JP2017129013A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動性の低下を抑制しつつベルトの耐久性を向上させたベルト伝動システムの制御装置を提供する。【解決手段】制御装置２４は、ベルト２１の負荷状態を検出する負荷検出部５２と、エンジン１１の始動指令に応じてモータ１４を力行作動させるスタータ制御部５１と、スタータ制御部５１によるモータ１４の力行作動時、ベルト２１の負荷状態が所定の高負荷状態である場合にモータ１４の出力トルクを減少させるトルク制限部５３とを備える。したがって、モータ１４は、駆動開始直後から最大トルクを出力することが可能である。そのため、エンジン１１のクランク軸１３の回転を速やかに上昇させることができる。また、ベルト２１が高負荷状態になった場合にはモータ１４の出力トルクが減少させられため、ベルト２１の張力増加およびスリップを抑えることができる。【選択図】図７

Description

本発明は、ベルト伝動システムに用いられる制御装置に関する。

従来、ベルトを介してエンジンの駆動軸にモータの回転動力を伝達するように構成されたベルト伝動システムが公知である。例えば特許文献１に開示されたベルト伝動システムでは、エンジンを始動するとき、モータの駆動開始時点から所定時間はモータの出力トルクを最大トルクよりも小さくし、上記所定時間の経過後にモータの出力トルクを最大トルクにする。これにより、ベルトの張力増加、および、ベルトとプーリとのスリップを抑制して、ベルトの耐久性の向上を図っている。

特開２００３−３２８９１１号公報

ところが、特許文献１に開示されたベルト伝動システムでは、モータの駆動開始時点から所定時間はモータの出力トルクが最大トルクとならないため、エンジンの始動性が低下するという欠点があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの始動性の低下を抑制しつつベルトの耐久性を向上させたベルト伝動システムの制御装置を提供することである。

本発明による制御装置は、モータと、モータの回転軸に設けられるモータプーリと、エンジンの駆動軸に設けられる駆動軸プーリと、モータプーリおよび駆動軸プーリに掛けまわされるベルトと、ベルトに接触するように設けられるとともにベルトに対して接近および離間する方向へ移動可能なテンショナプーリを有するテンショナと、を備えるベルト伝動システムに用いられる。制御装置は、ベルトの負荷状態を検出する負荷検出部と、エンジンの始動指令に応じてモータを力行作動させるスタータ制御部と、スタータ制御部によるモータの力行作動時、ベルトの負荷状態が所定の高負荷状態である場合にモータの出力トルクを減少させるトルク制限部とを備える。

したがって、モータは駆動開始直後から最大トルクを出力することが可能である。そのため、エンジンの駆動軸の回転を速やかに上昇させることができる。また、ベルトが高負荷状態の場合にはモータの出力トルクが減少させられため、ベルトの張力増加およびスリップを抑えることができる。よって、本発明によれば、エンジンの始動性の低下を抑制しつつベルトの耐久性を向上させることができる。
上記「所定の高負荷」とは、例えばベルトの最大許容負荷である。

本発明の第１実施形態による制御装置が用いられた車両用エンジンのベルト伝動システムを示す図である。 図１の状態から第１テンショナプーリが緩み側へ移動した状態を示す図である。 図２の状態から更に第１テンショナプーリが緩み側へ移動した状態を示す図である。 図１の制御装置により実行される処理を説明するフローチャートである。 図１の制御装置が減少指令時間を算出するとき用いる目標トルクと減少指令時間との関係を示す図である。 図１の制御装置が減少指令時間を算出するとき用いるモータ応答性と減少指令時間との関係を示す図である。 図１の制御装置が有する機能部を示すブロック図である。 第１実施形態において、エンジン回転停止状態からエンジンを始動するときの出力トルク、ベルト上流部張力およびエンジン回転数の時系列変化を、第１実施形態と第１比較形態と第２比較形態とで比較して示す図である。 第１実施形態において、エンジン惰性回転状態からエンジンを始動するときの出力トルク、ベルト上流部張力およびエンジン回転数の時系列変化を、第１実施形態と第１比較形態と第２比較形態とで比較して示す図である。 本発明の第２実施形態において、エンジン回転停止状態からエンジンを始動するときの出力トルク、ベルト上流部張力およびエンジン回転数の時系列変化を、第２実施形態と第１比較形態とで比較して示す図である。 本発明の第３実施形態による制御装置により実行される処理を説明するフローチャートである。 本発明の第４実施形態による制御装置により実行される処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による制御装置は、図１に示す車両用エンジン１１のベルト伝動システム１２に用いられている。ベルト伝動システム１２は、エンジン１１の駆動軸としてのクランク軸１３とモータ１４との間でベルトを介して動力伝達を行う。

