JP2021154996A - 車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 エンジン自動停止の所要時間を短縮し燃費向上を図る。【解決手段】 エンジン2の出力軸と変速機3とを接続/開放するためのクラッチ32と、前記出力軸の回転により発電する機能およびエンジンを再始動する機能を有する電動発電機23と、前記電動発電機の電力で充電され、前記電動発電機、一般負荷6、被保護負荷7に電力供給可能な主バッテリ24と、前記電動発電機の電力で充電され、前記被保護負荷に電力供給可能な補助バッテリ25と、を備えた車両1において、エンジン自動停止条件成立(100)に応じて、エンジントルクを漸減してクラッチを開放する自動停止準備制御(120)と、補助バッテリと被保護負荷との接続および補助バッテリと前記電動発電機との切断を含む電源切替制御(110)とを同時並行して行い、それらの完了後にエンジンを停止する制御(130)を行う。【選択図】 図4
Description
本発明は、ハイブリットシステムやアイドリングストップシステムなど、走行中にエンジンを自動停止しかつ自動再始動する制御を行う車両の制御装置に関する。
ハイブリットシステムやマイルドハイブリットシステム、アイドリングストップシステムは、内燃エンジン車両をベースとしつつ、走行中にエンジンを自動停止しかつ自動再始動する制御や回生ブレーキなど、燃費性能を格段に向上させる利点から様々な形で実用化されている。
例えば、特許文献1には、エンジンの自動再始動を行うモータージェネレータやスタータ等の電源回路を補機電気機器と共用するとともに、モータージェネレータやスタータの作動に伴う電圧低下を許容できない機器(被保護負荷)のみ、再始動時に別の電源(補助電源)に切り替えるシステムが開示されている。
このようなシステムを採用することで、低電圧系電源回路のみでマイルドハイブリットシステムやアイドリングストップシステムを構成できることはもちろん、特許文献1に開示されるように、駆動用モータージェネレータのための高電圧系電源回路を並設し、DC−DCコンバータを用いずにハイブリットシステムを構成できる。
上記システムにおいて、エンジン再始動時に補助電源ヘの切り替えを行うと、切替動作に要する時間だけ再始動開始および駆動力の立ち上がりが遅れ、運転性が損なわれる。そのため、エンジンを自動停止する前に自動停止前提条件が成立した時点で補助電源ヘの切替制御を行い、それが完了してからエンジンを自動停止する制御を開始していた。
そして、エンジンの自動停止に際しては、エンジントルクをゼロまで漸減してからクラッチを開放する制御(自動停止準備制御)を行い、燃料噴射を停止する制御を実施していた。したがって、自動停止前提条件が成立してから実際に燃料噴射停止になるまでに時間がかかり、その間もエンジンの運転が継続しており、更なる燃費向上の余地があった。
本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハイブリットシステムやアイドリングストップシステムを備えた車両において、エンジン自動停止の所要時間を短縮し、更なる燃費向上を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、
内燃式のエンジンと、
前記エンジンの出力軸と変速機とを接続/開放するためのクラッチと、
前記出力軸の回転により発電する機能および前記エンジンを再始動する機能を有する電動発電機と、
前記電動発電機と一般負荷に接続され、被保護負荷に接続可能であり、前記電動発電機で発電された電力で充電され、前記電動発電機および前記一般負荷および前記被保護負荷に電力供給可能な主バッテリと、
前記電動発電機と前記被保護負荷に接続可能であり、前記電動発電機で発電された電力で充電され、前記被保護負荷に電力供給可能な補助バッテリと、
を備えた車両の制御装置であって、
前記エンジンの自動停止条件の成立に応じて、前記エンジンのトルクを漸減して前記クラッチを開放する自動停止準備制御と、前記補助バッテリと前記被保護負荷との接続および前記補助バッテリと前記電動発電機との切断を含む電源切替制御とを同時並行して行い、それらの完了後に前記エンジンを停止する制御を行うように構成されている、
車両の制御装置にある。
内燃式のエンジンと、
前記エンジンの出力軸と変速機とを接続/開放するためのクラッチと、
前記出力軸の回転により発電する機能および前記エンジンを再始動する機能を有する電動発電機と、
前記電動発電機と一般負荷に接続され、被保護負荷に接続可能であり、前記電動発電機で発電された電力で充電され、前記電動発電機および前記一般負荷および前記被保護負荷に電力供給可能な主バッテリと、
前記電動発電機と前記被保護負荷に接続可能であり、前記電動発電機で発電された電力で充電され、前記被保護負荷に電力供給可能な補助バッテリと、
を備えた車両の制御装置であって、
