JP2009207267A - 車両の停止保持装置及び停止保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の停止制御中に掛かるモータへの熱負荷を低減する。
【解決手段】車輪に駆動トルクを伝達可能なモータ３，７を複数備える。そして、所定の停止保持条件を満足すると、車両の停止状態を保持するための停止保持トルクＴstopをモータ３又は７で発生する。その停止保持トルクＴstopを発生するモータ３又は７を、時間経過と共に切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒルホールド機能を発揮する際に、モータの駆動トルクによって車両の停止状態を保持する車両の停止保持装置及び停止保持方法に関する。

車両を停止保持する機能としてヒルホールド機能がある。例えば特許文献１に記載の技術では、坂道で車両を停止した後、運転者がブレーキによる制動力を解除しても、モータの駆動トルクによって自動車は前後に移動することなく、その場所に車両を静止保持させる。また、停車中に、運転者の簡単な指令により指定された距離を自動的に走行し、その位置に静止する。
特開平５−２６８７０４号公報

上記従来技術では、坂道（勾配路線）で車両が停止すると、車両のヒルホールド（ずり下がり）を１つのモータの駆動トルクで保持する。この駆動トルクで保持中には、モータの回転軸は回転しないために、３相交流モータの１相だけに集中的に電流が流れる。そして、この保持時間が長くなるほどモータの温度が上昇し、モータの寿命低下の原因となる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、車両の停止制御中に掛かるモータへの熱負荷を低減することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、所定の停止保持条件を満足すると、車両の停止状態を保持するための停止保持トルクをモータで発生し、その停止保持トルクを発生するモータを、時間経過と共に変化させることを特徴とする。

本発明によれば、時間経過と共に停止保持トルクを発生するモータを変化させることで、個々のモータへの熱負荷を低減することが可能となる。

次に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の車両の停止保持を適用する車両のシステム構成の概要の一例を示す図である。本実施形態の車両は、エンジン１とモータ７で駆動するハイブリッド車両の場合を例示するものである。
（構成）
まず駆動制御部分のシステム構成について、図１を参照して説明する。
エンジン１の出力軸に、クラッチ２を介して第１モータ３の回転軸に接続する。第１モータ３の回転軸は、クラッチ４を介して減速機５の入力軸に接続する。減速機５の出力軸は前輪６に接続する。これによって、エンジン１の駆動トルクを前輪６に伝達可能となっていると共に、第１モータ３の駆動トルクを前輪６に伝達可能となっている。第１モータ３は、エンジン始動用モータとなる

また、第２モータ７の回転軸がクラッチ８及び減速機９を介して後輪１０に接続する。これによって、第２モータ７の駆動トルクを後輪１０に伝達可能となっている。第２モータ７は、走行時の駆動モータである。
符号１１は、第１及び第２モータ３，７に電力を供給するバッテリである。
上記第１モータ３、及び第２モータ４は、駆動制御部１２からの指令に応じて駆動トルクを制御する。
上記第１モータ３の温度を検出する温度センサ１３を備える。温度センサ１３は、検出した温度信号を駆動制御部１２に出力する。同様に、第２モータ７の温度を検出する温度センサ１４を備える。温度センサ１４は、検出した温度信号を駆動制御部１２に出力する。

また、走行路面の傾斜を検出する傾斜センサ１５を備える。傾斜センサ１５は、検出した傾斜信号を駆動制御部１２に出力する。
また、運転者が操作するアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ１６を備える。アクセル開度センサ１６は、検出したアクセル開度信号を駆動制御部１２に出力する。
また、運転者が操作するブレーキペダルの開度を検出するブレーキ開度センサ１７を備える。ブレーキ開度センサ１７は、検出したブレーキ開度信号を駆動制御部１２に出力する。

