JP2013164017A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時にバッテリの最低電圧値を測定できなかった場合であっても、バッテリ状態を検知し、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の始動時において、バッテリ１１の電圧の最低値である最低電圧値を電圧センサ１７により計測できなかった場合、最低電圧値が発生した後のバッテリ１１の電圧の極小値である極小電圧値を電圧センサ１７により計測し、極小電圧値と第１閾値とを比較して、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定する。この極小電圧値は、最低電圧値が発生した後に２番目に発生する極小値とする。
【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、バッテリの充放電が繰り返され、バッテリが劣化しやすい。

ところで、内燃機関を始動する際は、発電機による発電がなされず、バッテリから供給される電力のみでスタータが作動されることから、内燃機関を始動する瞬間にバッテリ電圧が一時的に低下する現象が生じる。特に、バッテリが劣化していたり、バッテリの温度が低かったりすると、バッテリの内部抵抗が大きく、電圧降下量も大きい。

バッテリの電圧降下量が大きすぎると、バッテリの電圧値が、内燃機関を制御する電子制御装置の最低動作電圧値を下回ることがある。そうなると、電子制御装置がリセットされて、内燃機関へ信号を送信できなくなり、内燃機関の始動に失敗してしまうといった不具合が生じる。したがって、バッテリ状態を検知してアイドルストップ制御の実行可能か否かを判断し、不可能と判断されればアイドルストップ制御の実行を禁止する必要がある。例えば、特許文献１では、内燃機関の始動時において、最低電圧値を計測してバッテリ状態を検知し、この最低電圧値と判定値とを比較して、アイドルストップ制御の実行が可能か否かを判定している。

特開２００９−１３９５３号公報

しかしながら、運転手のイグニッションキー操作によって内燃機関を始動する場合、運転手がイグニッションキーを早回しすると、内燃機関の始動時にバッテリの最低電圧値を測定できないことがある。イグニッションキー操作によって内燃機関を始動する場合は、イグニッションキーがイグニッション（ＩＧ）に位置した時点で、アイドルストップ制御を実行する電子制御装置が起動される。そしてイグニッションキーがスタートに位置した時点で、内燃機関の始動が開始される。それゆえ、ＩＧからスタートへイグニッションキーが早回しされると、電子制御装置の起動完了前（起動中）に内燃機関の始動が開始されることがある。バッテリの電圧値は、内燃機関の始動開始直後に最低電圧値となる。よって、電子制御装置の起動完了前に内燃機関の始動が開始されると、電子制御装置の起動が完了した時点ではすでに最低電圧値が発生した後で、最低電圧値を計測できないことがある。その結果、アイドルストップ制御の実行が可能か否かを判定することができなくなる。

なお、運転手がイグニッションキーを早回しした場合に限らず、何らかの原因により内燃機関の始動時にバッテリの最低電圧値を測定できなかった場合にも、同様の問題は生じ得る。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたもので、内燃機関の始動時にバッテリの最低電圧値を測定できなかった場合であっても、バッテリ状態を検知し、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定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、バッテリと、前記バッテリの電圧を計測する電圧センサと、を備えた車両に適用され、所定条件の成立に伴い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を実行する車両制御装置であって、前記機関の始動時において、前記バッテリの電圧の最低値である最低電圧値を前記電圧センサにより計測できなかった場合、前記最低電圧値が発生した後の前記バッテリの電圧の極小値である極小電圧値を前記電圧センサにより計測し、前記極小電圧値と第１閾値とを比較して、前記アイドルストップ制御を実行するか否かを判定する。

上記構成によれば、バッテリの最低電圧値を計測できなかった場合、最低電圧値の発生後に発生する極小電圧値を計測し、極小電圧値と第１閾値とを比較して、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定する。

バッテリの極小電圧値は内燃機関の回転数と比例関係にあり、極小電圧値が所定値以上であれば、内燃機関の始動を完了できる。よって、極小電圧値も最低電圧値と同様に始動性を示す値であるので、最低電圧値を極小電圧値で代替することができる。また、最低電圧値が発生した後に発生する極小電圧値は、電子制御装置の起動完了が遅れた場合でも、測定できる可能性が高い。したがって、内燃機関の始動時にバッテリの最低電圧値を測定できなかった場合でも、極小電圧値を計測してバッテリ状態を検知し、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定できる。