前記エンジンの自動停止条件の成立に応じて、前記エンジンのトルクを漸減して前記クラッチを開放する自動停止準備制御と、前記補助バッテリと前記被保護負荷との接続および前記補助バッテリと前記電動発電機との切断を含む電源切替制御とを同時並行して行い、それらの完了後に前記エンジンを停止する制御を行うように構成されている、
車両の制御装置にある。
本発明に係る制御装置によれば、エンジンの自動停止条件の成立に応じて、エンジントルクを漸減してクラッチを開放する自動停止準備制御と、被保護負荷の電源を補助バッテリに切り替える電源切替制御を同時並行して行うので、エンジン自動停止の所要時間が短縮され、その分の燃費節減が期待できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1において、車両1は、エンジン2と駆動用モータ4とが変速機3を介して駆動輪5に動力伝達可能なパラレル式のハイブリット車両として構成されており、制御装置として、ハイブリットシステムを制御するHCU(Hybrid Control Unit)10、エンジン2および補機を制御するECU(Engine Control Unit)20、および、変速機3を制御するTCU(Transmission Control Unit)30を備えている。
図1において、車両1は、エンジン2と駆動用モータ4とが変速機3を介して駆動輪5に動力伝達可能なパラレル式のハイブリット車両として構成されており、制御装置として、ハイブリットシステムを制御するHCU(Hybrid Control Unit)10、エンジン2および補機を制御するECU(Engine Control Unit)20、および、変速機3を制御するTCU(Transmission Control Unit)30を備えている。
エンジン2は、例えば往復動型内燃エンジンであり、ECU20は、エンジン2の運転状態を反映する各状態値を検出するセンサからの入力信号に基づいてエンジン制御を実施する。
例えば、ECU20は、クランク角センサおよびカム角センサからの入力信号に基づいてピストン位置およびエンジン回転数を検出し、吸入空気量センサ、吸気温度センサ、水温センサ、空燃比センサ、アクセル開度センサ(負荷要求)などの検出値に基づいて、燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期、バルブ開閉時期を決定し、燃料インジェクタ、点火プラグなどに制御信号を出力することにより、エンジンの運転状態を最適化する。
エンジン2の出力軸をなすクランクシャフト21の出力側端部(フライホイール)には冷間始動を行うためのスタータ22が付設され、クランクシャフト21の他端部(プーリ)にはベルトを介してトルク伝達可能なISG23が付設されている。
ISG(Integrated Starter Generator)23は、スタータ機能付き発電機(電動発電機、モータージェネレータ)であり、主電源回路26を介して主バッテリ24に接続されており、エンジン2(クランクシャフト21)の回転により発電される電力で主バッテリ24(および補助バッテリ25)を充電する発電機の機能と、主バッテリ24から供給される電力によりエンジン2を再始動させるスタータの機能を備えている。
クランクシャフト21の出力側端部(フライホイール)は、クラッチ32を介して変速機3の入力軸31にトルク伝達可能に接続されるとともに、クラッチ32を開放することで、エンジン2と変速機3とが遮断される。
変速機3は、入力軸31と出力軸34との間に変速比を変化させるギヤまたはベルトなどの機構を備えた自動変速機(AT)であり、AMT、CVT、遊星歯車式など、種々の形式、例えば、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の変速機構と不図示のシフトアクチュエータ、クラッチアクチュエータを備えたAMT(Automated Manual Transmission)として構成され、TCU30によりシフトアクチュエータおよびクラッチアクチュエータを制御して変速段の切替やエンジン2との切り離しを行う。
変速機3の出力軸34は、その一端がデファレンシャルギヤを介して駆動軸33に接続され、駆動輪5にトルク伝達可能であるとともに、出力軸34の他端には不図示の減速機を介して駆動用モータ4がトルク伝達可能に接続されている。
駆動用モータ4(MGU;Motor Generator Unit)は、高電圧電源回路43を介してインバータ41および駆動用バッテリ42に接続され、HCU10の駆動指令により、駆動用バッテリ42から供給される高電圧電源(例えば100V)で駆動される一方、HCU10の回生指令により、駆動軸33(出力軸34)の回転により回生発電を行い、駆動用バッテリ42を充電する発電機としての機能も備えている。
HCU10、ECU20、TCU30は、演算処理を行うCPU、制御プログラムや設定データなどを格納するROM、制御プログラムや設定データを読出し、動的データや演算処理結果を記憶するRAM、および、通信I/Fなどを備えたマイコン(MCU)と電源回路、入出力回路、保護回路などで構成されており、HCU10は、ECU20およびTCU30との協調制御によりハイブリットシステムの制御を行う。
