车辆控制装置和车辆控制系统的制作方法

本发明涉及控制系统，尤其是涉及故障时能够继续动作的控制系统。

背景技术

以自动驾驶为首的控制的全自动化，不使用人为的操作，能够降低人为的失误引起的事故的概率、提高安全性。在高度的自动驾驶中，由于系统对车辆控制负责，因此要求高度的安全性。作为对该安全性的要求之一，有失效可操作性(故障时继续动作可能性)的要求。

这是指在构成要素的一处发生了故障的情况下不是立即停止功能，而是使用其余的功能维持最低限度的性能的功能。在驾驶控制中，例如能够举例即使发生故障也能够移动至安全的场所然后停止，由此，与在发生故障的场所立即停车的情况相比，能够确保安全性。

实现自动驾驶的驾驶控制系统不仅具有进行驾驶计划的上级运算部(以下记作“自动驾驶控制部”)，也具有其下属的控制发动机或电池、电力转换器(逆变器)等的掌控车辆的运动的装置的下级运算部(以下记作“驱动系统控制部”)。为了能够实现即使发生故障也移动至安全的场所然后停止，不仅要求自动驾驶控制部也要求驱动系统控制部的失效可操作性(故障时继续动作可能性)。

从环境保护和人类社会活动可持续性的角度来看，结合发动机和电动机等不同的动力(能量)源的混合动力驱动系统也越来越普遍。尤其是从自动驾驶的角度来看，串联混合动力驱动系统因其线性特性，在未来将得到广泛应用。

例如，关于控制这些汽车的电子设备的故障时继续动作可能性，公开了专利文献1中所记载的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-016107号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

依据以上所述的现有技术，虽然能够提高故障时的继续动作性的可靠性，但是是以控制装置的冗余化为前提，所以需要进一步考虑降低成本。

因此，本发明的目的在于，以更少的冗余度实现具有故障时的动作继续性的控制装置，并且降低成本。

用于解决课题的技术方案

为了达成上述目的，本发明构成以下的结构。

(1)将混合动力驱动系统所具有的不同的动力(能量)源作为冗余化的动力(能量)源。

(2)将来自不同的动力(能量)源的动力(能量)混合而向驱动轮传递能量的传递部的控制部(第一控制部)具有在故障时继续动作的功能。

(3)对控制不同的动力(能量)源的控制部(第二控制部、第三控制部)实施共因故障对策，构成为不由于相同的故障而失去两者的控制功能的结构。

(4)控制在传递部中的来自不同的动力(能量)源的动力(能量)的混合比的能量管理控制部(第四控制部)，进行控制使得在一方的动力(能量)源或者该动力(能量)源的控制部的故障时，使传递部利用来自另一方的动力(能量)源的动力(能量)向驱动轮传递能量。

发明效果

依据以上所述的方案，将来自混合动力驱动系统所具有的不同动力(能量)源的动力(能量)混合而向驱动轮传递能量的传递部的控制部采用冗余配置，由此，即使构成混合动力驱动系统的控制部的任一者发生故障，作为系统整体也能够继续进行动作。例如，即使在一方的动力(能量)源或者该动力(能量)源的控制部故障时，以传递部利用来自另一方的动力(能量)源的动力(能量)向驱动轮传递能量的方式进行控制，从而能够使动作继续进行。另外，通过使成为系统整体的单一故障点的传递部的控制部具有故障时继续动作功能，即使传递部的控制部中发生故障，也能够继续进行传递部的控制，作为系统整体能够继续进行动作，即形成为失效可操作。

通过将混合动力驱动系统所具有的不同动力(能量)源看作冗余化的动力(能量)源，而不需要进一步的冗余化，能够通过最低限度的冗余化实现混合动力驱动系统的失效可操作，能够兼顾在故障时继续动作性的实现和成本抑制。

