JP3829567B2 - 車両のエンジン自動停止再始動装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はたとえば車両を一時的に停車するときにエンジンを自動的に停止し、発進するときに自動的にエンジンを再始動する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の走行中に信号などにより一時的に停車している間、エンジンを自動的に停止し、いわゆるアイドルストップを行い、再発進するときに自動的に始動することにより、無駄な燃料の消費を抑制し、かつ排気組成を向上させるようにした装置が、特開平８−２９１７２５号公報によって公開されている。
【０００３】
なお、この場合、エンジンを起動するために誘導モータを備えたものでは、初期励磁に依存して回転数の上昇が遅れるため、とくに登り坂でアイドルストップを解除して発進するときなど、エンジン回転数の上昇が遅れ、クリープ駆動力が大きくならず、車両が後退する可能性もあった。
【０００４】
これを防ぐために、特開平８−６１１１０号により、傾斜センサにより登り坂での停車を検出したときには、アイドルストップを中止し、停車中はエンジンをアイドル回転させ、クリープ駆動力を発生させることで、車両の後退を回避するようにした提案がなされている。
【０００５】
また、アイドルストップを行ったときには、常に誘導モータを初期励磁しておき、エンジン再始動時には瞬時にエンジン回転数を上昇させられるようにした提案もある。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかし、前者の場合には、登り坂でのアイドルストップは一切行えないので、上り下りの多い街中での走行や、山道等での走行時にアイドルストップによる効果を享受できず、その分だけ燃費や排気の悪化が避けられない。
【０００７】
これに対して後者では、アイドルストップを行うものの、常時誘導モータの初期励磁を行っているため、電力消費が避けられず、やはり燃費の悪化につながってしまう。
【０００８】
本発明はこのような問題に着目し、登り勾配でのアイドルストップや、次に速やかな発進が要求されるアイドルストップに限って誘導モータの初期励磁を行うようにして、スムーズな発進特性を確保しつつ燃費の悪化を最小限に抑えることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの回転に伴いクリープ駆動力が発生する動力伝達機構と、自動停止条件が成立するとエンジンを停止し、再始動の条件が成立すると誘導型電動機を駆動してエンジンを再始動させる手段を備えた車両において、車両の傾斜を検出する手段と、車両が所定値以上の登り勾配にあることを検出したときにはエンジン自動停止時に前記誘導型電動機を初期励磁する制御手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、エンジンの回転に伴いクリープ駆動力が発生する動力伝達機構と、自動停止条件が成立するとエンジンを停止し、再始動の条件が成立すると誘導型電動機を駆動してエンジンを再始動させる装置を備えた車両において、エンジン再始動時に速やかな発進が要求される条件かどうか判断する手段と、速やかな発進が要求されると判断されたときはエンジン自動停止時に前記誘導型電動機を初期励磁する制御手段とを備える。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記速やかな発進が要求される条件としては、車高が所定値よりも低下している状態である。
【００１２】
第４の発明は、第２の発明において、前記速やかな発進が要求される条件としては、ハンドル舵角が所定値以上の状態である。
【００１３】
第５の発明は、第２の発明において、前記速やかな発進が要求される条件としては、ブレーキペダルの解除側への操作速度が所定値以上の状態である。
【００１４】
【作用、効果】
第１の発明ではアイドルストップ中に車両が登り坂にあるとき、また第２の発明では、アイドルストップ状態から速やかな発進動作が要求されるときに、誘導型電動機はアイドルストップ中でも、初期励磁をかけられる。
【００１５】
