JP2021127096A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＤＳ復帰時（エンジン再始動の際）のエンジンストールの発生を良好に抑制できる、車両用制御装置を提供する。
【解決手段】オルタネータによる発電は、オルタネータの実際の発電電圧であるオルタ実電圧がその目標値であるオルタ目標電圧に一致するように制御される。ＩＤＳ制御によるエンジンの再始動の際には、オルタネータによる発電が抑制され、その抑制が所定のタイミングまで継続される（時間Ｔ１−Ｔ３）。所定のタイミングは、たとえば、スタータの始動からの経過時間が一定時間以上であり、かつ、エンジンの回転数が完爆回転数以上であるという条件が成立するタイミングである。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車などの車両に用いられる制御装置に関する。

近年、エンジンを駆動源とする車両には、燃費の向上などの目的で、いわゆるＩＤＳ制御（アイドリングストップ制御）が広く採用されている。ＩＤＳ制御では、たとえば、ブレーキペダルが運転者の足で踏まれて、ブレーキが作動し、車速が所定のアイドリングストップ実施車速以下に低下すると、エンジンが自動停止（アイドリングストップ）される。エンジンの自動停止後は、たとえば、ブレーキペダルから足が離されて、ブレーキが解除されると、エンジンが自動的に再始動（ＩＤＳ復帰）される。

エンジンの再始動時には、バッテリからエンジンに付随して設けられたスタータに電力が供給されて、スタータの動力がスタータギヤを介してエンジンのフライホイールに伝達されることにより、エンジンがクランキングされる。そして、エンジンがクランキングされながら、エンジンの点火プラグがスパークされることにより、エンジンが再始動する。

スタータの動作電力が大きいため、エンジンの再始動時には、バッテリの端子電圧（バッテリ電圧）が大きく低下する。バッテリは、オルタネータの発電電力により充電される。この充電によるバッテリの端子電圧の立ち上がりが遅い場合、ＩＤＳ制御によるエンジンの停止および再始動が短期間で繰り返されると、バッテリからの放電量がバッテリへの充電量よりも多くなり（電気量の収支がマイナス）となり、バッテリの端子電圧が大きく低下する。

バッテリの端子電圧の立ち上がりを早めるには、オルタネータのフィールドコイルに供給されるフィールド電流を大きくして、オルタネータの発電量を増大させればよい。しかしながら、フィールド電流が急に大きくなると、エンジン負荷（エンジンのクランクシャフトの回転抵抗）が急増し、エンジンの回転安定性が損なわれる。

そのため、エンジンの再始動時には、たとえば、目標電圧の初期値が通常値よりも大きい値に設定されて、バッテリの端子電圧が目標電圧と一致するまで、発電機の発電電流を徐々に増加させる徐励制御が実行される（たとえば、特許文献１参照）。これにより、スタータの始動に伴うバッテリの端子電圧の低下に対して良好な応答性で発電機による発電が開始され、また、徐励制御により、発電機の発電電流の急増によるエンジン負荷の急増を抑制することができる。

特開２０１７−２２６２７５号公報

ところが、かかる制御では、車両によっては依然として、エンジンの再始動時に回転安定性が損なわれて、エンジンストールを発生する懸念がある。

本発明の目的は、ＩＤＳ復帰の際（エンジン再始動の際）のエンジンストールの発生を良好に抑制できる、車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用制御装置は、エンジン、エンジンのクランキングのためのスタータ、エンジンの回転によって発電する発電機、および発電機による発電電力により充電されるバッテリを搭載した車両に用いられる制御装置であって、所定のＩＤＳ開始条件が成立したことに応じて、エンジンを停止させ、その停止中に所定のＩＤＳ復帰条件が成立したことに応じて、バッテリからスタータへの電力の供給によりスタータを作動させて、エンジンを再始動させるＩＤＳ制御を実行するＩＤＳ制御手段と、発電機の発電電圧が目標電圧と一致するように発電機の発電を制御する発電制御手段とを含み、発電制御手段は、ＩＤＳ制御によるエンジンの再始動の際に、発電機による発電を抑制し、当該抑制を所定のタイミングまで継続する。

