JP2017166419A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電電流に基づくＳＯＣの算出値を用いずにエンジン自動停止の機会を確保できる車両用制御装置の提供。
【解決手段】車両用制御装置は、バッテリの温度を検出するセンサと、エンジンの自動停止及び再始動を行うエンジン自動停止・再始動部と、イグニッションスイッチのオン期間に対するエンジン自動停止期間又はエンジン自動停止中のバッテリの放電期間の比率を算出する比率算出部と、センサにより検出される温度に応じた閾値を設定する閾値設定部と、比率算出部により算出される比率が、閾値設定部により設定される閾値を超える場合に、エンジン自動停止・再始動部によるエンジン自動停止を禁止する禁止部とを含む。
【選択図】図２

Description

本開示は、車両用制御装置に関する。

バッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が、バッテリ温度に応じた所定閾値以下となった場合に、エンジン自動停止を禁止する車両用制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。所定閾値は、バッテリ温度が低温度領域の場合や、高温度領域の場合よりも高く設定される。

特開2015-007411号公報

ところで、エンジン自動停止は、発電機の停止を伴い、該自動停止中の電気負荷の作動やその後の再始動時のスタータ又はモータジェネレータの駆動にはバッテリからの電力が使用されるので、バッテリの負荷が大きくなる。ＳＯＣが低い状態でエンジン自動停止が許可されると、バッテリの劣化が進む虞がある。このため、エンジン自動停止に対してバッテリを保護することが行われる。

ここで、エンジン自動停止に対するバッテリ保護方法として、上記の従来技術のように、ＳＯＣが所定閾値以下である場合にエンジン自動停止を禁止する方法がある。ＳＯＣは、バッテリの充電電流に基づき算出できるが、バッテリの充電電流は、バッテリ温度に対する依存性が高いため、ＳＯＣを精度良く算出することは難しい。例えばバッテリ温度が低いときは、ＳＯＣの相違に応じたバッテリの充電電流の相違が、バッテリ温度が高いときのように大きくならない（即ち、バッテリ温度が低いときは、ＳＯＣが低いときでもバッテリの充電電流が大きくならない）。従って、バッテリ温度が低い時にはＳＯＣを精度良く算出することは難しい。このため、バッテリ温度が低い時には、所定閾値が高めに設定される傾向となる。このように、充電電流に基づくＳＯＣの算出値を用いるバッテリ保護方法においては、エンジン自動停止の機会を増加することは難しい。

そこで、開示の技術は、充電電流に基づくＳＯＣの算出値を用いずにエンジン自動停止の機会を確保できる車両用制御装置の提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、エンジンと、バッテリと、発電機とを備える車両に設けられる車両用制御装置であって、
前記バッテリの温度を検出するセンサと、
エンジンの自動停止及び再始動を行うエンジン自動停止・再始動部と、
イグニッションスイッチのオン期間に対するエンジン自動停止期間又はエンジン自動停止中の前記バッテリの放電期間の比率を算出する比率算出部と、
前記センサにより検出される前記温度に応じた閾値を設定する閾値設定部と、
前記比率算出部により算出される前記比率が、前記閾値設定部により設定される前記閾値を超える場合に、前記エンジン自動停止・再始動部によるエンジン自動停止を禁止する禁止部とを含む、車両用制御装置が提供される。

本開示の技術によれば、充電電流に基づくＳＯＣの算出値を用いずにエンジン自動停止の機会を確保できる車両用制御装置が得られる。

車両の電源系の構成図である。 車両制御装置１の一例の構成図である。 バッテリ温度と所定閾値Ｔｈとの関係を示す図である。 実施例１においてエンジン４２の稼働中に禁止制御部１６により実行される処理の一例を示すフローチャートである。 ＳＯＣ管理方法の説明図である。 バッテリ６０の充電量及び放電量の説明図である。 充電電流のバッテリ温度依存性の説明図である。 バッテリ温度、放電電流、及び所定閾値Ｔｈの関係を示す図である。 実施例２においてエンジン４２の稼働中に禁止制御部１６により実行される処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
図１は、車両の電源系の構成図である。本実施例は、図１に示すように、エンジンのみを搭載する車両（即ち、ハイブリッド車や電気自動車でない車両）に搭載されるのが好適である。図１に示す構成では、エンジン４２にオルタネータ４０が機械的に接続される。オルタネータ４０は、エンジン４２の動力を用いて発電を行う発電機である。オルタネータ４０により生成される電力は、バッテリ６０の充電や車両負荷５０の駆動に利用される。尚、バッテリ６０には、電流センサ６２が設けられる。電流センサ６２は、バッテリ電流（バッテリ６０の充電電流や放電電流）を検出する。バッテリ６０は、典型的には、鉛バッテリであるが、他の種類のバッテリ（又はキャパシタ）であってもよい。バッテリ６０には、電圧センサ６４が設けられる。車両負荷５０は、補機類を含み、例えばランプ、ブロア、ワイパ、電動ファン、パワーステアリングのアシストモータ等を含む。

