JP2015120462A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載のバッテリのマイナス端子側の異常の誤判定を抑制ないし回避すること。
【解決手段】車載のバッテリに流入しまたは車載のバッテリから流出する電流の大きさが０または０に近い所定値以下であり、かつ、車載のバッテリの電圧の変動量が判定閾値を超えたとき、車載のバッテリのマイナス端子側に異常が生じていると判定する車両の制御装置を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリのマイナス端子側の異常を検出し得る車両の制御装置に関する。

車両に実装された各種電装品や、内燃機関の始動時にクランキングを行う電動機へは、車載のバッテリから電力を供給する。バッテリは、内燃機関から回転駆動力の供給を受けて発電する発電機によって充電される。

車載バッテリは、走行中の車両の振動や衝撃を受ける。それにより、バッテリの端子からワイヤハーネスが外れたり、バッテリの端子に接続されたワイヤハーネスが切断されたり、バッテリの端子（ターミナル）自体が折れたりするといった異常が生じることがある。

走行中に上述した事態が起こると、バッテリからの電力が各部に適切に供給されなくなる。この場合には、発電機で発電される電力が必要な箇所に供給され、走行を継続することはなんとか可能である。

しかしながら、一旦、内燃機関が停止すると、再始動できなくなってしまう。詳述すれば、信号待ち等、車両の一時停車時に内燃機関のアイドル回転を停止させて燃費の向上を図るアイドリングストップシステムを採用した車両の場合に、バッテリのマイナス端子側の異常が生じると、一旦、アイドリングストップした後、始動時にクランキングを行う電動機へ車載バッテリから電力が供給されないため、再始動を行うことができない。

このような事情に対処するために、バッテリの端子電圧を検出し、プラス端子側の電圧低下に基づいてバッテリの端子外れ等の異常を検知することが行われている（例えば、下記特許文献１を参照）。

特開平６−１８９４６７号公報

上掲のシステムでは、バッテリのマイナス端子側の異常を検出することは難しい。これは、バッテリのマイナス端子側の異常が発生している場合に、プラス端子側の電圧の低下の度合いが小さいことに起因する。

そこで、本発明者らは、バッテリの近傍に配されバッテリに対して流出入する電流の測定を行う電流センサで検出された電流値を用いて、バッテリのマイナス端子側の異常を検出しようと試みた。しかしながら、バッテリのマイナス端子側に異常が生じている場合の他に、バッテリに流入しまたはバッテリから流出する電流が全くない、または、ほぼない場合、具体的には、バッテリが満充電／満充電に近い状態である場合や、負荷が比較的少なくバッテリの消費電力が少ない場合、発電機による発電によってバッテリに流入する電力量と負荷等によってバッテリから流出する電力量とが等しい場合にも、バッテリ電流が０または０に近い所定値以下になる。そのため、これらの状態とバッテリのマイナス端子側の異常が発生している場合との切り分けを行いにくい、という事情がある。

電流センサで検出された電流値が０または０に近い所定値以下の場合に、バッテリのマイナス端子側の異常が生じていると判断すると、異常が生じていないにもかかわらず、誤判定をしてしまう可能性がある。この場合には、例えば、誤判定に伴いアイドルストップを不当に禁止してしまう等の事態が生じてしまう。

本発明は、以上の点に着目し、車載のバッテリのマイナス端子側の異常の誤判定を抑制ないし回避することを所期の目的としている。

本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような構成を採用したものである。すなわち、本発明では、車載のバッテリに流入しまたは車載のバッテリから流出する電流の大きさが０または０に近い所定値以下であり、かつ、車載のバッテリの電圧の変動量が判定閾値を超えたとき、車載のバッテリのマイナス端子側に異常が生じていると判定する車両の制御装置を構成した。

本発明によれば、車載のバッテリのマイナス端子側の異常の誤判定を抑制ないし回避できる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態における電装系の回路図。 同実施形態における電流センサの値及びバッテリ電圧の値を示すグラフ。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

図２に概略的に示すように、車両には、内燃機関の始動を行うためのクランキング用モータ６１及び複数の負荷６４、６９が搭載されている。電気負荷６４、６９の具体例としては、内燃機関のクランクシャフトとエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサとの間に介在するマグネットクラッチや、エアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置等が挙げられる。

電気負荷６４、６９への電力供給の源であるオルタネータ６３は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転駆動され、発電を行う。オルタネータ６３は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介してクランクシャフトに接続している。オルタネータ６３が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ６５を介して制御することができる。レギュレータ６５は、オルタネータ６３に付帯するＩＣ式の既知のもので、オルタネータ６３のフィールドコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り替えするスイッチング動作を行う。