附图说明

图1是本发明的基本的实施例。

图2是并联混合动力驱动系统的实施例。

图3是并联混合动力驱动系统的实施例。

图4是并联混合动力驱动系统的实施例。

图5是并联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

图6是并联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

图7是串联混合动力驱动系统、串并联混合动力驱动系统的实施例。

图8是串联混合动力驱动系统、串并联混合动力驱动系统的实施例。

图9是串联混合动力驱动系统、串并联混合动力驱动系统的实施例。

图10是串联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

图11是串联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

图12是串并联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

图13是串并联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

图14是将ECU整合化了的实施例。

图15是各ECU间的信号的流动的实施例。

图16表示动作例。

图17是并联混合动力驱动系统的动作的实施例。

图18是并联混合动力驱动系统的动作的实施例。

图19是并联混合动力驱动系统的动作的实施例。

图20是并联混合动力驱动系统的动作的实施例。

图21是并联混合动力驱动系统的动作的实施例。

图22是并联混合动力驱动系统的动作的实施例。

图23是增程器的动作的实施例。

图24是增程器的动作的实施例。

图25是增程器的动作的实施例。

图26是增程器的动作的实施例。

具体实施方式

以下，关于本发明的实施例，使用附图进行说明。

实施例1

关于本发明的实施例1的车辆控制系统，使用图1进行说明。

本实施例的车辆控制系统包括：第一动力(能量)源100；第二动力(能量)源200；输入来自第一和第二动力(能量)源100、200的动力(能量)的混合传递部(Combiner)300。混合传递部300将来自动力(能量)源100、200的动力(能量)混合而向驱动轮400传递动力(能量)。

混合传递部300由作为第一控制部的电子控制机构ECU10-3控制。第一动力(能量)源100由作为第二控制部的电子控制机构ECU10-1控制。第二动力(能量)源100由作为第三控制部的电子控制机构ECU10-2控制。

并且，由作为掌控混合动力驱动系统整体的能量管理的第四控制部的电子控制机构ECU10-0，控制混合传递部300中的来自动力(能量)源100、200的动力(能量)的混合比。

在本实施例中，将ECU10-3作为失效可操作性(故障时可继续动作)。具体而言，能够考虑如图所示将ECU10-3a、ECU10-3b作为冗余配置。并且，形成为对ECU10-1和ECU10-2实施共因故障对策，不因为相同的故障或者故障原因失去两者的控制功能的结构。具体而言，考虑将ECU10-1与ECU10-2的壳体、配线基板、半导体芯片分开来进行物理分离，或者利用不同电源使其动作来进行电分离。

并且，在本实施例中，ECU10-0以在一方的动力(能量)源(例如100)或者该动力(能量)源的控制部(例如ECU10-1)故障时，混合传递部300利用来自另一方的动力(能量)源(例如200)的动力(能量)向驱动轮传递能量的方式进行控制。通过以上的控制，能够将不同的动力(能量)源100、200看作冗余的动力(能量)源，即使一方发生故障，也能够利用另一方使动作继续。

本实施例关注混合动力驱动系统原本具有的冗余性，构成为具有对不同的动力源100、200实施共因故障对策，且实施在一方发生了故障时的能量管理的控制部10-0，而将不同的动力源看作冗余的动力的系统结构，因此能够通过更少的冗余性使混合动力驱动系统实现失效可操作性。因此，依据本实施例，与将系统整体形成为完全冗余相比，能够以低成本实现失效可操作性。

实施例2

关于本发明的实施例2，使用图2至图6进行说明。

本实施例是在并联混合动力驱动系统中应用在实施例1中所说明的发明的例子。作为图1的实施例中的动力(能量)源100具有发动机110，作为动力(能量)源200具有包括电动机的动力(能量)源210，作为混合传递部300具有变速箱310。在本实施例中，包含电动机的动力(能量)源210由电动机(或者电动发动机)211、电力转换器212、电池213构成，来自发动机110、电动机211的驱动力被输入到变速箱310，在变速箱310通过齿轮、离合器等将来自发动机110、电动机211的驱动力以适当的减速比混合。大多情况下，与发动机110、电动机211、驱动轮相连的输出轴经由变速器结合，通过插入在各个之间的离合器将发动机110、电动机211或者其两者的驱动力传递到输出轴。在本实施例中，冗余地具有控制变速箱310的ECU10-3a、ECU10-3b，但如图3所示驱动变速箱310的液压阀的螺线管311没有冗余化，在单系统的情况下，利用来自冗余化的ECU10-3a、ECU10-3b的控制信号经由OR或者选择电路312驱动螺线管311。

