JP2004346906A - 車速制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＮＧエンジンのようなオットーサイクルエンジンを搭載する車両において、サブスロットル弁を使用することにより、車両の加速を既定値に規制しえる好適な車速制限装置を実現する。
【解決手段】アクセル操作に応動するメインスロットル弁１と、吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル上流に供給する手段（図示せず）と、エンジンに吸入される混合気量を抑えるためのサブスロットル弁２と、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル開度を制御する手段３と、を備える。サブスロットル開度の制御する手段３は、実車速およびメインスロットル開度に基づいてこれらに応じた基本サブスロットル開度を求める手段１１と、実車速と制限車速との偏差に基づいてこれを０に収束させるようにサブスロットル開度の補正分をフードバック制御する手段１２と、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づいてサブスロットル開度の制御量を決定する手段１３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車速制限装置（スピードリミッタデバイス）に関するものであり、詳しくは圧縮天然ガス（ＣＮＧ）など気体燃料を使用するエンジンを搭載する車両に好適な車速制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン車両において、制限車速を上限に車両の加速を規制するものでないが、定速走行の要求が発生すると、実車速をそのときの目標車速に保つようにエンジンの燃料噴射量を制御するものが開示される（特許文献１）。
【０００３】
ディーゼルエンジンをオットーサイクルエンジンに転用した圧縮天然ガスエンジン（ＣＮＧエンジン）において、アクセルペダルに応動するスロットル弁（メインスロットル弁）と、駆動装置によって駆動（開閉）されるサブスロットル弁と、エンジン回転数に応じたエンジントルクが所定値を超えないように最大スロットル開度を制御する手段と、を備えるものが開示される（特許文献２）。サブスロットル弁は、通常は全開状態に保持され、エンジンの最大出力が達成されるポイントをエンジン回転数が超えると、メインスロットル開度が最大スロットル開度を超える場合、エンジン回転数の上昇に伴って徐々に開度が小さくなり、エンジン回転数が最大許容回転に至るときに全閉となるように制御される。つまり、定速走行（特許文献１、参照）において、実車速を目標車速（一定値）に保つように制御するものでなく、エンジンの機械的強度との関係からエンジンの出力を制限するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２１６７２９号
【特許文献２】
実開平６−７３３４６号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ＣＮＧエンジンのようなオットーサイクルエンジンを搭載する車両において、サブスロットル弁を使用することにより、車速を既定値に規制しえる車速制限装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明においては、アクセル操作に応動するメインスロットル弁と、吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル上流に供給する手段と、を備えるエンジンを原動機として搭載する車両において、エンジンに吸入される混合気量を抑えるためのサブスロットル弁と、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル開度を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、サブスロットル開度の制御する手段は、実車速およびメインスロットル開度に基づいてこれらに応じた基本サブスロットル開度を求める手段と、実車速と制限車速との偏差に基づいてこれを０に収束させるようにサブスロットル開度の補正分をフードバック制御する手段と、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づいてサブスロットル開度の制御量を決定する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、基本サブスロットル開度を求める手段は、３次元マップの検索処理により、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求めることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、３次元マップは、実車速が制限車速に達する直前からサブスロットル弁を制限車速域の基本サブスロットル開度へ急変させる特性に設定されることