JP2013164016A - 車両制御装置 - Google Patents

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俊樹 榊原
Satoru Mizuno
覚 水野
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大和 宇都宮
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Abstract

【課題】バッテリの残容量が減少することを抑制しつつ、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを抑制可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン10を自動停止及び自動再始動させた後、バッテリ11の残容量を第1閾値まで増加させる充電制御実行中において、バッテリ11の残容量が、第1閾値よりも少なく設定された第2閾値よりも多く、且つエンジン10を自動停止させた時点のバッテリ11の残容量よりも多いことを条件として、アイドルストップ制御の実行を許可する。また、運転者の手動操作によるエンジン10の始動時において、バッテリ11の残容量が第2閾値よりも多い場合は、アイドルストップ制御の実行を許可する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、アイドルストップ制御を行う車両に適用される車両制御装置に関する。
近年環境意識の高まりから、所定の条件が成立すると内燃機関を自動的に停止及び再始動させるアイドルストップ制御を行う車両が増加している。この種の車両では、内燃機関停止中のエアコン、カーステレオ等への電力供給は、バッテリにより賄われる。その上、内燃機関を始動する際、バッテリからスタータへかなりの電力が供給される。そのため、停車及び発進を頻繁に繰り返す市街走行等では、バッテリの残容量が減少しやすい。バッテリの残容量が減少した状態で内燃機関を自動停止させると、内燃機関の再始動に失敗するおそれがある。
それゆえ、バッテリの残容量を推定し、バッテリの残容量に応じてアイドルストップ制御の実行可否を判断することが行われている(例えば、特許文献1)。一般に、バッテリの残容量が規定容量未満であればアイドルストップ制御の実行を禁止して、バッテリの残容量を増加させる充電制御を行う。そして、バッテリの残容量が規定容量に達したら充電制御を終了し、アイドルストップ制御の実行を許可する。
特開公2004−25982号
しかしながら、一般に、車両に搭載されるバッテリは定電圧で充電されるため、充電が進んでバッテリの端子電圧が高くなると、充電電圧と端子電圧の電位差が小さくなる。そうすると、充電電流が小さくなり、充電効率が下がる。このため、規定容量を満充電に近い値に設定すると、バッテリの残容量が規定容量に近づくにつれ、バッテリの充電効率が下がるという事態が生じる。よって、バッテリの残容量が規定容量近くで停滞し、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることが懸念される。
一方、規定容量を小さく設定すると、バッテリの充電期間は短縮され、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることは抑制される。しかし、内燃機関停止中にバッテリから放電されると、バッテリの残容量が減少しすぎ、バッテリの劣化促進、あるいは、内燃機関の再始動に失敗する等のおそれがある。このため、規定容量を小さく設定するにも限度がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、バッテリの残容量が減少することを抑制しつつ、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを抑制可能な車両制御装置を提供することを主たる目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
