JP5928177B2 - トルクアシスト制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関をトルクアシストするための電動機を備える車両の制御に関する。

近年、燃費性能や環境性能の向上を図るために、車両運行中に例えばアイドル状態等の所定条件が成立したらエンジンを停止し、運転者のアクセル踏み込み等によって所定条件が不成立となったらエンジンを再始動する、いわゆるアイドルストップ制御が開発されている。

アイドルストップ制御を行なう場合、エンジン再始動の度にスタータを駆動することになるため、アイドルストップ制御を行なわない場合と比べて電力消費量が大幅に増大する。そこで特許文献１では、複数のバッテリを搭載し、エンジン再始動時にはサブバッテリとスタータとを接続するリレーをオフにして、メインバッテリからスタータに電力を供給し、サブバッテリからいわゆる瞬低を許容しない電気負荷に電力を供給する構成としている。

また、充電してもスタータを駆動するのに十分な電力を供給できない程度にバッテリが劣化していると、アイドルストップ制御を実行した場合にエンジン再始動ができなくなるおそれがある。

そのため特許文献１では、運転者のイグニッションキー操作によりエンジン始動する際に、メインバッテリとサブバッテリをスタータに接続し、スタータ駆動時の電圧低下挙動に基づいて各バッテリの劣化診断を行なっている。そして少なくとも一方のバッテリが劣化していると診断した場合には、アイドルストップ制御を禁止している。

特開２００８−０８２２７５号公報

ところで、特許文献１では、上述したようにエンジン再始動時にメインバッテリとサブバッテリの並列接続が解除され、サブバッテリから瞬低を許容しない電気負荷群に電力供給している。この場合、メインバッテリ及びサブバッテリがいずれも正常で、メインバッテリの供給可能電力も十分であったとしても、サブバッテリの供給可能電力が不足していると、エンジン再始動動作中にサブバッテリから瞬低を許容しない電気負荷群への供給電力が不安定になるおそれがある。しかしながら、特許文献１では上記のような場合にアイドルストップ制御は禁止されない。

上述したようなサブバッテリの供給可能電力の不足に起因する問題は、アイドルストップ制御時に特有の問題ではなく、メインバッテリとサブバッテリがそれぞれ異なる電気負荷に独立して電力供給する状態で何らかの制御を行なう場合に共通する問題である。

そこで本発明では、複数のバッテリがそれぞれ異なる電気負荷または電気負荷群へ電力を供給する状態で、いずれの電気負荷または電気負荷群へも安定して電力供給し得る制御装置を提供することを目的とする。

本発明のトルクアシスト制御装置は、内燃機関をトルクアシストするために作動する電動機と、トルクアシスト実行中に電動機に電力を供給する第１バッテリと、トルクアシスト実行中に瞬低を許容しない電動機以外の電気負荷に電力を供給する第２バッテリを備える。また、トルクアシスト非実行時には第１バッテリと第２バッテリを並列接続し、トルクアシスト実行時には並列接続を解除するリレーを備える。さらに、第２バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、少なくとも第２バッテリの状態を含む判定要素に基づいて前記トルクアシストの許可または禁止を決定する判定手段と、トルクアシストが許可された場合には並列接続を解除して第２バッテリのみから瞬低を許容しない電動機以外の電気負荷に電力を供給する電力制御手段とを備える。そして、判定手段は、バッテリ状態検出手段が正常でない場合、すなわちサブバッテリの状態がわからない場合にはトルクアシストを禁止する。

本発明によれば、バッテリ状態検出手段の故障等によりサブバッテリの状態がわからない場合にはトルクアシストを禁止するので、トルクアシスト中に第２電気負荷群への電力供給が不安定になることを防止できる。

図１は本発明の実施形態に係るシステムの構成図である。 図２はトルクアシストの許可、禁止を判定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用の電装システムの構成図である。