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第２の発明において、サブスロットル開度の補正分をフィードバック制御する手段は、実車速が制限車速よりも低い判定車速以上の走行状態が所定時間だけ継続すると起動されることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第２の発明において、サブスロットル弁を開く方向へのフィードバック補正分に対する下限値を設定する手段と、この補正分と下限値との比較により、補正分＞下限値のときは補正分＝補正分、補正分≦下限値のときは補正分＝下限値、にフィードバック補正分を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、第６の発明において、フィードバック補正分に対する下限値は、メインスロットル開度に応じて設定されることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、第１の発明において、エンジンの燃料は、圧縮天然ガスなどの気体燃料であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
第１の発明においては、サブスロットル弁およびその開度を制御する手段により、実車速が制限車速を超えないようにエンジンへの混合気量を抑える車両スピードガバナ特性を創り出せるのである。エンジンへの混合気量は、車速制限が働かない車速領域においては、アクセル操作に連動するメインスロットル弁の開度に応じて調整される。その間、サブスロットル弁は、メインスロットル開度に応じた混合気量を妨げない開度（例えば、全開状態）に制御されるのである。
【００１５】
第２の発明においては、基本サブスロットル開度は、実車速が制限車速を超えないようにエンジンへの混合気量を抑えるサブスロットル開度の基本制御量であり、サブスロットル弁は、この基本開度にフィードバック補正分を加える開度に制御される。車両の加速は、基本サブスロットル開度により、制限車速以下に抑えられるようになる。また、フィードバック補正分により、サブスロットル弁が基本開度を中心に開閉するので、アクセル操作量を一定に維持しながら、制限車速を保つような定速走行も可能となる。
【００１６】
第３の発明においては、３次元マップにより、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度が決定される。メインスロットル開度をパラメータに加えることにより、車両の加速を制限車速に精度よく規制しえるようになる。
【００１７】
第４の発明においては、実車速が制限車速に達する直前からサブスロットル弁は制限車速域の基本サブスロットル開度へ急変する特性に制御され、実車速が制限車速を超えるのを応答よく抑えられるようになる。
【００１８】
第５の発明においては、所定の起動条件が成立すると、サブスロットル開度を補正するフィードバック制御が起動され、実車速の変動を制限車速へ収束させるようになる。起動条件の設定により、サブスロットル開度を補正するフィードバック制御を有効に機能させることができる。
【００１９】
第６の発明においては、実車速が制限車速未満かつ判定車速以上のときは、フィードバック制御により、実車速を制限車速へ収束させるようにサブスロットル開度が補正される。その際、サブスロットル弁は開き方向へ制御され、実車速が制限車速未満の走行状態が継続すると、フィードバック補正量が開き側に大きくなるが、その補正量は下限値に規制され、それ以上に大きくならない。そのため、加速への移行時において、サブスロットル弁が閉じるのに時間が掛からないようになる。サブスロットル弁が閉じるのに時間が掛かると、それだけ実車速が制限車速以上に上昇しやすくなるが、フィードバック補正分を下限値との関係から制御することにより、サブスロットル弁が閉じるのに時間が掛からないようになるため、実車速が制限車速を超えるのが抑えられるのである。
【００２０】
第７の発明においては、フィードバック補正分に対する下限値は、メインスロットル開度に応じて設定される。実車速が制限車速未満かつ判定車速以上の場合、メインスロットル開度が全開またはそれに近い状態のときは、路面の勾配や車両の積載量など負荷が大きい走行状態と考えられるが、このようなときはメインスロットル開度に応じる下限値が低く設定されると、実車速が制限車速未満かつ判定車速以上の走行状態が継続するに連れてフィードバック補正量が開き側へ大きく取れ、エンジンへの混合気量を増やせるようになり、トルク不足の解消により、制限車速への加速も可能となる。その一方、実車速が制限車速未満かつ判定車速以上の場合、メインスロットル開度が全開またはそれに近い状態でないときは、アクセル操作による車両の加速も可能な通常走行状態と考えられるが、このようなときはメインスロットル開度に応じる下限値が高く設定されると、実車速が制限車速未満かつ判定車速以上の走行状態が継続しても、開き側へのフィードバック補正量が小さく抑えられ、加速への移行時にサブスロットル弁が閉じるのに時間が掛からないようになり、実車速が制限車速以上に上昇するのが抑えられるのである。つまり、実車速が制限車速未満かつ判定車速以上の走行状態において、メインスロットル開度に応じた下限値を設定することにより、通常走行状態のアクセル操作に基づく加速により実車速が制限車速以上に上昇（オーバシュート）するのを抑える対策と、登坂時など負荷の大きい走行状態におけるトルク不足の対策と、の両立が可能となる。
