JP6788426B2 - 車両制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンとＩＳＧを備えた車両制御ユニットに関する。

近年、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やアイドリングストップ車において、スタータモータおよびオルタネータを一体化したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）をエンジンに接続し、エンジンをスムーズに再始動するとともに、回生エネルギーを効率的に回収する技術が知られている。

また、エンジンとスタータモータとを結ぶベルトの異常を検出すべく、エンジンの回転数とスタータモータの回転数との偏差を求め、その偏差を滑り量として算出し、滑り量が所定値を超えている場合にベルトが滑り状態にあると判定する技術も公開されている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−００９５８９号公報

エンジンとＩＳＧとを結ぶベルトが破断したり、テンションが不足すると、ＥＶ走行やアイドリングストップからエンジンを再始動できなくなってしまうので、ベルトの異常判定はその重要度が高い。しかし、エンジンが定常回転している間は、発電モードでトルクを付与しても、滑りを発生させることなくＩＳＧが追従できてしまうので、上述した特許文献１の技術を適用したとしても、実際にベルトの異常を明確に判定するのは困難であった。また、上述した特許文献１の技術では、ベルトの異常が生じていても、回転数の偏差が所定値を超えるまでに時間を要し、エンジンの始動時や停止遂行時（停止するための動作を実行しているとき）等には適用することができなかった。

本発明は、このような課題に鑑み、高精度かつ短時間にベルトの異常を判定することが可能な車両制御ユニット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、本発明の車両制御ユニットは、エンジンと、エンジンの出力軸に無端状部材を通じて接続されたＩＳＧと、エンジンの停止遂行時においてエンジンの回転を停止させる方向にＩＳＧにトルクを発生させるエンジン停止補助処理を行う停止補助部と、エンジンとＩＳＧとの回転数の差分の変化率を導出する変化率導出部と、停止遂行時において、差分の変化率の大きさが所定の変化率閾値以上となると、無端状部材が異常であると判定し、エンジン停止補助処理をキャンセルしてエンジンの回転状態を維持する異常判定部と、を備えることを特徴とする。

異常判定部は、差分の変化率の大きさが変化率閾値以上となる状態が所定の時間継続した場合に、無端状部材が異常であると判定してもよい。

本発明によれば、高精度かつ短時間にベルトの異常を判定することが可能となる。

ハイブリッド車両を説明するための機能ブロック図である。 ベルトの異常判定を説明するための説明図である。 車両制御方法の動作を説明したフローチャートである。

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。

（ハイブリッド車両１）
図１は、ハイブリッド車両１を説明するための機能ブロック図である。ここでは、動力源としてエンジン１０と走行用モータ１２とを備えるハイブリッド車両１を例示する。本実施形態のハイブリッド車両１は、所謂パラレルハイブリッドに相当し、主としてエンジン１０を動力源として出力軸１４を回動し、三相交流式の走行用モータ１２は、動力源ではあるものの、あくまでエンジン１０を補助する役割を担う。かかるエンジン１０と走行用モータ１２とを併用する走行モードを併用モードと呼ぶ。

また、発進時や加速時等、エンジン１０の回転数が高まらない低速走行時には、エンジン１０のパワーやトルクが上がらないため、クラッチ１６が解放され、走行モードが、併用モードから、走行用モータ１２のみが動力源として用いられるＥＶ（Electric Vehicle）モードに切り換わる。なお、発進時や加速時以外であっても、走行状態に応じて、併用モードとＥＶモードとを切り換えることができる。

ＩＳＧ１８は、エンジン１０の出力軸１４との間に、ベルト２０等の無端状部材が張架されることでエンジン１０と接続され、動力をエンジン１０に伝達し、エンジン１０の始動を補助するスタータモータとして機能するとともに、回生発電を行うオルタネータとしても機能する。ここで、エンジン１０が始動されるタイミングとしては、ハイブリッド車両１の走行開始時のみならず、ＥＶモードから併用モードへの切り換え時や、アイドリングストップからの復帰時等、様々なタイミングが考えられる。

制御部２２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、ハイブリッド車両１全体を制御する。また、制御部２２は、停止補助部３０と、変化率導出部３２と、異常判定部３４としても機能する。かかる各機能部については後程詳述する。なお、ここでは、エンジン１０と、ＩＳＧ１８と、停止補助部３０と、変化率導出部３２と、異常判定部３４とが車両制御ユニットに対応する。