図２は、車両制御装置１の一例の構成図である。

車両制御装置１は、自動停止・再始動制御装置１０と、エンジン制御装置２０と、バッテリ状態判定装置３０とを含む。各装置１０，２０，３０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により実現される。各装置１０，２０，３０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して接続される。尚、以下で説明する自動停止・再始動制御装置１０の機能の一部又は全部は、エンジン制御装置２０により実現されてもよいし、エンジン制御装置２０の機能の一部や、バッテリ状態判定装置３０の機能の全部は、自動停止・再始動制御装置１０により実現されてもよい。

自動停止・再始動制御装置１０には、ブレーキ制御装置（図示せず）から、車速情報、ストップランプスイッチの状態を表す情報、及びブレーキ油圧情報が入力される。自動停止・再始動制御装置１０には、その他、バッテリ状態判定装置３０からバッテリの状態（バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ温度）を表す情報、ブレーキブースタ負圧値、フードロック閉信号、ドア閉信号、シートベルトバックル信号、エアバック信号等が入力される。

エンジン制御装置２０には、シフトポジション信号、エンジン始動要求信号、アクセル開度信号、エンジン回転数を表す情報等が入力される。エンジン制御装置２０には、スタータ５２が接続される。エンジン制御装置２０は、エンジンの稼働中にエンジン停止要求信号が入力されると、燃料噴射をカットしてエンジンを停止させる。エンジン制御装置２０は、エンジンの自動停止中に再始動要求信号が入力されると、スタータ５２を駆動してエンジンを再始動させる。

バッテリ状態判定装置３０は、電流センサ６、電圧センサ６４、及びバッテリ温度センサ６６が接続される。バッテリ温度センサ６６は、バッテリ６０の温度（液温）を測定する。バッテリ状態判定装置３０は、バッテリの状態（バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ温度）を表す情報を生成し、ＣＡＮに流す。

自動停止・再始動制御装置１０は、Ｓ＆Ｓ（Stop ＆ Start）機能を実現する。自動停止・再始動制御装置１０は、機能部として、エンジン停止判定部１２と、エンジン再始動判定部１４と、禁止制御部１６とを含む。エンジン停止判定部１２及びエンジン再始動判定部１４は、エンジン自動停止・再始動部として機能する。

エンジン停止判定部１２は、エンジンの停止条件の成否を判定する。停止条件は、例えば、以下の条件（０）に加えて、以下の条件（１）〜（４）のすべて満たされる場合に、停止条件が成立する。
条件（０）：自動停止禁止フラグが"０"であること。
条件（１）：自車両の車速が所定車速（≧０）以下であること。
条件（２）：アクセルペダルが踏まれていないこと。
条件（３）：ブレーキブースタ負圧値が所定閾値より真空側であること。
条件（４）：ブレーキペダルが踏まれていること。
自動停止禁止フラグについては後述する。尚、条件（１）〜（４）は一例であり、適宜変更可能である。また、条件（１）〜（４）に対するアンド条件として、道路勾配や空調状態に関する条件が付加されてもよい。

エンジン停止判定部１２は、エンジンの停止条件が成立すると、エンジン停止要求信号をエンジン制御装置２０に与える。

エンジン再始動判定部１４は、エンジンの再始動条件の成否を判定する。再始動条件は、例えば、以下の条件（１１）〜（１４）の１つでも満たされなくなった場合に成立する。
条件（１１）：自車両の車速が所定車速（≧０）以下であること。
条件（１２）：ブレーキペダルが踏まれていること。
条件（１３）：ブレーキブースタ負圧値が所定閾値より真空側であること。
条件（１４）：ブレーキペダルが踏まれていること。

