JP2007107390A

JP2007107390A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2007107390A
Application number: JP2005296209A
Authority: JP
Inventors: Hideto Minekawa; 秀人峯川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26
Also published as: WO2007043342A9; US20090043429A1; WO2007043342A1

Abstract

【課題】アイドリングストップ（エコラン）システムを搭載した車両において、冷却ファンを大型化することなく、冷却対象を十分に冷却する。
【解決手段】エコランＥＣＵは、エアコン冷媒圧力が圧力しきい値よりも高いか、またはインバータ冷却水温が温度しきい値よりも高く（Ｓ１００にてＹＥＳ）、電動式ファンが運転中でないと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、電動式ファンの運転を開始するステップ（Ｓ３００）と、エンジンが運転中でないと（Ｓ４００にてＮＯ）、エンジンの一時的な停止を禁止してエンジンを再始動するステップ（Ｓ５００）と、バッテリのＳＯＣがＳＯＣしきい値よりも低いと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、充電処理を実行するステップ（Ｓ７００）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アイドリング時において予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止する車両に好適な制御装置に関し、特に、エンジンにより駆動される冷却ファンを制御する車両の制御装置に関する。

地球温暖化の防止や省資源化の観点から、交差点等において赤信号で車両が停車するとエンジンを自動的に停止させて、再び走行を始めようと運転者が操作すると（たとえばアクセルペダルを踏んだり、あるいはブレーキペダルの踏み込みを止めたり、シフトレバーを前進走行ポジションに切り替えるなどの操作を行なうと）、エンジンが再始動するアイドリングストップシステム（エコノミーランニング（エコラン）システム、エンジンオートマチックストップアンドスタートシステムとも呼ばれる）が実用化されている。このシステムにおいては、エンジンの再始動時には、車両に搭載された二次電池の電力を用いてモータジェネレータやスタータモータなどの電動機によりクランクシャフトを回転させてエンジンを再始動させる。

このようなアイドリングストップシステムにおいては、種々のセンサ信号やスイッチ信号を検知して、予め定められたアイドリングストップ開始条件が満足されるとエンジンを停止して、再びエンジンを再始動するように制御する必要がある。

ところで、車両に搭載されたエンジンは冷却水で冷却される。エンジンから受熱した冷却水は、ラジエーターに送られて、ラジエーターで空気と熱交換されて冷却され、再度エンジンに供給される。ラジエーターの熱交換効率を向上させるために、ラジエーターには冷却ファンが設けられている。この冷却ファンの回転軸がエンジンのクランクシャフトに接続され、エンジンの回転力により冷却ファンが駆動されるもの（以下、電動式ファンに対応させてこのようなファンを機械式ファンと記載する場合がある）がある。

上述したアイドリングストップシステムにおいては、エンジン停止時には機械式ファンが停止するので、冷却風が停止し、冷却機能が著しく低下してしまう。このようなエンジン停止時の熱こもりに対しては手が打たれてなく、頻繁なエンジンの作動および停止による熱こもりからオーバーヒートの問題が生じてきている。特開２００３−２３７３８４号公報（特許文献１）は、このような問題を解決する産業車両の冷却装置を開示する。この冷却装置は、エンジンキーを切った時に一定時間作動するタイマーにより、エンジン停止から一定時間だけ作動する電動式ファンがボンネット上部に設置されている。

この産業車両の冷却装置によると、エンジンルーム内にこもった熱はエンジン停止後に電動式ファンにより排出されて、次のエンジン始動時の油温、水温等を低減させることができ、オーバーヒートする不具合を低減できる。
特開２００３−２３７３８４号公報

