりＨ（Ｈｉｇｈ）レベルの衝突予知信号Ｓ１が生成され、コントローラ７に入力されると、コントローラ７は主スイッチ駆動信号Ｓ３のデューティ比を徐々に小さくする（図２参照）。これに応じて、直流高電圧Ｖｃのレベルが徐々に低下する。こうして、コントローラ７は、衝突予知信号Ｓ１が入力されると、徐々に直流高電圧の電圧を低下させる。これは、衝突が予想されるので、安全のために高電圧Ｖｃのレベルを低下させているのである。なお、この直流高電圧Ｖｃのレベル低下は、後述するように放電用抵抗１２により衝突時に放電が可能な最低限のレベルである所定レベルまで低下させる。放電が可能な最低限のレベルまでとする理由は、それ以下のレベルまで低下させてしまうと、衝突時に強制的な放電ができなくなるからである。
【００２６】
衝突予知信号Ｓ１が入力されたときには、プリクラッシュセンサ用ＥＣＵ２は前述のように衝突予知時刻を算出している。よって、コントローラ７は、衝突予知信号Ｓ１がＨレベルになると、衝突予知時刻までの間に、直流高電圧Ｖｃを前述の放電が可能な最低限のレベルまで低下させるように主スイッチ駆動信号Ｓ３を制御する。
【００２７】
また、時刻ｔ１以後は、コントローラ７は、充電用スイッチ駆動信号Ｓ５のパルス周期を短くする（図２参照）。上述のように、衝突が予知された時刻ｔ１以降は直流高電圧Ｖｃが徐々に低下するので、充電用スイッチ駆動信号Ｓ５をそれまでと同じパルス幅に維持すると、最終的に反応容器１１に与えられる電力が減少してしまい、反応容器１１によるコロナ放電が不十分となって排気ガス浄化作用が低下してしまう。そこで、直流高電圧Ｖｃを低下させた分、充電用スイッチ駆動信号Ｓ５の繰り返し周期を短くして、反応容器１１に供給される総電力を衝突予知前と同レベルに維持し、排気ガスの浄化作用を適正に維持する。
【００２８】
その後、時刻ｔ２においてＧセンサ３及びエアバッグ用ＥＣＵ４により衝突が検知され、衝突信号Ｓ２がＨレベルとなると、コントローラ７は主スイッチ駆動信号Ｓ３及び充電用スイッチ駆動信号Ｓ５のパルス出力を停止する。これにより、フライバックトランス１８の２次側の電圧はゼロレベルまで下降し、また、充電用コンデンサ１４への充電も行われなくなる。
【００２９】
これと同時に、時刻ｔ２において、コントローラ７は、放電用スイッチ駆動信号Ｓ４をＨレベルに設定する。よって、図１の放電用スイッチ１０がオンになり、コンデンサ９に充電されていた直流高電圧Ｖｃは放電用抵抗１２を通じて強制的に放電される。その結果、コンデンサ９に充電されていた電力は抵抗により熱エネルギーに変換されて放出される。こうして、衝突後に高電圧による悪影響が生じることが防止できる。
【００３０】
さらに、パルス生成回路１５は、衝突検知時刻ｔ２以降、所定数の強制放電パルス（図２参照）を出力して、衝突時に充電用コンデンサ１４に残っている電荷を強制的に放電する。これにより、衝突検知後に充電用コンデンサ１４に残っている電荷も全て放電される。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、まず衝突が予知されると、排気ガス浄化を行うための直流高電圧を徐々に低下させ、衝突が起きた場合の危険性を事前に低下させる。但し、直流高電圧の低下により排気ガス浄化作用が低下しては困るので、電圧の低下した分、反応容器１１においてコロナ放電を生じさせるパルスの繰り返し周期を短くして、総電力が低下しないようにし、浄化作用を維持する。
【００３２】
その後、衝突が検知されると、まず、フライバックトランス１８などによる直流高電圧の生成を停止し、放電用ＦＥＴ１０をオンにしてコンデンサ９に充電されていた高電圧を抵抗１２を介してアースに放電させる。これに加えて、パルス生成回路１５から強制放電パルスを出力して、コンデンサ１４に蓄積されている電荷も強制的に放電する。このようにして、衝突検知後は、電源装置１７内に蓄積されている電力を放電してしまうので、衝突により電源装置１７が損傷などを受けた場合でも、高電圧による悪影響が発生することを防止することができる。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、Ｇセンサ３及びエアバッグ用ＥＣＵ４により衝突を検出しているが、その代わりに又はそれに加えて、電源装置１７内に設けられた衝撃センサ６により電源装置１７自体の衝撃を検出して、放電などの同様の処理を行うこともできる。
【００３４】
また、前述のように、プリクラッシュセンサ用ＥＣＵ２は衝突予知時刻を算出することができるので、衝突予知時刻を経過しても衝突が検知されない場合は、コントローラ７は衝突が回避されたと判断し、各スイッチへの駆動信号Ｓ３〜Ｓ５を衝突予知信号の検出以前（図２においては時刻ｔ１以前）の状態に復帰させればよい。これは、コントローラ７が主スイッチ駆動信号Ｓ３のデューティ比を元に戻すことにより実行される。
【００３５】
［各コンデンサの放電］
次に、衝突時における各コンデンサ９及び１４の充電エネルギー及び放電方法について詳しく説明する。
【００３６】
まず、充電用コンデンサ１４について説明する。充電用コンデンサ１４は反応容器１１に印加する高圧パルスに対応する高電圧を保持するコンデンサであり、その１パルスあたりの充電エネルギーｐは、
【００３７】
【数１】

