JP5645024B2 - 外気温推定装置 - Google Patents

Description

本発明は外気温推定装置に関する。

従来、外気温を直接検出することなく外気温を推定することができるように、車両に外気温推定装置を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。外気温推定装置は、車両に通常設けられている各種センサを用いて外気温を推定するものであり、特許文献１では、エンジンの吸気温に基づいて外気温を推定している。推定された外気温は、例えばエアコンのコンプレッサーの駆動状態を変化させるために利用される。

特開２０００−２９１４７８号公報

このような特許文献１に記載された発明では、外気温を検出するための検出手段を設けることなく、車両に通常設けられている各種センサに基づいて外気温を推定していることから、車両の製造コストを削減することができる。

しかしながら、このような外気温推定装置では、例えば上り坂において車速が低速であってもエンジン負荷が大きい場合には、エンジンルーム内の温度が高くなるので正確に外気温を推定することができない。正確に外気温を推定することができないと、例えば推定された外気温値をエアコンの駆動に利用する場合には、暖房性能が低下してしまうなどの不都合が生じる場合が考えられる。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、正確に外気温を推定することができる外気温推定装置を提供しようとするものである。

本発明の外気温推定装置は、エンジンの冷却水の水温を検出する水温検出手段と、エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記水温と前記吸気温との温度差を算出し、該温度差が所定値以下であるかどうかを判定する第１判定手段と、前記水温が設定温度以下であるかどうかを判定する第２判定手段と、前記温度差が所定値以下であると共に前記水温が設定温度以下である場合には、検出された前記吸気温を初期外気温として取得する外気温取得手段と、検出された前記吸気温、前記車速及び前記エンジン負荷に基づいて推定外気温値を推定式から算出し、該推定外気温値に基づいて、外気温としての演算推定値を推定する外気温推定手段と、を備え、前記外気温推定手段は、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得したときには、前記初期外気温と前記推定外気温値とにより前記演算推定値を推定し、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得しないときには、前回推定した演算推定値と前記推定外気温値とにより次回の演算推定値を推定することを特徴とする。

本発明では、検出された前記吸気温、前記車速及び前記エンジン負荷に基づいて推定外気温値を推定式から算出する外気温推定手段を備えることで、正確に外気温を推定することができる。さらに、この場合に前記温度差が所定値以下であると共に前記水温が設定温度以下である場合には、吸気温を初期外気温として取得する外気温取得手段を備えていることで、より正確に外気温を推定することが可能である。

前記外気温推定手段は、前記推定外気温値を所定時間毎に求めると共に、複数回の該推定外気温値の平均値である推定平均値を求め、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得しないときには、前記推定平均値と、前回推定した前記演算推定値との差が閾値よりも大きいと、前回推定した演算推定値に第１所定値を加算又は減算することで次回の演算推定値を推定することが好ましい。このように平均値を求めることで、さらに推定値の誤差を減少させると共に、この推定値をさらに前回推定した外気温値と比較し調整することで、より正確に外気温を推定することが可能である。

前記外気温推定手段は、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得しないときには、前記推定平均値と、前回推定した前記演算推定値との差が閾値以下であると、前記第１所定値よりも小さい第２所定値を前回推定した演算推定値に加算又は減算することで次回の演算推定値を推定することが好ましい。このように平均値を求めることで、さらに推定値の誤差を減少させると共に、この推定値をさらに前回推定した外気温値と比較し調整することで、より正確に外気温を推定することが可能である。

本発明の外気温推定装置によれば、正確に外気温を推定することができるという優れた効果を奏し得る。

外気温推定装置を説明するためのブロック図。 外気温推定装置による外気温推定の工程を示すフローチャート。

本発明の外気温推定装置について、図１を用いて説明する。

図１に示すように、車両Ｉには、エンジン１が設けられている。エンジン１の吸気管２の上流側には、吸気の温度を検出する吸気温センサ（吸気温検出手段）２１と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサ（吸気圧検出手段）２２が設けられている。

エンジン１の排気管３には、図示しない排気浄化装置が設けられている。また、エンジン１には、エンジン１を冷却するための冷却水が循環する冷却装置４が設けられている。冷却装置４には、冷却水の温度を検出する水温センサ（水温検出手段）２３が設けられている。

車両Ｉには、さらに車速を検出するための車速センサ（車速検出手段）２４が設けられていると共に、エンジン１にエンジン回転数を検出する回転数センサ（回転数検出手段）２５が設けられている。