このため、エンジン再始動が判断され、誘導型電動機に駆動電流が供給されると、瞬時に誘導型電動機のトルクを立ち上げられ、回転数が急速に上昇し、クリープ駆動力を高めることができる。これにより、登り坂で車両が後退することなくスムーズに発進でき、また、急発進が必要なときには、遅れることなく速やかな発進動作に入ることができる。また、常時初期励磁を行うのではないので、初期励磁による燃費の悪化は最小限にとどめることができる。
【００１６】
速やかな発進が要求される場合として、第３の発明のように車高が所定値よりも低下しているとき、すなわち車両の積載荷重が大きく、もともとの加速条件が悪いとき、第４の発明のようにハンドル舵角が所定値以上のとき、すなわち交差点での右折時など速やかな発進が要求されるとき、また、第５の発明のようにブレーキペダルの解放が早く、急発進を要求しているときなどがあり、それぞれ誘導型電動機を初期励磁しておくことで、速やかな発進動作に移行することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１において、１はエンジン、２はエンジン２と同期回転する発電・電動機（モータジェネレータ）としての誘導型電動機、３は誘導型電動機２に対してトルクコンバータ４を介して連結する無段変速機で、無段変速機３の出力側の回転は車両の図示しない駆動輪に伝達される。なお、これらトルクコンバータ４と無段変速機３とで動力伝達機構を構成している。
【００１９】
エンジン１はガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が備えられ、またトルクコンバータ４を備える無段変速機３の代わりにトルクコンバータ付きの有段自動変速機を用いてもよい。
【００２０】
無段変速機３は入力側と出力側の可変プーリと、これらの間に掛け回したベルトとから構成され、可変プーリのプーリ比率を変化させることにより、ベルトを介して伝達される速度比が変わる。速度比は運転条件に応じて変化するように設定されていて、油圧により変化する可変プーリのプーリ幅（溝幅）を運転条件により調整することで変速比が制御される。なお、図示しない前進後進切換機構により車両の前進と後退走行が切換えられる。
【００２１】
前記誘導型電動機２はエンジン１の出力軸に直結もしくはギヤ、チェーンなどを介して連結され、エンジン１と同期して回転し、エンジン１を始動させるために電動機（始動用電動機）として機能したり、バッテリ１１を充電するために発電機として機能するようになっていて、これらの制御を行うためにコントロールユニット１０が備えられる。
【００２２】
コントロールユニット１０は誘導型電動機２を電動機として機能させるときはインバータ１２を介してバッテリ１１からの電流を供給し、また発電機として機能させるときはインバータ１２を介して励磁電流を送り込むと同時に発電された電力をバッテリ１１に充電する。誘導型電動機２は、始動時などエンジン１を始動したり、あるいは必要に応じて加速時などエンジン１の出力を補ったりするときに電動機として機能させられ、またバッテリ１１のチャージ電圧が下がったときや、車両の惰性走行時などのエネルギ回生のために発電機として機能させられる。
【００２３】
コントロールユニット１０は走行中の車両が交差点などで一時的に停車するときにエンジン１を停止させ（このことをアイドルストップと呼ぶ）、発進時にはエンジン１を自動的に再始動するという自動停止・再始動制御を行うため、一時的にエンジン１を停止させる条件が成立すると、エンジンコントロールモジュール１４を介してエンジン１の回転を停止させ、また再始動する条件の成立により誘導型電動機２を駆動して停止したエンジン１を再始動するように構成されている。
【００２４】
コントロールユニット１０にはこれらの制御を実行するために、各種センサからの信号が入力する。ただし図には代表的なセンサのみが示されており、２１はエンジン冷却水温を検出する水温センサ、２２はブレーキ踏み込み状態を検出するブレーキストロークセンサ、２３は車両が登り坂などの傾斜状態にあるかどうかを検出する傾斜センサ、２４はハンドルの舵角を検出する舵角センサ、２５は無段変速機３の油温を検出するための油温センサ、２６はバッテリ１１のチャージ状態を検出するバッテリセンサ、２７は車高（後輪車軸の上下方向位置）を検出するための車高センサである。
【００２５】
エンジンは車両走行中に交差点で一時的に停車したときなど、一定の自動停止条件が成立すると変速機がドライブレンジ（Ｄレンジ）にある場合においてもアイドルストップが行われ、発進時やバッテリチャージ電圧低下時などに再始動条件が成立すると、変速機のドライブレンジを維持した状態でアイドルストップを解除して再始動される。