本システムは、主に電動機１、スタータ２、及び第１電気負荷群９に電力を供給するメインバッテリ３と、主に第２電気負荷群１０に電力を供給するサブバッテリ４と、前述した各電装品の制御を行なうコントローラ（ＥＣＭ）６を備える。

電動機１は、回転軸が図示しない内燃機関のクランクシャフトとベルト等を用いて機械的に連結されている。また、電動機１はインバータを備えており、メインバッテリ３から供給された電力により駆動するモータ機能と、図示しない内燃機関の駆動力により駆動して発電する発電機能を有する。モータ機能と発電機能の切り換えは、ＥＣＭ６が行う。モータ機能を使用するのは、主にアイドルストップからの復帰時と、加速時等におけるトルクアシスト実行時である。トルクアシストとは、加速時や登坂路走行時のように大きな出力が必要な場合に、予め設定した所定時間だけ、内燃機関の出力の補助として電動機１に出力を発生させることをいう。トルクアシスト実行時の電動機１の出力特性は予め設定されており、トルクアシスト開始とともに所定出力まで徐々に出力を増大させ、所定出力を一定時間保持したら、徐々に出力を低下させてトルクアシストを終了する。

スタータ２は、一般的な始動用のスタータと同様に進退動するピニオンギヤを備え、作動時にはピニオンギヤがクランクシャフト基端部に装着されたドライブプレートの外周に設けたギヤに係合し、クランキングを行なう。

ＥＣＭ６は、アクセル開度センサ１１等の運転状態を検出するセンサの検出信号を読み込み、これらに基づいて一般的な燃料噴射量や点火時期等の制御や、後述するリレー５の制御やトルクアシスト制御等を行なう。

なお、ＥＣＭ６は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＭ６を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

メインバッテリ３は、主に第１電気負荷群９へ電力を供給する。第１電気負荷群９は、トルクアシスト実行時にいわゆる瞬低と呼ばれる瞬間的な電圧降下を許容し得る電動品群である。上記のＥＣＭ６、スタータ２、電動機１のインバータの他に、例えばヘッドライトやワイパ等が含まれる。

サブバッテリ４は、第２電気負荷群１０へ電力を供給する。第２電気負荷群１０は、トルクアシスト時の瞬低を許容し得ない電装品群であり、例えば各メータ、ナビゲーションシステム等が含まれる。

メインバッテリ３とサブバッテリ４には、いずれも電動機１で発電された電力が充電される。ただし、サブバッテリ４と電動機１の間にはリレー５が介装されている。リレー５はリレー５Ａとリレー５Ｂの２つのリレーからなり、いわゆる冗長系となっている。リレー５Ａとリレー５Ｂの切り換えはＥＣＭ６により行われる。また、リレー５がＯＮになるとメインバッテリ３とサブバッテリ４が並列接続された状態となり、メインバッテリ３から第２電気負荷群１０への電力供給が可能となる。リレー５の切り換えについては後述する。

また、ＥＣＭ６は、後述するようにメインバッテリ３及びサブバッテリ４の状態を示す値としての充放電電流値及びバッテリ液温を用いて、トルクアシストの許可、禁止を決定する。

メインバッテリ３及びサブバッテリ４の充放電電流は、それぞれメインバッテリ電流センサ７、サブバッテリ電流センサ８により検出され、ＥＣＭ６に読み込まれる。ＥＣＭ６は充放電電流の検出値から電流積算値を算出し、電流積算値に基づいてメインバッテリ３及びサブバッテリ４の充電量（以下、ＳＯＣという）を算出する。