また、車両Ｉには、車両Ｉの外気温を推定する外気温推定装置１０が設けられている。外気温推定装置１０は、本実施形態では、車両の統合制御を行うＥＣＵ５に設けられている。外気温推定装置１０は、上述した各センサからの検出値がＥＣＵ５内に入力されるので、これらの吸気温、車速、エンジン回転数及び吸気圧を取得して推定式から車両の走行状態及びエンジン１の負荷状態を検出し、これに基づいて車両Ｉの外気温を推定する。即ち、各センサからの検出値は通常車両の走行を制御するために用いられているものであり、本実施形態では、これらの通常用いられる検出値を用いて外気温を推定することで、外気温センサを設けず新たに部品を追加することなく外気温を正確に推定することができる。そして、推定された外気温値は、例えばエアコンコンプレッサ３１に送出されて省エネ制御に用いられ、また、ＣＶＴ３２に送出されてクリップ制御に用いられたりする。外気温推定装置１０について以下具体的に説明する。

外気温推定装置１０は、詳しくは後述する第１判定部１１と、第２判定部１２と、外気温取得部１３と、外気温推定部１４とを備える。外気温推定装置１０は、エンジンスタート時（イグニッションスイッチオン時）に作動を開始する。外気温推定装置１０が作動を開始すると、まず、第１判定部１１及び第２判定部１２が作動する。

第１判定部１１と第２判定部１２とは、それぞれ、外気温の推定を行う際に、吸気温を外気温と推定してもよいかどうかを判定するために設けられている。

第１判定部１１は、前記冷却水温と前記吸気温との温度差を算出し、該温度差の絶対値が所定値（例えば１０℃）以下であるかどうかを判定する。即ち、第１判定部１１は、冷却水温と吸気温との差の絶対値が所定値以下であるかどうかを判定することにより、車両が冷態であるかどうかを判定する。即ち、エンジンの冷却水温と吸気温との差が所定値以下であれば、エンジンが冷態状態であることが分かる。このような冷態状態である場合には、後述するように吸気温を外気温として取得することができる。

また、エンジンスタート時に、第２判定部１２は、冷却水温が設定温度（例えば５０℃）以下であるかどうかを判定する。冷却水温が設定温度以下である場合とは、つまりエンジンが冷態状態である場合である。冷却水温が設定温度以下であれば、エンジンが冷態状態であると判定できる。例えば走行中に上り坂が続くと、エンジン負荷が高まって冷却水の温度が上昇すると共に吸気温も上昇することが考えられるが、この場合にはエンジンが冷態状態ではなくても冷却水の水温と吸気温との差が小さいので、第１判定部１１のみが設けられている場合にはエンジンが冷態状態であると判断してしまい、高い吸気温を外気温として取得してしまう。そこで、本実施形態においては、第１判定部１１だけでなく第２判定部１２を設け、車両が冷態であるかどうかをより正確に判断しているのである。即ち、本実施形態では、例えば走行中に上り坂が続きエンジン負荷が高まって冷却水の温度が上昇すると共に吸気温も上昇した場合には、第２判定部１２により判定される条件により、吸気温を外気温と推定しないので、より正確に外気温を推定することができる。

このように、本実施形態では、第１判定部１１及び第２判定部１２により、外気温の推定を行う際に、車両が冷態であるかどうかをより正確に判定し、その判定結果から吸気温を外気温と推定してもよいかどうかを判定することができる。

第１判定部１１及び第２判定部１２により、エンジンの冷却水温と吸気温との差が所定値以下であり、かつ、冷却水温が設定温度以下である場合との判定結果を得た場合には、吸気温を外気温とみなすことができるため、外気温取得部１３は、吸気温を初期外気温値として取得する。このように、吸気温を外気温とみなすことができるかどうかの判定基準を厳しく設けることで初期外気温値の設定をより正確に行うことができ、その結果、この初期外気温値を用いて外気温値を正確に推定することができる。

外気温取得部１３は、エンジン１の冷却水温と吸気温との差が所定値よりも大きいか、又は、冷却水温が設定温度より高い場合には、外気温取得部１３は、前回（即ちイグニッションオフ時に）記録した演算推定値を初期外気温値として取得する。外気温取得部１３は、取得した初期外気温値を演算推定値として外気温推定部１４に送出する。

外気温推定部１４は、この演算推定値を取得すると、初めに、車速が所定の速度となっているかどうかを判定する。所定範囲（例えば２０ｋｍ／ｈ≦車速＜１５０ｋｍ／ｈ）内に車速が含まれている場合には、エンジン１が過度に加熱されていないので、以下の外気温推定を正確に行うことが可能である。