請求項1に記載の発明は、内燃機関と、前記機関により駆動される発電機と、前記発電機から供給される電力を蓄電するバッテリと、を備える車両に適用され、前記機関の運転中において前記バッテリの残容量が第1閾値よりも少ない場合に前記発電機の駆動に基づき前記バッテリの残容量を増加させる充電制御と、前記機関を自動停止及び自動再始動させるアイドルストップ制御と、を行う車両制御装置であって、前記機関を自動停止及び自動再始動させた後の前記充電制御実行中において、前記バッテリの残容量が、前記第1閾値よりも少なく設定された第2閾値よりも多く、且つ前記機関を自動停止させた時点の前記バッテリの残容量よりも多いことを条件として、前記アイドルストップ制御の実行を許可する。
上記構成によれば、内燃機関を自動停止及び自動再始動させた後の内燃機関の運転中には、バッテリの残容量が第1閾値よりも少ない場合にバッテリの残容量を増加させる充電制御が行われる。このため、バッテリの残容量は、上記充電制御により内燃機関の運転中に増加していき、内燃機関の自動停止時点で最も多くなる。そして、自動再始動後の充電制御実行中において、バッテリの残容量が第2閾値よりも多く、且つ、バッテリの残容量が内燃機関を自動停止させた時点のバッテリの残容量よりも多いことを条件として、アイドルストップ制御の実行が許可される。したがって、アイドルストップ制御の実行が許可され、内燃機関を自動停止させる時点では、バッテリの残容量が、前回の自動停止時点の残容量よりも多くなる。すなわち、バッテリの残容量が増加傾向にある場合に限って、アイドルストップ制御の実行が許可されるようになる。その結果、バッテリの残容量は第2閾値から増加して第1閾値に近づいていくため、第2閾値を小さく設定できる。よって、バッテリの残容量が減少することを抑制しつつ、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを抑制できる。
本車両システムの概略構成を示す模式図。 充電電流を示すタイムチャート。 アイドルストップ制御の実行可否を判断する処理手順を示すフローチャート。 バッテリの残容量及び車速を示すタイムチャート。
以下、エンジンを走行駆動源とし、バッテリの充電制御とエンジンのアイドルストップ制御とを行う車両に具現化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。車両制御装置は、本車両に搭載された発電機の駆動に基づき本車両に搭載されたバッテリの残容量を増加させる充電制御と、エンジンを自動停止及び自動再始動させるアイドルストップ制御を行う。まず、図1を参照して、車両制御装置が搭載される車両システムの概略構成を説明する。
図示されるように、本車両には、エンジン(内燃機関)10、スタータ(モータ)12、オルタネータ(発電機)13、カーステレオや空調装置等の補機14、運転者のイグニッションキー操作により開閉するイグニッションスイッチ16、リレー22が搭載されている。
エンジン10のクランク軸には、スタータ12が接続されているとともに、ベルト等の連結手段を介してオルタネータ13が連結されている。エンジン10は、燃料噴射を行うとともに、燃焼室において燃料と空気の混合気に点火を行って混合気を燃焼させる。エンジン10の運転は、後述するエンジンECU15によって行われる。
スタータ12は、リレー22を介してバッテリ11と接続されている。スタータ12は、運転者のイグニッションキー操作による始動時、及びアイドルストップ制御の実行による自動再始動時に、駆動される。運転者のイグニッションキー操作による始動の場合は、イグニッションキーがスタート位置になると、イグニッションスイッチ16のスタートスイッチが閉路されリレー22に通電する。その結果、バッテリ11とスタータ12間のリレー回路が閉路され、バッテリ11からスタータ12へ電力が供給される。スタータ12は、電力の供給を受けて駆動し、エンジン10を始動させる。また、アイドルストップ制御の実行による自動再始動の場合は、所定の条件が成立すると、後述するアイドルストップECU18によりリレー22が制御される。その結果、バッテリ11とスタータ12間のリレー回路が閉路され、スタータ12はエンジン10を始動させる。
オルタネータ13は、ベルト等の連結手段を介してエンジン10のクランク軸に連結されており、エンジン10の回転に伴い駆動され発電する。発電された電力は、バッテリ11や補機14へ供給される。
補機14は、オルタネータ13とバッテリ11とから電力供給を受ける。具体的には、運転者の操作によりイグニッションキーがアクセサリ位置になると、イグニッションスイッチ16のアクセサリスイッチが閉路される。それに伴いバッテリ11と補機14間のリレー回路が閉路され、バッテリ11から補機14へ電力が供給される。また、アイドルストップ制御の実行によるエンジン停止中では、アイドルストップECU18によりリレー22が制御され、バッテリ11と補機14間のリレー回路が閉路される。そして、バッテリ11から補機14へ電力が供給される。