しかしながら、エンジンの停止時において、電動式ファンのみによる冷却では、その冷却能力が不足して油温や水温を十分に低下させることができない場合もある。このような場合に、冷却能力を満足させようとすると、電動式ファンが大型化することという問題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止してその後再始動するシステムを搭載した車両において、冷却ファンを大型化することなく、冷却対象を十分に冷却することができる、車両の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止するシステムを搭載した車両を制御する。この車両にはエンジンにより機械的に駆動される冷却ファンが搭載されている。この制御装置は、冷却対象物の状態を検知するための検知手段と、検知された冷却対象物の状態に基づいて、エンジンの一時的な停止を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、車両が交差点で赤信号で一時的に停止したときに予め定められた条件を満足すると、エンジンが一時的に停止されて、条件が満足されなくなると、エンジンが再始動される。エンジンにより機械的に駆動される冷却ファンは、エンジンラジエーター、電気機器用のＨＶラジエーター、エアコンディショナ（以下、エアコンと記載する）の放熱器であるコンデンサに冷却風を供給する。制御手段は、冷却対象物の状態に基づいて冷却要求が高いと判断される場合には、予め定められた条件が満足されてもエンジンを一時的に停止しないようにしたり、一時的に停止している場合には再始動させるようにしたりして、冷却ファンを運転させる。このため、冷却ファンにより十分に冷却対象物が冷却される。また、仮に電動式ファンを併設するにしても、冷却要求が高いときに電動式ファンのみで冷却風を供給するのではなく、エンジンを停止させないでエンジンにより駆動される冷却ファンが運転される。このため、電動式ファンの大型化を回避できる。また、このように電動式ファンを併設した場合および電動式ファンのみを設けた場合においては、電動式ファンの消費電力が問題となり得る。このような場合であっても、エンジンにより駆動される冷却ファンが、冷却要求が高いときにはエンジンを停止させないで運転されるので、電動式ファンの消費電力が大きくなり過ぎることを回避できる。その結果、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止してその後再始動するシステムを搭載した車両において、冷却ファンを大型化することなく、冷却対象を十分に冷却することができる、車両の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、エンジンが一時的に停止しているときにはエンジンを再始動させることにより、エンジンの停止を禁止するための手段を含む。

第２の発明によると、エンジンの停止が禁止されて、冷却ファンが運転を継続して、十分な冷却能力を確保できる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、検知手段は、車両に搭載された電気機器の状態を検知するための手段を含む。

第３の発明によると、車両に搭載されたハイブリッド用の電気機器であるインバータやＤＣ／ＤＣコンバータは、冷却水で冷却され、その冷却水はＨＶ用ラジエーターで外気と熱交換される。このような電気機器からの冷却要求が大きいと、エンジンを停止させないようにして、冷却ファンを運転してＨＶ用ラジエーターに冷却風を供給して、十分な冷却能力を確保できる。

第４の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、検知手段は、車両に搭載された空調機器の状態を検知するための手段を含む。

第４の発明によると、車両に搭載されたエアコンの放熱器であるコンデンサにおいて、エアコン冷媒は、外気と熱交換される。エアコンからの冷却要求が大きいと、エンジンを停止させないようにして、冷却ファンを運転してコンデンサに冷却風を供給して、十分な冷却能力を確保できる。

第５の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、検知手段は、エンジンの状態を検知するための手段を含む。

第５の発明によると、エンジンは、冷却水で冷却され、その冷却水はエンジン用ラジエーターで外気と熱交換される。エンジンからの冷却要求が大きいと、エンジンを停止させないようにして、冷却ファンを運転してエンジン用ラジエーターに冷却風を供給して、十分な冷却能力を確保できる。

第６の発明に係る制御装置においては、第３〜５のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、温度を検知することにより状態を検知するための手段を含む。

第６の発明によると、たとえば、エンジンの温度、エンジン冷却水の温度、電気機器の温度、ＨＶ用冷却水の温度等を検知して、電気機器の状態やエンジンの状態等を検知できる。

第７の発明に係る制御装置は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段によりエンジンの停止を禁止されているときに、車両に搭載された蓄電機構を充電するための充電手段をさらに含む。

第７の発明によると、エンジンの停止が禁止されているときにエンジンにより、ジェネレータやオルタネータを運転させて、電力を発電して、蓄電機構であるバッテリ等を充電することができる。エネルギ効率的に好ましい態様を実現できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置が適用されるアイドリングストップシステムを備えた車両の制御ブロックについて説明する。