【００３８】
で示される。ここで、電流をｉ、電圧をｖ、パルス生成回路１５が生成するパルスの繰り返し周波数をｆとすると、単位時間当たりの充電エネルギーＰは、以下の式で与えられる。
【００３９】
【数２】

【００４０】
衝突検知後、充電用コンデンサ１４に蓄積された１パルス分のエネルギーは、コロナ放電で消費される場合があるが、充電後に何らかの理由によりシステムが停止した場合にはエネルギーが充電用コンデンサ１４に残ってしまう。そこで、図２に示すように、パルス生成回路１５が強制放電パルスを生成して強制的にコロナ放電を行い、衝突検知後の充電用コンデンサ１４に残っているエネルギーを消費してしまう。
【００４１】
一方、平滑用コンデンサ９の静電容量は、電源装置１７からの出力電圧の安定化のために、比較的大きい値を有するように設計されているため、上述の充電用コンデンサ１４の場合と同じ方法で蓄積エネルギーを短時間に消費することは困難である。
【００４２】
そこで、衝突検知後に平滑用コンデンサ９に蓄積されているエネルギーは、放電用抵抗１２により短時間に消費してしまう。具体的には、図２に示すように、衝突検知時（時刻ｔ２）においてコントローラ７は放電用スイッチ駆動信号Ｓ４をＨレベルとして放電用スイッチとして機能するＦＥＴ１０をオンとする。これにより、平滑用コンデンサ９に蓄積されていたエネルギーは、抵抗１２を流れ、熱エネルギーとして消費される。
【００４３】
衝突が検知され、衝突信号Ｓ２がＨレベルとなった時刻（図２における時刻ｔ２）をｔ＝０とし、その時刻ｔ＝０に放電用ＦＥＴ１０をオンしたとすると、平滑用コンデンサ９及び抵抗１２により構成される放電回路に流れる電流Ｉ（ｔ）は、
【００４４】
【数３】

【００４５】
となる。ここで、ｖは平滑用コンデンサ９の電圧、Ｒは放電用抵抗１２の抵抗値、Ｃは平滑用コンデンサ９の静電容量である。また、放電用抵抗１２の両端の端子電圧Ｖｒは、
【００４６】
【数４】

