JP6093682B2

JP6093682B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP6093682B2
Application number: JP2013213296A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　和也; 和也齋藤; 慎悟北島
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: JP2015075063A

Description

本発明は、車載機器を制御する制御装置に係る。

エネルギ資源の節約と環境保全のために、自動車を運転中にエンジンの一時停止が許容される所定条件が成立したとき、アイドルストップさせることが考えられ、また一部の自動車において実施されている。このアイドルストップに対応した自動車において、車両が停止する前の減速状態から、積極的にアイドルストップを行う（以下、コーストストップ）ことで、更になる燃費効果を高めたシステムが存在する。このシステムでは、燃料カットを開始した時点から、エンジンが完全停止するまでの間に、再発進要求があった場合、車両発進性能を確保するため、即座に始動させる必要がある。このため、特許文献１には燃料カット後のエンジン慣性回転期間中にスタータモータを予め回転（以下予回転）させ、スタータモータと同軸上に備わるピニオンの回転速度がエンジンに備わるリングギヤの回転速度と同期した時点で、ピニオンをリングギヤに噛み込ませ（以下プリメッシュ）、スタータ駆動によるエンジンの再始動を行なう技術が提案されている。

特開２０１０−２２９８８２号公報

燃料カット中による惰性回転中のエンジンリングギヤにスタータモータのピニオンを噛み込ませるには、エンジンリングギヤの回転速度とピニオン回転速度を精度よく同期させる必要があり、そのためには、ピニオンの回転速度を検出する回転センサが必要になる。

しかしながら、ピニオン回転センサを採用するとなると、コストUPとなるほか、回転センサを取り付けたことによりスタータモータの形状が大きくなり、スタータモータの取り付けスペースの自由度が減るなどの問題が発生する。

また、ピニオン回転センサなしでピニオン回転速度を検出しようとすると、スタータモータのフリクション個体差や、経時劣化などによるフリクション変化でのピニオン回転数の変化を検出することができず、結果、エンジンリングギヤ回転速度とピニオン回転速度を精度よく同期させることができなくなり、プリメッシュ時の異音発生やピニオンギヤおよび、エンジンギヤの耐久性が低下する問題が発生する。

上記課題を解決すべく本発明の車両制御装置は、エンジンを始動させるためのスタータモータの回転を制御するモータ回転制御手段と、前記エンジンに前記スタータモータを連結する連結制御手段と、を、備え、前記モータ回転制御手段は前記スタータモータが前記エンジンと連結状態にない状態で前記スタータモータへの通電を制御して前記スタータモータを回転させ、前記エンジンの惰性回転中に前記スタータモータへの通電を遮断し、前記連結制御手段は、前記エンジンと前記スタータモータが共に惰性回転をしているときに前記エンジンに前記スタータモータを連結させる車両制御装置において、惰性回転中の前記スタータモータが発電する電圧もしくは電流に基づき前記モータ回転制御手段による前記スタータモータへの通電量または通電時間を補正する補正手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ピニオン回転センサを採用しなくても、スタータモータのフリクションばらつきの影響を受けることがなく、惰性回転中のエンジンリングギヤとスタータモータピニオン回転数を精度よく同期せることができるため、スタータ本体のコストUPや取り付けスペースの問題が発生することがなくなる。

アイドルストップシステムの機能構成図の一例。本発明における実施例のフローチャート。本発明におけるスタータモータフリクションと惰性回転挙動の一例。本発明におけるスタータモータ回転数と発電電圧の関係の一例。本発明におけるスタータモータフリクション検出手段の一例。本発明におけるスタータモータフリクション検出手段の一例。本発明におけるスタータモータフリクションによるプリメッシュへの影響の一例。本発明におけるフリクション指数とフリクション補正値の設定の一例。本発明におけるフリクション補正値による通電量の補正の一例。本発明におけるフリクション補正値による通電時間の補正の一例。本発明におけるピニオン回転数推測手段の一例。

