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発明の名称 車両用負荷駆動制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−168638(P2007−168638A)
公開日 平成19年7月5日(2007.7.5)
出願番号 特願2005−369998(P2005−369998)
出願日 平成17年12月22日(2005.12.22)
代理人 【識別番号】100072660
【弁理士】
【氏名又は名称】大和田 和美
発明者 生田 勝也
要約 課題
バッテリの電圧降下時に、重要負荷への供給電力を確保するため、他の負荷への給電制御を行う。

解決手段
走行および安全に関わる重要負荷を除くと共に消費電力が大きい負荷の駆動制御装置であって、車両に搭載するバッテリの出力電圧を測定するバッテリ電圧検出手段と、バッテリ電圧検出手段で検出されるバッテリ出力電圧に応じて、負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比を決定する給電制御手段と、供給制御手段の指令に基づいて、負荷とバッテリとを接続または遮断する負荷制御手段とを備え、負荷制御手段は、バッテリとの接続と遮断との周期に応じて負荷を複数の群に分類すると共に分類した各群毎に周期を異ならせて設定し、給電制御手段によって決定される負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比と、負荷制御手段で設定する周期とから、各負荷をバッテリに接続または遮断するタイミングを決定するパルス制御手段を備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】
走行および安全に関わる重要負荷を除くと共に消費電力が大きい負荷の駆動制御装置であって、
車両に搭載するバッテリの出力電圧を測定するバッテリ電圧検出手段と、
前記バッテリ電圧検出手段で検出されるバッテリ出力電圧に応じて、前記負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比を決定する給電制御手段と、
前記供給制御手段の指令に基づいて、前記負荷とバッテリとを接続または遮断する負荷制御手段とを備え、
前記負荷制御手段は、バッテリとの接続と遮断との周期に応じて前記負荷を複数の群に分類すると共に分類した各群毎に前記周期を異ならせて設定し、
前記給電制御手段によって決定される前記負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比と、前記負荷制御手段で設定する周期とから、各負荷をバッテリに接続または遮断するタイミングを決定するパルス制御手段を備えていることを特徴とする車両用負荷駆動制御装置。
【請求項2】
前記駆動制御される消費電力が大きい負荷は、デフォッガー、エアコン、ヒータを含む一時的な給電遮断が可能な負荷である請求項1に記載の車両用負荷駆動制御装置。
【請求項3】
前記各群は複数の負荷を含み、前記負荷制御手段は各群内における負荷毎に接続・遮断のタイミングに時間差をつけている請求項1または請求項2に記載の車両用負荷駆動制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用負荷駆動制御装置に関し、特に、バッテリからの供給電力を負荷に応じて振り分けるものである。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車に搭載される駆動部材を電動式とする傾向があり、バッテリにかかる負担が大きくなる傾向にある。例えば、自動車の操舵部においても、油圧式のパワーステアリングに代えて電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)とよばれる電動操舵装置が用いられるようになっている。また、電動ブレーキや、いわゆる「プリクラッシュシステム」を含む衝突事故防止システムなどのアシスト機能も、電気的な負荷を増加させるものとなる。さらに、前記EPS、電動ブレーキ、衝突事故防止システムに加えて、エアバックシステムを含む重要負荷には、瞬間的に大きな電力を要求するものがある。
しかし、車両に搭載できるバッテリの電力供給量には限界があるため、瞬間的な消費電力のピーク時には、負荷への電力供給が不足し車両の快適性が損なわれる。
【0003】
この問題に対し、例えば特開2004−142662号公報(参考文献1)では、電気負荷に優先順位をつけ、優先度が低い負荷に対しては電力供給を削減又は遮断を行うことで、重要負荷に対して電力供給を確保している。
しかし、優先度に応じた電力供給の削減を行っていても各負荷への電力供給の削減又は遮断のタイミングを考慮していないので、複数の負荷への電力供給のタイミングが重なった場合には電圧変動が大きくなる。また、負荷の対象を限定していないので、電力消費の小さい負荷に対しても電力供給の削減又は遮断を行い、電力供給の削減にあまり効果がない場合もある。
