JP2005337170A - エンジン電子制御装置及びそれを搭載した車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アイドル回転数の目標回転数を増量することのあるエンジン電子制御装置において、操作量を学習する機会を十分確保できる。
【解決手段】 エンジンECU50は、アイドル運転中にアイドル目標回転数が所定の回転数域に入ることを条件の一つとして、エンジン操作量であるスロットルバルブ22を駆動するアクチュエータ22aの基本デューティ比指令値を学習する。この学習が未完のときには、エアコンECU90からアイドル目標回転数のアップ要求があったとしてもこのアップ要求を却下してアイドル目標回転数の変更を禁止する。つまり、エンジン操作量の学習が未完のときには、アイドル目標回転数の変更が禁止されるため、アイドル目標回転数が変更されて所定の回転数域から外れて学習開始条件が成立しなくなるという状況を回避できる。したがって、エンジン操作量を学習する機会を十分確保することができる。
【選択図】 図2
【解決手段】 エンジンECU50は、アイドル運転中にアイドル目標回転数が所定の回転数域に入ることを条件の一つとして、エンジン操作量であるスロットルバルブ22を駆動するアクチュエータ22aの基本デューティ比指令値を学習する。この学習が未完のときには、エアコンECU90からアイドル目標回転数のアップ要求があったとしてもこのアップ要求を却下してアイドル目標回転数の変更を禁止する。つまり、エンジン操作量の学習が未完のときには、アイドル目標回転数の変更が禁止されるため、アイドル目標回転数が変更されて所定の回転数域から外れて学習開始条件が成立しなくなるという状況を回避できる。したがって、エンジン操作量を学習する機会を十分確保することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、エンジン電子制御装置及びそれを搭載した車両に関する。
エンジンは、良好な運転状態を維持するために各種の運転制御が行われる。例えばアイドル回転数制御では、アイドル運転中に目標回転数と実際のエンジン回転数とを比較し、その偏差に応じて実際のエンジン回転数が目標回転数となるように操作量を決め、スロットルバルブ開度を調整するアクチュエータを駆動している。そして、こうした良好なエンジンの運転状態を次回の運転制御開始時にも反映させるために、その運転制御のための操作量を学習値として記憶する。即ち、エンジンの運転制御のための操作量を学習し、その学習した操作量を次回の運転制御が開始される際に用いることで、次回の運転制御開始時におけるエンジンの運転状態を良好なものとすることができる。
この種の学習を行うエンジン電子制御装置としては、例えば特許文献1のように、車両が低速走行し且つアクセル踏み込み量が小さい場合にはモータモードとなってエンジンを停止させるが、学習が未完のときにはエンジンを停止させずにアイドル運転を行うものが知られている。また、前出のアイドル回転数制御を実行するエンジン電子制御装置としては、例えば特許文献2のように、車両駆動系以外の空調制御装置からアイドル目標回転数のアップ要求があったときにはそのアップ要求に応じてアイドル目標回転数を増量させるものも知られている。
特許3141823号公報
特開平3−160136号公報
しかしながら、特許文献2のように、空調制御装置からのアイドル目標回転数のアップ要求に応じて常にアイドル目標回転数を増量すると、アイドル回転数制御の操作量を学習する機会が少なくなる。即ち、操作量の学習を開始するための条件として、アイドル運転時の目標回転数が所定の低回転数域のときという条件が定められている場合があり、そのような場合には目標回転数が増量されると開始条件が成立しなくなるため、操作量を学習する機会が少なくなる。この点は、目標回転数が所定の回転数域のときという条件を学習開始条件の一つとする他のエンジン運転制御についても、同様であるし、また、実回転数と目標回転数との偏差が所定の微小範囲内のときという条件を学習開始条件の一つとするエンジン運転制御についても、同様である。また、空調制御装置のような車両駆動系以外の車両システムからのアイドル目標回転数のアップ要求は、車両駆動系の事情にかかわらず頻繁に出力される可能性があるから、この点でも操作量を学習する機会が少なくなる。このように操作量の学習機会が少なくなると、学習値として記憶された操作量が不適切なものとなり、エンジンの運転状態を良好にすることが困難になる。
本発明は、この課題を解決するためになされたものであり、アイドル回転数の目標回転数を増量することのあるエンジン電子制御装置において、操作量を学習する機会を十分確保できるものを提供することを目的の一つとする。また、そのようなエンジン電子制御装置を搭載した車両を提供することを目的の一つとする。
本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明のエンジン電子制御装置は、
アイドル運転中にアイドル目標回転数が予め定められた所定の回転数域に入ることを条件の一つとしてエンジン操作量を学習する操作量学習手段と、
車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとき該変更要求に応じてアイドル目標回転数を変更する目標回転数変更手段と、
前記操作量学習手段による学習が未完のときには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止する変更禁止手段と、
