| 【発明の名称】 |
車両の制御装置およびその方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】田端 淳
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】急制動停止や衝突急停止により燃料電池にダメージが与えられた場合でも、車両の走行性能が低下する可能性を避けるようにする。
【解決手段】制御装置３０は加速度センサ４１などの検出結果から、急制動停止または衝突急停止したか否かを判定し、何れかの停止を検出したら、検出フラグを立てる。一旦、検出フラグが立ったら、制御装置３０は、その後、常にエンジン走行を行うよう制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関と、モータと、を動力源として備えると共に、前記モータの電力源として燃料電池を備える車両に搭載され、走行条件に応じて、前記内燃機関を動力源として用いる第１の走行状態と、前記モータを動力源として用いる第２の走行状態と、を少なくとも切り換えて走行させることが可能な制御装置であって、前記車両に予め設定された所定の加速度が加わった場合に、それ以降は、第１の走行状態で走行するように制御することを特徴とする制御装置。
【請求項２】 請求項１に記載の制御装置において、前記所定の加速度は、前記燃料電池にダメージを与える恐れのある加速度に設定されていることを特徴とする制御装置。
【請求項３】 請求項２に記載の制御装置において、前記燃料電池にダメージを与える恐れのある加速度は、急制動停止時に前記車両に加わる加速度であることを特徴とする制御装置。
【請求項４】 請求項２に記載の制御装置において、前記燃料電池にダメージを与える恐れのある加速度は、衝突急停止時に前記車両に加わる加速度であることを特徴とする制御装置。
【請求項５】 内燃機関と、モータと、を動力源として備えると共に、前記モータの電力源として燃料電池を備え、走行条件に応じて、前記内燃機関を動力源として用いる第１の走行状態と、前記モータを動力源として用いる第２の走行状態と、を少なくとも切り換えて走行し得る車両の制御方法であって、（ａ）前記車両に予め設定された所定の加速度が加わったか否かを判定する工程と、（ｂ）前記所定の加速度が加わった場合に、それ以降は、第１の走行状態で前記車両を走行させる工程と、を備える制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動力源として、内燃機関と、燃料電池によって電力供給されるモータと、を備える車両の制御装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジン（内燃機関）とモータとを動力源とするハイブリッド車両が提案されている。一般に、このようなハイブリッド車両では、エンジンは運転効率の高い運転ポイントを選択して運転することができるため、エンジンのみを動力源とする従来の車両に比べて省資源性および排気浄化性に優れている。
【０００３】このようなハイブリッド車両としては、例えば、特開２００１−８８５８６号公報に記載のものが知られている。かかる既提案例においては、動力源としてエンジンとモータとを備えている他、モータに電力を供給するための電力源として、燃料電池と二次電池とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このように、電力源として燃料電池を備えたハイブリッド車両においては、例えば、ブレーキによって車両が急停止したり（急制動停止）、或いは物体に衝突して車両が急停止したり（衝突急停止）して、車両に急激な加速度が加わった際に、燃料電池にダメージを与える可能性がある。そのような場合、燃料電池の出力電力が低下して、その燃料電池を電力源とするモータの出力トルクも低下して、車両の走行性能が低下する可能性があった。
【０００５】従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、急制動停止や衝突急停止により燃料電池にダメージが与えられた場合でも、車両の走行性能の低下の可能性を避けることができる車両の制御装置およびその方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の制御装置は、内燃機関と、モータと、を動力源として備えると共に、前記モータの電力源として燃料電池を備える車両に搭載され、走行条件に応じて、前記内燃機関を動力源として用いる第１の走行状態と、前記モータを動力源として用いる第２の走行状態と、を少なくとも切り換えて走行させることが可能な制御装置であって、前記車両に予め設定された所定の加速度が加わった場合に、それ以降は、第１の走行状態で走行するように制御することを要旨とする。
