(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電すると共に該内燃機関を始動可能な発電電動機と、該発電電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、前記内燃機関および前記発電電動機の一方からの動力により駆動する補機と、所定の停止条件が成立したときに前記内燃機関の運転を停止すると共に所定の始動条件が成立したときに前記発電電動機を駆動して該内燃機関を始動する自動停止始動制御手段とを備える自動車の前記発電電動機の制御装置であって、
前記内燃機関が停止しているときには、前記補機の駆動に必要な動力を出力するよう前記発電電動機を電動機として駆動制御する停止時駆動制御手段と、
前記内燃機関が運転しているときには、前記二次電池の状態に応じて前記発電電動機を発電機または電動機として駆動制御する運転時駆動制御手段と、
前記自動停止始動制御手段により前記内燃機関の始動が完了したときには、電流検出手段により検出される前記二次電池の充電電流を閾値と比較し、前記充電電流が前記閾値より大きいときは前記発電電動機の発電電圧を前記充電電流と前記閾値との偏差に所定ゲインを乗じた値だけ小さくなるように設定し、前記充電電流が前記閾値以下のときは前記発電電動機の発電電圧を維持し、前記内燃機関の始動直後から所定時間経過するまで前記充電電流による前記発電電動機の発電電圧の変更処理を繰り返し行うように、前記発電電動機を駆動制御する始動完了時駆動制御制御手段と
を備える発電電動機の制御装置。
【請求項２】
前記自動車に制動力を作用させるとき、前記発電電動機により回生電力が生じるよう該発電電動機を駆動制御する制動時駆動制御手段を備える請求項１に記載の発電電動機の制御装置。
【請求項３】
内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電すると共に該内燃機関を始動可能な発電電動機と、該発電電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、前記内燃機関および前記発電電動機の一方からの動力により駆動する補機と、所定の停止条件が成立したときに前記内燃機関の運転を停止すると共に所定の始動条件が成立したときに前記発電電動機を駆動して該内燃機関を始動する自動停止始動制御手段とを備える自動車の前記発電電動機の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関が停止しているときには、前記補機の駆動に必要な動力を出力するよう前記発電電動機を電動機として駆動制御し、
（ｂ）前記内燃機関が運転しているときには、前記二次電池の状態に応じて前記発電電動機を発電機または電動機として駆動制御し、
（ｃ）前記自動停止始動制御手段により前記内燃機関の始動が完了したときには、電流検出手段により検出される前記二次電池の充電電流を閾値と比較し、前記充電電流が前記閾値より大きいときは前記発電電動機の発電電圧を前記充電電流と前記閾値との偏差に所定ゲインを乗じた値だけ小さくなるように設定し、前記充電電流が前記閾値以下のときは前記発電電動機の発電電圧を維持し、前記内燃機関の始動直後から所定時間経過するまで前記充電電流による前記発電電動機の発電電圧の変更処理を繰り返し行うように、前記発電電動機を駆動制御する、
発電電動機の制御方法。
【請求項４】
前記自動車に制動力を作用させるときには、前記発電電動機により回生電力が生じるよう該発電電動機を駆動制御するステップを備える請求項３に記載の発電電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載された発電電動機の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギの効率的な利用の観点から、所定の停止条件が成立したときに内燃機関の運転を停止すると共に所定の始動条件が成立したときに内燃機関を始動する自動車が種々提案されている。こうした自動車では、オイルポンプやエアコンプレッサなどの補機は、内燃機関が運転されているときには内燃機関の動力の一部を用いて駆動し、内燃機関の運転が停止されているときには二次電池からの電力を用いて駆動するようになっているものが多い。こうした目的で車載される二次電池は、内燃機関からの動力により発電すると共に内燃機関を始動可能な発電電動機による駆動制御により、その残容量（ＳＯＣ）を所定の範囲に維持するように制御される。そして、エネルギをより有効利用する目的で車両の制動時に発電電動機を回生制御して得られる電力を二次電池に蓄えるものも提案されている（例えば、特開平４−２３８７３０号公報など）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした発電電動機の制御装置では、エネルギのより効率的な利用を図ることが大きな課題となっている。出願人は、こうした課題の一部を解決する手法として、ナビゲーション装置からの情報に基づいて回生制動による二次電池の充電が予測されるときには、その前に二次電池の残容量（ＳＯＣ）を低くするよう二次電池を制御するものを提案している。
