JP6181954B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを始動させるスタータを備えた車両の制御装置に関する。

特許文献１には、自動停止要求が発生してからエンジンが停止するまでの惰性回転中に、エンジンの再始動要求が発生すると、スタータモータのピニオンギヤを回転させ、ピニオンギヤの回転速度がリングギヤの回転速度と同期した時点で、ピニオンギヤをリングギヤに噛み込ませた後、スタータモータの出力を最大にしてエンジンをクランキングする、エンジン自動停止再始動装置が開示されている。

特開２００５−３３０８１３号公報

しかし、エンジンの惰性回転中に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差（又はエンジン回転速度）が十分に小さい状態で、ピニオンギヤをリングギヤに噛み込ませるようにしても、回転速度差（エンジン回転速度）の変化速度によって噛み込み音が大きくなる場合があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み込み音を抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明による車両の制御装置は、スタータモータのピニオンギヤをエンジンのクランク軸に取り付けたリングギヤに噛み込ませ、前記スタータモータにより前記ピニオンギヤを回転させて前記エンジンを始動させるスタータを備えた車両の制御装置において、前記エンジンの回転速度であるエンジン回転速度の変化速度が所定の第２範囲内であるときに前記ピニオンギヤを前記リングギヤに噛み込ませ、前記第２範囲は、前記エンジン回転速度の変化速度が０より大きいプラス領域と、前記エンジン回転速度の変化速度が０より小さいマイナス領域とを含み、前記マイナス領域は、前記プラス領域よりも前記エンジン回転速度の変化速度の範囲が狭い。

上記発明によると、ピニオンギヤがリングギヤに噛み込むときに発生する音は、エンジン回転速度の変化速度（加速度）の大きさによって変動するので、前記変化速度に応じてスタータ駆動を行うことで、音の発生を抑制できるタイミングでスタータを駆動することができる。

本願発明の実施形態における車両の全体構成図である。 本願発明の実施形態におけるＥＣＵのシステム構成図である。 本願発明の実施形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。 本願発明の実施形態におけるピニオンギヤの押し出し動作とリングギヤ回転速度との相関を例示する模式図である。 本願発明の実施形態におけるピニオンギヤの押し出し動作とリングギヤ回転速度との相関を例示する模式図である。 本願発明の実施形態における噛み込み滑りの発生を説明するための図である。 本願発明の実施形態における再始動制御プロセスの一例を示すフローチャートである。 本願発明の実施形態における回転パルス信号の変化を例示するタイムチャートである。 本願発明の実施形態におけるエンジン回転速度及びエンジン回転加速度の変化を例示するタイムチャートである。 本願発明の実施形態におけるスタータの作動許可／禁止の判定とエンジン回転速度との相関を例示するタイムチャートである。 本願発明の実施形態における再始動制御プロセスの一例を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る車両の制御装置を適用する車両の一例を示す全体構成図である。

図１に示した車両は、多気筒のエンジン（内燃機関）１と、アイドルストップスタータシステム１０と、ＥＣＵ（電子コントロールユニット、制御装置）１１とを備えている。
エンジン１は、クランク軸１ａを有すると共に、点火火花を発生させるための点火プラグ１４ｂ、この点火プラグ１４ｂの放電に必要な電圧を得るため点火コイル１４ａ、燃料を噴射する燃料噴射弁１５などを備えている。

アイドルストップスタータシステム１０は、ピニオンギヤ押し出し式のスタータ３と、スタータ３のオン／オフを切り替えるＦＥＴなどの半導体スイッチング素子１３とを備えており、ＥＣＵ１１によって制御される。
なお、半導体スイッチング素子１３は、機械式マグネットスイッチなどに置き換えることができる。

エンジン１のクランク軸１ａには、リングギヤ２を取り付けてある。リングギヤセンサ３７は、リングギヤ２の歯部を検出してパルス信号に変換するセンサであり、ＥＣＵ１１は、リングギヤセンサ３７が出力するパルス信号に基づいてエンジン１の回転速度を算出する。
なお、本実施形態では、エンジン１の回転速度ＮＥを１分間当たりの回転数（rpm）で表すものとする。

スタータ３は、ピニオンギヤ４と、アクチュエータ５と、レバー６と、スタータモータ７と、ピニオンギヤセンサ３８とを備えている。
ピニオンギヤ４は、リングギヤ２と噛合可能なギヤであり、スタータモータ７の軸（ピニオン軸）８に軸方向に移動可能に設けられている。

ピニオンギヤ４は、図示省略したワンウェイクラッチと一体化されている。ワンウェイクラッチは、エンジン１を正回転させる方向にしか動力を伝えない構造のものである。
このワンウェイクラッチにより、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に噛み合っている場合は、リングギヤ２の回転速度は、スタータモータ７の回転速度に対して減速比に応じた同期速度になるか、若しくは、それよりも速い回転速度になる。

