JP2007239620A - エコラン制御装置及びエコラン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充電率の算出精度を向上し、エコラン制御を実行できるか否かを正確に決定することができるエコラン制御装置及びエコラン制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン停止条件が成立すると、擬似開放電圧に基づいて検出した始動時充電率SOC-bと、仮想開放電圧に基づいて検出した充電率SOC-aとが乖離しているか否かを判定し、乖離していない場合、充電率SOC-bに基づいてエコランの可否を判定する（ステップ201〜205）。また、充電率SOC-bと充電率SOC-aが乖離している場合、充電率SOC-bと充電率SOC-aとの偏差学習が完了するまでは、充電率SOC-b検出の再実施を行い、学習が完了すると、充電率SOC-aに学習値ｅを加算して充電率SOC-bを算出し、エコランの可否を判定する（ステップ206〜209）。
【選択図】図８

Description

本発明は、エンジンの駆動と停止を行いながら車両を走行させるエコラン（アイドリングストップ）機能を備えたエコラン制御装置及びエコラン制御方法に関する。

近年、燃費改善及びエミッション低減を目的として、所定のエンジン停止条件成立時にエンジン自動停止を指令し、その後の所定のエンジン始動条件成立時にエンジン自動再始動を指令してエンジン始動モータを駆動させるエンジン自動停止再始動制御（いわゆるエコラン制御）が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２２２０３５号公報

すなわち、信号待ち等において、実際には車両が走行していないにもかかわらずエンジンをアイドリング状態で駆動していると、排気ガスが出るとともに、燃料の消費が増加するという問題があった。このため、信号などで車両が停止している状態や走行中であってもアクセルオフが一定時間継続した場合等に、エンジンを一時的に停止させ、このエンジンの一時停止状態で、アクセルが踏まれると再びエンジンを始動して発進させるようにしている。
このエコラン制御システムによれば、エンジンを走行に必要なときだけ駆動し、それ以外は停止させることで、燃費を向上させるとともに、エンジン駆動時間の短縮によって排ガス量を減少させることができる。

このようなエコラン制御システムをＬｉバッテリ等の通常バッテリとは異なる電源により駆動する場合には、特に問題は生じないが、通常バッテリでエコラン制御を行うシステム、すなわち、１電源エコランシステムでは、バッテリの充電状態が悪いと、再始動できなくなる恐れがある。
このため、スタータ駆動直後に検出したバッテリの始動時充電率に基づいてエコラン制御を実行するか否かを決定することにより、バッテリの充電率（ＳＯＣ）が再始動できる値以上であるときのみ、エコランを許可するようにしている。

上記のように、従来のエコラン制御システムでは、バッテリの始動時充電率に基づいてエコラン制御を実行するか否かを決定しているが、エコランによる再始動時にも始動時充電率の検出を行うと、加速時発電カット等のオルタネータ制御を行うことができず、ドラビリ悪化、燃費悪化が生じるという問題がある。

また、初回のキー始動時にのみ始動時充電率の検出を行い、以降はエンジン始動時に検出した始動時充電率をバッテリの充放電電流の積算値によって補正した値を使用することによりエコラン制御の実施可否を判断することも可能であるが、クランキング時にもバッテリ充放電電流の積算を行うと、充電率の算出精度が悪化してしまい、補正したバッテリの充電率とバッテリの実充電率とが乖離すると、最悪の場合、再始動できなくなる、という問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、充電率の算出精度を向上し、エコラン制御を実行できるか否かを正確に決定することができるエコラン制御装置及びエコラン制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係るエコラン制御装置（１）は、
エンジン自動停止条件が成立するとエンジンを自動的に停止させ、エンジン始動条件が成立するとエンジンを自動的に始動させる制御手段を備えたエコラン制御装置であって、
上記制御手段が、エンジン始動時のバッテリ充電率に基づいてエコラン制御の実施可否を判断するとともに、上記始動時充電率がバッテリ放電特性と乖離していた場合、バッテリの充電率の検出を再度実施することを特徴とする。

また、本発明に係るエコラン制御装置（２）は、エコラン制御装置（１）において、
上記制御手段が、バッテリ放電特性と始動時充電率の偏差を学習し、当該学習値を、バッテリ液温度・バッテリ開放電圧に基づいて更新・参照エリアが切り換えられるマップに記憶することを特徴とする。

さらに、本発明に係るエコラン制御方法（１）は、
エンジン自動停止条件が成立するとエンジンを自動的に停止させ、エンジン始動条件が成立するとエンジンを自動的に始動させるエコラン制御方法であって、
エンジン始動時のバッテリ充電率に基づいてエコラン制御の実施可否を判断するとともに、上記始動時充電率がバッテリ放電特性と乖離していた場合、バッテリの充電率の検出を再度実施することを特徴とする。