【０００４】
本発明の車載された発電電動機の制御装置および制御方法は、エネルギのより効率的な利用を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の車載された発電電動機の制御装置および制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の車載された発電電動機の制御装置は、
内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電すると共に該内燃機関を始動可能な発電電動機と、該発電電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、前記内燃機関および前記発電電動機の一方からの動力により駆動する補機と、所定の停止条件が成立したときに前記内燃機関の運転を停止すると共に所定の始動条件が成立したときに前記発電電動機を駆動して該内燃機関を始動する自動停止始動制御手段とを備える自動車の前記発電電動機の制御装置であって、
前記内燃機関が停止しているときには、前記補機の駆動に必要な動力を出力するよう前記発電電動機を電動機として駆動制御する停止時駆動制御手段と、
前記内燃機関が運転しているときには、前記二次電池の状態に応じて前記発電電動機を発電機または電動機として駆動制御する運転時駆動制御手段と、
前記自動停止始動制御手段により前記内燃機関の始動が完了したときには、電流検出手段により検出される前記二次電池の充電電流を閾値と比較し、前記充電電流が前記閾値より大きいときは前記発電電動機の発電電圧を前記充電電流と前記閾値との偏差に所定ゲインを乗じた値だけ小さくなるように設定し、前記充電電流が前記閾値以下のときは前記発電電動機の発電電圧を維持し、前記内燃機関の始動直後から所定時間経過するまで前記充電電流による前記発電電動機の発電電圧の変更処理を繰り返し行うように、前記発電電動機を駆動制御する始動完了時駆動制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の発電電動機の制御装置では、内燃機関が停止しているときには補機の駆動に必要な動力を出力するよう発電電動機を電動機として駆動制御し、内燃機関が運転しているときには二次電池の状態に応じて発電電動機を発電機または電動機として駆動制御し、自動停止始動制御手段により内燃機関の始動が完了したときには二次電池の端子間電圧が徐々に大きくなるよう発電電動機を駆動制御する。内燃機関の始動は二次電池からの放電電力により行なわれるから、内燃機関の始動直後の二次電池は充電されやすい状態になっている。このため、内燃機関の始動直後に発電電動機から大きな充電電流が流れると二次電池を急激に充電するものとなってしまうが、内燃機関の始動から所定時間経過するまで発電電動機からの充電電流を所定値以下となるように発電電動機を駆動制御することにより二次電池の急激な充電を回避することができる。これにより、自動車の制動時に発電電動機を回生制御した際に二次電池を充電する電流を大きくすることができ、全体としてエネルギのより効率的な利用を図ることができる。
【００１１】
本発明の発電電動機の制御装置において、前記自動車に制動力を作用させるとき、前記発電電動機により回生電力が生じるよう該発電電動機を駆動制御する制動時駆動制御手段を備えるものとすることもできる。
【００１２】
本発明の車載された発電電動機の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電すると共に該内燃機関を始動可能な発電電動機と、該発電電動機と電力のやり取りが可能な二次電池と、前記内燃機関および前記発電電動機の一方からの動力により駆動する補機と、所定の停止条件が成立したときに前記内燃機関の運転を停止すると共に所定の始動条件が成立したときに前記発電電動機を駆動して該内燃機関を始動する自動停止始動制御手段とを備える自動車の前記発電電動機の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関が停止しているときには、前記補機の駆動に必要な動力を出力するよう前記発電電動機を電動機として駆動制御し、
（ｂ）前記内燃機関が運転しているときには、前記二次電池の状態に応じて前記発電電動機を発電機または電動機として駆動制御し、
