JP6137213B2

JP6137213B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP6137213B2
Application number: JP2015020016A
Authority: JP
Inventors: 亮次佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: CN104859467A; CN104859467B; US20150232095A1; DE102015202762A1; JP2015173586A; US9421975B2

Description

本発明は前方を走行する先行車両との車間に応じて車両を制御する車両の制御装置に関する。

従来より、前方を走行する車両を検出し、前方車両との車間距離が小さくなった場合には自動的に減速制御などを行う装置が知られている。特許文献１には、駆動用のモータを搭載した電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリッド車（ＨＶ）等においては、前方車両などに接近した場合に駆動用モータにより減速方向のトルクを発生させることが示されている。

特開２００５−３４８５５８号公報

特許文献１では、インバータの制御によって減速トルクを発生する。ここで、ＥＶや、ＨＶにおいては、バッテリからの直流電力を昇圧コンバータによってバッテリ電圧を昇圧した後インバータに供給する場合が多い。昇圧コンバータの制御を車間制御に利用できれば、車間制御をさらに改善できると考えられる。

本発明は、前方を走行する先行車両との車間または相対速度に応じて車両を制御する車両の制御装置であって、バッテリと、このバッテリに接続されバッテリ電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧コンバータに接続され直流／交流変換を行うインバータと、このインバータに接続され駆動力を出力するモータジェネレータと、先行車両との車間距離が所定以下または前車と近づく方向の相対速度が所定以上の場合に前記昇圧コンバータの出力電圧を低下させる制御部と、を有する。

また、一実施形態では、前記車間距離がさらに小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに大きくなった場合に、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とするとともに、前記インバータをシャットダウンする。

また、一実施形態では、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とするとともに、前記インバータをシャットダウンしている状態で、前記車間距離がさらに小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに大きくなった場合に、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より小さい状態とする。

また、一実施形態では、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とするとともに、前記インバータをシャットダウンしている状態で、前記車間距離がさらに小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに大きくなった場合において、前記バッテリの充電状態が所定値以下の場合には、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より小さい状態とし、前記バッテリの充電状態が所定値を超えている場合には、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とする。

また、一実施形態では、前記制御部は、前記車間距離および前車と近づく方向の前記相対速度に基づいて衝突危険度を算出し、算出された衝突危険度が所定以上の場合に、前記車間距離が所定以下または前記前車と近づく方向の相対速度が所定以上の場合と判定する。

本実施形態では、先行車両に接近し車間が小さくなったときに、昇圧コンバータの出力電圧を低下させることで、モータジェネレータの出力を抑え車間制御ができる。

車両の制御装置を用いる電気自動車（ＥＶ）の概略構成を示すブロック図である。車間に応じた車両制御のフローチャートである。シャットダウン時の回生トルクとＶＨの関係を示す図である。昇圧コンバータの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

＜全体構成＞
図１は、実施形態に係る車両の制御装置を用いるＥＶの概略構成を示すブロック図である。なお、ＨＶにおいても、モータジェネレータを利用して車両が走行されるので、同様に本発明を適用することができる。

バッテリ１０の直流出力ＶＬは、昇圧コンバータ１２に供給される。昇圧コンバータ１２は、昇圧および降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータであり、バッテリ１０の出力である昇圧前電圧ＶＬを、昇圧後の昇圧電圧ＶＨに昇圧し、この昇圧電圧ＶＨをインバータ１４に供給する。インバータ１４には、駆動用のＭＧ（モータジェネレータ）１６が接続されている。

ＭＧ１６の出力軸は、機械的に車輪に接続されており、ＭＧ１６の駆動出力によって車両が走行する。なお、車両はエンジンも搭載したハイブリッド車（ＨＶ）でもよく、この場合は、車両走行用のモータジェネレータがＭＧ１６に対応する。なお、図１において、電力の伝達系については普通の実線、信号の伝達系（制御系）については破線で示してある。

