JP2006130953A

JP2006130953A - 電力制御装置及び電力制御方法

Info

Publication number: JP2006130953A
Application number: JP2004319055A
Authority: JP
Inventors: Junsuke Ino; 淳介井野; Tetsuya Kinoshita; 哲也木下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】複数の電気駆動装置に対して、適切に電力を供給する。
【解決手段】バッテリ２の電流値を検出する電流センサ３と、バッテリ２の電圧値を検出する電圧検出手段２１と、電気駆動装置である電動ステアリング５、電動ブレーキ６及び各種制御装置７の各作動状況を検出する作動状況検出手段５１、６１及び７１と、電流値、電圧値及び各作動状況に基づいて、電動ステアリング５、電動ブレーキ６及び各種制御装置７の作動出力割合を出力する作動出力割合出力手段４とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は電力制御装置及び電力制御方法にかかり、例えば車両用の電力制御装置及び電力制御方法に関するものである。

近年、自動車には、更なる機能の充実を目的として、多種多様な電気駆動装置が搭載されている。特に消費電力の大きな電動ブレーキや電動ステアリング等を搭載した車両が相次いで開発されている。このような消費電力の大きな電気駆動装置が車両に搭載されると、当然ながらバッテリの負担が増大する。このため、バッテリや発電機の容量を大きくし、電力供給の増加要求に対応しているが、かかる手段では車両の質量やコストが増大するという問題があった。

かかる問題に対応すべく、特許文献１に示されるように、車両に搭載された複数の電気駆動装置の消費電力の合計が設定値を超えた場合に、予め定めた優先順位に基づいて、優先順位の高い電気駆動装置にのみ電力の供給を行っている。

特開２００３−２５９５４９号公報

しかし、予め定めた優先順位に基づいて、優先順位の高い装置にのみ電力の供給を行う構成としても、実際の車両の状況とは必ずしも一致するとは限らず、例えば複数の電気駆動装置に対して、電力を供給することができる状態であるにも関わらず、単一の電気駆動装置にのみ電力を供給するような場合が考えられ、各電気駆動装置に適切に電力を供給しているとは言えなかった。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、各電気駆動装置に適切に電力を供給することができる電力制御装置、電力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明においては、バッテリの電流値を検出する電流検出手段と、バッテリの電圧値を検出する電圧検出手段と、電気駆動装置の作動状況を検出する作動状況検出手段と、電流値、電圧値及び作動状況に基づいて、各電気駆動装置への作動出力割合を出力する作動出力割合出力手段とを備えた。

本発明においては、電流値、電圧値及び作動状況に基づいて、各電気駆動装置の作動出力割合が決定されるから、各電気駆動装置に適切に電力を供給することができる。

第１の実施の形態
図１は本実施の形態における基本構成を示す図である。１は発電機、２は電力を供給するバッテリ、３はバッテリ２から供給される電流を計測する電流センサ（電流検出手段）、４はバッテリ２の電力供給可能パワーを算出し、電気駆動装置の作動出力割合を出力する作動出力割合出力手段、５は電気駆動装置である電動ステアリング、６は同じく電気駆動装置である電動ブレーキ、７は同じく電気駆動装置である各種制御装置である。

なお、上記の機器間の接続は、便宜上、図では１本線で示されているが、実際には電力供給線、信号線、アース、通信線等の複数の電気配線で構成されている。更に、図では省略してあるが、作動出力割合出力手段４、電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７は通信線（ＣＡＮやＦｌｅｘＲａｙ）で接続されている。また、発電機１及びバッテリ２からは作動出力割合出力手段４を経由して、電流センサ３、電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７に電力が供給されている。

図２は本実施の形態における電力制御装置の基本構成を示す図である。バッテリ２はバッテリ２の電圧値を検出し出力する電圧検出手段２１を備え、電圧検出手段２１と電流センサ３から、それぞれ作動出力割合出力手段４に検出値を出力する。

作動出力割合出力手段４は、バッテリ２の容量、最低保証温度、最低保証電圧からバッテリ２の放電可能電流値を決定する放電可能電流値決定手段４１と、電流値、電圧値及び放電可能電流値に基づいて電力供給可能パワーを算出する電力供給可能パワー算出手段４３と、各電動駆動装置の作動状況から各電動駆動装置の合計消費電力量を推定する全消費電力推定値算出手段４４と、電力供給可能パワーから判定値を決定する判定値決定手段４５と、判定値と全消費電力推定値とに基づき各電動駆動装置の作動出力割合を決定する作動出力割合決定手段４６と、作動出力割合出力手段４を制御するＣＰＵ４７と、制御用の入出力ポート４８とで構成されている。