図１は、アイドルストップシステムの機能構成の一例である。

スタータ本体101は、スタータモータ101a、マグネットスイッチ101b、シフトレバー101c、ピニオンクラッチ101d、ピニオンギヤ101e、半導体スイッチ機構101fなどにより構成されている。まず、ECU（Engine Control Unit）103が持つアイドルストップ判定機能103aにより、コーストストップが実施されると、ECU103はスタータ駆動信号を半導体スイッチ機構101fへ出力する。スタータ駆動信号は、スタータモータ101aの通電機能とピニオンギア101eの飛び出し機能を制御するマグネットスイッチ101bの２系統を備え、それぞれが個別のDuty比により半導体スイッチ機構101f内のMOSFETを制御し、スタータモータ101a及びマグネットスイッチ101bを個別に制御するようになっている。ECU103はスタータモータへの通電機能によりスタータモータを回転させ、スタータモータ101ａ１に連結されたピニオンギヤ101eを回転させる。次に特定の条件が成立した時にECU103から半導体スイッチ機構101fを介してマグネットスイッチ101bに通電を行い、シフトレバー101cを押し出し、ピニオンギヤ（以下、ピニオン）101eをリングギヤ105に連結させる構成となっている。なお、ECU103はスタータモータが惰性回転中に発電する電圧もしくは、電流値を計測するモニター部103eを有している。

次に図２を用いて、本発明の基本的な制御動作について説明する。

図２は、本発明に関わるフローチャートである。本フローは定時間隔で実行（例えば10ms）される。

まず、ステップ201では、エンジン始動後にスタータモータのマグネットスイッチがオフされ、スタータモータのピニオンがエンジンリングギヤとの連結が解除され、スタータモータが惰性回転状態にあるか判定する。次にステップ202では、前記スタータモータが惰性回転中に発電する電圧もしくは、電流値の計測を行い、ステップ203は前記ステップ202で計測した発電電圧もしくは、電流値の変化から前記スタータモータのフリクション補正値を演算する。

ステップ204はコーストストップ実施中かを確認するところで、ステップ205はコーストストップにおけるエンジン慣性回転中の角加速度変化を演算するところ、ステップ206は前記スタータモータピニオンの通電量、および、通電時間を演算するところで、通電量の基本制御値および、通電時間の基本制御値とステップ203で演算したフリクション補正値によって演算されるものである。ステップ207ではプリメッシュに備え、前記スタータモータへの通電を開始し、スタータモータの予回転を開始する。

ステップ208は、ステップ206で演算された通電時間に従って、前記スタータモータへの通電を終了し、前記スタータモータを惰性回転状態にさせる。

ステップ209では、前記スタータモータが惰性回転中に発電する電圧値もしくは、電流値の計測を開始し、ステップ210では前記発電電圧もしくは、発電電流値から、前記スタータモータの回転数を推測する。

ステップ211では、エンジン回転数と前記スタータモータ回転数推測値の偏差を演算するところで、前記偏差が所定範囲内にあれば回転同期と判定し、ステップ212に進み、スタータのマグネットスイッチをオンし、ピニオンを押し出し、エンジンリングギヤに噛み込ませる。

次に図３を用いて詳細な制御内容についての説明を行う。

図３は、本発明に関わるスタータモータのフリクション検出方法の一例である。

図内の上から、エンジン回転数301、スタータモータピニオン回転数302であり、エンジン始動後のスタータモータの回転挙動を示したものである。クランキング時はスタータモータがエンジンを回す事となるが、エンジンが始動し始めると、スタータモータのマグネットスイッチがオフになるまでは、エンジンリングギヤとスタータモータのピニオンは連結状態にあるため、スタータモータはエンジンによって回される事となり、エンジン回転数と同じくスタータモータピニオン回転数も上昇することになる。始動完了後はスタータモータのマグネットスイッチがオフされ、エンジンリングギヤと前記ピニオンの連結が解除されると、前記スタータモータは惰性回転しながら、徐々に減速していく。なお、この時のスタータモータの惰性回転挙動はスタータモータのフリクションの影響をうけるため、フリクションが大きいものは、303に示すように減速中の回転傾斜が急になり、また、フリクションが軽いものは、304に示すように傾斜が緩やかになる傾向がある。

従って、スタータモータの惰性回転中の減速傾斜から前記スタータモータのフリクションを検出することができる。

図４は減速中にスタータモータが発電する電圧とスタータモータの回転数の関係を示したグラフである。なお、グラフは発電電圧を記載しているが、発電電流としてもよい。図４を見てもわかるように発電電圧（もしくは発電電流）とスタータモータの回転数は比例関係にある。フリクションの影響をうける減速時のスタータモータの回転挙動は、惰性回転状態におけるスタータモータの発電電圧（もしくは電流）の挙動をみることで検知できるため、結果、スタータモータのフリクションを検出できることになる。