【0004】
【特許文献1】特開2004−142662号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、バッテリ電圧の低下時に、重要負荷以外の負荷に対しては快適性を維持できる程度に電力供給を制御し、重要負荷の駆動のための電力を確保できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するため、本発明は、走行および安全に関わる重要負荷を除くと共に消費電力が大きい負荷の駆動制御装置であって、
車両に搭載するバッテリの出力電圧を測定するバッテリ電圧検出手段と、
前記バッテリ電圧検出手段で検出されるバッテリ出力電圧に応じて、前記負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比を決定する給電制御手段と、
前記供給制御手段の指令に基づいて、前記負荷とバッテリとを接続または遮断する負荷制御手段とを備え、
前記負荷制御手段は、バッテリとの接続と遮断との周期に応じて前記負荷を複数の群に分類すると共に分類した各群毎に前記周期を異ならせて設定し、
前記給電制御手段によって決定される前記負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比と、前記負荷制御手段で設定する周期とから、各負荷をバッテリに接続または遮断するタイミングを決定するパルス制御手段を備えていることを特徴とする車両用負荷駆動制御装置を提供している。
【0007】
前記のように、本発明では、まず、給電制御する負荷から走行および安全性に拘わる重要負荷を除くことにより安全性を確保している。かつ、重要負荷以外の負荷のなかでも消費電力の大きい負荷を対象としているため、電力供給の一時的な遮断による効果を大きくすることができ、バッテリの出力電圧の低下時にも重要負荷への電力を確保できる。
さらに、制御する負荷は、電力供給と遮断との周期に応じて群分けしており、この周期は電力供給を遮断する時間が快適性を損なわない程度とすると共に、各群の電力供給の周期を異ならせているために、電力供給の時期がずれることとなり、電圧変動も抑制することができる。
特に、本発明では、前記のように、各群毎に設定したバッテリとの接続・遮断の周期と、バッテリの出力電圧に応じたバッテリとの接続・遮断との比との両方を加味してパルス制御しているため、給電制御による快適性を損なうことなく、電圧変動も抑制することができる。
【0008】
前記駆動制御される消費電力が大きい負荷は、デフォッガー、エアコン、ヒータを含む一時的な給電遮断が可能な負荷である。
前記エアコン、ヒータ等は走行系や安全系に直接的に関係するものではなく、車室内での居住性を快適にするものであるため、該快適性を損なわない範囲で電力供給を一時的に遮断しても問題はない。しかも、これらは消費電力が大きいため、給電制御することによる効果は大きく、その分、走行系や安全系の負荷に供給する電力を効率よく確保することができる。
【0009】
また、前記各群は複数の負荷を含むため、前記負荷制御手段により各群内における負荷毎に接続・遮断のタイミングに時間差をつけることが好ましい。
上記構成により、各群に含まれた複数の電気負荷のバッテリへの接続・遮断のタイミングが重ならないため、バッテリの出力電圧の大きな変動を防ぐことができる。
【発明の効果】
【0010】
前述したように、本発明では、給電制御する負荷から走行および安全性に拘わる重要負荷を除くことにより安全性を確保している。かつ、重要負荷以外の負荷のなかでも消費電力の大きい負荷を対象としているため、電力供給の一時的な遮断による効果を大きくすることができ、バッテリの出力電圧の低下時にも重要負荷への電力を確保できる。
さらに、制御する負荷は、電力供給と遮断との周期に応じて群分けしており、この周期は電力供給を遮断する時間が快適性を損なわない程度とすると共に、各群の電力供給の周期を異ならせているために、電力供給の時期がずれることとなり、電圧変動も抑制することができる。
特に、本発明では、前記のように、各群毎に設定したバッテリとの接続・遮断の周期と、バッテリの出力電圧に応じたバッテリとの接続・遮断との比との両方を加味してパルス制御しているため、給電制御による快適性を損なうことなく、電圧変動も抑制することができる。
さらに、複数の負荷のバッテリへの接続・遮断のタイミングをできるだけ重ならないようにする構成としているため、バッテリの電圧変動を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の実施形態を図1〜6を参照して説明する。
図1は本発明の負荷駆動制御装置10の構成を示すブロック図である。図1において、負荷駆動制御装置10は一方をバッテリ1に接続し、他方をECU2a〜2cに接続する構成となっている。また、バッテリ1はECU2d、2eに直接接続している。
【0012】