この構成によれば、ＩＤＳ制御では、所定のＩＤＳ開始条件が成立すると、エンジンが停止（アイドリングストップ）される。そして、そのエンジンの停止中に所定のＩＤＳ復帰条件が成立すると、スタータが作動されて、スタータの動力によりエンジンがクランキングされる。そして、エンジンがクランキングされながら、エンジンの点火プラグがスパークされることにより、エンジンが再始動される。

発電機による発電は、発電機の発電電圧がその目標値である目標電圧に一致するように制御される。エンジンの再始動の際には、発電機による発電が抑制され、その抑制が所定のタイミングまで継続される。これにより、エンジンの再始動の際の負荷の増大を抑制することができ、エンジンストールの発生を良好に抑制することができる。

所定のタイミングは、スタータの始動からの経過時間が一定時間以上であり、かつ、エンジンの回転数が完爆回転数以上であるという条件が成立するタイミングであってもよい。これにより、少なくともエンジンの回転数が完爆回転数以上に上昇するまで発電機による発電が抑制されるので、エンジンストールの発生を一層良好に抑制することができる。

所定のタイミングが到来したことに応じて、目標電圧が０から通常値よりも大きい初期値まで一気に引き上げられてもよい。これにより、エンジンの回転安定性が確保された後に、発電機の発電電圧を速やかに立ち上げることができる。その結果、バッテリの端子電圧を急峻に立ち上げることができ、バッテリの端子電圧が下がり過ぎることによる不具合の発生を抑制できる。

目標電圧の通常値は、バッテリの公称電圧とほぼ同じ値であり、通常値よりも大きい初期値は、バッテリの公称電圧に１より大きい第１係数を乗じた値であってもよい。

本発明によれば、ＩＤＳ復帰によるエンジンの再始動の際の負荷の増大を抑制することができ、エンジンストールの発生を良好に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るＥＣＵが搭載された車両の電気的構成の要部を示すブロック図である。 ＩＤＳ制御の流れを示すフローチャートである。 発電制御の流れを示すフローチャートである。 ＩＤＳ復帰時のエンジン回転ならびに発電制御時のオルタカットフラグの状態およびオルタ発電電圧の時間変化を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電気的構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ１１が搭載された車両１の電気的構成の要部を示すブロック図である。

車両１は、エンジン２（Ｅ／Ｇ）を駆動源とする自動車である。エンジン２に付随して、エンジン２のクランキングのためのスタータ３と、エンジン２の回転によって発電するオルタネータ（ＡＬＴ）４とが設けられている。また、車両１には、バッテリ５が搭載されている。バッテリ５は、たとえば、公称電圧が１２Ｖの鉛電池である。

スタータ３には、エンジン２の始動時に、バッテリ５から電源ライン６を介して電圧が印加される。エンジン２のクランクシャフトには、フライホイールが保持されており、スタータ３に電圧が印加されると、スタータ３のプランジャが移動して、スタータ３のスタータギヤがエンジン２のフライホイールと噛合する。また、スタータ３に設けられたリレーがオンになり、バッテリ５からスタータ３に供給される電流が増大して、スタータ３の動力（トルク）がスタータギヤからフライホイールに入力され、その動力によりエンジン２がクランキングされる。エンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークされることにより、エンジン２が始動する。

また、バッテリ５の電圧は、車両１に搭載されているワイパモータ、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電気負荷７に印加される。

オルタネータ４は、ロータ、ステータおよびＩＣレギュレータを備えている。ロータは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴って回転する。ロータには、フィールドコイル（ロータコイル）が設けられている。回転しているロータのフィールドコイルにＩＣレギュレータからフィールド電流（励磁電流）が供給されることにより、ステータに設けられているステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、整流器で直流電圧に整流される。オルタネータ４は、直流電力を発電電力として出力し、この発電電力が電源ライン６を介してバッテリ５に供給されることにより、バッテリ５が充電される。

