JP4587315B2 - 車両の始動能力を予測するための装置および車両の始動能力の予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の車両のスタート能力を予測するための装置並びに請求項１０の上位概念に記載の対応する方法に関する。

車両では、例えばセントラルロック装置のＩＲ受信器、盗難セキュリティ装置、センソトロニックなどのようなますます増大している数の休止時負荷に基づいてかなりの電力が消費される。それがために、停止している車両が比較的長い停止時間後にもはやスタートすることができないおそれがある。それ故に運転者に対する情報提供のために、スタート能力を指示する装置が使用される。

車両のスタート能力を予測するための装置は、車両のバッテリーがかろうじてスタートできる程度に放電しているまでに後どのくらいの時間車両が停止することができるかについての、または予め定めた持続時間後にスタートがまだ可能か否かについての情報を提供する。車両のスタート能力とは通例、バッテリーが決められている最小端子電圧を下回ることなく予め定めた電気的なスタートエネルギーを使用することができることを言う。

ＤＥ１９７０５６３４Ｃ２から例えば、予め定めたスタート電流および決まっているスタート温度における車両のスタート能力をスタート過程の際のバッテリーの端子電圧の計算によって突き止めることが公知である。その際端子電圧は無負荷電圧およびスタータバッテリーの内部抵抗から計算される。スタート電流はスタート過程の間に測定される。その際車両の将来のスタート能力についての予測は可能ではない。更にスタート過程時にバッテリーのスタート電流を測定することは比較的煩雑である。

ＤＥ１０５６９７０Ａ１から、スタートフェーズ期間のバッテリーの平均電圧降下を計算しかつバッテリーの最小端子電圧を下回るか否かを求めるという、車両のスタート能力を突き止めるための方法が公知である。この方法でもバッテリー電圧の測定のためのセンソトロニックに対して高度な要求が課せられかつおまけに、スタート過程の期間のバッテリー特性を連続的に計算することが必要である。更に、車両の将来のスタート能力に関する予測は可能ではない。

それ故に本発明の課題は、スタート過程の期間に車両バッテリーのスタート電流またはスタート電圧の測定が必要ではないという、車両の将来のスタート能力を予測するための装置並びに方法を提供することである。

この課題は本発明によれば請求項１並びに請求項１０の特徴部分に記載の構成によって解決される。本発明の別の形態は従属請求項の対象である。

本発明の重要な思想は次の点にある：車両の将来のスタート能力を測定されたスタート電流または電圧に基づいて求めるのではなくて、車両のスタート能力をスタート電流という電気的なバッテリー量のマップ（１つまたは複数の特性曲線から成っている）から求める。このためにスタート能力の予測装置に、スタータを流れるスタート電流という電気的なバッテリー量の、例えばバッテリーの充電状態ＳＯＣのような第２のバッテリー量に対する依存性が示されている特性マップが格納されている。将来のスタート過程において存在する、スタート電流値という第１の電気的なバッテリー量の値を、例えば将来の充電状態（ＳＯＣｎｅｕ）のような将来の第２のバッテリー量を知っておいて、特性マップから簡単に読み出すことができる。その際特性マップから読み出される値は将来のスタート時点における車両のスタート能力に対する尺度である。この方法は、スタート能力を突き止めるためにスタートの間にスタート電流または電圧を測定する必要はないという利点を有している。

電気的なバッテリー量の特性マップは予め定めた形式のバッテリーおよび予め定めたスタートシステムに対して試験台における測定によって求めることができる。経験的に求められた特性マップは引き続いて予測システムに格納されればいいだけであり、例えば将来のバッテリー電流またはバッテリー電圧のような第１の電気的なバッテリー量、つまりスタート電流の予測値を求めることができる。特性マップが格納されている装置は第２のバッテリー量に依存して将来のスタート過程の際に存在するはずの第１の電気的なバッテリー量の値を出力する。この装置の出力量は、将来のスタート過程の際に存在しているだろうスタート電流である。そこから最終的にスタート能力を突き止めることができる。