ECU2a〜2cは走行および安全に関わる重要負荷を除く負荷である。例えば、エアコンや電熱ヒータなどの冷暖房系の負荷、デフォッガやシートヒータなどの暖気系の負荷、ルームランプ、フォグランプなどの補助灯火系の負荷、ヘッドライト灯火系の負荷、アクセサリ系の負荷、などであり、一時的な電力供給遮断が可能な負荷である。バッテリ1の電圧降下が大きい時には、重要負荷への必要電力量を確保するため、バッテリ電源システム10によりこれらの負荷ECU2a〜2cへの電力供給を制限する。
ECU2d、2eは重要負荷であり、例えばEPS,電動ブレーキ、衝突事故防止システム、エアバックシステムなどである。これらの重要負荷は安全性確保のため電力供給の制限は行わないので、バッテリ1に直接に接続している。
【0013】
電力供給の制限は、周期的にECU2a〜2cをバッテリ1に接続または遮断するパルス制御により行なう。各負荷によってバッテリ1への接続・遮断のパルス制御の周期(パルス周期)の設定には限界があり、例えば、ライトにパルス制御を行う場合はライトの点灯消灯が人間に分からない程度のパルス周期でなければ快適性が失われる。パルス周期が似た負荷をひとつの群として扱い、図1においてECU2a1〜2a3はパルス周期が似た負荷の群であり、ECU2b1〜2b3は別のパルス周期の群である。
【0014】
負荷駆動制御装置10は、電圧センサ21、給電制御手段22、負荷制御手段23を備え、負荷制御手段23は、スイッチ指令手段31、ラッチリレー32を設けている。
電圧センサ21はバッテリ1の出力電圧を測定するバッテリ電圧検出手段を構成しており、電圧センサ21で測定した電圧値を給電制御手段22に入力する。
給電制御手段22は電圧センサ21から入力された電圧値に基づき、ECU2a〜2cへの電力供給を制限するためにバッテリ1へのECUの接続・遮断時間の比を負荷制御手段23に出力する。
負荷制御手段23は負荷の各群毎に接続しており、スイッチ指令手段31とラッチリレー32を備えている。
スイッチ指令手段31a〜31cは給電制御手段22からのECU2a〜2cのバッテリ1への接続・遮断時間の比の指令を受け、ECU2a〜2cの接続・遮断のタイミングを定める。
ラッチリレー32a〜32cはバッテリ1とECU2a〜2cの間に、各ECU2a〜2c毎に接続し、スイッチ指令手段31a〜31cからの信号を受け、ECU2a〜2cをバッテリ1に接続または遮断する。
【0015】
図2は電力のパルス制御の説明図である。パルス周期をΔtとし、ECU2a〜2cのバッテリ1への接続時間aと遮断時間bを交互に設けることで、電力供給を制限することができる。ここで、パルス周期Δt=a+bとして、aとbとの比であるデューティ比dを下式(1)のように定義すると、デューティ比dの時の電力供給量はパルス制御しない場合のd倍となる。デューティ比dを決めることで、ECU2a〜2cに供給する電力供給量を定めることができる。
d=a/Δt=a/(a+b)・・・・式(1)
【0016】
図3にデューティ比dの決め方の例を示す。給電制御手段22は電圧センサ21により測定されたバッテリ1の出力電圧値に応じて、デューティ比dの値を定める。重要負荷が起動しておらず、バッテリ1の出力電圧が降下していない場合は、負荷に対する電力供給を制限する必要はないため、デューティ比dは1であり、電力供給は制限されず常に電力が供給されている。閾値1を設定し、バッテリ1の出力電圧が閾値1を下回ると、デューティ比dを例えば0.75とすることで、電力供給量を常時電力供給時の4分の3倍とする。同様に閾値2,閾値3を設定し、バッテリ1の出力電圧の低下によってデューティ比dも変化させる。
【0017】
電力供給が制限された状態から復帰へ向かうとき、例えば図3の区間Aから区間Bに移行する場合には、区間A、Bともにバッテリ1の出力電圧の値は同じであるが、デューティ比dを0.25から0としている。すなわち、電力供給の復帰時である区間Bでは区間Aに比べて電圧供給がされにくい値にデューティ比dを設定している。電力供給の制限時に比べて復帰時にデューティ比dを低く設定することで、電力供給復帰時に負荷への電力供給が大きくなりバッテリ1の出力電圧が低下するのを防いでいる。
【0018】
バッテリ1の出力電圧の値を用いて給電制御手段22においてデューティ比dを決めているが、瞬間的な負荷変動やノイズなどによって、出力電圧値が異常な値を示すことがある。このような電圧値を用いると本来設定されるべきデューティ比dと異なる値が設定され、ECU2a〜2cへの電力供給が多くなりすぎバッテリ1の出力電圧をさらに低下させたり、必要以上に電力供給を少なくして快適性を損なう原因となる。このため、規定時間当たりの出力電圧値の平均値を算出し、デューティ比dの決定に用いることが好ましい。
【0019】
図4は電圧供給のタイミングの説明図である。ECU2a1〜2a3、ECU2b1〜2b3、ECU2c1〜2c3はそれぞれパルス周期ごとに群a,b、cを構成しており、群aのパルス周期はΔta、群bのパルス周期はΔtb、群cのパルス周期はΔtcである。各群には、それぞれのパルス周期の周期開始時から、下式(2)に示す時間tの時間だけ各ECUがバッテリ1に接続され、その他の時間はバッテリ1から遮断されている。パルス周期はそれぞれの群によって異なるので、バッテリ1への接続時間もそれぞれの群により異なる。図4はデューティ比dを0.5とした場合の電力供給のタイミング図である。なおECU2d、2eは重要負荷なので、電力は常に供給されており電力供給の制限がなされることはない。
