JP7533374B2 - 電源システムおよびバックアップ方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源システムおよびバックアップ方法に関する。

従来、複数の電源を備えて冗長化された車両用の電源システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の電源システムは、シフトバイワイヤシステムと、シフトバイワイヤシステムを動作させるための電力を蓄えるメイン電源と、メイン電源が失陥した場合にシフトバイワイヤシステムに電力を供給可能なバックアップ電源とを備えている。この電源システムは、メイン電源が失陥した場合に、車速が所定値未満のときに、バックアップ電源からシフトバイワイヤシステムに電力を供給するように構成されている。すなわち、メイン電源が失陥した場合に、シフトポジションをパーキングポジションに切替可能な状態になってから、シフトバイワイヤシステムがバックアップされるようになっている。つまり、車速に基づいて、シフトバイワイヤシステムをバックアップするタイミングが計られている。これにより、メイン電源が失陥した場合に、シフトバイワイヤシステムでの消費電力を抑制しながら、シフトポジションをパーキングポジションに移行させることが可能である。

ここで、電源システムは、メイン電源が失陥した場合に、バックアップ電源から車速センサに電力を供給して、その車速センサを用いて車速を検出するように構成されている。

特開２０１８－６１３０４号公報

しかしながら、上記した従来の電源システムでは、メイン電源が失陥した場合に、バックアップ電源により車速センサがバックアップされることから、車速センサで電力が消費されるので、この点について改善の余地がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、車速センサをバックアップせずに、シフトバイワイヤシステムを適切なタイミングでバックアップすることが可能な電源システムおよびバックアップ方法を提供することである。

本発明による電源システムは、シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムと、シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムを動作させるための電力を蓄えるメイン電源と、メイン電源が失陥した場合に、シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムに電力を供給可能なバックアップ電源と、バックアップ電源とシフトバイワイヤシステムとの間に設けられた第１開閉器と、バックアップ電源とブレーキシステムとの間に設けられた第２開閉器と、第１開閉器および第２開閉器を制御する制御部とを備える。制御部は、メイン電源が失陥したときに車速が所定値以上の場合に、第２開閉器をオンしてバックアップ電源からブレーキシステムに電力を供給可能にするとともに、メイン電源が失陥する前に取得された車速から失陥後の減速量を差し引いて車速を推定し、かつ、推定された車速が所定値未満になった場合に、第１開閉器をオンしてバックアップ電源からシフトバイワイヤシステムに電力を供給可能にするように構成されている。減速量は、バックアップ電源からブレーキシステムに供給される電流に基づいて算出される。

このように構成することによって、バックアップ電源からブレーキシステムに供給される電流に基づいて減速量を算出し、その減速量を用いて車速を推定することにより、車速センサをバックアップせずに、シフトバイワイヤシステムを適切なタイミングでバックアップすることができる。

上記電源システムにおいて、減速量は、メイン電源が失陥する前に取得された路面の勾配を考慮して算出されるようにしてもよい。

上記電源システムにおいて、制御部は、推定された車速が所定値未満になった場合に、第２開閉器をオフするように構成されていてもよい。

上記電源システムにおいて、制御部は、メイン電源が失陥したときに車速が所定値未満の場合に、第１開閉器をオンしてバックアップ電源からシフトバイワイヤシステムに電力を供給可能にするように構成されていてもよい。

本発明によるバックアップ方法は、シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムと、シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムを動作させるための電力を蓄えるメイン電源と、メイン電源が失陥した場合に、シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムに電力を供給可能なバックアップ電源と、バックアップ電源とシフトバイワイヤシステムとの間に設けられた第１開閉器と、バックアップ電源とブレーキシステムとの間に設けられた第２開閉器と、第１開閉器および第２開閉器を制御する制御部とを備える電源システムにおいて行われるものである。バックアップ方法は、メイン電源が失陥したときに車速が所定値以上の場合に、制御部により、第２開閉器をオンしてバックアップ電源からブレーキシステムに電力を供給可能にするとともに、メイン電源が失陥する前に取得された車速から失陥後の減速量を差し引いて車速を推定するステップと、推定された車速が所定値未満になった場合に、制御部が第１開閉器をオンしてバックアップ電源からシフトバイワイヤシステムに電力を供給可能にするステップとを備える。減速量は、バックアップ電源からブレーキシステムに供給される電流に基づいて算出される。