外気温推定部は、車速が所定の速度である場合には、現在の検出値に基づいて外気温推定を行う。なお、外気温推定部は複数回この外気温推定を行って、その平均値を算出する。

外気温推定部は、各センサから取得した値を以下の推定式（１）に代入して、推定外気温値Ｔｆを導出する。即ち、各センサからは、常にセンサの検出値が外気温推定部に入力されているので、この検出値を入力して推定式（１）から推定外気温値Ｔｆを求めることができる。なお、下記推定式（１）において、Ｔｉは吸気温、Ｖは車速、Ｎｅがエンジン回転数、Ｐｉは吸気圧である。また、以下の推定式（１）の各定数ａ〜ｈは重回帰分析により得られたものであり、各定数ａ〜ｈは車種毎に異なるものである。

このように推定式（１）により推定外気温値を求めることで、エンジン負荷についても考慮して、より正確に外気温を推定することができる。即ち、エンジン負荷について考慮しないとすれば、走行中に上り坂が続く場合にエンジンに負荷がかかって吸気温も外気温よりも高くなってしまう場合もあり、このような場合には、外気温推定に誤差が生じやすい。そこで、本実施形態では、エンジン負荷についても考慮すべく、エンジン回転数及び吸気圧についても検出値を利用して外気温推定を行っている。

また、これらの変数についてのマップにより外気温推定を行うことも考えられるが、このようにエンジン負荷についても考慮するとすれば、変数が多く、マップでの処理が難しく、他方で変数が多いままでマップでの処理を簡易にしようとすれば、誤差が生じやすくなってしまう。従って、本実施形態のように外気温を重回帰分析で得られた車種毎の変数に基づいた推定式（１）により推定することが好ましいのである。

外気温推定部は、所定回数（例えば６０回）の外気温推定を行うと、推定外気温値の平均値を算出する。これにより、所定回数における推定外気温値の平均である平均推定値を得ることができる。

そして、外気温推定部は、平均推定値と演算推定値との差を算出してその差が所定値以下であるかどうかを判定する。その差が所定値以下である場合には、平均推定値と演算推定値とは誤差が少ないので、平均推定値の方が演算推定値よりも小さい場合には演算推定値から０．２５減算した値を演算推定値とする。平均推定値の方が演算推定値よりも大きい場合には、演算推定値に０．２５加算した値を演算推定値とする。

他方で、外気温推定部は、その差が所定値よりも大きい場合には、平均推定値の方が演算推定値よりも小さい場合には演算推定値から０．５減算した値を演算推定値とする。平均推定値の方が演算推定値よりも大きい場合には、演算推定値に０．５加算した値を演算推定値とする。

このようにして、平均推定値と演算推定値との差を算出し、この差が所定値よりも大きいか否かにより演算推定値を調整することで、より外気温を正確に推定することができる。

その後、外気温推定部は、記録する。この記録された演算推定値は、次回の演算時に利用される。そして、外気温推定部は、この演算推定値を外気温値として例えば車載のエアコンに出力する。

このように、推定式に基づいて、エンジン負荷も考慮して推定外気温値を算出することで、より正確に外気温値を推定することができる。この場合に、さらに推定値の平均値を算出することで、より正確に外気温値を推定することができる。

その後、外気温推定部１４は、演算推定値を記録する。この演算推定値は、次回の演算時に利用される。そして、外気温推定部１４は、この演算推定値を例えば車載のエアコンに出力する。外気温推定装置１０は、イグニッションオフ時までこのような外気温の推定を続ける。

このように、エンジン負荷も考慮した推定式に基づいて、推定外気温値を算出することで、正確に外気温値を推定することができる。この場合に、さらに推定外気温値の平均値を算出することで、より正確に外気温値を推定することができる。

本実施形態の外気温推定装置による外気温推定方法について以下フローチャートを用いて説明する。

初めに、エンジンがスタート、即ちイグニッションオンとなると、外気温推定装置が作動して制御が開始され、ステップＳ１に進む。

ステップＳ１では、第１判定部と第２判定部とが車両が冷態であるかどうか、即ち冷却水温と吸気温との温度差の絶対値が所定値以下であるかどうか、かつ、冷却水温が設定温度以下であるかどうかを判定する。そして、冷却水温と吸気温との差の絶対値が所定値以下であり、かつ、冷却水温が設定温度以下である場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。冷却水温と吸気温との差の絶対値が所定値より大きく、かつ、冷却水温が設定温度より高い場合、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ２では、外気温取得部が、吸気温を演算推定値として取得する。ステップＳ４へ進む。

