JP6350291B2

JP6350291B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP6350291B2
Application number: JP2015004216A
Authority: JP
Inventors: 竜也菊池
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: DE102016200113B4; DE102016200113A1; JP2016130054A

Description

本発明は、車両に搭載されたＩＳＧを制御する電子制御装置に関する。

特許文献１記載のように、燃費の改善などを目的として、車両の走行中に内燃機関を停止させ、内燃機関と変速機との間に設けられたクラッチ装置を遮断して車両を惰性走行モードで走行させる技術が知られている。

また、他方で、運転者の減速要求に対してより効率の良いブレーキ操作が実施されるように、種々の技術が知られている。例えば、特許文献２には、減速時の燃料カットの有無に基づいてモータージェネレータによる回生の実施有無を判定する技術が記載されている。また、特許文献３には、排気ブレーキ機能と回生発電機能を有するハイブリッド車において、回生エネルギーの確保を効率良く行う目的で両機能をバランスよく実施する技術が記載されている。

特開２０１１−２１９０８７号公報特開２００５−１０２３６５号公報特開２００１−３０９５０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような惰性走行モードを有する車両において、惰性走行時における減速要求に対する制動制御は、エネルギー効率が十分なものでない。

例えば、特許文献１記載の車両の動作方法では、惰性走行中に減速要求がされると、直ちに内燃機関が復帰する。この場合、内燃機関の復帰に係るエネルギーと減速に係る回生エネルギーとの収支がマイナス収支となり、惰性走行がかえって燃費の悪化につながる虞がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、惰性走行中における減速要求に対して、よりエネルギー効率の良い制御を実施することのできる電子制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、走行中に内燃機関（２０）と駆動輪（４０）とを遮断状態とした上で内燃機関を停止させて惰性走行する惰性走行モードを有する車両（１００）に搭載され、内燃機関と、内燃機関により駆動されて発電する発電機としての機能と内燃機関を始動させる電動機としての機能とを有する電動発電機（３０）と、を制御するための電子制御装置であって、惰性走行モードにおいて、ユーザーから減速が要求された場合に、内燃機関の始動要否判断を行う要否判断部（１２）を備える。

これによれば、惰性走行時の減速要求に対して、無条件で内燃機関を始動させることなく、要否判断部が内燃機関の始動の要否を判断することができる。このため、内燃機関は、要求される性能を実現可能な条件で始動されるように構成することができる。

とくに、この電子制御装置は、内燃機関を始動させて駆動輪と係合させるための消費エネルギーを推定する消費エネルギー推定部（１３）と、内燃機関と駆動輪との係合によって電動発電機において回生される回生エネルギーを推定する回生エネルギー推定部（１４）と、を備え、要否判断部は、回生エネルギーが消費エネルギーを上回ることを条件に、内燃機関を始動して内燃機関と駆動輪とを係合させ、前記電動発電機による回生を行うように構成されている。

これによれば、内燃機関の復帰に係るエネルギーと減速に係る回生エネルギーとの収支がプラスとなる条件で内燃機関が始動される。このため、減速時の燃費の悪化を抑制することができる。

第１実施形態にかかる電子制御装置およびその周辺装置の概略構成を示すブロック図である。電子制御装置の具体的な構成を示すブロック図である。電子制御装置の動作を示すフローチャートである。消費エネルギーの推定動作を示すフローチャートである。回生エネルギーの推定動作を示すフローチャートである。回生ブレーキが選択される場合のタイミングチャートの一例を示す図である。機械的ブレーキが選択される場合のタイミングチャートの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る電子制御装置およびその周辺装置の概略構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態における電子制御装置１０は車両１００に搭載され、内燃機関たるエンジン２０、モータージェネレータ３０、変速機５０、クラッチ機構６０およびブレーキペダル７０に通信可能に接続されている。電子制御装置１０は、車両１００の状態に基づいて、少なくともエンジン２０、モータージェネレータ３０、変速機５０およびクラッチ機構６０の動作を制御している。詳しい構成については後述する。