本実施形態に係る車両システムの概略構成を示す模式図。 エンジン始動によるバッテリの電圧変動を示すタイムチャート。 極小電圧値とエンジン回転数の関係を示す図。 アイドルストップ制御を実行するか否か判定する処理手順を示すフローチャート。

以下、エンジンを走行駆動源とし、アイドルストップ制御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、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。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ていると、後述するエンジンＥＣＵ１５、ひいては通信によりアイドルストップＥＣＵ１８に対し、スタータ１２が駆動中であるという信号が送信される。なお、イグニッションスイッチ１６とアイドルストップＥＣＵ１８とがハードワイヤーで接続されている場合は、スタータ１２が駆動中であるという信号は直接アイドルストップＥＣＵ１８に取り込まれる。

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ＡＣＣ位置になると、イグニッションスイッチ１６のＡＣＣ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の電圧を計測する電圧センサ１７を備えている。電圧センサ１７により計測された電圧値は、アイドルストップＥＣＵ１８に取り込まれる。

イグニッションスイッチ１６は、イグニッションキーの位置に応じて開閉される。イグニッションキーは、運転者の操作によりオフ、ＡＣＣ、ＩＧ、スタートの各位置に回動される。イグニッションキーがＡＣＣ位置になると、ＡＣＣスイッチが閉路される。そして、イグニッションキーがＩＧ位置になると、エンジンＥＣＵ１５及びアイドルストップＥＣＵ１８へ起動信号が送信される。さらに、イグニッションキーがスタート位置になると、スタートスイッチが閉路される。

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ＩＧ位置となると信号を受け取り起動し、バッテリ１１から供給される電力により動作する。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。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。

エンジンＥＣＵ１５は、運転者の手動操作によるエンジン１０の始動時、及びアイドルストップＥＣＵ１８から送信されたエンジン再始動信号の受信時に、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。また、エンジンＥＣＵ１５は、運転者の手動操作によるエンジン１０の停止時、及びアイドルストップＥＣＵ１８から送信されたエンジン停止信号の受信時に、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。

アイドルストップＥＣＵ１８は、エンジン１０の始動時において、電圧センサ１７により検出される電圧の最低値又は極小値に基づいて、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定する。実行すると判定した場合は、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。以下、アイドルストップ制御の実行可否の判定について述べる。

図２に、エンジン１０の始動時におけるバッテリ１１の電圧変動を示す。なお、エンジン１０の始動時には、オルタネータ１３による発電は停止されており、エンジン１０の始動完了に伴ってオルタネータ１３による発電が開始される。最初の電圧変動のない期間は、エンジン１０の停止期間である。スタータ１２に通電が開始されると、未だ停止状態のスタータ１２には誘起電圧が生じていないため、スタータ１２に大電流（突入電流）が流れる。その結果、バッテリ１１の電圧は大きく降下し、バッテリ１１の電圧の最低値である最低電圧値Ｖｅが発生する。そして、スタータ１２が回転してエンジン１０が備えるピストンの圧縮が始まると、バッテリ１１の電圧は上下に変動を繰り返しながら上昇する。このとき、バッテリ１１の電圧の極小値である極小電圧値Ｖｃが発生する。

この場合、極小電圧値Ｖｃは、最低電圧値Ｖｅが発生した後２番目に発生する極小値としている。最初に発生する極小値は、突入電流の影響が残っており、始動性を正確に示していないおそれがある。また、３番目以降に発生する極小値は、大きくなり検出しにくい上、エンジン１０の始動が早いと発生しない場合がある。

最低電圧値Ｖｅは、バッテリ１１が劣化して内部抵抗が大きくなっている場合や、バッテリ１１の温度が低く内部抵抗が大きくなっている場合、及びバッテリ１１の残容量が少ない場合、特に低くなる。この場合、極小電圧値Ｖｃも特に低くなる。

最低電圧値Ｖｅが低くなりすぎると、最低電圧値ＶｅがエンジンＥＣＵ１５の最低作動電圧を下回ることがある。そうなると、エンジンＥＣＵ１５がリセットされ、エンジン１０の始動に失敗することがある。そのため、アイドルストップＥＣＵ１８は、最低電圧値Ｖｅと第２閾値を比較し、最低電圧値Ｖｅが第２閾値よりも小さい場合は、アイドルストップ制御を行わないと判定する。なお、第２閾値は、エンジン１０の自動停止後の自動再始動を多少の余裕を持って可能と判断される所定の最低電圧値（例えば、７Ｖ）に設定される。