本発明の電源システムおよびバックアップ方法によれば、車速センサをバックアップせずに、シフトバイワイヤシステムを適切なタイミングでバックアップすることができる。

本実施形態による電源システムの構成を説明するためのブロック図である。 本実施形態による電源システムの動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による電源システム１００の構成について説明する。

電源システム１００は、車両に適用されるものであり、複数の電源が設けられて冗長化されている。電源システム１００は、図１に示すように、シフトバイワイヤシステム１と、ブレーキシステム２と、メイン電源３と、冗長電源装置４とを備えている。

［シフトバイワイヤシステム］
シフトバイワイヤシステム１は、車両のシフトポジションを電気的に制御するように構成されている。たとえば、シフトポジションとしては、前進走行用のドライブポジション、後進走行用のリバースポジション、中立のニュートラルポジション、および、駐車用のパーキングポジションが設定されている。そして、シフトバイワイヤシステム１は、ユーザの操作などに応じてシフトポジションを切り替えるように構成されている。

シフトバイワイヤシステム１は、図示省略したシフトバイワイヤアクチュエータおよびアクチュエータＥＣＵを含んでいる。シフトバイワイヤアクチュエータは、たとえば電動モータであり、シフトポジションの切り替えを行うように構成されている。アクチュエータＥＣＵは、ユーザの操作などに応じて、シフトバイワイヤアクチュエータを制御するように構成されている。

［ブレーキシステム］
ブレーキシステム２は、ユーザの操作などに応じてブレーキ機構（図示省略）を作動させて制動力を発生させるように構成されている。たとえば、ブレーキ機構は、車輪に連結されるディスクロータと、ブレーキパッドを有するブレーキキャリパとを含んでおり、ブレーキパッドがディスクロータに押し付けられることによって制動力を発生させるようになっている。

ブレーキシステム２は、電動式であり、図示省略したブレーキアクチュエータおよびブレーキＥＣＵを含んでいる。ブレーキアクチュエータは、たとえば電動モータであり、ブレーキ機構のブレーキパッドを作動させるように構成されている。ブレーキＥＣＵは、ユーザの操作などに応じて、ブレーキアクチュエータを制御するように構成されている。

［メイン電源］
メイン電源３は、たとえば鉛電池などの二次電池であり、シフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２を動作させるための電力が蓄えられている。メイン電源３は、シフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２と接続され、シフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２に電力を供給可能に構成されている。

［冗長電源装置］
冗長電源装置４は、メイン電源３が失陥した場合にバックアップするために設けられている。冗長電源装置４は、バックアップ電源４１と、充放電部４２と、リレー４３および４４と、電流センサ４５と、通信部４６と、制御部４７とを含んでいる。なお、冗長電源装置４は、メイン電源３またはバックアップ電源４１から供給される電力によって動作するように構成されている。

バックアップ電源４１は、たとえば電気二重層キャパシタであり、メイン電源３が失陥した場合にシフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２に電力を供給可能に構成されている。バックアップ電源４１は、充放電部４２を介して、メイン電源３と接続されるとともに、シフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２と接続されている。

充放電部４２は、ＤＣＤＣコンバータなどを含み、バックアップ電源４１の充放電を制御するように構成されている。充放電部４２は、メイン電源３から供給される電力を用いてバックアップ電源４１を充電する機能を有する。このバックアップ電源４１の充電は、たとえば車両システムの起動時に行われるようになっている。また、充放電部４２は、バックアップ電源４１を放電させて、シフトバイワイヤシステム１またはブレーキシステム２に電力を供給するように構成されている。

