JP2017061883A - エンジン停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンが低回転の場合においてもフリクション効果を精度よく評価でき、制御の精度を向上させること。
【解決手段】エンジンと、エンジンを制御する制御部と、制御部によって制御される電動機と、運転者のオン／オフの操作に連動してエンジンを始動／停止させる信号を出力するイグニッションスイッチと、を備えた車両に設けられ、制御部からのエンジンの停止要求に応じてエンジンの回転を停止させる際に、フリクションに基づいてエンジンの回転停止位置を目標停止位置に制御するように回転挙動を電動機のトルクで制御するエンジン停止制御装置において、制御部は、エンジンの停止要求がイグニッションスイッチのオフに基づいた停止要求である場合、エンジンの回転停止位置を上死点に設定して電動機によってエンジンの回転を制御して生じた実際の停止位置からエンジンのフリクションを学習する学習制御部を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン停止制御装置に関する。

近年、エンジン自動停止・始動システム（アイドルストップシステム）を搭載した車両において、再始動性を向上させるために、エンジン停止時（アイドルストップ時）にエンジン回転停止位置（停止クランク角）を始動に適したクランク角範囲に制御する技術が提案されている。

例えば特許文献１には、エンジン回転の目標停止位置より少し手前の上死点（ＴＤＣ）に設定した基準点の目標回転速度を設定するとともに、エンジン回転停止挙動開始から基準点の目標回転速度に至るまでの目標とするエンジン回転挙動の軌道（目標軌道）を基準点の目標回転速度とエンジンフリクションとに基づいて算出する技術が記載されている。そして、特許文献１の技術においては、エンジン回転停止挙動中に、エンジン回転挙動を目標軌道に一致させるようにオルタネータのトルクを制御し、エネルギー偏差が所定の下限値より小さい場合はオルタネータのトルクを最小値に固定してエンジン停止制御を実行する。

特開２０１０−０４３５３４号公報

しかしながら、上述した技術においては、エンジンの回転挙動の軌道に一致させるように制御できたとしても、目標の停止位置（停止クランク角）に止まるか否かは不確定であるという問題があった。この問題は、最終停止位置が評価として使用されず、基準点におけるエンジン回転を目標にするため、基準点から停止までのフリクションなどがずれると、基準点でのエンジン回転を合わせてもクランク角が目標停止位置にならないことが原因である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンが低回転の場合においてもフリクション効果を精度よく評価でき、制御の精度を向上させることができるエンジン停止制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係るエンジン停止制御装置は、エンジンと、前記エンジンを制御する制御部と、前記制御部によって制御される電動機と、運転者のオン／オフの操作に連動して前記エンジンを始動／停止させる信号を出力するイグニッションスイッチと、を備えた車両に設けられ、前記制御部からの前記エンジンの停止要求に応じて前記エンジンの回転を停止させる際に、フリクションに基づいて前記エンジンの回転停止位置を目標停止位置に制御するように前記エンジンの回転挙動を前記電動機のトルクで制御するエンジン停止制御を実行するエンジン停止制御装置において、前記制御部は、前記エンジンの停止要求が、前記イグニッションスイッチのオフに基づいた停止要求である場合に、前記エンジンの回転停止位置を上死点に設定して前記電動機によって前記エンジンの回転を制御して生じた実際の停止位置から、前記エンジンの前記フリクションを学習する学習制御部を備えることを特徴とする。

本発明に係るエンジン停止制御装置によれば、イグニッションスイッチがオフの場合に、エンジンの気筒の停止位置を上死点に設定していることにより、通常時において停止する確率が低い上死点に停止させるように制御した場合からのずれを明確に評価できるので、エンジンが低回転の場合のフリクション効果を精度よく評価でき、制御の精度を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の実施形態における車両の構成を示す概略構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態によるエンジン停止にともなう学習制御方法を説明するためのフローチャートである。 図３は、本発明の第１の実施形態によるフリクションのエンジン回転数依存性を示すグラフである。 図４は、本発明の第１の実施形態によるフリクションのエンジン回転数依存性を示すグラフである。 図５は、本発明の第２の実施形態によるエンジン停止に伴う学習制御方法を説明するためのフローチャートである。 図６は、エンジンの回転の実回転と予測回転とを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の実施形態における車両の構成について説明する。図１は、この実施形態による車両の概略構成図を示す。