エンジン２０は駆動輪４０を回転させるための駆動源である。エンジン２０は変速機５０を介して駆動輪４０に機械的に接続されている。変速機５０は、クラッチ機構６０を介してエンジン２０に接続されている。クラッチ機構６０は、エンジン２０の回転運動を変駆動輪４０に伝達、あるいは遮断するための機構である。回転運動を伝達する場合には、クラッチ機構６０がエンジン２０と駆動輪４０とを係合させ、変速機５０により規定されるギア比に対応したトルクが駆動輪４０に伝達されるようになっている。

モータージェネレータ３０は、ベルト２１を介してエンジン２０に接続されている。エンジン２０が駆動するとその回転運動がモータージェネレータ３０に伝達される。モータージェネレータ３０はエンジン２０の回転により発電する発電機として機能する。また、モータージェネレータ３０は、エンジン２０の始動に際して、モータージェネレータ３０の回転運動をエンジン２０に伝達して始動させるスターターとしても機能する。このように、本実施形態におけるモータージェネレータ３０は、いわゆるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を構成し、特許請求の範囲における電動発電機に相当する。

また、車両１００には、車両１００の減速を指示するためのブレーキペダル７０が設けられている。ブレーキペダル７０はユーザーによる減速要求が入力される要素である。ユーザーの減速要求に対するブレーキ動作として、本実施形態における車両１００は、機械的ブレーキおよび回生ブレーキの、２つの動作を有している。

機械的ブレーキは、駆動輪４０を構成するブレーキロータとブレーキキャリパとの間の摩擦力を利用するディスクブレーキであり、車両１００の運動エネルギーは摩擦によって生じる熱エネルギーとして外部に放出される。なお、機械的ブレーキはディスクブレーキに限定されることはなく、例えばドラムブレーキを採用してもよい。

一方、回生ブレーキは、駆動輪４０の回転がエンジン２０およびベルト２１を経由してモータージェネレータ３０に伝達されることによって発電が行われる電気的ブレーキである。回生ブレーキでは、車両１００の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて図示しないバッテリに蓄電される。

電子制御装置１０は、図２に示すように、主制御部１１と、要否判断部１２と、消費エネルギー推定部１３と、回生エネルギー推定部１４と、を備えている。

主制御部１１は、エンジン２０、モータージェネレータ３０、変速機５０、クラッチ機構６０、ブレーキペダル７０、および、車両１００の各所に設けられ車両１００の状態を検出する各種センサ８０と、通信可能に接続されている。主制御部１１は、各種センサ８０により取得された車両１００の状態に基づいて、エンジン２０の燃料噴射や、エンジン２０とモータージェネレータ３０との間の回転運動の相互伝達、変速機５０によるギア比の設定、クラッチ機構６０による駆動力の伝達有無、などを制御している。

要否判断部１２は、主制御部１１に接続され、ユーザーの減速要求と車両１００の状態とに基づいて停止されたエンジン２０の再始動の要否を判断する。

消費エネルギー推定部１３は、停止したエンジン２０を始動させて駆動輪４０と係合させるための消費エネルギーを推定する。

回生エネルギー推定部１４は、エンジン２０と駆動輪４０との係合によってモータージェネレータ３０において回生される回生エネルギーを推定する。

次に、図３〜図５を参照して、本実施形態における電子制御装置１０、とくに要否判断部１２、消費エネルギー推定部１３および回生エネルギー推定部１４の具体的な動作について説明する。

まず、図３に示すように、ステップＳ１が実行される。ステップＳ１は、主制御部１１が車両１００の走行モードを判定するステップである。車両１００がある速度をもって移動しており、且つ、クラッチ機構６０がエンジン２０と、変速機５０ひいては駆動輪４０と、を遮断状態とし、さらに、エンジン２０が停止した状態である場合、主制御部１１は、車両１００が惰性走行モードにあると判断して、本ステップをＹＥＳ判定とする。ステップＳ１がＹＥＳ判定の場合はステップＳ２に進む。一方、ＮＯ判定の場合は本制御フローを終了する。

