JP2008291660A - 車両状態判定装置および自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく車両状態を判定可能な車両状態判定装置を備えた自動車を提供する。
【解決手段】車両状態判定装置１２のマイコン１０のＣＰＵは、電圧測定部３を介してエンジン始動時の鉛電池１の最低電圧値Ｖｓｔを測定するとともに、電流センサ４を介してエンジン始動時の鉛電池１に流れる最大電流値Ｉｓｔを測定して、最低電圧値Ｖｓｔを最大電流値Ｉｓｔで除することでセルモータを主とした車両の抵抗値を直接算出する。車両の抵抗値は所定時間毎にＥＥＰＲＯＭに記憶される。ＣＰＵはＥＥＰＲＯＭに記憶された複数個の抵抗値の平均値を算出し、直近の車両の抵抗値が算出した平均値に対して所定割合（例えば、±１５％）を超えるときに車両に異常があると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は車両状態判定装置および自動車に係り、特に、スタータを介して鉛電池からの電力で始動するエンジンを搭載した車両の車両状態を判定する車両状態判定装置および該車両状態判定装置を備えた自動車に関する。

一般に、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の内燃機関システムを有する車両では、鉛電池から電力を供給し、セルモータを回して、エンジンを始動する。セルモータは使用状況や経時により劣化が進行する。セルモータが故障するとエンジン始動できなくなるといった不具合が生じる。

このような車両状態の異常を検知するために、エンジンに始動トルクを供給するモータと、モータの動力伝達ベルトの異常を、モータに電力を供給する鉛電池の電圧から判定する判定技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２０４８１４号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、セルモータと鉛電池の電力関係から異常を判定するため、セルモータが使用状況や経時により劣化することを考慮すると、電圧だけでの判定では不十分である。

本発明は上記事案に鑑み、精度よく車両状態を判定可能な車両状態判定装置および該車両状態判定装置を備えた自動車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、スタータを介して鉛電池からの電力で始動するエンジンを搭載した車両の車両状態を判定する車両状態判定装置において、エンジン始動時の前記鉛電池の最低電圧値Ｖｓｔを測定するＶｓｔ測定手段と、エンジン始動時に前記鉛電池に流れる最大電流値Ｉｓｔを測定するＩｓｔ測定手段と、前記Ｖｓｔ測定手段で測定された最低電圧値Ｖｓｔを前記Ｉｓｔ測定手段で測定された最大電流値Ｉｓｔで除することで前記車両の抵抗値を算出する車両抵抗算出手段と、前記車両抵抗算出手段で算出された抵抗値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された抵抗値と前記車両抵抗算出出段で算出された直近の抵抗値とを比較することで前記車両の車両状態を判定する車両状態判定手段と、を備える。

第１の態様では、Ｖｓｔ測定手段によりエンジン始動時の鉛電池の最低電圧値Ｖｓｔが測定され、Ｉｓｔ測定手段によりエンジン始動時に鉛電池に流れる最大電流値Ｉｓｔが測定される。車両抵抗算出手段によりＶｓｔ測定手段で測定された最低電圧値ＶｓｔをＩｓｔ測定手段で測定された最大電流値Ｉｓｔで除することで車両の抵抗値が算出され、記憶手段に車両抵抗算出手段で算出された抵抗値が記憶される。そして、車両状態判定手段により、記憶手段に記憶された抵抗値と車両抵抗算出出段で算出された直近の抵抗値とを比較することで車両の状態が判定される。

本態様において、記憶手段は車両抵抗算出手段で算出された抵抗値を複数個記憶し、車両状態判定手段は、記憶手段に記憶された複数個の抵抗値の平均値を算出し、車両抵抗算出出段で算出された直近の抵抗値が算出した平均値に対して所定割合を越えるときに車両に異常があると判定し、所定割合以内のときに車両に異常がないと判定することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の車両状態判定装置を備えた自動車である。