を備えたものである。
アイドル運転中にアイドル目標回転数が予め定められた所定の回転数域に入ることを条件の一つとしてエンジン操作量を学習する操作量学習手段と、
車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとき該変更要求に応じてアイドル目標回転数を変更する目標回転数変更手段と、
前記操作量学習手段による学習が未完のときには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止する変更禁止手段と、
を備えたものである。
このエンジン電子制御装置では、アイドル運転中にアイドル目標回転数が所定の回転数域に入ることを条件の一つとしてエンジン操作量を学習するが、この学習が未完のときには、車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとしてもアイドル目標回転数の変更を禁止する。つまり、エンジン操作量の学習が未完のときには、車両駆動系の事情にかかわらず頻繁にアイドル目標回転数の変更要求があったとしても、アイドル目標回転数の変更が禁止されるため、アイドル目標回転数が変更されて所定の回転数域から外れてしまい学習開始条件が成立しなくなるという状況を回避できる。したがって、エンジン操作量を学習する機会を十分確保することができる。
ここで、「車両駆動系以外の車両システム」とは、例えば、ヒータを制御するヒータ制御装置やクーラを制御するクーラ制御装置、ブレーキ負圧を制御する負圧制御装置、AC100Vソケットなどの電源ソケットを制御するソケット制御装置などが挙げられる。
本発明のエンジン電子制御装置は、
アイドル運転中にエンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が予め定められた所定の微小範囲に入ることを条件の一つとしてエンジン操作量を学習する操作量学習手段と、
車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとき該変更要求に応じてアイドル目標回転数を変更する目標回転数変更手段と、
前記操作量学習手段による学習が未完のときには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止する変更禁止手段と、
を備えたものとしてもよい。
アイドル運転中にエンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が予め定められた所定の微小範囲に入ることを条件の一つとしてエンジン操作量を学習する操作量学習手段と、
車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとき該変更要求に応じてアイドル目標回転数を変更する目標回転数変更手段と、
前記操作量学習手段による学習が未完のときには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止する変更禁止手段と、
を備えたものとしてもよい。
このエンジン電子制御装置では、アイドル運転中にエンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が所定の微小範囲に入ることを条件の一つとしてエンジン操作量を学習するが、この学習が未完のときには、車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとしてもアイドル目標回転数の変更を禁止する。つまり、エンジン操作量の学習が未完のときには、車両駆動系の事情にかかわらず頻繁にアイドル目標回転数の変更要求があったとしても、アイドル目標回転数の変更が禁止されるため、アイドル目標回転数が変更されてエンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が所定の微小範囲から外れてしまい学習開始条件が成立しなくなるという状況を回避できる。したがって、エンジン操作量を学習する機会を十分確保することができる。
本発明のエンジン電子制御装置において、前記変更禁止手段は、前記操作量学習手段による学習が完了したあとには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止しないようにしてもよい。こうすれば、アイドル目標回転数の変更禁止が頻繁に行われることがないため、アイドル目標回転数の変更要求は必要な範囲で禁止されるにすぎない。
本発明のエンジン電子制御装置において、前記エンジンは水冷エンジンであり、前記変更要求は前記エンジンの冷却水の排熱を利用するヒータを制御するヒータ電子制御装置から出力されるアイドル目標回転数の上昇要求であってもよい。こうすれば、エンジンの冷却水温が十分高くないときにはヒータ電子制御装置から出力される上昇要求を取得してエンジンの冷却水が早期に昇温しやすいようにアイドル目標回転数を上昇させるが、エンジン操作量の学習が未完のときにはそのアイドル目標回転数アップの要求があったとしてもアイドル目標回転数を上昇させずにエンジン操作量を学習する機会を確保できるようにする。このエンジン電子制御装置は、所定のエンジン停止条件が成立したときに前記エンジンを停止させその後所定のエンジン再始動条件が成立したときに前記エンジンを再始動する停止再始動制御手段、を備えていてもよい。この場合、エンジンの自動停止を行うためエンジンの冷却水温が上昇しにくいことから、アイドル目標回転数の変更要求が比較的多発されやすいため、本発明を適用する意義が高い。