【００２１】
第８の発明においては、エンジンの燃料に圧縮天然ガスなど気体燃料を使用する車両の好適な車速制限特性が得られるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、ＣＮＧエンジンの搭載車両への適用を説明する概要構成を表すものであり、エンジンの吸気通路４にメインスロットル弁１およびその下流にサブスロットル弁２が介装される。メインスロットル弁１（スロットル弁）は、運転室のアクセルペダルに連結され、そのペダル踏み量に応じた開度に調整される。サブスロットル弁２は、ステップモータ５（駆動手段）により開閉され、後述のように駆動手段５を制御するエンジンコントロールユニット３が設けられる。図示しない燃料供給装置が備えられ、空燃比が略一定の混合気を生成すべく吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル弁１の上流に供給する。
【００２３】
エンジンコントロールユニット３は、車速センサの検出信号（実車速）およびスロットル開度センサの検出信号（メインスロットル開度）に基づいて３次元マップから基本サブスロットル開度を求める手段１１（基本サブスロットル開度制御手段）と、実車速と制限車速（設定値）とからサブスロットル開度のフィードバック補正分を求める手段１２（フィードバック補正分制御手段）と、基本サブスロットル開度とフィードバック補正分とから決定されるサブスロットル開度にステップモータを制御する手段１３（サブスロットル開度制御手段）と、を備える。
【００２４】
基本サブスロットル開度制御手段１１においては、実車速およびメインスロットル開度に基づいて、図４のような３次元マップを検索処理することにより、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度が決定される。
【００２５】
３次元マップにおいて、ｚ軸の基本サブスロットル開度は、ステップモータ５の制御指令値（ステップ値）で表され、ステップ値が大きくなる程、サブスロットル開度は小さくなる（サブスロットル弁２は閉側へ駆動される）のである。ｙ軸のメインスロットル開度が所定範囲（例えば、１８°〜６０°）にあるときにｚ軸の車速が所定値Ｖ０（例えば、８７ｋｍ／ｈ）以上になると、ｚ軸のステップ値が０から急勾配に立ち上がり、制限車速ＶＬ（９０ｋｍ／ｈ）以上のステップ値へ緩勾配を介して継がる特性になり、車両の加速を制限車速に規制しえる（実車速が制限車速ＶＬ以上に上昇するオーバシュートを抑えられる）ように設定される。
【００２６】
フィードバック補正分制御手段１２においては、実車速と制限車速（既定値）とから、（１）式の演算により、フィードバック補正分を算出する。
【００２７】
ＳＬＤＦＢ_ｎ＝ＳＬＤＦＢ_ｎ−１−｛ＫＰ×ＳＰＤ₋Ｈ１＋ＫＩ×（ＳＰＤＬＭＩＴ−ＳＰＤ_ｎ）−ＫＤ×（ＳＰＤ₋Ｈ２−ＳＰＤ₋Ｈ１）｝…（１）
ＳＬＤＦＢ_ｎ：現在のフィードバック補正分％
ＳＬＤＦＢ_ｎ−１：前回のフィードバック補正分％
ＫＰ：比例定数
ＫＩ：積分定数
ＫＤ：微分定数
ＳＰＤ₋Ｈ１：ＳＰＤ_ｎ−１−ＳＰＤ_ｎ
ＳＰＤ₋Ｈ２：ＳＰＤ_ｎ−２−ＳＰＤ_ｎ−１
ＳＰＤ_ｎ：現在の車速ｋｍ／ｈ
ＳＰＤ_ｎ−１：前回（１実行周期前）の車速ｋｍ／ｈ
ＳＰＤ_ｎ−２：前々回（２実行周期前）の車速ｋｍ／ｈ
ＳＰＤＬＭＩＴ：制限車速ｋｍ／ｈ（既定値）
サブスロットル開度制御手段１３においては、基本サブスロットル開度とフィードバック補正分とから、（２）式の演算により、サブスロットル開度を算出する。 サブスロットル開度＝基本サブスロットル開度×（１＋フィードバック補正分／１００）…（２）
図２は、基本サブスロットル開度制御手段１１の処理を説明するフローチャートであり、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１においては、車速センサの検出信号を読み込む。Ｓ２においては、スロットル開度センサの検出信号を読み込む。Ｓ３においては、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求め、サブスロットル開度制御手段１３へ出力するのである。
【００２８】
図３は、フィードバック補正分制御手段１２の処理を説明するフローチャートであり、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１においては、車速センサの検出信号を読み込む。Ｓ２においては、フィードバック補正分の演算（ＰＩＤ制御）の開始条件が成立かどうかを判定する。ＰＩＤ演算は、実車速が判定車速Ｖ１以上の走行状態にあり、その状態が所定時間ｔ以上に継続すると、フィードバック制御の開始条件の成立が判定されるのである。Ｓ２の判定がｎｏのときは、Ｓ１へ戻る一方、Ｓ２の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３へ進む。Ｓ３においては、ＰＩＤ演算によりフィードバック補正分を求め、サブスロットル開度制御手段１３へ出力する。
