JP4835458B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、交差点などで停車したときのアイドル運転状態等でエンジンを自動的に停止させ、その後、車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点でエンジンを自動的に再始動させるアイドルストップ等のエンジンの自動停止・再始動制御を行う車両の制御装置に関する。
近年、燃費の低減およびCO2排出量の抑制等を図るため、交差点などで停車したときのアイドル運転状態においてエンジンを自動的に停止させ、その後、車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点でエンジンを自動的に再始動させるエンジンの自動停止・再始動制御、いわゆるアイドルストップ制御を行う自動車が開発されている。そして、このようなアイドルストップ制御を行う車両では、車両走行時に頻繁に行われるアイドルストップ制御の再始動時にスタータが使用される頻度が高くなり、電力消費量が増大して、バッテリ容量が不足がちになるということから、バッテリを複数設け、例えば、通常始動時に始動性を確保するために好適な鉛バッテリと、アイドルストップ制御による再始動時の始動性を確保するのに好適なリチウムイオンバッテリとを設けて、通常始動時とアイドルストップ制御の再始動時とでバッテリを使い分けるようにし、また、使用中のバッテリが劣化した場合に、劣化していない方のバッテリに電源を切り換えて始動するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
また、そのようなアイドルストップを行う自動車では、自動変速機の油圧発生用オイルポンプが機械式オイルポンプのみでは、アイドルストップでエンジンが停止すると、油圧発生用オイルポンプが停まってしまい、油圧が低下して、シフト切換用のクラッチを係合状態に維持できなくなるというので、電動式のオイルポンプを併設して、アイドルストップでエンジンが停止しているときに電動オイルポンプを作動させることが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
特許第3812459号公報 特開2005−036795号公報 特許第3704283号公報
ところで、アイドルストップ制御を行う車両において、バッテリを複数設けるについては、アイドルストップ制御の再始動時(アイドルストップ制御によるエンジン自動停止後の再始動時)にスタータで確実に始動できるようにするためには、エンジン自動停止中作動させる電気負荷その他の車両電気負荷の電源とするとともにキー始動操作による通常始動時のスタータ用電源とするメインバッテリ(第1のバッテリ)とは別に、アイドルストップ制御の再始動時にスタータ用電源とする専用のサブバッテリ(第2のバッテリ)を設け、リレー等の切換手段により接続経路を切り換えることによって、キー始動操作による通常の始動時にはサブバッテリとメインバッテリの両方でスタータを駆動するようにし、また、アイドルストップ制御の再始動時には、基本的にサブバッテリでスタータを駆動するが、サブバッテリが劣化等で充電状態が悪い場合には、電力不足になるので、始動を確実にするためにメインバッテリとサブバッテリの両方でスタータを駆動できるようにすることが考えられる。
しかし、アイドルストップ制御を行う自動車は、アイドルストップ中も、自動変速機の油圧を確保するために電動オイルポンプ、電動パワステ、斜面等で停車したときに車両が後退しないようブレーキ圧を保持するよう作動させる電磁式のヒルホルダー等の電気負荷を作動させており、サブバッテリからの電力供給の不足分をメインバッテリで補おうとした時に、メインバッテリからスタータに供給される電力が十分でなくて、速やかに始動できないことがある。
本発明は、アイドルストップ等のエンジンの自動停止・再始動制御による自動停止中の電気負荷その他の電気負荷の電源とするとともにキー始動操作による通常始動時のスタータ用電源とするメインバッテリ(第1のバッテリ)とは別に、アイドルストップ制御の再始動時にスタータ用電源とする専用のサブバッテリ(第2のバッテリ)を搭載する車両において、アイドルストップ制御の再始動時に、サブバッテリ(第2のバッテリ)の充電状態が劣化等で悪い場合には、サブバッテリ(第2のバッテリ)とメインバッテリ(第1のバッテリ)の両方からスタータに電力を供給でき、しかも、メインバッテリ(第1のバッテリ)からスタータに供給される電力を十分に確保して、エンジンを確実に始動できるようにすることを目的とする。