電動ステアリング５は、電動ステアリング５の作動状況を出力する作動状況検出手段５１と、作動出力割合に基づき制御指令出力を調整する制御指令出力調整手段５２とを有しており、電動ブレーキ６は、電動ブレーキ６の作動状況を出力する作動状況検出手段６１と、作動出力割合に基づき制御指令出力を調整する制御指令出力調整手段６２とを有しており、各種制御装置７は、各種制御装置７の作動状況を出力する作動状況検出手段７１と、作動出力割合に基づき制御指令出力を調整する制御指令出力調整手段７２とを有している。

また、電流センサ３からの電流検出値と、電圧検出手段２１からの電圧検出値と、電動ステアリング５と電動ブレーキ６と各種制御装置７とから検出された各作動状況出力とが作動出力割合出力手段４に入力される。

次に、本発明の制御対象としての電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７について説明する。

電動ステアリング５は、例えば、ステアリングバイワイヤといわれるもので、車両の前輪の操舵機構に操舵を行うモータを設け、このモータを制御することによりステアリング制御を行うものである。そして、電動ステアリング５は、ステアリング舵角センサの出力に応じて発生させる操舵力を計算し制御するものである。また同時に、電動ステアリング５は、電動ステアリング５の作動状況を作動出力割合出力手段４に出力する。同時に、作動出力割合出力手段４から作動出力割合を入力し、制御指令出力調整手段５２で作動出力割合に基づいて、電動ステアリング５の電気特性に応じて制御指令出力を調整する。

電動ブレーキ６は、例えば、ディスクブレーキのキャリパにプレーキパッドを押付けるモータを設け、このモータヘの供給電力に応じてブレーキ力を制御する構成であり、ストロークセンサや車輪速センサ等の出力に応じて、発生させるべきブレーキ力を計算し、制御するものである。また、この電動ブレーキ６ではアンチロックブレーキコントロール（ＡＢＳ）やトラクションコントロール（ＴＲＣ）、車体の横滑りコントロール（ＶＤＣ）などの制御も行なわれる。また同時に電動ブレーキ６は、電動ブレーキ６の作動状況を作動出力割合出力手段４に出力する。同時に、作動出力割合出力手段４から作動出力割合を入力し、制御指令出力調整手段６２で作動出力割合に基づいて、電動ブレーキ６の電気特性に応じて制御指令出力を調整する。

各種制御装置７としては、ライト／エアコン／ワイパー／ラジオ、ＣＤ、カーナビ等のオーディオ機器等があげられる。これらの各種制御装置７は負荷モータの作動状況（制御状況）を作動出力割合出力手段４に出力する。同時に、作動出力割合出力手段４から作動出力割合を入力し、制御指令出力調整手段７２で作動出力割合に基づいて、各種制御装置７の電気特性に応じて制御指令出力を調整する。

次に、図１、図２に示した電力制御装置の動作、即ち、本発明に係る電力制御方法について説明する。作動出力割合出力手段４では、先ず、放電可能電流値決定手段４１で放電可能電流値を求める。例えばＰｂバッテリの場合、図３のＰｂバッテリ１０Ｖ出力保持特性に示すように、バッテリ容量とバッテリの最低保証温度、バッテリ端子の最低保証電圧から放電可能電流値が決定される。例えば、図３に示した例ではバッテリ容量９Ｌ、気温−３０℃で、最低１０Ｖを保証するためには、電流値を１６０Ａに抑制する必要があり、放電可能電流値は１６０Ａとなる。

次に、電力供給可能パワー算出手段４３で電圧値、電流値及び放電可能電流値に基づいて電力供給可能パワーを算出する。

次に、現在の電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７の作動状況から、これらの各電気駆動装置で消費される消費電力推定値を合計した全消費電力推定値を全消費電力推定値算出手段４４で算出する。