ステップＳ２は、主制御部１１が、ユーザーからの減速要求の有無を判定するステップである。減速要求は、ユーザーによってブレーキペダル７０が踏まれることをトリガーとして、主制御部１１に入力される。ユーザーからの減速の要求があった場合には本ステップはＹＥＳ判定となり、ステップＳ３に進む。一方、減速要求がない場合はステップＳ１に戻る。すなわち、主制御部１１は、減速の要求があるまで、車両１００が惰性走行モードを継続しているか否かを監視し続ける。

ステップＳ３は、消費エネルギー推定部１３が消費エネルギーＥ⁻を推定するステップである。ステップＳ３においては、消費エネルギー推定部１３が図４に示すフローに従って消費エネルギーＥ⁻を推定する。

消費エネルギー推定部１３は、図４に示すように、まずステップＳ３１を実行する。主制御部１１は、エンジン２０に設置された回転角センサにより検出されるエンジン２０の回転数Ｎｅを取得する。消費エネルギー推定部１３は、主制御部１１からエンジン２０の回転数Ｎｅの情報を取得する。回転数Ｎｅは、エンジン２０が停止した直後であって慣性で回転している状態ではゼロより大きな値をとるが、エンジン２０の停止から十分長い時間が経過している場合はゼロとなっている。

次いで、消費エネルギー推定部１３はステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２は、クラッチ機構６０がエンジン２０と駆動輪４０とをスムーズに係合するために、エンジン２０に要求される目標の回転数Ｎｔを、駆動輪４０の回転数に基づいて算出するステップである。目標の回転数Ｎｔは、駆動輪４０の回転数と変速機５０が規定するギア比に基づいて消費エネルギー推定部１３により算出される。

なお、ステップＳ３１とステップＳ３２の実行順は問わない。

次いで、消費エネルギー推定部１３はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３は、消費エネルギー推定部１３が、式Ｅ⁻＝ｋ_１（Ｎｔ−Ｎｅ）に基づいて消費エネルギーＥ⁻を算出するステップである。ここで、ｋ_１は個々のエンジン２０に固有の定数であり、回転数の増加に要するエネルギー量を表している。定数ｋ_１はエンジン２０の組み上げ後に測定されて個々の車両１００に対してそれぞれ設定されている。

ステップＳ３１〜Ｓ３３を経て、消費エネルギー推定部１３は消費エネルギーＥ⁻を推定する。そして、動作フローは図３に示すステップＳ４に進む。

ステップＳ４は、回生エネルギー推定部１４が回生エネルギーＥ^＋を推定するステップである。ステップＳ４においては、回生エネルギー推定部１４が図５に示すフローに従って回生エネルギーＥ^＋を推定する。

回生エネルギー推定部１４は、図５に示すように、まずステップＳ４１を実行する。主制御部１１はブレーキペダル７０に設置された回転角センサにより検出されるブレーキ操作量を取得する。そして、回生エネルギー推定部１４は、主制御部１１からブレーキ操作量を取得して、ブレーキ操作量に基づいた減速の加速度である要求減速度ａ_１を算出する。具体的には、ブレーキペダル７０の踏み込みが早く大きければ回生エネルギー推定部１４により算出される要求減速度ａ_１は大きくなる。

次いで、回生エネルギー推定部１４はステップＳ４２を実行する。ステップＳ４２は、回生エネルギー推定部１４が、エンジン２０と駆動輪４０とがクラッチ機構６０により係合された場合のエンジンブレーキによる減速度ａ_２を算出するステップである。なお、エンジンブレーキによる減速度ａ_２はエンジン２０の回転数に依存する。このため、エンジンブレーキ減速度ａ_２の算出にあたり、回生エネルギー推定部１４は、エンジン２０と駆動輪４０とがクラッチ機構６０により係合された場合の回転数Ｎｔを前もって取得しておき、回転数Ｎｔに基づいてエンジンブレーキ減速度ａ_２を算出する。本実施形態では、ステップＳ３を構成するステップＳ３２において回転数Ｎｔが算出されているので、この値を流用してもよい。

