JP5597083B2 - 車両の発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの回転駆動力によって発電する発電機を備え、アイドルストップ制御によりエンジンを自動的に停止させると共に自動停止したエンジンを発進操作によって自動的に再始動させる車両の発電制御装置に関する。

一般に自動車等の車両に搭載される発電機は、走行動力源であるエンジンによって回転駆動されることで発電される形式のものが多く、その発電出力特性がエンジン回転数に依存する。このため、従来から、車両の状態に応じて発電機の発電電圧を最適に制御し、エンジン負荷を低減したり、発電機からバッテリへの充電を適正化する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、バッテリ電圧が調整電圧となるように発電機の発電電圧を制御し、調整電圧を異なる目標電圧に切り替える際、調整電圧を切り替える前のバッテリ電圧から徐々に切り替えた後の目標電圧に近づけることで、調整電圧を目標電圧に切り替える時のバッテリ電圧の急変を防止する技術が開示されている。

特許第３０４４８６７号公報

近年、排気エミッションの低減や騒音の低減、燃費改善等を目的として、赤信号で車両が走行を停止する等の一定の条件下でエンジンを自動停止させ、その後、信号の切替わり等に基づく車両の走行再開により、エンジンを自動的に再始動させるアイドルストップシステムを備える車両が増えている。

このようなアイドルストップシステムを備える車両では、従来、アイドルストップシステムによって車両が停止し、エンジンが停止すると、発電機の発電が無くなるため、図８のＡ部に示すように、バッテリ電圧が低下する。このため、エンジンが止まった瞬間に、ブレーキランプやヘッドライト、イルミネーション等の輝度低下、ワイパの払拭速度の低下等が発生する。このバッテリ電圧の低下に伴う電装品の動作状態の変化がドライバに認識されると、ドライバに不快感や違和感を与える虞があり、商品性の低下を招く要因となる。

また、アイドルストップシステムを備える車両においては、アイドルストップによりエンジンが停止した状態においても、時計やオーディオ、メータ等の電装品は電源オンの状態であるが、オルタネータからの発電が無いため、電源であるバッテリ電圧はエンジン運転時に比較して低下している。この状態でエンジンが再始動すると、従来のシステムではエンジン再始動直後からオルタネータの発電が開始されるため、図８のＢ部に示すように、電装品に供給される電源電圧が急上昇する。その結果、車室内のイルミネーションの点灯輝度が変化する等してドライバに認識され、同様に商品性の低下を招く。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、アイドルストップによるバッテリ電圧の急激な変化を抑制し、ドライバが電装品の顕著な作動変化を認識することによる商品性の低下を防止することのできる車両の発電制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による「車両の発電制御装置」は、エンジンの回転駆動力によって発電し、電装品への電源供給及びバッテリへの充電を行う発電機を備え、アイドルストップによりエンジンを自動的に停止させると共に走行再開時にエンジンを自動的に再始動させる車両の発電制御装置であって、アイドルストップを実行可能な状態下で車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間に上記発電機の発電量が設定値まで減少するよう制御する第１発電制御部と、車両停止後にエンジンが自動停止するまでの間、上記発電機の発電量が上記設定値から減少するよう制御する第２発電制御部とを備え、上記第１発電制御部は、上記発電機の発電量が車両の車速と減速度に基づいて設定した時定数を持って上記設定値まで減少するよう制御することを特徴とする。
本発明による他の「車両の発電制御装置」は、エンジンの回転駆動力によって発電し、電装品への電源供給及びバッテリへの充電を行う発電機を備え、アイドルストップによりエンジンを自動的に停止させると共に走行再開時にエンジンを自動的に再始動させる車両の発電制御装置であって、アイドルストップを実行可能な状態下で車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間に上記発電機の発電量が設定値まで減少するよう制御する第１発電制御部と、車両停止後にエンジンが自動停止するまでの間、上記発電機の発電量が上記設定値から減少するよう制御する第２発電制御部とを備え、上記第２発電制御部は、上記発電機の発電量がエンジン停止までの遅れ時間を考慮した時定数を持って上記設定値から減少するよう制御することを特徴とする。
本発明による更に他の「車両の発電制御装置」は、エンジンの回転駆動力によって発電し、電装品への電源供給及びバッテリへの充電を行う発電機を備え、アイドルストップによりエンジンを自動的に停止させると共に走行再開時にエンジンを自動的に再始動させる車両の発電制御装置であって、アイドルストップを実行可能な状態下で車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間に上記発電機の発電量が設定値まで減少するよう制御する第１発電制御部と、車両停止後にエンジンが自動停止するまでの間、上記発電機の発電量が上記設定値から減少するよう制御する第２発電制御部とを備え、上記第１発電制御部は、上記発電機の発電量が車両の車速と減速度に基づいて設定した時定数を持って上記設定値まで減少するよう制御し、上記第２発電制御部は、上記発電機の発電量がエンジン停止までの遅れ時間を考慮した時定数を持って上記設定値から減少するよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、アイドルストップによるバッテリ電圧の急激な変化を抑制してドライバが電装品の顕著な作動変化を認識することを回避することができ、商品性の低下を防止することができる。