次に、電力供給可能パワーから判定値決定手段４５で判定値を決定する。

次に、作動出力割合決定手段４６で、全消費電力推定値と判定値とを比較する。この場合、全消費電力推定値＜判定値の場合は、電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７に作動出力割合を１００％とする信号が出力され、制御がそのまま１００％出力の状態で継続される。一方、全消費電力推定値≧判定値の場合は、バッテリ２の余裕度が小さくなるため、判定値−全消費電力推定値＞０となるように、電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７に対して、作動出力割合を１００％未満とする信号を出力する。

次に１００％未満の値を作動出力割合として入力された電動ステアリング５、電動ブレーキ６、各種制御装置７は、それぞれの制御指令出力調整手段５２、６２、７２で予め計測してある作動出力割合別の電力特性を用いて、１００％未満の作動出力割合に応じて、対応した電力特性で各電気駆動装置の制御指令出力を調整する。

例えば、図４に示す電動ブレーキの入力電流に対する応答特性においては、指令（Ａ）で示す１００％作動時では、過渡領域におけるピーク時の必要電流は、応答（Ａ）に示す如く１００Ａとなるが、多段階指令である指令（Ｂ）、指令（Ｃ）とすることで、ピーク時の必要電流を過渡領域において、それぞれ約７０Ａ、約４０Ａに減少させることができる。従って、前後左右の各輪をモータで制御する電動ブレーキ６では、１００％未満の作動出力割合が入力された場合には、負荷モータヘの制御指令値を１００％時の作動指令であるステップ指令（Ａ）から多段階指令である（Ｂ）又は（Ｃ）に変更することで電流値のピークを下げることができる。

即ち、電動ブレーキ６の消費電力は、過渡領域では定常領域に比べ数倍の電流を必要としており、ステップ指令（Ａ）の１００％作動では電流値に不足が推定される場合には、多段階指令の（Ｂ）又は（Ｃ）に変更することで電流値のピークを下げることができる。この場合の具体的な手段としては、制御用油圧の増圧速度を可能な範囲で遅くする事で、多段階指令を実現することができ、モータ初期動作時の突入電流を過渡領域で抑制するすることができる。

また、車体の前部にエンジンを搭載して前輪を駆動するＦＦ車の場合には、最初に駆動輪である前輪２輪の制動、遅れて後輪２輪の順で、負荷モータヘのステップ指令または多段階指令を出力する事で、電流値のピークを下げることができ、瞬時過負荷に伴うバッテリ電圧の低下によるシステムリセットを防ぐことができる。

以上説明した如く、本実施の形態に係る電力制御装置、電力制御方法においては、バッテリ２の電流値、電圧値及び電気駆動装置の作動状況に基づいて、各電気駆動装置の作動出力割合が決定されるから、各電気駆動装置に適切に電力を供給することができる。また、バッテリ２の電流値、電圧値、放電可能電流値により電力供給可能パワーを算出するので、正確に電力供給可能パワーを算出することができる。更に、作動出力割合に基づき、複数の電気駆動装置への制御指示をステップ指令と多段階指令とに適切に使い分けることで、過渡的な消費エネルギーのピーク値を抑制する事が可能になるため、バッテリ２や発電機１の大型化やコストアップを防ぐ事ができる。

第２の実施の形態
図５は本発明の第２の実施の形態の基本構成を示す図である。１０は電動ステアリングで、第１の実施の形態で説明した作動出力割合出力手段４を電動ステアリング１０の内部に搭載した構成である。８は外気温を測定する温度センサで、電動ステアリング１０に接続してあり、電力供給可能パワー算出手段４３は、電流値、電圧値、放電可能電流値及び外気温に基づいて電力供給可能パワーを算出する。

第２の実施の形態では、各電気駆動装置に適切に電流を供給することができ、また、バッテリ２や発電機１の大型化やコストアップを防ぐ事ができる。更に、バッテリ２の放電可能電流値、温度センサ８で計測した外気温を用いて電力供給可能パワーの算出を行うので、正確に電力供給可能パワーを算出することができ、正確できめ細かな制御を行う事ができる。加えて、電動ステアリング１０が作動出力割合出力手段４を内蔵する事で、車両の基本動作に関わる機能（例えばバイワイヤ制御装置）を優先的に動作させる事も可能になる。なお、他の電気駆動装置である電動ブレーキ６や、各種制御装置７に作動出力割合出力手段４を内蔵する構成としても良い。