本発明のエンジン電子制御装置において、前記エンジン制御は、アイドル回転数制御であってもよい。アイドル回転数制御では、アイドル運転中にアイドル目標回転数が所定の回転数域に入ることを学習開始条件の一つとしたり、アイドル運転中にエンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が予め定められた所定の微小範囲に入ることを学習開始条件の一つとしたりすることが多いため、本発明を適用する意義が高い。
本発明のエンジン電子制御装置において、前記エンジンの操作量は、スロットル開度又は該スロットル開度に相関のあるパラメータ量であってもよい。スロットルバルブの隙間には細かなチリ等が付着して吸入空気量が変化することがあり、そうすると当初のスロットル開度のままではエンジン制御を精度よく行うことができなくなるため、学習する必要性が高い。
本発明のエンジン電子制御装置において、前記学習は、1トリップに少なくとも1回実施されるか予め定められた期間内に少なくとも1回実施されることが好ましい。こうすれば、いつまでも同じエンジン操作量の学習値を使うことがないため、エンジン制御を適切に行うことができる。ここで、「1トリップ」とは、本明細書ではイグニッションオンからイグニッションオフまでをいう。
本発明の車両は、上述したエンジン電子制御装置を搭載しているため、エンジン操作量の学習が未完のときには、アイドル目標回転数の変更が禁止される。このため、アイドル目標回転数が変更されて所定の回転数域から外れてしまい学習開始条件が成立しなくなるという状況や、エンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が所定の微小範囲から外れてしまい学習開始条件が成立しなくなるという状況を回避できる。したがって、エンジン操作量を学習する機会を十分確保することができる。
図1は本発明の一実施形態であるハイブリッド車両10の構成の概略を示す構成図であり、図2は実施形態のハイブリッド車両10が搭載するエンジン20の構成の概略を示す構成図である。
ハイブリッド車両10は、図1に示すように、燃料を燃焼した燃焼エネルギを運動エネルギに変換するエンジン20と、エンジンシステム全体をコントロールするエンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)50と、エンジン20の出力軸としてのクランクシャフト27に接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1,MG2と、モータMG1,MG2の発電及び駆動を制御するモータ用電子制御ユニット(モータECU)14と、モータMG1,MG2と電力のやりとりを行うバッテリ45と、バッテリ45の充電状態を監視するバッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)46と、動力分配統合機構30に接続された軸にチェーンベルト15を介して接続された駆動軸17と、ハイブリッドシステム全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット(ハイブリッドECU)70と、車室内の温度をコントロールするエアコン電子制御ユニット(エアコンECU)90とを備える。なお、駆動軸17はデファレンシャルギヤ18を介して駆動輪19,19に接続されている。
エンジン20は、例えばガソリンなどの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、エアクリーナ21により清浄された空気をスロットルバルブ22を介して吸入すると共にインジェクタ23からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ24を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ25による電気火花によって爆発燃焼させた燃焼エネルギにより押し下げられるピストン26の往復運動をクランクシャフト27が回転する運動エネルギに変換する。このクランクシャフト27には10°CAごとにパルスを出力するクランク角センサ67が取り付けられている。スロットルバルブ22は、吸気管の断面に対する傾斜角度(開度)が変化することにより吸気管を通過する空気量を調節するバルブであり、アクチュエータ22aにより電気的に開度が変化するように構成されている。このアクチュエータ22aは、ロータリ式電磁ソレノイドによって構成されている。そして、スロットルバルブ22は、このソレノイドに対する印加電圧をデュ−ティ制御することにより回動されて開度調節されるようになる。このスロットルバルブ22の開度は、スロットルポジションセンサ22bからエンジンECU50へ出力される。エンジン20からの排気は、排気管64を通って、図示しない触媒コンバータを介して車外へ排出される。