ＩＣレギュレータは、フィールドコイルに供給されるフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹを制御する。フィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹが大きいほど、オルタネータ４の発電量が増加し、デューティ比ＦＤＵＴＹが小さいほど、オルタネータ４の発電量が減少する。

また、車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。車両１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。その複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

複数のＥＣＵには、ＥＣＵ１１が含まれる。ＥＣＵ１１には、アクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ、エンジン２のクランクシャフトの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転数センサ、エンジン２の電子スロットルバルブの開度（スロットル開度）に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサなどの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ１１には、バッテリ５の端子電圧（バッテリ電圧）が入力される。

ＥＣＵ１１は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグなどを制御する。また、ＥＣＵ１１は、オルタネータ４の発電電圧の目標値であるオルタ目標電圧を設定して、オルタ目標電圧とオルタネータ４の実際の発電電圧であるオルタ実電圧との差に基づく電圧調整信号を生成し、その電圧調整信号をオルタネータ４のＩＣレギュレータに出力する。電圧調整信号がＩＣレギュレータに受け取られると、ＩＣレギュレータにより、その電圧調整信号に基づいて、オルタネータ４のフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹが制御される。

＜ＩＤＳ制御＞
図２は、ＩＤＳ制御の流れを示すフローチャートである。

車両１には、ＩＤＳ制御（アイドリングストップ制御）が採用されている。

ＩＤＳ制御では、車両１の走行中に、ブレーキペダルが操作される（踏まれている）と、ＥＣＵ１１により、所定のＩＤＳ開始条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ１）。ＩＤＳ開始条件は、たとえば、ブレーキペダルが一定時間以上操作されており、かつ、車速が所定のアイドリングストップ実施車速（たとえば、１０ｋｍ／ｈ）以下であり、かつ、バッテリ５の残容量がＩＤＳ許可容量以上であるという条件である。たとえば、ブレーキペダルが操作されている間、ＩＤＳ開始条件が成立しているか否かが一定の周期で判断される。

ＩＤＳ開始条件が成立すると（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＥＣＵ１１により、エンジン２が停止（アイドリングストップ）される（ステップＳ２）。

アイドリングストップの開始後、ＥＣＵ１１により、所定のＩＤＳ復帰条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ３）。ＩＤＳ復帰条件は、たとえば、アイドリングストップ中にブレーキペダルの操作が解除されるという条件である。アイドリングストップ中、ＩＤＳ復帰条件が成立しているか否かが一定の周期で判断される。

ＩＤＳ復帰条件が成立すると（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＥＣＵ１１により、ＩＤＳ復帰が決定され、エンジン２が再始動されて（ステップＳ４）、ＩＤＳ制御が終了される。

なお、ＥＣＵ１１とは別のＥＣＵ、たとえば、ＩＤＳ制御のためのＩＤＳＥＣＵにより、ＩＤＳ開始条件が成立しているか否かの判定がなされてもよい。この場合、ＩＤＳ開始条件が成立してことに応じて、ＩＤＳＥＣＵからＥＣＵ１１にエンジン停止要求が送信され、このエンジン停止要求を受けて、ＥＣＵ１１により、エンジン２が停止される。また、ＩＤＳＥＣＵにより、ＩＤＳ復帰条件が成立しているか否かの判定がなされる。そして、ＩＤＳ復帰条件が成立すると、ＩＤＳＥＣＵからＥＣＵ１１にエンジン再始動要求が送信され、このエンジン再始動要求を受けて、ＥＣＵ１１により、エンジン２が再始動される。

＜発電制御＞
図３は、発電制御の流れを示すフローチャートである。図４は、ＩＤＳ復帰時のエンジン回転ならびに発電制御時のオルタカットフラグの状態およびオルタ発電電圧（オルタネータ４の発電電圧）の時間変化を示す図である。