オルタネータ６３の出力電圧、すなわちオルタネータ６３のステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ６５は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の一つであるエンジン制御ＥＣＵ０からオルタネータ６３の出力電圧を指令する信号ｒを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。このＰＷＭ制御により、オルタネータ６３の発電する電力を増減させることができる。オルタネータ６３による発電量、換言すればバッテリ６２への充電量及び／または電気負荷６４、６９への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。

広汎に普及している車両用オルタネータ６３のレギュレータ６５では、オルタネータ６３の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のエンジン制御ＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、オルタネータ６３の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｒを入力する。

レギュレータ６５として、オルタネータ６３の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のエンジン制御ＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、オルタネータ６３の出力電圧を範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｒを入力する。

オルタネータ６３のＬＯ電位または最低出力電圧は、バッテリ６２の通常電圧以下またはその電圧に近い低電圧に定めることが望ましい。バッテリ端子の電位（以下、「バッテリ電圧」と呼ぶ。）はバッテリ６２の充電状態等に応じて上下するものの、通常は所定電圧、例えば１２Ｖ以上である。

オルタネータ６３は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。オルタネータ６３の出力電圧がバッテリ６２のバッテリ電圧を超越するとき、バッテリ６２が充電され、かつオルタネータ６３から電気負荷６４、６９に電力が供給される。つまり、オルタネータ６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ６２への充電量及び電気負荷６４、６９への給電量は、オルタネータ６３の出力電圧とバッテリ電圧との電位差に依存する。

逆に、オルタネータ６３の出力電圧がバッテリ電圧に満たないか、バッテリ電圧に近いときには、バッテリ６２が充電されず、またオルタネータ６３からは電気負荷６４、６９に電力が供給されない（バッテリ６２から電気負荷６４、６９に電力供給されることはある）。つまり、オルタネータ６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。

要するに、エンジン制御ＥＣＵ０からレギュレータ６５に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対するオルタネータ６３の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対するオルタネータ６３の機械負荷が減る。

前述したように、バッテリ６２は、オルタネータ６３の発電する電力の供給を受けることにより充電される。その一方で、バッテリ６２は、内燃機関の始動を行うためのクランキング用モータ（スタータ）６１や各種の電気負荷６４、６９に電力を供給する。なお、バッテリ６２のマイナス端子側は接地されている。

バッテリ６２の蓄電量の欠乏を予防し、またバッテリ６２への過充電を避けるためには、バッテリ６２に流入する充電電流及びバッテリ６２から流出する放電電流を常時監視して充電と放電との収支を把握する必要がある。故に、本実施形態では、バッテリ６２に対して流出入する電流の測定を行うバッテリ電流センサ６６を付設している。

ＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

エンジン制御ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、バッテリ電流センサ６６から出力されるバッテリ電流信号ｈ、オルタネータ６３が発電し出力している電圧または電流を検出するセンサから出力される発電量信号ｓ、バッテリ電圧を示唆するバッテリ電圧信号ｔ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、マグネットクラッチに通電する電気回路上のスイッチに対してクラッチ締結信号ｏ、モータやヒータその他の電気負荷６４、６９に通電する電気回路上のスイッチに対してスイッチＯＮ信号ｐ、オルタネータ６３が発電する電圧を制御する電圧レギュレータ６５に対して電圧指示信号ｒ等を出力する。

エンジン制御ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｓ、ｔを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。エンジン制御ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｏ、ｐ、ｒを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態において、エンジン制御ＥＣＵ０は、ＡＢＳ制御ＥＣＵ、オートエアコンＥＣＵ、ＣＶＴ制御ＥＣＵ、アイドルストップ制御ＥＣＵといった他のＥＣＵとの間で、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に代表される通信バスまたは専用線を介して互いに情報を送受信する。つまり、各ＥＣＵは、制御に必要なセンサ出力値等の制御データを他のＥＣＵとの間で共有している。

ＡＢＳ制御ＥＣＵは、車速センサから車速の情報を取得し、また液圧センサからブレーキ機構のマスタシリンダ圧（Ｍ／Ｃ圧）の情報を取得する。

アイドルストップ制御ＥＣＵは、エンジン制御ＥＣＵ０からエンジン回転数、冷却水温、負圧、スロットル開度といった内燃機関の運転に係わる情報を受信する。ＡＢＳ制御ＥＣＵからは車速やマスタシリンダ圧等の情報を受信し、ＣＶＴ制御ＥＣＵからはロックアップクラッチによるロックアップの有無等の情報を受信する。