次いで、回生エネルギー推定部１４はステップＳ４３を実行する。ステップＳ４３は、回生エネルギー推定部１４が車両１００の車速ｖを取得するステップである。主制御部１１は車速センサにより検出された車速ｖの情報を回生エネルギー推定部１４に出力する。これにより、回生エネルギー推定部１４は車速ｖを取得することができる。

次いで、回生エネルギー推定部１４はステップＳ４４を実行する。ステップＳ４４は、回生エネルギー推定部１４が、エネルギーの回生に関与する減速度αを算出するステップである。回生エネルギー推定部１４は、式α＝ａ_１−ａ_２に基づいて、減速度αを算出する。

次いで、回生エネルギー推定部１４はステップＳ４５を実行する。ステップＳ４５は、回生エネルギー推定部１４が、エネルギーの回生に関与する減速時間τを算出するステップである。回生エネルギー推定部１４は、式τ＝ｖ／ａ_１に基づいて、減速時間τを算出する。

次いで、回生エネルギー推定部１４はステップＳ４６を実行する。ステップＳ４６は、回生エネルギー推定部１４が、式Ｆ＝ｋ_２αに基づいて回生可能トルクＦを算出するステップである。ここで、ｋ_２はギア比、車重、駆動輪４０の半径、など、車両１００を構成するシステムにより規定される定数であり、ステップＳ２において減速要求がされた際の車両１００の状態によって一意に決まる。

次いで、回生エネルギー推定部１４はステップＳ４７を実行する。ステップＳ４７は、回生エネルギー推定部１４が、式Ｅ^＋＝Ｆτに基づいて回生エネルギーＥ^＋を算出するステップである。なお、ステップＳ４６により計算される回生可能トルクＦが、車両１００に搭載されたモータージェネレータ３０における仕様上の最大トルクを上回る場合、Ｆは仕様上の最大トルクにクランプされる。

なお、各ステップＳ４１〜Ｓ４７の実行は、各ステップの実行に必要な物理量が以前のステップによって取得されていれば、その順番を問わない。

ステップＳ４１〜Ｓ４７を経て、回生エネルギー推定部１４は回生エネルギーＥ^＋を推定する。そして、動作フローは図３に示すステップＳ５に進む。

ステップＳ５は、要否判断部１２が、停止していたエンジン２０の再始動の要否を判断するステップである。具体的には、ステップＳ３により推定された消費エネルギーＥ⁻と、ステップＳ４により推定された回生エネルギーＥ^＋と、を比較する。そして、Ｅ^＋＞Ｅ⁻であれば本ステップはＹＥＳ判定となりステップＳ６に進む。すなわち、エンジン２０は再始動される。

ステップＳ６は、主制御部１１がエンジン２０を再始動するステップである。主制御部１１は、エンジン２０に対して再始動するよう指示し、その回転数を目標とする回転数Ｎｔに達するまで回転数を上昇させる。そして、主制御部１１は、クラッチ機構６０に対して、エンジン２０と駆動輪４０とを係合するよう指示する。エンジン２０の回転数は、駆動輪４０とスムーズに係合可能な値に上昇しているから、クラッチ機構６０による係合はスムーズに行われる。これにより、駆動輪４０の回転運動がエンジン２０およびベルト２１を介してモータージェネレータ３０に伝達可能になる。

次いで、ステップＳ７が実行される。ステップＳ７は回生による制動を開始するステップである。主制御部１１は、エンジン２０の能動的な駆動を停止する。これにより、駆動輪４０の回転運動はエンジン２０とベルト２１とを介してモータージェネレータ３０を回転させる。車両１００の運動エネルギーは、エンジンブレーキによる熱エネルギーと、モータージェネレータ３０による回生エネルギーとに分配される。