如图4所示在冗余地具有螺线管311a、311b的情况下，冗余化的ECU10-3a、ECU10-3b也能够分别驱动螺线管311a、311b。此外，也能够由未图示的变速箱310内部的液压电路构成OR或者选择电路。

此外，为了使电动机(或者电动发动机)211不仅承担驱动而且承担反馈制动，希望电力转换器(逆变器)211不仅具有逆变器功能，而且具有能够将在减速时输出侧电动机作为发电机进行动作的电力转换为直流电力并返回到电池213的四象限转换功能。

图5是并联混合动力驱动系统的更加详细的实施例。

发动机110的驱动力输出经由离合器CL1利用电动机(或者电动发动机)211输入到自动变速器AT。自动变速器AT包括离合器CL2，通过控制阀单元CVU被控制。来自自动变速器AT的驱动力供给到驱动轮400，优选经由速度差(转速的差)差动齿轮410到车辆转弯时的内侧和外侧的车轮。

离合器CL1是用于在由发动机110驱动驱动轮400时进行连结而将发动机110的驱动力传递到驱动轮400，并且在由电动机(或者电动发动机)211驱动驱动轮400时，为了使发动机110不成为电动机(或者电动发动机)211的负载而使其分离的部件。电池213的SoC降低时，离合器CL2是用于在停车时利用发动机110的驱动力电动机(或者电动发动机)211进行发电的部件。作为离合器CL2表示了利用在自动变速器AT中内置的摩擦连结构件之一的例子。也可以考虑在电动发动机MG与自动变速器AT之间配置独立的离合器CL2的例子、在自动变速器AT与驱动轮400之间配置独立的离合器CL2的例子。

另外，在停车时如果不进行用发动机110的驱动力电动机(或者电动发动机)211发电的动作，则如图6所示，能够省略离合器CL2。

在本实施例中，由于自动变速器AT、离合器CL1、(图5的实施例中的离合器CL2)相当于混合传递部300，因此这些构件由冗余化的ECU10-3a、10-3b进行控制。

实施例3

图7是在串联混合动力驱动系统或者串并联混合动力驱动系统中应用本发明的实施例。作为图1的实施例中的动力(能量)源100具有发动机发电机120，作为动力(能量)源200具有电池220，作为混合传递部300具有输出侧电动机( 电力转换器(逆变器))320。发动机发电机120由发动机121、发电机122、电力转换器123构成，输出侧电动机( 电力转换器(逆变器))320由输出侧电动机(或者电动发动机)321和电力转换器(逆变器)322构成。

在本实施例的内串联混合动力驱动系统中，如图8、图9所示，来自发动机发电机120和电池220的电力(直流)被输入到电力转换器(逆变器)322，电力转换器(逆变器)322输出与输出侧电动机321的磁极-同步的三相交流来驱动输出侧电动机321，输出侧电动机321驱动驱动轮400。

在串并联混合动力驱动系统中施加来自发动机发电机120的电力，来自发动机121的驱动力也被输入到输出侧电动机321。具体而言，发动机121的旋转轴连接于输出侧电动机321的旋转轴，输出侧电动机321产生的驱动力和发动机121产生的驱动力一起驱动驱动轮400。

此外，为了使输出侧电动机321不仅承担驱动而且承担反馈制动，优选电力转换器(逆变器)322不仅具有逆变器功能，而且具有在减速时将输出侧电动机(或者电动发动机)321作为发电机进行动作的电力转换为直流电力并将其返回到电池220的四象限转换功能。

在本实施例中，冗余地具有控制输出侧电动机( 电力转换器(逆变器))320的ECU10-3a、ECU10-3b，但如图8所示驱动输出侧电动机321的电力转换器(逆变器)322没有冗余化而是单一系统的情况下，利用来自冗余化的ECU10-3a、ECU10-3b的控制信号经由OR或者选择电路323驱动电力转换器(逆变器)322。另外，如图9所示在冗余地具有电力转换器(逆变器)322a、322b的情况下，冗余化的ECU10-3a、ECU10-3b分别驱动电力转换器(逆变器)322a、322b。此外，也能够使未图示的输出侧电动机321内部的绕组冗余化。