メインバッテリ３及びサブバッテリ４の液温は、それぞれメインバッテリ液温センサ２０、サブバッテリ液温センサ２１により検出され、ＥＣＭ６に読み込まれる。

ここで、電動機１のモータ機能と発電機能の切り換えと、リレー５の切り換えについて、（Ａ）−（Ｉ）の運転シーン毎に説明する。

（Ａ）システム停止状態、例えば車両運行終了から次回運行までの間は、リレー５Ａ、リレー５ＢをいずれもＯＦＦにする。

（Ｂ）運転者の操作により内燃機関を始動する場合は、リレー５Ａ、リレー５ＢはいずれもＯＦＦのまま、メインバッテリ３からスタータ２へ電力供給し、スタータ２により内燃機関を始動させる。内燃機関が完爆した後、電動機１は発電を行ない、リレー５Ａ、リレー５ＢのいずれかをＯＮにする。ここでは、電動機１の目標発電電圧は１４Ｖ、メインバッテリ３、サブバッテリ４は満充電状態で１４Ｖとする。これにより、電動機１で発電された電力によりメインバッテリ３、サブバッテリ４の充電を完了させる。

（Ｃ）定常走行時やトルクアシストを伴わない程度の加速時は、始動時と同様にリレー５Ａ、リレー５ＢのいずれかをＯＮにした状態を維持する。そして、電動機１の目標発電電圧を、例えば１２Ｖ程度まで低下させることで電動機１を無発電状態にする。これにより、内燃機関の負荷が低減し、燃費性能の向上を図ることができる。

（Ｄ）減速時は、始動時と同様にリレー５Ａ、リレー５ＢのいずれかをＯＮにした状態を維持する。そして、電動機１は目標発電電圧を１４Ｖとして回生発電を行ない、メインバッテリ３、サブバッテリ４への充電を行なう。

（Ｅ）車両運行中にいわゆるアイドルストップを行なう場合は、リレー５Ａ、リレー５ＢはいずれもＯＦＦにし、システム停止状態にする。

（Ｆ）アイドルストップからの復帰時は、リレー５Ａ、リレー５ＢはいずれもＯＦＦのままにする。メインバッテリ３から電動機１へ電力を供給し、電動機１をモータとして機能させて内燃機関を始動させる。すなわち、アイドルストップからの復帰時には、スタータ２は用いずに、電動機１のモータ機能により内燃機関を再始動させる。

（Ｇ）再始動時の完爆後は、アイドルストップ前の運転中とは逆のリレー５をＯＮにし、電動機１を発電機能に切り換える。

（Ｈ）トルクアシスト実行時は、リレー５Ａ、リレー５ＢをいずれもＯＦＦにし、メインバッテリ３から電動機１へ電力を供給する。リレー５Ａとリレー５ＢをいずれもＯＦＦにすることで、サブバッテリ４と電動機１を電気的に切断する。これにより、サブバッテリ４から大電力を必要とする電動機１へ電力供給されることがなくなるので、トルクアシスト実行中もサブバッテリ４から第２電気負荷群１０へ安定した電力供給を行なうことが可能となり、第２電気負荷群１０の瞬低を防止できる。

なお、本実施形態では、アクセル開度の変化速度が所定値以上となったらトルクアシストを開始し、トルクアシスト開始から所定時間が経過したらトルクアシストを終了するものとする。また、トルクアシスト中の電動機１の出力は、トルクアシスト開始後に徐々に増大させ、一定出力を所定時間維持し、トルクアシスト終了に向けて徐々に減少させる。これは、トルクアシストの開始、終了に伴うトルクショックやベルト張力の急変を防止するためである。

（Ｉ）トルクアシスト終了後は、トルクアシスト実行前とは逆のリレー５をＯＮにする。

上記のように、トルクアシスト実行中はサブバッテリ４と電動機１が電気的に切断される。したがって、トルクアシスト実行中は、サブバッテリ４への充電は行われず、サブバッテリ４はもっぱら第２電気負荷群１０へ電力を供給することになる。このため、トルクアシスト開始から終了までの間、第２電気負荷群１０を作動させるのに必要な電力に対してサブバッテリ４のＳＯＣが不足する場合には、トルクアシスト実行中に第２電気負荷群１０の作動が不安定になってしまう。