本発明の有利な実施形態によれば、車両のスタート能力を予測するための装置は、車両バッテリーの充電状態（ＳＯＣ）を求めるためのバッテリー状態識別部を備え、車両が停止している場合に予め定めた停止持続時間に車両バッテリーから取り出される電荷（ΔＳＯＣ）を放電電流経過から求めかつ予め定めた停止持続時間後の車両バッテリーの依然残る充電状態（ＳＯＣｎｅｕ）を計算する装置を備え、格納されている特性マップからスタート電流である第１の電気的なバッテリー量を突き止めるための装置を備え、特性マップは将来のスタートの際に存在しているであろう電気的なバッテリー量の値を出力し、かつ出力された電気的なバッテリー値に基づいて車両が予め定めた停止持続時間後スタート可能であるか否かを求める予測装置を備えている。

特性マップは関数の形または値対の形において格納されていてよい。特性マップの特性曲線は有利には例えばバッテリーの充電状態に依存している電流、電圧または電力特性曲線である。

予測のより高い精度は、バッテリーおよびスタートシステムの温度依存性が考慮されるときに実現することができる。

将来のスタートの際に生じている温度は例えば温度予測のための装置を用いて突き止めることができる。スタート時点で生じている温度の正確な予測は不可能であるので（夜間温度というだけで昼間温度とは違ってくる）、有利には既に測定された温度の、予め定めた時間空間にわたる平均値が突き止められる。平均値の生成のために、例えば温度センサに後置接続されているローパスフィルタを使用することができる。温度平均値は有利には、第１の電気的なバッテリー量を突き止める際に考慮される。

予測装置に有利には、スタートシステム（スタートシステムは機関を含めてすべての駆動される部分から成っている）の機械的な量の特性マップ、つまりトルク特性マップ、並びに機関トルク特性曲線が格納されている。

スタートシステムのトルク特性マップは例えばバッテリーの充電状態または内部抵抗のような電気的なバッテリー量の関数である。トルク特性マップから求められた第１の電気的なバッテリー量、すなわちスタート電流に依存して少なくとも充電状態（ＳＯＣｎｅｕ）を考慮して所属のトルク特性曲線が求められる。こうして予測装置は車両のスタート能力をトルク比較によって突き止めることができる。

スタートトルクを突き止める際に温度が考慮されるようにすれば、予測精度を改善することができる。それ故にスタートシステムのトルク特性マップの特性曲線は温度の関数として格納されていてもよい。

選択的に、第１の電気的なバッテリー量の特性マップが種々様々な作動量によって影響される、スタートシステムの現在の状態に整合されるようにすることができる。第１の電気的なバッテリー量の特性マップは既述のように、例えば規定の冷却手段温度、規定のバッテリー内部抵抗、グロープラグの規定の状態などのような規定の条件において試験台測定によって求めることができる。このパラメータの変化は例えばスタート過程の期間の、スタート電流である電気的なバッテリー量に影響を及ぼす。従って実際に発生するスタート電流は例えば、試験台において測定されたスタート電流とは違ってくることがある。電気的なバッテリー量の格納されている特性マップは、スタート電流をスタート過程の期間に測定しかつ特性マップを相応に整合することによって、変化した作動条件に整合することができる。この適合アルゴリズムを用いて殊に、内燃機関およびスタートシステムの構成要素の老化、並びにバッテリーおよびオイル交換を考慮することができる。

有利な実施形態によれば、予測装置に種々異なっているスタートシステムおよび機関に対する特性マップが格納されている。その際スタートシステムは、殊に変速機のような伝動装置、バッテリー、スタータなどの、スタート能力の予測に重要である車両のすべての部分を含んでいる。

次に本発明を添付図に基づいて詳細に説明する。その際：
図１は本発明の実施例の車両のスタート能力を予測するための装置を略示し、
図２は車両のスタート能力を突き止めるためのスタートシステムの、予測装置に格納されているトルク特性マップを略示し、
図３は車両のスタート能力を予測するための方法の重要なステップを略示している。