【００４７】
となる。よって、放電用抵抗１２の消費エネルギーＰｒは、
【００４８】
【数５】

【００４９】
となる。
【００５０】
電流Ｉ（ｔ）の変化を図３（ａ）に示し、端子電圧Ｖｒの変化を図３（ｂ）に示し、消費エネルギーＰｒの変化を図３（ｃ）に示す。各図において、破線のグラフは通常状態（即ち、図２における時刻ｔ１以前の状態）における直流高電圧Ｖｃ（＝約３ｋＶ）から放電用スイッチ１０をオンにした場合の各値の変化を示し、実線のグラフは衝突予知後（即ち、図２における時刻ｔ１以降）に直流高電圧Ｖｃを３０％減少させた状態（Ｖｃ＝２．１ｋＶ）から放電用ＦＥＴ１０をオンにした場合の各値の変化を示す。
【００５１】
本例のように、平滑用コンデンサ９の充電電圧を３ｋＶから２．１ｋＶに低減しておくと、図３（ｃ）に示すように充電エネルギーは約１／２になり、図３（ｂ）に示すように放電から約１秒後の残電圧は約３０％低減される。よって、衝突予知後に平滑用コンデンサ９の充電電圧を低減することは、衝突時にコンデンサ９に残るエネルギーを低減させ、衝突後に生じうる高電圧による悪影響を防止するために有益であることがわかる。
【００５２】
［他の実施形態］
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図４は、本発明の他の実施形態に係る排気ガス浄化システムの構成を示す。このシステムは、電源装置１７の内部構成が先の実施形態と異なる。具体的には、図１に示す排気ガス浄化システムの放電用ＦＥＴ１０及び放電用抵抗１２の代わりに、図４に示す双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３１及び大容量キャパシタ３２を設けている。その他の構成は図１に示す排気ガス浄化システムと同様である。
【００５３】
先の実施形態では、衝突検知時に放電用ＦＥＴ１０をオンにし、平滑用コンデンサ９に蓄積されているエネルギーを放電用抵抗１２で消費させている。これに対し、本実施形態では、衝突検知時に平滑用コンデンサ９に蓄積されているエネルギーを消費してしまうのではなく、低電圧に変換して危険性を低減させた上でエネルギーとして保存しておく。
【００５４】
具体的には、衝突検知時、即ち衝突信号Ｓ２がＨレベルとなった時点で、コントローラ７はＤＣ−ＤＣコンバータ３１を動作させ、平滑用コンデンサ９に蓄積されているエネルギーを低電圧に変換する。例えば、平滑用コンデンサ９の充電電圧は３ｋＶ程度であるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１はこれを４０〜５０Ｖ程度に変換する。そして、電圧を低下させた上で、大容量のキャパシタ３２に電気エネルギーとして蓄積する。こうすると、衝突後にキャパシタ３２内に電気エネルギーが保持された状態となるが、その電圧は平滑用コンデンサ９の３ｋＶなどという高電圧ではないので、高電圧による悪影響が生じる可能性をかなり低くすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は双方向の電圧変換が可能であるので、その後に必要な場合には、キャパシタ３２に保存されている電気エネルギーをＤＣ−ＤＣコンバータ３１により高電圧に再変換して利用することも可能となる。実際には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１における変換時に多少の電気エネルギーの変換ロスが生じるが、危険性を低下させた上で、電気エネルギーを保存できるので有益である。
【００５５】
［他の適用例］
上記の実施形態では、高電圧を生成し、使用する要素として、排気ガス浄化システムを例示したが、本発明の適用はこれには限られず、車両に各種の目的で搭載される高電圧発生装置や蓄電装置などに適用することができる。例えば、ハイブリッド車両や電気自動車の走行用モータを駆動するための高電圧蓄電装置などにも適用することができる。上述の排気ガス浄化システムの実施形態では、衝突予知後に、直流高電圧Ｖｃを反応容器１１におけるコロナ放電可能な最小限の電圧まで低減させる例を示した。その代わりに、本発明をハイブリッド車両や電気自動車の走行用モータの駆動用高電圧蓄電装置などに適用する場合には、車両の停止後にエンジンの始動が可能となる最小限の電圧まで高電圧を低減させることとすれば、衝突事故後などにエンジンの再始動を可能とすることができる。なお、その代わりに、エンジン始動用の補助蓄電装置を設け、エンジン始動に必要な最小限の蓄電量を確保した上で、主蓄電装置の方は衝突検知時に全て放電してしまうことも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高電圧の蓄電装置を有する車両において、当該蓄電装置に蓄積されている電力を強制的に放電可能としたので、例えば衝突事故時などには蓄積されている高電圧を放電してしまうことができ、高電圧による悪影響の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すシステムにおける、衝突予知時及び衝突時の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示す平滑用コンデンサの衝突時における過渡応答を示すグラフである。
【図４】他の実施形態に係る排気ガス浄化システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　レーダセンサ
２　プリクラッシュセンサ用ＥＣＵ
３　Ｇセンサ
４　エアバッグ用ＥＣＵ
６　衝撃センサ
７　コントローラ
８　主スイッチ用ＦＥＴ
９　平滑用コンデンサ
１０　放電用ＦＥＴ
１１　反応容器
１２　放電用抵抗
１３　充電用ＦＥＴ
１４　充電用コンデンサ
１７　コロナ放電用パルス電源装置
１８　フライバックトランス
１９　ダイオード
３１　ＤＣ−ＤＣコンバータ
３２　キャパシタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for preventing, in a vehicle provided with a high-voltage power storage device, an influence or a defect caused by a high voltage at the time of a collision, for example.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As an exhaust gas purifying device for an engine, a device utilizing corona discharge is known. In the exhaust gas purifying device, a high-voltage power storage device is used to generate corona discharge by a high voltage. However, if the operation of the exhaust gas purification device is continued during a vehicle accident such as a collision, for example, the operation of other devices in the vehicle may be hindered or disabled due to the high voltage. As a result, there is a possibility that a problem may occur such that the vehicle cannot run on its own after the accident (hereinafter, such effects and defects are collectively referred to as “adverse effects due to high voltage”).
[0003]
For this reason, at the time of a vehicle collision or collision detection, a method is proposed in which the power supply from the high-voltage power storage device to the high-voltage generating device or the purifying device is cut off or greatly restricted, thereby preventing the adverse effect of the high voltage. (For example, see Patent Document 1).
[0004]
Note that there are Patent Documents 2 to 6 as documents indicating the level of the technical field.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-21541 [Patent Document 2]
JP 07-170602 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-332128 [Patent Document 4]
JP 09-284904 A [Patent Document 5]
JP-A-10-94101 [Patent Document 6]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-86841
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the power supply is stopped at the time of a collision or the like, the power remains in the high-voltage power storage device, so that the high voltage may still have an adverse effect after the engine is stopped or at the time of a collision.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to prevent a vehicle having an exhaust gas purifying device and other devices using a high voltage from having an adverse effect due to a high voltage in a vehicle accident or the like. Make it an issue.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, in a vehicle control device including a high-voltage power storage device, in a predetermined state, power supply to the power storage device is stopped, and power stored in the power storage device is forcibly reduced. Discharge means for discharging is provided.
