JP6549861B2 - 自動車 - Google Patents

Description

本発明は、アイドルストップ機能を搭載した自動車に関する。

近年、自動車等の車両においては、燃費や排気ガスの低減を目的として、信号待ちや渋滞などで車両が停止すると自動的にエンジンを停止し、また、エンジンの作動が必要になるとエンジンを再始動する所謂アイドルストップ機能についての様々な技術が提案されている。

例えば、先行車両との車間距離が設定値未満の場合、または、信号機において発光している信号色が赤色もしくは黄色であり、かつ、自車両の速度が０（ゼロ）、すなわち、交差点等で信号待ちのために停車している場合にアイドルストップを行う。そして、車間距離が設定値以上になるか、または、信号機の色が青色に変化したことをもってエンジンを再始動する技術が示されている（例えば、特許文献１）。

このようにアイドルストップを実行した際にエンジンを再始動すると、エンジンの回転数が吹き上がりすぎて実際の回転数が目標回転数（目標とする回転数）をオーバーシュートし、運転者に違和感を与える場合がある。そこで、エンジンを再始動したときに目標回転数を超えるときは、電動機を発電機として機能させて回転上昇分を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献２）。

特開平７−４２８４号公報 特許第３６４９０３１号公報

上述したようにエンジンの再始動時に発電機を用いることで、エンジンの回転数が吹き上がりすぎるのを抑制することができる。しかし、発電機の発電負荷を考慮せず単に発電機として機能させるのみでは、オーバーシュートが残ったり、発電負荷をかけ過ぎて目標回転数への到達が遅れたりすることもある。また、仮に、目標回転数に応じて画一的に発電負荷を導出できたとしても、エンジンや発電機の車両毎の個体差や経年劣化によって、導出された発電負荷が、オーバーシュートを回避できる本来の発電負荷と乖離し、適切にオーバーシュートを抑制できなくなるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み、アイドルストップにおけるエンジンの再始動要求時に、エンジンの回転数を目標回転数に適切に収束させることが可能な自動車を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の自動車は、アイドルストップ状態においてエンジンの再始動要求があると、再始動後のエンジンの目標回転数を導出する回転数導出部と、目標回転数に基づいて発電機の目標発電負荷を導出する発電負荷導出部と、相異なる複数の目標発電負荷と相異なる複数の油温との組み合わせそれぞれに１の補正値が予め対応付けられた発電負荷補正マップにおいて、発電負荷導出部が導出した目標発電負荷と、油温センサが検出した油温との組み合わせに対応付けられた補正値を特定する補正値導出部と、目標発電負荷に補正値を加えた発電負荷で発電機を制御することにより、エンジンの実回転数の目標回転数に対するオーバーシュートを抑制する発電機制御部と、目標回転数となるようにエンジンを制御するエンジン制御部と、エンジンの実回転数が収束すると、エンジンの再始動後からエンジンの実回転数が収束するまでの目標回転数を超えるエンジンの実回転数のピーク値と目標回転数との差分を導出し、相異なる複数の差分それぞれに１の更新補正値が予め対応付けられた補正値更新マップにおいて、導出した差分に対応付けられた更新補正値を特定し、該特定した更新補正値によって発電負荷補正マップにおける発電負荷導出部が導出した目標発電負荷と、油温センサが検出した油温との組み合わせに対応付けられた補正値を更新する補正値更新部と、を備える。

発電機は、エンジンに連結されたオルタネータであってもよい。

自動車は、駆動源としてエンジンと電動機を有するハイブリッド車であり、発電機は、電動機であってもよい。

本発明によれば、アイドルストップにおけるエンジンの再始動要求時に、エンジンの回転数を目標回転数に適切に収束させることが可能となる。

自動車の概略的な構成を示した機能ブロック図である。 アイドルストップにおけるエンジンの再始動動作を説明するためのタイミングチャートである。 発電負荷補正マップを説明するための説明図である。 補正値更新部の動作を説明するための説明図である。 補正値更新マップを説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