バッテリ11としては、例えば、12Vの鉛蓄電池が採用される。バッテリ11は、上述したようにスタータ12や補機14に電力を供給するほか、エンジンECU15やアイドルストップECU18へも電力を供給する。また、バッテリ11は、バッテリ11を流れる充電電流及び放電電流を測定する電流センサ17を備えている。電流センサ17により検出された電流値は、アイドルストップECU18に取り込まれる。
また、本車両システムは、エンジンECU15及びアイドルストップECU18の両ECU(電子制御装置)、車両速度を検出する車速センサ19、シフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサ20、ブレーキの踏み込みを検出するブレーキセンサ21の各種センサを備える。各ECUは、中央処理装置(CPU)及び記憶装置(ROM及びRAM)よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行する。各ECUは、運転者の操作によりイグニッションキーがイグニッション(IG)位置となると、信号を受け取り起動する。また、各種センサにより検出される検出値は、エンジンECU15に取り込まれた後、アイドルストップECU18へ送信される。各ECUは、バッテリ11から供給される電力により動作する。なお、エンジンECU15とアイドルストップECU18は、互いに双方向通信が可能である。
アイドルストップECU18は、電流センサ17から取り込んだ電流値に基づいてバッテリ11の残容量を算出する。そして、バッテリ11の残容量が所定量よりも少ない場合、アイドルストップECU18は、オルタネータ13の駆動によりバッテリ11の残容量を増加させる充電制御を行う。また、アイドルストップECU18は、バッテリ11の残容量に基づいて、アイドルストップ制御の実行を許可するか否か判断する。許可すると判断した場合は、車速センサ19、シフトポジションセンサ20、ブレーキセンサ21の検出値に基づいて、エンジン10の自動停止条件及び自動再始動条件が成立しているか否か判断する。自動停止条件が成立していると判断した場合は、エンジンECU15に対して停止信号を送信する。一方、自動再始動条件が成立していると判断した場合は、エンジンECU15に対して再始動信号を送信する。なお、本実施形態において、アイドルストップECU18は、車両制御装置に相当する。
エンジンECU15は、起動すると、エンジン10に対して燃料噴射系及び点火系を駆動させる信号を送信する。さらに、エンジンECU15は、アイドルストップECU18からエンジン再始動信号を受け取った場合も、同様にエンジン10に対して燃料噴射系及び点火系を駆動させる信号を送信する。一方、エンジンECU15は、アイドルストップECU18からエンジン停止信号を受け取った場合、エンジン10に対して燃料噴射系及び点火系を停止させる信号を送信する。また、エンジンECU15は、エンジン10の運転状態を判別するとともに、運転状態に応じて燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御する。
次に、アイドルストップ制御の実行可否を判断する処理手順の概要を説明する。まず、アイドルストップECU18は、バッテリ11の残容量を算出する。バッテリ11の残容量を算出する方法としては、例えば、次のような方法がある。あらかじめバッテリ11の特性を測定することにより、上記充電制御中におけるバッテリ11の残容量とバッテリ11への充電電流との相関関係を作成しておく。そして、運転者の手動操作によるエンジン10の始動時において、バッテリ11への充電電流とあらかじめ作成した相関関係とに基づいて残容量を推定する。その後は、バッテリ11からの放電量及びバッテリ11への充電量を積算することにより残容量を算出する。なお、バッテリ11の残容量は、他の方法を用いて算出してもよい。そして、エンジン10を自動停止させる時点で、バッテリ11の残容量をアイドルストップECU18の記憶装置に記憶させる。
続いて、アイドルストップECU18は、算出したバッテリ11の残容量と閾値を比較して、アイドルストップ制御の実行を許可するか否か判断する。