【００２６】
変速機がドライブレンジ（Ｄレンジ）にある場合のエンジンの自動停止は、具体的には、車速がゼロ、ブレーキペダルが踏み込まれ（ブレーキＯＮ）、車両のドアが閉じ、かつボンネットが閉じているときに、以下の条件、つまりバッテリチャージ電圧、ブレーキブースタ負圧、エンジン水温、変速機油温、変速機油圧がそれぞれ規定値以上であることを条件にして成立する。
【００２７】
また、このようにして成立中のアイドルストップは、以下のうち一つでも条件が成立、すなわち、アクセルペダルが踏み込まれ（アクセルＯＮ）、ブレーキペダルが解放され（ブレーキＯＦＦ）、またはバッテリチャージ電圧、ブレーキブースタ負圧、エンジン冷却水温、変速機油温、変速機油圧がそれぞれ一つでも規定値低下に低下したときに解除され、誘導型電動機２による再始動が行われる。
【００２８】
このとき、本発明では、車両が登り坂の途中で停止している場合や、次の発進動作が速やかな発進動作を要求されているとき、例えば、車両の積載荷重が大きく、もともとの加速条件が悪いとき、交差点での右折時など速やかな発進が要求されるとき、またはブレーキペダルの解放が早く、急発進を要求しているときなどでは、予め誘導型電動機２を初期励磁しておくことで、エンジン再始動時に瞬時に誘導型電動機２のトルクを増大させてエンジン起動を行い、大きなクリープ駆動力を発生させ、車両の後退を阻止し、あるいは速やかな発進動作に移行することを可能とする。
【００２９】
このエンジン自動停止、再始動制御について図２のフローチャートにしたがって説明する。
【００３０】
ステップＳ１ではエンジンがアイドルストップ中かどうかの判断が行われる。
【００３１】
アイドルストップは、変速機がドライブレンジ（Ｄレンジ）にある場合には、車速がゼロ、ブレーキペダルが踏み込まれ（ブレーキＯＮ）、車両のドアが閉じ、かつボンネットが閉じているときに、以下の条件、つまりバッテリチャージ電圧、ブレーキブースタ負圧、エンジン水温、変速機油温、変速機油圧がそれぞれ規定値以上であることを条件にして行われる。
【００３２】
なお、アイドルストップは例えば交差点などでの一時的な停車時に成立し、このときはエンジン１が停止させられる。
【００３３】
アイドルストップ中であるときは、ステップＳ２で変速機がドライブレンジにあるかどうか判断し、ドライブレンジにあるときは、ステップＳ３で誘導型電動機２の励磁要求があるかどうか判断する。励磁要求は車両が登り坂り坂にあるときや、速やかな発進が要求されるときに成立し、このために傾斜センサ２３の検出した登り坂勾配が所定値以上、あるいはハンドル舵角センサ２４の検出した操舵角が所定値以上、車高センサ２７の検出した車高が所定値以下で積載重量が多いとき、またはブレーキストロークセンサ２２の出力からブレーキ解除速度が所定値以上であって運転者が急発進を必要としているときなどに励磁要求が出される。
【００３４】
ステップＳ３で励磁要求があると、ステップＳ４に進んで誘導型電動機２に初期励磁がかけられ、これにより誘導型電動機２は駆動（トルク）電流を供給したときに瞬時にトルクが立ち上がる。なお、初期励磁してもトルク電流を流さないと誘導型電動機２は回転することはなく、ロータが励磁されるだけである。
【００３５】
そして、ステップＳ５でエンジン再始動条件が成立したかどうか、つまり起動要求があるかどうかが判断される。
【００３６】
この起動要求は、変速機がドライブレンジ（Ｄレンジ）であり、車速がゼロ、ブレーキペダルが踏み込まれ（ブレーキＯＮ）、車両のドアが閉じ、かつボンネットが閉じた状態でのアイドルストップ中に、アクセルペダルが踏み込まれ（アクセルＯＮ）、ブレーキペダルが解除され（ブレーキＯＦＦ）、ブレーキペダルが所定値以上動き出し（ブレーキ緩み）、または、バッテリチャージ電圧、ブレーキブースタ負圧、エンジン冷却水温、変速機油温、変速機油圧がそれぞれ一つでも規定値低下に低下したときの、いずれか一つでも成立したときに行われる。
【００３７】
この起動要求には、運転者がブレーキペダルを離したり、アクセルペダルを踏んで発進の意志を示したりする意図的な場合と、ブレーキペダルは踏まれたままだが、バッテリチャージ電圧が規定値以下になり、発電する必要が発生したときなど運転者の意図しない場合とがある。
【００３８】