また、各車輪６，１０に車輪速センサ１８を備える。車輪速センサ１８は、検出した車輪速信号を駆動制御部１２に出力する。
駆動制御部１２は、発進処理部１２Ａ、走行駆動制御部１２Ｂ、及び停止保持処理部１２Ｃを備える。
発進処理部１２Ａは、アクセル開度センサ１６が検出したアクセル開度などに基づき発進指示状態と判定すると、エンジン始動用モータである第１モータ３に対しエンジン始動必要トルクＴｓｔの出力指令を出力し、さらにエンジン１に駆動指令を出力して、車両を発進させる。
走行駆動制御部１２Ｂは、アクセル開度センサ１６が検出したアクセル開度や車輪速センサ１８からの検出信号などに基づき、エンジン１及び第２モータ７の少なくとも一方に駆動指令を出力して車両を所定の走行駆動状態に制御する。

次に、本実施形態の停止保持処理部１２Ｃの処理について説明する。この停止保持処理部１２Ｃは、所定の停止保持条件を満足すると処理を開始する。
所定の停止保持条件とは、例えば、車両が停止してアクセル開度がゼロであり、且つ停止路面の勾配が所定以上の傾きの場合で、ブレーキが戻されたことを検知したときである。
停止保持処理部１２Ｃの処理は、作動を開始すると図３に示すような処理を行う。
まずステップＳ１０にて、停止保持処理のための情報を取得すると共にパラメータの初期化を行う。

すなわち、使用可能なモータの個数ｎ、停止保持トルクＴstop、各モータの１相に電流を連続して流し続けることが出来る時間ｔ０、モータ温度センサの閾値温度ｋ０、最高駆動トルク低下幅ΔＴｍ０、ずり下がり車速Ｖｄｗｎを取得する。また、エンジン始動要求フラグＥｎＳＴＡを初期化する。
上記使用可能なモータの個数ｎ、モータの１相に電流を連続して流し続けることが出来る時間ｔ０、モータ温度センサ閾値温度ｋ０、最高駆動トルク低下幅ΔＴｍ０、ずり下がり車速Ｖｄｗｎについては、一定の値を予め設定しておけば良い。

但し、各モータの耐熱性能その他が違う場合には、上記モータの１相に電流を連続して流し続けることが出来る時間ｔ０、及びモータ温度センサ閾値温度ｋ０は、モータ毎に設定しておく。時間ｔ０は一定値でも良いし、停止保持トルクＴstopなどに応じて算出した値でも良い。
また、上記システム構成では、モータが２台の場合を例示した。しかし、汎用を持たせるために、車輪を駆動可能なモータの数をｎ個と定義して説明する。
また、停止保持トルクＴstopは、車両が停止保持するためにモータで発生する必要のある駆動トルクである。この停止保持トルクＴstopは、停止路面の勾配等に応じて算出する。

ここで、モータトルクＴｍと、走行抵抗（勾配による抵抗を含む）を含んだ保持トルクＴｒその他の関係は、図４のような関係にある。
図４中、ＴｓｔはＥＮＧ始動必要トルクを表す。
そして、ΔＴｍを下記（１）式のように定義すると、モータの駆動トルクでは、
「ΔＴｍ＞０」となる範囲内で停止保持処理、モータ駆動走行、車両の加速が可能である。但し、エンジン始動用モータでないモータの場合には、Ｔｒ＝０となる。
ΔＴｍ ＝ Ｔｍ − （Ｔｓｔ ＋Ｔｒ） ・・・（１）

次に、ステップＳ２０では、車両の停止保持に使用するモータをモータ（ｎ）として設定してステップＳ３０に移行する。
ステップＳ３０では、モータ（ｎ）に上記停止保持トルクＴstopを発生させるトルク指令値を出力しステップＳ４０に移行する。
ステップＳ４０では、エンジン始動監視処理部１２Ｄを作動して、エンジン始動要求（発進指示状態）を検出したか否かの情報を取得する。エンジン始動要求と判定した場合には、ＥｎＳＴＡは「ＴＲＵＥ」となっている。そうでない場合には、ＥｎＳＴＡは「ＦＡＬＳＥ」となっている。