図１には車両のスタート能力を予測するための装置が略示されている。車両のスタート能力とは、予め定めた停止持続時間ｔ_ａｂ後に、車両バッテリー１が決められている最小端子電圧を下回ることなく、車両をスタートするために十分な電気的なスタートエネルギーを使用することができることをいうものとする。

車両の停止持続時間の期間、車両バッテリーは種々の休止時負荷によって放電される。小型、老化などの弱体バッテリーではまさに、運転者に対して、車両が予め定めた持続時間後、例えば３日後にまだスタート能力があるかどうかについて通報されなければならない。択一的に運転者は、後どのくらいの間車両がまだスタート能力を有しているはずであるかについても通報されなければならない。

スタート能力の予測は実質的に、予め定めた停止持続時間ｔ_ａｂ後に車両バッテリー１が有している将来の充電状態ＳＯＣｎｅｕを求めかつ該将来の充電状態ＳＯＣｎｅｕからスタート過程時にスタータを流れるスタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}を、装置３に格納されているスタート電流特性マップから求めることに基づいている。求められたスタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}に基づいて、予測装置４を用いて、車両がスタート可能であるかまたは可能でなくなるかが予測される。

選択的に、スタート能力の予測装置によって、車両が後どのくらいスタート可能であるかも予測される。このことは例えば、結果が負になるまでの間、停止持続時間ｔ_ａｂを高めることによって求めることができる。

スタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}を突き止めるための装置３にはスタータバッテリー１の種々異なっている充電状態ＳＯＣに対するスタート電流の特性マップが格納されている。スタート電流特性マップは試験台測定によっておよび測定値の引き続く補間によってまたは計算機シミュレーションによって得ることができる。将来のスタートにおいて予測として流れるスタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}はバッテリーの分かっている将来の充電状態ＳＯＣｎｅｕにおいておよび場合により分かっている将来のスタート温度において特性マップから簡単に読み出すことができる。それ故にスタート能力の予測に対して、スタート過程の期間にバッテリー電圧またはバッテリー電流（スタート電流）の測定は必要でない。

こうして特性マップ３から求められるスタート電流値Ｉ_{ｓｔａｒｔ}がスタートシステムによって生成されるスタートモーメント、つまりスターティングトルクを特定する。車両のスタート能力を予測するために所定のスタート電流値Ｉ_{ｓｔａｒｔ}がトルク値に換算される。予測装置４に、図２に示されているように、スタートシステムＭ_{ｓｔａｒｔｓｙｓｔｅｍ}のトルク特性マップが格納されている。図示のトルク特性曲線１０は充電状態ＳＯＣもしくは内部抵抗Ｒｉに依存しており並びに任意追加的にはスタートシステムの温度Ｔにも依存している。このトルク特性マップＭ_{ｓｔａｒｔｓｙｓｔｅｍ}も試験台測定またはシミュレーションにおいて求められる。

予測装置４は更に、実質的に一定である機関トルク特性曲線１１を含んでいる。機関トルク特性曲線１１とスタートシステムのトルク特性曲線１０との交点に（将来の充電状態ＳＯＣｎｅｕに依存して）、将来のスタート時点における実際に作用するスタートトルクＭが生じる。

このようにして求められたトルクＭが必要な最小トルクＭ_ｍｉｎより大きいとき、車両のスタート能力が生じている。

車両の停止持続時間ｔ_ａｂの期間に、スイッチオンされる種々の負荷によって絶えずバッテリーから電流が取り出される。取り出される電荷を計算するために、例えば放電電流の簡単な積分によって取り出される電荷を計算する装置５が設けられている。停止された車両における放電電流は有利には車両の停止直後に測定される。放電電流を車両の停止後複数の時点において測定すれば、取り出される電荷を一層正確に突き止めることができる。