そこで、サブバッテリ４のＳＯＣがトルクアシスト実行中に第２電気負荷群１０の作動に必要な電力に対して不足する場合には、メインバッテリ３のＳＯＣがトルクアシスト実行可能な状態であっても、トルクアシストを禁止する必要がある。

また、バッテリには、バッテリ液温が低くなるほど出力が低下する特性がある。したがって、トルクアシストを実行するか否かを判断するにあたり、バッテリ液温に基づいて、メインバッテリ３がトルクアシストのために電動機１を駆動するのに十分な出力を発生可能な状態か否かを判断する必要がある。そして、仮にメインバッテリ３がトルクアシスト実行可能な状態であったとしても、サブバッテリ４がトルクアシスト実行中に第２電気負荷群１０の作動に必要な電力を発生し得ない状態であれば、トルクアシストを禁止する必要がある。

すなわち、トルクアシスト実行可能か否かを判断するには、メインバッテリ３の状態（ＳＯＣ、バッテリ液温を含む）だけでなく、サブバッテリ４の状態も判断材料として用いる必要がある。そして、サブバッテリ４の状態がトルクアシスト実行可能な条件を満たしていない場合はもちろん、センサ故障等により正確に把握できない場合もトルクアシストを禁止するべきである。

図２は、上述したようなバッテリの状態に基づいてトルクアシストを実行するか否かを判定するためにＥＣＭ６が実行するルーチンを示すフローチャートである。

本ルーチンは、バッテリの状態を検出するためのセンサが正常か否かの診断を行ない、センサが正常でない場合はトルクアシストを禁止する。そして、センサが正常な場合に、バッテリの状態に基づいてトルクアシスト実行可能か否かを判断するものである。以下、ステップにしたがって説明する。

ステップＳ１０で、ＥＣＭ６はメインバッテリ電流センサ７が正常か否かを診断する。診断内容は、一般的な電流センサの断線、ショート、中間固着等の故障診断と同様である。診断の結果、正常であればステップＳ２０の処理を実行し、正常でなければステップＳ１１０で本トリップでのトルクアシストを禁止して本ルーチンを終了する。

ステップＳ２０で、ＥＣＭ６はサブバッテリ電流センサ８について、ステップＳ１０と同様の診断を行ない、正常な場合はステップＳ３０の処理を実行し、正常でない場合は上記のステップＳ１１０の処理を実行する。

ステップＳ３０で、ＥＣＭ６はメインバッテリ液温センサ２０が正常か否かを診断する。診断内容は、一般的な温度センサの故障診断と同様であり、例えば、検出温度がシステムの構成上取り得ないような値を示す、または検出温度が変動していない等の場合には、正常でないと診断する。診断の結果、メインバッテリ液温センサ２０が正常であればステップＳ４０の処理を実行し、正常でなければ上記のステップＳ１１０の処理を実行する。

ステップＳ４０で、ＥＣＭ６はサブバッテリ液温センサ２１について、ステップＳ３０と同様の診断を行なう。そして、正常であればステップＳ５０の処理を実行し、正常でなければ上記のステップＳ１１０の処理を実行する。