ステップＳ５０では、ＥｎＳＴＡが「ＴＲＵＥ」か否かを判定する。ＥｎＳＴＡが「ＴＲＵＥ」、つまりエンジン始動要求と判定した場合には、ステップＳ１４０に移行する。一方、ＥｎＳＴＡが「ＦＡＬＳＥ」となっている場合、つまり発進しない場合には、ステップＳ６０に移行する。
ステップＳ６０では、現在のモータ（ｎ）で停止保持トルクＴstopを発生してからの経過時間ｔが、ｔ０秒未満か否かを判定する。経過時間ｔがｔ０秒未満の場合にはステップＳ７０に移行する。一方、経過時間ｔがｔ０秒以上の場合にはステップＳ１００に移行する。

ステップＳ７０では、温度センサからの温度信号に基づき、現在のモータ（ｎ）の温度ＫがＫ０未満か否かを判定する。温度ＫがＫ０未満の場合にはステップＳ８０に移行する。一方、温度ＫがＫ０以上の場合にはステップＳ１００に移行する。
ステップＳ８０では、現在のモータ（ｎ）での上記ΔＴｍがΔＴｍ０以上か否かを判定する。ΔＴｍがΔＴｍ０以上の場合には、ステップＳ９０に移行する。一方、ΔＴｍがΔＴｍ０未満の場合には、ステップＳ１００に移行する。なお、ΔＴｍ０は、例えばゼロ若しくは若干の余裕代分だけ正の値とする。

ステップＳ９０では、後退する方向への車輪速度ＶｗがＶｄｗｍ未満か否かを判定する。後退する方向への車輪速度ＶｗがＶｄｗｍ未満の場合には、ステップＳ３０に戻って、現在のモータ（ｎ）での停止保持トルクＴstop発生を継続する。
一方、後退する方向への車輪速度ＶｗがＶｄｗｍ以上の場合には、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、駆動持ち替え処理部１２Ｅを作動させて、停止保持トルクＴstopを発生するモータを切り替える。その後、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１１０では、停止保持トルクＴstopを発生するモータの識別番号の設定変更を行って、ステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１２０では、順次モータを切り替えて全部のモータで１回、停止保持トルクＴstopの発生の処理を行ったか否かを判定する。まだ処理していないモータが存在する場合には、ステップＳ２０に移行する。この場合には、モータ識別番号ｎ（≧１）が一つ小さくなっている。一方、全てのモータで停止保持トルクＴstopの発生の処理を行った場合には、ステップＳ１３０に移行する。
ステップＳ１３０では、モータ識別番号ｎを初期値（一番大きな値）に戻してステップＳ２０に移行する。

一方、エンジン始動要求となっていると判定すると、ステップＳ１４０に移行する。
ここで、エンジン始動用モータ（第１モータ３）の選択優先度が一番小さく、エンジン始動用モータのモータ識別番号を「１」とする。
ステップＳ１４０では、モータ識別番号が「１」か否かを判定する。即ち、現在、停止保持トルクＴstopを発生しているモータが、エンジン始動用モータか否かを判定する。現在、停止保持トルクＴstopを発生しているモータがエンジン始動用でない場合にはステップＳ１６０に移行する。一方、現在、停止保持トルクＴstopを発生しているモータが、エンジン始動用モータである場合には、ステップＳ１５０に移行する。

ステップＳ１５０では、エンジン始動用駆動持ち替え処理部１２Ｆを作動する。持ち替え処理が終了したら、ステップＳ１６０に移行する。
ステップＳ１６０では、エンジン始動用モータによるエンジン始動処理を行って発進処理部１２Ａへ移行する。このステップＳ１６０は、発進処理部１２Ａの処理となる。
ここで、発進処理部１２Ａに移行することで、モータ制御が発進処理用、さらには走行駆動制御用に移行する。

次に、エンジン始動監視処理部１２Ｄの処理を説明する。
エンジン始動監視処理部１２Ｄは、アクセル開度信号に基づくアクセル開度に基づき、発進指示状態か否かを判定する。発進指示状態と判定した場合には、エンジン始動要求フラグＥｎＳＴＡに「ＴＲＵＥ」を設定して、復帰する。発進指示状態でないと判定した場合には、エンジン始動要求フラグＥｎＳＴＡに「ＦＡＬＳＥ」を設定して、復帰する。