本発明の車両の制御装置は、所定のエンジン自動停止条件が成立した時にエンジンを自動停止させ、停止後所定の再始動条件が成立した時にエンジンを自動的に再始動させるエンジン自動停止・再始動制御手段と、エンジン自動停止中に車両の所定の電気負荷に電力を供給するとともにエンジン自動停止後の再始動時にスタータに電力を供給可能な第1のバッテリと、エンジン自動停止後の再始動時にスタータに電力を供給する第2のバッテリとを備えた車両の制御装置であって、第1のバッテリとスタータとを接続してスタータに電力を供給可能とする切換手段と、エンジン自動停止からの再始動時に、第2のバッテリの充電状態を判定して、第2のバッテリの充電状態が良好でないと判定した場合、切換手段を接続状態にして第1のバッテリからの電力と第2のバッテリからの電力の両方でスタータを駆動させる始動制御手段と、第1のバッテリの充電状態を判定して、第1のバッテリの充電状態が良好でないと判定したときは、ブレーキ油圧を維持するヒルホルダーとエンジン始動に必要な電力部品以外の、第1のバッテリによりエンジン自動停止中に電力が供給される電気負荷の内の少なくとも一つへの電力供給を停止する電気負荷制御手段を備えている。
このように車両の制御装置が構成されることにより、アイドルストップ制御の再始動時に、第2のバッテリの充電状態が劣化等で悪い場合には、第2のバッテリと第1のバッテリの両方からスタータに電力を供給でき、しかも、第1のバッテリからスタータに供給される電力を十分に確保して、エンジンを確実に始動させることができる。
特に、車両後退を抑制しつつ、エンジン始動性を確保できる。
この車両の制御装置は、車両の傾斜状態を判定する傾斜判定手段を備えたものとし、電気負荷制御手段は、第1のバッテリの充電状態が悪いと判定し、且つ車両が所定以上傾斜していない場合、ヒルホルダーへの電力供給を停止するよう構成するのがよい。
また、この車両の制御装置は、車両の傾斜状態を判定する傾斜判定手段を備えたものとし、電気負荷制御手段は、第1のバッテリの充電状態が悪いと判定し、且つ車両が所定以上傾斜している場合ヒルホルダーへの電力供給を維持し、エンスト状態にするとともに、当該状態の報知を行うよう構成するのがよい。こうすることで、車両後退の可能性が高い場合に、車両後退を防止するとともに、当該状態をドライバに認知させることができる。
エンジン自動停止中に作動させる電気負荷は、例えば、自動変速機の油圧発生用電動オイルポンプ、電動パワーステアリング、ブレーキ油圧を維持するヒルホルダーであってよく、第1のバッテリの充電状態に応じて、それらの電気負荷の内の少なくとも一つへの電力供給を停止することにより、エンジンを確実に始動させることができる。
このように、本発明の車両の制御装置によれば、アイドルストップ制御の再始動時に、第2のバッテリの充電状態が劣化等で悪い場合には、第2のバッテリと第1のバッテリの両方からスタータに電力を供給でき、しかも、第1のバッテリからスタータに供給される電力を十分に確保して、エンジンを確実に始動させることができる。
また、特に、第1のバッテリの充電状態が良好でない場合、エンジン始動に必要な電力部品とヒルホルダーとを除く他の電気負荷の内の少なくとも一つへの電力供給を停止することで、車両後退を抑制しつつ、エンジン始動性を確保でき、さらに第1のバッテリの充電状態が悪いと判定し、且つ車両が所定以上傾斜している場合、前記ヒルホルダーへの電力供給の停止を禁止し、エンスト状態にするとともに、当該状態の報知を行うことで、車両後退を防止するとともに、当該状態をドライバに認知させることができる。
以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。
図1及び図2は本発明の実施形態の一例を示している。図1はこの実施形態に係る車両の制御装置のシステム図、図2は制御動作を示すフローチャート(その1)、図3は制御動作を示すフローチャート(その2)である。