ステップＳ３では、外気温取得部が、前回記録された演算推定値を演算推定値として取得する。ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、外気温推定部が、車速が所定範囲内にあるかどうかを判定する。車速が所定範囲内にあると判定した場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。車速が所定範囲内にないと判定した場合には（ＮＯ）、詳しくは後述するステップＳ１４へ進む。

ステップＳ５以下では、外気温推定部が、車速が所定範囲内にあることから、外気温の推定を行う。まず、外気温推定部が、ステップＳ５では、カウントｎに１を加算する。ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、外気温推定部が、センサからの検出値に基づいてカウントｎ時における外気温を上述した推定式（１）に従って算出し、カウントｎ―１時における推定外気温値に加算する。即ち、外気温推定部により算出された推定外気温値は、積算されていく。ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、外気温推定部が、カウントｎがＮとなっているか、即ち満カウントとなっているかどうかを判定する。ｎ＝Ｎである場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。ｎ＝Ｎではない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ８では、外気温推定部が、推定外気温値をＮで除算することで、平均推定値を算出する。ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、外気温推定部が、平均推定値と、演算推定値との差の絶対値が所定値以下であるかどうかを判定する。所定値以下である場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１０へ進む。所定値よりも大きい場合には（ＮＯ）、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１０では、外気温推定部が、平均推定値よりも演算推定値が大きいかどうかを判定する。演算推定値が大きい場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１２へ進み、演算推定値から０．２５を減ずる。平均推定値が大きい場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３へ進み、演算推定値に０．２５を加算する。ステップＳ１２、Ｓ１３の処理が終了すると、カウントを０に戻し、共にステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１１では、外気温推定部が、平均推定値よりも演算推定値が大きいかどうかを判定する。演算推定値が大きい場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１５へ進み、演算推定値から０．５を減ずる。平均推定値が大きい場合には（ＮＯ）、ステップＳ１６へ進み、演算推定値に０．５を加算する。ステップＳ１５、Ｓ１６の処理が終了すると、カウントを０に戻し、共にステップＳ１４へ進む。これらのステップＳ１２、１３、１５、１６のいずれかに該当することで、外気温推定部は、正確な外気温となる演算推定値を得ることができる。

ステップＳ１４では、外気温推定部が、算出された演算推定値を記録する。ステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１７では、外気温推定部は、得られた演算推定値を出力する。

その後、処理はステップＳ４へ戻り、イグニッションオフとなるまで連続して処理が行われる。

このように、本実施形態では、外気温推定部が、第１判定部及び第２判定部により判定を行うことで、より正確に吸気温を演算に用いることができる場合を判定することができる。また、推定式（１）を用いることで、正確に外気温を推定することができる。さらに、この推定された推定外気温値を平均して、外気温推定値の誤差を平坦化し、この値と演算推定値との差に応じて外気温推定値を補正することができるので、より正確に外気温を推定することができる。

例えば、冷態状態の車両がイグニッションオン、即ちコールドスタートすると、ステップＳ１での判定を満たす（ＹＥＳ）場合には、吸気温を演算推定値として取得する（ステップＳ２）。取得した演算推定値は、外気温推定部に送出される。外気温推定部では、車速が所定の範囲内にあるかどうかを判断し（ステップＳ４）、範囲内にあれば（ＹＥＳ）、カウントを１増加させる（ステップＳ５）。これにより、カウントｎは１となる。そして、推定式（１）により、外気温を推定する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ７に進むと、ｎ＝１でありｎ＝Ｎではないので、ステップＳ１４に進み、演算推定値が記録され、この値を車両の所定の機器に出力する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ４に戻り、車速が所定の範囲内にあるかどうかを判断し、範囲内にあれば（ＹＥＳ）、カウントを１増加させる（ステップＳ５）。これにより、カウントｎは２となる。そして、推定式（１）により、外気温を推定し、カウントｎが１である時の値に推定外気温値を加算したものをカウントｎ＝２である場合の推定外気温値として記録する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ７に進むと、ｎ＝２でありｎ＝Ｎではないので、ステップＳ１４に進み、演算推定値が記録され、この値を車両の所定の機器に出力する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ４に戻る。これをｎ＝Ｎ―１となるまで続け、再度ステップＳ４に戻る。