次に、駆動持ち替え処理部について説明する。
駆動持ち替え処理部１２Ｅは、現在、停止保持トルクＴstopを発生しているモータ（ｎ）について、モータトルク減少制御を行うと共に、次のモータ（ｎ−１）について、モータトルク増加制御を同期をとって行う。但し、ｎ＝１の場合には、上記モータ（ｎ−１）は、モータ（ｎ）となる。
このとき、モータ（ｎ）でのモータトルクＴ（ｎ）と、モータ（ｎ−１）でのモータトルクＴ（ｎ−１）の和が、下記式を満足するように制御する。
Ｔstop ＝ Ｔ（ｎ） ＋Ｔ（ｎ−１）

例えば、図５に示すように、単位時間ｔmot当たりの増減量をΔδＴｍと設定しておき、単位時間ｔmot毎に、モータトルクＴ（ｎ）をΔδＴｍだけ減少すると共に、同期をとって、モータトルクＴ（ｎ−１）をΔδＴｍだけ増大する。
なお、時間ｔmotの設定は、各モータの発熱、及び出力−時間特性を考慮し、各モータの耐性を考えて設定する。
このトルクの減少及び増加処理を、Ｔstop ＝ Ｔ（ｎ−１）となるまで実施する。そして、Ｔstop ＝ Ｔ（ｎ−１）となったら、復帰する。

次に、エンジン始動用駆動持ち替え処理部について説明する。
エンジン始動用駆動持ち替え処理部１２Ｆは、エンジン始動用モータであるモータ（１）から他のモータ（ｎ）へ、停止保持トルクＴstopを持ち替えて、当該停止保持トルクＴstopを発生するモータを切り替える。持ち替え処理は、基本的に上記駆動持ち替え処理部の処理と同様である。
すなわち、単位時間ｔmot2当たりの増減量をΔδＴｍと設定しておき、Ｔstop ＝ Ｔ（ｎ）となるまで、単位時間ｔmot毎に、モータトルクＴ（ｎ）をΔδＴｍだけ減少すると共に、同期をとって、モータトルクＴ（ｎ−１）をΔδＴｍだけ増大する。
なお、上記単位時間ｔmot2は、単位時間ｔmot2より小さく設定する。また、発進の緊急度が高いほど、単位時間ｔmot2を小さくする。
そして、Ｔstop ＝ Ｔ（ｎ）となったら処理を終了して、復帰する。

（動作）
次に、車両の停止保持処理の動作例について説明する。
ここでは、停止保持トルクＴstopを発生可能なモータが２台とする。すなわち、第１モータ３であるモータ（１）及び第２モータ７であるモータ（２）を使用するとする。すなわち、モータ（１）をエンジン始動用モータとする。
またここでは、モータ（１）及びモータ（２）の仕様を、表１のように設定する。

表１のように、モータ（１）は、モータ（２）よりも耐熱性が高い。
この場合には、停止保持処理（ヒルホールド処理）に入ると、まずモータ（２）によって、停止保持トルクＴstopを発生する。モータ（２）の方が、識別番号が大きいモータである。
モータ（２）による停止保持トルクＴstopの発生の経過時間ｔが（Δｔ₂ −ｔｘ）となると、停止保持トルクＴstopを発生するモータを、モータ（２）からモータ（１）に持ち替え処理を行う。そして、停止保持トルクＴstopを発生するモータを、モータ（１）に切り替える。

ここで、上記時間ｔｘは、モータ（２）からモータ（１）に持ち替え処理に要する時間である。この時間ｔｘは、下記式のように、時間ｔmot、ΔδＴ、及び停止保持トルクＴstopに基づき決定する。この時間ｔｘは、一定時間に設定しても良い。
ｔｘ ＝ （Ｔstop ／ΔδＴ）× ｔmot
停止保持トルクＴstopを発生するモータがモータ（１）に切り替わると、モータ（１）による停止保持トルクＴstopの発生の経過時間ｔが（Δｔ₁ −２ｔｘ）となるまで、モータ（１）によって停止保持トルクＴstopを発生する。