（ベルト伝動システム）
先ず、ベルト伝動システム１２について図１を参照して説明する。
ベルト伝動システム１２は、モータ１４、モータプーリ１５、駆動軸プーリ１６、補機プーリ１６、１７、１８、ベルト２１、第１テンショナ２２、第２テンショナ２３、および、制御装置２４を備えている。

モータ１４は、力行作動および回生作動が可能なモータジェネレータである。モータ１４は、エンジン１１を始動するとき力行作動してクランク軸１３を回転駆動するスタータ機能、力行作動してエンジン１１の駆動を補助するアシスト機能、および、回生作動して発電する発電機能を併せ持っている。

モータプーリ１５は、モータ１４の回転軸２５に固定されており、回転軸２５と一体に回転する。
駆動軸プーリ１６は、クランク軸１３に固定されており、クランク軸１３と一体に回転する。
補機プーリ１６、１７、１８は、図示しない補機の入力軸に固定されている。補機は、例えばウォーターポンプ、空調用コンプレッサ、およびパワステポンプ等である。

ベルト２１は、無端環状部材であり、モータプーリ１５、駆動軸プーリ１６、および補機プーリ１６、１７、１８に掛けまわされている。プーリの回転は、ベルト２１を介して他のプーリに伝達される。本実施形態では、ベルト２１の送り方向において駆動軸プーリ１６、補機プーリ１６、モータプーリ１５、補機プーリ１７、補機プーリ１８がその順で設けられている。

モータプーリ１５、駆動軸プーリ１６、補機プーリ１６、１７、１８、およびベルト２１からなるベルト伝動機構は、モータ１４のスタータ機能およびアシスト機能を発揮するとき、モータ１４のトルク（以下、出力トルク）をモータプーリ１５およびベルト２１を介して駆動軸プーリ１６に伝達して、クランク軸１３を回転駆動する。また、ベルト伝動機構は、モータ１４の発電機能を発揮するとき、エンジン１１のトルクを駆動軸プーリ１６およびベルト２１を介してモータプーリ１５に伝達して、回転軸２５を回転駆動する。

第１テンショナ２２は、ベルト２１の送り方向において駆動軸プーリ１６からモータプーリ１５までの間の第１区間に設けられており、ベルト２１のうち第１区間の部分の張力を主として調整する。第１テンショナ２２は、支点軸３１、「支持部材」としてのアーム３２、第１テンショナプーリ３３、および付勢部材３４を有する。

支点軸３１は、エンジン１１のケースに固定されている。アーム３２は、支点軸３１により軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。第１テンショナプーリ３３は、ベルト２１に接触するように設けられているアイドラプーリであって、アーム３２の一端部により回転可能に支持されている。また、第１テンショナプーリ３３は、ベルト２１に対して接近および離間する方向、すなわちベルト２１に対して張り方向および緩み方向へ移動可能である。付勢部材３４は、アーム３２の他端部とエンジン１１のケースとの間に設けられているばねであり、第１テンショナプーリ３３をベルト２１に押し付けてベルト２１の張力が増すようにアーム３２を付勢している。

第２テンショナ２３は、ベルト２１の送り方向においてモータプーリ１５から駆動軸プーリ１６までの間の第２区間に設けられており、ベルト２１のうち第２区間の部分の張力を主として調整する。第２テンショナ２３は、支点軸３５、「支持部材」としてのアーム３６、第２テンショナプーリ３７、および付勢部材３８を有する。

支点軸３５は、エンジン１１のケースに固定されている。アーム３６は、支点軸３５により軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持されている。第２テンショナプーリ３７は、ベルト２１に接触するように設けられているアイドラプーリであって、アーム３６の一端部により回転可能に支持されている。また、第２テンショナプーリ３７は、ベルト２１に対して接近および離間する方向、すなわちベルト２１に対して張り方向および緩み方向へ移動可能である。付勢部材３８は、アーム３６の他端部とエンジン１１のケースとの間に設けられているばねであり、第２テンショナプーリ３７をベルト２１に押し付けてベルト２１の張力が増すようにアーム３６を付勢している。