この実施形態の車両は、直列4気筒のエンジン1と自動変速機2とでパワーユニットが構成され、エンジン1を起動する電動式のスタータ3を備え、また、車両およびエンジン用の電源として、メインバッテリ4(第1のバッテリ)およびサブバッテリ5(第2のバッテリ)を備えており、また、エンジン1により駆動されるオルタネータ6(発電機)を備えている。また、この車両には、エンジン1の燃料噴射、点火、吸気流量等を制御し、スタータ3による始動を制御し、オルタネータ6による発電量を制御し、自動変速機2の油圧発生用電動オイルポンプ7(AT電動O/P)、電動パワーステアリング8(電動パワステ)、斜面等で停車したときに車両が後退しないようブレーキ圧を保持するよう作動させる電磁式のヒルホルダー9その他の車両電気負荷(EL)を制御するコントロールユニット10(ECU)が搭載されている。油圧発生用電動オイルポンプ7、電動パワーステアリング8、ヒルホルダー9は、後述のアイドルストップ制御によるエンジン自動停止中も作動させる。
メインバッテリ4は、油圧発生用電動オイルポンプ7、電動パワーステアリング8、ヒルホルダー9等の車両電気負荷(EL)に電力を供給可能とされ、パワーリレー11を介してスタータ3に電力を供給可能とされ、また、チャージリレー12を介する経路によってもスタータ3に電力を供給可能に接続可能とされている。そして、メインバッテリ4は常時充電可能なようオルタネータ6に接続されている。
また、サブバッテリ5は、スタータ3に常時電力を供給可能なよう接続されている。そして、サブバッテリ5は、チャージリレー12を介してオルタネータ6に接続可能とされ、また、パワーリレー11を介する経路によってもオルタネータ6に接続可能とされている。
パワーリレー11は、メインバッテリ4をスタータ3に接続する経路に配置され、接続状態(リレーオン)にて、メインバッテリ4とスタータ3とを接続して、キー始動操作による通常のエンジン始動時にメインバッテリ4からパワーリレー11を介してスタータ3へ電力を供給可能とし、解除状態(リレーオフ)にて、パワーリレー11を介するメインバッテリ4とスタータ3との接続を解除し、パワーリレー11を介するスタータ3へ電力の供給を遮断する。また、サブバッテリ5の充電状態が劣化等によって悪くなった場合、後述のアイドルアップ制御による再始動時に、始動を確実にするために、パワーリレー11を接続状態にして、メインバッテリ4とサブバッテリ5の両方でスタータを駆動できるようにする。
チャージリレー12は、サブバッテリ5をオルタネータ6に接続する経路に配置され、接続状態(リレーオン)にて、サブバッテリ5とオルタネータ6とを接続して、オルタネータ6により発電される電力をサブバッテリ5に供給(充電)可能とし、解除状態(リレーオフ)にて、チャージリレー12を介するサブバッテリ5とオルタネータ6との接続を解除し、チャージリレー12を介するサブバッテリ5への電力の供給(充電)を遮断する。
また、チャージリレー12を介してサブバッテリ5をオルタネータ6に接続する経路は、パワーリレー11を介してメインバッテリ4をスタータ3に接続する経路に接続され、パワーリレー11を接続状態とすることによって、オルタネータ6により発電される電力を、サブバッテリとスタータ3とを常時接続する経路を介してサブバッテリ5に供給(充電)可能とされ、また、パワーリレー11とチャージリレー12を共に接続状態にすることによって、サブバッテリ5からの電力をチャージリレー12およびパワーリレー11を介する経路からもスタータ3へ供給可能とされている。
コントロールユニット10には、図示しないエアフローセンサ、吸気圧センサ、吸気温センサ、クランク角センサ、カム角センサ、水温センサ、アクセル開度センサ、大気圧センサ等から検出信号が入力され、また、キースイッチ13からエンジン1のキー始動操作の検出信号が入力され、自動変速機2から変速位置信号が入力され、メインバッテリ4のバッテリ電圧を検出する電圧センサ14の検出信号が入力され、サブバッテリ5のバッテリ電圧を検出する電圧センサ15の検出信号が入力される。そして、コントロールユニット10は、入力された情報に基づいて各種演算を行い、エンジン1の燃料噴射弁、スロットル弁、点火装置(いずれも図示省略)に制御信号を出力し、オルタネータ6のレギュレータ回路に制御信号を出力し、スタータ3に制御信号を出力し、また、自動変速機2の油圧発生用電動オイルポンプ7、電動パワーステアリング8、ヒルホルダー9その他の車両電気負荷(EL)に制御信号を出力する。