此外，存在来自发动机发电机120和电池220的电力经由未图示的二极管OR供给到电力转换器(逆变器)321或者电力转换器(逆变器)322a、322b的情况，和发动机发电机120、电池220、电力转换器(逆变器)322a、322b连接于共同的母线的情况。在前者的情况下，在具有多个电力转换器(逆变器)322a、322b的实施例(图9)中，也有将发动机发电机120的电力与电力转换器(逆变器)322a的组合、来自电池220的电力与电力转换器(逆变器)322b的组合、动力(能量)源与电力转换器(逆变器)的组合固定的方法。另外，在后者的情况下，由于利用发动机发电机120的输出电压、电力转换器(逆变器)322a、322b再生时的输出电压来控制电池220的SoC，ECU10-2推测电池220的SoC，并且ECU10-0对ECU10-1输出发动机发电机120的输出电压、对ECU10-3a、10-3b输出电力转换器(逆变器)322a、322b再生时的输出电压的指令值。基于以上内容，ECU10-2在电池220的SoC异常时，断开连结电池220与母线的连接器(开闭器)来保护电池220。

图10是在串联混合动力驱动系统(包括增程器)中应用本发明的更详细的实施例。发动机121的驱动输出轴机械地连接于发电机122，发电机122的电力端子经由电力转换器123连接于电池220、电力转换器(逆变器)322a、322b。电力转换器(逆变器)322a、322b将来自电力转换器123、电池220的电力(直流)转换为3相交流电力来驱动输出侧电动机(或者电动发动机)321。

此外，如图11所示将机械地连接有发动机121、发电机122驱动输出轴经由离合器CL1机械地连接于输出侧电动机(或者电动发动机)321的驱动输出轴，由此，在高负载时将发动机的驱动输出直接传递到驱动轮400，也能够将与发电机122、电力转换器123、电力转换器(逆变器)322a、322b、输出侧电动机(或者电动发动机)321暂时进行电力转换导致的转换损失消除。

在本实施例中，由于输出侧电动机(或者电动发动机)321、电力转换器(逆变器)322a、322b、(图11的实施例中离合器CL1)相当于混合传递部300，因此将这些构件通过冗余化的ECU10-3a、10-3b进行控制。

图12是在串并联混合动力驱动系统中应用本发明的更加详细的实施例。发动机121的驱动输出经由动力分配机构124机械传递到发电机122和混合传递部300。发电机122的输出经由电力转换器123电传递到电池220和混合传递部300(320)内的电力转换器322a、322b。

在混合传递部300(320)中，经由动力分配机构124所传递的发动机121的驱动输出机械地连接于输出侧电动机(或者电动发动机)321的输出轴，输出侧电动机(或者电动发动机)321驱动驱动轮400。并且，在电力转换器322a、322b中，将从电力转换器123、电池220所供给的电力(直流)转换为三相交流来驱动输出侧电动机(或者电动发动机)321。

另外，进一步如图13所示，动力分配机构124与输出侧电动机(或者电动发动机)321的输出轴经由离合器CL1机械地连接，由此在以高速且轻负载巡航时，通过离合器CL1将发动机121分离，从而防止发动机121成为负载，也能够降低损失。

此外，动力分配机构124有各种实现方法，例如公开了在动力分配机构124中使用差动齿轮的方法、在日本特开平9-100853中使用行星齿轮的方法、在WO2008/018539中使用具有多个转子的电动机的方法。

在本实施例中，由于输出侧电动机(或者电动发动机)321、电力转换器(逆变器)322a、322b、(图13的实施例中离合器CL1)相当于混合传递部300，因此将这些构件通过冗余化的ECU10-3a、10-3b进行控制。

如以上所述，依据本发明，在并联混合动力驱动系统、串联混合动力驱动系统、串并联混合动力驱动系统中，只要将控制相当于混合传递部300的部位的ECU冗余化为ECU10-3a、10-3b，就能够使驱动系统整体即使在故障时也能够继续动作。