【００２９】
このように構成すると、サブスロットル弁２およびその開度を制御するコントロールユニット３により、実車速が制限車速を超えないようにエンジンへの混合気量を抑える車両スピードガバナ特性を創り出せるのである。エンジンへの混合気量は、車速制限が働かない車速領域においては、アクセル操作に連動するメインスロットル弁１の開度に応じて調整される。その間、サブスロットル弁２は、メインスロットル開度に応じた混合気量を妨げない開度（例えば、全開状態）に制御される。
【００３０】
図５は、車両の加速時における制御特性を例示するものであり、実車速が判定車速Ｖ１以上になり、その走行状態が所定時間ｔだけ継続すると、サブスロットル開度を補正するフィードバック制御が開始され、実車速が３次元マップ上の所定車速Ｖ０以上になると、基本サブスロットル開度（ステップモータの制御指令値）が制限車速の制御指令値（ステップ値）へ立ち上がる。
【００３１】
基本サブスロットル開度は、実車速が制限車速ＶＬを超えないようにエンジンへの混合気量を抑えるサブスロットル開度の基本制御量であり、サブスロットル弁２は、この基本制御量にフィードバック補正分を加える開度に制御される。フィードバック補正分は、実車速＝制限車速のときは０％、実車速＞制限車速のときは＋（閉側）補正量、実車速＜制限車速のときは−（開側）補正量、をサブスロットル開度に与える。補正量は、制限車速と実車速との偏差に応じて制御される。サブスロットル弁２は、フィードバック制御により、実車速が基本サブスロットル開度に規定される制限車速へ収束するように開閉され、アクセル操作量を一定に維持しながら、制限車速を保つような定速走行も可能となる。
【００３２】
図６は、別の実施形態を表すものであり、コントロールユニット３ａにおいて、メインスロットル開度（スロットル開度センサの検出信号）とフィードバック補正分制御手段１２の出力（フィードバック補正分）とから、サブスロットル弁２を開く方向へのフィードバック補正分について、サブスロットル開度制御手段１３への出力を制御する手段１４（フィードバック補正分下限制御手段）が設けられるのである。以下、図１と同一の構成手段に同一の符号を付け、重複説明は最小限に留める。
【００３３】
この下限制御手段１４は、図示しないが、サブスロットル弁２を開く方向へのフィードバック補正分に対する下限値をメインスロットル開度に応じて設定する手段と、この補正分と下限値との比較により、補正分＞下限値のときは補正分＝補正分、補正分≦下限値のときは補正分＝下限値、にフィードバック補正分を制御する手段と、を備える。サブスロットル開度制御手段１３は、基本サブスロットル開度制御手段１１の出力とフィードバック補正分下限制御手段１４の出力とから、（２）式の演算により、サブスロットル開度を算出するのである。
【００３４】
図７は、フィードバック補正分下限制御手段１４の処理を説明するフローチャートであり、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１においては、フィードバック補正分を読み取る（フィードバック補正分制御手段１２の出力を検出する）。Ｓ２においては、フィードバック補正分が−補正量（実車速＜制限車速）の場合、補正量と下限値との比較により、−補正量≦−下限値（両者の絶対値を比較すると、補正量≧下限値）かどうかを判定する。Ｓ２の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３において、−補正量＝−下限値にフィードバック補正分（サブスロットル開度制御手段１３への出力）を制御する一方、Ｓ２の判定がｎｏのときは、下限値による規制を行わず（フィードバック補正分を−下限値よりも小さい−補正量に制御しつつ）、ＲＥＴＵＲＮへ至るのである。
【００３５】
図８は、車両の加速時における制御特性を例示するものであり、図の左側に図１の場合に係る制御特性、図の右側にこの実施形態に係る制御特性、を記載する。なお、両者の制御特性は、同一の走行条件に基づくものである。
【００３６】
左側の場合、実車速が制限車速ＶＬ未満の通常走行状態からアクセルペダルの踏込みにより加速されるが、アクセルペダルの踏込み前において、実車速が判定車速Ｖ１以上かつ制限車速ＶＬ未満の走行状態が継続すると、サブスロットル開度を補正するフィードバック制御により、その補正量が開き側に大きくなる（−補正分が小さくなる）。この状態から加速するため、サブスロットル弁２が閉じるのに時間が掛かり、実車速が制限車速以上に大きく上昇（オーバシュート）しやすくなるのである。
【００３７】