制御部２０は、アクセル踏み込み量、車速から決定される目標トルクなどに応じてインバータ１４を制御してＭＧ１６による駆動出力を制御する。また、車両の減速の際には、インバータ１４を制御して、ＭＧ１６による回生制動を行い、得られた回生電力によりバッテリ１０を充電する。また、ＳＯＣセンサ２２は、バッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を検出する。このＳＯＣセンサ２２としては、バッテリ電流の積算や、バッテリ開放電圧、バッテリ電圧とバッテリ電流の組み合わせなどに基づいて検出するものなどが採用でき、バッテリ１０のＳＯＣが検出できれば、どのようなものでもよい。

また、バッテリ１０の出力であるＶＬ側の正側と負側の間には、バッテリ１０の出力電圧を平滑するコンデンサ３０が設けられ、このコンデンサ３０の昇圧前電圧ＶＬを計測する昇圧前電圧センサ３２が設けられている。また、昇圧コンバータ１２の出力側には、昇圧電圧ＶＨを平滑するコンデンサ３４が設けられ、このコンデンサ３４の電圧である昇圧電圧ＶＨを計測する昇圧電圧センサ３６が設けられている。昇圧電圧ＶＨが、インバータ１４の入力電圧である。

制御部２０は、上述したようにインバータ１４を制御し、ＭＧ１６の駆動を制御する。この際には、ＭＧ１６の回転位相や、モータ電流を検出し、これらから得られた実ｄ，ｑ軸電流が目標ｄ，ｑ軸電流と一致するように、ＭＧ１６への供給電力を決定する。

さらに、本実施形態では、前方の車両との車間距離を検出する車間距離検出部４０が設けられており、車間距離検出部４０の検出値が制御部２０に供給される。車間距離検出部４０としては、レーザを前方に照射して反射光を検出するレーザ式や、超音波を照射する超音波式や、電波式レーダなど各種の形式のものが採用可能である。

また、制御部２０には、車速センサ４２からの車速も供給されている。車速センサ４２は、通常の車両に備えられているものをそのまま利用すればよい。制御部２０は、車間距離検出部４０から得られた前方車両との車間距離の変化から相対速度を検出し、車間距離、相対速度、車速とから危険度を算出する。なお、相対速度は送受信電波あるいは光線におけるドプラシフトなどから検出してもよい。まず、車速に応じた安全車間距離は予め決定することができ、そのときの相対速度を加味して衝突危険度が計算できる。安全車間距離は、先行車両が急ブレーキを掛けた時に、通常のドライバーであれば十分に衝突を回避できる車間距離であり、例えば通常のドライバーが先行車両の急ブレーキに対し反応して急ブレーキを掛けるまで平均時間および平均的ブレーキ操作による減速により衝突を回避できる車間距離を算出し、これに対しある程度の余裕を持たせて決定すればよい。このような衝突を回避できる安全車間距離は、相対速度によって変化するので安全車間距離を相対速度に応じて変更する。例えば、相対速度を考慮せずに車速に応じて安全車間距離を決定し、相対速度が先行車両に近づく方向の場合には安全車間距離を大きく、先行車両から遠ざかる方向の場合には安全車間距離を小さく変更する。そして、車速および相対速度に応じて決定された安全車間距離と検出した現在の車間距離を比較し、現在車間距離が安全車間距離に比べて小さい時は大きくなるようにして、車間距離が０になる確率である衝突危険度を決定することができる。また、現在車間距離と安全車間距離との差に対する衝突危険度の変化は、車速が大きく、相対速度が近づく方向の場合に大きくなる。実際には、車間距離、車速、相対速度を入力として危険度を出力するマップを持っておき、危険度を決定することが好適である。また、危険度の算出に、車両の減速性能なども考慮してもよい。また、先行車両の画像なども考慮して、安全車間距離または衝突危険度を検出してもよい。さらに、衝突対象を先行車両に代えて静止物とし、この場合の安全車間または衝突危険度を算出してもよい。なお、衝突危険度の算出については、各種の手法が提案されており、公知の手法を適宜採用することが可能である。また、車間距離は車両において検出しなくてもよく、外部監視システムからの通信で入手してもよい。衝突危険度を外部監視システムから通信で受信してもよい。