リレー４３は、充放電部４２とシフトバイワイヤシステム１との間に設けられている。リレー４３は、バックアップ電源４１とシフトバイワイヤシステム１とを導通または遮断させるために設けられている。すなわち、リレー４３がオンの場合にバックアップ電源４１およびシフトバイワイヤシステム１が接続され、リレー４３がオフの場合にバックアップ電源４１およびシフトバイワイヤシステム１が切り離されるようになっている。なお、リレー４３は、本発明の「第１開閉器」の一例である。

リレー４４は、充放電部４２とブレーキシステム２との間に設けられている。リレー４４は、バックアップ電源４１とブレーキシステム２とを導通または遮断させるために設けられている。すなわち、リレー４４がオンの場合にバックアップ電源４１およびブレーキシステム２が接続され、リレー４４がオフの場合にバックアップ電源４１およびブレーキシステム２が切り離されるようになっている。なお、リレー４４は、本発明の「第２開閉器」の一例である。

電流センサ４５は、バックアップ電源４１からブレーキシステム２に供給される電流を測定するために設けられている。電流センサ４５は、たとえば、リレー４４とブレーキシステム２との間に配置されている。電流センサ４５の測定結果は、制御部４７に出力されるようになっている。

通信部４６は、車両の各部と通信するために設けられている。たとえば、通信部４６は、図示省略した車速センサおよび勾配センサと通信可能に構成されている。車速センサは、車両の走行速度（車速）を検出するために設けられ、勾配センサは、車両が走行する路面の傾斜度合い（路面勾配）を検出するために設けられている。なお、車速センサおよび勾配センサは、メイン電源３から供給される電力によって動作するように構成されている。

制御部４７は、冗長電源装置４を制御するように構成されている。具体的には、制御部４７は、リレー４３および４４の開閉を制御するとともに、充放電部４２を制御してバックアップ電源４１を充放電させるように構成されている。また、制御部４７は、通信部４６を用いて車速および路面勾配を取得するように構成されている。

ここで、制御部４７は、メイン電源３が失陥したときに車両が走行中の場合に、リレー４４をオンしてバックアップ電源４１からブレーキシステム２に電力を供給可能にするとともに、メイン電源３が失陥する前に取得された車速から失陥後の減速量を差し引いて車速を推定するように構成されている。この減速量は、バックアップ電源４１からブレーキシステム２に供給される電流に基づいて算出されるとともに、メイン電源３が失陥する前に取得された路面勾配を考慮して算出される。

そして、制御部４７は、推定された車速に基づいて車両が停止したと判断された場合に、リレー４３をオンしてバックアップ電源４１からシフトバイワイヤシステム１に電力を供給可能にするように構成されている。このように車速を推定することにより、車速センサをバックアップせずに、シフトバイワイヤシステム１を適切なタイミングでバックアップすることが可能である。

なお、制御部４７は、推定された車速に基づいて車両が停止したと判断された場合に、リレー４３をオンする前に、リレー４４をオフするように構成されている。また、制御部４７は、メイン電源３が失陥したときに車両が停止している場合に、リレー４３をオンしてバックアップ電源４１からシフトバイワイヤシステム１に電力を供給可能にするように構成されている。

また、制御部４７による車速の推定は、たとえば、以下の式（１）および（２）を用いて行われる。

Ｖｅ＝Ｖｆ－Ｄａ ・・・（１）
Ｄａ＝Ｄｕ×Ｃ×Ｔ ・・・（２）
なお、式（１）において、Ｖｅは、推定車速であり、Ｖｆは、メイン電源３の失陥時の車速（失陥の直前において車速センサによって検出された車速）である。式（１）および（２）において、Ｄａは、メイン電源３の失陥後の減速量である。

式（２）において、Ｄｕは、単位電流あたりの減速度であり、Ｃは、ブレーキシステム２に供給される電流（電流センサ４５の測定結果）であり、Ｔは、ブレーキシステム２に電流が供給されている時間である。Ｄｕは、各車両において路面勾配に応じて設定された値であり、ＣおよびＴは、メイン電源３の失陥が発生した場合に測定される値である。単位電流あたりの減速度Ｄｕは、たとえば以下の式（３）を用いて路面勾配毎に予め算出されており、メイン電源３の失陥時の路面勾配に基づき選択されるようになっている。