[0009]
The above-mentioned vehicle has a high-voltage power storage device for corona discharge in an exhaust gas purification system, motor drive of a hybrid vehicle, and the like. In a predetermined state, for example, when a vehicle collision is detected, when the engine is stopped, or when the system is stopped, the power stored in the power storage device is forcibly discharged by the discharging unit. Thus, in an abnormal state such as a failure or an accident, it is possible to prevent an adverse effect caused by a high voltage that may be caused by the high voltage stored in the power storage device.
[0010]
One aspect of the above-described vehicle control device includes a collision detection unit that detects a collision of the vehicle, and the discharge unit discharges when the collision of the vehicle is detected. At the time of a vehicle collision, an accident due to disconnection of the high-voltage wiring or the like is likely to occur. Therefore, by forcibly discharging the high-voltage power storage device, adverse effects due to the high voltage can be prevented.
[0011]
In another aspect of the above-described vehicle control device, the vehicle control device further includes collision prediction means for predicting the collision of the vehicle and calculating a collision prediction time, wherein the discharging means performs the collision prediction time after predicting the collision of the vehicle. Discharge by then. In this aspect, by discharging the power storage device before the collision prediction time in which a collision is predicted to occur, it is possible to reduce the possibility that a high voltage causes adverse effects when a collision occurs.
[0012]
In another aspect of the above-described vehicle control device, the vehicle control device further includes a voltage control unit that reduces a charging voltage of the power storage device after predicting a collision by the collision unit. In this aspect, when a collision is predicted, there is a high possibility that a collision will actually occur later. Therefore, by reducing the charging voltage of the power storage device in advance, the discharge time at the time of the collision can be reduced. And the effect of a collision can be reduced.
[0013]
In another aspect of the above-described vehicle control device, the vehicle control device further includes a power-supplied element that receives power supply from the power storage device, and the voltage control unit performs the power control from the power storage device during a period from the collision prediction to the collision prediction time. A charging voltage of the power storage device and a frequency and a duty ratio of a power supply signal from the power storage device to the power supplied element are controlled such that power supplied to the power supplied element is constant. According to this aspect, after the collision prediction, the voltage of the power storage device is decreased, but the frequency and the duty ratio of the power supply signal to the supplied element are controlled by that amount so that constant power is always supplied. The anticipated collision can be prepared without degrading the function of the supplied element.
[0014]
Another aspect of the above-described vehicle control device includes an engine starting device that receives supply of power from the power storage device, and the discharging unit controls the power storage device to a minimum voltage required for starting the engine by the engine starting device. Discharge the power stored in the battery. In this aspect, the engine can be reliably started even after the discharge.
[0015]
Another aspect of the above-described vehicle control device includes an engine start device that starts the engine of the vehicle, and an engine start power storage device that is configured separately from the power storage device and supplies power to the engine start device. Prepare. In this embodiment, since the power storage device for starting the engine is separately provided, even if the high-voltage power storage device is forcibly discharged at the time of a collision or the like, the starting of the engine is not affected.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
[System configuration]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust gas purification system including a pulse power supply device for corona discharge according to an embodiment of the present invention. This system performs output control based on vehicle collision information.
[0018]