すなわち、リングギヤ２がピニオンギヤ４の回転速度よりも低下しようとすると、ワンウェイクラッチが動力を伝達するため、リングギヤ２の回転速度がスタータモータ７に対する同期速度を下回ることはない。一方で、同期速度よりもリングギヤ２の回転速度の方が速い場合は、ワンウェイクラッチが動力を伝達しないため、リングギヤ２からスタータモータ７側へ動力が伝達されることはない。

アクチュエータ５は、レバー６を介してピニオンギヤ４をピニオン軸８の軸方向に移動させるための電動アクチュエータである。
スタータモータ７は、エンジン１をクランキングするためのモータであり、スタータモータ７の回転はその内部にある減速機構で減速することでトルクを増大させてピニオンギヤ４に伝達される。
ピニオンギヤセンサ３８は、ピニオン軸８（ピニオンギヤ４）の回転速度ＮＰを検出するためのセンサである。

半導体スイッチング素子１３は、アクチュエータ５への通電／遮断を切り替える半導体スイッチング素子１３ａと、スタータモータ７への通電／遮断を切り替える半導体スイッチング素子１３ｂとで構成され、ＥＣＵ１１は、半導体スイッチング素子１３ａ，１３ｂのオン／オフを制御することで、スタータ３の動作を制御する。
ここで、ＥＣＵ１１のピニオン移送指令（ピニオン押し出し指令）により半導体スイッチング素子１３ａがオン状態になると、バッテリ１２の電力が半導体スイッチング素子１３ａを介してアクチュエータ５へ供給される。アクチュエータ５に電力が供給されると、アクチュエータ５は、レバー６を介してピニオンギヤ４を図１の右方向である押し出し方向へ移動させるトルクを発生し、ピニオンギヤ４はリングギヤ２と噛合する。

また、ＥＣＵ１１のモータ駆動指令（モータ回転指令信号）により半導体スイッチング素子１３ｂがオン状態になると、バッテリ１２の電力が半導体スイッチング素子１３ｂを介してスタータモータ７へ供給される。スタータモータ７に電力が供給されると、スタータモータ７は回転トルクを発生し、ピニオンギヤ４がリングギヤ２と噛合していればクランク軸１ａを回転させ、エンジン１をクランキングする。

このように、スタータ３は、ピニオンギヤ４の押し込み動作とスタータモータ７の駆動とを相互に独立して制御できる方式のスタータである。
クランク軸１ａにはトランスミッション１６が接続されており、エンジン１で発生する回転駆動力は、トランスミッション１６、ドライブシャフト１７及びタイヤ（駆動輪）１８を介して路面に伝えられる。

また、トランスミッション１６には、その出力軸の回転を検知する車速センサ３３が取り付けられていて、ＥＣＵ１１は、車速センサ３３からの出力信号に基づき車速（車両の走行速度）を算出する。
また、バッテリ１２のマイナス端子側には、バッテリセンサ３９が接続される。バッテリセンサ３９は、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ周囲温度などのバッテリ状態を検知し、検知した情報をＥＣＵ１１へ出力する。

図２は、ＥＣＵ１１の内部構成を、センサ等から各種の入力信号、及び、制御機器等に出力する各種の出力信号と共に示す図である。
ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３を含むマイクロコンピュータを備えると共に、センサ等からの信号を入力するための入力回路２４、制御機器等に向けて信号を出力するための出力回路２６、入力回路２４及び出力回路２６とマイクロコンピュータとの間で信号の送受信を行わせるための入出力ポート２５などを備えている。

ＥＣＵ１１の入力回路２４には、車両のアクセルペダル（図示省略）の踏み込み量を検知するアクセル開度センサ３０、エンジン１のスロットルバルブ（図示省略）の開き量を検知するスロットル開度センサ３１、エンジン１のシリンダ内へ吸入される吸入空気量を計測するエアフロセンサ３２、車両の走行速度を検出する車速センサ３３、フットブレーキ（図示省略）の操作を検知するブレーキスイッチ３４、エンジン１の点火、噴射タイミングの算出や気筒判定に用いるカム角信号を出力するカム角センサ３５、同じくエンジン１の点火、噴射タイミングの算出や気筒判定に用いるクランク角信号を出力するクランク角センサ３６、上述したリングギヤセンサ３７およびピニオンギヤセンサ３８、バッテリセンサ３９、が接続されている。

一方、ＥＣＵ１１の出力回路２６には、点火コイル１４ａ、燃料噴射弁１５、半導体スイッチング素子１３ａ，１３ｂなどが接続されている。
ＥＣＵ１１は、カム角センサ３５、クランク角センサ３６からの信号に基づき算出した点火タイミングに基づいて、出力回路２６から点火コイル１４ａに向けて点火信号を出力する。点火信号を受信した点火コイル１４ａは、シリンダ内の混合気に点火するために、点火プラグ１４ｂへ高電圧の電力を供給する。