また、エンジン20は、水冷エンジンであり、エンジン内部を冷却水で冷却するための循環経路54を備えている。この循環経路54は、エンジン20の熱を奪ったあとの冷却水をラジエータ55へ供給する第1配管54aと、ラジエータ55で放熱された冷却水をエンジン20へ供給する第2配管54bとから構成されている。このうち、第2配管54bの途中には冷却水循環ポンプ56が設けられ、この冷却水循環ポンプ56が作動することにより冷却水が循環経路54を循環するようになっている。また、第1配管54aにはバイパス経路57が形成され、このバイパス経路57の途中には熱交換器であるヒータコア91が接続されている。このヒータコア91には、ブロワ92により車室内の空気又は車室外の空気が流通するように構成されている。また、ヒータコア91を通過した空気は、エンジン20で加熱された冷却水から熱を受け取って温風となり、吹き出し口から車室内に吹き出すようになっている。つまり、本実施形態のヒータはエンジン20の冷却水の廃熱を利用するものである。更に、ヒータコア91には、ヒータコア91内における冷却水の温度を検出するヒータコア温度センサ93が取り付けられている。なお、循環経路54には冷却水温を検出する水温センサが取り付けられている。
エンジンECU50は、CPU51を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM52と、一時的にデータを記憶するRAM53と、入出力ポート(図示せず)とを備える。このエンジンECU50は、エンジン20の状態を検出する種々のセンサからの信号が入力ポートを介して入力されている。具体的には、エンジンECU50には、エンジン20の吸入空気量を検出するエアフローメータ28からの吸入空気量、スロットルポジションセンサ22bからのスロットル開度、冷却水温センサからのエンジン20の冷却水温、クランク角センサ67からのパルス信号、エアコンECU90からのアイドル目標回転数Nei*のアップ要求などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンECU50からは、エンジン20を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。具体的には、エンジンECU50からは、スロットルバルブ22を駆動するアクチュエータ22aへの駆動信号、インジェクタ23への駆動信号、点火プラグ25の着火を行うイグナイタと一体化されたイグニションコイル29への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンECU50は、ハイブリッドECU70と電気的に接続され、ハイブリッドECU70からの制御信号によりエンジン20を運転制御すると共に必要に応じてエンジン20の運転状態に関するデータをハイブリッドECU70に出力する。
動力分配統合機構30は、モータMG1に接続されたサンギヤ31、モータMG2に接続されたリングギヤ32、サンギヤ31及びリングギヤ32と噛合する複数のピニオンギヤ33及びエンジン20のクランクシャフト27に接続されピニオンギヤ33を自転且つ公転自在に保持するキャリア34を回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構として構成されている。この動力分配統合機構30は、モータMG1が発電機として機能するときにはエンジン20からの動力をモータMG1側と駆動軸側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG2が電動機として機能するときにはエンジン20からの動力とモータMG2からの動力を統合して駆動軸に出力する。
モータMG1及びモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ45と電力のやりとりを行う。インバータ41,42とバッテリ45とを接続する電力ライン58は、各インバータ41,42が共用する正極母線及び負極母線として構成されており、モータMG1,MG2の一方で発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。また、バッテリ45は、モータMG1,MG2から生じた電力により充電されたりモータMG1,MG2に不足する電力を供給したりする。モータMG1,MG2は、共にモータECU14により運転制御されている。モータECU14は、モータMG1,MG2を運転制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流等が入力されており、モータECU14からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU14は、回転位置検出センサ43,44から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータMG1,MG2のロータの回転数Nm1,Nm2を計算している。この回転数Nm1,Nm2は、モータMG1がサンギヤ31に接続されていると共にモータMG2がリングギヤ32に接続されていることから、サンギヤ軸31aの回転数Nsやリングギヤ軸32aの回転数Nrと一致する。モータECU14は、ハイブリッドECU70と通信しており、ハイブリッドECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を運転制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッドECU70に出力する。