（車両構成）
図１に示すように、この実施形態による車両１は、エンジン１１、変速機１２、オルタネータ１３、ベルト１４、出力軸１５、差動機構１６、駆動輪１７、クランク角センサ１８および電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）２０を備える。

エンジン１１は、車両１の動力源として機能する。エンジン１１は、クラッチ（図示せず）を介して変速機１２に連結されている。エンジン１１の出力トルクは、クラッチを介して変速機１２に入力され、出力軸１５および差動機構１６などを介して、変速機１２から駆動輪１７に伝達される。すなわち、変速機１２に入力されたエンジン１１の回転は、変速機１２において変速されて差動機構１６を介して車両１の駆動輪１７に伝達される。エンジン１１は、ＥＣＵ２０の制御によって、自動で停止・再始動可能に構成されているとともに、運転者による始動スイッチのオン・オフに連動して始動・停止可能に構成されている。

オルタネータ１３は、エンジン１１にベルト１４を介して接続される。オルタネータ１３はエンジン１１の回転挙動を変化させる回転挙動変化部として用いられる。なお、エンジン１１の回転挙動を変化させる回転挙動変化部としては、モータジェネレータ（ＭＧ）や、スロットルなどを採用することも可能である。

制御部としてのＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、およびインターフェース等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路によって構成される。ＥＣＵ２０の機能は、ＣＰＵがＲＯＭからＲＡＭ内にロードした制御プログラムを実行して、ＣＰＵの制御に基づいて車両１内の各種装置を動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭ内のデータの読み出しおよび書き込みを行うことによって、実現される。ＥＣＵ２０は、車両１内における各種センサ類の情報に基づいて、エンジン１１、変速機１２、およびオルタネータ１３を総合的に制御する。また、ＥＣＵ２０は、各種センサによって検出されたエンジン運転状態に応じて、燃料噴射量や噴射時期、点火プラグの点火時期を制御する。また、ＥＣＵ２０は、アイドル運転中に所定の自動停止条件が成立してエンジン停止要求（アイドルストップ要求）が発生したときに、燃焼（点火および／または燃料噴射）を停止させてエンジン回転を停止させるアイドルストップを実行する。このアイドルストップによるエンジン停止中に運転者が車両１を発進させるための操作を行って所定の自動始動条件が成立した場合、ＥＣＵ２０は例えばスタータを制御して、通電させてエンジン１１をクランキングして自動始動させる。

ＥＣＵ２０は、噴射量制御部２１、オルタ発電制御部２２、フリクション算出部２３、およびエンジン挙動算出部２４を有する。また、ＥＣＵ２０には、車両１に設けられた各種センサから、例えばクランク信号、水温、油温、およびイグニッション信号（ＩＧ信号）が入力される。ＥＣＵ２０の噴射量制御部２１は、エンジン１１における燃料の噴射量を制御する、いわゆる噴射量制御を行う。また、ＥＣＵ２０のオルタ発電制御部２２は、オルタネータ１３における発電を制御する、いわゆる発電制御を行う。これにより、ＥＣＵ２０はエンジン１１に対するエンジン停止制御装置として機能する。

（第１の実施形態）
次に、上述のように構成された車両１におけるエンジン停止制御装置としてのＥＣＵ２０による第１の実施形態による学習制御方法について説明する。図２は、この第１の実施形態におけるＥＣＵ２０による学習制御処理を説明するためのフローチャートである。図３および図４は、ＥＣＵ２０による学習前後におけるフリクションのエンジン回転数依存性を示すグラフである。

図２に示すように、ＥＣＵ２０には、車両１のエンジン１１の稼働状態から停止される場合に、ＩＧ信号が入力されるとともに、エンジン挙動算出部２４によってエンジン１１の状態が算出される。ＥＣＵ２０は、算出されたエンジン１１の状態と入力されたＩＧ信号とに基づいて、エンジン１１の停止が、運転者によるイグニッションスイッチのオフに起因するものであるか否かを判定する。

エンジン１１の停止が、運転者によるイグニッションスイッチのオフに起因する場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２においてＥＣＵ２０のエンジン挙動算出部２４は、フリクション算出部２３が算出したフリクションに基づいて、クランク角が上死点（ＴＤＣ）の状態でエンジン１１を停止させるための目標となる目標エンジン回転軌道を算出する。すなわち、エンジン挙動算出部２４は、エンジン１１内のいずれかの気筒を、圧縮行程における気筒内のピストンの上死点到達位置（圧縮ＴＤＣ）で停止させるための基準点でのエンジン回転を算出する。なお、エンジン挙動算出部２４は、ＴＤＣにおいて０ｒｐｍを基準点として従来公知の方法（特許文献１参照）と同様にして、フリクションに基づいて目標エンジン回転軌道を算出する。ここで、フリクション算出部２３およびエンジン挙動算出部２４が学習制御部として機能するが、ＥＣＵ２０の全体から学習制御部を構成してもよい。その後、ステップＳＴ３に移行する。