【０００７】また、本発明の制御方法は、内燃機関と、モータと、を動力源として備えると共に、前記モータの電力源として燃料電池を備え、走行条件に応じて、前記内燃機関を動力源として用いる第１の走行状態と、前記モータを動力源として用いる第２の走行状態と、を少なくとも切り換えて走行し得る車両の制御方法であって、（ａ）前記車両に予め設定された所定の加速度が加わったか否かを判定する工程と、（ｂ）前記所定の加速度が加わった場合に、それ以降は、第１の走行状態で前記車両を走行させる工程と、を備えることを要旨とする。
【０００８】従って、本発明によれば、例えば、急制動停止や衝突急停止によって、前記所定の加速度が加わった場合に、仮に、燃料電池にダメージが与えられたとしても、それ以降は、走行状態が内燃機関を動力源として用いる第１の走行状態に固定されるので、燃料電池のダメージによる影響を受けることなく車両を走行させることができる。
【０００９】本発明の制御装置において、前記所定の加速度は、前記燃料電池にダメージを与える恐れのある加速度に設定されていることが好ましい。
【００１０】本発明の制御装置において、前記燃料電池にダメージを与える恐れのある加速度は、急制動停止時に前記車両に加わる加速度であることが好ましい。
【００１１】本発明の制御装置において、前記燃料電池にダメージを与える恐れのある加速度は、衝突急停止時に前記車両に加わる加速度であることが好ましい。
【００１２】このように設定することにより、燃料電池にダメージを与える恐れがある場合を確実に検出することができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例の構成：Ｂ．実施例の動作：Ｂ−１．通常の走行状態切換処理：Ｂ−２．特定停止検出処理：Ｂ−３．特定停止検出後の走行状態切換処理：Ｃ．その他：【００１４】Ａ．実施例の構成：図１は本発明の一実施例としての制御装置の制御対象となるハイブリッドシステムを模式的に示す説明図である。このハイブリッドシステムは、ハイブリッド車両に搭載されるものである。
【００１５】図１に示すように、このハイブリッドシステムは、主として、特性の異なる２つの動力源であるエンジン１０及びモータ１２と、モータ１２などに電力を供給するための電力源である燃料電池２０及び二次電池２１と、上記２つの動力源の発生する動力を駆動輪１６へ伝達する動力伝達系と、を備えている。
【００１６】上記２つの動力源のうち、エンジン１０は、ガソリンや軽油などの燃料の燃焼により動力を発生する内燃機関である。本実施例では、エンジン１０として、ガソリンエンジンが採用されている。
【００１７】一方、モータ１２は、上記電力源２０，２１から供給される電気エネルギにより動力を発生する電動機として機能する他、エンジン１０などの回転を受けて発電する発電機としても機能する。
【００１８】また、モータ１２などに電力を供給する２つの電力源のうち、燃料電池２０は、水素を含んだ水素ガスの供給と、酸素を含んだ酸化ガス（例えば、空気）の供給と、を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生する。
【００１９】即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式（１）の反応が、酸素極側では式（２）の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式（３）の反応が行なわれる。
【００２０】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００２１】一方、二次電池２１は、上記モータ１２などによって発電された電力を蓄積すると共に、蓄積した電力をモータ１２などに供給する。
【００２２】なお、このハイブリッドシステムでは、上記モータ１２に加え、副モータ１８を備えている。この副モータ１８は、例えばタイミングベルトなどの巻掛伝動機構１７を介してエンジン１０の出力軸（クランクシャフト）に駆動連結されている。またこの副モータ１８は、エンジン１０の回転を受けて電気を発電する発電機として機能する他、エンジン１０を始動するためのスタータモータとして機能させることもできる。
【００２３】モータ１２は、第１の駆動回路２２によって駆動され、副モータ１８は、第２の駆動回路２３によって駆動される。何れの駆動回路２２，２３も、内部にスイッチング素子としてのトランジスタを複数備えたトランジスタインバータであり、トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御することによって、モータ１２，副モータ１８の動作を制御することができる。
【００２４】また、モータ１２及び副モータ１８は、それぞれ電源切換スイッチ２４，２５によって、燃料電池２０及び二次電池２１への電気的な接続が選択的に切り替えられる。このため、モータ１２及び副モータ１８を電動機として機能させるときの電力源を、状況に応じて任意に切り替えることが可能となる。ただし、このハイブリッドシステムでは、通常、電動機として機能させる際の電力源として、主に、より安定した電力供給が可能な燃料電池２０が選択される。また一方、これらモータ１２及び副モータ１８が発電機として機能しているときには、それぞれの電源切換スイッチ２４，２５によって電気的な接続が二次電池２１へと切り替えられて、発電した電力を二次電池２１に蓄積するようにしている。