エンジン再始動判定部１４は、エンジンの再始動条件が成立すると、再始動要求信号をエンジン制御装置２０に与える。

禁止制御部１６は、禁止部１６１と、比率算出部１６２と、閾値設定部１６３とを含む。

禁止部１６１は、自動停止禁止フラグの状態を制御する。具体的には、禁止部１６１は、比率算出部１６２から得られるＳ＆Ｓ作動率（後述）が、閾値設定部１６３から得られる所定閾値Ｔｈ（後述）を超える場合に、自動停止禁止フラグを"１"にセットする。自動停止禁止フラグが"１"にセットされると、上述のように、エンジン自動停止が禁止される。

比率算出部１６２は、Ｓ＆Ｓ作動率Ｐを算出する。Ｓ＆Ｓ作動率Ｐは、イグニッションスイッチがオン状態であるＩＧＯＮ期間Ｔ１とエンジン自動停止状態であるＳ＆Ｓ期間Ｔ２との比であり、具体的には、Ｐ＝Ｔ２／Ｔ１×１００［％］である。ＩＧＯＮ期間Ｔ１及びＳ＆Ｓ期間Ｔ２は、トリップ毎に更新されてよい。尚、本実施例では、Ｓ＆Ｓ作動率は、ＩＧＯＮ期間Ｔ１とエンジン自動停止状態であるＳ＆Ｓ期間Ｔ２との比で算出されているが、これに限られない。例えば、変形例では、エンジン自動停止状態であるＳ＆Ｓ期間Ｔ２に代えて、エンジン自動停止中のバッテリ６０の放電期間が用いられてもよい。

閾値設定部１６３は、バッテリ温度に応じた所定閾値Ｔｈを設定する。所定閾値Ｔｈは、図３は、バッテリ温度と所定閾値Ｔｈとの関係を示す図である。図３に示すような関係は、マップデータとして予め所定の記憶装置に記憶されてよいし、同関係を近似する近似式の係数が予め所定の記憶装置に記憶されてもよい。図３には、横軸にバッテリ温度、縦軸にＳ＆Ｓ作動率を取り、閾値波形（図３の場合は直線）が示されている。閾値波形は、Ｓ＆Ｓ作動が許可されべき領域Ａと、Ｓ＆Ｓ作動が禁止されるべき領域Ｂとを仕切る波形である。例えば、閾値設定部１６３は、バッテリ温度がＸ度であるとき、閾値波形上のＸ度に応じたＳ＆Ｓ作動率Ｐ_Ｘを、所定閾値Ｔｈとして設定する。

次に、図４を参照して禁止制御部１６の処理フローについて説明する。

図４は、エンジン４２の稼働中に禁止制御部１６により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、エンジン４２の稼働中に所定処理周期毎に実行される。

ステップＳ４００では、比率算出部１６２は、Ｓ＆Ｓ作動率を算出する。

ステップＳ４０２では、閾値設定部１６３は、バッテリ状態判定装置３０から最新のバッテリ温度を取得する。

ステップＳ４０４では、閾値設定部１６３は、ステップＳ４０２で取得したバッテリ温度に応じた所定閾値Ｔｈを設定する。この設定方法は、図６を参照して上述した通りである。

ステップＳ４０６では、禁止部１６１は、ステップＳ４００で算出されたＳ＆Ｓ作動率がステップＳ４０４で設定された所定閾値Ｔｈを超えるか否かを判定する。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ４０８に進み、それ以外の場合は、ステップＳ４１０に進む。

ステップＳ４０８では、禁止部１６１は、自動停止禁止フラグを"１"にセットする。

ステップＳ４１０では、禁止部１６１は、自動停止禁止フラグを"０"にセットする。

図４に示す処理によれば、Ｓ＆Ｓ作動率が所定閾値Ｔｈを超える場合は、自動停止禁止フラグが"１"にセットされる。従って、Ｓ＆Ｓ作動率が所定閾値Ｔｈを超える場合は、バッテリ６０への充電が主体となる。他方、Ｓ＆Ｓ作動率が所定閾値Ｔｈを超えない場合は、自動停止禁止フラグが"０"にセットされる。従って、Ｓ＆Ｓ作動率が所定閾値Ｔｈを超えない場合は、バッテリ６０からの放電が主体となる。