また、ＥＣＵ１１は、エアフロセンサ３２で計量された吸入空気量やリングギヤセンサ３７の出力信号から算出したエンジン回転速度ＮＥ（rpm）などから、燃料噴射弁１５で噴射する燃料量を算出し、また、カム角センサ３５、クランク角センサ３６からの信号に基づき噴射タイミングを算出し、出力回路２６を介して燃料噴射弁１５に噴射タイミング及び噴射時間（開弁時間）を指定する開弁信号を出力する。開弁信号を受信した燃料噴射弁１５は、指令の噴射タイミングにて指令の噴射時間だけ開弁し、エンジン１に燃料を噴射する。
スイッチング素子１３ａ，１３ｂは、出力回路２６を介してＥＣＵ１１から出力されるＰＷＭ駆動信号に応じてデューティ制御され、アクチュエータ５、スタータモータ７への電力供給を制御する。なお、ＥＣＵ１１は、エンジン１の始動要求（スタータ３の駆動要求）に応じてＰＷＭ駆動信号をスイッチング素子１３ａ，１３ｂに出力する。

図３は、ＥＣＵ１１の機能ブロック図である。
ＥＣＵ１１は、走行速度算出部１１ａ、回転速度算出部１１ｂ、減速時燃料カット制御部１１ｃ、燃料噴射復帰制御部１１ｄ、コーストストップ制御部１１ｅ、スタータ制御部１１ｆなどの機能を備えている。

走行速度算出部１１ａは、車速センサ３３からの出力信号に基づき検出されるトランスミッション１６の出力軸の回転速度を、所定の係数によって変換するなどして車速（車両の走行速度）を算出する。
回転速度算出部１１ｂは、リングギヤセンサ３７からの出力信号に基づき、エンジン回転速度ＮＥ（rpm）を算出する。

減速時燃料カット制御部１１ｃは、所定の減速時燃料カット条件が満たされると、車両の減速中にエンジン１への燃料供給を停止するよう燃料噴射弁１５を制御する。
燃料噴射復帰制御部１１ｄは、減速時燃料カット制御部１１ｃによってエンジン１への燃料供給が停止されているときに、例えばエンジン回転速度ＮＥ（rpm）が燃料噴射復帰回転速度以下になると、エンジン１への燃料供給を再開するよう燃料噴射弁１５を制御する。

コーストストップ制御部１１ｅは、例えば車速がコーストストップ許可車速以下であることなどの所定のコーストストップ条件が満たされると、内燃機関１への燃料の供給を停止するよう燃料噴射弁１５を制御し、エンジン１を自動停止させる。そして、コーストストップ条件の成立による燃料噴射の停止後に、運転者の再始動要求が発生した場合や、エンジン１の稼働が必要になった場合に、エンジン１を自動的に再始動させる。
なお、コーストストップ制御部１１ｅは、車両の停止を自動停止の実施条件としないアイドルストップ制御を実施するが、車両が停止していることを少なくとも条件としてエンジン１を自動停止させるアイドルストップ制御を実施させることができる。

また、スタータ制御部１１ｆは、コーストストップ制御部１１ｅによるコーストストップ制御（アイドルストップ制御）によってエンジン１への燃料噴射が停止された後のエンジン１の惰性回転中、つまり、燃料カットによりエンジン１の発生トルクが失われてからエンジン１の回転が完全に停止するまでの期間において、エンジン１の惰性回転に伴って回転しているリングギヤ２にスタータ３のピニオンギヤ４を噛み合わせる制御を行う。

エンジン１の自動停止後の再始動は、再始動要求の発生からできるだけ速やかに実施されるのが望ましいが、ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませる際、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合い音が発生し、ドライバに不快感を与えるおそれがある。
そこで、本実施形態では、エンジン１を迅速に再始動させるとともに、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合い音を抑制すべく、ＥＣＵ１１は、エンジン自動停止制御後のエンジン１が惰性回転している期間において所定の噛み合わせ条件が成立しているときに、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合わせを実施する。

なお、エンジン１の惰性回転期間におけるピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合わせは、惰性回転期間中に再始動要求が発生した場合に行わせることができ、また、再始動要求の発生に備えて予め実施することができる。
ここで、ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み合わせるときに発生する音（噛み込み音）を十分に小さくするには、ピニオンギヤ４に対するリングギヤ２の相対回転速度が低い領域（例えば０±１００rpm〜２００rpm）、つまり、回転速度差が小さい状態で両者を噛み合せる必要がある。

しかし、相対回転速度が低い領域であっても、回転加速度が大きい場合には噛み込み滑りが発生して、噛み込みがスムースに行われず、噛み込み音が大きくなってしまう場合がある。
そこで、ＥＣＵ１１は、ピニオンギヤ４の回転速度に対するリングギヤ２の相対回転速度が所定速度よりも低く、かつ、相対回転速度の加速度（変化率）が所定値よりも小さいときに、ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませるように、ピニオンギヤ４の押し出し制御のタイミングを制御する。

上記のように、ピニオンギヤ４の回転速度（０rpmを含む）に対するリングギヤ２の相対回転速度、及び、相対回転速度の加速度に基づきスタータ３を駆動制御することで、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込み音を安定して小さく抑制しつつ、自動停止制御直後の惰性回転状態からエンジン１を速やかに再始動させることができる。