ステップＳ５０で、ＥＣＭ６はメインバッテリ充電量ＳＯＣｍが、トルクアシスト許可メインバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｍより大きいか否かを判定する。メインバッテリ充電量ＳＯＣｍは、メインバッテリ電流センサ７で検出した充放電電流から算出した電流積算値に基づいて公知の手法により算出する。トルクアシスト許可メインバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｍは、トルクアシストを予め設定した時間実行するのに必要な電力を供給可能な充電量であり、メインバッテリ３の容量、電動機１の駆動電流、トルクアシスト実行時間等に基づいて予め設定しておく。判定の結果、メインバッテリ充電量ＳＯＣｍがトルクアシスト許可メインバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｍより大きい場合はステップＳ６０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ６０で、ＥＣＭ６はサブバッテリ充電量ＳＯＣｓがトルクアシスト許可サブバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｓより大きいか否かを判定する。サブバッテリ充電量ＳＯＣｓは、サブバッテリ電流センサ８で検出した充放電電流から算出した電流積算値に基づいて公知の手法により算出する。トルクアシスト許可サブバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｓは、トルクアシスト期間中に第２電気負荷群１０を駆動するのに必要な電力を供給可能な充電量であり、サブバッテリ４の容量、第２電気負荷群１０、トルクアシスト実行時間等に基づいて予め設定しておく。判定の結果、サブバッテリ充電量ＳＯＣｓがトルクアシスト許可サブバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｓより大きい場合はステップＳ７０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ７０で、ＥＣＭ６はメインバッテリ液温Ｔｍがトルクアシスト許可メインバッテリ液温閾値Ｔｔａｍより高いか否かを判定する。これは、バッテリ液温が低くなるほどバッテリの出力特性が低下することを考慮して、トルクアシストを実行するための十分な電力が確保できない場合にはトルクアシストを禁止するためである。

トルクアシスト許可メインバッテリ液温閾値Ｔｔａｍは、例えば、メインバッテリ充電量ＳＯＣｍがトルクアシスト許可メインバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｍと等しい場合に、トルクアシストに必要な電力をメインバッテリ３が出力可能な液温を予め調べて設定する。判定の結果、メインバッテリ液温Ｔｍがトルクアシスト許可メインバッテリ液温閾値Ｔｔａｍより高い場合にはステップＳ８０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ８０で、ＥＣＭ６はサブバッテリ液温Ｔｓがトルクアシスト許可サブバッテリ液温閾値Ｔｔａｓより高いか否かを判定する。これは、上述したバッテリの出力特性を考慮して、トルクアシスト中に第２電気負荷群１０を駆動するために十分な電力を確保できない場合にはトルクアシストを禁止するためである。トルクアシスト許可サブバッテリ液温閾値Ｔｔａｓは、例えば、サブバッテリ充電量ＳＯＣｓがトルクアシスト許可サブバッテリＳＯＣ閾値ＳＯＣｔａｓと等しい場合に、トルクアシスト実行中に第２電気負荷群１０を駆動するのに必要な電力をサブバッテリ４が出力可能な液温を予め調べて設定する。判定の結果、サブバッテリ液温Ｔｓがトルクアシスト許可サブバッテリ液温閾値Ｔｔａｓより高い場合にはステップＳ９０の処理を実行し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ９０で、ＥＣＭ６は走行状態やエンジンの温度等といった、その他のトルクアシスト条件が成立しているか否かを判定する。例えば、運転者がより高い加速力を要求する走行状態や、登坂路走行時のようにより高い出力を必要とする走行状態ではアシスト条件成立としたり、エンジンが冷機状態であればアシスト条件不成立としたりする。

その他のアシスト条件が成立している場合はステップＳ１００でトルクアシストを実行し、そうでない場合は本ルーチンを終了する。

以上説明したルーチンでは、トルクアシスト用の出力を発生する電動機１はメインバッテリ３のみの電力により駆動するにもかかわらず、トルクアシストを実行するか否かの判定要素にサブバッテリ４の状態を含む。これは、トルクアシスト中の第２電気負荷群１０の瞬低を防止するためである。

また、本ルーチンでは、メインバッテリ３及びサブバッテリ４の状態を検出する手段が正常でない場合にはトルクアシストを禁止する。メインバッテリ３の状態を検出する手段が正常でない場合は、トルクアシスト用に電動機１を駆動させるのに十分な充電量、出力特性であるか否かを正確に判定することができないからである。サブバッテリ４の状態を検出する手段が正常でない場合は、トルクアシスト中に第２電気負荷群１０を駆動するのに十分な充電量、出力特性であるか否かを正確に判定することができないからである。