本発明によれば、車両抵抗算出手段で最低電圧値Ｖｓｔと最大電流値Ｉｓｔとから車両の抵抗値を直接算出し、車両状態判定手段で過去の車両の抵抗値と直近の車両の抵抗値とを比較することで車両状態を判定するので、精度よく車両状態を判定することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る自動車の実施の形態について説明する。なお、本実施形態の自動車はガソリンエンジン車であり、セルモータ（スタータ）の故障などの車両状態の異常を判定する車両状態判定装置を備えている。

（構成）
図１に示すように、車両状態判定装置１２は、鉛電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサ２、差動増幅回路等を有し鉛電池１の外部端子に接続された電圧測定部３、ホール素子等の電流センサ４および車両状態を判定するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）１０を備えている。車両状態判定装置１２は鉛電池１から作動電源が供給される。

鉛電池１は、電池容器となる略角型の電槽を有しており、電槽内には合計６組の極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を用いることができる。各極板群は複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されており、セル電圧は２．０Ｖである。このため、鉛電池１の公称電圧は１２Ｖとされている。電槽の上部は、電槽の上部開口を密閉するＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極端子および負極端子が立設されている。なお、上述した温度センサは電槽の略中央部に埋設されている。

鉛電池１の正極端子は、電流センサ４を介してイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮ５は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子およびＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣおよびＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。

ＳＴＡＲＴ端子はエンジン始動用セルモータ（スタータ）９に接続されている。セルモータ９は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン８の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。

また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機６および一方向への電流の流れを許容する整流素子を含むレギュレータを介してエンジン８の回転により発電する発電機７の一端に接続されている。すなわち、レギュレータのアノード側は発電機７の一端に、カソード側はＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン８の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機７に動力の伝達が可能である。このため、エンジン８が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機７が作動し発電機７からの電力が補機６や鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。

電圧測定部３の出力側はマイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。また、温度センサ２および電流センサ４の出力側は、マイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータにそれぞれ接続されている。このため、マイコン１０は、鉛電池１の電圧、温度および鉛電池１に流れる電流を所定時間毎にデジタル値で取り込むことができる。なお、マイコン１０は、Ｉ／Ｏを介して上位の車両制御システム１１と通信可能である。

マイコン１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、車両状態判定装置１２の基本制御プログラムや後述する数式等のプログラムデータが格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ、記憶手段としての不揮発性のＥＥＰＲＯＭ等を含んで構成されている。発電機７、セルモータ９および補機６の他端、鉛電池１の負極端子およびマイコン１０は、それぞれグランド（自動車のシャーシと同電位）に接続されている。なお、本実施形態のマイコン１０は、電圧、電流および温度を所定時間毎に（電圧、電流をそれぞれ２ｍ秒間隔、温度を１秒間隔で）それぞれサンプリングし、サンプリング結果をＲＡＭに格納する。

（動作）
次に、車両状態判定装置１２の動作について、マイコン１０のＣＰＵ（以下、ＣＰＵと略称する。）を主体として説明する。

ＣＰＵは、例えば、電圧測定部３を介して測定した鉛電池１の電圧、または、電流センサ４を介して測定した鉛電池１に流れる電流を常時監視している。一般に、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する自動車では、鉛電池から電力を供給しセルモータを回して、エンジンを始動する。この際、大電流が流れるが、それに伴い、鉛電池１の端子間電圧は大きく降下する。図２および図３に示すように、このときの電圧降下および電流の時間変化を測定すると、セルモータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時に鉛電池１の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す。すなわち、エンジン始動時に、鉛電池に流れる電流が最大電流値Ｉｓｔをとるときに、鉛電池の電圧が最低電圧値Ｖｓｔをとる。