バッテリー１の現在の充電状態ＳＯＣは従来技術から公知のバッテリー状態識別部２によって求められる。バッテリー状態識別部２はこのために、相応のセンサ（図示せず）からバッテリー温度Ｔ_Ｂａｔｔ、バッテリー電圧Ｕ_Ｂａｔｔおよびバッテリー電流Ｉ_Ｂａｔｔを受け取る。

予め定めた停止持続時間ｔａｂ後に生じるバッテリー１の充電状態ＳＯＣｎｅｕは減算点における、取り出された電荷ΔＳＯＣの、現在の電荷ＳＯＣからの減算によって計算される。減算装置９、同様に予測システムのその他装置も有利にはソフトウェアで実現されておりかつ例えば制御装置において実行される。

予測の精度は、スタート電流特性曲線が更に種々異なっているスタート温度に依存して格納されておりかつ予測の際にスタート温度が考慮されるようにすれば改善することができる。予測システムはこのために、環境温度を測定する温度センサを有している。環境温度はスタート温度を予測するための装置６に供給される。この装置はスタート時点に予測されるスタート温度を見積もる。このために有利には、複数の温度値、例えば最後の何時間かの温度値から平均値が形成される。最も簡単な場合平均値形成は大きな時定数を有するローパスフィルタを介して行うことができる。このフィルタは平均値を形成する関数を有している。

スタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}を求めるための装置３は有利には、種々異なっているスタートシステムに対する、すなわち種々異なっている形式のスタータ、機関、伝動装置などに対するスタート電流特性曲線を有している。スタートシステムの所要トルクを計算するために殊に、ストローク空間、シリンダ数、機関形式（ディーゼル／オットー）、負荷の付加電流（例えばグロープラグを流れる）、相応のすべりモーメントを有する伝動装置の形式（手動または自動伝動装置）およびバッテリーの形式が重要である。スタートシステムの現在のパラメータＰ１…Ｐｉは、スタートシステムに適合しているスタート電流特性曲線を選択する選択ユニット７に供給される。

スタート電流特性マップは既述のように、規定の縁条件（環境温度、バッテリーの形式、グロープラグの状態など）下の試験台温度またはシミュレーションによって求められたものである。これらパラメータは作動の経過中変化する可能性がある。将来のスタート電流を求める際に現在の値が考慮されないと、実際に発生するスタート電流が特性曲線から読み出されたスタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}とは異なってくる可能性がある。それ故に特性マップは有利には現在の条件に整合される。

このために例えばスタート電流測定が実施されかつスタート電流特性マップは例えば特性曲線のシフトによって相応に整合される。選択的に種々のパラメータＰｋ…Ｐｚ（周囲温度、バッテリーの形式、グロープラグの状態など）も、これらが既知である場合には考慮して、適合しているスタート電流特性曲線を選択することができる。この場合スタート電流特性曲線はこれらのパラメータの関数として格納されるとよい。この適応アルゴリズムを用いて殊に、内燃機関およびスタートシステムにおける摩耗並びにバッテリーエージングおよびオイル交換を考慮することができる。

図２には、トルク特性曲線を用いた車両のスタート能力の突き止め方が示されている。

スタート過程において生じる動作点Ｍを突き止めるために予測装置４に回転数ｎに関する機関トルクＭ_{ｍｏｔｏｒ}並びにスタートシステムトルクＭ _{ｓｔａｒｔｓｙｓｔｅｍ}の特性マップが格納されている。スタートシステムのトルクＭ _{ｓｔａｒｔｓｙｓｔｅｍ}は、バッテリー１の充電状態ＳＯＣ、内部抵抗Ｒｉおよびスタート温度Ｉ_{ｓｔａｒｔ}に依存している。バッテリーの充電状態が比較的僅かである場合、スタートシステムによって実施されるモーメントトルクＭ _{ｓｙｓｔｅｍ}は鎖線で示されているラインの方向において低下する。このラインは、スタートをうまく行うために必要である、最も低い充電状態ＳＯＣにおけるトルク経過を示している。