本発明に係るエコラン制御装置（１）及びエコラン制御方法（１）によれば、始動時充電率に基づいてエコラン制御の実施可否を判断するとともに、始動時充電率と、バッテリ放電特性、すなわち、仮想開放電圧を用いて算出した充電率との差が所定値以上あった場合、バッテリの充電率の検出が再度実施されるので、バッテリの充電率を精度よく検出することができ、エコラン制御を実行できるか否かを正確に決定することができる。

また、本発明に係るエコラン制御装置（２）によれば、バッテリ放電特性と始動時充電率の偏差が学習されて記憶されるので、学習完了後、バッテリ放電特性を学習結果で補正した値に基づいてエコラン制御の実施可否を判断し、エコランによる再始動時等の始動時充電率の検出を停止することができ、ドラビリ悪化や燃費悪化を防止することができる。

以下、本発明のエコラン制御装置の実施例について、図面を用いて説明する。
図１はエンジン制御システムの概略ブロック図であり、図に示すように、このエンジン制御システムは、エンジン１、エンジンの運転状態を制御するエンジンＥＣＵ２、エンジンの自動停止から自動始動までをエコランモードとして制御するエコランＥＣＵ３及びバッテリ５の状態を検出してオルタネータ６の発電制御を行う電源管理装置４により構成されている。
エンジンＥＣＵ２は燃料系や点火系等の各部を制御することで通常走行時におけるエンジン１の燃焼を制御するとともに、エンジン一時停止において、エンジン１の停止及び再始動を制御する。

一方、エコランＥＣＵ３には、アクセルセンサ１１、ブレーキスイッチ１２、車速センサ１３、エンジン回転数センサ１４等の種々のセンサ等の出力が入力され、エコランＥＣＵ３は、これらのセンサの出力に基づいて所定のエンジン停止条件、エンジン始動条件が成立するか否かを判断し、エンジン自動停止、エンジン自動再始動をエンジンＥＣＵ２に指令する。

このエコランＥＣＵ３は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２、ＲＡＭ（Random Access Memory)３３から構成され、ＣＰＵ３１はエコランＥＣＵ３のハードウェア各部を制御するとともに、ＲＯＭ３２に記憶されたプログラムに基づいてエコラン自動停止やエコラン再始動等の各種のプログラムを実行する。また、ＲＯＭ３２は上記のエコラン自動停止やエコラン再始動等の各種のプログラムを記憶し、ＲＡＭ３３はＳＲＡＭ等で構成され、プログラムの実行時に発生する一時的なデータやバッテリ放電特性と始動時充電率の偏差の学習結果を記憶する。
なお、本実施例では、エンジンＥＣＵ２とエコランＥＣＵ３は別々である例を示したが、エンジンＥＣＵがエコラン機能を備えた一体型であってもよい。

また、アクセルセンサ１１はアクセルペダルが踏まれているか否かを検出し、アクセルペダルが踏み込まれているとき、オン信号を出力し、ブレーキスイッチ１２はブレーキペダルが踏み込まれたとき、及びパーキングブレーキが作動しているとき、それぞれオン信号を出力する。車速センサ１３は車両の出力軸の回転を検出することにより車速を検出し、エンジン回転数センサ１４はエンジン１の回転軸の回転数を検出することによりエンジン回転数を検出する。

そして、エコランＥＣＵ３は、エンジン１の動作中、アクセルセンサ１１、ブレーキスイッチ１２、車速センサ１３、エンジン回転数センサ１４等の各種センサの出力を取り込み、所定のエコラン条件、例えば、アクセルオフ、かつ、ブレーキオン、かつ、車速＝０、かつ、エンジン回転数が６００〜１０００ｒｐｍの範囲にあるアイドル状態の所定時間、例えば、２秒間継続、を判定すると、アイドリングストップを実施する。

一方、電源管理装置４は、バッテリ５の状態を検出してオルタネータ６の発電を制御するとともに、バッテリ５の仮想開放電圧、擬似開放電圧を算出し、これらの値に基づいてバッテリ放電特性、すなわち、仮想開放電圧から検出したバッテリ充電率SOC-a、及び、始動時充電率、すなわち、擬似開放電圧から検出したバッテリ充電率SOC-bを検出し、これらの値とバッテリ液温度をエコランＥＣＵ３に入力する。