以下では、ＥＣＵ１１によるピニオンギヤ４の押し出し制御を詳述する。
図４は、ピニオンギヤ４の押し出し動作に伴う位置変化と、エンジン１が惰性回転している状態でのリングギヤ２の回転速度ＮＲとの相関を例示する。
なお、図４及び後述する図５では、説明を簡略化するために、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合わせ動作が許容される速度条件であるか否かをリングギヤ２の回転速度ＮＲで示すが、回転しているピニオンギヤ４とリングギヤ２とを噛み合わせる場合には、図４及び図５における「リングギヤ回転速度」を、ピニオンギヤ回転速度とリングギヤ回転速度との速度差（相対回転速度）に読み替える。

図４における「ピニオン停止位置」とは、ＥＣＵ１１にてスタータ３（アクチュエータ５）の駆動を実施する前のピニオンギヤ４の位置、つまり、アクチュエータ５による押し出しが行われていない状態での初期位置である。
ピニオンギヤ４が初期位置からリングギヤ２との当接位置まで移動するには時間（以下、移送時間という）を要するため、ピニオンギヤ４の押し出しを開始したときのリングギヤ２の回転速度と、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に当接するようになったときのリングギヤ２の回転速度とは異なる。ここで、噛み込み音を抑制するためには、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に当接するときの回転速度が所定の回転速度である必要がある。

そこで、ＥＣＵ１１は、ピニオンギヤ４の移送時間だけ先のリングギヤ２の回転速度ＮＲ（＝エンジン回転速度ＮＥ）を推定し、推定した回転速度が所定の範囲以内にあるかどうかで、ピニオンギヤ４の押し出し開始タイミングを判断する。これにより、移送時間内における回転速度の変動によって、実際に噛み込みが開始されるときに、所期の回転速度条件から外れてしまうことを抑制できる。
そして、ＥＣＵ１１は、ピニオンギヤ４の移送時間だけ先のリングギヤ２の回転速度ＮＲの推定値が所定の範囲以内であると判断すると、スタータ３を駆動してピニオンギヤ４の押し出し動作を開始する。つまり、半導体スイッチング素子１３ａにオン信号（押し出し指令信号）を出力してアクチュエータ５への通電を開始し、アクチュエータ５によってピニオンギヤ４をリングギヤ２に近づく方向に押し出す。

ここで、ピニオンギヤ４とリングギヤ２が当接を開始する際、実際のリングギヤ２の回転速度ＮＲ（＝エンジン回転速度ＮＥ）が所定範囲内であれば（回転速度が十分に小さければ）、リングギヤ２とピニオンギヤ４とから大きな異音を発生させることなく噛み込みが開始される。
そして、図４におけるケース（１）の場合は、噛み込み音が十分に抑制された状態で、噛み込み位置（押し出し完了位置、クランキング開始位置）までピニオンギヤ４が移動して、スタータモータ７とクランク軸１ａとが連結し、クランキングが可能な状態となる。しかし、図４中のケース（２）では、噛み込み滑りが発生して、噛み込み位置までピニオンギヤ４が移動する際に異音が発生する場合がある。

既述した図４は、エンジン１の惰性回転中にエンジン回転速度ＮＥが減少変化しているときの噛み込み動作を例示するが、図５は、逆にエンジン回転速度ＮＥが増大変化しているときの噛み込み動作を例示する。
図５に例示する場合も、ＥＣＵ１１は、ピニオンギヤ４の移送時間だけ先のリングギヤ２の回転速度ＮＲの推定値が所定の範囲以内であると判断すると、スタータ３を駆動してピニオンギヤ４の押し出し動作を開始する。

ここで、ピニオンギヤ４とリングギヤ２が当接を開始する際、実際のリングギヤ２の回転速度ＮＲ（＝エンジン回転速度ＮＥ）が所定範囲内であれば（回転速度が十分に小さければ）、リングギヤ２とピニオンギヤ４とから異音を発生させることなく噛み込みが開始され、図５のケース（１）の場合は、噛み込み音が十分に抑制された状態で、噛み込み位置（押し出し完了位置、クランキング開始位置）までピニオンギヤ４が移動するが、図５のケース（２）の場合、ピニオンギヤ４が噛み込み位置まで移動する際に噛み込み滑りが発生して異音が発生する場合がある。

図６は、ピニオンギヤ４を押し出してリングギヤ２と噛み合わせる動作において、ピニオンギヤ４とリングギヤ２とが面取り部で噛み込み滑りを起こす様子を示す。
ピニオンギヤ４とリングギヤ２は、噛み込みを円滑に行わせるために、各ギヤ（歯部）に面取りが施されている。面取りとは、リングギヤ２及びピニオンギヤ４の角または隅を斜めに削りとった加工である。