（ｃ）前記自動停止始動制御手段により前記内燃機関の始動が完了したときには、電流検出手段により検出される前記二次電池の充電電流を閾値と比較し、前記充電電流が前記閾値より大きいときは前記発電電動機の発電電圧を前記充電電流と前記閾値との偏差に所定ゲインを乗じた値だけ小さくなるように設定し、前記充電電流が前記閾値以下のときは前記発電電動機の発電電圧を維持し、前記内燃機関の始動直後から所定時間経過するまで前記充電電流による前記発電電動機の発電電圧の変更処理を繰り返し行うように、前記発電電動機を駆動制御する
ことを要旨とする。
【００１３】
この本発明の発電電動機の制御方法によれば、内燃機関の始動直後の二次電池の急激な充電を回避することができると共に自動車の制動時に発電電動機を回生制御した際に二次電池を充電する電流を大きくすることができる。この結果、全体としてエネルギのより効率的な利用を図ることができる。
【００１７】
本発明の発電電動機の制御方法において、前記自動車に制動力を作用させるときには、前記発電電動機により回生電力が生じるよう該発電電動機を駆動制御するステップを備えるものとすることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である発電電動機５４の制御装置として機能する車両制御用電子制御ユニット（以下、車両制御用ＥＣＵという）３０を中心に自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の自動車２０は、図示するように、シフトレバー４２のポジションＳＰや車速Ｖなどの車両の走行状態に基づいてエンジン用制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）４４により運転制御されるエンジン４６と、エンジン４６からの回転動力を変速して図示しない駆動軸に出力するトランスミッション４８と、エンジン４６の出力軸にクラッチ５０を介してベルト５２により接続されエンジン４６の動力の一部を用いて発電すると共にエンジン４６をモータリングする発電電動機５４と、ベルト５２により動力を得て駆動する複数の補機５５ａ〜５５ｎ，と、インバータ５６を介して発電電動機５４と電力のやり取りを行なう３６Ｖの高圧バッテリ５８と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０を介して高圧バッテリ５８に接続された１２Ｖの低圧バッテリ６２と、イグニッションスイッチＩＧやスタータスイッチＳＴに基づいてＯＮするリレー６４を介して供給される低圧バッテリ６２からの電力によりエンジン４６をクランキングするスタータモータ６６と、ステアリング６８の操舵角θや車輪速Ｖｗ，ブレーキブースタ７０のブレーキ負圧ＢＰ，ブレーキマスタシリンダ７２の油圧ＭＣＰなどに基づいてＡＢＳ・ＴＲＣアクチュエータ７４を駆動してトラクションコントロールやアンチロックブレーキシステム，ブレーキアシストなどの各ブレーキ制御を行なうシャシー用電子制御ユニット（以下、シャシーＥＣＵという）７６と、運転席前方のインストルパネルに配置されたメータ表示部７８とを備える。
【００１９】
車両制御用ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、通信ポート（図示せず）と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この車両制御用ＥＣＵ３０は、エンジン回転数などのエンジン４６の運転に関するデータやエンジン停止要求やエンジン自動停止始動許可などのエンジン４６の始動や停止に関する制御信号などを通信ポートを介してエンジンＥＣＵ４４と通信している。また、車両制御用ＥＣＵ３０は、操舵角θやブレーキマスタシリンダ７２の油圧ＭＣＰなどのブレーキ制御に関するデータやブレーキ制御の作動信号などの制御信号を通信ポートを介してシャシーＥＣＵ７６と通信している。また、車両制御用ＥＣＵ３０の入力ポートには、イグニッションスイッチＩＧや高圧バッテリ５８に取り付けられた電流センサ５９からの充放電電流ｉ，ブレーキブースタ７０のブレーキ負圧ＢＰ，メータ表示部７８からの車速Ｖなどが入力されており、出力ポートからは、スタータスイッチＳＴやメータ表示部７８にはめ込まれたウォーニングランプなどランプ群への点灯信号などが出力されている。
【００２０】
実施例の自動車２０では、車両制御用ＥＣＵ３０によりエンジン４６の自動停止始動処理がなされている。エンジン４６の自動停止始動処理としては、例えば、停車中でシフトレバー４２がＰやＮレンジかＤレンジでブレーキ圧が大きいときでブレーキブースト負圧ＢＰが十分あるときなどの所定の停止条件が成立したときにクラッチ５０による接続を解除してエンジン４６の運転を停止し、ブレーキの開放が開始されたり、シフトレバー４２が走行レンジに操作されたり、ブレーキブースト負圧ＢＰが低下したときなどの所定の始動条件が成立したときにクラッチ５０を接続すると共に発電電動機５４を駆動してエンジン４６を始動する処理である。なお、ここで例示した所定の停止条件や所定の始動条件は一例であり、種々の条件を設定することができる。