スタートシステムトルクＭ _{ｓｔａｒｔｓｙｓｔｅｍ}の特性マップも試験台測定またはシミュレーションによって求められる。

予測装置４は装置３から供給されるスタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}からバッテリー１の充電状態ＳＯＣｎｅｕ並びに必要に応じて温度Ｔおよび内部抵抗Ｒｉを考慮して動作点Ｍを突き止める。機関に作用するトルクＭは、スタートシステムによって実現されるトルクＭ_{ｓｔａｒｔｓｙｓｔｅｍ}が機関モーメントＭ_{ｍｏｔｏｒ}と等しくなるところに生じる。この動作点Ｍが必要な最小モーメントＭ_ｍｉｎより大きければ、予め定めた停止持続時間ｔ_ａｂ後の車両のスタート能力はまだある。

車両がスタート能力を失うことなく後どのくらい全部で停止することができるかを突き止めるために、動作点Ｍが予め定めた最小限界値Ｍ_ｍｉｎ，ｎ_ｍｉｎ内に来るまで予め定めた停止持続時間ｔ_ａｂが段階的に高められる。その場合先行する時間値ｔ_ａｂが大体、最大の停止持続時間を表している。

図３には車両のスタート能力を予測するための方法の主なステップが示されている。ここで第１のステップ２０において車両バッテリー１の現在の充電状態ＳＯＣがバッテリー状態識別部２を用いて求められる。ステップ２１において予め定めた停止持続時間ｔ_ａｂの間停止されている車両において車両バッテリー１から取り出される電荷ΔＳＯＣが求められかつステップ２２において予め定めた持続時間ｔ_ａｂ後の車両バッテリー１の充電状態ＳＯＣｎｅｕが計算される。ステップ２３において電気的なバッテリー量、例えば将来のスタート電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}が車両バッテリー１の計算された将来の充電状態ＳＯＣｎｅｕに基づいて装置３に格納されている特性マップから読み出される。読み出されたスタート電流値Ｉｓｔａｒｔはトルクに換算され、かつステップ２４において所要最小トルクＭ_ｍｉｎとの比較によって、車両が予め定めた持続時間ｔａｂ後にスタート可能である（イエスの場合）かまたは可能でない（ノーの場合）かが求められる。トルク比較は予測装置４において実施される。結果はブロック２５ないし２６において適当な指示装置を用いて指示される。

本発明の実施例の車両のスタート能力を予測するための装置の略図 車両のスタート能力を突き止めるためのスタートシステムの、予測装置に格納されているトルク特性マップの略図 車両のスタート能力を予測するための方法の重要なステップのシーケンス図

１ 車両バッテリー
２ バッテリー状態識別部
３ スタート電流特性マップ
４ 予測装置
５ 取り出される電荷を計算するための装置
６ スタート温度を予測するための装置
７ スタートシステムを選択するための装置
８ スタート電流特性マップを適合するための装置
９ 減算装置
１０ スタートシステムのトルク
１１ 機関トルク
Ｍ 動作点
Ｔ 温度
ＳＯＣ バッテリー１の充電状態
ＳＯＣｎｅｕ 将来の充電状態
ｔ_ａｂ 停止持続時間
Ａ シフト
Ｍ_ｍｉｎ 最小スタートトルク
Ｎ_ｍｉｎ 最小スタート回転数

Claims (11)