制御装置２４は、マイクロコンピュータおよびモータ駆動回路を主体として構成されており、車両に設けられるエンジン用制御装置４１および各種センサと電気的に接続されている。エンジン用制御装置４１は、エンジン１１の始動指令を制御装置２４に出力する。

上記各種センサには、クランク角センサ４２およびギャップセンサ４３などが含まれる。クランク角センサ４２は、クランク軸１３の回転位置（回転角）を検出する。制御装置２４は、クランク軸１３の回転位置の変化に基づきクランク軸１３の回転数（以下、エンジン回転数）を算出する。ギャップセンサ４３は、所定の基準位置Ｐ１から第１テンショナプーリ３３の特定位置Ｐ２までの距離を検出する。制御装置２４は、上述の距離を第１テンショナプーリ３３の位置情報（以下、プーリ位置情報）として取得する。そして、制御装置２４は、各種センサから取得する信号に基づき所定の処理を実行してモータ１４を制御して、ベルト伝動システム１２の作動状態を制御する。

（制御装置）
次に、制御装置２４について図１〜図７を参照して説明する。以下の説明において、ベルト２１のうちモータプーリ１５に対して送り方向側の部分を下流部４４と記載する。また、ベルト２１のうちモータプーリ１５に対して送り方向とは反対側の部分を上流部４５と記載する。

ベルト伝動システム１２は、図１の状態において始動指令に応じてモータ１４が力行作動すると、図２の状態を経て図３に示すように上流部４５が張られるとともに、下流部４４が緩められる。この際、図３の状態よりもさらに上流部４５が張られてしまうと、ベルト２１の負荷状態が所定の高負荷状態となり、ベルト２１の耐久性の低下を招く。この高負荷状態は、ベルト２１の耐久性の低下に影響を与えるような高張力の状態であるとして予め例えば実験等により確認される。本実施形態では、「所定の高負荷」はベルト２１の最大許容負荷である。

そこで、制御装置２４は、図４に示す処理を実行して、ベルト２１が高負荷状態となるのを回避する。図４に示すルーチンは、制御装置２４が起動しているときに繰り返し実行される。
先ずステップＳ１では、エンジン１１の始動指令が有るか否かが判定される。始動指令が有る場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２に移行する。一方、始動指令が無い場合（Ｓ１：Ｎｏ）、処理は図４に示すルーチンを抜ける。

ステップＳ２では、モータ１４が力行作動させられる。始動開始直後のモータ１４の目標トルクは、モータ１４が出力可能なトルク範囲の最大トルクに設定される。ステップＳ２の後、処理はステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、エンジン回転数が０よりも大きいか否か、すなわちクランク軸１３が回転しているか否かが判定される。エンジン回転数が０よりも大きい場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４に移行する。一方、エンジン回転数が０以下である場合（Ｓ３：Ｎｏ）、処理はステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、ベルト２１の負荷状態が所定の高負荷状態であるか否かが判定される。本実施形態では、プーリ位置情報を基にベルトの負荷状態が判断される。具体的には、基準位置Ｐ１から特定位置Ｐ２までの距離が所定の閾値以下となった場合に、ベルトの負荷状態が高負荷状態であると判定される。以下では、上記距離を負荷判断距離と記載する。ベルト２１が高負荷状態である場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５に移行する。一方、ベルト２１が高負荷状態ではない場合（Ｓ４：Ｎｏ）、処理はステップＳ２に戻る。

ステップＳ５では、後述のステップＳ６においてモータ１４の出力トルクが減少させられるときの目標トルクが算出される。本実施形態では、ステップＳ６での目標トルクは０である。続いて、後述のステップＳ６、Ｓ７においてモータ１４の出力トルクが減少するように指令する時間（以下、減少指令時間Ｔｃ）が算出される。減少指令時間Ｔｃは、図５に示すようにステップＳ６での目標トルクが小さいほど短く設定される。また、減少指令時間Ｔｃは、図６に示すようにモータ１４の応答性（すなわち、目標トルクの指令に対する出力トルクの反応の特性）が低いほど短く設定される。モータ１４の応答性に関する情報は予め制御装置２４の記憶部に記憶されている。ステップＳ５の後、処理はステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、モータ１４の出力トルクが減少させられる。本実施形態では、モータ１４の目標トルクが最大トルクから０に変更される。つまり、モータ１４の力行作動が休止される。ステップＳ６の後、処理はステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、モータ１４の力行作動の休止開始から減少指令時間Ｔｃが経過したか否かが判定される。減少指令時間Ｔｃが経過した場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ８に移行する。一方、減少指令時間Ｔｃが未経過である場合（Ｓ７：Ｎｏ）、処理はステップＳ６に戻る。