この実施形態の車両は、燃費低減およびCO2排出量の抑制等を図るため、交差点などで、Dレンジのまま停車したときにエンジン1を自動停止させ、その後、車両の発進操作(アクセル踏み込み)が行われる等の再始動条件が成立したときに自動的に再始動させる自動停止・再始動制御、いわゆるアイドルストップ制御を行う。
アイドルストップ制御におけるエンジン再始動は、基本的にスタータ3を使用せず、逆転再始動方式あるいは正転再始動方式の燃焼始動制御によって行い、ピストン停止位置が適正位置から外れたりして、燃焼始動制御でエンジンが速やかに再始動しないときは、スタータ3による始動アシストで再始動する。
逆転再始動方式では、アイドルストップのエンジン停止条件として、例えば、ブレーキを踏んでいて(ブレーキオン)、アクセルを離していて(アクセルオフ)、車速が0で、変速位置がDレンジであることを、アイドルストップのエンジン停止条件として設定し、その予め設定したエンジン停止条件が成立したときに、コントロールユニット10は、各気筒への燃料噴射を停止(燃料カット)して、停止位置が適正になるようにエンジン1を自動停止させるとともに、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したとき時に、まず、圧縮行程で停止した気筒(圧縮行程気筒)で最初に燃焼を行わせて、クランクシャフトを少しだけ逆転させ、これにより、膨張行程で停止した気筒(膨張行程気筒)のピストンを一旦上昇させ(上死点に近づけさせ)、その膨張行程気筒の気筒内の空気を圧縮し、燃料を噴射して、混合気の状態で点火し燃焼させることによりクランクシャフトに正転方向の駆動トルクを与え、スタータ3を使用することなくエンジン1を自動的に再始動させる。
この場合、エンジン1は、圧縮行程気筒内に所定量の空気を確保して最初の燃焼でクランクシャフトを少しだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギーを得ることができ、且つ、膨張行程気筒内に多くの空気量を確保しクランクシャフトを正転させるための燃焼エネルギーを充分に発生させることができ、エンジン1をピストン位置が確実に再始動させることが可能となる適正停止範囲になるように自動停止させるよう、コントロールユニット10によって、エンジン回転速度、スロットル弁開度(ブースト圧)を調節し、また、オルタネータ6の発電量を調節する。
正転再始動方式でアイドルストップの再始動を行う場合も、エンジン1を自動停止する制御は、逆転再始動方式の場合と同様である。そして、この場合は、自動停止後、再始動条件が成立すると、膨張行程気筒に対して再始動用の燃料を噴射し、点火を行う。そして、この点火によってエンジン1が始動すると、通常制御に移行する。
また、この実施形態の車両は、上述の通りメインバッテリ4とサブバッテリ5を備え、パワーリレー11およびチャージリレー12の切換によってバッテリ充電を行う2バッテリシステムを採用したものであって、コントロールユニット10は、パワーリレー11、チャージリレー12およびオルタネータ6の制御により、経路を切り換えてメインバッテリ4およびサブバッテリ5の充電を行い、また、アイドルストップ制御によるエンジン自動停止後の再始動時に、パワーリレー11およびチャージリレー12の制御により、後述のようにメインバッテリ4とサブバッテリ5を使い分けて(サブバッテリ5によって、あるいはメインバッテリ4とサブバッテリ5の両方を使って)始動アシストのためにスタータ3を駆動する。
エンジン始動制御において、キー始動操作による通常始動時には、スタータ3を駆動のための電力は、メインバッテリ4とサブバッテリ5の両方でまかなう。
また、アイドルストップ制御によるエンジン停止からの復帰(再始動)の時にスタータ3の駆動は、基本的にはサブバッテリ5からの電力供給で行う。