ステップＳ４に戻り、車速が所定の範囲内にあるかどうかを判断し、範囲内にあれば（ＹＥＳ）、カウントを１増加させる（ステップＳ５）。これにより、カウントｎはＮとなる。そして、推定式（１）により、外気温を推定し、カウントｎがＮ−１である時の値に推定外気温値を加算したものをカウントｎ＝Ｎである場合の推定外気温値として記録する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ７に進むと、ｎ＝Ｎであるので、ステップＳ８に進む。ステップＳ８で、積算された推定外気温値をＮで除算して、平均推定値を得る。得られた平均推定値と、演算推定値との差を算出し、この差が所定範囲内にあるかどうかを判定する（ステップＳ９）。差が所定範囲内にある場合には（ＹＥＳ）、さらに平均推定値と演算推定値の大小関係を判定し（ステップＳ１０）、演算推定値が平均推定値よりも大きければ、演算推定値から０．２５を引算して、演算推定値とし、カウントを０に戻す（ステップＳ１２）。その後、この演算推定値を記録し（ステップＳ１４）、この値を車両の所定の機器に出力する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ４に戻り、車速が所定の範囲内にあるかどうかを判断し、範囲内にあれば（ＹＥＳ）、カウントを１増加させる（ステップＳ５）。これにより、カウントｎは１となり、以下、同様に外気温の推定を行う。

このようにして、外気温推定値を車両の走行状態とエンジンの負荷状態に応じて算出することで、より正確に外気温推定値を算出することができる。この場合に、最初の外気温推定においては、車両が冷態状態にあるかどうかを正確に判定したうえで、外気温推定の初期値として吸気温を演算推定値として取得することで、コールドスタート時においても正確に外気温を取得することができる。さらに、平均値を求めることで、より推定式（１）により算出された推定外気温値の誤差を減少させ、より正確に外気温推定値を算出することができる。

上述した実施形態では、外気温推定部によりステップＳ１２、Ｓ１３で演算推定値に加算又は減算した値が０．２５であり、ステップＳ１５、Ｓ１６で演算推定値に加算又は減算した値が０．５であったが、これに限定されない。ステップＳ１２、Ｓ１３で演算推定値に加算又は減算した値がステップＳ１５、Ｓ１６で演算推定値に加算又は減算した値よりも小さく、かつ、誤差を生じさせないような値であればよい。

上述した実施形態では、外気温推定部１４は、外気温取得部１３から判定結果が送出されるとすぐに外気温推定を行うように構成したが、これに限定されない。例えば、所定時間（例えば３００秒）経過するまでは外気温推定を行わないように構成してもよい。

上述した実施形態では、エンジン負荷として、エンジン回転数及び吸気圧を検出したが、これに限定されない。エンジン回転数、又は吸気圧のみを検出するように構成してもよい。

１ エンジン
２ 吸気管
３ 排気管
４ 冷却装置
１０ 外気温推定装置
１１ 第１判定部
１２ 第２判定部
１３ 外気温取得部
１４ 外気温推定部
２１ 吸気温センサ
２２ 吸気圧センサ
２３ 水温センサ
２４ 車速センサ
２５ 回転数センサ
３１ エアコンコンプレッサ
３２ ＣＶＴ
Ｉ 車両

Claims (3)

1. エンジンの冷却水の水温を検出する水温検出手段と、
   エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、
   エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記水温と前記吸気温との温度差を算出し、該温度差が所定値以下であるかどうかを判定する第１判定手段と、
   前記水温が設定温度以下であるかどうかを判定する第２判定手段と、
   前記温度差が所定値以下であると共に前記水温が設定温度以下である場合には、検出された前記吸気温を初期外気温として取得する外気温取得手段と、
   検出された前記吸気温、前記車速及び前記エンジン負荷に基づいて推定外気温値を推定式から算出し、該推定外気温値に基づいて、外気温としての演算推定値を推定する外気温推定手段と、を備え、
   前記外気温推定手段は、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得したときには、前記初期外気温と前記推定外気温値とにより前記演算推定値を推定し、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得しないときには、前回推定した演算推定値と前記推定外気温値とにより次回の演算推定値を推定することを特徴とする外気温推定手段。
2. 前記外気温推定手段は、前記推定外気温値を所定時間毎に求めると共に、複数回の該推定外気温値の平均値である推定平均値を求め、
   前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得しないときには、前記推定平均値と、前回推定した前記演算推定値との差が閾値よりも大きいと、前回推定した演算推定値に第１所定値を加算又は減算することで次回の演算推定値を推定することを特徴とする請求項１に記載の外気温推定装置。
3. 前記外気温推定手段は、前記外気温取得手段が前記吸気温を前記初期外気温として取得しないときには、前記推定平均値と、前回推定した前記演算推定値との差が閾値以下であると、前記第１所定値よりも小さい第２所定値を前回推定した演算推定値に加算又は減算することで次回の演算推定値を推定することを特徴とする請求項２に記載の外気温推定装置。

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