1. 内燃機関と、車両バッテリー（１）から電気エネルギーが供給されるスタータとを備えている車両の始動能力を予測するための装置において、
   車両バッテリー（１）の現在の充電状態（ＳＯＣ）を求めるためのバッテリー状態識別部（２）を備え、
   車両が停止している時の放電電流経過から、停止時間（ｔ_ａｂ）中に車両バッテリー（１）から取り出される電荷（ΔＳＯＣ）を求める装置（５）を備え、
   前記停止時間（ｔ _ａｂ ）後の車両バッテリー（１）の新たな充電状態（ＳＯＣ _ｎｅｕ ）を、前記車両バッテリーの現在の充電状態（ＳＯＣ）と前記停止時間（ｔ _ａｂ ）中に車両バッテリー（１）から取り出される電荷（ΔＳＯＣ）とから計算する装置（９）を備え、
   将来の始動時にスタータを流れる始動電流（Ｉ _{ｓｔａｒｔ} ）を検出するための装置（３）を備え、
   当該検出するための装置（３）には、前記始動電流（Ｉ _{ｓｔａｒｔ} ）と前記車両バッテリー（１）の充電状態との関係が特性マップとして格納されており、
   該特性マップから前記停止時間（ｔ _ａｂ ）後の将来の始動時に存在する始動電流の値が読み出され、
   読み出された始動電流の値に基づいて、車両が前記停止時間後に始動可能であるか否かを求める予測装置（４）を備えている
   ことを特徴とする車両のスタート能力の予測するための装置。
2. 前記始動電流（Ｉ _{ｓｔａｒｔ} ）を検出するための装置（３）に格納されている特性マップは、バッテリーの充電状態に依存する電流特性マップ、電圧特性マップまたは電力特性マップである
   請求項１記載の装置。
3. 前記始動電流を検出するための装置（３）に格納されている特性マップは温度の関数である
   請求項１または２記載の装置。
4. 前記停止時間後（ｔ _ａｂ ）に生じていると予測される温度を予測するための装置（６）が設けられており、
   該予測された温度は前記始動電流を検出する際に使用される
   請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記予測装置（４）に、スタートシステムのトルク特性曲線（１０）および機関トルク特性曲線（１１）が格納されており、
   それらの交点により表されるトルクが所要の最小トルクよりも大きい場合、車両に始動能力がある
   請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記スタートシステムのトルク特性曲線（１０）は前記車両バッテリー（１）の充電状態の関数である
   請求項５記載の装置。
7. 前記スタートシステムのトルク特性曲線（１０）は温度の関数である
   請求項５または６記載の装置。
8. 前記始動電流を検出するための装置（３）には、種々異なるスタートシステムに対する特性曲線が格納されている
   請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 内燃機関と、車両バッテリー（１）から電気エネルギーが供給されるスタータとを備えている車両のスタート能力を予測するための方法において、
   次のステップを有している、すなわち
   前記車両バッテリー（１）の現在の充電状態（ＳＯＣ）をバッテリー状態識別部（２）を用いて求め、
   車両が停止している時、停止時間（ｔ _ａｂ ）中に前記車両バッテリー（１）から取り出される電荷（ΔＳＯＣ）を放電電流特性経過から求め、
   前記停止時間（ｔ _ａｂ ）後の車両バッテリー（１）の新たな充電状態（ＳＯＣ _ｎｅｕ ）を、前記車両バッテリーの現在の充電状態（ＳＯＣ）と前記取り出される電荷（ΔＳＯＣ）から計算し、
   前記停止時間後の将来の始動時にスタータを流れる始動電流（Ｉ _{ｓｔａｒｔ} ）を、前記始動電流（Ｉ _{ｓｔａｒｔ} ）と前記車両バッテリー（１）の充電状態との関係を格納した特性マップから求め、
   車両が前記停止時間後に始動可能であるか否かを、前記特性マップから求められた前記始動電流に基づいて予測装置（４）を用いて予測する
   ことを特徴とする車両の始動能力の予測方法。
10. 前記予測装置（４）は、将来作用するトルク（Ｍ）を突き止めるために、機関トルクとスタートシステムのトルクとの間のトルク比較を実施する
    請求項９記載の方法。
11. 始動過程の際に車両バッテリー（１）の始動電流を測定し、
    該始動電流によって、格納されている前記特性マップを、特性曲線のシフトにより整合する
    請求項９から１０までのいずれか１項記載の方法。

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