ステップＳ８では、モータ１４の目標トルクが元の値、すなわち最大トルクに戻される。つまり、モータ１４の力行作動が再開される。ステップＳ８の後、処理は図４のルーチンを抜ける。

図７に示すように、制御装置２４は、図４のステップＳ１、Ｓ２の処理を行うスタータ制御部５１と、図４のステップＳ４の処理を行う負荷検出部５２と、図４のステップＳ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８の処理を行うトルク制限部５３とを有する。制御装置２４の機能部５１、５２、５３が実行する処理は、ＲＯＭ等に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理、または、専用の電子回路によるハードウェア処理で実現されている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態による制御装置２４は、ベルト２１の負荷状態を検出する負荷検出部５２と、エンジン１１の始動指令に応じてモータ１４を力行作動させるスタータ制御部５１と、スタータ制御部５１によるモータ１４の力行作動時、ベルト２１の負荷状態が所定の高負荷状態である場合にモータ１４の出力トルクを減少させるトルク制限部５３と、を備える。

したがって、モータ１４は、図８に実線で示すように駆動開始時刻ｔ１直後から最大トルクを出力することが可能である。そのため、エンジン１１のクランク軸１３の回転を速やかに上昇させることができる。また、ベルト２１が高負荷状態になった場合（図８の時刻ｔ２）にはモータ１４の出力トルクが減少させられため、ベルト２１の張力増加およびスリップを抑えることができる。よって、第１実施形態によれば、エンジン１１の始動性の低下を抑制しつつベルト２１の耐久性を向上させることができる。

図８に一点鎖線で示すように、第１比較形態では、駆動開始時刻ｔ１直後から最大トルクが出力される。しかし、時刻ｔ２を過ぎてもなお最大トルクのままであるため、ベルトの高負荷状態が継続してしまう。そのため、第１比較形態では、ベルトの耐久性が低下するおそれがある。

一方、図８に破線で示すように、第２比較形態では、駆動開始時刻ｔ１から所定時間はモータの出力トルクが最大トルクよりも小さくされ、上記所定時間の経過後にモータの出力トルクが最大トルクにされる。これによると、ベルトが高負荷状態にならない代わりに、エンジン回転数の立ち上がりが遅れ、エンジン始動性が低下してしまう。
第１実施形態では、第１および第２比較形態における上述の問題を解決している。

また、第１実施形態では、負荷検出部５２は、プーリ位置情報を基にベルト２１の負荷状態を判断する。
プーリ位置情報のみを判断材料とするため、エンジン１１がいかなる状態（停止状態、回転状態）であってもベルト２１の負荷状態を判断可能である。

また、第１実施形態では、負荷検出部５２は、所定の基準位置から第１テンショナプーリ３３の特定位置までの距離である負荷判断距離をプーリ位置情報として取得する。
二点間距離は容易に検出することができるため、比較的容易にベルト２１の負荷状態を判断可能である。

また、第１実施形態では、トルク制限部５３は、クランク軸１３の回転開始以降にモータ１４の出力トルクを減少させる。
このようにクランク軸１３の回転が確認されたときのみトルク減少制御が行われるので、エンジン回転数を速やかに上昇させることができる。これに対して、クランク軸１３が未だ回転していない段階からトルク減少制御が行われると、エンジン回転数の立ち上がりが遅くなってしまう。

また、第１実施形態では、トルク制限部５３は、モータ１４の応答性が低いほど減少指令時間Ｔｃを短くする。
これにより、ベルト２１の高負荷状態を解除するために必要十分なだけ出力トルクを減少させつつ、高負荷状態の解除後に可及的に速やかに出力トルクを最大トルクまで上げることができる。