上記のような判定を行うためには、電圧センサ１７により最低電圧値Ｖｅを計測しなければならない。スタータ１２に通電開始される前（ａの時点）にアイドルストップＥＣＵ１８の起動が完了した場合、最低電圧値Ｖｅを計測できる。しかし、スタータ１２に通電開始された後（ｂの時点）にアイドルストップＥＣＵ１８の起動が完了した場合、最低電圧値Ｖｅを計測することができない。

そこで、最低電圧値Ｖｅを電圧センサ１７により計測できなかった場合、アイドルストップＥＣＵ１８は、最低電圧値Ｖｅが発生した後に発生する極小電圧値Ｖｃを計測して、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定する。

図３は、極小電圧値Ｖｃとエンジン回転数の関係を示す図である。同図の各点は、エンジン１０の始動条件を種々変更して、各始動における極小電圧値Ｖｃとエンジン回転数との関係を求めたものである。始動条件として、環境温度を常温及び低温、バッテリ１１の劣化度合いを複数、バッテリ１１の残容量を複数に変更している。図３に示すように、低温の場合は、常温の場合と比べて、同じエンジン回転数を得るために必要な極小電圧値Ｖｃが高くなる傾向がある。しかしながら、常温と低温のどちらの場合も、極小電圧値Ｖｃが高いほど、その時のエンジン回転数が高くなっている。極小電圧値Ｖｃが低下する原因は種々考えられるものの、低温の場合でも、極小電圧値Ｖｃが第１閾値以上であればエンジン１０の始動を完了できる。すなわち、バッテリ１１がどのような状態であれ、極小電圧値Ｖｃが第１閾値以上であればエンジン１０の始動を完了できる。

したがって、アイドルストップＥＣＵ１８は、最低電圧値Ｖｅを電圧センサ１７により計測できなかった場合、極小電圧値Ｖｃと第１閾値を比較する。そして、極小電圧値Ｖｃが第１閾値よりも小さい場合は、アイドルストップ制御を行わないと判定する。なお、第１閾値は、エンジン１０の自動停止後の自動再始動を多少の余裕を持って可能と判断される所定の極小電圧値（例えば、８Ｖ）に設定される。

次に、アイドルストップＥＣＵ１８が行う処理について、その詳細な手順を図４を参照しつつ説明する。図４のフローチャートが示す一連の処理は、アイドルストップＥＣＵ１８の起動が完了した状態で実行可能となる。なお、この一連の処理は、運転者の手動操作によるエンジン１０の始動時、及びエンジン１０の自動再始動時のどちらの場合にも行われる。

まず、Ｓ１では、エンジン１０の始動時において、最低電圧値Ｖｅを取得できるかどうか判定する。具体的には、スタータ１２が駆動中であるという信号を受信していない状態から受信した状態になった場合、まだ最低電圧値Ｖｅは発生していないので、最低電圧値Ｖｅを取得できる（ＹＥＳ）と判定する。一方、スタータ１２が駆動中であるという信号を既に受信した状態になっている場合、すでに最低電圧値Ｖｅは発生しているので、最低電圧値Ｖｅを取得できない（ＮＯ）と判定する。最低電圧値Ｖｅを取得できる（ＹＥＳ）と判定した場合、Ｓ２に進む。一方、最低電圧値Ｖｅを取得できない（ＮＯ）と判定した場合、Ｓ３に進む。

Ｓ２では、電圧センサ１７により最低電圧値Ｖｅを計測し、最低電圧値Ｖｅと第２閾値とを比較する。最低電圧値Ｖｅが取得できた場合は、最低電圧値Ｖｅを極小電圧値Ｖｃよりも優先的に用いて判定を行う。最低電圧値Ｖｅが第２閾値以上である場合は（ＹＥＳ）、Ｓ４に進む。最低電圧値Ｖｅが第２閾値よりも小さい場合は（ＮＯ）、Ｓ５に進む。

Ｓ３では、電圧センサ１７により極小電圧値Ｖｃ（２番目の極小値）を計測し、極小電圧値Ｖｃと第１閾値とを比較する。ここでは、最低電圧値Ｖｅを取得できていないので、最低電圧値Ｖｅの替わりに極小電圧値Ｖｃを用いて判定を行う。極小電圧値Ｖｃが第１閾値以上である場合は（ＹＥＳ）、Ｓ４に進む。極小電圧値Ｖｃが第１閾値よりも小さい場合は（ＮＯ）、Ｓ５に進む。