实施例4

图14是将ECU整合化的实施例中，将ECU10-1与ECU10-3a、ECU10-2和ECU10-3b用共用的壳体、配线基板、半导体芯片等构成的实施例。换言之，第一控制装置(ECU10-13a)具有第一控制部(ECU10-3a)和第二控制部(ECU10-1)，第二控制装置(ECU10-23b)具有第一控制部(ECU10-3b)和第三控制部(ECU10-2)。依据本实施例，由于第二控制部ECU10-1与第三控制部ECU10-2由不同的壳体、配线基板、半导体芯片等构成，因此能够削减两者之间的共同原因故障的发生。并且，由于冗余配置的第一控制部(ECU10-3a和ECU10-3b)均由不同的壳体、配线基板、芯片等构成，因此能够削减两者之间的共同原因故障的发生，能够提供冗余化的效果。

实施例5

图15为各ECU间的信号的流动。能源管理系统ECU10-0基于来自自动驾驶控制部1的要求扭矩11，向各ECU10-1、10-2、10-3a、10-3b输出控制指令13-1、13-2、13-3a、13-3b。

在此，能源管理系统ECU10-0基于来自各ECU10-1、10-2、10-3a、10-3b的诊断结果(OK/NG)12-1、12-2、12-3a、12-3b输出控制指令13-1、13-2、13-3a、13-3b，这一点是本发明的特征。即，ECU10-0在一方的动力(能量)源(例如100)或者该动力(能量)源的控制部(例如ECU10-1)故障时(例如诊断结果12-1为NG时)，混合传递部300以利用来自另一方的动力(能量)源(例如200)的动力(能量)向驱动轮传递能量的方式进行控制。

ECU10-1、10-2、10-3a、10-3b具有诊断功能，利用诊断功能对ECU10-1、10-2、10-3a、10-3b的正常/异常、作为控制对象的动力(能量)源100、200、混合传递部300的正常/异常进行判断，将诊断结果(OK/NG)12-1、12-2、12-3a、12-3b发送到能源管理系统ECU10-0。

另外，在能源管理系统ECU10-0故障时，将能源管理系统ECU的诊断结果(OK/NG)12-0发送到各ECU10-1、10-2、10-3a、10-3b，各ECU10-1、10-2、10-3a、10-3b基于来自自动驾驶控制部1的要求扭矩11，进行图17～图26所示的实施例那样的动作。

接着，在图16中表示各个情况下的动作。

Case0，诊断结果12-1、12-2、12-3a、12-3b全部OK的情况下，在ECU10-1、10-2通过能量管理将动力(能量)源100、200分别进行最优控制，在ECU10-3a、ECU10-3b进行利用动力(能量)源100、200的输出使混合传递部300动作的控制。

Case1，诊断结果是仅12-1为NG，其它为OK的情况下，由于ECU10-1不能进行控制，因此使动力(能量)源100的动作停止，在ECU10-2根据要求扭矩11控制动力(能量)源200。并且，在ECU10-3a、ECU10-3b进行利用动力(能量)源200的输出使混合传递部300动作的控制。

Case4，诊断结果是12-1、2为NG的情况下，由于ECU10-1、2不能控制，因此使动力(能量)源100、200的动作停止，在ECU10-3a、ECU10-3b使混合传递部300的动作停止。

Case5，诊断结果为仅12-3a为NG，其它为OK的情况下，在ECU10-1、10-2通过能量管理将动力(能量)源100、200分别进行最优控制，在ECU10-3b进行利用动力(能量)源100、200的输出使混合传递部300动作的控制。

图17～19为并联混合动力驱动系统的动作的实施例。在正常时，如图17所示根据要求扭矩11且一并考虑电池213的SoC等进行将发动机110、电动机210的输出扭矩进行最优分配并从混合传递部300输出输出扭矩的控制。

在电动机210或者ECU10-2故障时，如图18所示根据要求扭矩11进行利用发动机110从混合传递部300输出输出扭矩的控制。在该情况下，由于不能实现基于电动机210的反馈制动，因此在制动时通过机械制动器或者使用了发动机110的发动机制动器产生制动扭矩。此外，为了安全，控制优选基于单纯的机械制动器的制动。