自動車等の車両では、エンジン等の駆動機構により動力が得られ、ステアリングホイールやブレーキペダルを通じた運転者の操作により車両の操舵や制動が実行される。また、燃費や排気ガスの低減を目的として、信号待ちや渋滞等で車両が停止すると自動的にエンジンを停止し、また、エンジンの停止中にエンジンの再始動要求があるとエンジンを始動する所謂アイドルストップ機能を搭載している車両も普及している。

このようにアイドルストップを実行した際にエンジンを再始動すると、エンジンの回転数が吹き上がりすぎて実際の回転数が目標回転数をオーバーシュートし、運転者が意図したよりも車両が早く走り始めるような違和感を与えたり、快適な走行性が損なわれるおそれがある。このようなオーバーシュートを回避するには、例えば、エンジンの回転数の上昇態様に応じてトルクが大きくならないように制御することも考えられるが、制御動作が煩雑になるとともに、無駄にエネルギーを消費させることとなってしまう。その他、補機等の消費電力を高めることも考えられるが、実際問題としてエアコンディショナーやパワーステアリングの消費電力を自由に制御することは難しい。

そこで、本実施形態では、エンジンに連結されたオルタネータ等の発電機の発電負荷（ｄｕｔｙ）を適切に制御することで、アイドルストップにおけるエンジンの再始動要求時に、エンジンの回転数を目標回転数に適切に収束させることを目的とする。以下、このようなアイドルストップ機能を実現する自動車１００を詳述する。

（自動車１００）
図１は、自動車１００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。自動車１００は、エンジン１１０、オルタネータ１１２、バッテリ１１４、車両負荷１１６、制御部１１８、マップ保持部１２０、シフトポジションセンサ１２２、アクセルペダルセンサ１２４、ブレーキペダルセンサ１２６、車速センサ１２８、油温センサ１３０を含んで構成される。

エンジン１１０は、自動車１００の駆動源であり、不図示のクラッチや変速機を介して自動車１００の駆動輪を回動する。オルタネータ１１２は、エンジン１１０の回転軸に直接的に、または、プーリ機構を介して間接的に連結された発電機であり、エンジン１１０の回転を駆動源として電力を生成する。具体的に、エンジン１１０の回転によって、オルタネータ１１２のフィールドコイルに界磁電流が供給され、三相交流の誘起電流を生じさせる。そして、フィールドコイルの界磁電流が、レギュレータ等を通じて調整され、その発電電圧（出力電圧）が例えば１４Ｖに制御される。

また、オルタネータ１１２では、エンジン１１０からトルク（発電トルク）を入力して積極的に発電するエンジン発電と、駆動輪や変速機側からトルク（制動トルク）を入力して発電する回生発電とが実行される。本実施形態では、アイドルストップにおけるエンジン１１０の再始動時に、オルタネータ１１２をエンジン発電させ、その発電機能に基づく発電負荷によってエンジン１１０が吹き上がり過ぎるのを防止する。このように回転数のオーバーシュートを回避する手段として、オルタネータ１１２を用いるのは、発電負荷を高い分解能で制御でき、また、発電負荷として費やされたエネルギーを全て後述するバッテリ１１４に充電することができるので無駄なエネルギー損失が生じないからである。

バッテリ１１４は、オルタネータ１１２に接続され、オルタネータ１１２で生成された電力を蓄積（充電）する。また、エンジン１１０や、補機等の車両負荷１１６で電力を必要とする場合、例えば、エンジン１１０の始動時にスタータに電力を供給する場合、バッテリ１１４は、蓄積した電力をエンジン１１０や車両負荷１１６に供給（放電）する。

制御部１１８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、自動車１００全体を統括制御する。本実施形態において、制御部１１８は、エンジン動作要求部１５０、エンジン制御部１５２、回転数導出部１５４、発電負荷導出部１５６、補正値導出部１５８、発電機制御部１６０、補正値更新部１６２としても機能する。