次に、最低電圧値Ｖｅが第２閾値以上である場合、又は極小電圧値Ｖｃが第１閾値以上である場合は、Ｓ４において、自動停止後の自動再始動が可能であると判断する。したがって、アイドルストップ制御の実行をすると判定する。

その後、別のルーチンにおいて、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。

一方、最低電圧値Ｖｅが第２閾値よりも小さい場合、又は極小電圧値Ｖｃが第１閾値よりも小さい場合は、Ｓ５において、自動停止後の自動再始動が不可能であると判断する。したがって、アイドルストップ制御の実行をしないと判定する。この場合、本車両の１トリップにわたって、アイドルストップ制御の実行を禁止する。

以上説明した本実施形態は以下の効果を奏する。

・最低電圧値Ｖｅが取得されなかった場合、最低電圧値Ｖｅの発生後に発生する極小電圧値Ｖｃが取得され、極小電圧値Ｖｃと第１閾値とが比較されて、アイドルストップ制御を実行するか否か判定される。

極小電圧値Ｖｃも最低電圧値Ｖｅと同様に、始動性を示す値であるので、最低電圧値Ｖｅを極小電圧値Ｖｃで代替することができる。また、最低電圧値Ｖｅが発生した後に発生する極小電圧値Ｖｃは、アイドルストップＥＣＵ１８の起動が遅れた場合でも、取得できる可能性が高い。したがって、エンジン１０の始動時に最低電圧値Ｖｅを取得できなかった場合でも、極小電圧値Ｖｃを取得してバッテリ１１の状態を検知し、アイドルストップ制御を実行するか否かを判定できる。

・極小電圧値Ｖｃは、最低電圧値Ｖｅが発生した後２番目に発生する極小値とすることにより、バッテリ１１の状態を高い精度で検知できる。

・エンジン１０の始動時に最低電圧値Ｖｅを取得された場合、低電圧値Ｖｅと第２閾値とが比較されて、アイドルストップ制御を実行するか否かを優先的に判定される。最低電圧値Ｖｅは、エンジン１０の始動時に鋭いピークとして現れるため、高精度に検出できる。したがって、最低電圧値Ｖｅを優先して用いることで、バッテリ１１の状態をより高精度に判断できる。

・アイドルストップ制御を実行しないと判定された場合は、本車両の１トリップにわたってアイドルストップ制御の実行が禁止される。これにより、バッテリ１１の残容量を増加させることができる。

上述した実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。

・上記実施形態よりも精度が低下するものの、１番目の極小値又は３番目の極小値を、第１閾値と比較する極小電圧値としてもよい。

・上記実施形態では、Ｓ５において、アイドルストップ制御を実行しないと判定した後、本車両の１トリップにわたって、アイドルストップ制御の実行を禁止する。しかし、バッテリ１１を充電し、バッテリ１１が満充電となったら、アイドルストップ制御の実行を許可するようにしてもよい。このようにすると、充電をしてバッテリ１１が回復した場合は、アイドルストップ制御を実行することができる。

・クランク軸に回転速度を検出するクランクセンサを設け、クランクセンサにより検出される回転速度からスタータ１２が回転していることを判別してもよい。

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…電圧センサ、１８…アイドルストップＥＣＵ。

Claims (4)

1. 内燃機関（１０）と、バッテリ（１１）と、前記バッテリの電圧を計測する電圧センサ（１７）と、を備えた車両に適用され、所定条件の成立に伴い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を実行する車両制御装置（１８）であって、
   前記機関の始動時において、前記バッテリの電圧の最低値である最低電圧値を前記電圧センサにより計測できなかった場合、前記最低電圧値が発生した後の前記バッテリの電圧の極小値である極小電圧値を前記電圧センサにより計測し、前記極小電圧値と第１閾値とを比較して、前記アイドルストップ制御を実行するか否かを判定することを特徴とする車両制御装置。
2. 前記極小電圧値は、前記最低電圧値が発生した後に２番目に発生する極小値である請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記機関の始動時において、前記最低電圧値を前記電圧センサにより計測できた場合、前記最低電圧値と第２閾値とを比較して、前記アイドルストップ制御を実行するか否かを優先的に判定する請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 前記アイドルストップ制御を実行しないと判定した場合は、前記車両の１トリップにわたって前記アイドルストップ制御の実行を禁止する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両制御装置。

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