このアイドリングストップシステムを備えた車両における制御対象であるハードウェア系として、エンジン１００と、エンジン１００を始動および再始動（イグニッションスイッチによるエンジン１００の作動開始を始動、アイドリングストップによる一時停止後のエンジン１００の作動開始を再始動という）するためにエンジン１００をクランキングするモータ２００と、エンジン１００のクランクシャフトプーリとベルトで接続されたジェネレータ３００と、ライト、オーディオ、エアコンのコンプレッサ等の補機負荷４００と、モータ２００や補機負荷４００に電力を供給するバッテリ（二次電池）５００とを含む。なお、モータ２００ではなくモータジェネレータであってもよいし、バッテリは、エンジン１００の停止時における電力供給のためのバッテリをさらに搭載していてもよい。また、バッテリではなくコンデンサ等であってもよい。また、モータ２００は、再始動時のクランキングを行なうだけではなく、車両の走行中にエンジン１００をアシストすることもできる。

このようなハードウェア系を制御する制御系として、アイドリングストップシステムは、ＡＢＳ（Antilock braking System）＿ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００と、エコランＥＣＵ２０００と、エンジンＥＣＵ３０００とを含む。

ＡＢＳ＿ＥＣＵ１０００には、Ｇセンサ１１００からの信号（車両の傾きや加速度を表わす物理量の信号）、ブレーキマスタ圧センサ１２００からの信号（車両の制動装置の効き具合を表わす物理量の信号）、車速センサ１３００からの信号（車両の速度を表わす物理量の信号）がそれぞれ入力される。

エコランＥＣＵ２０００には、ブレーキランプ信号と連動したブレーキが作動状態であることを示すブレーキ信号、変速機のシフトポジションを示すシフト信号、クラッチの作動状態を示すクラッチ信号がそれぞれ入力される。

エンジンＥＣＵ３０００には、アクセルペダルが踏まれていることを検知するアクセルスイッチ３１００からの信号、ステアリングが操作されていることを検知するＥＭＰＳ（（Electronic Motor Power Steering）センサ３２００からの信号、エンジン１００の回転数（ＮＥ）を検知するＮＥセンサ３３００からの信号がそれぞれ入力される。

また、ＡＢＳ＿ＥＣＵ１０００からエコランＥＣＵ２０００にセンサ信号が送信され、エコランＥＣＵ２０００からエンジンＥＣＵ３０００にエンジン１００の始動指令信号および停止指令信号が送信され、エンジンＥＣＵ３０００からエコランＥＣＵ２０００にセンサ信号が送信される。エンジンＥＣＵ３０００は、エコランＥＣＵ２０００から受信したエンジン１００の始動指令信号に基づいてモータ２００に始動信号を送信して、モータ２００がエンジン１００をクランキングしてエンジン１００が再始動する。

また、エンジン１００の運転中にはエコランＥＣＵ２０００がジェネレータ３００を制御することによりバッテリ５００の充電処理が行なわれる。なお、モータ２００およびジェネレータ３００は、図示しないインバータやＤＣ／ＤＣコンバータを介して駆動されるものとする。

この車両には、以下の冷却システムを搭載している。エンジン１００を冷却するエンジン冷却システム、電装品（たとえば、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等）を冷却するＨＶ冷却システムおよびエアコンの冷凍サイクルにおける放熱器であるコンデンサを冷却するエアコン冷却システムである。

エンジン冷却システムは、エンジン１００により駆動される機械式ファン１０２とエンジン冷却用ラジエーター１１２とを主要な構成部品とする。ＨＶ冷却システムは、エンジン１００により駆動される機械式ファン１０２（この機械式ファン１０２はエンジン冷却システムと共用する）とＨＶ冷却用ラジエーター１１０とを主要な構成部品とする。エアコン冷却システムは、エンジン１００により駆動される機械式ファン１０２（この機械式ファン１０２はエンジン冷却システムと共用する）とコンデンサ１０８とを主要な構成部品とする。