また、発電電圧（もしくは電流）とスタータモータ回転数の関係を把握できていれば、発電電圧（もしくは電流）値から、スタータモータの回転数も推測できることになる。

図５は前記スタータモータの発電電圧（もしくは電流）から、フリクションを検出する手段の一例を示したもので、始動後のエンジン回転数501)スタータモータ発電電圧502の挙動をグラフに示したものである。スタータモータのフリクション検出は、スタータモータが惰性回転中に発電する電圧（もしくは電流）挙動の傾斜を検出する必要があるため、その検出手段の１つとして、時間変化(dT)と発電電圧変化(dV)から、所定時間あたりの変化量(dV/dT)を演算し、前記dV/dTの値からフリクション指数を演算する手段とした。なお。フリクション指数は図５の503のように前記dV/dTの関数で演算されるものである。

図６は、前記図５で説明した手段とは別の検出手段を表したもので、図５同様、始動後のエンジン回転数601とスタータモータ発電電圧602挙動をグラフに示したものである。その手段としては、前記スタータモータの発電電圧（もしくは電流）値が所定値１から所定値２に変化するまでに費やした時間(T)を計測することで、発電電圧の傾斜、つまり、スタータモータのフリクションを検出するものであり、フリクション指数は図６の605のように前記Tの関数で演算されるものである。

なお、本研究のフリクション検出手段として惰性回転中の発電電圧（もしくは電量）変化の傾斜を検出できる手段であれば、前記図５、図６記載の手段に限定されるものではない。

図７はコーストストップでのプリメッシュ（ピニオン噛み込み）のためのスタータモータ予回転制御および、プリメッシュ時における、スタータモータのフリクションの影響をグラフに表したものである。エンジン回転数701はコーストストップにより燃料カットの減速状態にあり、ドライバーの再始動要求があればすぐにでもエンジンクランキングできる様にするため、エンジン回転数が所定の値となったところでスタータモータに通電を開始し、予め所定の目標回転数までスタータモータのピニオン回転数702を上げておくのが図７のA区間である。ここでは、スタータモータ駆動Duty703として所定の通電量と通電時間がスタータモータへ印加される。

スタータモータのフリクションが中心仕様の場合であれば、ピニオン回転数は704のような挙動となる。しかし、個体差ばらつきなど、フリクションが中心仕様よりも大きいものの場合は、同じ通電量、通電時間の場合、ピニオン回転数は706のような回転上昇が鈍い挙動となり、所定の目標回転数まで達しない、また、逆にフリクションが中心仕様よりも小さいものの場合は、ピニオン回転数は上昇しやすくなり、所定の目標回転数を越えてしまう。

ピニオン回転センサがあれば、回転上昇度合いに応じて通電量、通電時間を制御し、前記フリクションの影響を補うことができるが、ピニオン回転センサなしの場合では、ピニオン予回転制御において、前記のようにピニオン回転数を所定の回転数に制御できない問題が発生する。

次にプリメッシュ時の影響について説明する。前記ピニオン予回転制御終了後は、通電がオフされることでスタータモータは惰性回転状態となる。プリメッシュはコーストストップ中のエンジン回転数とスタータモータのピニオン回転数の偏差が所定値以内になった時に回転同期と判断され、マグネットスイッチ713がオンされ、前記ピニオンが押し出されることで。エンジンリングギヤと連結される。それを表したのが図７のB区間である。

まず、ピニオン回転センサがあれば、エンジン回転数とピニオン回転数は検知できるため、回転同期判断も精度よく判定できる。しかし、ピニオン回転センサがない場合は、スタータモータの惰性回転特性と通電オフからの経過時間である程度のピニオン回転数を推測する手段となる。例えば、フリクションが中心仕様のものの場合は、ピニオン惰性回転挙動は707のような挙動となり、ある程度の回転偏差にある710のポイントでプリメッシュが可能になる。しかし、個体差ばらつきなど、フリクションが中心仕様よりも大きいものの場合は、ピニオン惰性回転の挙動は709のような回転減速度が大きく、フリクション中心仕様の場合と比べて712のような回転数差が生じた状態でプリメッシュすることになってしまう。言い換えれば、回転同期にない状態でピニオンをエンジンリングギヤに噛み込ませることになる。逆にフリクションが中心仕様よりも小さいものの場合のピニオン惰性回転挙動は、708のような回転減速度が緩やかな挙動となり、フリクション中央仕様の場合と比べて711のような回転数差が生じた状態でプリメッシュすることになる。その結果、回転同期にない状態で噛み込ませることになるため、噛み込み時に異音が発生し、ドライバーに違和感を与えるほか、エンジンリングギヤやスタータモータのピニオンギヤの耐久性を低下させる問題が発生してしまう。