オートエアコンＥＣＵは、外気温等の情報を受信し、エアコンディショナやデフォッガ等に対して指令信号を出力する。

さらには、エンジン制御ＥＣＵ０とバッテリ６２のプラス端子とが結線されている。これにより、バッテリ電圧信号ｔがエンジン制御ＥＣＵ０に入力され、エンジン制御ＥＣＵ０でバッテリ電圧をモニタできるようになっている。

本実施形態のエンジン制御ＥＣＵ０は、信号待ち等による車両の停車時に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。エンジン制御ＥＣＵ０は、車速が所定値（例えば、９ｋｍ／ｈないし１３ｋｍ／ｈの値）以下で、シフトポジションが走行レンジであり（ＡＴ車の場合）、ブレーキペダルが踏み込まれておりマスタシリンダ圧が所定値（例えば、０．７ＭＰａ）以上であり、加えて、車載バッテリの電圧が所定以上であり、内燃機関の冷却水温が所定以上高い等諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関を再始動する。エンジン制御ＥＣＵ０は、シフトポジションが非走行レンジに変更された（ＡＴ車の場合）、ブレーキペダルの踏み込みが緩められてマスタシリンダ圧が閾値以下に低下した、運転者がブレーキペダルから足を離した、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏み込まれた、アイドルストップ状態で所定時間（例えば、３分）が経過した等のうちの何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

そして、アイドルストップ中、再始動要求が発生したときには、スタータモータのピニオンギアをフライホイール（ＭＴ車の場合）またはドライブプレート（ＡＴ車の場合）外周のリングギアに噛合させてクランキングを行うとともに、内燃機関におけるインジェクタからの燃料噴射（及び、点火）を再開し、内燃機関を再始動する。

以下、車載バッテリ６２のマイナス端子側に異常が生じているか否かの検出方法について詳述する。ここで「マイナス端子側に異常が生じている」とは、
・バッテリ６２のマイナス端子からワイヤハーネスが外れている、
・バッテリ６２のマイナス端子に接続されたワイヤハーネスが切断されている、
・バッテリ６２のマイナス端子（ターミナル）自体が破損している、
もしくは、これに準ずる状況を意味する。このような場合には、図３において期間Ｔで示すように、電流センサ６６の値が０近傍のほぼ一定の値となるとともに、バッテリ電圧が大きく変動し、挙動が不安定化する。なお、期間Ｔは、上述したような異常がマイナス端子側に生じており、車載バッテリ６２のマイナス端子側が接地されていない状態にある期間を示している。

しかして、本実施形態の制御装置であるＥＣＵ０は、車載のバッテリ６２に流入しまたは車載のバッテリ６２から流出する電流の大きさが０または０に近い所定値以下（ほぼ０）であり、かつ、車載のバッテリ６２の電圧の変動量が判定閾値を超えたとき、車載のバッテリ６２のマイナス端子側に異常が生じていると判定する。

具体的には、まず、車両走行中に、ＥＣＵ０は、電流センサ６６の値が０または０に近い所定値以下であるか否かを判断する。これは、バッテリ６２のマイナス端子側に異常が生じると、電流センサ６６に電流が全く流れないか、ほとんど流れなくなることに起因する。

そして、電流センサ６６の値が０または０に近い所定値以下の場合には、次に、バッテリ電圧の変動量が判定閾値を超えるか否かを判断する。具体的には、
・所定期間内に、バッテリ電圧と所定値（例えば、バッテリ６２の満充電に対応する１４Ｖ等の定数や、過去のある一定期間のバッテリ電圧の平均値等）との差が、判定閾値を超えた回数の積算値に基づいて、
・所定期間内のバッテリ電圧の最大値（または極大値）と最小値（または極小値）との差（またはその積算値）と、判定閾値とを比較して、
・所定期間のバッテリ電圧の分散（バッテリ電圧が、過去のある一定期間のバッテリ電圧の平均値からどれだけ散らばっているか）と、判定閾値とを比較して、または、
・バッテリ電圧の最大値（または極大値）と最小値（または極小値）との差が一定以上である期間と、判定閾値である所定期間とを比較して
判断する。なお、バッテリ電圧の変動量と判定閾値との比較は上述したものに限られず種々変更可能である。

しかして、バッテリ電圧の変動量が判定閾値を超える場合には、バッテリ６２のマイナス端子側に異常が生じていると判断できる。すなわち、バッテリ６２のマイナス端子側に異常が生じると、マイナス端子側が接地されなくなり、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が低下するため、バッテリ電圧が不安定となることに起因する。