更に、モータ（１）による停止保持トルクＴstopの発生の経過時間ｔが（Δｔ₁ −２ｔｘ）となると、停止保持トルクＴstopを発生するモータを、モータ（１）からモータ（２）に持ち替える処理を行う。そして、停止保持トルクＴstopを発生するモータを、モータ（２）に切り替える。
続いて、モータ（１）による停止保持トルクＴstopの発生の経過時間ｔが（Δｔ₂ −２ｔｘ）となるまで、モータ（２）によって停止保持トルクＴstopを発生する。
以上の動作が、車両の停止保持要求が解除されるまで繰り返して実施する。
但し、上記切り替えの時間にならなくても、現在のモータの温度が限界温度になった場合には切り替え処理を行う。

また、モータ（１）による停止保持トルクＴstopの発生中に、図６に示すように、エンジン始動要求を検知すると、Δｔｘよりも短いΔｔｘ′の時間で、モータ（１）からモータ（２）に持ち替える処理を行う。そして、停止保持トルクＴstopを発生するモータを、モータ（２）に切り替える。
すなわち、エンジン始動要求を検出した場合、エンジン始動機能を有するモータ（１）は、モータ（２）へ停止保持トルクＴstopの移管を実施して、モータ（１）の負荷低減を行う。その後、エンジン始動を行う。

（本実施形態の効果）
（１）坂道（勾配道路）で車両を停止保持するための停止保持トルクＴstopを、複数のモータの駆動トルクで負担し、その負担の割合を時間経過と共に連続的若しくは断続的に変化させる。
この結果、各モータへの熱負荷を低減することが可能となる。すなわち、各モータの寿命低下を低減可能となる。

（２）耐熱特性が大きいモータほど、相対的に上記停止保持トルクＴstopを発生するための連続駆動時間を長くする。これによって、モータの特性に応じて、車両停止保持のための各モータの駆動保持時間を適性に設定することが出来る。
すなわち、複数のモータ駆動トルク発生車両の場合、各モータ耐熱特性、及び、出力駆動特性を考慮する。これによって、モータの出力駆動時間を適性に配分する事が可能となり、高出力高耐熱特性のモータに長く仕事させ、耐性の低い方のモータの負荷を低減させる制御が可能になる。
（３）停止保持トルクＴstopを発生するモータを切り替えることで、停止保持トルクＴstopを負担するモータを変化させる。これによって、停止保持トルクＴstopを発生していたモータに発熱減少の冷却時間を与えることが出来る。

（４）停止保持トルクＴstopを発生している第１のモータから第２のモータに切り替える移行期（持ち替え処理時）において、第１のモータの駆動トルクを減らしつつ第２の駆動トルクを増加させる。その際、第１のモータによる駆動トルクと第２の駆動トルクとによる駆動トルクの和で上記停止保持トルクＴstopを発生するように、第１及び第２の駆動トルクのトルク変化を制御する。
このように複数のモータの駆動トルクによる停止保持トルクＴstopの負担を、時間制御することで、移行期における、トルク変動の段差が無くなるか小さくなる。これによって、車両の乗員に対し、トルク変動ショックが伝わらないか小さくすることが出来る。

（５）車両の発進指令を検知したときに、エンジン始動用モータが停止保持トルクＴstopを発生していると判定した場合には、停止保持トルクＴstopを発生するモータをエンジン始動用モータから他のモータに切り替える。
これによって、車両の停止保持を実施しつつ、エンジン１の始動を確保することが出来る。
（６）またこのとき、停止保持トルクＴstopの持ち替えの処理時間について、発進指令前よりも発進時におけるエンジン始動用モータから他のモータへの持ち替え処理時間を短くする。これによって、発進処理時におけるエンジン始動の遅れを抑えることが出来る。
（７）また、モータの駆動トルクで、停止保持トルクＴstopを確保するので、保持停止処理時において、排ガスが生じない。