ここで、図2に、14Vの定電圧で充電制御を行った際に計測される充電電流、車速を示す。充電電流は、充電開始直後に10A付近まで急速に減少している。しかし、充電電流は、10A付近からは緩やかに減少し、10Aから5Aになるまでには比較的長い時間がかかっている。ここで、充電電流10Aは満充電に対して約85%の残容量に対応し、充電電流5Aは満充電に対して約90%の残容量に対応する。よって、残容量は、満充電に対して85%までは急速に増加するが、85%から90%に到達するまでには時間がかかることとなる。
したがって、例えば、満充電に対して90%の残容量を閾値とすると、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることになる。一方、例えば、満充電に対して85%の残容量を閾値とすると、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることは抑制されるが、残容量が減少しすぎるおそれがある。
そこで、バッテリ11の残容量と比較する閾値として、第1閾値(例えば、満充電に対して90%の残容量)と、第1閾値よりも少なく設定した第2閾値(例えば、満充電に対して85%の残容量)の二つの閾値を設定した。
アイドルストップECU18は、バッテリ11の残容量が第1閾値よりも少なく、第2閾値よりも多いときは、バッテリ11の残容量が第1閾値となるように充電制御を実行しつつ、所定の条件を満たす場合にアイドルストップ制御の実行を許可する。
以下、アイドルストップECU18が行う具体的な処理手順について、図3のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、S1では、エンジン10が始動した時点において、自動停止後の自動再始動か否かを判定する。自動停止後の自動再始動である場合は(YES)、S2に進む。一方、運運転者の手動操作による始動の場合は(NO)、S6に進む。
次にS2では、エンジン10を自動再始動させた時点でのバッテリ11の残容量と第1閾値とを比較する。残容量が第1閾値よりも多い場合は(NO)、それ以上バッテリ11の残容量を増加させる必要がないので、S5に進む。一方、残容量が第1閾値よりも少ない場合は(YES)、バッテリ11の残容量を増加させる必要があるので、S3に進む。
S3では、オルタネータ13の駆動に基づきバッテリ11の残容量を増加させる充電制御を行う。そして、充電制御の実行中において、S4及びS5の処理を行う。
S4では、まず、エンジン10を自動停止させた時点の残容量を、保持されている記憶装置から取得する。そして、現時点の残容量と第2閾値を比較するとともに、現時点の残容量とエンジン10を自動停止させた時点の残容量を比較する。現時点の残容量が第2閾値よりも多く、且つ、現時点の残容量がエンジン10を自動停止させた時点の残容量よりも多い場合は(YES)、S5に進む。それ以外の場合は(NO)、肯定判定(YES)がされるまでS4の判定を繰り返し実行する。
一方、S1において運転者の手動操作による始動と判定された場合は、S6に進み、エンジン10を始動させた時点の残容量と第1閾値を比較する。残容量が第1閾値よりも多い場合は(NO)、それ以上バッテリ11の残容量を増加させる必要がないので、S5に進む。一方、残容量が第1閾値よりも少ない場合は(YES)、バッテリ11の残容量を増加させる必要があるので、S7に進む。
S7では、オルタネータ13の駆動に基づきバッテリ11の残容量を増加させる充電制御を行う。そして、充電制御の実行中において、S8及びS5の処理を行う。
S8では、現時点の残容量と第2閾値とを比較する。ここでは、手動によりエンジン10を始動させた状態なので、エンジン10を自動停止させた時点の残容量は取得されていない。現時点の残容量が第2閾値より多い場合は(YES)、S5に進む。それ以外の場合は(NO)、肯定判定(YES)がされるまでS8の判定を繰り返し実行する。
S5では、アイドルストップ制御の実行を許可する。アイドルストップ制御の実行を許可した後は、車速センサ19、シフトポジションセンサ20、ブレーキセンサ21の検出値に基づいて、エンジン10の自動停止条件が成立しているか否か判断する。