図８は図５および、図６で説明したスタータモータのフリクション検出手段で検出したフリクション指数から、ピニオン予回転制御時の通電量を補正するフリクション補正値を演算する一例について示したものである。

ピニオン予回転時の通電量は、基本制御量とフリクション補正値で演算される。基本制御値は、スタータモータのフリクション中心仕様で設定される通電量、および、通電時間であり、フリクション補正値は、前記フリクション指数が大きい時は、基本制御値より大きい値になるように、また、フリクション指数が小さい時は、前記基本制御値より小さくなるように、通電量、もしくは、通電時間を補正するものであり、補正値は801のような設定値となる。

図９は図８で説明したフリクション補正値を使用し、ピニオン予回転制御時の通電量を制御した動作の一例を示したものである。
スタータモータのピニオン回転数902は、コーストストップ中のエンジン回転数901が所定の回転数となった所で通電が開始され、所定の駆動Duty904を所定時間910通電される。

図７で説明した様に、スタータモータフリクションが中心仕様の場合は、スタータモータピニオン回転数の上昇は907の軌道となるが、フリクションが中心仕様よりも大きいものの場合は908のように、フリクションが中心仕様よりも小さい場合は909のような回転軌道で上昇することになる。そこで、図８で説明したフリクション指数によるフリクション補正値でスタータモータ駆動Dutyを補正することとした。

つまり、フリクションが中心仕様よりも大きいものの場合は、スタータモータ駆動Duty903は、905に示すように大きいDutyが印加され、フリクションが中心仕様よりも小さいものの場合は、スタータモータの駆動Duty903は906のような小さいDutyが印加されることになる。これにより、スタータモータのピニオン回転数902はフリクション中心仕様と同じ軌道で回転上昇させることが可能となる。

図１０は図８で説明したフリクション補正値を使用し、ピニオン予回転制御時の通電時間を制御した動作の一例を示したものである。

スタータモータのピニオン回転数1002は、コーストストップ中のエンジン回転数1001が所定の回転数となった所で通電が開始され、所定の駆動Duty1010を所定時間1004通電される。

図７で説明した様に、スタータモータフリクションが中心仕様の場合は、スタータモータピニオン回転数の上昇は1007の軌道となるが、中心様よりもフリクションが大きいものの場合は1008のように、フリクションが中心仕様よりも小さい場合は1009のような回転軌道で上昇することになる。そこで、図８で説明したフリクション指数によるフリクション補正値でスタータモータ駆動Dutyの通電時間を補正することとした。

つまり、フリクションが中心仕様よりも大きいものの場合は、スタータモータ駆動Duty1003の通電時間は、1005に示すように長い時間Dutyが通電され、フリクションが中心仕様よりも小さいものの場合は、スタータモータの駆動Duty1003は、1006のような短い時間、Dutyが印加されることになる。これにより、スタータモータのピニオン回転数1002はフリクション中心仕様と同じ回転数まで上昇させることが可能となる。

図１１は図４および、図５、図６で説明したスタータモータのフリクション検出手段を用いて、前記スタータモータのピニオンギヤが前記エンジンリングギヤにプリメッシュする際の回転同期判定をおこなう手段の一例について説明したものである。

まず、ピニオン予回転のための通電として、スタータモータ駆動Duty1103が所定量、所定時間印加される。スタータモータのピニオン回転数1102は通電により、所定回転数まで上昇し、通電終了後、惰性回転状態となる。次に前記惰性回転状態のピニオン回転数と前記惰性回転状態のエンジン回転数が所定の偏差1111となったところで回転同期判定がなされ、前記スタータモータのマグネットスイッチがオンされ、プリメッシュされる。ここで、ピニオン回転センサがない場合は、前記惰性回転状態のピニオン回転数が検出できないが、図４および、図５、図６で説明したスタータモータのフリクション検出手段を用いて、前記ピニオン回転数の検出が可能となる。

具体的には、前記スタータモータが惰性回転中に発電する発電電圧（もしくは発電電流）を検出する。図４で説明しているようにスタータモータ回転数と前記発電電圧は比例関係にあるため、前記スタータモータの回転数と前記発電電圧（もしくは発電電流）の特性を把握しておき、前記発電電圧（もしくは発電電流）値から前記スタータモータ回転数を推測するものである。例えば、図１１の1106はスタータモータのフリクションが中央仕様より大きいものの場合のスタータモータ発電電圧挙動を示したものである。この場合、前記スタータモータの回転数と前記発電電圧（もしくは発電電流）の特性から、スタータモータピニオン回転数は1109で示す値になることを推測可能となる。