（変形例及び応用例）
（１）上記実施形態では、持ち替え処理を行う移行期を除き、基本的に、１台のモータによって、停止保持トルクＴstopを発生する場合で例示している。これに代えて、複数のモータの駆動トルクによって、停止保持トルクＴstopを発生させるようにしても良い。この場合には、例えば、各モータの駆動許容見込み時間に近づいたら、そのモータから他のモータへ持ち替え処理を行う。

（２）上記実施形態では、エンジン始動用モータで前輪６を駆動可能となっていると共に、第２のモータで後輪１０を駆動可能の場合を例示している。すなわち、前二輪若しくは後二輪で、停止保持トルクＴstopを確保する場合を例示している。
車両が、四輪インホイールモータ車の場合には、右前輪と左後輪、左前輪と右後輪といった、他の組み合わせで停止保持トルクＴstopを確保するように制御しても良い。

（３）走行がモータ駆動のみの電動車両の場合には、エンジン始動用のＴｓｔ＝０としてΔＴｍを確保し制御を行えば良い。
（４）上記実施形態では、所定の停止保持条件の例として、車両が停止してアクセル開度がゼロであり、且つ停止路面の勾配が所定以上の傾きの場合で、ブレーキが戻されたときとしている。所定の停止保持条件は、これに限定しない。例えば、車両停止時に、運転者がブレーキを踏み込んだことを検知することを、所定の停止保持条件としても良い。

本発明に基づく実施形態に係るシステム構成の概要を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る駆動制御部の構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る停止保持処理部の処理を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータトルクと他のトルクとの関係を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る持ち替え時の説明をする図である。 動作例を説明する図である。

符号の説明

１ エンジン
３ 第１モータ
６ 前輪
７ 第２モータ
１０ 後輪
１２ 駆動制御部
１２Ａ 発進処理部
１２Ｂ 走行駆動制御部
１２Ｃ 停止保持処理部
１２Ｄ エンジン始動監視処理部
１２Ｅ 駆動持ち替え処理部
１２Ｆ エンジン始動用駆動持ち替え処理部
１３、１４ 温度センサ
１５ 傾斜センサ
１６ アクセル開度センサ
ＥｎＳＴＡ エンジン始動要求フラグ
Ｋ 温度
ｋ０ モータ温度センサ閾値温度
Ｔ モータトルク
Ｔstop 停止保持トルク

Claims (6)

1. 所定の停止保持条件を満足すると、車両の停止状態を保持するために車輪に付与する停止保持トルクを、モータの駆動トルクで発生する車両の停止保持装置において、
   車輪に駆動トルクを伝達可能なモータを複数備え、
   上記停止保持トルクを、上記複数のモータの駆動トルクで負担し、その負担の割合を時間経過とともに変化させることを特徴とする車両の停止保持装置。
2. 耐熱特性が大きいモータほど、相対的に上記停止保持トルクを発生するための連続駆動時間が長いことを特徴とする請求項１に記載した車両の停止保持装置。
3. 停止保持トルクを発生するモータを切り替えることで、上記負担の割合を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した車両の停止保持装置。
4. 停止保持トルクを発生している第１のモータから第２のモータに切り替える移行期において、第１のモータの駆動トルクを減らしつつ第２の駆動トルクを増加させ、その際、第１のモータによる駆動トルクと第２の駆動トルクとによる駆動トルクの和で上記停止保持トルクを発生するように、第１及び第２の駆動トルクのトルク変化を制御することを特徴とする請求項３に記載した車両の停止保持装置。
5. 駆動輪を駆動するエンジンを備える車両の停止保持装置であって、
   上記複数のモータの１つがエンジンを始動するエンジン始動用モータで構成し、
   エンジン始動要求を検知したときに、上記エンジン始動用モータが停止保持トルクを発生していると判定した場合には、停止保持トルクを発生するモータをエンジン始動用モータから他のモータに切り替えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した車両の停止保持装置。
6. 所定の停止保持条件を満足すると、複数のモータで車両の停止状態を保持するための停止保持トルクを発生し、その停止保持トルクを発生するモータを、時間経過と共に変化させることを特徴とする車両の停止保持方法。

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