As shown, the system includes a radar sensor 1, a pre-crash ECU 2, a G sensor 3, an airbag ECU 4, an engine control ECU 5, and a reaction vessel 11 for generating corona discharge for purifying exhaust gas. , A corona discharge pulse power supply 17 (hereinafter, also simply referred to as a “power supply”), and a power supply 20. The power supply device 17 includes an impact sensor 6, a controller 7, an FET 8 as a main switch, a smoothing capacitor 9, a discharging FET 10, a discharging resistor 12, a charging FET 13, a charging capacitor 14, a pulse It has a generating circuit 15, a flyback transformer 18, and a rectifying diode 19.
[0019]
The primary side of the flyback transformer 18 is connected to a DC power supply 20 of usually 12V. The controller 7 generates a high voltage on the secondary side of the flyback transformer 18 by performing PWM (Pulse Width Modulation) control on the FET 8 as a main switch. That is, the generated high voltage is changed by controlling the width of the pulse applied to the FET 8 (that is, controlling the duty ratio). The generated high voltage is half-wave rectified by the diode 19 and smoothed by the capacitor 9 to generate a DC high voltage Vc across the capacitor 9. This DC high voltage Vc charges the charging capacitor 14 at high speed by turning on / off the charging FET 13. The pulse generation circuit 15 performs boosting and magnetic pulse compression by a pulse transformer, generates a high-voltage pulse with a small pulse width, and supplies power to the anode of the reaction vessel 11. As a result, corona discharge occurs between the anode and the cathode of the reaction vessel 11, thereby purifying NOx in the exhaust gas flowing in the reaction vessel 11 in the direction of arrow 25.
[0020]
The radar sensor 1 and the pre-crash sensor ECU 2 generate collision prediction information. Specifically, the radar sensor 1 detects the collision speed between the obstacle and the vehicle (that is, the relative speed between the obstacle and the host vehicle) and the distance between the obstacle and the vehicle. As the radar sensor 1, for example, a millimeter-wave radar for radar cruise can be used. These detection signals are sent to the ECU 2 for the pre-crash sensor, and the ECU 2 determines the possibility of a collision and performs an estimation calculation such as a collision prediction time based on the detection signal, and supplies the result to the controller 7.
[0021]
On the other hand, the G sensor 3 and the airbag ECU 4 detect a collision. When the value detected by the G sensor 3 is larger than a predetermined G value at the time of the collision, the airbag ECU 4 determines that the vehicle has collided and supplies a collision detection signal to the controller 7. The impact sensor 6 detects a G value inside the power supply device 17 and supplies the G value to the controller 7.
[0022]
The operating state of the power supply device 17 is transmitted to the engine control ECU 5 through a communication line or the like, and is used for failure diagnosis or the like.
[0023]
[Operation at collision]
Next, the operation of the power supply device 17 at the time of a collision will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a timing chart showing waveforms at various points in the power supply device 17 at the time of collision prediction and at the time of collision.
[0024]
In a normal state, that is, before time t1, the main switch drive signal S3 is supplied from the controller 7 to the FET 8 as a main switch, and the flyback transformer 18 and the half-wave rectifier diode are provided in accordance with the pulse width (duty ratio) thereof. 19 and the smoothing capacitor generate a high DC voltage Vc. At this time, the discharge switch drive signal S4 at the L (Low) level is given to the discharge FET 10, and the discharge FET 10 is in the off state. Further, the charging switch drive signal S5 is supplied to the charging FET 13, and the charging FET 13 is turned on / off according to the pulse width. In response to this, a pulse generation signal is generated in the pulse generation circuit 15, and the pulse generation circuit 15 outputs a high-voltage pulse output voltage VH.
[0025]
At time t1, the radar sensor 1 and the pre-crash sensor ECU 2 generate an H (High) level collision prediction signal S1 and input it to the controller 7. The controller 7 determines the duty ratio of the main switch drive signal S3. Decrease gradually (see FIG. 2). In response, the level of DC high voltage Vc gradually decreases. Thus, when the collision prediction signal S1 is input, the controller 7 gradually lowers the DC high voltage. This is because the level of the high voltage Vc is reduced for safety because a collision is expected. The level of the DC high voltage Vc is reduced to a predetermined level, which is the minimum level at which a discharge can be performed at the time of collision by the discharge resistor 12 as described later. The reason why the discharge is set to the minimum possible level is that if the level is reduced to a lower level, forced discharge cannot be performed at the time of collision.