ステップＳＴ３においてＥＣＵ２０は、電動機としてのオルタネータ１３を制御することにより、ステップＳＴ２において算出した目標エンジン回転軌道に一致するようにエンジン１１の回転を制御する。その後、ステップＳＴ４に移行する。

ステップＳＴ４においてＥＣＵ２０は、エンジン１１の実際の停止位置（実際の停止クランク角）に基づいて、オルタネータ１３のトルクが発生しなかった低回転におけるフリクションを所定の記録部に格納して、他の処理に用いるいわゆる学習を行う。具体的に、エンジン１１におけるクランク角がＴＤＣで停止した場合には、ＥＣＵ２０は特に処理を行うことなく継続する。

また、実際の停止クランク角がＴＤＣより手前で逆転した場合、逆転が開始したクランク角に基づいてフリクションを増加方向にする学習を行う。すなわち、エンジン１１における停止位置がＴＤＣより手前で逆転している場合、図３に示すように、逆転の開始がＴＤＣに近い時にはフリクションを少し増加させる。一方、逆転の開始がＴＤＣから遠い場合には、フリクションをやや大きく増加させる。

図２のステップＳＴ４において、反対に実際の停止クランク角がＴＤＣを超えてしまった場合、ＴＤＣにおける回転数に基づいて、フリクションを減少方向にする学習を行う。すなわち、エンジン１１の停止位置がＴＤＣを超えている場合、図４に示すように、ＴＤＣでの回転が０に近い場合にはフリクションを少し減少させる。一方、ＴＤＣでの回転がやや大きい場合は、フリクションをやや大きく減少させる。その後、図２におけるステップＳＴ４の処理においてＥＣＵ２０による学習が終了すると、第１の実施形態による制御処理が終了する。

他方、ステップＳＴ１において、エンジン１１の停止がＥＣＵ２０による自動停止制御に基づく場合などであって、運転者によるイグニッションスイッチのオフに起因するものではない場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、ステップＳＴ５に移行する。

ステップＳＴ５においては、ＥＣＵ２０は、従来公知の方法（特許文献１参照）によってエンジン１１に対して、再始動に適したクランク角を目標停止位置として制御する。具体的には、まず、ＥＣＵ２０のエンジン挙動算出部２４が、エンジン１１の再始動に適した位置に止まる基準点でのエンジン回転軌道を算出する。一方、フリクション算出部２３が算出したフリクションに基づいてエンジン１１の回転挙動を算出する。これらのエンジン１１におけるエンジン回転軌道や回転挙動に基づいて、オルタ発電制御部２２がオルタネータ１３を制御することにより、オルタネータ１３がエンジン１１の回転挙動を制御する。この制御が終了すると、第１の実施形態による制御処理が終了する。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、クランク角がＴＤＣになる状態は成り行きで停止する確率が極めて低いため、このＴＤＣで停止させる制御を行ってＥＣＵ２０による学習を行うことにより、フリクションの学習を高精度に行うことができ、精度の良い制御評価が可能になる。すなわち、制御に問題がない場合には、ＥＣＵ２０により制御に問題がないことを確認でき、制御に問題が生じた場合であっても、ＥＣＵ２０はフリクションに関する学習を行って補正を行うことが可能になる。したがって、エンジン１１の再始動性向上のために始動に適した回転停止位置（目標停止位置）に停止させるように制御したい場合に、制御の精度を向上できる。また、ＥＣＵ２０によるフリクションの学習を、イグニッションスイッチがオフになることによってエンジン１１が停止された場合に限定していることにより、次にエンジン１１を始動させる場合における始動性の低下に対する影響を最小限にできる。なお、経年劣化は急激に生じるものではないため、上述したクランク角の停止位置の制御については、毎回行う必要はなく、イグニッションスイッチがオフの場合だけ実施してもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による学習制御方法について説明する。図５は、この第２の実施形態におけるＥＣＵ２０による学習制御処理を説明するためのフローチャートである。図６は、エンジン１１の回転の実回転と予測した予測回転とを示すグラフである。また、この第２の実施形態による学習制御処理は、第１の実施形態における課題を解決するものである。すなわち、第１の実施形態においては、オルタネータ１３によって目標エンジン回転軌道に一致するように制御している区間においては、オルタネータ１３のトルクの推定が困難であることから、フリクションの学習が困難であった。第２の実施形態においては、第１の実施形態が内在する課題を解決するために成されたものである。