マップ保持部１２０は、制御部１１８と接続され、制御部１１８が必要とする各マップを保持する。例えば、マップ保持部１２０は、オルタネータ１１２の目標発電負荷（目標とする発電負荷）およびエンジン１１０の潤滑油の温度（以下、単に油温という）と補正値とを対応付けた発電負荷補正マップや、エンジン１１０の回転数の差分と更新補正値とを対応付けた補正値更新マップ等を保持している。かかる発電負荷補正マップや補正値更新マップは後程詳述する。

また、制御部１１８には、車両のトランスミッションのシフトレンジが、前進レンジ（Ｄレンジ）、後進レンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、パーキングレンジ（Ｐレンジ）のいずれに位置しているかを検出するシフトポジションセンサ１２２、不図示のアクセルペダルの踏み込み量（油圧）を検出するアクセルペダルセンサ１２４、不図示のブレーキペダルの踏み込み量（油圧）を検出するブレーキペダルセンサ１２６、自動車１００の速度（エンジン１１０の回転数）を検出する車速センサ１２８、エンジン１１０の潤滑油の温度を検出する油温センサ１３０等の各センサが接続され、制御部１１８は、各センサの検出信号を取り込むことができる。

（制御部１１８の動作）
エンジン動作要求部１５０は、自動車１００の走行状態等に基づいて、エンジン１１０の始動および停止を要求する。まず、エンジン動作要求部１５０は、自動車１００が走行している間に、エンジン１１０を停止可能か否か判定する。

例えば、エンジン動作要求部１５０は、シフトポジションセンサ１２２が検出したシフトレンジが、「Ｄレンジ」、「Ｎレンジ」、「Ｐレンジ」のいずれかに位置しており、アクセルペダルセンサ１２４が検出したアクセルペダルの踏み込み量が所定油圧（解除）未満であり、ブレーキペダルセンサ１２６が検出したブレーキペダルの踏み込み量が所定油圧以上であり、かつ、車速センサ１２８が検出した車速が所定速度未満（停止している）であれば、自動車１００が停止していると認識し、アイドルストップのため、エンジン制御部１５２にエンジン１１０の停止を要求する。

また、エンジン動作要求部１５０は、エンジン１１０の停止中において、シフトポジションセンサ１２２が検出したシフトレンジが、「Ｄレンジ」、「Ｎレンジ」、「Ｐレンジ」のいずれかに位置しており、ブレーキペダルセンサ１２６が検出したブレーキペダルの踏み込み量が所定油圧（解除）未満であり、アクセルペダルセンサ１２４が検出したアクセルペダルの踏み込み量が所定油圧以上であれば、自動車１００が走行開始すると認識し、エンジン制御部１５２にエンジン１１０の再始動を要求する。

また、エンジン動作要求部１５０は、自動車１００が走行開始すると認識しなくとも、エンジン１１０の停止中において、バッテリ１１４の容量が所定値未満となったり、エアコンディショナーの負荷が所定値以上となると、その電力を賄うべく、エンジン制御部１５２にエンジン１１０の再始動を要求する。

図２は、アイドルストップにおけるエンジン１１０の再始動動作を説明するためのタイミングチャートである。ここで、図２（ａ）はエンジン１１０の回転数を、図２（ｂ）は、オルタネータ１１２の発電負荷を示している。

エンジン制御部１５２は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）としても機能し、エンジン動作要求部１５０の要求に基づいてエンジン１１０の始動および停止を制御する。ここで、エンジン１１０が始動している状態としては、エンジン１１０に負荷がかかった状態でエンジン１１０を動作させる走行状態と、スロットルバルブを全閉し、無負荷状態でエンジン１１０を動作させるアイドル状態とがある。また、エンジン１１０を停止している状態は、エンジン１１０の点火回路の通電を遮断してエンジン１１０を自動停止させている状態を示す。このようなエンジン１１０の停止状態から、エンジン１１０を始動する場合、スタータおよびエンジン点火回路を通電してエンジン１１０を再始動する。