Ｄｕ＝（Ｇ－ｇ×sinθ）／Ｃｕ ・・・（３）
式（３）において、Ｃｕは、単位電流であり、Ｇは、路面が平坦なときに単位電流が供給された場合の減速度であり、ｇは、重力加速度である。θは、路面の勾配（斜度）であり、下り勾配の場合を正とし、上り勾配の場合を負とする。

このため、たとえば、路面が下り勾配の場合には、勾配がきつい程、単位電流あたりの減速度Ｄｕとして小さい値が設定されるため、減速に必要な電力が大きくなる。一方、路面が上り勾配の場合には、勾配がきつい程、単位電流あたりの減速度Ｄｕとして大きい値が設定されるため、減速に必要な電力が小さくなる。すなわち、単位電流あたりの減速度Ｄｕは、路面勾配に応じて複数設けられており、メイン電源３が失陥する前に取得された路面勾配に基づいてその中から選択されるようになっている。

－電源システムの動作－
次に、図２を参照して、本実施形態による電源システム１００の動作（バックアップ方法）について説明する。この動作は、車両システムが起動されているときに行われる。なお、車両システムが起動されると、制御部４７が充放電部４２を制御して、メイン電源３の電力を用いてバックアップ電源４１が充電される。また、メイン電源３の失陥が発生する前においては、制御部４７によりリレー４３および４４がオフ状態にされており、シフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２がメイン電源３から供給される電力によって動作される。なお、以下の各ステップは、制御部４７により実行される。

まず、図２のステップＳＴ１において、通信部４６を介して車速および路面勾配が取得される。具体的には、通信部４６により、車速センサによって検出された車速が受信されるとともに、勾配センサによって検出された路面勾配が受信される。そして、通信部４６が受信した車速および路面勾配が制御部４７に入力される。

次に、ステップＳＴ２において、メイン電源３の失陥が発生したか否かが判断される。たとえば、メイン電源３の出力電圧が所定値未満になった場合に、メイン電源３の失陥が発生したと判断される。そして、メイン電源３の失陥が発生したと判断された場合には、ステップＳＴ３に移る。なお、メイン電源３の失陥が発生した後には、冗長電源装置４はバックアップ電源４１からの電力によって動作される。その一方、メイン電源３の失陥が発生していないと判断された場合には、ステップＳＴ１に戻る。すなわち、メイン電源３の失陥が発生するまで、車速および路面勾配の取得が繰り返し行われる。

次に、ステップＳＴ３において、車両が走行中であるか否かが判断される。たとえば、メイン電源３の失陥時の車速（ステップＳＴ２で失陥の発生と判断される直前のステップＳＴ１で取得された車速）が所定値以上の場合に、車両が走行中であると判断される。この所定値は、車両が走行中であるか否かを判定するために、予め設定された値（たとえば、３ｋｍ／ｈ）である。そして、車両が走行中であると判断された場合には、ステップＳＴ４に移る。その一方、車両が走行中ではないと判断された場合（車両が停止している場合）には、ステップＳＴ９に移る。

次に、ステップＳＴ４において、リレー４４をオンして充放電部４２を制御することにより、バックアップ電源４１からブレーキシステム２に電力が供給可能になる。このため、ブレーキシステム２が動作可能になり、ユーザの操作などに応じて制動力が発生される。