そして、自動停止条件が成立したと判断すると、エンジンECU15に対しエンジン10を停止させる信号を送信する。また、エンジン10を自動停止させる時点のバッテリ11の残容量を、記憶装置に保持する。保持された自動停止時点の残容量は、次に自動再始動した際に、S4においてその時点の残容量と比較される。以上で、アイドルストップ制御の実行可否を判断する処理を終了する。
図4に、アイドルストップ制御の実行可否を判断する処理を行った際のバッテリ11の残容量と車速の関係を示す。エンジン10の運転中には、バッテリ11の残容量が第1閾値よりも少ない場合に、オルタネータ13の駆動に基づきバッテリ11の残容量を第1閾値まで増加させる充電制御が行われる。このため、図示されるように、残容量は、エンジン10の運転中に増加していき、エンジン10の自動停止時点で最も多くなる。それゆえ、エンジン10を自動停止させた後に自動再始動させた運転中において、S4の判定を行い、肯定判定の場合にS5の処理を行うようにすると、エンジン10を自動停止させる時点で、残容量が前回の自動停止時点の残容量よりも多くなる。よって、残容量が第2閾値から増加していく傾向にある場合に限って、アイドルストップ制御の実行が許可される。その結果、残容量は第2閾値から増加して第1閾値に近づいていくため、第2閾値を小さく設定できる。よって、残容量が減少することを抑制しつつ、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを抑制できる。
しかしながら、運転者の手動操作によるエンジン10の始動の場合には、エンジン10を自動停止させた時点でのバッテリ11の残容量が取得されていない。そこで、運転者の手動操作によるエンジン10の始動の場合は、バッテリ11の残容量と第2閾値の比較のみ行い(S8)、肯定判定の場合にS5の処理を行う。これにより、車両の走行が開始されるにあたって最初にエンジン10が始動される場合にも、アイドルストップ制御を実行することが可能となり、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを更に抑制することができる。
次に、本実施形態に係るアイドルストップ制御の実行可否を判断する他の処理手順について、上記処理手順と異なる点について述べる。
他の処理手順では、バッテリ11の残容量と比較する閾値として、第1閾値に相当する所定閾値(例えば、満充電に対して90%の残容量)を設定する。上記処理手順において設定した第2閾値は設定しない。そして、S1で自動停止後の自動再始動と判定された場合、S2において、バッテリ11の残容量と所定閾値とを比較する。また、S4では、現時点の残容量とエンジン10を自動停止させた時点の残容量の比較のみ行う。この比較において、現時点の残容量がエンジン10を自動停止させた時点の残容量よりも多い場合は(YES)、S5に進む。
一方、運転者の手動操作による始動と判定された場合、S6において、バッテリ11の残容量と所定閾値とを比較する。バッテリ11の残容量が所定閾値より少ない場合は、充電制御の実行を行う(S7)。そして、S8の判定を行わないで、アイドルストップ制御の実行を許可する(S5)。すなわち、運転者の手動操作による始動の場合は、バッテリ11の残容量を問わず、アイドルストップ制御の実行を許可する。
本処理手順によれば、上述した処理手順と同様に、エンジン10を自動停止させる時点で、残容量が前回の自動停止時点の残容量よりも多くなる。よって、残容量が最初に自動停止された時点の残容量から増加していく傾向にある場合に限って、アイドルストップ制御の実行が許可される。その結果、残容量は、運転者の手動操作による始動後に自動停止された時点の残容量から所定閾値へ増加していく。よって、本処理手段によれば、残容量が減少することを抑制しつつ、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを更に抑制できる。
その他、エンジン10が自動停止された状態において、バッテリ11の残容量が、エンジン10を自動停止させた時点のバッテリ11の残容量から所定量引いた量よりも少なくなった場合に、エンジン10を自動始動させるようにしてもよい。
このような構成とすると、1回のアイドルストップ制御の実行におけるバッテリ11の放電量を所定量以内にすることができる。よって、バッテリ11の残容量が第1閾値又は所定閾値以下の状態で、バッテリ11の残容量が減少しすぎることを抑制できる。その結果、バッテリ11の残容量を増加傾向に維持することが容易となる。