エンジン制御部１５２は、エンジン１１０が動作している間に、エンジン動作要求部１５０がエンジン１１０の停止を要求すると、エンジン１１０を速やかに停止する。そうすると、図２（ａ）において破線で示されるエンジン１１０の目標回転数が０となり、それに伴って、実線で示されるエンジン１１０の実回転数も０に推移する。このとき、図２（ｂ）において破線で示されるオルタネータ１１２の目標発電負荷、および、実線で示されるオルタネータ１１２の実発電負荷（実際の発電負荷）は回生発電のため一時的に上昇するが、エンジン１１０が完全に停止すると、目標発電負荷は定常の値に戻り、実発電負荷は、エンジン１１０停止に伴って０となる。

また、エンジン制御部１５２は、エンジン１１０が停止している（アイドルストップ状態の）間に、エンジン動作要求部１５０がエンジン１１０の再始動を要求すると、エンジン１１０を再始動する。そうすると、図２（ａ）に示すように、エンジン１１０の目標回転数に所定値が設定され、それに伴って、エンジン１１０の実回転数も追従して高まる。このとき、図２（ｂ）に示すように、オルタネータ１１２の目標発電負荷に基づいて、実発電負荷も上昇する。

回転数導出部１５４は、エンジン１１０が停止しているアイドルストップ状態において、エンジン１１０の再始動要求があると、再始動後のエンジン１１０の目標回転数を導出する。かかる目標回転数は、エンジン１１０の再始動時の油温やバッテリ１１４の残量等に応じて所定の値に決定される。このような目標回転数の導出処理は既存の様々な技術を適用可能なので、ここではその詳細な説明を省略する。

発電負荷導出部１５６は、アイドルストップ状態においてエンジン１１０の再始動要求があると、回転数導出部１５４が導出した目標回転数や、その時点のバッテリ１１４の容量等に基づいてオルタネータ１１２の目標発電負荷を導出する。このような目標発電負荷の導出処理は既存の様々な技術を適用可能なので、ここではその詳細な説明を省略する。

補正値導出部１５８は、アイドルストップ状態においてエンジン１１０の再始動要求があると、マップ保持部１２０から発電負荷補正マップを参照し、発電負荷導出部１５６が導出した目標発電負荷と、油温センサ１３０が検出した油温に基づいて補正値を導出する。

図３は、発電負荷補正マップを説明するための説明図である。上述したように、発電負荷補正マップは、オルタネータ１１２の目標発電負荷およびエンジン１１０の油温に、補正値を対応付けたマップである。したがって、目標発電負荷と油温とが決まれば、補正値が一義的に決まる。ここで、補正値は、目標発電負荷を補正する値なので、目標発電負荷を大きくする補正値には「＋」が、小さくする補正値には「−」が付されている。例えば、目標発電負荷が６０％（ｄｕｔｙ）であり、油温が８０℃であった場合、図３に太枠で示すように、補正値は＋２％となる。

ここで、発電負荷補正マップのパラメータに油温を用いているのは、エンジン１１０の目標回転数とエンジン１１０の冷却水の温度（以下、単に水温という）に相関があり、かつ、水温と油温に相関があるからである。したがって、油温に応じて補正値を導出することは、目標回転数に応じて適切な補正値を導出することになる。

発電機制御部１６０は、アイドルストップ状態においてエンジン１１０の再始動要求があると、発電負荷導出部１５６が導出した目標発電負荷に、補正値導出部１５８が導出した補正値を加えた実発電負荷（実際の発電負荷）でオルタネータ１１２を制御する。例えば、上述したように、目標発電負荷が６０％であり、油温が８０℃であった場合、補正値は＋２％となるので、実発電負荷は６２％（６０％＋２％）となる。そして、発電機制御部１６０は、図２（ｂ）に示すように、オルタネータ１１２のレギュレータを調整することで実発電負荷を６２％に設定し、積極的にエンジン発電を行う。このようにして発電された電力はバッテリ１１４に充電される。したがって、高い発電負荷が選択されるほど、バッテリ１１４へ充電される電力が大きくなる。