次に、ステップＳＴ５において、電流センサ４５を用いて、ブレーキシステム２に供給される電流が測定されるとともに、その電流が供給されている時間が計測される。そして、ステップＳＴ６において、上記した式（１）および（２）を用いて、車速の推定が行われる。すなわち、推定車速Ｖｅは、メイン電源３の失陥時の車速（ステップＳＴ２で失陥の発生と判断される直前のステップＳＴ１で取得された車速）Ｖｆから、メイン電源３の失陥後の減速量Ｄａを差し引くことによって算出される。減速量Ｄａは、単位電流あたりの減速度Ｄｕと、ステップＳＴ５で測定された電流およびその供給時間とによって算出される。また、単位電流あたりの減速度Ｄｕは、メイン電源３の失陥時の路面勾配（ステップＳＴ２で失陥の発生と判断される直前のステップＳＴ１で取得された路面勾配）に応じて設定される。

次に、ステップＳＴ７において、車両が停止したか否かが判断される。たとえば、ステップＳＴ６で推定された車速が所定値未満になった場合に、車両が停止したと判断される。この所定値は、車両が停止したか否かを判定するために、予め設定された値（たとえば、３ｋｍ／ｈ）である。そして、車両が停止したと判断された場合には、ステップＳＴ８に移る。その一方、車両が停止していないと判断された場合（車両が走行中の場合）には、ステップＳＴ５に戻る。

次に、ステップＳＴ８において、リレー４４がオフされることにより、バックアップ電源４１がブレーキシステム２から切り離される。すなわち、バックアップ電源４１とブレーキシステム２とが遮断され、バックアップ電源４１からブレーキシステム２に電力が供給されなくなる。

次に、ステップＳＴ９において、リレー４３をオンして充放電部４２を制御することにより、バックアップ電源４１からシフトバイワイヤシステム１に電力が供給可能になる。すなわち、シフトバイワイヤシステム１が動作可能になる。そして、シフトバイワイヤシステム１では、シフトポジションがパーキングポジションに切り替えられる。

－効果－
本実施形態では、上記のように、メイン電源３が失陥したときに車両が走行中の場合に、リレー４４をオンしてバックアップ電源４１からブレーキシステム２に電力を供給可能にするとともに、メイン電源３が失陥する前に取得された車速から失陥後の減速量を差し引いて車速を推定し、かつ、推定された車速に基づいて車両が停止したと判断された場合に、リレー４３をオンしてバックアップ電源４１からシフトバイワイヤシステム１に電力を供給可能にする。減速量は、バックアップ電源４１からブレーキシステム２に供給される電流に基づいて算出される。このように構成することによって、バックアップ電源４１からブレーキシステム２に供給される電流に基づいて減速量を算出し、その減速量を用いて車速を推定することにより、車速センサをバックアップせずに、シフトバイワイヤシステム１を適切なタイミングでバックアップすることができる。

また、本実施形態では、メイン電源３が失陥する前に取得された路面勾配を考慮して減速量が算出されることによって、車速推定の精度向上を図ることができる。

また、本実施形態では、推定された車速に基づいて車両が停止したと判断された場合に、リレー４４がオフされることによって、メイン電源３の失陥時にシフトバイワイヤシステム１およびブレーキシステム２の同時動作が回避されるので、バックアップ電源４１が大容量化するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、メイン電源３が失陥したときに車両が停止している場合に、リレー４３をオンしてバックアップ電源４１からシフトバイワイヤシステム１に電力を供給可能にすることによって、ブレーキシステム２をバックアップする必要性が低い場合に、シフトバイワイヤシステム１を即時にバックアップすることができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、路面勾配を考慮して車速が推定される例を示したが、これに限らず、路面勾配を考慮せずに車速が推定されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、メイン電源３が鉛電池である例を示したが、これに限らず、メイン電源が鉛電池以外の二次電池であってもよい。すなわち、メイン電源がリチウムイオン電池またはニッケル水素電池などであってもよい。