以上のような構成により、車両1は、エンジン2が発生するエンジントルクのみによる走行、駆動用モータ4が発生するモータトルクのみによる走行(EV走行)、および、駆動用モータを力行運転してエンジン2のエンジントルクをアシストする走行(アシスト走行)が可能である。
また、ECU20は、車載ネットワークを通じて入力される車両情報を監視し、所定の停止条件が成立した場合に、エンジン2を自動停止させる信号を出力し、所定の再始動条件が成立した場合に、ISG23(またはスタータ22)にエンジン2を自動再始動させる信号を出力する制御(アイドリングストップ制御)を実行可能である。
ところで、既に述べたように、エンジン自動停止/自動再始動に際して、エンジンを自動停止する前に自動停止前提条件が成立した時点で、ISG23(またはスタータ22)の駆動時の電圧低下が許容できない被保護負荷7の電源を主電源(主バッテリ24)から補助電源(補助バッテリ25)に切り替える制御を行う。
図1に示すように、低電圧(例えば12V)の補機電源回路は、主電源回路26と補助電源回路27とで構成されている。主電源回路26には、スタータ22や一般負荷6などの低電圧機器が接続されており、これらの機器に主バッテリ24から電力を供給可能である。主バッテリ24は、例えば鉛バッテリを利用可能である。一般負荷6は、補機類のうち、ISG23等の駆動時における電圧低下を許容できる機器や車両1の走行性能に影響しない機器、例えば、空調機器のブロア、デフォッガ等が含まれる。
主電源回路26には、第1スイッチSW1を介して補助電源回路27が接続可能であり、補助電源回路27には被保護負荷7が接続されるとともに、第2スイッチSW2を介して補助バッテリ25に接続可能である。補助バッテリ25としては、例えば、リチウムイオンバッテリ(LiB)を利用可能である。
上記の構成により、図2に示すように、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が閉じた状態では、ISG23で発電される電力によって補助バッテリ25を充電可能であるとともに、被保護負荷7に電力を供給可能である。補助バッテリ25が満充電(充電率SOCが所定値以上)になると第2スイッチSW2は開かれ、過充電が防止される。
また、図3に示すように、第1スイッチSW1が開いた状態でも、第2スイッチSW2が閉じた状態にあれば、補助バッテリ25から被保護負荷7に電力を供給可能である。被保護負荷7としては、補機類のうち、スタータ22やISG23等の駆動時における電圧低下が許容できない機器や車両1の走行性能に影響のある機器、例えば、EPS(電動パワーステアリング)、ESP(登録商標;エレクトロニックスタビリティプログラム、車両挙動安定化制御システム)、ナビゲーションシステム、あるいは、前照灯や尾灯などの灯火類などが含まれる。
次に、図4は、本発明に係るエンジン自動停止制御(アイドリングストップ制御)を示すフローチャートであり、以下、エンジン自動停止制御について説明する。
ECU20は、車載ネットワークを通じて入力される車両情報を監視しており(ステップ100)、所定の停止条件が成立した場合(例えば、クラッチ32を接続して力行している状態で、ドライバー要求トルクの減少等により自動停止が可能となった場合)には、補助電源ヘの切替制御110と、自動停止準備制御120とを同時並行して実行する。
換言すれば、補助電源ヘの切替制御110の完了を待たずに、直ちに自動停止準備制御120を実行する。
すなわち、自動停止準備制御120では、ECU20は、TCU30からクラッチ32の接続/開放状態を取得し(ステップ121)、クラッチ32が接続状態にある場合は、エンジントルクを0まで漸減させ(ステップ122)、TCU30にクラッチ32の開放指令を出す(ステップ123)。クラッチ32が開放すれば自動停止準備制御120は完了する。
一方、補助電源ヘの切替制御110では、先ず、ECU20は、ISG発電を停止し(ステップ111)、主電源回路26の電圧が規定以下になった場合に(ステップ112)、補助バッテリ25のBMU(電源管理ユニット)に第2スイッチSW2の接続指示を出す(ステップ113)。
次いで、ECU20は、BMUを参照し、第2スイッチSW2の接続(主電源回路26と補助電源回路27の接続)の完了を検知した時点で(ステップ114)、BMUに第1スイッチSW1の開放指示を出す(ステップ115)。
その後、ステップ116で、ECU20は、BMUを参照し、第1スイッチSW1の開放完了により主電源回路26と補助電源回路27が遮断され、被保護負荷7の電源の補助バッテリ25への切替が完了したことを検知した場合にのみ、エンジン2を完全に停止させること(アイドル回転数近傍以下でも燃料噴射を停止すること)を許可する(ステップ130)。
