JP2021154996A - 車両の制御装置 - Google Patents

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。

特開２０１７−１０５３７７号公報

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。

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。

本発明が実施される車両のシステム構成図である。 エンジン運転時の補機電源回路図である。 エンジン停止／再始動時の補機電源回路図である。 本発明実施形態に係る制御を示すフローチャートである。 力行状態から自動停止する場合の制御を示すタイムチャートである。 力行状態から自動停止する際に補助電源への切替が未完了の場合の制御を示すタイムチャートである。 停止状態から自動停止する場合の制御を示すタイムチャートである。 本発明（ａ）と比較例（ｂ）の制御の概略を示すフローチャートである。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。

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