この面取りはリングギヤ２及びピニオンギヤ４が止まっている状態で噛み込みを行う場合、つまり、エンジン１の回転が止まっている状態から再始動させる場合に有効であるが、リングギヤ２の回転中（エンジン１の惰性回転中）にピニオンギヤ４を飛び込ませる場合は、角部を削り角面や丸面などの形状に加工した面取り部が、噛み込み滑りを助長することになってしまう。
そして、面取り部での滑り易さは、リングギヤ２とピニオンギヤ４の回転速度差（相対回転速度）には影響されず、回転速度差の変化率（回転加速度）に応じて変化し、変化率（回転加速度）が大きいほど滑り易くなる。

従って、ピニオンギヤ４の停止状態でリングギヤ２に噛み込ませるシステムでは、エンジン回転速度ＮＥの単位時間あたりの変化量（回転加速度）が大きい場合、ピニオンギヤ４を回転させた状態でリングギヤ２に噛み込ませるシステムでは、リングギヤ２とピニオンギヤ４の回転速度差（ピニオンギヤ４に対するリングギヤ２の相対回転速度）の単位時間あたりの変化量（回転加速度）が大きい場合に、リングギヤ２にピニオンギヤ４が噛み込む際に、リングギヤ２またはピニオンギヤ４に施された面取り部で噛み込み滑りを起こしてしまい、ピニオンギヤ４とリングギヤ２の回転速度差が所定範囲以内であるにも関わらず、異音を発生させてしまうことになる。

つまり、図４及び図５に示す場合、ケース（１）に比べてケース（２）での回転加速度が大きいため、ケース（１）に比べてケース（２）において噛み込み滑りが大きくなり、ケース（２）の場合はケース（１）の場合よりも噛み込み音が発生し易い。
そこで、ＥＣＵ１１は、リングギヤ２とピニオンギヤ４との噛み込み許可条件に、リングギヤ２とピニオンギヤ４の回転速度差の単位時間あたりの変化量（回転加速度）の条件、具体的には、前記変化量（回転加速度）が所定値よりも小さいという条件を含めることで、リングギヤ２とピニオンギヤ４の噛み込み時に発生する異音（噛み込み音）を小さくする。

つまり、ＥＣＵ１１は、ピニオンギヤ４とリングギヤ２の回転速度差が０rpmを含む所定範囲以内であって、かつ、回転加速度が０rpm/msを含む所定範囲内であるときに、リングギヤ２とピニオンギヤ４との噛み込みを行わせるように、エンジン１の惰性回転中におけるピニオンギヤ４の押し出しを制御することで、リングギヤ２とピニオンギヤ４の噛み込み時に発生する異音（噛み込み音）を小さくする。
なお、リングギヤ２とピニオンギヤ４の回転速度差の単位時間あたりの変化量（回転加速度）が所定値よりも小さいという条件は、噛み込み動作開始前にピニオンギヤ４を予回転させるシステム、予回転を実施しないシステム、更に、予回転を実施しないシステムでは、ピニオンギヤ４の押し出し開始に同期してスタータモータ７への通電を開始するシステム、回転停止状態のピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませるシステムのいずれにも適用することができる。

図７は、ＥＣＵ１１による再始動制御の一例を示すフローチャートであり、アイドルストップ中の再始動要求に対して、ピニオンギヤ４の押し出しとスタータモータ７への通電とを同期させて実施し、リングギヤ２へピニオンギヤ４を噛み込ませて再始動する方式での制御プロセスを示す。この制御フローチャートで示した動作の処理は、ＥＣＵ１１にて繰り返し実行される。

ＥＣＵ１１は、ステップ１０１にてアイドルストップ条件の成立を判定すると、ステップ１０２にて燃料噴射弁１５による燃料噴射を停止する。その結果、エンジン１は惰性回転を始める。
その後、ＥＣＵ１１は、ステップ１０３にて、例えば図示省略したブレーキペダルから足が離れるなどの運転者からの再始動要求、いわゆるチェンジ・オブ・マインド要求が有りと判定すると、ステップ１０４で、ＥＣＵ１１は、リングギヤセンサ３７からの回転パルス信号の入力がないか否かを判定する。

回転パルス信号の入力がない場合、つまり、図８に示すように、エンジン回転速度ＮＥの低下に伴ってリングギヤセンサ３７から出力される回転パルス信号の周期が長くなり、最近の演算周期間で回転パルス信号の入力がなかった場合、ＥＣＵ１１は、ステップ１０５にて、現時点でのエンジン回転速度ＮＥ及び回転加速度ΔＮＥの推定演算を行う。
一方、回転パルス信号の入力があった場合、ＥＣＵ１１は、ステップ１０６にて、最新の回転パルス信号（最新に計測したパルス周期）に基づき現時点でのエンジン回転速度ＮＥを算出し、更に、今回求めたエンジン回転速度ＮＥと前回求めたエンジン回転速度ＮＥとからエンジン回転加速度ΔＮＥを算出する。

上述した燃料カット動作により、エンジン１が吸入行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程を繰り返し、図９に示したように、エンジン回転速度ＮＥは脈動しながら低下するので、ＥＣＵ１１は、ステップ１０５にて、前回の演算タイミングで求めた回転速度ＮＥと前回の演算タイミングでのクランク位相とから現時点（今回の演算タイミング）での回転速度ＮＥとクランク位相とを演算する。