一方、ステップＳ５にてＥ^＋≦Ｅ⁻であれば、ステップＳ５はＮＯ判定となりエンジン２０は停止を継続してステップＳ８に進む。ステップＳ８は、エンジン２０が再始動されることなく、機械的ブレーキ、すなわち本実施形態ではディスクブレーキによる摩擦で制動するステップである。車両１００の運動エネルギーは、ディスクブレーキによる熱エネルギーに変換される。

次に、本実施形態にかかる電子制御装置１０を採用することによる作用効果について説明する。

この電子制御装置１０は、ユーザーからの減速要求があった場合において、制動の方法を選択する。すなわち、機械的ブレーキによる制動か、あるいは、回生ブレーキによる制動か、を選択する。その選択にあたって、本実施形態における電子制御装置１０は、減速により回生可能な回生エネルギーと、回生のために必要とする消費エネルギーとのエネルギー収支に基づいて制動の方法を選択するので、従来構成のように、本来エンジン２０の再始動を必要としない場合でも一律にエンジン２０が再始動することを防止することができる。

具体的には、上記のエネルギー収支がプラスの場合、つまり、回生エネルギーが消費エネルギーを上回る場合に、回生のためにエンジン２０を再始動するように構成されているので、エンジン２０の再始動に係るエネルギーロスを回生エネルギーにより相殺することができる。

図６および図７を参照して詳しく説明する。車両１００が惰性走行モードである場合において、図６および図７に示す時刻ｔ１に減速が要求されたと仮定する。消費エネルギー推定部１３は、時刻ｔ１において図４に示すフローに従ってエンジン２０の回転数の増分を考慮した消費エネルギーＥ⁻を算出する。一方、回生エネルギー推定部１４は、時刻ｔ１において図５に示すフローに従って、車速等の情報から回生エネルギーＥ^＋を算出する。エネルギー収支としては、時刻ｔ１以降、エンジン２０の回転数の増加とともにマイナス側に振れるが、その後の回生によって回復する。図７に示すように、エネルギー収支がプラスになる前に車両１００が停止してしまうと推定される条件下では、電子制御装置１０は、機械的ブレーキによる制動を選択する。逆に、図６に示すように、車両１００が停止する前にエネルギー収支がプラスになると推定される条件下では、電子制御装置１０は、回生ブレーキによる制動を選択する。

なお、図６および図７は、電子制御装置１０の処理による動作の一例を示す模式的なタイミングチャートである。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した実施形態では、図３に示すように、消費エネルギーＥ⁻を推定するステップの後に、回生エネルギーＥ^＋を推定するステップが実行される構成を説明したが、ステップの順は逆でも良い。ただし、この場合、回生エネルギーＥ^＋の推定に必要とされる目標とするエンジン２０の回転数Ｎｔは、回生エネルギーＥ^＋を推定するステップの前に取得されているように構成する。

１０…電子制御装置，２０…エンジン（内燃機関），３０…モータージェネレータ（電動発電機），４０…駆動輪，５０…変速機，６０…クラッチ機構，７０…ブレーキペダル，１００…車両

Claims

走行中に内燃機関（２０）と駆動輪（４０）とを遮断状態とした上で前記内燃機関を停止させて惰性走行する惰性走行モードを有する車両（１００）に搭載され、
前記内燃機関と、
前記内燃機関により駆動されて発電する発電機としての機能と、前記内燃機関を始動させる電動機としての機能と、を有する電動発電機（３０）と、を制御するための電子制御装置であって、
前記惰性走行モードにおいて、ユーザーから減速が要求された場合に、前記内燃機関の始動要否判断を行う要否判断部（１２）と、
前記内燃機関を始動させて前記駆動輪と係合させるための消費エネルギーを推定する消費エネルギー推定部（１３）と、
前記内燃機関と前記駆動輪との係合によって前記電動発電機において回生される回生エネルギーを推定する回生エネルギー推定部（１４）と、を備え、
前記要否判断部は、前記回生エネルギーが前記消費エネルギーを上回ることを条件に、前記内燃機関を始動して前記内燃機関と前記駆動輪とを係合させ、前記電動発電機による回生を行うことを特徴とする電子制御装置。