【００２５】一方、エンジン１０の出力軸は、動力伝達系の１つであるクラッチ機構１１を介して、モータ１２の回転軸に接続されている。従って、エンジン１０の出力軸は、クラッチ機構１１によって、モータ１２の回転軸に連結されたり、切断されたりされ得る。
【００２６】モータ１２の回転軸は、トルクコンバータ１３及び歯車式変速機構１４から成る自動変速機等の動力伝達系を介して駆動輪１６に接続されている。トルクコンバータ１３は、モータ１２の回転軸を介して入力されたトルクを流体（オイル）を媒介して伝達することで、トルクの調整を行っている。なお、このトルクコンバータ１３は、モータ１２の回転軸と歯車式変速機構１４の入力軸とを機械的に直接連結して、上記流体を媒介しない直接的なトルク伝達を可能とするロックアップ機能を有している。そして、このようなロックアップを車両の走行条件に応じて実施することで、流体のすべりによるトルク損失を低減して燃費の向上を図るようにしている。また、本実施例では、歯車式変速機構１４として、６速変速機構が採用されている。
【００２７】一方、制御装置３０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従って動作することにより、エンジン１０や、燃料電池２０や、駆動回路２２，２３や、電源切換スイッチ２４，２５や、自動変速機１３，１４や、クラッチ機構１１などに対して、種々の制御処理を行う。
【００２８】また、これらの制御を可能とするために、制御装置３０には、各種のセンサおよびスイッチが電気的に接続されている。具体的には、車両の正・負の加速度を検出する加速度センサ４１や、歯車式変速機構１４の出力軸の回転数を検出する出力軸回転数センサ（車速センサ）４２や、運転者の減速意図または制動意図を検出するフットブレーキスイッチ４３や、フットブレーキペダル（図示せず）の踏力を検出するブレーキ踏力センサ４４や、アクセルペダル（図示せず）の踏込量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４５などが接続されている。
【００２９】このようなハイブリッド車両では、各動力源１０，１２により、自動変速機１３，１４等の動力伝達系を通じて、駆動輪１６を駆動して、走行が行われる。そして、自動変速機１３，１４やクラッチ機構１１などから成る動力伝達機構、或いは各動力源１０，１２を、制御装置３０が車両の走行条件に応じて適宜に制御することで、燃費性能やエミッション性能に優れた高効率の走行を可能としている。
【００３０】Ｂ．本実施例の動作：Ｂ−１．通常の走行状態切換処理：それでは、本実施例におけるハイブリッド車両の走行にかかるハイブリッドシステムの制御について説明する。このハイブリッド車両は、上述したように特性の異なる２つの動力源、すなわち、内燃機関であるエンジン１０と、電動機として機能するモータ１２と、を備えている。そして、制御装置３０は、車両の走行条件に応じて、各々の動力源を用いた走行状態を適宜切り換えて、所望の高いエンジン効率を確保すべく、ハイブリッドシステムを制御する。
【００３１】具体的に、走行状態としては、主に、エンジン１０を動力源として走行するエンジン走行と、燃料電池２０を電力源としモータ１２を動力源として走行するモータ走行と、がある。
【００３２】このような走行状態の切り換えは、予め設定された走行領域マップと、随時検出される車速およびアクセルペダルの踏込量（アクセル開度）から得られる目標動作点と、の関係に基づいて行われる。
【００３３】図２はそのような走行領域マップの一例を示す説明図である。図２に示すように、走行領域マップは、横軸が車速で、縦軸がアクセル開度で表された領域に、エンジン走行を行うべき領域（エンジン走行領域）とモータ走行を行うべき領域（モータ走行領域）がそれぞれ設定されている。なお、このような走行領域マップは、制御装置３０内のＲＯＭに記憶されている。
【００３４】それでは、制御装置３０による走行状態の切り換え処理について説明する。
【００３５】図３は図１の制御装置３０において実行される走行状態切換処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、所望の時間間隔で繰り返し実行される。
【００３６】図３に示す処理ルーチンが開始されると、制御装置３０は、後述する検出フラグが立っていなければ（ステップＳ１０２）、目標動作点がどの領域にあるかを判定する（ステップＳ１０４）。すなわち、制御装置３０は、車速センサ４２によって検出された車速と、アクセル開度センサ４５によって検出されたアクセル開度と、を取り込み、両者から目標動作点を決定し、その目標動作点が走行領域マップ上のどの領域にあるかを判定する。