第３の実施の形態
図６は本発明の第３の実施の形態の基本構成を示す図である。９は車両のエンジンを制御するエンジン制御モジュールで、本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した作動出力割合出力手段４をエンジン制御モジュール９の内部に搭載した構成である。また、外気温を測定する温度センサ８をエンジン制御モジュール９に接続してあり、電力供給可能パワー算出手段４３は、電流値、電圧値、放電可能電流値及び外気温に基づいて電力供給可能パワーを算出する。

かかる構成とすることにより、各電気駆動装置に適切に電流を供給することができ、正確に電力供給可能パワーを算出することができ、また、バッテリ２や発電機１の大型化やコストアップを防ぐ事ができる。更に、作動出力割合出力手段４を独立した制御部品として配置する必要がなくなり、省スペースが図られる効果も生じる。

本発明の第１の実施の形態における基本構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態における電力制御装置の基本構成を示す図である。Ｐｂバッテリの１０Ｖ出力保持特性を示す図である。電動ブレーキの入力指令に対する応答電流特性を示す図である。本発明の第２の実施の形態における基本構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態における基本構成を示す図である。

符号の説明

１…発電機２…バッテリ
３…電流センサ４…作動出力割合出力手段
５…電動ステアリング６…電動ブレーキ
７…各種制御装置８…温度センサ
９…エンジン制御モジュール１０…電動ステアリング
２１…電圧検出手段４１…放電可能電流値決定手段
４３…電力供給可能パワー算出手段
４４…全消費電力推定値算出手段
４５…判定値決定手段４６…作動出力割合決定手段
５１…作動状況検出手段５２…制御指令出力調整手段
６１…作動状況検出手段６２…制御指令出力調整手段
７１…作動状況検出手段７２…制御指令出力調整手段

Claims

バッテリから複数の電気駆動装置に供給する電力を制御する電力制御装置において、
上記バッテリの電流値を検出する電流検出手段と、上記バッテリの電圧値を検出する電圧検出手段と、上記電気駆動装置の作動状況を検出する作動状況検出手段と、上記電流値、上記電圧値及び上記作動状況に基づいて、各上記電気駆動装置の作動出力割合を出力する作動出力割合出力手段とを具備することを特徴とする電力制御装置。
上記作動出力割合出力手段が、上記電圧値、上記電流値に基づいて電力供給可能パワーを算出する電力供給可能パワー算出手段と、上記作動状況に基づいて、上記電気駆動装置の全消費電力推定値を算出する全消費電力推定値算出手段と、上記電力供給可能パワーと、上記全消費電力推定値との差が正となるように、上記作動出力割合を決定する作動出力割合決定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
外気温を計測する外気温計測手段を有し、上記電力供給可能パワー算出手段が、上記電圧値、上記電流値及び上記外気温に基づいて上記電力供給可能パワーを算出することを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
上記バッテリの容量、上記バッテリの最低保証温度、上記バッテリの最低保証電圧に基づいて放電可能電流値を決定する放電可能電流値決定手段を有し、上記電力供給可能パワー算出手段が、上記電流値、上記電圧値及び上記放電可能電流値に基づいて上記電力供給可能パワーを算出することを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
外気温を計測する外気温計測手段と、上記バッテリの最低保証温度、上記バッテリの最低保証電圧に基づいて放電可能電流値を決定する放電可能電流値決定手段とを有し、上記電力供給可能パワー算出手段が、上記電流値、上記電圧値、上記外気温及び上記放電可能電流値に基づいて上記電力供給可能パワーを算出することを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
上記作動出力割合に基づいて、各上記電気駆動装置の電気特性に応じて制御指令出力を調整する制御指令出力調整手段を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電力制御装置。
上記制御指令出力調整手段が、上記作動出力割合に基づいて、上記電気駆動装置の負荷モータへの制御指令値を、ステップ指令または多段階指令とすることを特徴とする請求項６に記載の電力制御装置。
上記電気駆動装置を電動ステアリングとし、上記作動出力割合出力手段を上記電動ステアリング内に設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電力制御装置。
上記作動出力割合出力手段をエンジンの制御を行うエンジン制御モジュール内に設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電力制御装置。
バッテリから電気駆動装置に供給する電力を制御する電力制御方法において、
上記バッテリの電流値を検出し、上記バッテリの電圧値を検出し、上記電気駆動装置の作動状況を検出し、作動出力割合出力手段により、上記電流値、上記電圧値及び上記作動状況に基づいて、各上記電気駆動装置の作動出力割合を出力することを特徴とする電力制御方法。