発電制御システムの全体構成図 発電制御に係る機能ブロック図 車両停止時の発電制御処理を示すフローチャート 車両停止前の発電量を示す説明図 車両停止後の発電量を示す説明図 エンジン再始動時の発電制御処理を示すフローチャート エンジン再始動後の発電量を示す説明図 従来のアイドルストップ時の電源電圧の変化を示す波形図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は、アイドルストップシステムを備えた車両に搭載されるエンジンであり、ドライバがブレーキを踏んで車両が停止した後、自動的にエンジン１が停止され、その後、ドライバがアクセルを踏む等して走行を再開する場合には、自動的にエンジン１が再始動される。このエンジン１には、変速機２が連設されると共に、始動用のスタータ３、発電用のオルタネータ４、エアコンディショナー用のコンプレッサ（図示せず）等の補機類が連設されている。

スタータ３は、リレー５を介してバッテリ６に接続され、エンジン始動時にバッテリ６から供給される電力でエンジン１をクランキングさせる。また、オルタネータ４は、その回転軸に固設されるオルタネータプーリ４ａがエンジン１のクランク軸に固設されるクランクプーリ１ａにベルト７を介して連結されている。オルタネータ４は、エンジン１からの回転駆動力によって発電し、所定に調整された電圧を各種電気負荷に供給すると共にバッテリ６を充電する。

尚、オルタネータ４は、例えば、通電電流によって磁界を形成する励磁コイル、励磁コイルの発生する磁界の変化によって発電を行う電機子コイル等から構成され、励磁コイルがベルト７を介して回転駆動される。

バッテリ６に接続される各種電装品による電気負荷としては、例えば、インストルメントパネルに設けられたマルチファンクションディスプレイのメータやイルミネーション、ヘッドライト、ブレーキランプ等の照明灯火系の電気負荷１０、ワイパ等のアクチュエータ系の電気負荷１１等がある。また、バッテリ６にはサブ電源１２が接続され、このサブ電源１２にナビゲーション装置やオーディオ機器等の電気負荷１３が接続されている。サブ電源１２は、アイドルストップによるエンジン停止後、エンジンを再始動する際のスタータ３の駆動によるバッテリ電圧の急激な低下によって動作に支障が生じる虞のあるナビゲーション装置やオーディオ機器等の電装品に安定的に電源を供給するための補助電源である。

アイドルストップ及びアイドルストップからのエンジン再始動は、マイクロコンピュータを中心として構成されるアイドルストップ制御ユニット（ＩＳＳ−ＥＣＵ）２０によって制御される。アイドルストップ制御ユニット２０には、バッテリ６の電圧や残存容量を検出するバッテリセンサ１４からの信号やエンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１５からの信号が入力される共に、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内ネットワーク１００を介して変速機２を制御する変速機制御ユニット（ＴＣＵ）３０、エアコン制御ユニット（エアコンＥＣＵ）４０等の他の制御ユニットからの制御情報が入力される。アイドルストップ制御ユニット２０は、センサ類からの信号や他の制御ユニットからの制御情報に基づいて、アイドルストップの許可／禁止条件を判断し、エンジン１の停止／再始動を制御する。