エンジン２の再始動の際には、まず、バッテリ５からスタータ３に電力が供給されて、スタータ３が始動される。スタータ３の始動により、スタータ３からエンジン２に動力が入力されて、図４に示されるように、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転」という。）が０から上昇し始める（時刻Ｔ１）。

スタータ３の動力によりエンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークされると、エンジン２で爆発が始まり、エンジン回転が急峻に上昇し始める（時刻Ｔ２）。そして、エンジン回転が一定の完爆回転数（たとえば、６５０ｒｐｍ）以上に上昇すると、エンジン２が完爆したと判定されて、スタータ３が停止される。

ＩＤＳ制御によるエンジン２の再始動の際、つまりＩＤＳ復帰の際には、ＥＣＵ１１により、図３に示される発電制御が実行される。

発電制御では、ＩＤＳ復帰条件が成立して、ＩＤＳ復帰が決定されたことに応じて（ステップＳ１１のＹＥＳ）、ＥＣＵ１１に内蔵されている不揮発性メモリに設定されたオルタカットフラグがオフ（０）からオン（１）に切り替えられる（ステップＳ１２）。

オルタカットフラグがオンである間、オルタネータ４の作動が禁止される。オルタカットフラグは、所定のオルタカットフラグオン条件が成立すると、オンからオフに切り替えられる。オルタカットフラグオン条件は、たとえば、ＩＤＳ復帰の際のスタータ３の始動から一定時間以上が経過し、かつ、エンジン回転が完爆回転数以上に上昇したという条件である。一定時間は、たとえば、スタータ３の始動からエンジン２の完爆までに要する時間以上に設定される。オルタカットフラグオン条件が成立し、オルタカットフラグがオンからオフに切り替えられると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、オルタ目標電圧が０から所定の初期値に変更される（ステップＳ１３、時刻Ｔ３）。

なお、図４では、オルタ目標電圧とオルタ実電圧とが重なって示されることを回避するため、オルタ目標電圧がオルタ実電圧とずらして示されているが、時刻Ｔ３以前において、オルタ目標電圧は、０Ｖであり、オルタ実電圧と一致している。

オルタ目標電圧が０から初期値に変更されると、オルタ目標電圧とオルタ実電圧との偏差が大きくなる。そのため、ＥＣＵ１１により、オルタネータ４のフィールドコイルに供給されるフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹがオルタ目標電圧とオルタ実電圧との差に応じたデューティ比となるように電圧調整信号が生成されると、フィールド電流が急に大きくなり、エンジン２のクランクシャフトの回転抵抗（エンジン負荷）が急増して、エンジン２の回転安定性が損なわれる。

そこで、オルタ実電圧がオルタ目標電圧と一致するまで（時刻Ｔ４）、徐励制御が実行される。徐励制御では、ＥＣＵ１１により、オルタ目標電圧とオルタ実電圧との差に基づいて、フィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹが所定の変化率で上昇するように電圧調整信号が生成される。これにより、オルタネータ４の発電電流が徐々に増加する。オルタ実電圧がオルタ目標電圧に到達すると（ステップＳ１５のＹＥＳ）、発電制御が終了される。

その一方で、時間Ｔ３−Ｔ５の期間において、オルタ目標電圧が初期値から初期値よりも大きい最終値まで徐々に大きくなるように徐変される（ステップＳ１４）。これにより、オルタ実電圧がオルタ目標電圧に一致するまで徐励制御が行われた後は、オルタ目標電圧の徐変に伴って、オルタ実電圧がさらに上昇する。

オルタ目標電圧は、ＩＤＳ制御の実行を許可する条件（ＩＤＳ許可条件）が成立すると、最終値から通常値に下げられる。ＩＤＳ許可条件としては、車両１の車速が所定速度以上に上昇したという条件を例に挙げることができる。

なお、オルタ目標電圧の通常値は、バッテリ５の公称電圧（たとえば、１２Ｖ）とほぼ同じ値であり、たとえば、初期値は、バッテリ５の公称電圧に１より大きい第１係数を乗じた値に設定され、最終値は、バッテリ５の公称電圧に第１係数より大きい第２係数を乗じた値に設定されてもよい。