（ベルト２０の異常判定）
エンジン１０とＩＳＧ１８とを結ぶベルト２０が破断したり、ベルト２０のテンションが不足すると、ＩＳＧ１８の動力をエンジン１０に適切に伝達できなくなり、エンジン１０を始動できなくなる。そうすると、走行モードを併用モードに切り換える場合に、エンジン１０を再始動できなくなり、最早、走行不能に陥ってしまいかねない。また、ハイブリッド車両１の一時停止時において、アイドリングストップした場合も、エンジン１０を再始動できない問題が生じ得る。

そこで、ＥＶモードやアイドリングストップが実行される場合、まだエンジン１０が停止していないうちに、ベルト２０の異常を迅速に判定し、ベルト２０が異常であると判定されれば、安易にエンジン１０を停止しないようにする必要がある。

しかし、併用モードにおいて、エンジン１０が定常回転している間は、仮に、ベルト２０に異常が生じたとしても、破断に至ることなく、テンションが不足する程度である。よって、ＩＳＧ１８に回生発電や制動制御を行わせトルクを付与したとしても、滑りを発生させることなくＩＳＧ１８が追従できてしまう。したがって、エンジン１０が定常回転している間は、ベルトの異常を判定するのは実質的に難しいため、ＩＳＧ１８がモータスタータとしてトルクを付与するエンジン１０の始動時や、回生発電や制動制御を行うエンジン１０の停止遂行時のように、ＩＳＧ１８のトルクが大きくなる際にベルト２０の異常を判定するのが望ましい。

なお、エンジン１０の停止遂行時に、停止補助部３０は、ＩＳＧ１８を通じて、エンジン１０の停止補助処理（以下、エンジン停止補助処理という）を行うことがある。ここで、エンジン停止補助処理は、エンジン１０の停止遂行時に、エンジン１０の回転を停止させる方向にＩＳＧ１８で許容される最大のトルクを発生させて、エンジン１０を早期に停止させる処理である。

このように、エンジン１０を早期に停止させることで、エンジン１０の回転数が車体固有振動数域を早期に通過するので、ハイブリッド車両１の振動を低減することができる。また、このようにエンジン１０を早期に停止させることで、燃費を向上させるとともに、エンジン１０の再始動の準備を早期に開始することが可能となる。

上記のように、エンジン１０の停止遂行時には、エンジン停止補助処理が実行され、ＩＳＧ１８のトルクが大きくなるので、ベルト２０のテンションが不足している場合の滑りも大きくなり、ベルト２０の異常を高精度に判定できる。また、エンジン１０が始動したときに、ベルト２０に異常なしと判定されたとしても、その後、ベルト２０に異常を来すおそれがあるが、エンジン１０が停止した後は、ベルト２０も停止し、その後、テンションが変化することがない。よって、エンジン１０の停止遂行時の方が、始動時より、最終的なベルト２０の状態を反映できる。したがって、エンジン１０の始動時および停止遂行時のうち、停止遂行時の方がベルト２０の異常判定に適している。以下、エンジン１０の停止遂行時に着目して、ベルト２０の異常判定について詳述する。

図２は、ベルト２０の異常判定を説明するための説明図である。ここで、図２（ａ）は、エンジン１０とＩＳＧ１８の回転数の推移を、図２（ｂ）は、エンジン１０とＩＳＧ１８の回転数の差分の推移を、図２（ｃ）は、エンジン１０とＩＳＧ１８の回転数の差分の変化率の推移を、図２（ｄ）は、ＩＳＧ１８のトルク推移を示している。

エンジン１０の停止遂行時においては、エンジン１０の回転を停止するとともに、停止補助部３０は、エンジン停止補助処理を実行する。図２（ａ）を参照すると、ベルト２０に異常が生じていない場合、実線で示したエンジン１０の回転数に同調して、破線で示したＩＳＧ１８の回転数が低下している。一方、ベルト２０に異常が生じた場合、エンジン１０の停止遂行時において、ベルト２０に滑りが生じ、一点鎖線で示すように、ＩＳＧ１８の回転数が、エンジン１０の回転数に対し、ベルト２０が滑る分、低くなる軌跡を描くこととなる。

ここで、仮に、異常判定部３４が、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分に基づいてベルト２０の異常判定を行うとする。例えば、図２（ｂ）に示すように、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分が、所定の回転数閾値を超え、その状態が所定時間継続すると、異常判定部３４は、ベルト２０が異常であると判定する。