[0026]
When the collision prediction signal S1 is input, the pre-crash sensor ECU 2 calculates the collision prediction time as described above. Therefore, when the collision prediction signal S1 becomes H level, the controller 7 changes the main switch drive signal S3 so as to reduce the DC high voltage Vc to the minimum level at which the discharge is possible before the collision prediction time. Control.
[0027]
After time t1, the controller 7 shortens the pulse cycle of the charging switch drive signal S5 (see FIG. 2). As described above, after the time t1 at which the collision is predicted, the DC high voltage Vc gradually decreases. Therefore, if the charging switch drive signal S5 is maintained at the same pulse width as before, it is finally given to the reaction vessel 11. As a result, the corona discharge by the reaction vessel 11 becomes insufficient and the exhaust gas purifying action is reduced. Therefore, the repetition period of the charging switch drive signal S5 is shortened by the reduced DC high voltage Vc, the total power supplied to the reaction vessel 11 is maintained at the same level as before collision prediction, and exhaust gas purification is performed. Maintain proper operation.
[0028]
Thereafter, at time t2, the collision is detected by the G sensor 3 and the airbag ECU 4, and when the collision signal S2 becomes H level, the controller 7 stops the pulse output of the main switch driving signal S3 and the charging switch driving signal S5. As a result, the voltage on the secondary side of the flyback transformer 18 falls to the zero level, and the charging of the charging capacitor 14 is not performed.
[0029]
At the same time, at time t2, the controller 7 sets the discharge switch drive signal S4 to H level. Therefore, the discharging switch 10 in FIG. 1 is turned on, and the DC high voltage Vc charged in the capacitor 9 is forcibly discharged through the discharging resistor 12. As a result, the electric power charged in the capacitor 9 is converted into heat energy by the resistor and released. In this way, it is possible to prevent adverse effects due to the high voltage after the collision.
[0030]
Further, after the collision detection time t2, the pulse generation circuit 15 outputs a predetermined number of forced discharge pulses (see FIG. 2) to forcibly discharge the charge remaining in the charging capacitor 14 at the time of the collision. As a result, all the charge remaining in the charging capacitor 14 after the collision is detected is also discharged.
[0031]
As described above, in the present embodiment, first, when a collision is predicted, the DC high voltage for purifying the exhaust gas is gradually reduced, and the danger when the collision occurs is reduced in advance. However, since it is not desirable that the exhaust gas purification action is reduced due to a decrease in the DC high voltage, the repetition period of the pulse that causes the corona discharge in the reaction vessel 11 is shortened by the reduced voltage so that the total power does not decrease. And maintain the purifying action.
[0032]
Thereafter, when a collision is detected, first, generation of a DC high voltage by the flyback transformer 18 or the like is stopped, and the discharging FET 10 is turned on to transfer the high voltage charged in the capacitor 9 to the ground via the resistor 12. Discharge. In addition, the pulse generation circuit 15 outputs a forced discharge pulse to forcibly discharge the charge stored in the capacitor 14. In this way, after the collision is detected, the power stored in the power supply 17 is discharged. Therefore, even if the power supply 17 is damaged due to the collision, adverse effects due to the high voltage may occur. Can be prevented.
[0033]
In the above embodiment, the collision is detected by the G sensor 3 and the airbag ECU 4, but instead of or in addition to the collision, the impact sensor 6 provided in the power supply device 17 detects the collision of the power supply device 17 itself. Similar processing such as discharging can be performed by detecting an impact.
[0034]
Further, as described above, since the pre-crash sensor ECU 2 can calculate the collision prediction time, if the collision is not detected even after the collision prediction time has elapsed, the controller 7 determines that the collision has been avoided, The drive signals S3 to S5 to each switch may be returned to the state before the detection of the collision prediction signal (prior to time t1 in FIG. 2). This is performed by the controller 7 returning the duty ratio of the main switch drive signal S3 to the original.
[0035]
[Discharge of each capacitor]
Next, the charging energy and discharging method of each of the