【００２１】
こうしたエンジン４６の自動停止始動処理によりエンジン４６の運転が停止されているときには、車両制御用ＥＣＵ３０は、高圧バッテリ５８からの電力を用いて発電電動機５４を電動機として駆動して、補機５５ａ〜５５ｎの駆動源を確保する。また、エンジン４６が運転されているときには、車両制御用ＥＣＵ３０は、高圧バッテリ５８の残容量（ＳＯＣ）が予め設定された所定の範囲となるよう発電電動機５４を発電機または電動機として駆動制御する。このとき、高圧バッテリ５８の残容量（ＳＯＣ）が所定の範囲内のときには、高圧バッテリ５８の充放電がないよう高圧バッテリ５８の開放電圧となるよう発電電動機５４を駆動制御する。なお、実施例では、高圧バッテリ５８は３６Ｖバッテリであるから、その開放電圧として３７．５Ｖを考え、発電電動機５４の発電電圧が３７．５Ｖとなるよう駆動制御している。
【００２２】
また、実施例の自動車２０では、車両の制動時には、車両制御用ＥＣＵ３０により発電電動機５４が回生駆動され、その際の回生電力を用いて高圧バッテリ５８を充電する制御も行なわれている。
【００２３】
次に、実施例の自動車２０でエンジン４６の自動始動がなされた際の発電電動機５４の制御について説明する。図２は、実施例の自動車２０の車両制御用ＥＣＵ３０により実行される自動始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン４６が自動始動されたときに実行される。
【００２４】
自動始動時制御ルーチンが実行されると、車両制御用ＥＣＵ３０のＣＰＵ３２は、まず、発電電動機５４の電圧Ｖを初期電圧Ｖ１に設定する処理を実行する（ステップＳ１００）。例えば、通常の電圧Ｖが３７．５Ｖの場合には初期電圧Ｖ１として３７．０Ｖなどのように発電電動機５４の電圧Ｖを設定するのである。そしてカウンタＣに値０をセットし（ステップＳ１０２）、所定時間経過するのを待つ（ステップＳ１０４）。ここで、所定時間は、発電電動機５４の電圧Ｖを徐々に高くする際の勾配を決定するものであり、適宜設定することができる。
【００２５】
所定時間経過すると、発電電動機５４の電圧Ｖに現在の電圧Ｖに操作量ΔＶを増加したものを設定し（ステップＳ１０６）、カウンタＣをインクリメントする（ステップＳ１０８）。そして、カウンタＣが設定値Ｃｓに至るまで（ステップＳ１１０）、所定時間経過毎に発電電動機５４の電圧Ｖを操作量ΔＶだけ増加する処理（ステップＳ１０４〜Ｓ１０８）を繰り返す。ここで、設定値Ｃｓは、所定時間経過毎に発電電動機５４の電圧Ｖを操作量ΔＶだけ増加する処理を繰り返す回数として設定されるものであり、操作量ΔＶは、こうした処理が設定値Ｃｓ回繰り返されたときに発電電動機５４の電圧Ｖが通常の電圧（例えば３７．５Ｖ）となるように設定される。例えば、発電電動機５４の初期電圧Ｖ１を３７．０Ｖとし、通常の電圧Ｖを３７．５Ｖとし、１０秒間のうちに１００回に亘って発電電動機５４の電圧Ｖを増加するものとすれば、ステップＳ１０４の所定時間は０．１秒となり、操作量ΔＶは０．００５Ｖとなり、設定値Ｃｓは１００となる。
【００２６】
図３はエンジン４６の自動始動がなされた際に図２に例示する自動始動時制御ルーチンを実行したときの高圧バッテリ５８の充放電電流ｉの時間経過の一例を示す説明図であり、図４はエンジン４６の自動始動がなされた際に発電電動機５４の電圧Ｖを通常の電圧に固定したときの高圧バッテリ５８の充放電電流ｉの時間経過の一例を示す説明図である。図３および図４では、時間ｔ１で発電電動機５４によりエンジン４６をモータリングするために高圧バッテリ５８に大きな放電電流ｉが流れ、時間ｔ２，ｔ３，ｔ４で回生制動により高圧バッテリ５８に大きな充電電流ｉが流れる。図３と図４とを比較すると解るように、実施例の自動始動時制御を行なうことにより、発電電動機５４を通常の電圧Ｖに固定する場合に比してエンジン４６を始動した直後の高圧バッテリ５８の充電電流ｉを低く抑えることができる。エンジン４６を始動した直後は、高圧バッテリ５８から大きな放電電流ｉが流れた直後であるから、高圧バッテリ５８は充電されやすい状態になっている。したがって、通常の電圧Ｖに固定した場合、高圧バッテリ５８に大きな充電電流ｉが流れてしまう。実施例の自動始動時制御を行なうと、こうした大きな充電電流ｉが高圧バッテリ５８に流れるのを防止することができる。図３と図４における時間ｔ２，ｔ３，ｔ４の回生制動時の充電電流ｉの大きさを比較すれば解るように、実施例の自動始動時制御を行なうことにより、高圧バッテリ５８の充電を抑えているから、通常の電圧Ｖに固定した場合に比して大きな充電電流ｉを得ることができる。これは、より大きな回生電力を得ていることになるから、自動車２０のエネルギ効率を向上させることができることを意味する。