接着，在发动机110或者ECU10-1故障时，如图19所示根据要求扭矩11进行利用电动机210从混合传递部300输出输出扭矩的控制。

在该情况下，由于能够实现基于电动机210的再生制动，在制动时使基于电动机210产生的再生制动和机械制动器协同动作而产生制动扭矩。此外，为了安全，控制优选基于单纯的机械制动器的制动。

另外在ECU10-0故障时，基于在自动驾驶车辆中根据自动驾驶控制部1指示的要求扭矩、在现有的手动驾驶车辆中根据驾驶员的加速器踏板开度指示的要求扭矩，ECU10-1、ECU10-2、ECU10-3a、ECU10-3b分别进行判断，使其进行固定为图18、图19的任一者的动作。

图20～22为串联混合动力驱动系统或串并联混合动力驱动系统的动作的实施例。在正常时，如图20所示，根据要求扭矩11且一并考虑电池220的SoC等，进行将来自发动机发电机120与电池220的电力能量进行最优分配，并从混合传递部300输出输出能量(扭矩)的控制。

在电池220或者ECU10-2故障时，如图21所示根据要求扭矩11进行利用来自发动机发电机120的电力能量从混合传递部300输出输出能量(扭矩)的控制。在该情况下，由于不能实现基于电池220进行再生电力的吸收，在制动时通过机械制动器或者使用发动机121的发动机制动器吸收能量。为了进行基于发动机制动器的能量吸收，可以考虑紧固离合器CL1而使发动机121旋转的方法，或者利用由电动机321产生的再生电力经由电力转换器123将发电机122作为电动机使其动作从而使发动机121旋转的方法。此外，为了安全，控制优选基于单纯的机械制动器的制动。

在发动机发电机120或者ECU10-1故障时，如图22所示，根据要求扭矩11，进行利用来自电池220的电力能量从混合传递部300输出输出能量(扭矩)的控制。在该情况下，由于能够实现基于电池220进行的再生电力的吸收，在制动时使基于电动机321的反馈制动和机械制动器协同动作来产生制动扭矩。此外，为了安全，控制优选基于单纯的机械制动器的制动。

另外，在ECU10-0故障时，基于在自动驾驶车辆中根据自动驾驶控制部1指示的要求扭矩、在现有的手动驾驶车辆中根据驾驶员的加速器踏板开度指示的要求扭矩，ECU10-1、ECU10-2、ECU10-3a、ECU10-3b分别进行判断，使其进行固定为图21、图22的任一者的动作。

图23～26为增程器的动作的实施例。在正常时，电池220的SoC较低时，如图23所示由发动机发电机120进行发电，但SoC较高时，如图24所示进行利用来自电池220的电力能量从混合传递部300输出能量(扭矩)的控制。

在电池220或者ECU10-2故障时，如图25所示，根据要求扭矩11进行利用来自发动机发电机120的电力能量从混合传递部300输出输出能量(扭矩)的控制。在该情况下，由于不能实现基于电池220进行的再生电力的吸收，因此在制动时通过机械制动器或者使用了发动机121的发动机制动器吸收能量。此外，为了安全，控制优选基于单纯的机械制动器的制动。

在发动机发电机120或者ECU10-1故障时，如图26所示，根据要求扭矩11进行利用来自电池220的电力能量从混合传递部300输出输出能量(扭矩)的控制。在该情况下，由于能够实现基于电池220进行的再生电力的吸收，因此在制动时，使基于电动机321的反馈制动和机械制动器协同动作来产生制动扭矩。此外，为了安全，控制优选基于单纯的机械制动器的制动。

另外，在ECU10-0故障时，基于在自动驾驶车辆中根据自动驾驶控制部1指示的要求扭矩、在现有的手动驾驶车辆中根据驾驶员的加速器踏板开度指示的要求扭矩，ECU10-1、ECU10-2、ECU10-3a、ECU10-3b分别进行判断，使其进行固定为图25、图26的任一者的动作。

附图标记的说明

100、200…动力(能量)源、300…混合传递部、400…驱动轮、10…电子控制机构ECU。