また、上記実施形態では、バックアップ電源４１が電気二重層キャパシタである例を示したが、これに限らず、バックアップ電源が二次電池などであってもよい。

また、上記実施形態では、バックアップ電源４１とシフトバイワイヤシステム１との間にリレー４３が設けられる例を示したが、これに限らず、バックアップ電源とシフトバイワイヤシステムとの間にスイッチが設けられていてもよい。同様に、バックアップ電源４１とブレーキシステム２との間にリレー４４が設けられる例を示したが、これに限らず、バックアップ電源とブレーキシステムとの間にスイッチが設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、メイン電源３の失陥時の路面勾配に基づいて、単位電流あたりの減速度Ｄｕが選択される例を示したが、これに限らず、メイン電源の失陥時の路面勾配を用いて、単位電流あたりの減速度が算出されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、車両が走行中であるか否かを判定するための所定値、および、車両が停止したか否かを判定するための所定値は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

本発明は、複数の電源を備えて冗長化された車両用の電源システム、および、その電源システムでのバックアップ方法に利用可能である。

１ シフトバイワイヤシステム
２ ブレーキシステム
３ メイン電源
４１ バックアップ電源
４３ リレー（第１開閉器）
４４ リレー（第２開閉器）
４７ 制御部
１００ 電源システム

Claims (5)

1. シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムと、
   前記シフトバイワイヤシステムおよび前記ブレーキシステムを動作させるための電力を蓄えるメイン電源と、
   前記メイン電源が失陥した場合に、前記シフトバイワイヤシステムおよび前記ブレーキシステムに電力を供給可能なバックアップ電源と、
   前記バックアップ電源と前記シフトバイワイヤシステムとの間に設けられた第１開閉器と、
   前記バックアップ電源と前記ブレーキシステムとの間に設けられた第２開閉器と、
   前記第１開閉器および前記第２開閉器を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記メイン電源が失陥したときに車速が所定値以上の場合に、前記第２開閉器をオンして前記バックアップ電源から前記ブレーキシステムに電力を供給可能にするとともに、前記メイン電源が失陥する前に取得された車速から失陥後の減速量を差し引いて車速を推定し、かつ、推定された車速が所定値未満になった場合に、前記第１開閉器をオンして前記バックアップ電源から前記シフトバイワイヤシステムに電力を供給可能にするように構成され、
   前記減速量は、前記バックアップ電源から前記ブレーキシステムに供給される電流に基づいて算出されることを特徴とする電源システム。
2. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   前記減速量は、前記メイン電源が失陥する前に取得された路面の勾配を考慮して算出されることを特徴とする電源システム。
3. 請求項１または２に記載の電源システムにおいて、
   前記制御部は、推定された車速が所定値未満になった場合に、前記第２開閉器をオフするように構成されていることを特徴とする電源システム。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の電源システムにおいて、
   前記制御部は、前記メイン電源が失陥したときに車速が所定値未満の場合に、前記第１開閉器をオンして前記バックアップ電源から前記シフトバイワイヤシステムに電力を供給可能にするように構成されていることを特徴とする電源システム。
5. シフトバイワイヤシステムおよびブレーキシステムと、
   前記シフトバイワイヤシステムおよび前記ブレーキシステムを動作させるための電力を蓄えるメイン電源と、
   前記メイン電源が失陥した場合に、前記シフトバイワイヤシステムおよび前記ブレーキシステムに電力を供給可能なバックアップ電源と、
   前記バックアップ電源と前記シフトバイワイヤシステムとの間に設けられた第１開閉器と、
   前記バックアップ電源と前記ブレーキシステムとの間に設けられた第２開閉器と、
   前記第１開閉器および前記第２開閉器を制御する制御部とを備える電源システムにおいて行われるバックアップ方法であって、
   前記メイン電源が失陥したときに車速が所定値以上の場合に、前記制御部により、前記第２開閉器をオンして前記バックアップ電源から前記ブレーキシステムに電力を供給可能にするとともに、前記メイン電源が失陥する前に取得された車速から失陥後の減速量を差し引いて車速を推定するステップと、
   推定された車速が所定値未満になった場合に、前記制御部が前記第１開閉器をオンして前記バックアップ電源から前記シフトバイワイヤシステムに電力を供給可能にするステップとを備え、
   前記減速量は、前記バックアップ電源から前記ブレーキシステムに供給される電流に基づいて算出されることを特徴とするバックアップ方法。

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