一方、ステップ116で、第1スイッチSW1の開放が未完了の場合は、第1スイッチSW1の開放が完了するまでアイドル運転を継続する(ステップ117)。すなわち、エンジン2の回転数がアイドル回転数より十分に高い場合は燃料噴射を停止し、アイドル回転数近傍以下では燃料噴射する制御を継続する。
図8(a)は、図4のフローチャートを簡略化したものであり、補助電源ヘの切替制御110と同時並行して自動停止準備制御120を実行する上記実施形態に係るエンジン自動停止制御を示し、図8(b)は、補助電源ヘの切替制御210が完了してから自動停止準備制御220を実行する比較例のエンジン自動停止制御を示している。
このように、補助電源ヘの切替制御110の完了を待たずに、直ちに自動停止準備制御120を実行することで、自動停止準備制御120の開始が早期化され、エンジン自動停止の所要時間が短縮され、その分の燃費節減が期待できる。
図5は、力行状態からエンジン自動停止制御を開始した場合のタイムチャートであり、実線は上記本発明実施形態に係る制御(図4、図8(a))に対応し、破線は上記比較例の制御(図8(b))に対応している。
図5から明らかなように、本発明実施形態では、クラッチ32を接続して力行している状態で自動停止前提条件成立(a)と同時に自動停止準備制御120を開始し、直ちにエンジントルク漸減が開始されるので、トルク0でのクラッチ開放、燃料噴射停止のタイミング(b)が、補助電源ヘの切替制御210の完了時(a′)に自動停止準備制御220を開始する比較例(b′)に比べて早期化される。
通常は、燃料噴射停止(b)までに補助電源ヘの切替制御110が完了しているため、燃料噴射停止後、そのままエンジンが停止する。
なお、図6に示すように、力行状態で自動停止前提条件成立(a)と同時にエンジン自動停止制御を開始したものの、スイッチの故障等により補助電源ヘの切替制御110が完了しない場合は、トルク0でクラッチ開放し、一旦燃料噴射を停止(b)した後も、燃料噴射を再開(c)し、アイドル回転を継続する。
上記のような場合や、図7に示すように、補助電源ヘの切替制御110が完了する前に、エンジン回転数がアイドル回転数付近まで低下している場合(例えば、停車中にエアコン要求によりアイドル運転していた場合)は、補助電源ヘの切替制御110が完了するまではアイドル回転を継続し、完了したら燃料噴射を停止(b)し、エンジンを停止する。
なお、補助電源ヘの切替制御110が完了していない状態で、再始動を行う状況になった場合、例えばアクセル再踏込時等には、エンジン回転数がアイドル回転数以上であるため、ISG23(またはスタータ22)は駆動されず(したがって電圧低下も生じず)、燃料噴射を継続または再開してそのままエンジン運転に移行するため、補助電源ヘの切替制御110が完了していなくても問題ない。
なお、上記実施形態では、高電圧電源回路43を介してインバータ41および駆動用バッテリ42に接続された駆動用モータ4を備えたハイブリット車両に実施する場合について述べたが、それらを備えず、IGS23を利用してアシスト走行や回生ブレーキ、あるいは、クリープ走行を行うマイルドハイブリット車両や、IGS23の代わりにオルタネータを備え、常時噛合型のスタータでエンジン再始動を行うエンジン車両のアイドリングストップ制御に実施することもできる。
以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能であることを付言する。
1 車両
2 エンジン
3 変速機
4 駆動用モータ
5 駆動輪
6 一般負荷
7 被保護負荷
10 HCU
20 ECU
21 クランクシャフト
22 スタータ
23 ISG(電動発電機)
24 主バッテリ
25 補助バッテリ
26 主電源回路
27 補助電源回路
30 TCU
32 クラッチ
41 インバータ
42 駆動用バッテリ
43 高電圧電源回路
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
2 エンジン
3 変速機
4 駆動用モータ
5 駆動輪
6 一般負荷
7 被保護負荷
10 HCU
20 ECU
21 クランクシャフト
22 スタータ
23 ISG(電動発電機)
24 主バッテリ
25 補助バッテリ
26 主電源回路
27 補助電源回路
30 TCU
32 クラッチ
41 インバータ
42 駆動用バッテリ
43 高電圧電源回路
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
Claims (7)
- 内燃式のエンジンと、
前記エンジンの出力軸と変速機とを接続/開放するためのクラッチと、
前記出力軸の回転により発電する機能および前記エンジンを再始動する機能を有する電動発電機と、
前記電動発電機と一般負荷に接続され、被保護負荷に接続可能であり、前記電動発電機で発電された電力で充電され、前記電動発電機および前記一般負荷および前記被保護負荷に電力供給可能な主バッテリと、