なお、バッテリ６２のマイナス端子側に異常が生じていると判断された場合には、アイドルストップを禁止する制御を行い、内燃機関の一時停止後に再始動できなくなる事態を回避することができる。そのため、バッテリの機能が低下した状況においてもある程度の期間車両の運転を継続できるようになる。運転者は、その期間に車両を修理可能な場所（ディーラー等）または安全な場所（高速道路上の非常駐車帯等）まで退避走行させることが可能である。

また、退避走行に不要な電気負荷を低減するよう制御してもよい。さらに、バッテリ６２に異常が生じている旨を運転者の視覚及び／または聴覚に訴えかける態様にて出力（例えば、ランプを点灯させたり、警報音を発したり）してもよい。

本実施形態では、車載のバッテリ６２に流入しまたは車載のバッテリ６２から流出する電流の大きさが０または０に近い所定値以下であり、かつ、車載のバッテリ６２の電圧の変動量が判定閾値を超えたとき、車載のバッテリ６２のマイナス端子側（すなわち、接地側）に異常が生じていると判定する車両の制御装置０を構成した。

このようなものであれば、内燃機関の運転中に生じる車載バッテリ６２のマイナス端子の異常に関する誤判定を抑制または回避することができる。すなわち、車載バッテリ６２の電流の大きさに加えて、車載バッテリ６２の電圧の変動量を参照して判定しているため、バッテリ６２のマイナス端子側の異常による電圧変動か、その他の要因による電圧変動かを判別でき、従来のような誤判定を抑制できる。

特に、本実施形態のようにアイドルストップシステムが採用された車両の場合、車載バッテリ６２が正常であるにもにもかかわらず異常であると誤判定されたとき、不当にアイドルストップを禁止する制御が行われてしまうという状況が生じ得る。しかしながら、本実施形態のような制御装置０を備えたものであれば、誤判定がなくなり、このような場合にアイドルストップ要求があるとアイドルストップを行うことができる。そのため、燃費性能を向上させ得る。

逆に、車載バッテリ６２に異常が生じているにもかかわらず正常であると誤判定されることもなくなるため、再始動が不可能であるにもかかわらずアイドルストップしてしまうという状況を回避することができる。

さらに、このような異常検出を行うために、特別な断線検知回路やセンサ等を使用する必要がないため、既知システムを流用することができ、コストを低減できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。

バッテリ電圧は、直接測定されるとは限られない。例えば、バッテリ電圧を直接測定する代わりに、バッテリ電圧を目標値に制御可能な機能を有したレギュレータ付きのオルタネータを使用している場合には、バッテリ電圧をエンジン制御ＥＣＵにて自己調整可能であり、エンジン制御ＥＣＵからＩＣレギュレータへ指令するバッテリ電圧の目標値を現在のバッテリ電圧とみなすことができる。すなわち、エンジン制御ＥＣＵは、バッテリ電圧を常に把握していることとなる。

また、バッテリ電流値も、直接測定されるとは限られない。例えば、電流センサを用いてバッテリ電流を直接測定した実測値の変わりに、バッテリ電圧と抵抗から得られた推定値を用いてもよい。一例として、バッテリ電流の推定値は、バッテリ電圧と、バッテリよりも下流側に配されたリレーボックス（結節点）内電圧と、バッテリとリレーボックス（結節点）を接続するワイヤハーネスの抵抗値とを用いて算出することができる。なお、結節点の電位を知得するための制御部は、車両に搭載された各部の負荷や機構を制御するためのＥＣＵであって、このＥＣＵに制御される負荷または機構が作動していない状態で当該ＥＣＵに大きな電流が流れないものであればどのようなものであってもよく、例えば、ＡＢＳ制御ＥＣＵ、ステアリングロックＥＣＵ、またはオートエアコンＥＣＵ等を用いることができる。ＡＢＳ制御ＥＣＵ、ステアリングロックＥＣＵ、オートエアコンＥＣＵに大きな電流が流れない場合の当該ＥＣＵの印加電圧（端子間電圧）と、結節点の電位であるリレーボックス内電圧とは、ほぼ同じであるとみなすことができるためである。したがって、当該ＥＣＵの印加電圧がＣＡＮ通信を用いてエンジン制御ＥＣＵに入力されるようにすればよい。

その他、各部の具体的構成や具体的な処理の手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
６２…バッテリ

Claims (1)

1. 車載のバッテリに流入しまたは車載のバッテリから流出する電流の大きさが０または０に近い所定値以下であり、かつ、車載のバッテリの電圧の変動量が判定閾値を超えたとき、車載のバッテリのマイナス端子側に異常が生じていると判定する車両の制御装置。

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