同時に、アイドルストップ制御ユニット２０は、アイドルストップによるエンジン停止及びエンジン再始動時にオルタネータ４の発電制御を行い、急激なオルタネータ４の発電停止及び発電開始によるバッテリ電圧の急激な変化を抑制する。この発電制御により、ドライバが電装品の作動状態の変化を感じ取って不快感や違和感を抱くことを防止し、車両品質の向上を図る。

このため、アイドルストップ制御ユニット２０は、図２に示すような発電制御の機能を有している。この発電制御機能は、第１発電停止制御部２１、第２発電停止制御部２２、発電開始制御部２３によって代表することができる。尚、本実施の形態においては、オルタネータ４の発電制御機能をアイドルストップ制御ユニット２０に備えるものとしているが、これに限定されるものではなく、他の制御ユニット或いはオルタネータ４自身に発電制御機能を備えるようにしても良い。

アイドルストップ制御ユニット２０は、アイドルストップ制御に入る可能性がある場合、車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間、第１発電停止制御部２１でオルタネータ４の発電量を所定の時定数τ1で設定値まで徐々に減少させる制御（第１発電制御）を行い、車両が停止したとき、エンジンが停止するまでの間、第２発電停止制御部２２で所定の時定数τ2を持って発電量が徐々に０となるように制御する（第２発電制御）。また、アイドルストップからのエンジン再始動時には、発電開始制御部２３でエンジン再始動終了直後の発電量を０％とし、その後、発電量を０％から徐々に増加させ、設定時間後に発電量が１００％となるように制御する。

以上の発電制御に係る機能は、具体的には、アイドルストップ制御ユニット２０において実行されるプログラム処理によって実現される。以下、図３のフローチャートに示す車両停止時の発電制御処理、図６のフローチャートに示すエンジン再始動時の発電制御処理について説明する。

先ず、図３に示す車両停止時の発電制御処理について説明する。この車両停止時の発電制御処理では、最初のステップＳ１，Ｓ２において、それぞれ、アイドルストップ可能フラグＦ１、アイドルストップ禁止フラグＦ２を参照し、アイドルストップの実行条件が成立しているか否かを調べる。

アイドルストップ可能フラグＦ１は、アイドルストップを実行可能な条件（アイドルストップ可能条件）、例えば、ブレーキスイッチ（図示せず）が作動し且つ車速が閾値以下に低下し、且つエンジン水温が閾値以上の条件が成立したとき、セット（Ｆ１＝１）される。但し、アイドルストップが実行されると、アイドルストップ可能フラグＦ１はクリア（Ｆ１＝０）され、その後、所定の車速以上の速度で走行しないと再セットされない。

また、アイドルストップ禁止フラグＦ２は、アイドルストップ可能条件が成立しても、車両の状態によってアイドルストップを禁止するためのフラグであり、例えば、バッテリ電圧やバッテリ容量の低下、エンジン水温が高温側の閾値を超えた状態、エアコン作動等でセット（Ｆ２＝１）される。このアイドルストップ禁止フラグＦ２がセットされている場合、アイドルストップは実行されない。

これらのフラグＦ１，Ｆ２を参照した結果、アイドルストップ可能フラグＦ１がクリア（Ｆ１＝０）されているとき、或いはアイドルストップ禁止フラグＦ２がセット（Ｆ２＝１）されているときには、アイドルストップは実行不可と判定する。アイドルストップを実行不可の状態では、ステップＳ１或いはステップＳ２からステップＳ１０へ進み、エンジン回転数に応じた発電出力と電気負荷の大きさとに基づく通常の発電制御を行う。

一方、アイドルストップ可能フラグＦ１がセット（Ｆ１＝１）されており、且つアイドルストップ禁止フラグＦ２がクリア（Ｆ２＝０）されているときには、アイドルストップを実行可能な状態であると判定する。そして、ステップＳ３以降へ進み、アイドルストップに対応するオルタネータ４の発電制御を行う。

ステップＳ３では、車速Ｖが設定車速Ｖset（例えば、Ｖset＝７ｋｍ／ｈ）以下か否かを調べる。そして、Ｖ＞Ｖsetのときには、ステップＳ１０で通常の発電制御を実行し、Ｖ≦Ｖsetのとき、ステップＳ４へ進み、オルタネータ４の発電量を所定の時定数τ1で設定値まで徐々に減少させる制御（第１発電制御）を行う。