ただし、サブバッテリ5が劣化したりして充電状態が悪い場合は、アイドルアップ制御の再始動時の始動を確実にするために、パワーリレー11を接続状態にして、メインバッテリ4からもスタータ3に電力を供給し、メインバッテリ4からの電力とサブバッテリ5からの電力の両方でスタータ3を駆動する。
その際、パワーリレー11を接続状態にするときのメインバッテリ4の充電状態に応じて、自動変速機2の油圧発生用電動オイルポンプ7、電動パワーステアリング8、ヒルホルダー9その他の車両電気負荷(EL)を停止させる。
メインバッテリ4の充電状態が良好でないときは、エンジン始動に必要な電力部品(燃料供給とか点火のための電装品)とヒルホルダー9への電力の供給は優先して、自動変速機の油圧発生用電動オイルポンプ7、電動パワーステアリング8その他の電気負荷の作動を停止する
また、斜面だと車両後退に恐れがあるので、傾斜角を検知して、傾斜角が大きい場合は、車両後退防止が先決であるので、ヒルホルダー9を停止させることはせず、エンスト状態にして、その状態をブザーで報知する。
アイドルストップ制御による再始動時の制御の具体的な処理は図2および図3に示すとおりで、スタートすると、まず、アイドルストップのエンジン停止条件が成立したかどうかを判定する(ステップS1)。ここでは、例えば、ブレーキを踏んでいて(ブレーキオン)、アクセルを離していて(アクセルオフ)、車速が0で、変速位置がDレンジであるという条件を全て満たしているときに、エンジン停止条件が成立したと判定する。
そして、エンジン停止条件が成立するまで待ち、エンジン停止条件が成立すると、アイドルストップのエンジン停止を実行するために燃料カット(F/C)を行う(ステップS2)。
そして、エンジン1が停止したかどうかを判定し(ステップS3)、エンジン1が停止するまで、そのままの状態で燃料カットを続ける。
そして、エンジン1が停止したら、再始動条件が成立したかどうかを判定する(ステップS4)。ここでは、例えば、アクセルが踏み込まれたときに、再始動条件が成立したと判定する。
そして、再始動条件が成立するまで待ち、再始動条件が成立したら、停止位置が上述の逆転再始動方式あるいは正転再始動方式の燃焼始動制御による再始動のための適正範囲内かどうかを判定して(ステップS5)、適正範囲内であれば、燃焼始動制御によって始動し(ステップS6)、始動後、通常制御へ移行する(ステップS7)。
また、停止位置が適正範囲内でないときは、燃焼始動制御による始動はできないので、まず、通常通りサブバッテリ5を電源としてスタータを駆動し(ステップS8)、膨張行程の気筒から燃焼を始めるよう燃焼制御を行い(ステップS9)、エンジン回転数が所定値以下かどうかで、サブバッテリ5の充電状態(劣化状態)を判定する(ステップS10)。
そして、エンジン回転数が所定値以下というときは、サブバッテリ5が劣化等で充電状態が悪いということで、その場合は、メインバッテリ4のバッテリ電圧から、バッテリ状態(充電状態)を推定(予測)し(ステップS11)、メインバッテリ4のバッテリ状態が良好かどうかを判定する(ステップS12)。
そして、メインバッテリ4のバッテリ状態(充電状態)が良好であれば、パワーリレー11を駆動状態(接続状態)として、メインバッテリ4とサブバッテリ5の両方でスタータを駆動する(ステップS13)。
そして、TDCを通過したかどうか、つまり、膨張行程の気筒の燃焼によって圧縮行程の気筒が圧縮上始点を越えるところまで行ったかどうかを見て(ステップS14)、圧縮上始点を越えるところまで行った後、圧縮行程の気筒を燃焼させる制御を行い(ステップS15)、スタータアシスト始動を継続し(ステップS16)、始動後、通常制御へ移行する(ステップS17)。
また、メインバッテリ4のバッテリ状態(充電状態)が良好でないときは、ヒルホルダー9と、エンジン始動に必要な電力部品以外のデバイスの電源を遮断する(ステップS18)。
そして、車両傾斜角が所定値以上かどうかを見て(ステップS19)、傾斜角が所定値以上でなければ、ヒルホルダーの電源も遮断し(ステップS20)、その後、パワーリレーを駆動するステップ(ステップS13)へ進む。
また、傾斜角が所定値以上のときは、エンジンをエンストとし、ブザーを鳴らす(ステップS21)。
また、エンジン回転数が所定値以下かどうかで、サブバッテリ5の充電状態(劣化状態)を判定する(ステップS10)。