capacitors

9 and 14 at the time of collision will be described in detail.
[0036]
First, the charging capacitor 14 will be described. The charging capacitor 14 is a capacitor that holds a high voltage corresponding to the high-voltage pulse applied to the reaction vessel 11, and the charging energy p per pulse is:
[0037]
(Equation 1)

[0038]
Indicated by Here, assuming that the current is i, the voltage is v, and the repetition frequency of the pulse generated by the pulse generation circuit 15 is f, the charging energy P per unit time is given by the following equation.
[0039]
(Equation 2)

[0040]
After the collision is detected, the energy for one pulse stored in the charging capacitor 14 may be consumed by corona discharge. However, if the system is stopped for some reason after charging, the energy remains in the charging capacitor 14. Would. Therefore, as shown in FIG. 2, the pulse generation circuit 15 generates a forced discharge pulse to forcibly perform corona discharge, and consumes the energy remaining in the charging capacitor 14 after the collision is detected.
[0041]
On the other hand, the capacitance of the smoothing capacitor 9 is designed to have a relatively large value in order to stabilize the output voltage from the power supply device 17, and thus is the same as that of the charging capacitor 14 described above. It is difficult to consume stored energy in a short time by the method.
[0042]
Therefore, the energy stored in the smoothing capacitor 9 after the collision is detected is consumed in a short time by the discharge resistor 12. Specifically, as shown in FIG. 2, at the time of collision detection (time t2), the controller 7 sets the discharge switch drive signal S4 to the H level to turn on the FET 10 functioning as the discharge switch. Thus, the energy stored in the smoothing capacitor 9 flows through the resistor 12 and is consumed as heat energy.
[0043]
Assuming that the time when the collision is detected and the collision signal S2 becomes H level (time t2 in FIG. 2) is t = 0, and the discharge FET 10 is turned on at the time t = 0, the smoothing capacitor 9 and the resistor 12 The current I (t) flowing through the discharge circuit constituted by
[0044]
[Equation 3]

[0045]
It becomes. Here, v is the voltage of the smoothing capacitor 9, R is the resistance value of the discharging resistor 12, and C is the capacitance of the smoothing capacitor 9. The terminal voltage Vr across the discharge resistor 12 is
[0046]
(Equation 4)

[0047]
It becomes. Therefore, the energy consumption Pr of the discharge resistor 12 is:
[0048]
(Equation 5)

[0049]
It becomes.
[0050]
FIG. 3A shows a change in the current I (t), FIG. 3B shows a change in the terminal voltage Vr, and FIG. 3C shows a change in the energy consumption Pr. In each figure, the broken-line graphs show changes in each value when the discharging switch 10 is turned on from the DC high voltage Vc (= about 3 kV) in the normal state (ie, the state before time t1 in FIG. 2). The solid line graph shows the change of each value when the discharging FET 10 is turned on after the DC high voltage Vc is reduced by 30% (Vc = 2.1 kV) after the collision prediction (that is, after time t1 in FIG. 2). Is shown.
[0051]
If the charging voltage of the smoothing capacitor 9 is reduced from 3 kV to 2.1 kV as in this example, the charging energy is reduced to about 1/2 as shown in FIG. As shown in the figure, the residual voltage about 1 second after the discharge is reduced by about 30%. Therefore, it can be understood that reducing the charging voltage of the smoothing capacitor 9 after the collision prediction is useful for reducing the energy remaining in the capacitor 9 at the time of the collision and preventing the adverse effect due to the high voltage that may occur after the collision.
[0052]
[Other embodiments]
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a configuration of an exhaust gas purification system according to another embodiment of the present invention. This system differs from the previous embodiment in the internal configuration of the power supply 17. Specifically, a bidirectional DC-DC converter 31 and a large-capacity capacitor 32 shown in FIG. 4 are provided instead of the discharge FET 10 and the discharge resistor 12 of the exhaust gas purification system shown in FIG. Other configurations are the same as those of the exhaust gas purification system shown in FIG.
[0053]
In the above embodiment, the discharge FET 10 is turned on when a collision is detected, and the energy stored in the smoothing capacitor 9 is consumed by the discharge resistor 12. On the other hand, in the present embodiment, the energy stored in the smoothing capacitor 9 is not consumed at the time of collision detection, but is converted to a low voltage to reduce the risk and stored as energy. deep.
[0054]
Specifically, at the time of collision detection, that is, at the time when the collision signal S2 becomes H level, the controller 7 operates the DC-DC converter 31 to convert the energy stored in the smoothing capacitor 9 to a low voltage. . For example, the charging voltage of the smoothing capacitor 9 is about 3 kV, and the DC-DC converter 31 converts this to about 40 to 50 V. Then, after reducing the voltage, the electric energy is stored in the large-capacity capacitor 32 as electric energy. In this case, electric energy is held in the capacitor 32 after the collision, but since the voltage is not as high as 3 kV of the smoothing capacitor 9, the possibility of adverse effects of the high voltage is considerably reduced. Can be. Since the DC-DC converter 31 is capable of bidirectional voltage conversion, if necessary, the electric energy stored in the capacitor 32 is converted back to a high voltage by the DC-DC converter 31 and used. It is also possible. Actually, some conversion loss of electric energy occurs at the time of conversion in the DC-DC converter 31, but it is advantageous because electric energy can be stored after reducing danger.
[0055]
[Other application examples]
In the above embodiment, the exhaust gas purification system is exemplified as an element that generates and uses a high voltage. However, the application of the present invention is not limited to this, and a high voltage generator mounted on a vehicle for various purposes is not limited thereto. And power storage devices. For example, the present invention can be applied to a high-voltage power storage device for driving a traveling motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle. In the above-described embodiment of the exhaust gas purification system, an example has been described in which the DC high voltage Vc is reduced to a minimum voltage at which corona discharge in the reaction vessel 11 is possible after a collision is predicted. Instead, when the present invention is applied to a high-voltage power storage device for driving a driving motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, the high voltage is reduced to a minimum voltage at which the engine can be started after the vehicle stops. If reduced, the engine can be restarted after a collision accident or the like. Alternatively, it is possible to provide an auxiliary power storage device for starting the engine, secure the minimum amount of power required for starting the engine, and discharge the main power storage device completely when a collision is detected. is there.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a vehicle having a high-voltage power storage device, the power stored in the power storage device can be forcibly discharged. High voltage can be discharged, and adverse effects due to the high voltage can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing operations at the time of collision prediction and at the time of collision in the system shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing a transient response of the smoothing capacitor shown in FIG. 1 at the time of collision.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an exhaust gas purification system according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 radar sensor 2 pre-crash sensor ECU
3 G sensor 4 ECU for airbag
6 Shock sensor 7 Controller 8 Main switch FET
9 Smoothing capacitor 10 Discharge FET
11 Reaction Vessel 12 Discharge Resistor 13 Charge FET
14 Charging Capacitor 17 Corona Discharge Pulse Power Supply 18 Flyback Transformer 19 Diode 31 DC-DC Converter 32 Capacitor

