特許 7544014 車両の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/04 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

H02P9/04 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021175353

(22)【出願日】2021-10-27

(65)【公開番号】P2023064908

(43)【公開日】2023-05-12

【審査請求日】2023-07-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】溝口 紘晶

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０１７７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６２１３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－００７４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００２６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の駆動力によって発電を行うオルタネータを有する車両の制御装置であって、
前記オルタネータの冷間時であって、車両に搭載された補機の要求電力が所定値以上である場合に、非冷間時に比べて前記内燃機関の回転数を増加させ、
前記補機の要求電力が前記所定値未満になった場合、前記冷間時の回転数に比べて前記内燃機関の回転数を低下させ、
前記内燃機関の駆動時間が所定の時間以上になった場合には、前記補機の要求電力が前記所定値以上である場合でも、前記冷間時の回転数に比べて前記内燃機関の回転数を低下させる車両の制御装置。

【請求項2】

前記内燃機関の冷却水の温度および吸気の温度に基づき、前記所定の時間を定める請求項１に記載の車両の制御装置。

【請求項3】

前記内燃機関に第１プーリが連結され、
前記オルタネータに第２プーリが連結され、
前記第１プーリと前記第２プーリとにベルトがかけられている請求項１に記載の車両の制御装置。

【請求項4】

前記オルタネータはデカプラを有する請求項１に記載の車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両にはエアコンディショナなど複数の補機が搭載されている。多くの補機を動作させると、バッテリに対する負荷が増加する。内燃機関の動力によりオルタネータを駆動することで発電し、バッテリを充電することができる（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１３６５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

冷間でオルタネータの効率が向上し、オルタネータの発電する電流が大きくなる。ただし、オルタネータのトルクも大きくなる。トルクが大きくなることで、デカプラなど部品に加わる応力が増加し、部品の耐久力が低下する恐れがある。内燃機関の回転数を増加させることで、オルタネータの回転数も増加し、オルタネータのトルクが低下する。トルクの低下により部品への負荷を抑制することができる。しかし回転数を増加させることで燃費が悪化する。そこで、部品の保護が可能で、かつ燃費の悪化を抑制することが可能な車両の制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的は、内燃機関の駆動力によって発電を行うオルタネータを有する車両の制御装置であって、前記オルタネータの冷間時であって、車両に搭載された補機の要求電力が所定値以上である場合に、非冷間時に比べて前記内燃機関の回転数を増加増加させ、前記補機の要求電力が前記所定値未満になった場合、前記冷間時の回転数に比べて前記内燃機関の回転数を低下させ、前記内燃機関の駆動時間が所定の時間以上になった場合には、前記補機の要求電力が前記所定値以上である場合でも、前記冷間時の回転数に比べて前記内燃機関の回転数を低下させる車両の制御装置によって達成できる。

【0006】

前記補機の要求電力が前記所定値未満になった場合、前記冷間時の回転数に比べて前記内燃機関の回転数を低下させてもよい。

【0007】

前記内燃機関の駆動時間が所定の時間以上になった場合、前記冷間時の回転数に比べて前記内燃機関の回転数を低下させてもよい。

【0008】

前記内燃機関の冷却水の温度および吸気の温度に基づき、前記所定の時間を定めてもよい。前記内燃機関に第１プーリが連結され、前記オルタネータに第２プーリが連結され、前記第１プーリと前記第２プーリとにベルトがかけられてもよい。前記オルタネータはデカプラを有してもよい。

【発明の効果】

【0009】

部品の保護が可能で、かつ燃費の悪化を抑制することが可能な車両の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（ａ）は実施形態に係る車両を例示する模式図である。図１（ｂ）はデカプラのコイルバネを例示する斜視図である。

【図2】図２はプーリを例示する正面図である。

【図3】図３（ａ）はオルタネータのトルクを例示する図である。図３（ｂ）はベルトの張力を例示する図である。図３（ｃ）は回転数を例示する図である。

【図4】図４はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本実施形態の車両の制御装置について説明する。図１（ａ）は実施形態に係る車両１００を例示する模式図である。図１（ａ）に示すように、車両１００は内燃機関１０、オルタネータ２０およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を有する。

【0012】

内燃機関１０は例えばガソリンエンジンである。内燃機関１０の燃焼室において燃料が燃焼することでクランクシャフト１２が回転する。内燃機関１０のクランクシャフト１２はプーリ１４に連結されている。クランクシャフト１２が回転すると、プーリ１４も回転する。