このとき、エンジン制御部１５２は、アイドルストップ状態においてエンジン１１０の再始動要求に応じ、エンジン１１０を始動し、回転数導出部１５４が導出した目標回転数となるようにエンジン１１０を制御する。このとき、オルタネータ１１２の実発電負荷が適切な値であれば、図２（ａ）に示すように、エンジン１１０の回転数を、目標回転数に適切に収束させることができる。

また、発電機制御部１６０は、エンジン１１０の回転数が収束すると、図２（ｂ）に示すように、実発電負荷を、補正値を加味した６２％から、目標発電負荷である６０％に戻す。こうして、エンジン１１０の回転数が収束した後の定常発電に遷移させることができる。

補正値更新部１６２は、エンジン１１０の回転数が収束すると、例えば、エンジン１１０の回転数の変動が、目標回転数に対し±１０ｒｐｍの範囲内に落ち着くと、補正値更新マップを参照し、再始動後からエンジン１１０の回転数が収束するまでに車速センサ１２８が検出したエンジン１１０の実際の回転数（以下、単に実回転数という）、例えば、実回転数のピーク値と、回転数導出部１５４が導出した目標回転数との差分に基づいて更新補正値を導出し、更新補正値によって発電負荷補正マップを更新する。

図４は、補正値更新部１６２の動作を説明するための説明図である。例えば、図４（ａ）では、エンジン１１０の実回転数が目標回転数に対し、オーバーシュートしている。これは、エンジン１１０の再始動時に、補正値によって補正された実発電負荷が印加されているものの、印加したオルタネータ１１２の発電負荷がまだ足りないことを示す。しかし、発電負荷を一律に加えると、今度は、発電負荷をかけ過ぎて目標回転数への到達が遅れたりするおそれがある。そこで、補正値更新部１６２は、エンジン１１０を再始動してから、エンジン１１０の実回転数の推移を保持し、エンジン１１０の回転数が収束すると、図４（ａ）に示すように、それまでの推移に基づいて実回転数のピーク値を取得する。そして、取得したピーク値と目標回転数との差分に基づいて、補正値を更新するための更新補正値を導出し、更新補正値によって発電負荷補正マップを更新する。

なお、ここでは、エンジン１１０の実回転数が目標回転数に対し、オーバーシュートしている場合の説明をしたが、発電負荷をかけ過ぎて目標回転数への到達が遅れた場合も同様に、実回転数のうち、遅れた分の値と目標回転数との差分に基づいて更新補正値を導出することができる。また、ここでは、差分の対象として実回転数のピーク値を挙げて説明しているが、かかる場合に限らず、実回転数と目標回転数との偏差であればよく、例えば、図４（ｂ）にハッチングで示したように、実回転数の軌跡と目標回転数の推移とに囲まれた領域の面積に基づいて更新補正値を導出してもよい。

図５は、補正値更新マップを説明するための説明図である。図５（ａ）に示すように、補正値更新マップは、エンジン１１０の回転数の差分に更新補正値を対応付けたマップである。したがって、回転数の差分（ピーク値と目標回転数との差分）が決まれば、更新補正値が一義的に決まる。ここで、更新補正値は、補正値をさらに補正する値なので、補正値を大きくする更新補正値には「＋」が、小さくする更新補正値には「−」が付されている。例えば、目標発電負荷が６０％（ｄｕｔｙ）であり、油温が８０℃であり、そのときの補正値が＋２％である場合に、回転数の差分が＋１０ｒｐｍとなると、更新補正値は、図５（ａ）に太枠で示すように、＋１％となる。そして、補正値更新部１６２は、図５（ｂ）に太枠で示すように、発電負荷補正マップにおける、目標発電負荷が６０％（ｄｕｔｙ）、油温が８０℃の補正値＋２％に対し、更新補正値＋１％を加えた＋３％を上書きして、発電負荷補正マップを更新する。したがって、次回、目標発電負荷が６０％であり、油温が８０℃となった場合、発電機制御部１６０は、実発電負荷を６３％としてエンジン発電を行うこととなる。