また、1107はスタータモータのフリクションが中央値仕様より小さいものの場合のスタータモータ発電電圧挙動である。この場合も、スタータモータピニオン回転数は1110のようなピニオン回転数になることを推測できるものである。

このスタータモータピニオン回転数推測値とエンジン回転数を用いて、回転同期判定を行うものである。

なお、本動作例では前記スタータモータの発電電圧値により、前記スタータモータのピニオン回転数を推測する方式としているが、図５および、図６に記載したフリクション検出方式によるフリクション指標を用いて、前記ピニオン回転数推測値を演算する方式としてもよい。

101 ・・・・・スタータ
103 ・・・・・ ECU
104 ・・・・・バッテリ
301 ・・・・・エンジン回転数
302 ・・・・・スタータモータピニオン回転数
303 ・・・・・スタータモータ駆動Duty
502 ・・・・・スタータモータ発電電圧
713 ・・・・・マグネットスイッチ信号
904 ・・・・・スタータモータ基本Duty
910 ・・・・・スタータモータ通電時間

Claims

エンジンを始動させるためのスタータモータの回転を制御するモータ回転制御手段と、前記エンジンに前記スタータモータを連結する連結制御手段と、を、備え、前記モータ回転制御手段は前記スタータモータが前記エンジンと連結状態にない状態で前記スタータモータへの通電を制御して前記スタータモータを回転させ、前記エンジンの惰性回転中に前記スタータモータへの通電を遮断し、前記連結制御手段は、前記エンジンと前記スタータモータが共に惰性回転をしているときに前記エンジンに前記スタータモータを連結させる車両制御装置において、
惰性回転中の前記スタータモータが発電する電圧もしくは電流に基づき前記モータ回転制御手段による前記スタータモータへの通電量または通電時間を補正する補正手段を備えることを特徴とする車両制御装置。
請求項１の車両制御装置において、前記補正手段は、前記スタータモータの発電する電圧もしくは電流の所定時間あたりの変化量によって補正することを特徴とする車両制御装置。
請求項１の車両制御装置において、前記補正手段は、前記スタータモータの発電する電圧もしくは電流が第一の所定値から第二の所定値になるまでの所要時間によって補正することを特徴とする車両制御装置。
請求項２の車両制御装置において、前記補正手段は、前記スタータモータの発電する電圧もしくは電流の所定時間あたりの変化量が大きい場合は、前記スタータモータへの通電量または通電時間が大きくなるように制御し、前記所定時間あたりの変化量が小さい場合は、前記スタータモータへの通電量または通電時間が小さくなるように制御することを特徴とする車両制御装置。
請求項３の車両制御装置において、前記補正手段は、前記スタータモータの発電する電圧もしくは電流が第一の所定値から第二の所定値になるまでの所要時間が短い場合は、前記スタータモータへの通電量または通電時間が大きくなるように制御し、前記スタータモータの発電する電圧もしくは電流が第一の所定値から第二の所定値になるまでの所要時間が長い場合は、前記スタータモータへの通電量または通電時間が小さくなるように制御することを特徴とする車両制御装置。
前記請求項１から５いずれか一項の車両制御装置において、前記補正手段は、前記エンジンと前記スタータモータの連結を解除してから所定時間以降に計測した前記スタータモータが発電する電圧もしくは電流に基づいて補正することを特徴とする車両制御装置。
エンジンを始動させるためのスタータモータの回転を制御するモータ回転制御手段と、前記エンジンに前記スタータモータを連結する連結制御手段と、を、備え、前記モータ回転制御手段は前記スタータモータが前記エンジンと連結状態にない状態で前記スタータモータへの通電を制御して前記スタータモータを回転させ、前記エンジンの惰性回転中に前記スタータモータへの通電を遮断し、前記連結制御手段は、前記エンジンと前記スタータモータが共に惰性回転をしているときに前記エンジンに前記スタータモータを連結させる車両制御装置において、惰性回転中の前記スタータモータが発電する電圧もしくは電流に基づき前記スタータモータの惰性回転数を推測する回転数推定手段と、前記回転数推定手段が推定した惰性回転数を用いて前記エンジンのエンジン回転数との同期判定を行う同期判定手段と、を備え、前記連結制御手段は前記同期判定手段により同期判定がなされたときに前記エンジンに前記スタータモータを連結することを特徴とする車両制御装置。