本実施形態では、制御部２０は、車両の危険度を三段階で評価する。危険度は、危険度Ａ＝少し危険＜危険度Ｂ＝危険＜危険度Ｃ＝かなり危険のように、危険度Ａが危険度が小さく、危険度Ｃが最も危険度が高い。例えば、検出した車間距離が上述した安全車間（所定の車間距離）より小さく、算出した危険度が例えば５−１０％の場合危険度Ａ、検出した車間距離が危険度Ａの車間距離より小さく、算出した危険度が例えば１０−１５％の場合に危険度Ｂ、検出した車間距離が危険度Ｂの車間距離よりさらに小さく、算出した危険度が例えば１５−２０％の場合に危険度Ｃとし、危険度Ａでは、警告ランプの点灯（加速制限）、危険度Ｂでは警告音の発生（加速禁止）、危険度Ｃでは減速の動作などが行われる。

なお、危険度の代わりに、車間距離または相対速度のみを考慮してもよい。例えば、車間距離が所定以下または前車と近づく方向の相対速度が所定以上の場合の場合に危険度Ａ、車間距離がさらに１段階小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに１段階大きくなった場合に危険度Ｂ、車間距離がさらに１段階小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに１段階大きくなった場合に危険度Ｃと判定することができる。

＜危険度に応じた処理＞
そして、本実施形態においては、制御部２０が衝突危険度に応じて昇圧コンバータ１２を制御する。この制御について、図２に基づいて説明する。

まず、車両が加速中かを判定する（Ｓ１１）。本実施形態の処理は、基本的に加速時の処理であり、減速中の処理は他の処理による。従って、Ｓ１１の判定でＮＯの場合には、ＭＧ１６の出力を抑える制御は不要であるため、処理を終了する。次に、衝突危険度（危険度）Ａ以上か否かを判定する（Ｓ１２）。この判定でＮＯの場合には、危険度Ａ以下であり、危険度を考慮した処理は不要であるため、処理を終了する。一方、ＹＥＳの場合には、危険度Ｂ以上か否かを判定する（Ｓ１３）。

この判定でＮＯであれば、危険度はＡであり、この場合には昇圧電圧ＶＨを下げる（Ｓ１４）。ここで、昇圧電圧ＶＨは、目標出力トルクに応じて決定されている。昇圧ＶＨを下げる指令を発することで、ＭＧ１６の出力の上限が低くなる。これによって、ＭＧ１６の出力トルクの上限が制限され、車両の加速が制限される。ここで、ＭＧ１６の出力トルクを制限することもできる。しかし、このＭＧ１６の出力トルクの制限は、目標出力トルクによる通常の制御ループで行われ、十分な出力制限が行えるまでに時間が掛かる場合もある。また、出力トルクの制限では、他の出力トルクについての指令との兼ね合いでは出力トルクが低下しない場合もあり得る。Ｓ１４のように、昇圧電圧ＶＨを低下させることで、ＭＧ１６の出力の上限を確実に制限することができる。

Ｓ１３において、ＹＥＳの場合には、危険度Ｃかを判定する（Ｓ１５）。この判定でＮＯであれば、危険度はＢであり、この場合には昇圧電圧ＶＨをＭＧ１６の逆起電圧ωφ以上として、ＭＧ１６をシャットダウンする（Ｓ１６）。すなわち、インバータ１４におけるスイッチング素子をすべてオフとする。このため、インバータからＭＧ１６への電力供給がシャットダウンされ、ＭＧ１６がシャットダウンされる。

これによって、ＭＧ１６の出力は確実に０となり、ＭＧ１６からの出力で加速されることが確実に防止される。なお、昇圧電圧ＶＨを逆起電力ωφより大きくしておくことで、ＭＧ１６が負荷になり、回生制動が行われることはない。すなわち、ＭＧ１６の引き摺りによる発電、車両の減速は発生しない。