ＣＰＵは、例えば、鉛電池１の放電開始後Ｘ（１〜１００）ｍｓ以内にＹ（０．５０〜３．０）Ｖ以上の電圧降下（本実施形態では、１５ｍｓ以内に１．５Ｖ以上の電圧降下）があるか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものと判定し、２ｍｓ毎にＲＡＭに格納した電流値および電圧値（の変化）から最大電流値Ｉｓｔおよび最低電圧値Ｖｓｔを算出する。一方、否定判断のときにはカーエアコンやカーナビゲーション等の車載電装品を起動させたものとみなす（エンジンは始動していないとみなす）。

図４は、エンジン始動時における鉛電池側と車両側の関係の等価回路を表したものである。図４より、車両側および鉛電池側について、それぞれ、次式（１）、（２）に示すようにオームの法則が成立する。

式（１）、（２）において、Ｖｓｔはエンジン始動時の鉛電池１の最低電圧値、Ｉｓｔはエンジン始動時の鉛電池１に流れる最大電流値、ＯｕｔＲはセルモータ９を主とした車両の（電気）抵抗値、ＯＣＶは鉛電池１のエンジン始動前の開回路電圧、ＩｎＲは鉛電池１の内部抵抗を表している。なお、式（１）、（２）が成立するのは（オームの法則が成り立つのは）、最低電圧値Ｖｓｔおよび最大電流値Ｉｓｔをとるときの一瞬であり、それ以外のときには成立しない。

ＣＰＵは、式（１）に従い車両の抵抗値ＯｕｔＲを算出する。すなわち、最低電圧値Ｖｓｔを最大電流値Ｉｓｔで除することにより、車両の抵抗値ＯｕｔＲを算出する（ＯｕｔＲ＝Ｖｓｔ／Ｉｓｔ）。

ＣＰＵは、車両の抵抗値ＯｕｔＲを算出後、ＥＥＰＲＯＭに格納した複数個の車両の抵抗値ＯｕｔＲを読み出して平均値（平均抵抗値）を算出する。すなわち、ＣＰＵは、所定時間（例えば、２週間＝３３６時間）毎に、直近で算出した車両の抵抗値ＯｕｔＲをＥＥＰＲＯＭに格納している。一般に、ＥＥＰＲＯＭのコストは容量に比例するため、ＥＥＰＲＯＭの容量が大きいとコスト高となる。すなわち、エンジン始動時毎に算出した全ての車両の抵抗値ＯｕｔＲをＥＥＰＲＯＭに記憶すると、コストバランスが悪くなるため、算出した車両の抵抗値ＯｕｔＲを間引きしてＥＥＰＲＯＭに格納している。従って、ＥＥＰＲＯＭには複数個の車両の抵抗値ＯｕｔＲが格納されている。なお、所定時間は内部時計により算出可能である。

次に、ＣＰＵは、直近で算出した車両の抵抗値ＯｕｔＲが平均抵抗値の所定範囲（例えば、±１５％）以内か否かを判断し、肯定判断のときは、車両状態に異常がないと判断し、否定判断のときは、セルモータを主とする車両状態に異常があると判断してその旨を車両制御システム１１に報知する。車両制御システム１１はインストールメントパネルに異常を表示したり、音声で案内したりすることで、ドライバは車両状態が異常となったことを知ることができる。

すなわち、ＣＰＵは、車両が正常状態であれば、鉛電池１の充電常態や劣化状態によらず車両の抵抗値Ｒはほぼ一定であるが、異常状態であれば車両の抵抗値Ｒは通常時と異なる値となることを利用して、セルモータを主とする車両状態を判断している。また、セルモータ９は劣化することがあるため、所定範囲にあるかを判断している。なお、精度を高めるために、ＥＥＰＲＯＭに格納される車両の抵抗値ＯｕｔＲの数は１０以上であることが望ましい。

（効果等）
次に、車両状態判定装置１２の効果等について説明する。

ＣＰＵは、最低電圧値Ｖｓｔを最大電流値Ｉｓｔで除算し、車両の抵抗値ＯｕｔＲを直接算出している。また、直近の車両の抵抗値ＯｕｔＲが、ＥＥＰＲＯＭに格納された過去の車両の抵抗値の平均値（平均抵抗値）の所定範囲（±１５％）にあるかを判断しているため、セルモータ９の劣化状態に拘わらず、精度よく車両状態を判定することができる。従って、車両状態判定装置１２は車両状態の誤判定を防止することができ、本実施形態の自動車は安全性や確実性を確保することができる。