しかし、図２（ｂ）を参照して理解できるように、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分が、所定の回転数閾値を超えるまでに時間を要し、エンジン１０が停止するまでに、異常判定が完了しなかったり、たとえ異常判定が完了したとしても、その時点では、既に、エンジン１０の回転数が自己発火可能回転数未満まで低下しているおそれがある。ここで、自己発火可能回転数は、エンジン１０がＩＳＧ１８の補助なし（自力）で定格回転数に復帰できる最低限の回転数であり、自己発火可能回転数を下回ると、最早、ＩＳＧ１８の補助なしでは再始動できなくなる。

ここでは、ベルト２０が異常であると判定すると、エンジン１０の停止およびエンジン停止補助処理をキャンセルして（エンジン１０の停止指示を取り下げ）、エンジン１０の回転を維持しなくてはならない。そうすると、異常判定部３４は、少なくとも、エンジン１０の停止を開始してから、エンジン１０の回転数が自己発火可能回転数未満となるまでの短時間の間にベルト２０の異常を判定しなければならない。

そこで、本実施形態では、変化率導出部３２が、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数とを取得するとともに、それぞれの回転数の差分の変化率を導出し、異常判定部３４が、そのエンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率に基づいてベルト２０の異常判定を行うこととする。

図２（ｃ）を参照すると、ベルト２０に異常が生じていない場合、エンジン１０の停止遂行時において、破線で示した、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率は０を維持している。一方、ベルト２０に異常が生じた場合、エンジン１０の停止遂行時において、ベルト２０の滑りが生じ、ＩＳＧ１８の回転数がエンジン１０の回転数を下回り、一点鎖線で示すように、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率が急激に高くなる。そして、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率の大きさが、所定の変化率閾値を超え、その状態が所定時間継続すると、異常判定部３４は、ベルト２０が異常であると判定する。

かかる構成では、図２（ｃ）に示すように、エンジン１０の停止を開始した直後から、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率が高まり、直ぐに、所定の変化率閾値を超えることとなる。したがって、異常判定部３４は、エンジン１０の停止を開始して所定時間が経過した時点で、ベルト２０が異常であると判定することができる。ここでは、図２（ｂ）で示したエンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分を用いて判定する場合に比べ、判定に要する時間が、白抜き矢印に示した分だけ短縮されていることが解る。したがって、高精度かつ短時間にベルト２０の異常を判定することが可能となる。

なお、図２（ｄ）に示すように、ベルト２０に異常が生じていない場合、エンジン１０の停止遂行時において、停止補助部３０が、エンジン停止補助処理を実行すると、ＩＳＧ１８のトルクは、破線で示したような軌跡を辿る。一方、ベルト２０に異常が生じると、エンジン１０の停止遂行時において、ベルト２０の滑りが生じ、ＩＳＧ１８のトルクは、一点鎖線で示すように、正常時よりも高い軌跡を描くこととなる。なお、上述したように、エンジン停止補助処理では、ＩＳＧ１８で許容される最大のトルクを発生させているので、そのトルクの軌跡はベルト２０のテンションによって異なる。つまり、ベルト２０の滑りが大きくなると、ＩＳＧ１８の回転数の低下度合いが高まり、回転数の低下に伴ってトルクも大きくなる。

ここでは、エンジン１０の回転数の変化率やＩＳＧ１８の回転数の変化率のいずれか一方のみを固定値とみなし、他方の値を一方の固定値と比較することで異常を判定することが考えられる。しかし、上述したように、エンジン１０の回転数は、エンジン停止補助処理によってその軌跡が異なり、さらに、ＩＳＧ１８の回転数は、エンジン停止補助処理およびベルト２０のテンションによって異なる。すなわち、エンジン１０の回転数の変化率およびＩＳＧ１８の回転数の変化率のいずれも固定化するのは難しいため、一方のみの変化率では判定精度が高まらない。本実施形態では、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との両方の差分の変化率を用いて判定することで、高精度に異常を判定することが可能となる。

（車両制御方法）
図３は、車両制御方法の動作を説明したフローチャートである。変化率導出部３２は、現在、エンジン１０が回転中か否か判定する（Ｓ１００）。その結果、エンジン１０が回転中であれば（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、変化率導出部３２は、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分を導出し、保持する（Ｓ１０１）。