このように重要負荷以外の負荷に対してパルス制御により電力供給の制限を行なうことで、重要負荷に十分な電力供給を行い、バッテリ1の電圧降下を防ぐことができる。
t=d×Δtp(pは負荷群の種類) ・・・・式(2)
【0020】
図5はひとつの群の中で各ECUの接続・遮断のタイミングに時間差をつけたときの説明図であり、デューティ比dを0.5とした場合である。ひとつの群には負荷である複数のECUが接続されており、各ECUの接続・遮断のタイミングに時間差をつける。
ECUごとのパルス周期Δtpあたりのバッテリ1への接続時間vonは、式(3)に示すとおりであり、バッテリ1からの遮断時間Voffは式(4)のとおりである。
負荷群にn個の負荷が存在するとき、それぞれの負荷の接続のタイミングに式(5)
に示すようにパルス周期Δtpのn−1等分の時間差uを設ける。
von=a/(a+b)×Δtp ・・・・式(3)
voff=Δtp−von=b/(a+b)×Δtp ・・・・式(4)
u=Δtp/(n−1) ・・・・式(5)
【0021】
上記式(5)とすることで、負荷の接続のタイミングのプログラミングが行ない易く、現実のマイコンを鑑みても、各負荷のオンオフのタイミングが重なりにくい。また、時間差uは式(6)に示すように遮断時間Voffのn−1等分と設定することもできる。
u=voff/(n−1)=b/((n−1)(a+b))×Δtp ・・・・式(6)
【0022】
群aにECU2a1〜2a3の負荷が存在するとき、各負荷の接続・遮断のタイミングは以下のとおりである。
ECU2a1 接続:t、t+Δta、t+2Δta、・・・・
遮断:t+von、t+von+Δta、t+von+2Δta、・・・・
ECU2a2 接続:t+u、t+Δta+u、t+2Δta+u、・・・・
遮断:t+von+u、t+von+Δta+u、t+von+2Δta+u、・・・・
ECU2a3 接続:t+2u、t+Δta+2u、t+2Δta+2u、・・・・
遮断:t+von+2u、t+von+Δta+2u、t+von+2Δta+2u、・・・・
負荷がn個ある場合は、
接続:t+(n−1)u、t+Δta+(n−1)u、t+2Δta+(n−1)u、・・・・
遮断:t+von+(n−1)u、t+von+Δta+(n−1)u、t+von+2Δta+(n−1)u、・・・・
このように群に複数のECUが存在するときに、ECUの接続・遮断のタイミングに時間差を設けると、群の各ECUが同時にバッテリ1に接続・遮断することがないため、バッテリ1の電圧変動が生じにくい。
【0023】
図6にパルス制御のフローチャートを示す。
ステップS1ではイグニッションキーがオンかオフかを判断する。イグニッションキーがオンであれば、ステップS2に進む。イグニッションキーがオフの時はイグニッションキーの状態を再び検出する。
ステップS2ではバッテリ1の出力電圧を電圧センサ21により測定する。
ステップS3では給電制御手段22がバッテリ1の出力電圧からデューティ比dを決定し、負荷制御手段23にdを伝える。
ステップS4は負荷制御手段23の中のスイッチ指令手段31が、群のECUの個数とデューティ比dからECUのバッテリ1からの接続・遮断のタイミングを決定する。
ステップS5はS4で決定したタイミングにより、ラッチリレー32がECUのバッテリ1からの接続・遮断を行なう。その後、S1に戻り、イグニッションキーがオンであればS2以下の動作を繰り返す。
【0024】
前述したように、本発明の負荷駆動制御装置10を用いることで、制御する負荷を電力供給と遮断との周期に応じて群分けし、この周期を電力供給を遮断する時間が快適性を損なわない程度とすると共に、各群の電力供給の周期を異ならせているために、電力供給の時期がずれることとなり、電圧変動も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】負荷駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】パルス制御の説明図である。
【図3】デューティ比dの決め方の説明図である
【図4】ECUのバッテリへの接続・遮断のタイミングの説明図である。
【図5】群に複数のECUが接続されている場合のECUの接続・遮断のタイミングの説明図である。
【図6】パルス制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【0026】
10 負荷駆動制御装置
21 電圧センサ
22 給電制御手段
23 負荷制御手段
31 スイッチ指令手段
32 ラッチリレー




 

 


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