なお、通常の場合、危険度はＡ→Ｂ→Ｃの順番で上昇する。従って、Ｓ１４の処理を行っても、さらに危険度が増した場合にＳ１６の処理が行われる。すなわち、Ｓ１６では、Ｓ１４の処理が行われている状態で、危険度がＢからＣに増した場合に、昇圧コンバータ１２を用いて、昇圧電圧ＶＨを小さくする。しかし、車両の前方に他の車両が割り込んだりした場合には、Ｓ１４の処理が行われず、Ｓ１６の処理が行われる場合もある。

Ｓ１５において、ＹＥＳであれば、危険度はＣである。この場合には、ＳＯＣが所定以下かを判定する（Ｓ１７）。そして、このＳ１７の判定でＹＥＳの場合には、昇圧電圧ＶＨをＭＧ１６の逆起電圧ωφより小さくして、ＭＧ１６をシャットダウンする（Ｓ１８）。このように、昇圧電圧ＶＨを逆起電力ωφより小さくすることで、ＭＧ１６が負荷になり、発電される。すなわち、ＭＧ１６の引き摺りによる減速が発生し、これによって車両が減速される。このＭＧ１６の発電によって得られた電力はバッテリ１０に充電される。

ここで、昇圧電圧ＶＨを異ならせた場合におけるＭＧ１６の回転数と、引き摺りトルクの関係を図３に示す。図３において、縦軸は、ＭＧ１６により発生する引き摺りトルクであり、下方ほど引き摺りトルクが大きい。また、横軸は回転数であり、回転数に応じて引き摺りトルクが大きくなる。そして、昇圧電圧２００Ｖ〜６００Ｖに１００Ｖ毎異ならせた場合における回転数と引き摺りトルクの関係が示されている。Ｓ１８の場合には、回転数に応じて、引き摺りトルクが大きくなる（例えば、最大になる）ように、昇圧電圧ＶＨを制御する。例えば、制御部２０がこのようなマップを持っておき、Ｓ１８における昇圧電圧ＶＨを設定するとよい。なお、Ｓ１６においては、図３の関係に基づき、引き摺りトルクが発生しない値に昇圧電圧ＶＨを設定すればよい。

また、上述したように、通常の場合には危険度はＡ→Ｂ→Ｃの順番で上昇する。従って、Ｓ１６の処理を行っても、さらに危険度が増した場合にＳ１８の処理が行われることになる。この場合、ＭＧ１６はすでにシャットダウンされており、昇圧電圧ＶＨを低下させて、ＭＧ１６による引き摺りによる減速のみが行われる。車両の前方に他の車両が割り込んだりした場合には、Ｓ１６の処理が行われず、Ｓ１８の処理が行われ、この場合にはＳ１８においてＭＧ１６がシャットダウンされる。

Ｓ１７の判定でＮＯの場合には、Ｓ１６に進み、ＭＧ１６による引き摺りを発生せずにインバータ１４をシャットダウンすることで、ＭＧ１６をシャットダウンする。従って、バッテリ１０への充電は行われない。

Ｓ１７の所定ＳＯＣは、例えば９５％程度の高い値に設定されている。これによって、ＭＧ１６の引き摺りによる発電により、バッテリ１０が過充電されることを防止する。そこで、バッテリ１０の過充電による劣化を防止できる。なお、この際には、ＭＧ１６による減速ができない。そこで、油圧ブレーキを自動的に作動させ、ＭＧ１６の引き摺りによる減速相当を補うとよい。

また、図２における、Ｓ１５を削除し、危険度Ｂ以上の場合に、Ｓ１７の判定を行い、ＳＯＣの状態に応じて、Ｓ１６またはＳ１８の処理を行ってもよい。この場合において、危険度に応じて、Ｓ１８において発生する引き摺りトルクを変更することも好適である。すなわち、危険度が大きい場合に引き摺りトルクを大きく、危険度が小さい場合に引き摺りトルクが小さくなるように昇圧電圧ＶＨを設定するとよい。