また、オルタ目標電圧とオルタ実電圧との一致の概念には、オルタ実電圧がオルタ目標電圧を含む所定範囲内であることが含まれる。すなわち、オルタ目標電圧とオルタ実電圧との差が一定値以下である場合に、オルタ目標電圧とオルタ実電圧とが一致していると判断されてもよい。

＜作用効果＞
以上のように、ＩＤＳ制御では、所定のＩＤＳ開始条件が成立すると、エンジン２が停止（アイドリングストップ）される。そして、そのエンジン２の停止中に所定のＩＤＳ復帰条件が成立すると、スタータ３が作動されて、スタータ３の動力によりエンジン２がクランキングされる。そして、エンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークされることにより、エンジン２が再始動される。

オルタネータ４による発電は、オルタ実電圧がその目標値であるオルタ目標電圧に一致するように制御される。ＩＤＳ制御によるエンジン２の再始動の際には、オルタネータ４による発電が抑制され、その抑制は、オルタカットフラグオン条件が成立するタイミングまで継続される。これにより、エンジン２の再始動の際の負荷の増大を抑制することができ、エンジンストールの発生を良好に抑制することができる。

オルタカットフラグオン条件が成立するタイミングは、すなわち、スタータ３の始動からの経過時間が一定時間以上であり、かつ、エンジン回転が完爆回転数以上であるという条件が成立するタイミングである。オルタカットフラグオン条件が成立するタイミングまでオルタネータ４による発電が開始されないことにより、少なくともエンジン回転が完爆回転数以上に上昇するまでオルタネータ４による発電が抑制（禁止）されるので、エンジンストールの発生を一層良好に抑制することができる。

オルタカットフラグオン条件が成立したことに応じて、目標電圧が０から通常値よりも大きい初期値まで一気に引き上げられる。これにより、エンジン２の回転安定性が確保された後に、オルタ実電圧を速やかに立ち上げることができる。その結果、バッテリ電圧を速やかに立ち上げることができ、バッテリ電圧が下がり過ぎることによる不具合の発生を抑制できる。

ただし、オルタ実電圧がオルタ目標電圧と一致するまでは、オルタネータ４に供給されるフィールド電流を徐々に増加させる徐励制御が実行される。これにより、フィールド電流が急峻に増加することによるエンジン負荷（エンジン２のクランクシャフトの回転抵抗）の急増が抑制され、オルタネータ４の発電開始後もエンジン２の良好な回転安定性を保つことができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、オルタカットフラグオン条件は、スタータ３の始動からの経過時間が一定時間以上であり、かつ、エンジン回転が完爆回転数以上であるという条件に設定されているとした。これに限らず、オルタカットフラグオン条件は、たとえば、エンジン２が完爆してから所定時間が経過するタイミングであってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
２：エンジン
３：スタータ
４：オルタネータ（発電機）
５：バッテリ
１１：ＥＣＵ（車両用制御装置、ＩＤＳ制御手段、発電制御手段）

Claims (1)

1. エンジン、前記エンジンのクランキングのためのスタータ、前記エンジンの回転によって発電する発電機、および前記発電機による発電電力により充電されるバッテリを搭載した車両に用いられる制御装置であって、
   所定のＩＤＳ開始条件が成立したことに応じて、前記エンジンを停止させ、その停止中に所定のＩＤＳ復帰条件が成立したことに応じて、前記バッテリから前記スタータへの電力の供給により前記スタータを作動させて、前記エンジンを再始動させるＩＤＳ制御を実行するＩＤＳ制御手段と、
   前記発電機の発電電圧が目標電圧と一致するように前記発電機の発電を制御する発電制御手段とを含み、
   前記発電制御手段は、前記ＩＤＳ制御による前記エンジンの再始動の際に、前記発電機による発電を抑制し、当該抑制を所定のタイミングまで継続する、車両用制御装置。

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