図５に示すように、第１の実施形態におけるステップＳＴ１と同様にして、ＥＣＵ２０は、エンジン１１の停止が、運転者によるイグニッションスイッチのオフに起因するものであるか否かを判定する。

エンジン１１の停止が、運転者によるイグニッションスイッチのオフに起因する場合（ステップＳＴ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１２に移行する。ステップＳＴ１２においてＥＣＵ２０は、記録部（図示せず）から前回設定された停止時の学習方法を読み込む。なお、設定されていない場合には、任意の学習方法を選択することが可能である。その後、ステップＳＴ１３に移行する。

ステップＳＴ１３においてＥＣＵ２０は、前回設定された停止時の学習方法が、制御しないで学習する方法であるか否かを判定する。ＥＣＵ２０は、前回設定された停止時の学習方法が、制御しないで学習する方法であると判断した場合（ステップＳＴ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１４に移行する。

ステップＳＴ１４においてＥＣＵ２０のエンジン挙動算出部２４は、例えばＴＤＣなどの基準となるクランク角ごとに、エンジン回転における実値と前回算出した予測値とのエネルギー誤差を算出する。ＥＣＵ２０のフリクション算出部２３は、エンジン挙動算出部２４により算出されたエネルギー誤差に応じてフリクションを算出して所定の記録部に格納し、他の処理に用いるいわゆる学習を行う。ステップＳＴ１４においては、さらに、フリクション算出部２３により算出されたフリクションと上述したエンジン回転の実値とに基づいて、次回のエンジン回転の予測値を算出する。

以上のステップＳＴ１４の処理は具体的には次のように行う。すなわち、図６に示すように、エンジン挙動算出部２４が、前回（Ｎ−１）の算出時におけるエンジン回転の実値（図６中、Ｎ−１の黒丸）および算出されたフリクションから、今回（Ｎ）のエンジン回転を算出して予測する（図６中、Ｎの白丸）。なお、予測方法は従来公知の方法（特許文献１参照）を採用できる。また、エンジン挙動算出部２４は、今回（Ｎ）のエンジン回転の実値（図６中、Ｎの黒丸）と予測されたエンジン回転（図６中、Ｎの白丸）とを比較することにより、以下の式（１）に基づいてエネルギー誤差を算出する。
エネルギー誤差ΔＷ＝１／２×Ｉ（ｗ₁ ²−ｗ₂ ²）…（１）
Ｉ：イナーシャ、ｗ₁：エンジン回転の予測値、ｗ₂：エンジン回転の実値

その後、算出されたエネルギー誤差ΔＷに基づいて、フリクション算出部２３が以下の式（２）に基づいてフリクションを算出して予測する。
Ｆ_Nnew =Ｆ_Nold ＋ｋ×ΔＷ …（２）
Ｆ_Nnew ：今回（Ｎ）の学習後のフリクション、Ｆ_Nold：今回（Ｎ）の学習前のフリクション、ｋ：実験的に決定しておく補正係数

このようにして学習後のフリクションＦ_Nnewを予測することにより、次回（Ｎ＋１）におけるエンジン回転の予測値（図６中、Ｎ＋１の白丸）を算出できる。図５に示すステップＳＴ１４は、エンジン１１が停止するまで複数回繰り返し実行される。エンジン１１が停止すると、ステップＳＴ１５に移行する。

ステップＳＴ１５においてＥＣＵ２０は、ステップＳＴ１４においてエンジン挙動算出部２４により算出されたエネルギー誤差の最大値が、所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。エネルギー誤差の最大値が所定の閾値よりも小さい場合（ステップＳＴ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１６に移行する。