次いで、ＥＣＵ１１は、ステップ１０７にて、ピニオンギヤ４の押し出しを開始してからピニオンギヤ４がリングギヤ２に接触するようになるまでの移送時間だけ、現時点から先のタイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥを予測する。更に、ＥＣＵ１１は、押し出し開始に同期してスタータモータ７への通電を開始させた場合の前記移送時間におけるピニオンギヤ４の回転速度ＮＰの上昇を予測する。
そして、ＥＣＵ１１は、予測ピニオン回転速度ＮＰと予測エンジン回転速度ＮＥ（予測リングギヤ回転速度ＮＲ）とに基づき、移送時間だけ先の時点でのエンジン回転速度ＮＥとピニオン回転速度ＮＰとの速度差ＮＥＰ（ＮＥ−ＮＰ＝ＮＥＰ）、つまり、ピニオンギヤ４の回転速度ＮＰに対するリングギヤ２の相対回転速度を演算するとともに、前記速度差ＮＥＰの加速度ΔＮＥＰを演算する。

そして、ＥＣＵ１１は、ステップ１０８で、回転速度差ＮＥＰが０rpmを含む第１範囲内であって、かつ、回転加速度ΔＮＥＰが０rpm/msを含む第２範囲内であるか否かを判定する。ここで、速度差ＮＥＰが第１範囲内であって、かつ、回転加速度ΔＮＥＰが第２範囲内である場合、つまり、速度差ＮＥＰが所定値よりも小さく、かつ、加速度ΔＮＥＰが所定値よりも小さい場合、ＥＣＵ１１は、同期条件の成立を判定して、ステップ１０９にて、スタータモータ７及びアクチュエータ５への通電を開始させる。

すなわち、図１０における時刻ｔ２からｔ３との間のように、回転速度差ＮＥＰが第１範囲（ＯＫ領域）内であっても、回転加速度ΔＮＥＰが第２範囲（ＯＫ領域）外であれば、スタータ３の駆動（スタータモータ７及びアクチュエータ５への通電）は禁止され、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、又は、時刻ｔ３以降のように、回転速度差ＮＥＰが第１範囲内であって、かつ、回転加速度ΔＮＥＰが第２範囲内であるときに、スタータ３の駆動（スタータモータ７及びアクチュエータ５への通電）は許可される。

これにより、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込みが開始されるときに、両者間における回転速度差が小さく、かつ、回転速度差の変化率が小さいから、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込み音を安定して抑制することができる。
また、ピニオンギヤ４の押し出し開始に同期してスタータモータ７への通電が開始され、ピニオンギヤ４の回転の上昇過程で噛み込みが行われる方式において、実際に噛み込みが開始されるときのピニオンギヤ４の回転速度とリングギヤ２の回転速度とから、スタータ駆動（押し出し及びモータ通電）のタイミングを決定するので、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との回転速度差が小さく、かつ、回転速度差の変化率が小さいという条件下での噛み込みを精度良く行わせることができる。
なお、回転速度差ＮＥＰの第１範囲は、例えば、−５rpm〜１００rpmとすることができ、また、加速度ΔＮＥＰの第２範囲は、例えば、−５rpm/ms〜＋１０rpm/msに設定することができる。

エンジン回転速度ＮＥの逆転状態でピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込みを行わせると、相互に回転方向が異なることで噛み込み音が発生し易いので、加速度ΔＮＥＰの第２範囲（駆動許可領域）は、マイナス領域をプラス領域よりも狭くして、エンジン回転速度ＮＥが急減して逆転状態に至る可能性がある場合には、スタータ駆動を禁止するようにしてある。
つまり、エンジン回転速度ＮＥ（回転速度差）が上昇しているときと、エンジン回転速度ＮＥ（回転速度差）が減少しているときとで、スタータの駆動タイミングを変え、エンジン回転速度ＮＥの増大変化している場合には減少変化している場合よりも、スタータ駆動が許可され易いようにしてあり、これにより、エンジン回転速度ＮＥが減少する場合には、エンジン回転速度ＮＥが増大する場合に比べて変化速度がより小さいときにスタータ３を駆動することになる。

上記のように、第２範囲（駆動許可領域）のマイナス領域をプラス領域よりも狭くすることで、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込み音を抑制しつつ、スタータ３の駆動許可領域を可及的に広く設定して、スタータ３の駆動を速やかに行わせることができる。
なお、回転速度差ＮＥＰの第１範囲を、０rpm以上かつ所定速度以下の領域に設定し、加速度ΔＮＥＰの第２範囲を、０rpm/ms以上かつ所定加速度以下の領域に設定することができ、また、第１範囲及び第２範囲を、プラス側とマイナス側とが同じ幅を持つ範囲とすることもできる。