図１に示すように、バッテリ５には、電流検出器５１が直列に接続されるとともに、電圧検出器５２が並列に接続され、バッテリ５内にはバッテリの液温度を検出するバッテリ液温度検出器５３が設けられている。電流検出器５１はバッテリ５の充放電電流を、電圧検出器５２はバッテリ５の端子電圧を検出し、これらの検出出力はバッテリ液温度検出器５３の検出出力とともに、電源管理装置４に入力される。
また、エンジン１により駆動されるオルタネータ６は、通信ライン７を介して電源管理装置４から指令を受け、電源ライン８を介してバッテリ５を充電するとともに、車両の他の電気負荷に電力を供給する。

次に、電源管理装置４がバッテリ充電率SOC-a、SOC-bを検出する場合の作用について説明する。
図２は、駐車状態から走行を開始し、再び駐車するまでのエンジン状態、電源管理装置のウェイクアップ状態、及びバッテリ充電率SOC-a、SOC-bの更新状況を説明するための図であり、アクセサリ（ＡＣＣ）スイッチ、イグニッション（ＩＧ）スイッチがオンになりエンジン１が駆動された場合、及び、エコラン再始動時に、電源管理装置４はバッテリ充電率SOC-aを検出する。

すなわち、電源管理装置４は、図３（ａ）に示すように、スタータ（ＳＴＡ）駆動信号がオンになると、一定のマスク期間の経過後に電流検出器５１からのバッテリ５の充放電電流と、電圧検出器５２からのバッテリ５の端子電圧をサンプリングしてデータとして取得し、ＳＴＡ信号がオフすると、取得した電圧、電流データを図３（ｂ）に示すようにＸ−Ｙ座標にプロットすることにより放電特性を求め、この放電特性からバッテリ電流０［Ａ］時のバッテリ電圧を求めることにより仮想開放電圧を算出する。

そして、算出した仮想開放電圧に基づいて、メモリ（図示せず）に記憶されている、図４に示すバッテリ開放電圧と充電率（ＳＯＣ）との関係を示すマップを使用して、充電率SOC-aを検出し、バッテリ液温度検出器５３からのバッテリ液温度とともに、エコランＥＣＵ３に入力する。
なお、図３（ａ）に示すように、電動パワステ（ＥＰＳ）の作動信号がオンした場合にも、上記と同様にして、仮想開放電圧を算出して充電率SOC-aを検出し、エコランＥＣＵ３に入力する。

また、エンジン始動を検出すると、電源管理装置４は、図５に示すように、オルタネータ６の調整電圧を１４［Ｖ］に保持し（１）、バッテリ５を充電状態とし、このバッテリ充電状態が所定時間継続されると、オルタネータ６の調整電圧を12.5［Ｖ］に低下させてバッテリ５を放電状態とする（２）。そして、放電状態で電流が安定すると、オルタネータ６の調整電圧を１４［Ｖ］へ徐増させ（３）、このとき、電流検出器５１及び電圧検出器５２からの信号をサンプリングすることにより、バッテリ５の充放電電流と端子電圧をデータとして取得し、このサンプリング結果から電流値bism＝０［Ａ］時、すなわち、オルタネータ６とバッテリ５間の電流値＝０になった時の電圧値bvsmを求めることにより擬似開放電圧を算出する。

そして、上記と同様に、算出した擬似開放電圧に基づいて、図４に示すバッテリ開放電圧と充電率（ＳＯＣ）との関係を示すマップを使用することにより、充電率SOC-bを検出してエコランＥＣＵ３に入力する。
この充電率SOC-bを算出した後は、電流検出器５１の出力に基づいてバッテリ５の充放電電流を積算し、この積算値によって充電率SOC-bを補正しながら、逐次エコランＥＣＵ３に入力する。
なお、充電率SOC-aは走行開始直後に検出できるが精度が悪く、充電率SOC-bは精度が高いので、エコランＥＣＵ３は、始動時充電率SOC-bを用いてエコラン制御の実施可否を判断する。

一方、エコランＥＣＵ３は、常にバッテリ放電特性と始動時充電率の偏差を学習しており、この偏差学習時の作用を図６のフローチャートにより説明する。
エコランＥＣＵ３のＣＰＵ３１は、常時、図６のフローチャートに示す偏差学習プログラムを実行し、電源管理装置４からバッテリ充電率SOC-bが入力されたか否かを判定している（ステップ１０１）。
そして、電源管理装置４からバッテリ充電率SOC-bが入力されたと判定すると、ＣＰＵ３１は、充電率SOC-aに基づく開放電圧が10.5［Ｖ］より小さいか否かを判定し（ステップ１０２）、充電率SOC-aに基づく開放電圧が10.5［Ｖ］より小さいと判定した場合、バッテリ特性が大幅に変化するため、学習を実行しないでプログラムを終了する。