なお、本実施形態では、温度センサ２を備えているので、最低電圧値Ｖｓｔ、最大電流値Ｉｓｔを、例えば、室温での温度での値に温度補正するようにしてもよい。このようにすれば、より正確に車両の抵抗値ＯｕｔＲを算出することができる。また、本実施形態では、車両の抵抗値ＯｕｔＲを間引きしてＥＥＰＲＯＭに格納する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、算出した全ての車両の抵抗値ＯｕｔＲをＥＥＰＲＯＭに格納してもよいし、セルモータ９が劣化していない状態で複数回算出した車両の抵抗値ＯｕｔＲのみをＥＥＰＲＯＭに格納してもよいし、直近で複数回算出した車両の抵抗値ＯｕｔＲのみをＥＥＰＲＯＭに格納してもよい。さらに、ＥＥＰＲＯＭに平均値を格納してもよく、前回算出し車両状態が正常と判定したときの車両の抵抗値ＯｕｔＲを１個のみ格納するようにしてもよい。また、本実施形態では、車両状態判定装置１２が鉛電池１からの作動電源の供給を受けられない状態を考慮して、ＥＥＰＲＯＭに車両の抵抗値ＯｕｔＲを記憶する例を示したが、このようなおそれがない場合には、車両の抵抗値ＯｕｔＲをＲＡＭに格納しておいてもよい。

以上説明したように、本発明は精度よく車両状態を判定可能な車両状態判定装置および該車両状態判定装置を備えた自動車を提供するものであるため、車両状態判定装置および自動車の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の自動車のブロック回路図である。 エンジン始動時の鉛電池に流れる電流の時間経過を示すグラフである。 エンジン始動時の鉛電池の電圧の時間経過を示すグラフである。 エンジン始動時における鉛電池側と車両側の関係を表した等価回路図である。

符号の説明

１ 鉛電池
３ 電圧測定部（Ｖｓｔ測定手段の一部）
４ 電流センサ（Ｉｓｔ測定手段の一部）
８ エンジン
９ セルモータ（スタータ）
１０ マイコン（Ｖｓｔ測定手段の一部、Ｉｓｔ測定手段の一部、車両抵抗算出手段、記憶手段、車両状態判定手段）
１２ 車両状態判定装置

Claims (3)

1. スタータを介して鉛電池からの電力で始動するエンジンを搭載した車両の車両状態を判定する車両状態判定装置において、
   エンジン始動時の前記鉛電池の最低電圧値Ｖｓｔを測定するＶｓｔ測定手段と、
   エンジン始動時に前記鉛電池に流れる最大電流値Ｉｓｔを測定するＩｓｔ測定手段と、
   前記Ｖｓｔ測定手段で測定された最低電圧値Ｖｓｔを前記Ｉｓｔ測定手段で測定された最大電流値Ｉｓｔで除することで前記車両の抵抗値を算出する車両抵抗算出手段と、
   前記車両抵抗算出手段で算出された抵抗値を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された抵抗値と前記車両抵抗算出出段で算出された直近の抵抗値とを比較することで前記車両の車両状態を判定する車両状態判定手段と、
   を備えた車両状態判定装置。
2. 前記記憶手段は前記車両抵抗算出手段で算出された抵抗値を複数個記憶し、前記車両状態判定手段は、前記記憶手段に記憶された複数個の抵抗値の平均値を算出し、前記車両抵抗算出出段で算出された直近の抵抗値が前記算出した平均値に対して所定割合を越えるときに前記車両に異常があると判定し、前記所定割合以内のときに前記車両に異常がないと判定することを特徴とする請求項１に記載の車両状態判定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両状態判定装置を備えた自動車。

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