すなわち、本実施形態では、たとえメインバッテリ３が電動機１をトルクアシスト用に駆動することが可能な状態であっても、サブバッテリ４の状態がわからないならば、トルクアシストを禁止する。具体的には、メインバッテリ３のバッテリ充電量ＳＯＣｍやバッテリ液温Ｔｍがトルクアシスト実行可能な状態であっても、サブバッテリ４のバッテリ充電量ＳＯＣｓまたはバッテリ液温Ｔｓの少なくとも一方がセンサ故障等により不明な場合には、トルクアシストを禁止する。

これにより、サブバッテリ４のバッテリ充電量ＳＯＣｓが低い状態でトルクアシストを開始し、メインバッテリ３との並列接続が解除されて単独状態となったサブバッテリ４が瞬低を許容しない第２電気負荷群１０に十分な電力を供給できなくなるという事態を回避できる。また、サブバッテリ４のバッテリ液温Ｔｓが低く出力特性が低下した状態でトルクアシストを開始し、メインバッテリ３との並列接続が解除されて単独状態となったサブバッテリ４が瞬低を許容しない第２電気負荷群１０に十分な電力を供給できなくなるという事態も回避できる。

さらに、サブバッテリ４の状態がわからないままトルクアシストを実行すると、トルクアシスト終了後に電動機１を発電機能に切り替え、メインバッテリ３とサブバッテリ４を並列接続しても、第２電気負荷群１０への供給電力が不足する事態が生じ得るが、このような事態も回避できる。電動機１が発電電圧可変機能を有していれば、発電量を増大させることで上記の供給電力不足を回避できるが、発電量増大のために内燃機関の負荷が増大して燃費の悪化を招くことになる。つまり、トルクアシストの実行により、かえって燃費の悪化を招くおそれがある。

なお、本実施形態では、メインバッテリ３、サブバッテリ４の状態を検出する手段として、メインバッテリ電流センサ７、サブバッテリ電流センサ８、メインバッテリ液温センサ２０、及びサブバッテリ液温センサ２１を用い、バッテリ充電量及びバッテリ液温をバッテリの状態量として説明した。しかし、バッテリの状態を検出する手段及びバッテリ状態量はこれらに限られるものではない。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 電動機
２ スタータ
３ メインバッテリ（第１バッテリ）
４ サブバッテリ（第２バッテリ）
５ リレー
６ コントローラ（ＥＣＭ）
７ メインバッテリ電流センサ
８ サブバッテリ電流センサ（バッテリ状態検出手段）
９ 第１電気負荷群
１０ 第２電気負荷群
１１ アクセル開度センサ
２０ メインバッテリ液温センサ
２１ サブバッテリ液温センサ（バッテリ状態検出手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の駆動軸に機械的に連結され、前記内燃機関をトルクアシストするために作動する電動機と、
   前記トルクアシスト実行中に前記電動機に電力を供給する第１バッテリと、
   前記トルクアシスト実行中に瞬低を許容しない前記電動機以外の電気負荷に電力を供給する第２バッテリと、
   前記トルクアシスト非実行時には前記第１バッテリと前記第２バッテリを並列接続し、前記トルクアシスト実行時には前記並列接続を解除するリレーと、
   前記第２バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、
   少なくとも前記第２バッテリの状態を含む判定要素に基づいて前記トルクアシストの許可または禁止を決定する判定手段と、
   前記トルクアシストが許可された場合には前記並列接続を解除して前記第２バッテリのみから前記瞬低を許容しない前記電動機以外の電気負荷に電力を供給する電力制御手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記バッテリ状態検出手段が正常でない場合には前記トルクアシストを禁止するトルクアシスト制御装置。
2. 請求項１に記載のトルクアシスト制御装置において、
   前記バッテリ状態検出手段は、バッテリ充放電電流を検出する電流センサもしくはバッテリ液温を検出する温度センサの一方、または両方であるトルクアシスト制御装置。

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