ステップＳＴ１６においてＥＣＵ２０は、次回イグニッションスイッチがオフにされたことでエンジン１１が停止された場合には、オルタ発電制御部２２に対してエンジン１１におけるクランク角をＴＤＣで停止させる制御を行う設定をして、所定の記録部に格納する。すなわち、記録部に格納された設定が、次回の制御処理において上述したステップＳＴ１２に用いられる。これは、ＥＣＵ２０によりエネルギー誤差が所定の閾値より小さいと判断された場合には、ＥＣＵ２０によるフリクションの学習の精度が高精度であると判断できるためである。

他方、ステップＳＴ１５においてＥＣＵ２０は、ステップＳＴ１４においてエンジン挙動算出部２４により算出されたエネルギー誤差の最大値が、所定の閾値以上であると判断した場合（ステップＳＴ１５：Ｎｏ）、ステップＳＴ２０に移行する。

ステップＳＴ２０においてＥＣＵ２０は、次回イグニッションスイッチがオフにされたことでエンジン１１が停止された場合には、オルタ発電制御部２２に対してエンジン１１におけるクランク角をＴＤＣで停止させる制御を行わない設定をして、所定の記録部に格納する。これは、通常、クランク角をＴＤＣで停止させる制御を行わない方が、ＥＣＵ２０によるフリクションの学習は行いやすいためである。すなわち、ステップＳＴ１５において、エネルギー誤差の最大値が所定の閾値以上で大きいと判断された場合、ＥＣＵ２０によってフリクションの学習が必要になる。このような場合においては、ＥＣＵ２０にとってフリクションの学習は、より行いやすい方法でするのが好ましいためである。そのため、次回は、ＥＣＵ２０は、クランク角をＴＤＣで停止させる制御を行うことなく、フリクションの学習を行う。

他方、ステップＳＴ１３においてＥＣＵ２０は、前回設定された停止時の学習方法が制御して学習する方法であると判断した場合（ステップＳＴ１３：Ｎｏ）、ステップＳＴ１７に移行する。ステップＳＴ１７〜ＳＴ１９はそれぞれ、第１の実施形態におけるステップＳＴ２〜ＳＴ４の処理と同様である。また、ステップＳＴ１１からステップＳＴ２１に移行して、処理を行う場合においても、ステップＳＴ１１，ＳＴ２１はそれぞれ、第１の実施形態におけるステップＳＴ１，ＳＴ５と同様である。以上の処理を行うことにより、この第２の実施形態による学習制御処理が終了する。

すなわち、以上の学習制御処理においては、前回の学習制御処理が終了した後において、前回の学習制御処理がクランク角をＴＤＣにするような制御を含む場合には、今回の制御においてＥＣＵ２０は、フリクションの学習を行う。また、クランク角がＴＤＣで停止できた場合には、今後のフリクションの変化に備えて、ＥＣＵ２０は、クランク角をＴＤＣで停止させる制御を行わないでフリクションの学習を行う。反対に、クランク角がＴＤＣで停止できなかった場合においても、フリクションのずれから確認する必要があるため、ＥＣＵ２０は、クランク角をＴＤＣで停止させる制御を行わないでフリクションの学習を行う。

以上説明した第２の実施形態においては、第１の実施形態の場合に比して、イグニッションスイッチがオフの時に停止クランク角をＴＤＣにして、停止位置を揃える頻度が減少するため、外乱を低減させた状態でフリクションを高精度に学習できる。また、クランク角をＴＤＣで停止させる制御を行う場合と行わない場合とを織り交ぜて学習制御処理を実行することにより、ＥＣＵ２０によるフリクションの学習および評価を効率的に行うことができ、経年変化などに対応することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

１１ エンジン
１３ オルタネータ
１８ クランク角センサ
２０ ＥＣＵ
２３ フリクション算出部
２４ エンジン挙動算出部

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンを制御する制御部と、前記制御部によって制御される電動機と、運転者のオン／オフの操作に連動して前記エンジンを始動／停止させる信号を出力するイグニッションスイッチと、を備えた車両に設けられ、前記制御部からの前記エンジンの停止要求に応じて前記エンジンの回転を停止させる際に、フリクションに基づいて前記エンジンの回転停止位置を目標停止位置に制御するように前記エンジンの回転挙動を前記電動機のトルクで制御するエンジン停止制御を実行するエンジン停止制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンの停止要求が、前記イグニッションスイッチのオフに基づいた停止要求である場合に、前記エンジンの回転停止位置を上死点に設定して前記電動機によって前記エンジンの回転を制御して生じた実際の停止位置から、前記エンジンの前記フリクションを学習する学習制御部を備える
   ことを特徴とするエンジン停止制御装置。

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