また、第１実施形態では、トルク制限部５３は、モータ１４の出力トルクを減少させるとき、当該モータ１４の目標トルクを小さくする。このようにしてモータ１４の出力トルクを減少させることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、モータ１４は、応答性が比較的低いものが用いられている。そのため、図１０に示すように減少指定時間Ｔｃが比較的短く設定される。これにより、ベルト２１の高負荷状態を解除するために必要十分なだけ出力トルクを減少させつつ、高負荷状態の解除後に可及的に速やかに出力トルクを最大トルクまで上げることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図１１に示すように、ステップＳ６においてモータ１４の出力トルクが減少させられるとき、目標トルクが最大トルクよりも半減させられる。このように、トルク減少制御において目標トルクを０まで減少しなくてもよい。これにより高負荷状態の解除後に可及的に速やかに出力トルクを最大トルクまで上げることができるため、特に、応答性が比較的低いモータ１４を用いるときに有効である。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、図１２に示すように、ステップＳ６においてモータ１４の出力トルクが減少させられるとき、目標トルクが最大トルクの１／３だけ減少させられる。このように、トルク減少制御において目標トルクを０まで減少しなくてもよい。これにより高負荷状態の解除後に可及的に速やかに出力トルクを最大トルクまで上げることができるため、特に、応答性が比較的低いモータ１４を用いるときに有効である。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、第２テンショナの位置情報に基づきベルトの負荷状態が判断されてもよい。また、第１テンショナおよび第２テンショナの両方の位置情報に基づきベルトの負荷状態が判断されてもよい。
本発明の他の実施形態では、トルク減少制御時の目標トルクは、０、最大トルクの半減、最大トルクの１／３減少に限らず、その間の値であってもよい。
本発明の他の実施形態では、負荷検出部は、テンショナプーリの軸心まわりの角度をプーリ位置情報として取得してもよい。
本発明の他の実施形態では、トルク制限部は、モータの通電電流を小さくすることによって、モータの出力トルクを減少させてもよい。
本発明の他の実施形態では、駆動軸の回転開始直前にモータの出力トルクを減少させてもよい。

本発明の他の実施形態では、第１テンショナおよび第２テンショナは、振り子式に限らず、他の形式のテンショナであってもよい。
本発明の他の実施形態では、駆動軸プーリおよびモータプーリの他に設けられるプーリの数はいくつであってもよい。また、他のプーリの種類は特に限定されず、例えばアイドラプーリ等であってもよい。また、他のプーリが接続される補機の種類は、第１実施形態および第２実施形態に記載されたものに限定されない。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・ベルト伝動システム
１１・・・エンジン
１３・・・駆動軸
１４・・・モータ
１５・・・モータプーリ
１６・・・駆動軸プーリ
２１・・・ベルト
２２・・・第１テンショナ（テンショナ）
２５・・・回転軸
３３・・・第１テンショナプーリ（テンショナプーリ）
５１・・・負荷検出部
５２・・・スタータ制御部
５３・・・トルク制限部

Claims (8)

1. モータ（１４）と、前記モータの回転軸（２５）に設けられるモータプーリ（１５）と、エンジン（１１）の駆動軸（１３）に設けられる駆動軸プーリ（１６）と、前記モータプーリおよび前記駆動軸プーリに掛けまわされるベルト（２１）と、前記ベルトに接触するように設けられるとともに前記ベルトに対して接近および離間する方向へ移動可能なテンショナプーリ（３３）を有するテンショナ（２２）と、を備えるベルト伝動システムに用いられる制御装置であって、
   前記ベルトの負荷状態を検出する負荷検出部（５１）と、
   前記エンジンの始動指令に応じて前記モータを力行作動させるスタータ制御部（５２）と、
   前記スタータ制御部による前記モータの力行作動時、前記ベルトの負荷状態が所定の高負荷状態である場合に前記モータの出力トルクを減少させるトルク制限部（５３）と、
   を備える制御装置。
2. 前記負荷検出部は、前記テンショナプーリの位置情報であるプーリ位置情報を基に前記ベルトの負荷状態を判断する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記負荷検出部は、所定の基準位置から前記テンショナプーリの特定位置までの距離を前記プーリ位置情報として取得する請求項２に記載の制御装置。
4. 前記テンショナは、所定の軸心まわりに回転可能に設けられるとともに前記テンショナを支持している支持部材を有し、
   前記負荷検出部は、前記テンショナプーリの前記軸心まわりの角度を前記プーリ位置情報として取得する請求項２に記載の制御装置。
5. 前記トルク制限部は、前記駆動軸の回転開始以降に前記モータの出力トルクを減少させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記モータの出力トルクが減少するように指令する時間を減少指令時間（Ｔｃ）とすると、
   前記トルク制限部は、前記モータの応答性が低いほど前記減少指令時間を短くする請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記トルク制限部は、前記モータの出力トルクを減少させるとき、当該モータの目標トルクを小さくする請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記トルク制限部は、前記モータの出力トルクを減少させるとき、当該モータの通電電流を小さくする請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。

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