【0013】

オルタネータ２０は内燃機関１０とともにエンジンコンパートメントにされている。オルタネータ２０は発電機であり、プーリ２４に連結されている。オルタネータ２０にはデカプラ２２が設けられている。図１（ｂ）はデカプラ２２のコイルバネ２３を例示する斜視図である。図１（ｂ）に示すように、デカプラ２２はコイルバネ２３を含む。コイルバネ２３はプーリ２４の回転方向に巻かれている。オルタネータ２０に設けられたレギュレータが、温度に応じてオルタネータ２０の効率を制御する。

【0014】

水温センサ１６は内燃機関１０の冷却水の温度を検出する。吸気温センサ１８は、内燃機関１０に導入される空気の温度を検出する。補機２６は車両１００に搭載された電気機器であり、複数の補機２６ａ、２６ｂ・・・を含む。補機２６の例はエアコンディショナのＰＴＣヒータ、デアイサ（ＥＷＨ、Electric Heated Windshield）、シートヒータ、ヘッドライトなどである。バッテリ２５は充放電が可能な二次電池である。バッテリ２５から出力される電力によって、補機２６は駆動する。

【0015】

図２はプーリを例示する正面図である。ベルト１１は、プーリ１４、プーリ２４およびプーリ３２にかけられている。プーリ１４、２４および３２、テンショナ３４および３６は、それぞれ円板状である。プーリ１４は内燃機関１０のクランクシャフト１２に連結されている（図１（ａ）参照）。プーリ２４はオルタネータ２０に連結されている。プーリ３２は例えばエアコンディショナなど補機２６の１つに連結されている。

【0016】

ベルト１１の一方の面がプーリ１４、２４および３２の外周面に接触する。ベルト１１のもう一方の面に、テンショナ３４および３６が接触することで、ベルト１１のたるみが抑制され、ベルト１１が張った状態が維持される。

【0017】

内燃機関１０の駆動力は、ベルト１１およびプーリによってオルタネータ２０に伝達される。内燃機関１０のクランクシャフト１２が回転することでプーリ１４が回転する。ベルト１１によって力がプーリ２４および３２に伝達され、プーリ２４および３２も回転する。プーリ２４が回転することでオルタネータ２０のロータ（不図示）が回転し、オルタネータ２０は発電を行う。発電された電力は例えばバッテリ２５の充電に用いられる。

【0018】

図１（ａ）に示すＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置を備える制御装置であり、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

【0019】

ＥＣＵ３０は、水温センサ１６が検出する水温、および吸気温センサ１８が検出する吸気温度を取得する。ＥＣＵ３０はバッテリ２５の充電率（ＳＯＣ：State of charge）を取得し、バッテリ２５の出力などを制御する。ＥＣＵ３０は、例えば補機２６の要求電力（例えば要求電流）に応じてバッテリ２５の出力を制御する。冷間始動時には、デアイサおよびヒータなどを駆動するため、非冷間時に比べて補機２６の要求電力が高くなる。ＥＣＵ３０はバッテリ２５の出力電力を高くする。

【0020】

ＥＣＵ３０は内燃機関１０の回転数を制御することで、オルタネータ２０の回転数を制御する。内燃機関１０の回転数が高くなると、オルタネータ２０の回転数も高くなる。内燃機関１０の回転数が低くなると、オルタネータ２０の回転数も低くなる。内燃機関１０のアイドリング中、ＥＣＵ３０は内燃機関１０の回転数を高くすることがある（アイドルアップ）。内燃機関１０の回転数の上昇により、オルタネータ２０の回転数も高くなる。

【0021】

例えば冷間始動時では、デアイサおよびＰＣＴヒータなど複数の電気機器がオンになるため、非冷間時に比べて補機２６の要求電力が高くなる。ＥＣＵ３０はバッテリ２５の出力電力を高くする。バッテリ２５の電力が尽きないように、オルタネータ２０で発電を行い、バッテリ２５を充電する。

【0022】

図３（ａ）はオルタネータ２０のトルクを例示する図である。横軸はオルタネータ２０の回転数を表す。縦軸はオルタネータ２０のトルクを表す。温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のうち温度Ｔ１は最も低い。温度Ｔ２はＴ１より高く、Ｔ３より低い。温度Ｔ３は最も高い。

【0023】

オルタネータ２０に設けられたレギュレータが、温度に応じてオルタネータ２０の効率を制御する。オルタネータ２０の温度が低いと、温度が高いときに比べてオルタネータ２０の効率が向上し、発電する電流が増加する。発電電流が増加すると、オルタネータ２０を回転させるトルクが増加する。例えば図３（ａ）に示すように、同一の回転数において、温度Ｔ１におけるトルクは温度Ｔ２におけるトルクより高い。温度Ｔ２におけるトルクは温度Ｔ３におけるトルクより高い。