発電量を減少させる時定数τ1は、車速Ｖと平均減速度Ｇとに基づいて設定し、図４に示すように、オルタネータ４の発電量Ｗがエンジン回転数に応じたフル出力の状態（１００％出力）から設定値Ｗf（Ｗ＞Ｗf）まで時定数τ1で低下するように制御する。例えば、車速７ｋｍ／ｈから０．２Ｇの減速度で減速している場合、約１秒間で発電量を１００％から５０％に減少させる。具体的には、発電量１００％の状態で設定されているオルタネータ４の目標電圧を、発電量５０％に相当する電圧となるよう、オルタネータ４の励磁コイルの通電電流をデューティ制御する等して時定数τ1で徐々に低下させる。

次に、ステップＳ５へ進み、車速Ｖが０になったか否か（車両が停止したか否か）を調べる。Ｖ≠０で車両が停止していない場合には、ステップＳ６でオルタネータ４の発電量Ｗが設定値Ｗf以下に低下したか否かを調べる。そして、Ｗ＞Ｗfの場合には一旦本処理を抜けてアイドルストップ条件が成立する限り発電量を減少させる制御（ステップＳ４）を続行し、一方、Ｗ≦Ｗfの場合、ステップＳ６からステップＳ７へ進んで発電制御値を現在の値に維持する。すなわち、渋滞等により車両が停止せず、設定車速Ｖset（例えば、７ｋｍ／ｈ）以下の車速でダラダラと走行している場合、オルタネータ４の発電量を設定値（例えば、５０％）まで徐々に下げて維持する。

その後、ステップＳ５において車両が停止し、Ｖ＝０になると、ステップＳ５からステップＳ８へ進み、オルタネータ４の発電量を、設定値Ｗfから０まで減少させる制御（第２発電制御）を行う。この第２発電制御では、車両が停止した後のエンジン停止までの遅れ時間を考慮し、図５に示すように、エンジン停止遅れ時間に相当する時定数τ2を持って発電量が０になるように制御する。

次に、ステップＳ９へ進み、クランク角センサ１５からの信号等に基づいてエンジンが停止したか否かを調べる。そして、エンジンが未だ停止していないときには、ステップＳ７で現在の発電制御値を維持し、エンジンが停止したとき、本処理を終了する。

このように、本実施の形態におけるアイドルストップによる車両停止時の発電制御処理では、車両が停止する前に、第１発電停止制御によりオルタネータ４の発電量を設定値まで時定数τ1で徐々に減少させ、その後、車両が停止したとき、エンジンが停止するまで第２発電停止制御により発電量を時定数τ2で設定値から０まで徐々に減少させるので、バッテリ電圧が急激に低下することなく緩やかに低下し、ブレーキランプやヘッドライト、イルミネーション等の輝度、ワイパーの払拭速度等が緩やかに低下する。

従って、従来のように、車両停止によるエンジン停止と同時にオルタネータの発電を停止してバッテリ電圧が急激に低下し、ブレーキランプやヘッドライト、イルミネーション等の輝度、ワイパーの払拭速度等が急激に低下してドライバに不快感や違和感を与えるといった事態を避けることができ、車両品質の向上を図ることができる。

次に、エンジン再始動時の発電制御処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。

このエンジン再始動時の発電制御処理では、最初のステップＳ１１において、アイドルストップ制御実行中であることを示すＩＳＳフラグＦ３がセット（Ｆ３＝１）されているか否かを調べる。ＩＳＳフラグＦ３がセットされていない場合には、ステップＳ１４で通常の発電制御を行い、ＩＳＳフラグＦ３がセットされている場合、更に、ステップＳ１２でエンジン再始動フラグＦ４を参照する。