一方、充電率SOC-aに基づく開放電圧が10.5［Ｖ］より大きいと判定した場合は、ＣＰＵ３１は、最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過したか否かを判定し（ステップ１０３）、最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過したと判定した場合、充電率SOC-aがバッテリ５の実充電率と相異している可能性があると判断し、学習を実行しないでプログラムを終了する。

そして、ステップ１０３で最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過していないと判定した場合、ＣＰＵ３１は、充電率SOC-bと充電率SOC-aとの偏差学習を実行する（ステップ１０４）。
すなわち、ＣＰＵ３１は、充電率SOC-bと充電率SOC-aとの偏差（SOC-b−SOC-a）を学習値ｅとして算出し、SOC-a算出時のバッテリ液温度及びSOC-aの値に基づいて、ＲＡＭ１３に記憶されている、図７に示す学習値マップの記憶領域を判別し、当該記憶領域に学習値ｅを記憶する。
なお、既に当該記憶領域に学習値が記憶されている場合には、その学習値との平均値を記憶することにより、学習データになまし処理を行って更新を実行する。

次に、エンジン１の動作中、エコランＥＣＵ３が実行するエコラン制御プログラムの作用について図８のフローチャートにより説明する。
エコランＥＣＵ３のＣＰＵ３１は、エンジン１の動作中、常時、図８のフローチャートに示すエコラン制御プログラムを実行しており、このプログラムを開始すると、まず、アクセルセンサ１１、ブレーキスイッチ１２、車速センサ１３、エンジン回転数センサ１４等の各種センサの出力を取り込み、所定のエコラン条件、例えば、アクセルオフ、かつ、ブレーキオン、かつ、車速＝０、かつ、エンジン回転数が６００〜１０００ｒｐｍの範囲にあるアイドル状態が所定時間、例えば、２秒間継続したか否かを判定することにより、エンジン停止条件が成立したか否かを判定し（ステップ２０１）、エンジン停止条件が成立していないと判定した場合、プログラムを終了する。

エンジン停止条件が成立したと判定した場合、ＣＰＵ３１は、電源管理装置４から取得した充電率SOC-bと充電率SOC-aとの差が所定値以上あるか否かを判断することにより、充電率SOC-bと充電率SOC-aとが乖離しているか否かを判定し（ステップ２０２）、充電率SOC-bと充電率SOC-aが乖離していないと判定した場合、充電率SOC-bが所定値Ａoより大きいか否かを判定する（ステップ２０３）。
充電率SOC-bが所定値Ａoより大きいと判定した場合、ＣＰＵ３１は、エコランを許可する（ステップ２０４）。すなわち、ＣＰＵ３１は、エンジンＥＣＵ２に対してエンジン一時停止信号を出力することによってアイドリングストップを実施し、エンジンＥＣＵ２が燃料系や点火系を制御してエンジン１を一時停止させる。また、充電率SOC-bが所定値Ａoより小さいと判定した場合、ＣＰＵ３１は、エコランを禁止した（ステップ２０５）後、プログラムを終了する。

一方、ステップ２０２で充電率SOC-bと充電率SOC-aが乖離していると判定した場合、ＣＰＵ３１は、充電率SOC-bと充電率SOC-aとの偏差学習が完了したか否かを判定し（ステップ２０６）、学習が完了していないと判定した場合、電源管理装置４に充電率SOC-bの検出の再実施を指示する（ステップ２０７）。これにより、電源管理装置４が充電率SOC-bの検出を再実施し、充電率SOC-b算出が完了すると、算出した充電率SOC-bをエコランＥＣＵ３に入力するので、充電率SOC-bと充電率SOC-aの乖離を解消することができる。

そして、上記の偏差学習が所定回数実行されるか、あるいは、図７に示す偏差値マップの全エリアが埋まったら、ＣＰＵ３１は、ステップ２０６で充電率SOC-bと充電率SOC-aとの偏差学習が完了したと判定し、最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過したか否かを判定する（ステップ２０８）。
最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過したと判定した場合、ＣＰＵ３１は、充電率SOC-aがバッテリ５の実充電率と相異している可能性があると判断し、電源管理装置４に充電率SOC-bの検出の再実施を指示する（ステップ２０７）。