【0024】

冷間時にはオルタネータ２０が発電する電流が増加し、オルタネータ２０のトルクも増加する。トルクが増加すると、デカプラ２２への機械的な負荷が増加する。デカプラ２２への負荷を軽減するには、トルクを低下させればよい。

【0025】

図３（ｂ）はベルト１１の張力を例示する図である。横軸は時間を表す。縦軸は張力を表す。ベルト１１の張力は時間変化し、ベルト１１を組み付けるときの張力Ｆ０より高い張力と、Ｆ０より低い張力との間を交互に変化する。張力がＦｔｈより低くなると、ベルト１１がプーリの表面で滑り、回転力が伝達されにくくなる。オルタネータ２０のトルクが増加すると、ベルト１１の張力の変化量が大きくなる。すなわち、図３（ｂ）の振幅が大きくなり、閾値Ｆｔｈ未満になり、ベルト滑りが発生する恐れがある。ベルト滑りを抑制するには、オルタネータ２０のトルクを低下させ、ベルト１１の張力の変化量を小さくすることが有効である。

【0026】

以上のように、デカプラ２２への負荷を軽減し、ベルト滑りを抑制するには、オルタネータ２０のトルクを低下させればよい。図３（ａ）に示すように、同一の温度（例えばＴ１）において、回転数を高めることでトルクが低下する。内燃機関１０のアイドリング中の回転数を高めるアイドルアップを行うことで、オルタネータ２０の回転数も高くなり、トルクを低下させることができる。

【0027】

図３（ｃ）は回転数を例示する図である。横軸は温度（例えば冷却水の温度）を表す。縦軸は回転数を表す。水温が低い場合は、オルタネータ２０の温度も低い。オルタネータ２０の効率は高く、トルクも高くなる。図３（ｃ）に示すように、水温が低い場合には水温が高い場合に比べて回転数を高くする。図３（ａ）に示すように回転数が高くなることでトルクが低下する。

【0028】

しかし、内燃機関１０の回転数を高めると燃費が悪化する。また、アイドリングから走行に移行した際、搭乗者に飛び出したような感覚（飛び出し感）を感じさせる恐れがある。本実施形態では、アイドルアップの機会を限定することで、トルクの低下、および燃費悪化の抑制などを両立させる。

【0029】

図４はＥＣＵ３０が実行する処理を例示するフローチャートである。ＥＣＵ３０は例えば水温および吸気温に基づき、オルタネータ２０の温度Ｔを推定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ３０は温度Ｔが閾値Ｔｔｈ未満であるか否か判定する（ステップＳ１２）。否定判定（Ｎｏ）の場合、オルタネータ２０は非冷間の状態にある。このとき処理は終了する。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、オルタネータ２０は冷間の状態にある。

【0030】

ＥＣＵ３０は、要求電流Ｉが所定値（閾値Ｉｔｈ）以上であるか否か判定する（ステップＳ１４）。多くの補機２６が動作する場合に要求電流Ｉは高くなる。例えば冷間始動の直後、フロントガラスのデアイサ、およびエアコンディショナなど複数の電気機器を動作させることで、要求電流Ｉが高くなる。否定判定の場合、処理は終了する。肯定判定の場合、ＥＣＵ３０は、オルタネータ２０の暖機が完了するまでの時間を設定する（ステップＳ１６）。ＥＣＵ３０は、例えば内燃機関１０の始動時における水温および吸気温に応じて、当該時間を定める。水温および吸気温が高いと、ＥＣＵ３０は時間を短くする。水温および吸気温が低いと、ＥＣＵ３０は時間を長くする。

【0031】

ＥＣＵ３０は、アイドルアップの目標回転数を設定する（ステップＳ１８）。図３（ｃ）に示すように、例えば水温など温度に基づいて回転数を定める。水温および吸気温が低い場合、水温および吸気温が高い場合に比べて、ＥＣＵ３０は目標回転数を高くする。

【0032】

ＥＣＵ３０はアイドルアップを行う（ステップＳ２０）。具体的には、ＥＣＵ３０はスロットルバルブの開度を大きくすることで内燃機関１０の回転数を上昇させる。内燃機関１０の回転数が大きくなることで、オルタネータ２０の回転数も上昇する。

【0033】

ＥＣＵ３０は、要求電流Ｉが閾値Ｉｔｈ未満であるか否か判定する（ステップＳ２２）。肯定判定の場合、ＥＣＵ３０はアイドルアップを終了する（ステップＳ２６）。内燃機関１０の回転数が低下し、オルタネータ２０の回転数も低下する。オルタネータ２０の回転を停止してもよい。ステップＳ２６の後、処理は終了する。例えば冷間始動から時間が経過すると、始動の直後に比べて、デアイサなどの発熱量を低下させる。これにより補機２６の要求電流Ｉが小さくなる。要求電流Ｉが小さいため、バッテリ２５のＳＯＣの使用量が低下する。したがって、オルタネータ２０を停止させてもよい。バッテリ２５のＳＯＣが所定値以下になった場合、ＥＣＵ３０はオルタネータ２０で発電を行い、バッテリ２５を充電すればよい。