かかる構成により、目標発電負荷が６０％であり、油温が８０℃の場合に、＋２％より大きい＋３％の補正値で目標発電負荷が補正されることとなり、６３％といった十分に高い発電負荷により、オーバーシュートが適切に回避されることとなる。

以上、説明したように、本実施形態では、目標発電負荷と油温とに応じた適切な発電負荷により、回転数のオーバーシュートを回避でき、また、エンジン１１０やオルタネータ（発電機）１１２の車両毎の個体差や経年劣化によって、適切な発電負荷が変動した場合であっても、エンジン１１０の実回転数の挙動に応じてリアルタイムに適切な補正値に更新することで、アイドルストップにおけるエンジン１１０の再始動要求時に、エンジン１１０の回転数を目標回転数に適切に収束させることが可能となる。

また、コンピュータを自動車１００として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態においては、理解を容易にするため、発電負荷補正マップや補正値更新マップとして粗い分解能を示したが、実際はマップ保持部１２０がメモリ容量を許容する範囲で、さらに細かい分解能で示すことができる。さらに、そのように設定された数値と実際の数値の差分（端数）については、線形補間等により導出されるとしてもよい。なお、発電負荷補正マップや補正値更新マップに設定された各数値は図３および図５に記載した数値に限らず、任意に設定できることは言うまでもない。

また、上述した実施形態においては、エンジン１１０を用いた自動車１００を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、エンジン１１０と電動機の２つの駆動源を有するハイブリッド車に適用することができる。この場合、オルタネータ１１２の他に設けられた電動機を発電機として利用し、その発電負荷を制御することでも、本実施形態のアイドルストップにおけるエンジン１１０の再始動要求時に、エンジン１１０の回転数を目標回転数に適切に収束させる効果を得ることが可能となる。

本発明は、アイドルストップ機能を搭載した自動車に利用することができる。

１００ 自動車
１１０ エンジン
１１２ オルタネータ（発電機）
１１４ バッテリ
１２０ マップ保持部
１５２ エンジン制御部
１５４ 回転数導出部
１５６ 発電負荷導出部
１５８ 補正値導出部
１６０ 発電機制御部
１６２ 補正値更新部

Claims (3)

1. アイドルストップ状態においてエンジンの再始動要求があると、再始動後の前記エンジンの目標回転数を導出する回転数導出部と、
   前記目標回転数に基づいて発電機の目標発電負荷を導出する発電負荷導出部と、
   相異なる複数の目標発電負荷と相異なる複数の油温との組み合わせそれぞれに１の補正値が予め対応付けられた発電負荷補正マップにおいて、前記発電負荷導出部が導出した目標発電負荷と、油温センサが検出した油温との組み合わせに対応付けられた補正値を特定する補正値導出部と、
   前記目標発電負荷に前記補正値を加えた発電負荷で前記発電機を制御することにより、前記エンジンの実回転数の前記目標回転数に対するオーバーシュートを抑制する発電機制御部と、
   前記目標回転数となるように前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
   前記エンジンの実回転数が収束すると、前記エンジンの再始動後から前記エンジンの実回転数が収束するまでの前記目標回転数を超える前記エンジンの実回転数のピーク値と前記目標回転数との差分を導出し、相異なる複数の差分それぞれに１の更新補正値が予め対応付けられた補正値更新マップにおいて、導出した差分に対応付けられた更新補正値を特定し、該特定した更新補正値によって前記発電負荷補正マップにおける前記発電負荷導出部が導出した目標発電負荷と、前記油温センサが検出した油温との組み合わせに対応付けられた補正値を更新する補正値更新部と、
   を備える自動車。
2. 前記発電機は、前記エンジンに連結されたオルタネータであることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
3. 前記自動車は、駆動源として前記エンジンと電動機を有するハイブリッド車であり、
   前記発電機は、前記電動機であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。

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