ステップ２０８で最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過していないと判定した場合、ＣＰＵ３１は、その時点の充電率SOC-aとバッテリ液温度に基づいてＲＡＭ１３から学習値ｅを読み出し、充電率SOC-aに学習値ｅを加算することにより補正した充電率SOC-bを算出する。
次に、ＣＰＵ３１は、上記と同様に、充電率SOC-bが所定値Ａoより大きいか否かを判定し、充電率SOC-bが所定値Ａoより大きいと判定した場合、エコランを許可した（ステップ１０４）後、プログラムを終了し、充電率SOC-bが所定値Ａoより小さいと判定した場合、エコランを禁止した（ステップ１０５）後、プログラムを終了する。

以上のように、始動時充電率SOC-bが、バッテリ放電特性、すなわち、仮想開放電圧を用いて算出した充電率SOC-aと乖離していた場合、始動時充電率SOC-bの検出が再度実施されるので、バッテリの充電率を精度よく検出することができ、エコラン制御を実行できるか否かを正確に決定することができる。
また、充電率SOC-aと充電率SOC-bの偏差の学習完了後は、充電率SOC-aを学習結果で補正した値に基づいてエコラン制御の実施可否を判断することができるので、エコランによる再始動時等の始動時充電率の検出を停止することができ、ドラビリ悪化や燃費悪化を防止することができる。

なお、上記の実施例では、最新の充電率SOC-aを取得後所定時間が経過したと判定した場合、充電率SOC-aがバッテリ５の実充電率と相異している可能性があると判断したが、最新の充電率SOC-aを取得後所定距離以上走行した場合、あるいは、同一の充電率SOC-aを充電率SOC-b算出のための補正に所定回数使用した場合に、充電率SOC-aがバッテリ５の実充電率と相異している可能性があると判断することもできる。

また、上記の実施例では、充電率SOC-bと充電率SOC-aとの偏差学習値を、バッテリ液温度及び充電率SOC-aの値に基づいて判別した学習値マップの記憶領域に記憶するようにしたが、このような学習値マップをバッテリ容量毎に複数個備えるようにすることも可能である。
さらに、上記の実施例では、エンジン停止条件として、アクセルオフ、かつ、ブレーキオン、かつ、車速＝０、かつ、エンジン回転数が６００〜１０００ｒｐｍの範囲にあるアイドル状態の所定時間継続を条件として採用したが、その他の様々な条件を採用することも可能である。

本発明のエコラン制御装置を適用したエンジン制御システムの概略構成を示すブロック図である。 駐車状態から走行を開始し、再び駐車するまでのエンジン状態、電源管理装置のウェイクアップ状態、及びバッテリ充電率SOC-a、SOC-bの更新状況を説明するための図である。 バッテリの仮想開放電圧の算出方法を説明するための図である。 バッテリ開放電圧と充電率との関係を示すマップである。 バッテリの擬似開放電圧の算出方法を説明するための図である。 エコランＥＣＵが実行するバッテリ放電特性と始動時充電率との偏差学習プログラムの作用を示すフローチャートである。 バッテリ液温度及びＳＯＣ-aの値に基づいて学習値ｅを記憶する学習値マップの一例を示す図である。 エコランＥＣＵが実行するエコラン制御プログラムの作用を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ エンジンＥＣＵ
３ エコランＥＣＵ
４ 電源管理装置
５ バッテリ
６ オルタネータ
７ 通信ライン
８ 電源ライン
１１ アクセルセンサ
１２ ブレーキスイッチ
１３ 車速センサ
１４ エンジン回転数センサ
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
５１ 電流検出器
５２ 電圧検出器
５３ バッテリ液温度検出器

Claims (3)

1. エンジン自動停止条件が成立するとエンジンを自動的に停止させ、エンジン始動条件が成立するとエンジンを自動的に始動させる制御手段を備えたエコラン制御装置であって、
   上記制御手段が、エンジン始動時のバッテリ充電率に基づいてエコラン制御の実施可否を判断するとともに、上記始動時充電率がバッテリ放電特性と乖離していた場合、バッテリの充電率の検出を再度実施することを特徴とするエコラン制御装置。
2. 請求項１に記載されたエコラン制御装置において、
   上記制御手段が、バッテリ放電特性と始動時充電率の偏差を学習し、当該学習値を、バッテリ液温度・バッテリ開放電圧に基づいて更新・参照エリアが切り換えられるマップに記憶することを特徴とするエコラン制御装置。
3. エンジン自動停止条件が成立するとエンジンを自動的に停止させ、エンジン始動条件が成立するとエンジンを自動的に始動させるエコラン制御方法であって、
   エンジン始動時のバッテリ充電率に基づいてエコラン制御の実施可否を判断するとともに、上記始動時充電率がバッテリ放電特性と乖離していた場合、バッテリの充電率の検出を再度実施することを特徴とするエコラン制御方法。

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