【００２７】
以上説明した実施例の自動車２０における発電電動機５４の自動始動時制御によれば、エンジン４６を始動した直後の高圧バッテリ５８の充電電流ｉを低く抑えることができる。この結果、回生制動時により大きな回生電力を高圧バッテリ５８に蓄えることができ、自動車２０のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２８】
実施例の自動車２０における発電電動機５４の自動始動時制御では、エンジン４６を始動した直後の発電電動機５４の電圧Ｖを初期電圧Ｖ１とし、所定時間経過毎に操作量ΔＶだけ増加して、即ち時間的変化を一定として通常の電圧としたが、発電電動機５４の電圧Ｖの時間的変化を変更するものとしてもよい。即ち、例えばエンジン４６を始動した直後の操作量ΔＶを小さくし、その後、操作量ΔＶを徐々に大きくするなど、操作量ΔＶを可変としてもよい。
【００２９】
実施例の自動車２０における発電電動機５４の自動始動時制御では、エンジン４６を始動した直後の発電電動機５４の電圧Ｖを初期電圧Ｖ１とし、所定時間経過毎に操作量ΔＶだけ増加して通常の電圧としたが、エンジン４６を始動した直後から所定時間経過するまで高圧バッテリ５８の充放電電流ｉが所定値以下となるよう制御してもよい。この場合の自動始動時制御ルーチンの一例を図５に示す。以下に、変形例の自動始動時制御ルーチンによる処理について簡単に説明する。
【００３０】
この変形例の自動始動時制御ルーチンでは、まず、発電電動機５４の電圧Ｖを初期電圧Ｖ１に設定する（ステップＳ２００）。そして、電流センサ５９により検出される充放電電流ｉを読み込み（ステップＳ２０２）、読み込んだ充放電電流ｉを閾値ｉｒｅｆと比較する（ステップＳ２０４）。ここで、閾値ｉｒｅｆは、エンジン４６の始動直後における充放電電流ｉの上限値として設定されるものである。充放電電流ｉが閾値ｉｒｅｆより大きいときには、発電電動機５４の電圧Ｖを充放電電流ｉと閾値ｉｒｅｆとの偏差にゲインｋを乗じた値だけ小さくなるよう設定し（ステップＳ２０６）、充放電電流ｉが閾値ｉｒｅｆ以下のときにはそのときの発電電動機５４の電圧Ｖを維持し、所定時間経過するまで（ステップＳ２０８、充放電電流ｉによる発電電動機５４の電圧Ｖの変更処理（ステップＳ２０２〜Ｓ２０６）を繰り返す。ここで、所定時間は、前述のカウンタＣが設定値Ｃｓに至るまでの時間と同様の意である。
【００３１】
このようにエンジン４６を始動した直後から所定時間経過するまで高圧バッテリ５８の充放電電流ｉが所定値以下となるよう制御しても、実施例の自動始動時制御と同様の効果を得ることができる。なお、実施例の自動始動時制御と充放電電流ｉが所定値以下となる制御とを併用するものとしてもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である発電電動機５４の制御装置として機能する車両制御用電子制御ユニット３０を中心に自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  実施例の自動車２０の車両制御用ＥＣＵ３０により実行される自動始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  エンジン４６の自動始動がなされた際に図２に例示する自動始動時制御ルーチンを実行したときの高圧バッテリ５８の充放電電流ｉの時間経過の一例を示す説明図である。
【図４】  エンジン４６の自動始動がなされた際に発電電動機５４の電圧Ｖを通常の電圧に固定したときの高圧バッテリ５８の充放電電流ｉの時間経過の一例を示す説明図である。
【図５】  変形例の自動始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０  自動車、３０  車両制御用ＥＣＵ、３２  ＣＰＵ、３４  ＲＯＭ、３６ＲＡＭ、４２  シフトレバー、４４  エンジンＥＣＵ、４６  エンジン、４８トランスミッション、５０  クラッチ、５２  ベルト、５４  発電電動機、５５ａ〜５５ｎ  補機、５６  インバータ、５８  高圧バッテリ、５９  電流センサ、６０  ＤＣ−ＤＣコンバータ、６２  低圧バッテリ、６４  リレー、６６  スタータモータ、６８  ステアリング、７０  ブレーキブースタ、７２  ブレーキマスタシリンダ、７４  ＡＢＳ・ＴＲＣアクチュエータ、７６  シャシーＥＣＵ、７８  メータ表示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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