また、危険度がさらに上昇した場合には、油圧ブレーキによって車両を停止させるなどの衝突回避処理が行われるとよい。

このように、本実施形態によれば、危険度に応じて、昇圧コンバータ１２による昇圧を制御することで、昇圧電圧ＶＨを変更することで、ＭＧ１６の動作を制御する。従って、効果的な危険回避を行うことができる。なお、衝突回避処理としては、各種のものが提案されており、それらの処理と併せて本実施形態の処理を行うことが好適である。

＜昇圧コンバータの構成＞
図４には、昇圧コンバータ１２の内部構成が示されている。昇圧コンバータ１２は、直列接続された２つのスイッチング素子５０，５２と、スイッチング素子５０，５２の中間点に接続された１つのリアクトル５４から構成されている。各スイッチング素子５０，５２は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、このトランジスタの逆方向電流を流すダイオードとからなっている。

バッテリ１０の正極（ＶＬの正側）にリアクトル５４の一端が接続され、リアクトル５４の他端がスイッチング素子５０，５２の中間点に接続されている。スイッチング素子５０は、トランジスタのコレクタがインバータ１４の正極母線（ＶＨの正側）に接続され、エミッタがスイッチング素子５２のトランジスタのコレクタに接続されている。スイッチング素子５２のトランジスタのエミッタは、バッテリ１０の負極およびインバータ１４の負極母線（ＶＨおよびＶＬの負側）に接続されている。

昇圧前電圧センサ３２、昇圧電圧センサ３６で検出した昇圧前電圧ＶＬ、昇圧電圧ＶＨが制御部２０に供給される。制御部２０は、目標出力トルクなどに基づいて、目標昇圧電圧ＶＨを決定し、昇圧電圧ＶＨが目標値に一致するように昇圧コンバータ１２を制御する。

１０バッテリ、１２昇圧コンバータ、１４インバータ、１６ＭＧ（モータジェネレータ）、２０制御部、２２ＳＯＣセンサ、３０，３４コンデンサ、３２昇圧前電圧センサ、３６昇圧電圧センサ、４０車間距離検出部、４２車速センサ、５０，５２スイッチング素子、５４リアクトル。

Claims

前方を走行する先行車両との車間または相対速度に応じて車両を制御する車両の制御装置であって、
バッテリと、
このバッテリに接続されバッテリ電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
この昇圧コンバータに接続され直流／交流変換を行うインバータと、
このインバータに接続され駆動力を出力するモータジェネレータと、
先行車両との車間距離が所定以下または前車と近づく方向の相対速度が所定以上の場合に前記昇圧コンバータの出力電圧を低下させる制御部と、
を有する車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置であって、
前記車間距離がさらに小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに大きくなった場合に、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とするとともに、前記インバータをシャットダウンする、
車両の制御装置。
請求項２に記載の車両の制御装置であって、
前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とするとともに、前記インバータをシャットダウンしている状態で、
前記車間距離がさらに小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに大きくなった場合に、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より小さい状態とする、
車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置であって、
前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とするとともに、前記インバータをシャットダウンしている状態で、
前記車間距離がさらに小さくなった場合または前車と近づく方向の相対速度がさらに大きくなった場合において、
前記バッテリの充電状態が所定値以下の場合には、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より小さい状態とし、
前記バッテリの充電状態が所定値を超えている場合には、前記昇圧コンバータによって昇圧される電圧を前記モータジェネレータによる逆起電力より大きい状態とする、
車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置であって、
前記制御部は、
前記車間距離および前車と近づく方向の前記相対速度に基づいて衝突危険度を算出し、算出された衝突危険度が所定以上の場合に、前記車間距離が所定以下または前記前車と近づく方向の相対速度が所定以上の場合と判定する、
車両の制御装置。