ここで、ＥＣＵ１１におけるエンジン回転速度ＮＥ（リングギヤ回転速度ＮＲ）の予測方法を詳述する。
惰性回転中のエンジン回転速度ＮＥは一定の変化率で減速していくという挙動はとらず、エンジン回転速度ＮＥの変化率（回転加速度）がクランク角に対応して周期的に変化しながら回転速度を下げていく。そこで、この周期的に変化しているエンジン回転速度ＮＥの変化率を利用して、将来のエンジン回転速度ＮＥ、すなわち、リングギヤ２の回転速度ＮＲを予測する。

予測制御においては、まず、クランク角とエンジン回転速度ＮＥの加速度の関係を近似的に関連付けるフィッティング関数をあらかじめ作成する。フィッティング関数を作成するにあたっては、惰性回転中における実際のエンジン回転速度ＮＥの挙動とその時のクランク角情報を取得し、連続したエンジン回転速度ＮＥからエンジン回転速度ＮＥの変化率（＝回転加速度）を求める。
クランク角に対応してこのエンジン回転速度ＮＥの変化率は周期的に変化し、概ねクランク角によって一意に決まると仮定したうえで、クランク角をパラメータとしエンジン回転速度ＮＥの変化率を近似的に求めるフィッティング関数を決める。

将来のエンジン回転速度ＮＥを予測する場合は、予測開始時のエンジン回転速度ＮＥとクランク角を初期条件として、このエンジン回転加速度ＮＥを示しているフィッティング関数を解析的または数値的に時間積分することで惰性回転中の将来の任意の時刻でのエンジン回転速度ＮＥを予測することができる。
例えばフィッティング関数を数値的に時間積分する際は次のように積分することができる。初期条件のクランク角情報からフィッティング関数を使って加速度を計算し微小時間をかけることで微小時間後のエンジン回転速度ＮＥの変化量を得ることができ、係る回転速度ＮＥの変化量を初期条件のエンジン回転速度ＮＥに加えることで微小時間後のエンジン回転速度ＮＥを得ることができる。

また、初期条件のエンジン回転速度に微小時間をかけることで微小時間後のクランク角の変化量を求めることができ、係るクランク角の変化量を初期条件のクランク角に加えることで微小時間後のクランク角を得ることができる。こうして微小時間後のエンジン回転速度とクランク角を連続的に計算していくことで、将来の任意の時刻でのエンジン回転速度ＮＥ（リングギヤ回転速度ＮＲ）を予測する。
上記の予測制御によって、ピニオンギヤ４の移送時間だけ先のタイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥを精度良く予測でき、もって、実際に噛み込みが開始されるときに回転速度条件を満たすことになるタイミングで、ピニオンギヤ４の押し出しを開始させることができる。

なお、図７の制御フローチャートでは、ピニオンギヤ４の押し出し開始とスタータモータ７への通電開始とを同期させるので、図１〜図３に示した２つ半導体スイッチ１３ａ、１３ｂを備えるシステムに代えて、アクチュエータ５への通電とスタータモータ７への通電とを１つのスイッチ（例えば、キースイッチ）でオン／オフさせるシステムに適用できる。

また、図７の制御フローチャートでは、ピニオンギヤ４の移送時間だけ先の時点での回転速度及び回転加速度を予測したが、簡易的には、ピニオン回転速度ＮＰが0rpmである現時点での回転速度差ＮＥＰ及び加速度ΔＮＥＰがそれぞれ所定範囲内であるときに、つまり、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン回転加速度ΔＮＥがそれぞれ所定範囲内であるときに、スタータ３の駆動（スタータモータ７及びアクチュエータ５への通電）を開始させる構成とすることができる。

また、図１〜図３に示した２つ半導体スイッチ１３ａ、１３ｂを備えるシステムの場合には、回転停止状態のピニオンギヤ４を、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン回転加速度ΔＮＥの条件に基づきリングギヤ２に噛み込ませた後、スタータモータ７への通電を開始させることができる。すなわち、現時点でのエンジン回転速度ＮＥが第１範囲内で、かつ、現時点でのエンジン回転加速度ΔＮＥが第２範囲内であるときに、ピニオンギヤ４の押し出しを開始させ、その後にスタータモータ７への通電を開始させることができる。

更に、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に噛み込む直前の位置で待機させ、回転速度差ＮＥＰ及び加速度ΔＮＥＰの条件が成立したときに、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に噛み込む位置にまで押し出しを行う構成とすることができる。
また、再始動要求に先だって、ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませる所謂プリメッシュ方式の再始動制御においても、回転速度差ＮＥＰ及び加速度ΔＮＥＰを条件とする押し出し制御を適用することができる。

図１１のフローチャートは、ＥＣＵ１１による再始動制御の一例を示すフローチャートであり、アイドルストップ中に再始動要求に先立って、スタータ３を予回転させてピニオンギヤ４をリングギヤ２に予め噛み込ませておき、その後の再始動要求の発生に応じてスタータモータ７を駆動させる方式での制御プロセスを示す。この制御フローチャートで示した動作の処理は、ＥＣＵ１１にて繰り返し実行される。