ステップＳ３で励磁要求の無いときは、そのまま誘導型電動機２に初期励磁をかけることなく、ステップＳ５に移行する。
【００３９】
起動要求があるときはステップ６に進んで誘導型電動機２を起動する。このとき予め初期励磁がかけられているときは、誘導型電動機２は駆動（トルク）電流の供給により瞬時に回転数が上昇するし、初期励磁がかけられていないときはやや遅れて回転数が上昇する。
【００４０】
誘導型電動機２の回転によりトルクコンバータ４からクリープ駆動力が無段変速機３を経由して駆動輪に伝達される一方、エンジン１も同期的に回転する。
【００４１】
トルクコンバータ４のクリープ駆動力は、エンジン回転数の上昇に対してほぼ二次的に比例する特性で増加する。
【００４２】
次いで、ステップＳ７においてエンジン１の起動が行われる。エンジン１の起動はガソリンエンジンの場合はエンジンへの燃料の噴射とともに点火栓による点火動作を開始することにより行う。なお、燃料噴射は点火よりも前に開始しておき、着火がスムーズに行われるようにしてもよい。
【００４３】
このようにしてエンジン１の起動が行われたら、ステップＳ８において、エンジン停止要求があるかどうかを判断する。なお、前記ステップＳ１でアイドルストップ中に無いとき、及びステップＳ５で起動要求の無いときは、直接的にこのステップＳ８に進む。
【００４４】
変速機がドライブレンジ（Ｄレンジ）にある場合のエンジン停止要求は、車速がゼロ、ブレーキペダルが踏み込まれ（ブレーキＯＮ）、車両のドアが閉じ、かつボンネットが閉じているエンジン運転中に、以下の条件、つまりバッテリチャージ電圧、ブレーキブースタ負圧、エンジン水温、変速機油温、変速機油圧がそれぞれ規定値以上であることを条件にして、行われる。
【００４５】
もし、停止要求がなければ、そのまま発進動作などに移行していく。なお、停止要求があるときは、ステップＳ９に進み、アイドルストップの条件が成立したものとして、エンジンは停止される。
【００４６】
それ以降は上記した動作が繰り返される。
【００４７】
次に作用について説明する。
【００４８】
アイドルストップ中にはエンジンを再始動する条件が成立すると、エンジンの起動が行われ、これに伴ってクリープ駆動力が発生する。
【００４９】
エンジン１を起動する誘導型電動機２は、励磁電流とトルク電流を流すことにより回転し、励磁電流を流してからロータを励磁するまでに0.1秒〜0.2秒ほどかかり、この後に回転を始める。
【００５０】
このため誘導型電動機２に初期励磁をかけるときと、かけないときではエンジン回転数の立ち上がりに、図３に示すような差が出てくる。初期励磁したときは速やかに回転数が上昇するが、点線で示すように初期励磁のないときは回転数の上昇が遅れてしまう。
【００５１】
車両が登り坂の途中でアイドルストップが行われたすると、運転者の発進動作を感知してエンジン再始動が行われるときに、誘導型電動機２のトルクの立ち上がりが遅れると、それだけクリープ駆動力の発生が遅れ、ブレーキを解除したときに車両が後退する可能性もある。
【００５２】
しかし、本発明ではこのような登り勾配での停車時には、予め誘導型電動機２に初期励磁がかけられているため、エンジン再始動が判断されると、瞬時のうちに誘導型電動機２が回転し、エンジン回転が上昇してクリープ駆動力が発生する。
【００５３】
図４はブレーキ解放後における単位時間当たりの車両の後退量を示す。初期励磁の無い場合には後退量が大きくなるが、初期励磁をかけると、アイドルストップの無い通常の車両、つまり停車中常時クリープ駆動力が発生している車両と略同程度の小さい後退量にすることができる。
【００５４】
また、誘導型電動機２の初期励磁は、車両が登り坂にあるときだけではなく、速やかな発進が要求されるときにも行われる。例えば、車両の積載荷重が大きく、もともとの加速条件が悪いときや、交差点での右折時など速やかな発進が要求されるときがある。このような状態は、車両の車高が積載荷重によって変化する（後輪車軸が下がる）ことから判断でき、また交差点での右折時などハンドルの回転位置が所定値以上の舵角になっていることを検出することにより、判断できる。
【００５５】
また、運転者が急発進を必要とし、ブレーキペダルを急に解放するときには、この解放速度から急発進を判断して、このときにも直ちに初期励磁をかける。
【００５６】