【0034】

ステップＳ２２で否定判定の場合、ＥＣＵ３０は内燃機関１０の始動から所定の時間（ステップＳ１６で定めた時間）が経過したか否か判定する（ステップＳ２４）。否定判定の場合、ステップＳ２４が繰り返される。肯定判定の場合、ＥＣＵ３０はアイドルアップを終了する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の後、処理は終了する。

【0035】

例えば、冷間始動の直後における温度は図３（ａ）の温度Ｔ１とする。アイドルアップによりオルタネータ２０の回転数をＲ１からＲ２に上昇させると、トルクはＴｒ１からＴｒ２に低下する。内燃機関１０の始動から所定の時間が経過したことで、オルタネータ２０の暖機が行われ、温度がＴ１からＴ３に上昇する（非冷間）。温度Ｔ３においては、トルクＴｒ２に対応する回転数はＲ３である。Ｒ３はＲ２より低い。ＥＣＵ３０はアイドルアップを終了し、内燃機関１０の回転数を低下させる（ステップＳ２６）。これによりオルタネータ２０の回転数がＲ２からＲ３に低下する。オルタネータ２０の温度が上昇することで、トルクが低い状態を維持したまま、回転数を低下させることができる。回転数の低下により、内燃機関１０の燃費の悪化が抑制される。

【0036】

本実施形態によれば、ＥＣＵ３０は、冷間時であって、補機２６の要求電力（要求電流Ｉ）が所定値Ｉｔｈ以上である場合に、内燃機関１０の回転数を増加させる（アイドルアップ、図４のステップＳ２０）。内燃機関１０の回転数が増加することで、オルタネータ２０の回転数も高くなる。図３（ａ）に示すように、オルタネータ２０の回転数が高くなることでトルクが低下する。トルクが低下することで、デカプラ２２などオルタネータ２０に取り付けられた部品への負荷が小さくなり、部品の耐久力低下を抑制することができる。ベルト１１の張力が低下するため、ベルト１１の滑りが抑制される。

【0037】

要求電流Ｉが閾値Ｉｔｈ未満の場合にはアイドルアップは実施しない（図４のステップＳ１２）。要求電流Ｉに基づいてアイドルアップの機会を限定することで、燃費悪化の抑制と、トルクの低下とを両立することができる。ブレーキオフ時の飛び出し感も抑制することができる。

【0038】

要求電流ＩがＩｔｈ未満になると、ＥＣＵ３０はアイドルアップを終了する（ステップＳ２２およびＳ２６）。要求電流Ｉが小さいため、バッテリ２５の充電などのために、オルタネータ２０が常に発電しなくてもよい。アイドルアップが終了し、内燃機関１０の回転数が低下することで、燃費の悪化を抑制することができる。

【0039】

内燃機関１０が始動してからの経過時間が所定の時間以上になると、ＥＣＵ３０はオルタネータ２０の暖機が完了したものと推定し、アイドルアップを終了する（ステップＳ２４およびＳ２６）。図３（ａ）に示すように、オルタネータ２０の温度が上昇することで、トルクは低下する。したがって回転数を低下させてもトルクを低く抑えることができる。トルクの抑制と、燃費の悪化の抑制を両立することができる。

【0040】

ＥＣＵ３０は、内燃機関１０の始動時の水温および吸気温に基づき、オルタネータ２０が暖機されるまでの時間を定める（ステップＳ１６）。オルタネータ２０は、内燃機関１０とともにエンジンコンパートメントに収納される。オルタネータ２０の温度は、水温および吸気温とともに変化する。水温および吸気温が上昇すると、エンジンコンパートメントの温度も上昇しており、オルタネータ２０の温度も上昇するものと考えられる。そこで、始動時の水温および吸気温に基づいて、暖機完了までの時間を定める。オルタネータ２０の温度が上昇することで、トルクは低下する。アイドルアップが終了してもトルクを低く抑えることができる。トルクの抑制と、燃費の悪化の抑制を両立することができる。

【0041】

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0042】

１０ 内燃機関
１１ ベルト
１２ クランクシャフト
１４、２４、３２ プーリ
１６ 水温センサ
１８ 吸気温センサ
２０ オルタネータ
２２ デカプラ
２３ コイルバネ
２５ バッテリ
２６、２６ａ、２６ｂ 補機
３０ ＥＣＵ
３４、３６ テンショナ
１００ 車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】