前記電動発電機と前記被保護負荷に接続可能であり、前記電動発電機で発電された電力で充電され、前記被保護負荷に電力供給可能な補助バッテリと、
を備えた車両の制御装置であって、
前記エンジンの自動停止条件の成立に応じて、前記エンジンのトルクを漸減して前記クラッチを開放する自動停止準備制御と、前記補助バッテリと前記被保護負荷との接続および前記補助バッテリと前記電動発電機との切断を含む電源切替制御とを同時並行して行い、それらの完了後に前記エンジンを停止する制御を行うように構成されている、
車両の制御装置。 - 前記補助バッテリと前記電動発電機との前記切断は、前記補助バッテリと前記被保護負荷との前記接続の後に実施される、請求項1に記載の車両の制御装置。
- 前記補助バッテリと前記被保護負荷との前記接続は、前記電動発電機の電源電圧が規定値以下の場合に実施される、請求項1または2に記載の車両の制御装置。
- 前記クラッチの開放時に、前記補助バッテリと前記電動発電機との切断が未完了の場合は前記エンジンをアイドル回転するように構成されている、請求項1〜3の何れか一項に記載の車両の制御装置。
- 前記車両は、前記主バッテリに前記電動発電機と前記一般負荷とが接続された主電源回路と、前記補助バッテリに前記被保護負荷を接続するための補助電源回路と、前記主電源回路と前記補助電源回路とを接続/切断するための第1スイッチと、前記第1スイッチと前記補助バッテリの間で前記補助電源回路を接続/切断するための第2スイッチと、を備え、前記第1スイッチは、前記エンジンの運転時に接続されるが、前記エンジンの自動停止から再始動までは切断され、前記第2スイッチは、前記エンジンの運転時であっても前記補助バッテリの満充電時には切断されるが、前記第1スイッチの切断時には接続状態にあるように構成されている、請求項1〜4の何れか一項に記載の車両の制御装置。
- 前記車両は、前記電動発電機による前記エンジンの駆動アシストと回生ブレーキを実行可能なマイルドハイブリット車両である、請求項1〜5の何れか一項に記載の車両の制御装置。
- 前記車両は、前記エンジンを介さずに前記変速機の出力軸に動力を伝達可能な駆動用電動発電機と、前記駆動用電動発電機にインバータを介して接続された高電圧バッテリとを備え、前記駆動用電動発電機による力行運転および回生ブレーキを実行可能なハイブリット車両である、請求項1〜5の何れか一項に記載の車両の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020060284A JP2021154996A (ja) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 車両の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020060284A JP2021154996A (ja) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 車両の制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021154996A true JP2021154996A (ja) | 2021-10-07 |
Family
ID=77916875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020060284A Pending JP2021154996A (ja) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 車両の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2021154996A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024013962A1 (ja) * | 2022-07-15 | 2024-01-18 | 日産自動車株式会社 | 車両の制御方法および装置 |
WO2024013961A1 (ja) * | 2022-07-15 | 2024-01-18 | 日産自動車株式会社 | 車両の制御方法および装置 |
-
2020
- 2020-03-30 JP JP2020060284A patent/JP2021154996A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024013962A1 (ja) * | 2022-07-15 | 2024-01-18 | 日産自動車株式会社 | 車両の制御方法および装置 |
WO2024013961A1 (ja) * | 2022-07-15 | 2024-01-18 | 日産自動車株式会社 | 車両の制御方法および装置 |
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