ここで、図５乃至図７を参照して、本実施例によるＳＯＣの管理方法に関する考え方について説明する。

図５には、横軸に時間、縦軸にＳＯＣを取り、ＳＯＣの波形（実ＳＯＣ）が点線で示される。また、図５には、制御目標値が一点鎖線で示される。バッテリ６０の充放電量は、ＳＯＣが制御目標値に一致するように制御される。即ち、ＳＯＣが制御目標値よりも高い場合は、図５にて矢印Ｒ１で示すように、バッテリ６０の放電量が充電量よりも大きくなるようにバッテリ６０の充放電量が制御される。他方、ＳＯＣが制御目標値よりも低い場合は、図５にて矢印Ｒ２で示すように、バッテリ６０の充電量が放電量よりも大きくなるようにバッテリ６０の充放電量が制御される。ＳＯＣが制御目標値と略同一のときは、ＳＯＣが制御目標値と略同一の状態を維持するように、即ちバッテリ６０の充電量が放電量と同じになるように、バッテリ６０の充放電量が制御される。

ここで、本実施例では、充電電流に基づくＳＯＣを該制御に用いない。従って、充電電流に基づくＳＯＣと制御目標値との差分等に基づいて制御が実行されることはない。本実施例では、充電電流に基づくＳＯＣに代えて、Ｓ＆Ｓ作動率を制御することで、バッテリ６０の充放電量を制御する。即ち、本実施例では、Ｓ＆Ｓ作動率を制御することで、ＳＯＣが制御目標値に一致させることを可能とする。

図６には、バッテリ６０の充電量及び放電量の説明図として、縦軸にバッテリ電流、横軸にＳ＆Ｓ作動率を取り、バッテリ６０の充電量が放電量と同じとなる関係が模式的に示される。バッテリ６０の放電量は、放電電流と所定閾値Ｔｈとの積で表すことができ（単位は異なるが、指標値として表すことができ）、バッテリ６０の充電量は、充電電流と、１００％に対する所定閾値Ｔｈの差分（＝１００−Ｔｈ）との積で表すことができる。従って、ＳＯＣを維持するためには、即ちバッテリ６０の充電量が放電量と同じにするためには、Ｉ_放電×Ｔｈ＝Ｉ_充電×（１００−Ｔｈ）とすればよい。ここで、Ｉ_放電は放電電流を、Ｉ_充電は充電電流を表す。

ここで、上述したように、バッテリの充電電流は、図７に示すように、バッテリ温度に対する依存性が高い。図７には、縦軸に充電電流、横軸にＳＯＣを取り、複数のバッテリ温度に対応した充電電流特性波形（バッテリ温度が１０度のときの特性波形Ｗ１やバッテリ温度が−１５度のときの特性波形Ｗ２等）が示されている。例えばバッテリ温度が低いときは、特性波形Ｗ２に示すように、ＳＯＣの相違に応じたバッテリの充電電流の相違が、バッテリ温度が高いとき（特性波形Ｗ１参照）のように大きくならない（即ち、バッテリ温度が低いときは、ＳＯＣが低いときでもバッテリの充電電流が大きくならない）。即ち、バッテリ温度が低いときは、充電電流が高くならず、Ｉ_放電×Ｔｈ＝Ｉ_充電×（１００−Ｔｈ）とするためには、所定閾値Ｔｈを低くすることが有用となる。他方、バッテリ温度が高いときは、充電電流が高くなるので、Ｉ_放電×Ｔｈ＝Ｉ_充電×（１００−Ｔｈ）とするためには、所定閾値Ｔｈを、バッテリ温度が低いときよりも高くすることが有用となる。これは、上述した図３に示す所定閾値Ｔｈとバッテリ温度との関係に合致する。

従って、本実施例によれば、充電電流に基づくＳＯＣの算出値を用いずに、エンジン自動停止の機会を確保できる。即ち、充電電流に基づくＳＯＣの算出値を用いずに、バッテリ６０のＳＯＣを精度良く管理できるので、エンジン自動停止の機会を確保できる。このため、ＳＯＣが低い状態でのエンジン自動停止に起因したバッテリ６０の劣化の進みを抑制できる。また、本実施例によれば、例えばＳＯＣを高精度で算出できる高価なバッテリセンサなどを用いずに、安価なシステムを実現することも可能となる。