Claims

高電圧の蓄電装置を備えた車両の制御装置において、
所定状態において、前記蓄電装置への給電を停止し、かつ、前記蓄電装置に蓄積された電力を強制的に放電させる放電手段を備えたことを特徴とする車両の制御装置。In a control device for a vehicle including a high-voltage power storage device,
A control device for a vehicle, comprising: discharging means for stopping power supply to the power storage device and forcibly discharging power stored in the power storage device in a predetermined state.

前記車両の衝突を検知する衝突検知手段を備え、前記放電手段は、前記車両の衝突が検知された時に放電を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。The vehicle control device according to claim 1, further comprising collision detection means for detecting the collision of the vehicle, wherein the discharge means performs discharge when the collision of the vehicle is detected.

前記車両の衝突を予知するとともに衝突予知時間を算出する衝突予知手段を備え、前記放電手段は、前記車両の衝突の予知後、前記衝突予知時間までに放電を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。2. The vehicle according to claim 1, further comprising: collision prediction means for predicting the collision of the vehicle and calculating a collision prediction time, wherein the discharging means performs discharge after the prediction of the collision of the vehicle until the collision prediction time. Or the control device for a vehicle according to 2.

前記衝突手段による衝突の予知後、前記蓄電装置の充電電圧を低下させる電圧制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。The vehicle control device according to claim 3, further comprising a voltage control unit configured to reduce a charging voltage of the power storage device after predicting a collision by the collision unit.

前記蓄電装置から電力の供給を受ける被給電要素を備え、前記電圧制御手段は、前記衝突予知から前記衝突予知時間までの間、前記蓄電装置から前記被給電要素への供給電力が一定となるように、前記蓄電装置の充電電圧並びに前記蓄電装置から前記被給電要素への給電信号の周波数及びデューティ比を制御することを特徴とする請求項４に記載の車両の制御装置。A power receiving element that receives power supply from the power storage device, wherein the voltage control unit is configured such that power supplied from the power storage device to the power supplied element is constant from the collision prediction to the collision prediction time. The control device for a vehicle according to claim 4, further comprising controlling a charging voltage of the power storage device and a frequency and a duty ratio of a power supply signal from the power storage device to the power-supplied element.

前記蓄電装置から電力の供給を受ける機関始動装置を備え、前記放電手段は、前記機関始動装置による機関の始動に必要な最小電圧まで前記蓄電装置に蓄積された電力を放電することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両の制御装置。An engine starting device that receives power supply from the power storage device, wherein the discharging unit discharges the power stored in the power storage device to a minimum voltage required for starting the engine by the engine starting device. The vehicle control device according to claim 1.

前記車両の機関を始動させる機関始動装置と、
前記蓄電装置と別個に構成され、前記機関始動装置に電力を供給する機関始動用蓄電装置とを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両の制御装置。An engine starting device for starting the engine of the vehicle;
The control device for a vehicle according to any one of claims 1 to 5, further comprising: an engine starting power storage device configured separately from the power storage device and configured to supply power to the engine starting device.