また、S4の判定において、バッテリ11の残容量が、エンジン10を自動停止させた時点のバッテリ11の残容量に所定量加えた量よりも多いことを条件としてもよい。
このような構成とすると、エンジン10を自動停止させる時点で、バッテリ11の残容量は、前回自動停止させた時点のバッテリ残容量より所定量以上多くなる。このため、バッテリ11の残容量は確実に増加していく。
さらに、充電制御の実行中において、車両の減速時にオルタネータ13による回生発電も行うようにすると、充電効率が上がり、アイドルストップ禁止状態が長期間継続されることを更に抑制できる。
なお、車両制御装置は上述した実施形態に限定されない。
・バッテリ液温度の推定装置を、エンジンECU15により実現してもよいし、他のECUにより実現してもよい。
・上述した実施形態では、バッテリ11への充電電流とあらかじめ作成した相関関係とに基づいてバッテリ11の残容量を推定し、バッテリ11の残容量と閾値とを比較して、アイドルストップ制御の実行可否を判断した。しかしながら、バッテリ11の残容量を反映する充電電流と閾値とを比較して、アイドルストップ制御の実行可否を判断してもよい。
・上述した実施形態では、運転者の手動操作によるエンジン10の始動例として、イグニッションキー操作によるエンジン10の始動例を示したが、イグニッションキーに代えて、プッシュ式のスタートスイッチを備える構成としてもよい。あるいは、イグニッションキーに代えて、微弱な電波を送受信する運転者用送受信機を運転者が携帯し、運転者用送受信機と通信自在な車両用送受信機を車両に備える構成としてもよい。
10…エンジン、11…バッテリ、12…スタータ、13…オルタネータ、14…補機、15…エンジンECU、17…電流センサ、18…アイドルストップECU。

Claims (6)

  1. 内燃機関(10)と、前記機関により駆動される発電機(13)と、前記発電機から供給される電力を蓄電するバッテリ(11)と、を備える車両に適用され、
    前記機関の運転中において前記バッテリの残容量が第1閾値よりも少ない場合に前記発電機の駆動に基づき前記バッテリの残容量を増加させる充電制御と、前記機関を自動停止及び自動再始動させるアイドルストップ制御と、を行う車両制御装置(18)であって、
    前記機関を自動停止及び自動再始動させた後の前記充電制御実行中において、前記バッテリの残容量が、前記第1閾値よりも少なく設定された第2閾値よりも多く、且つ前記機関を自動停止させた時点の前記バッテリの残容量よりも多いことを条件として、前記アイドルストップ制御の実行を許可することを特徴とする車両制御装置。
  2. 運転者の手動操作による前記機関の始動時において、前記バッテリの残容量が前記第2閾値よりも多い場合は、前記アイドルストップ制御の実行を許可する請求項1に記載の車両制御装置。
  3. 内燃機関と、前記機関により駆動される発電機と、前記発電機から供給される電力を蓄電するバッテリと、を備える車両に適用され、
    前記機関の運転中に前記発電機の駆動に基づき前記バッテリの残容量を所定閾値まで増加させる充電制御と、前記機関を自動停止及び自動再始動させるアイドルストップ制御と、を行う車両制御装置であって、
    前記機関を自動停止及び自動再始動させた後の前記充電制御実行中において、前記バッテリの残容量が前記機関を自動停止させた時点の前記バッテリの残容量よりも多いことを条件として、前記アイドルストップ制御の実行を許可することを特徴とする車両制御装置。
  4. 前記機関が自動停止された状態において、前記バッテリの残容量が、前記機関を自動停止させた時点の前記バッテリの残容量から所定量引いた量よりも少なくなった場合に、前記機関を自動再始動させる請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  5. 前記アイドルストップ制御の実行を許可する際に、前記バッテリの残容量が、前記機関を自動停止させた時点の前記バッテリの残容量に所定量加えた量よりも多いことを更に条件とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  6. 前記充電制御の実行中において前記発電機から前記バッテリに流れる電流の大きさに基づいて前記バッテリの残容量を算出する請求項1〜5のいずれか1項に記載の車両制御装置。
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