続いて、停止補助部３０は、エンジン１０の停止を開始したか否か判定する（Ｓ１０２）。その結果、エンジン１０の停止が開始されていれば（Ｓ１０２におけるＹＥＳ）、停止補助部３０は、ＩＳＧ１８を通じてエンジン停止補助処理を実行する（Ｓ１０３）。

次に、変化率導出部３２は、今回のステップＳ１０１で導出したエンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分から、前回のステップＳ１０１で導出したエンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分を減算して差分の変化率を導出する（Ｓ１０４）。なお、減算した値をサンプリングタイムで除算して変化率としてもよい。

続いて、異常判定部３４は、変化率導出部３２が導出した差分の変化率の大きさが、所定の変化率閾値以上であるか否か判定する（Ｓ１０５）。その結果、差分の変化率の大きさが、所定の変化率閾値以上であれば（Ｓ１０５におけるＹＥＳ）、異常判定部３４は、変化率閾値以上となってから所定時間が経過したか否か判定する（Ｓ１０６）。その結果、差分の変化率の大きさが変化率閾値以上となってから所定時間が経過していれば（Ｓ１０６におけるＹＥＳ）、異常判定部３４は、ベルト２０が異常であると判定し（Ｓ１０７）、当該車両制御方法を終了する。

異常判定部３４が、ベルト２０が異常と判定すると、その旨、保持するとともに、エンジン１０の停止およびエンジン停止補助処理をキャンセルする。なお、図３において、エンジン１０が回転中でなければ（Ｓ１００におけるＮＯ）、エンジン１０の停止が開始されていなければ（Ｓ１０２におけるＮＯ）、差分の変化率の大きさが、所定の変化率閾値未満であれば（Ｓ１０５におけるＮＯ）、または、変化率閾値以上となってから所定時間が経過していなければ（Ｓ１０６におけるＮＯ）、当該車両制御方法を終了する。

以上、説明したように、本実施形態では、エンジン１０の停止遂行時において、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率を用いて判断することで、エンジン１０の回転数が自己発火可能回転数未満に低下するまでに、高精度かつ短時間にベルト２０の異常を判定することが可能となる。また、ここでは、特段のハードウェアを追加することなく、既存の装置を用いたロジックの変更のみで対応しているので、コストの増加を招くこともない。

また、コンピュータを車両制御ユニット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、上述した実施形態では、ハイブリッド車両１を挙げて説明したが、車両停止中のアイドリングを行わないアイドリングストップ車にも適用することができる。

また、上述した実施形態では、まず、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分を導出し、その変化率の大きさを変化率閾値と比較する例を挙げて説明したが、エンジン１０の回転数およびＩＳＧ１８の回転数それぞれの変化率をまず導出し、その差分を変化率閾値と比較するとしてもよい。また、変化率として差分の減算値（差分）を用いる例を挙げたが、差分の微分値を適用することもできる。また、いずれの値についても低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を適用し、平滑化することも可能である。

また、上述した実施形態では、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率の大きさが、所定の変化率閾値を超え、その状態が所定時間継続すると、ベルト２０が異常であると判定する例を挙げて説明したが、所定時間継続せずとも、エンジン１０の回転数とＩＳＧ１８の回転数との差分の変化率の大きさが、所定の変化率閾値を超えた時点でベルト２０が異常であると判定してもよい。

なお、本実施形態の車両制御方法に関する各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、エンジンとＩＳＧを備えた車両制御ユニットに利用することができる。

１０ エンジン
１８ ＩＳＧ
２０ ベルト（無端状部材）
３０ 停止補助部
３２ 変化率導出部
３４ 異常判定部

Claims (2)

1. エンジンと、
   前記エンジンの出力軸に無端状部材を通じて接続されたＩＳＧと、
   前記エンジンの停止遂行時において該エンジンの回転を停止させる方向に前記ＩＳＧにトルクを発生させるエンジン停止補助処理を行う停止補助部と、
   前記エンジンと前記ＩＳＧとの回転数の差分の変化率を導出する変化率導出部と、
   前記停止遂行時において、前記差分の変化率の大きさが所定の変化率閾値以上となると、前記無端状部材が異常であると判定し、前記エンジン停止補助処理をキャンセルして前記エンジンの回転状態を維持する異常判定部と、
   を備えることを特徴とする車両制御ユニット。
2. 前記異常判定部は、前記差分の変化率の大きさが前記変化率閾値以上となる状態が所定の時間継続した場合に、前記無端状部材が異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両制御ユニット。

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