図５にも示すが、例えば、ブレーキストロークセンサ２２の検出するストローク変化が所定短時間（例えば30msec）のうちに所定量（10mm）以上変化したとき、すなわちブレーキ解放速度が所定値以上のときに、直ちに初期励磁をかけるようになっている。
【００５７】
通常はブレーキストロークが例えば15mmまで戻ったときにブレーキＯＦＦが検出され、誘導型電動機２が励磁されるが、本発明ではアイドルストップするときのブレーキストローク量である35mmの位置から、ブレーキストロークが10mmほど戻った25mmの位置までの間にブレーキペダルの解放速度を判定し、これが上記した所定速度以上のときは直ちに初期励磁をかけ、これに対してゆっくりと解放するときは通常時のブレーキストローク位置（15mm）で励磁を開始する。
誘導型電動機２の初期励磁の遅れ時間は0.1秒〜0.2秒であるので、このようにブレーキペダルの急な解放を検出したときに初期励磁をかけると、ブレーキペダルがＯＦＦになってから初期励磁をかけるのに比較して、それだけ早期に誘導型電動機２のトルクを発生させられ、速やかな発進動作ができる。
【００５８】
なお、図５において、停車時に維持される一般的なブレーキ制動力は、実験によると、アイドルストップするときのブレーキストローク量よりも大きく、かつフルストローク量よりも少し小さい範囲内に入ることが確認されている。
【００５９】
このようにして急発進を要求しているときなどでは、予め誘導型電動機２を初期励磁しておくことで、エンジン再始動時に瞬時に大きなクリープ駆動力を発生させ、車両の速やかな発進を可能とする。
【００６０】
また、誘導型電動機２を初期励磁するのは、全てのアイドルストップ時ではなく、登り坂での停車時、あるいは速やかな発進動作が要求されるときなど、一部の領域に限定されるので、初期励磁に必要な電力消費を最小限にくい止め、その分だけ燃費の悪化を抑えられる。
【００６１】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概略構成図である。
【図２】制御動作のフローチャートである。
【図３】初期励磁の有るときと無いときでのエンジン再始動時の回転数上昇特性を比較して示す説明図である。
【図４】初期励磁の有るときと無いときとでの車両の路面勾配に対する後退量を示す説明図である。
【図５】ブレーキストローク量と初期励磁をかけるタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 誘導型電動機
３ 無段変速機
４ トルクコンバータ
１０ コントローラ
１１ バッテリ
２１ 冷却水温センサ
２２ ブレーキストロークセンサ
２３ 傾斜センサ
２４ 舵角センサ
２５ 油温センサ
２６ バッテリセンサ
２７ 車高センサ

Claims (5)

  1. エンジンの回転に伴いクリープ駆動力が発生する動力伝達機構と、
    自動停止条件が成立するとエンジンを停止し、再始動の条件が成立すると誘導型電動機を駆動してエンジンを再始動させる手段を備えた車両において、
    車両の傾斜を検出する手段と、
    車両が所定値以上の登り勾配にあることを検出したときにはエンジン自動停止時に前記誘導型電動機を初期励磁する制御手段とを備えることを特徴とする車両のエンジン自動停止再始動装置。
  2. エンジンの回転に伴いクリープ駆動力が発生する動力伝達機構と、
    自動停止条件が成立するとエンジンを停止し、再始動の条件が成立すると誘導型電動機を駆動してエンジンを再始動させる装置を備えた車両において、
    エンジン再始動時に速やかな発進が要求される条件かどうか判断する手段と、
    速やかな発進が要求されると判断されたときはエンジン自動停止時に前記誘導型電動機を初期励磁する制御手段とを備えることを特徴とする車両のエンジン自動停止再始動装置。
  3. 前記速やかな発進が要求される条件としては、車高が所定値よりも低下している状態である請求項２に記載の車両のエンジン自動停止再始動装置。
  4. 前記速やかな発進が要求される条件としては、ハンドル舵角が所定値以上の状態である請求項２に記載の車両のエンジン自動停止再始動装置。
  5. 前記速やかな発進が要求される条件としては、ブレーキペダルの解除側への操作速度が所定値以上の状態である請求項２に記載の車両のエンジン自動停止再始動装置。
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