右側の場合、アクセルペダルの踏込み前において、実車速が判定車速Ｖ１以上かつ制限車速ＶＬ未満の走行状態は継続するが、フィードバック制御の補正量は下限値に規制され、それ以上に大きくならない。フィードバック補正分に対する下限値については、図中に記載のような制御マップが設定され、メインスロットル開度に応じて制御される。加速への移行前は、メインスロットル開度が小さく、この例においては、０％が下限値に設定され、サブスロットル開度の補正量を０に規制する。その結果、加速への移行時にサブスロットル弁２が閉じるのに時間が掛からないようになり、実車速が制限車速ＶＬ以上に上昇（オーバシュート）するのを抑えられるのである。
【００３８】
実車速が制限車速ＶＬ未満かつ判定車速Ｖ１以上であり、メインスロットル開度が全開またはそれに近い状態のときは、路面の勾配など負荷が大きい走行状態と考えられるが、このようなときはメインスロットル開度に応じる下限値は低く設定される（図８の制御マップ、参照）。このため、実車速が制限車速ＶＬ未満かつ判定車速Ｖ１以上の走行状態が継続するに連れてフィードバック補正量が開き側へ大きくなるので、エンジンへの混合気量を増やせるようになり、制限車速への加速も可能となる。
【００３９】
その結果、この実施形態においては、メインスロットル開度に応じた下限値を設定することにより、通常走行状態のアクセル操作に基づく加速により実車速が制限車速以上に上昇（オーバシュート）するのを抑える対策と、登坂時など負荷の大きい走行状態におけるトルク不足の対策と、の両立が有効に図れるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を説明するシステム概要図である。
【図２】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図３】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図４】同じく３次元マップの説明図である。
【図５】同じく税魚特性の説明図である。
【図６】別の実施形態を説明するシステム概要図である。
【図７】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図８】同じく制御特性の説明図である。
【符号の説明】
１ メインスロットル弁（スロットル弁）
２ サブスロットル弁
３ コントロールユニット
５ ステップモータ（駆動手段）
１１ 基本サブスロットル開度制御手段
１２ フィードバック補正分制御手段
１３ サブスロットル開度制御手段
１４ フィードバック補正分下限制御手段

Claims (8)

1. アクセル操作に応動するメインスロットル弁と、吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル上流に供給する手段と、を備えるエンジンを原動機として搭載する車両において、エンジンに吸入される混合気量を抑えるためのサブスロットル弁と、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル開度を制御する手段と、を備えることを特徴とする車速制限装置。
2. サブスロットル開度の制御する手段は、実車速およびメインスロットル開度に基づいてこれらに応じた基本サブスロットル開度を求める手段と、実車速と制限車速との偏差に基づいてこれを０に収束させるようにサブスロットル開度の補正分をフードバック制御する手段と、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づいてサブスロットル開度の制御量を決定する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車速制限装置。
3. 基本サブスロットル開度を求める手段は、３次元マップの検索処理により、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求めることを特徴とする請求項２に記載の車速制限装置。
4. ３次元マップは、実車速が制限車速に達する直前からサブスロットル弁を制限車速域の基本サブスロットル開度へ急変させる特性に設定されることを特徴とする請求項３に記載の車速制限装置。
5. サブスロットル開度の補正分をフィードバック制御する手段は、実車速が制限車速よりも低い判定車速以上の走行状態が所定時間だけ継続すると起動されることを特徴とする請求項２に記載の車速制限装置。
6. サブスロットル弁を開く方向へのフィードバック補正分に対する下限値を設定する手段と、この補正分と下限値との比較により、補正分＞下限値のときは補正分＝補正分、補正分≦下限値のときは補正分＝下限値、にフィードバック補正分を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の車速制限装置。
7. フィードバック補正分に対する下限値は、メインスロットル開度に応じて設定されることを特徴とする請求項６に記載の車速制限装置。
8. エンジンの燃料は、圧縮天然ガスなどの気体燃料であることを特徴とする請求項１に記載の車速制限装置。

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