さらに本実施の形態に係る制御装置により制御される車両には、機械式ファン１０２に加えて、モータ１０６で駆動される電動式ファン１０４が備えられている。

なお、図１に示す冷却システム（エンジン冷却システム、ＨＶ冷却システムおよびエアコン冷却システム）における機器の配置は、模式的なものであって、図１に示す位置関係が車両の前後方向および左右方向となんら関係はない。

図２を参照して、図１のエコランＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートについて説明する。なお、エコランＥＣＵ以外のＥＣＵによりこのプログラムが実行されてもよい。また、このプログラムは予め定められたサイクルタイム間隔で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エコランＥＣＵ２０００は、エアコン冷媒圧力が圧力しきい値よりも高いか否か、インバータ冷却水温が温度しきい値よりも高いか否かを判断する。このとき、エコランＥＣＵ２０００は、エコランＥＣＵ２０００に入力されたエアコン冷媒圧力信号およびインバータ冷却水温信号に基づいて判断する。エアコン冷媒圧力が圧力しきい値よりも高いか、または、インバータ冷却水温が温度しきい値よりも高いと（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ２００にて、エコランＥＣＵ２０００は、電動式ファン１０４が運転中であるか否かを判断する。なお、電動式ファン１０４を駆動するモータ１０６はエコランＥＣＵ２０００が制御するものとする。電動式ファン１０４が運転中であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ３００へ移される。

Ｓ３００にて、エコランＥＣＵ２０００は、電動式ファン１０４のモータ１０６に駆動指令信号を送信して、電動式ファン１０４の運転を開始させる。

Ｓ４００にて、エコランＥＣＵ２０００は、エンジン１００が運転中であるか否かを判断する。エンジン１００が運転中であると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ６００へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ５００へ移される。

Ｓ５００にて、エコランＥＣＵ２０００は、アイドリング状態で停止していたエンジン１００を再始動する。

Ｓ６００にて、エコランＥＣＵ２０００は、バッテリ５００のＳＯＣ（States Of Charge）がＳＯＣしきい値よりも低いか否かを判断する。なお、バッテリ５００のＳＯＣは、バッテリ５００の開放電圧や充放電電流量の積算に基づいてエコランＥＣＵ２０００が算出している。バッテリ５００のＳＯＣがＳＯＣしきい値よりも低いと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ７００に移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ７００にて、エコランＥＣＵ２０００は、ジェネレータ３００、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、充電処理を実行し、バッテリ５００を充電する。

以上のような構造およびフローチャートに基づくアイドリングストップシステムの動作について説明する。

車両の走行中およびアイドリング停止中を含む駆動システムの稼動中（たとえば、イグニッションスイッチまたはイグニッションスイッチに類するスイッチの状態に対応する）に、エアコン冷媒圧力やインバータ冷却水温が検知され、それぞれしきい値と比較される（Ｓ１００）。エアコン（冷房を使用と想定する）の負荷が高くエアコン冷媒圧力が圧力しきい値よりも高いか、または、モータ２００等の負荷が高く（たとえばモータ２００によるエンジン１００がアシストされている状態等）インバータ冷却水温が温度しきい値よりも高く（Ｓ１００にてＹＥＳ）、電動式ファン１０４が運転中でないと（Ｓ２００にてＮＯ）電動式ファン１０４の運転を開始させる（Ｓ３００）。

これにより、エンジン１００が停止しているアイドリングストップ状態であっても、エンジン冷却用ラジエーター１１２、ＨＶ冷却用ラジエーター１１０およびコンデンサ１０８に冷却風を送り込むことができ、所望の冷却能力を発現させることができる。

さらに、電動式ファン１０４が運転中で（Ｓ２００にてＮＯ）、エンジン１００が運転されていないと（Ｓ４００にてＮＯ）、エンジン１００が再始動される（Ｓ５００）。このときに電動式ファン１０４を継続して運転させるのか停止させるのかについてはいずれでもよく、さらに、冷却対象物の状態に基づいて制御するようにしてもよい。エンジン１００が運転中においては、バッテリ５００のＳＯＣが低いと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、バッテリ５００の充電処理が行なわれる（Ｓ７００）。