そして、膨張行程気筒燃焼制御の後の判定(ステップS10)でエンジン回転数が所定値以下でないときは、サブバッテリ5の充電状態が悪くない(劣化していない)ということで、サブバッテリ5だけでスタータを駆動した状態のまま圧縮上始点を超えるところまで行ったかどうかを判定し(ステップS22)、圧縮上始点を越えるところまで行った後、圧縮行程の気筒を燃焼させる制御を行い(ステップS23)、スタータアシスト始動を継続し(ステップS24)、始動後、通常制御へ移行する(ステップS25)。
なお、上記制御では、サブバッテリ5だけでスタータ3を駆動したときのエンジン回転数を見てサブバッテリ5の劣化等による充電状態の悪化を判定し、また、メインバッテリ4のバッテリ電圧からそのバッテリ状態(充電状態)を判定しているが、メインバッテリ4およびサブバッテリ5の劣化は、キースイッチ13がONされ、メインバッテリ4およびサブバッテリ5それぞれがスタータ3に電力を供給し始めたときに生ずるそれぞれのバッテリ電圧の低下挙動に基づいて判定することもできる。スタータ3に電力供給を開始すると、バッテリ電圧は急激に低下し、時間の経過とともに規定の電圧値に回復する挙動を示す。そのバッテリ電圧の低下挙動(低下の程度)は、バッテリが劣化している場合の方が、劣化していない正常の場合に比べて大きい。したがって、スタータに電力供給を開始したときに生ずるバッテリ電圧の低下挙動に基づいて劣化判定をすることが可能である。
以上、実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他様々な態様で実施することが可能である。
本発明の実施形態に係る車両の制御装置のシステム図である。 本発明の実施形態の制御動作を示すフローチャート(その1)である。 本発明の実施形態の制御動作を示すフローチャート(その2)である。
符号の説明
1 エンジン
2 自動変速機
3 スタータ
4 メインバッテリ
5 サブバッテリ
6 オルタネータ
10 コントロールユニット
11 パワーリレー
12 チャージリレー
13 キースイッチ
14、15 電圧センサ
EL 車両電気負荷

Claims (3)

  1. 所定のエンジン自動停止条件が成立した時にエンジンを自動停止させ、停止後所定の再始動条件が成立した時にエンジンを自動的に再始動させるエンジン自動停止・再始動制御手段と、エンジン自動停止中に車両の所定の電気負荷に電力を供給するとともにエンジン自動停止後の再始動時にスタータに電力を供給可能な第1のバッテリと、エンジン自動停止後の再始動時にスタータに電力を供給する第2のバッテリとを備えた車両の制御装置であって、
    前記第1のバッテリと前記スタータとを接続して該スタータに電力を供給可能とする切換手段と、
    前記エンジン自動停止からの再始動時に、前記第2のバッテリの充電状態を判定して、前記第2のバッテリの充電状態が良好でないと判定した場合、前記切換手段を接続状態にして前記第1のバッテリからの電力と前記第2のバッテリからの電力の両方で前記スタータを駆動させる始動制御手段と、
    前記第1のバッテリの充電状態を判定して、該第1のバッテリの充電状態が良好でないと判定したときは、ブレーキ油圧を維持するヒルホルダーとエンジン始動に必要な電力部品以外の、該第1のバッテリによりエンジン自動停止中に電力が供給される前記電気負荷の内の少なくとも一つへの電力供給を停止する電気負荷制御手段を備えた車両の制御装置。
  2. 車両の傾斜状態を判定する傾斜判定手段を備え、前記電気負荷制御手段は、前記第1のバッテリの充電状態が悪いと判定し、且つ車両が所定以上傾斜していない場合、前記ヒルホルダーへの電力供給を停止するよう構成された請求項1記載の車両の制御装置。
  3. 車両の傾斜状態を判定する傾斜判定手段を備え、前記電気負荷制御手段は、前記第1のバッテリの充電状態が悪いと判定し、且つ車両が所定以上傾斜している場合、前記ヒルホルダーへの電力供給を維持し、エンスト状態にするとともに、当該状態の報知を行うよう構成された請求項1記載の車両の制御装置。
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