【００３７】判定の結果、目標動作点がモータ走行領域内にある場合には、制御装置３０は、モータ走行を行うように、ハイブリッドシステムを制御し（ステップＳ１０６）、エンジン走行領域内にある場合には、エンジン走行を行うように、ハイブリッドシステムを制御する（ステップＳ１０８）。
【００３８】例えば、エンジン効率の悪化する車両発進時などの低速走行時には、目標動作点はモータ走行領域内に存在するので、制御装置３０は、エンジン１０を停止状態にし、モータ１２のみを動力源として走行するように制御する。すなわち、制御装置３０は、燃料電池２０や電源切換スイッチ２４を制御して、燃料電池２０で生成された電力を駆動回路２２を介してモータ１２に供給すると共に、駆動回路２２を制御することにより、モータ１２を電動機として機能させ、モータ１２の動力を駆動輪１６に伝達させる。また、このとき、制御装置３０は、クラッチ機構１１を制御して、エンジン１０の出力軸を、モータ１２の回転軸から切り離す。
【００３９】車両が一旦発進されて充分なエンジン効率を確保可能な走行条件となると、目標動作点はエンジン走行領域内に移動するので、制御装置３０は、今度はエンジン１０のみを動力源として走行するように制御する。すなわち、制御装置３０は、エンジン１０を始動して動力を発生させると共に、クラッチ機構１１を制御して、エンジン１０の出力軸をモータ１２の回転軸に連結させ、エンジン１０の動力を駆動輪１６に伝達させる。また、制御装置３０は、駆動回路２２を制御して、モータ１２を、エンジン１０により回転されて発電機として機能させ、電源切換スイッチ２４を制御することにより、発電された電力を二次電池２１に蓄積させる。
【００４０】このようにして、制御装置３０は、走行状態の切り換え制御を行う。
【００４１】Ｂ−２．特定停止検出処理：ところで、このように車両が走行している際に、例えば、ブレーキによって車両が急停止したり（急制動停止）、或いは物体に衝突して車両が急停止したり（衝突急停止）して、車両に急激な加速度が加わると、燃料電池２０にダメージが与えられる場合がある。そのような場合に、走行状態がモータ走行に切り換わると、ダメージに基づく燃料電池２０の出力電力の低下により、モータ１２の出力トルクも低下して、車両の走行性能が落ちる可能性がある。
【００４２】そこで、本実施例では、以下に述べる処理によって、急制動停止や衝突急停止を検出し、それらを検出した際には、例え燃料電池２０にダメージが与えられていても、車両の走行性能が低下する可能性を避けることができる。
【００４３】図４は図１の制御装置３０において実行される特定停止検出処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。この処理ルーチンも、所望の時間間隔で繰り返し実行される。
【００４４】図４に示す処理ルーチンが開始されると、制御装置３０は、後述する検出フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ２０２）、立っていなければ、車両が急制動停止したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。具体的には、制御装置３０は、フットブレーキスイッチ４３，加速度センサ４１，車速センサ４２からの検出結果に基づいて、フットブレーキスイッチ４３がオンした後に、実質的に、車両の加速度として第１の値ｇ１以上の負（−）の加速度（言い換えれば減速度）が検出されて、車両が停止した場合に、「急制動停止した」と判定する。
【００４５】図５は図１の制御装置３０による急制動停止の判定方法を説明するためのタイムチャートである。図５に示すように、実線で示すように一定車速で走行中に、時刻ｔ１において、フットブレーキスイッチ４３がオンされると、その後の時刻ｔ２から車速が実線のように低下し、かつ、加速度が実線のように零から負に変化する。そして、時刻ｔ２から所定の短時間内、例えば時刻ｔ３において、車速が急速に零になるか、または加速度が負の第１の値ｇ１以上を示して停車した場合に、制御装置３０は急制動停止と判定する。
【００４６】なお、図５において、破線で示す車速、および破線で示す加速度は、急制動停止以外の通常制動を示している。この通常制動の場合は、時刻ｔ３よりも遅い時刻ｔ４において、車速が零になっているとともに、負の加速度が急制動時よりも零側に近い値になっている。
【００４７】ところで、車両の加速度を直接検出しなくても、例えば、車速が所定値以下でフットブレーキペダルの踏込量が所定値以上であることが検出されて、車両が停止した場合を、車両が急制動停止したと判断することも可能である。
【００４８】以上のようにして、制御装置３０は車両が急制動停止したか否かを判定し、その判定の結果、「急制動停止した」と判定した場合には、制御装置３０内のＲＡＭに検出フラグを立てる（ステップＳ２０８）。
