(57)【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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