エンジン再始動フラグＦ４は、アイドルストップによるエンジン停止中にドライバがアクセルを操作する等して発進操作したときにセット（Ｆ４＝１）されるフラグであり、Ｆ４＝０のときには、ステップＳ１４で通常の発電制御を行い、Ｆ４＝１のとき、ステップＳ１３でアイドルストップからのエンジン再始動に対応する発電制御を行う。このアイドルストップからのエンジン再始動に対応する発電制御は、従来のようにエンジン再始動完了と共にオルタネータをフル発電させてバッテリ電圧を急激に上昇させることなく、急激なバッテリ電圧の上昇を抑制する発電制御である。

すなわち、図７に示すように、エンジン再始動終了直後はオルタネータ４の発電量０％とし、その後、発電量を０％から徐々に上げて行き、設定時間Ｔset（例えば５秒）後に、発電量がエンジン回転数に応じたフル出力の１００％になるように制御する。これにより、アイドルストップによるエンジン停止中（オルタネータ発電停止中）も電源オンの状態である電装品に供給される電源電圧の急上昇を防止することができ、車室内のイルミネーションの点灯輝度が急激に上昇するといったことがない。

以上のように、本実施の形態においては、アイドルストップによるエンジン停止及び再始動時にオルタネータの発電制御を行い、急激なバッテリ電圧の変化による照明の輝度変化やワイパの払拭速度の変化を抑制する。これにより、ドライバに違和感や不快感を与えることがなく、商品性の低下を防止することができる。

１ エンジン
４ オルタネータ
６ バッテリ
２０ アイドルストップ制御ユニット
２１ 第１発電停止制御部
２２ 第２発電停止制御部
２３ 発電開始制御部
Ｖ 車速
Ｖset 設定車速
τ1 時定数
τ2 時定数

Claims (4)

1. エンジンの回転駆動力によって発電し、電装品への電源供給及びバッテリへの充電を行う発電機を備え、アイドルストップによりエンジンを自動的に停止させると共に走行再開時にエンジンを自動的に再始動させる車両の発電制御装置であって、
   アイドルストップを実行可能な状態下で車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間に上記発電機の発電量が設定値まで減少するよう制御する第１発電制御部と、
   車両停止後にエンジンが自動停止するまでの間、上記発電機の発電量が上記設定値から減少するよう制御する第２発電制御部とを備え、
   上記第１発電制御部は、上記発電機の発電量が車両の車速と減速度に基づいて設定した時定数を持って上記設定値まで減少するよう制御することを特徴とする車両の発電制御装置。
2. エンジンの回転駆動力によって発電し、電装品への電源供給及びバッテリへの充電を行う発電機を備え、アイドルストップによりエンジンを自動的に停止させると共に走行再開時にエンジンを自動的に再始動させる車両の発電制御装置であって、
   アイドルストップを実行可能な状態下で車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間に上記発電機の発電量が設定値まで減少するよう制御する第１発電制御部と、
   車両停止後にエンジンが自動停止するまでの間、上記発電機の発電量が上記設定値から減少するよう制御する第２発電制御部とを備え、
   上記第２発電制御部は、上記発電機の発電量がエンジン停止までの遅れ時間を考慮した時定数を持って上記設定値から減少するよう制御することを特徴とする車両の発電制御装置。
3. エンジンの回転駆動力によって発電し、電装品への電源供給及びバッテリへの充電を行う発電機を備え、アイドルストップによりエンジンを自動的に停止させると共に走行再開時にエンジンを自動的に再始動させる車両の発電制御装置であって、
   アイドルストップを実行可能な状態下で車速が設定車速以下に低下したとき、車両が停止するまでの間に上記発電機の発電量が設定値まで減少するよう制御する第１発電制御部と、
   車両停止後にエンジンが自動停止するまでの間、上記発電機の発電量が上記設定値から減少するよう制御する第２発電制御部とを備え、
   上記第１発電制御部は、上記発電機の発電量が車両の車速と減速度に基づいて設定した時定数を持って上記設定値まで減少するよう制御し、
   上記第２発電制御部は、上記発電機の発電量がエンジン停止までの遅れ時間を考慮した時定数を持って上記設定値から減少するよう制御することを特徴とする車両の発電制御装置。
4. アイドルストップによるエンジンの自動停止から再始動するとき、エンジン再始動直後の上記発電機の発電量を０として設定時間後に上記発電機の発電量がエンジン回転数に応じた出力となるように制御する発電開始制御部を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の車両の発電制御装置。

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