ＥＣＵ１１は、ステップ２０１にてアイドルストップ条件の成立を判定すると、ステップ２０２にて、燃料噴射弁１５による燃料噴射を停止させる。係る燃料カットの実施によって、エンジン１の発生トルクが失われ、エンジン１は惰性回転するようになる。
そして、ＥＣＵ１１は、ステップ２０３にて、ピニオンギヤ４の予回転実施の条件が成立していると判断すると、ステップ２０４で、ピニオンギヤ４を初期位置に保持したまま（アクチュエータ５をオフに保持したまま）スタータモータ７に通電することで、ピニオンギヤ４を予回転させる。

ここで、ＥＣＵ１１は、例えばエンジン回転速度ＮＥが所定速度にまで低下したことを予回転実施条件とし、予回転実施条件が成立したときに、ピニオンギヤ４の回転速度が所定回転速度に達するまで、或いは、所定時間だけ、スタータモータ７への通電を行って、ピニオンギヤ４を予回転させる。スタータモータ７への通電を停止した後は、ピニオンギヤ４は惰性回転するようになる。
ＥＣＵ１１は、ピニオンギヤ４を予回転させた後、ステップ２０５で、ピニオンギヤ４の押し出しを開始してからピニオンギヤ４がリングギヤ２に接触するようになるまでの移送時間だけ、現時点から先のタイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥを予測し、更に、前記移送時間だけ先のタイミングにおけるピニオンギヤ４の回転速度ＮＰを予測する。

即ち、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込みは、双方が惰性回転している状態で行われるので、噛み込みが実際に開始されるときの両者の回転速度を予測し、所定条件を満たす状態で噛み込みが開始されることになるか否かを判断する。
そして、ＥＣＵ１１は、移送時間だけ先の時点でのエンジン回転速度ＮＥとピニオン回転速度ＮＰとの速度差ＮＥＰ（ＮＥ−ＮＰ＝ＮＥＰ）、つまり、ピニオンギヤ４に対するリングギヤ２の相対回転速度を演算するとともに、前記速度差ＮＥＰの加速度ΔＮＥＰを演算する。

次いで、ＥＣＵ１１は、ステップ２０６で、回転速度差ＮＥＰが０rpmを含む第１範囲内であって、かつ、回転加速度ΔＮＥＰが０rpm/msを含む第２範囲内であるか否かを判定する。ここで、速度差ＮＥＰが第１範囲内であって、かつ、加速度ΔＮＥＰが第２範囲内である場合、つまり、速度差ＮＥＰが所定値よりも小さく、かつ、加速度ΔＮＥＰが所定値よりも小さい場合、ＥＣＵ１１は、同期条件の成立を判定し、ステップ２０７にて、アクチュエータ５への通電を開始させてピニオンギヤ４を押し出してリングギヤ２に噛み込ませる。

上記押し出し制御によれば、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込みが開始されるときに、両者間における回転速度差が小さく、かつ、回転速度差の変化率が小さいから、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込み音を安定して抑制することができる。
ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませた後、ＥＣＵ１１は、ステップ２０８で、再始動要求の発生を判定すると、ステップ２０９にてスタータモータ７への通電を行ってエンジン１をクランキングさせる。

なお、ピニオンギヤ４を予回転させた後、再始動要求に基づき追加の予回転を実施する構成とすることができる。
上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１…エンジン（内燃機関）、２…リングギヤ、３…スタータ、４…ピニオンギヤ、５…アクチュエータ、６…レバー、７…スタータモータ、１０…アイドルストップスタータシステム、１１…ＥＣＵ、１３…半導体スイッチング素子、１５…燃料噴射弁、３７…リングギヤセンサ、３８…ピニオンギヤセンサ

Claims (4)

1. スタータモータのピニオンギヤをエンジンのクランク軸に取り付けたリングギヤに噛み込ませ、前記スタータモータにより前記ピニオンギヤを回転させて前記エンジンを始動させるスタータを備えた車両の制御装置において、
   前記エンジンの回転速度であるエンジン回転速度の変化速度が所定の第２範囲内であるときに前記ピニオンギヤを前記リングギヤに噛み込ませ、
   前記第２範囲は、前記エンジン回転速度の変化速度が０より大きいプラス領域と、前記エンジン回転速度の変化速度が０より小さいマイナス領域とを含み、
   前記マイナス領域は、前記プラス領域よりも前記エンジン回転速度の変化速度の範囲が狭い車両の制御装置。
2. 前記エンジン回転速度の変化速度が前記第２範囲内であり、かつ、前記エンジン回転速度が所定の第１範囲内であるときに、前記ピニオンギヤを前記リングギヤに噛み込ませる請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記ピニオンギヤの押し出し開始から前記ピニオンギヤが前記リングギヤに到達するまでの移送時間だけ先のエンジン回転速度を予測し、予測したエンジン回転速度に基づいて前記エンジン回転速度の変化速度を演算する請求項１または２に記載の車両の制御装置。
4. 前記エンジン回転速度が、前記ピニオンギヤの回転速度に対する前記リングギヤの相対回転速度である請求項１から３までのいずれか一項に記載の車両の制御装置。