これにより、電動式ファン１０４の運転によりバッテリ５００のＳＯＣが低下していたり、（インバータ温度が高いことからわかるように）モータ２００がエンジン１００をアシストして車両が走行したりした後に、アイドリング状態でエンジン１００が停止した場合には、冷却要求があり（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エンジン１００が再始動されて、バッテリ５００の充電処理が行なわれる（Ｓ７００）。エンジン１００の再始動により機械式冷却ファン１０４が運転を開始して冷却能力が上昇して十分に冷却対象物を冷却することができるようになるとともに、バッテリ５００のＳＯＣの低下を充電処理により回復させることができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置であるエコランＥＣＵによると、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止してその後再始動するアイドリングストップシステムを搭載した車両において、冷却ファンを大型化することなく、冷却対象であるエンジン、電気機器、エアコンのコンデンサを十分に冷却することができる。特に、バッテリ等の蓄電機構の蓄電電気量が低下した場合にも好適に適用することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３のハードウェア構成図が図１に、図４のプログラムフローチャートが図２に、それぞれ対応する。

図１に対応する図３に示した、本実施の形態に係るアイドリングストップシステムを搭載した車両のハードウェアには、第１の実施の形態において備えられていた電動式ファンが存在しない。それ以外のハードウェア構成は第１の実施の形態と同じである。同じ構成部品には同じ参照符号を付している。したがって、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

図２に対応する図４に示した、本実施の形態に係るアイドリングストップシステムを搭載した車両のエコランＥＣＵ２０００により実行されるプログラムのフローチャートは、電動式ファンが存在しないことにより図２のＳ２００およびＳ３００を有しない。それ以外の処理は第１の実施の形態と同じである。同じ処理には同じステップ番号を付している。したがって、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

以上のようにして、本実施の形態においては、機械式ファンを有し電動式ファンを有しない場合においても、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止してその後再始動するアイドリングストップシステムを搭載した車両において、冷却ファンを大型化することなく、冷却対象であるエンジン、電気機器、エアコンのコンデンサを十分に冷却することができる。

なお、フローチャートにおけるインバータ冷却水温ではなく、インバータのパワー素子の温度やモータのコイル温度（またはそれらの代替温度）であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係るアイドリングストップシステムの制御ブロック図である。図１のエコランＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係るアイドリングストップシステムの制御ブロック図である。図３のエコランＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００エンジン、１０２機械式ファン、１０４電動式ファン、１０６モータ、１０８コンデンサ、１１０ＨＶ冷却用ラジエーター、１１２エンジン冷却用ラジエーター２００モータ、３００ジェネレータ、４００補機負荷、５００バッテリ、１０００ＡＢＳ＿ＥＣＵ、１１００Ｇセンサ、１２００ブレーキマスタ圧センサ、１３００車速センサ、２０００エコランＥＣＵ、３０００エンジンＥＣＵ、３１００アクセルスイッチ、３２００ＥＭＰＳセンサ、３３００ＮＥセンサ。

Claims

車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止するシステムを搭載した車両の制御装置であって、前記車両には前記エンジンにより機械的に駆動される冷却ファンが搭載され、
冷却対象物の状態を検知するための検知手段と、
前記検知された冷却対象物の状態に基づいて、前記エンジンの一時的な停止を制御するための制御手段とを含む、車両の制御装置。
前記制御手段は、前記エンジンが一時的に停止しているときには前記エンジンを再始動させることにより、前記エンジンの停止を禁止するための手段を含む、請求項１に記載の車両の制御装置。
前記検知手段は、車両に搭載された電気機器の状態を検知するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記検知手段は、車両に搭載された空調機器の状態を検知するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記検知手段は、前記エンジンの状態を検知するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記検知手段は、温度を検知することにより前記状態を検知するための手段を含む、請求項３〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
前記制御装置は、前記制御手段により前記エンジンの停止を禁止されているときに、車両に搭載された蓄電機構を充電するための充電手段をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の車両の制御装置。