【００４９】一方、判定の結果、急制動停止と判定しなかった場合には、次に、制御装置３０は、車両が衝突急停止したか否かを判定する（ステップＳ２０６）。具体的には、制御装置３０は、加速度センサ４１，車速センサ４２からの検出結果を取り込んで、車両の加速度として第２の値ｇ２以上の負の加速度が検出されて、車両が停止した場合を、「衝突急停止した」と判定する。本実施例では、第２の値ｇ２は、第１の値ｇ１より大きな値に設定されている。
【００５０】図６は図１の制御装置３０による衝突球停止の判定方法を説明するためのタイムチャートである。図６に示すように、実線で示すように一定車速で走行中に、時刻ｔ１において、車両が物体に衝突すると、その時刻ｔ１から車速が実線のように急激に低下し、かつ、加速度が実線のように零から負側に急速に変化する。そして、時刻ｔ１から所定の短時間内、例えば時刻ｔ２において、車速が急速に零になるか、または加速度が負の第２の値ｇ２以上を示して停車した場合に、制御装置３０は衝突急停止と判定する。
【００５１】なお、制御装置３０は、加速度が負の値を示し、かつ、非常に大きな加速度の変化割合を示して停止した場合に、衝突急停止と判定しても良い。
【００５２】また、制御装置３０は、必要に応じて、フットブレーキペダルに対する踏力（言い換えれば制動力）、フットブレーキペダルの踏込量などを参照して、衝突急停止か否かを判定するようにしても良い。
【００５３】以上のようにして、制御装置３０は車両が衝突急停止したか否かを判定し、その判定の結果、「衝突急停止した」と判定した場合には、制御装置３０内のＲＡＭに検出フラグを立てる（ステップＳ２０８）。
【００５４】従って、制御装置３０は、急制動停止および衝突急停止の何れかを検出した場合に、検出フラグを立てることになる。こうして、一旦、検出フラグが立つと、その後は、制御装置３０によって、図４に示す特定停止検出処理ルーチンが実行されても、ステップＳ２０２において、制御装置３０は、検出フラグが立っていると常に判定することになるので、ステップＳ２０４，Ｓ２０６の判定は行われることなく、直ちにリターンする。
【００５５】Ｂ−３．特定停止検出後の走行状態切換処理：一方、このように、急制動停止および衝突急停止の何れかが検出されて、検出フラグが立つことにより、前述の図３に示す走行状態切換処理ルーチンにおいては、次のような処理となる。
【００５６】すなわち、制御装置３０は、ステップＳ１０２において、検出フラグが立っているか否かを判定した際、検出フラグが立っていると判定するので、ステップＳ１０４の判定を行うことなく、直ちに、エンジン走行を行うよう、ハイブリッドシステムを制御する（ステップＳ１０６）。
【００５７】従って、急制動停止，衝突急停止の何れかが検出されて、一旦、検出フラグが立つと、その後は、常に、エンジン走行を行うよう制御されることになる。
【００５８】よって、本実施例によれば、急制動停止や衝突急停止によって、仮に、燃料電池２０にダメージが与えられたとしても、検出後は、走行状態がエンジン走行に固定されるので、燃料電池２０のダメージによる影響を受けることなく走行することができる。
【００５９】なお、本実施例においては、検出フラグが一旦立つと、その解除はユーザが勝手に行うことができないようになっている。すなわち、検出フラグが立った後は、その車両をディーラなどに持ち込み、専門員が車両を検査し、必要に応じて修理などした上で、制御装置３０をリセットすることにより、検出フラグを解除することができる。
【００６０】Ｃ．その他：なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００６１】上記した実施例においては、エンジン走行時、制御装置３０はエンジン１０のみを動力源として走行するように制御するとして説明したが、エンジン走行時においても、エンジン１０だけではトルクが不足する場合には、エンジン１０の他にモータ１２も動力源として追加して走行するよう制御しても良い。但し、このような制御は、検出フラグが立っていない場合の制御であり、検出フラグが立った後は、エンジン１０のみを動力源として走行するよう制御する必要がある。
【００６２】上記した実施例では、特に言及しなかったが、急制動停止，衝突急停止の何れかを検出し、検出フラグが立った場合、その旨を表示や音声によって運転者に知らせるようにしても良い。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月６日（２００１．１２．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１１０００００２８
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１７４７０５（Ｐ２００３−１７４７０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年６月２０日（２００３．６．２０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３７２７２９（Ｐ２００１−３７２７２９） |
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