［実施例２］
実施例２は、上述した実施例１に対して、閾値設定部１６３の動作が異なるだけであり、他は同じである。

本実施例２では、閾値設定部１６３は、バッテリ温度及び放電電流に応じた所定閾値Ｔｈを設定する。図８は、バッテリ温度、放電電流、及び所定閾値Ｔｈの関係を示す図である。図８に示すような関係は、放電電流毎にマップデータとして予め所定の記憶装置に記憶されてよいし、同関係を近似する近似式の係数が予め所定の記憶装置に記憶されてもよい。図８には、横軸にバッテリ温度、縦軸にＳ＆Ｓ作動率を取り、放電電流毎の閾値波形（図８の場合は直線）が示されている。閾値波形は、Ｓ＆Ｓ作動が許可されべき領域と、Ｓ＆Ｓ作動が禁止されるべき領域とを仕切る波形である。図８には、放電電流が比較的小さいときの閾値波形ＷＴ１と、放電電流が比較的大きいときの閾値波形ＷＴ３と、放電電流がその間であるときの閾値波形ＷＴ４とが示される。所定閾値Ｔｈは、このように、放電電流が小さいほど大きくなる関係で設定される。これは、図５乃至図７を参照して上述したように、放電電流が小さいときは、Ｉ_放電×Ｔｈ＝Ｉ_充電×（１００−Ｔｈ）とするためには、所定閾値Ｔｈを高くすることが有用となるためである。また、放電電流が大きいときは、Ｉ_放電×Ｔｈ＝Ｉ_充電×（１００−Ｔｈ）とするためには、所定閾値Ｔｈを低くすることが有用となるためである。

図９は、本実施例２においてエンジン４２の稼働中に禁止制御部１６により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図９に示す処理は、エンジン４２の稼働中に所定処理周期毎に実行される。

ステップＳ９００、ステップＳ９０６〜ステップＳ９１０は、図４に示したステップＳ４００、ステップＳ４０６〜ステップＳ４１０と同じであり、説明を省略する。

ステップＳ９０２では、閾値設定部１６３は、バッテリ状態判定装置３０から最新のバッテリ温度及び充電電流を取得する。

ステップＳ９０４では、閾値設定部１６３は、ステップＳ９０２で取得したバッテリ温度及び充電電流に応じた所定閾値Ｔｈを設定する。この設定方法は、図８を参照して上述した通りである。

本実施例２によっても、上述した実施例１の効果を得ることができる。また、本実施例２によれば、バッテリ温度に加えて放電電流を用いて所定閾値Ｔｈを設定するので、車両負荷５０の作動状態に応じて放電電流が変動する場合でも、バッテリ６０のＳＯＣを精度良く管理できる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例１，２では、電圧センサ６４が設けられるが、電圧センサ６４を省略することも可能である。

１ 車両制御装置
６ 電流センサ
１０ 自動停止・再始動制御装置
１２ エンジン停止判定部
１４ エンジン再始動判定部
１６ 禁止制御部
２０ エンジン制御装置
３０ バッテリ状態判定装置
４０ オルタネータ
４２ エンジン
５０ 車両負荷
５２ スタータ
６０ バッテリ
６２ 電流センサ
６４ 電圧センサ
６６ バッテリ温度センサ
１６１ 禁止部
１６２ 比率算出部
１６３ 閾値設定部

Claims (1)

1. エンジンと、バッテリと、発電機とを備える車両に設けられる車両用制御装置であって、
   前記バッテリの温度を検出するセンサと、
   エンジンの自動停止及び再始動を行うエンジン自動停止・再始動部と、
   イグニッションスイッチのオン期間に対するエンジン自動停止期間又はエンジン自動停止中の前記バッテリの放電期間の比率を算出する比率算出部と、
   前記センサにより検出される前記温度に応じた閾値を設定する閾値設定部と、
   前記比率算出部により算出される前記比率が、前記閾値設定部により設定される前記閾値を超える場合に、前記エンジン自動停止・再始動部によるエンジン自動停止を禁止する禁止部とを含む、車両用制御装置。

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