バッテリ45は、ここではニッケル水素バッテリを採用しており、モータMG1,MG2へ電力を供給したり減速時にモータMG1,MG2からの回生エネルギを電力として蓄えたりする役割を果たす。バッテリECU46には、バッテリ45を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ45の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ45の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ45に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ45の状態に関するデータを通信によりハイブリッドECU70に出力する。なお、バッテリECU46では、バッテリ45を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値や電圧センサにより検出された端子間電圧に基づいて残容量(SOC)も演算している。
ハイブリッドECU70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM74と、一時的にデータを記憶するRAM76と、入出力ポート(図示せず)とを備える。ハイブリッドECU70には、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度AP,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッドECU70は、エンジンECU50やモータECU14と各種制御信号やデータのやりとりを行っている。なお、図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてバッテリ45の残容量(SOC)も演算している。
エアコンECU90は、車両駆動系以外の車両システムの一つであり、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されている。このエアコンECU90には、エアコン操作パネル96で設定された設定温度,車室内の温度を検出する車内温度センサ97からの車内温度,ヒータコア91に取り付けられたヒータコア温度センサ93からのヒータコア温度などが入力されている。ここで、ヒータコア温度は、エンジン20の冷却水と熱交換を行うヒータコア91の温度であるから、エンジン20の冷却水温とみることもできる。また、エアコンECU90からは、風量を調節するブロワ92への駆動信号や、エンジンECU50へのアイドル目標回転数Nei*のアップ要求信号などが出力されている。なお、エアコンECU90は、ハイブリッドECU70と電気的に接続され、空調に関するデータをハイブリッドECU70に出力する。
次に、こうして構成された本実施形態のハイブリッド車両10のハイブリッドECU70によって実行されるハイブリッド制御ルーチンと、エンジンECU50によって実行されるエンジン制御ルーチンについて説明する。
まず、ハイブリッドECU70によって実行されるハイブリッド制御ルーチンについて図3のフローチャートに基づいて説明する。ハイブリッド制御ルーチンは所定タイミングごとに繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、ハイブリッドECU70のCPU72は、まず、アクセル開度APや車速V、バッテリECU46により演算される残容量(SOC(State of charge))など制御に必要な信号を入力し(ステップS100)、入力したアクセル開度APと車速Vとに基づいてリングギヤ軸32aに要求される要求動力Pr*を設定する(ステップS110)。ここで、要求動力Pr*は、アクセル開度APと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め求めてトルク設定マップとしてハイブリッドECU70のROM74に記憶しておき、アクセル開度APと車速Vとが与えられると、トルク設定マップから対応する要求トルクTr*を導出し、これとリングギヤ軸32aの回転数Nr(車速Vと換算係数rを乗じたもの)との積として算出するものとした。なお、トルク設定マップの一例を図4に示す。
続いて、バッテリ45の充放電量Pb*(充電側を正とする)を設定する(ステップS120)。バッテリ45の充放電量Pb*は、基本的にはバッテリ45のSOCが適正値(例えば60〜70%)となるように設定される。要求動力Pr*と充放電量Pb*とが設定されると、両者の和をとりエンジン20が出力すべき要求動力Pe*を設定する(ステップS130)。
続いて、エンジン20への要求動力Pe*が予め定められた最小要求動力Pref以上か否かを判定する(ステップS140)。ここで、最小要求動力Prefは、エンジン20が最小要求動力Prefを下回る動力を出力するとすればハイブリッド車両10のシステム全体の効率が低下することを考慮して経験的に定められた値である。このステップS140で要求動力Pe*が最小要求動力Pref以上のときには、要求動力Pe*を出力可能なエンジン20の運転ポイント(トルクと回転数により定まるポイント)のうちエンジン20が最も効率よく運転できる最適運転ポイントをエンジン20の目標トルクTe*、目標回転数Ne*として設定する(ステップS150)。要求動力Pe*を出力可能な運転ポイントのうちエンジン20が効率よく運転できる最適運転ポイントを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定する様子を図5に示す。図中、曲線Aはエンジン最適動作ラインであり、曲線Bは要求動力Pe*における動力一定曲線である。ここで、動力はトルクと回転数の積で表されるから、動力一定曲線Bは反比例型のグラフになる。図示するように、エンジン最適動作ラインAと要求動力Pe*の動力一定曲線Bとの交点である最適運転ポイントでエンジン20を運転すれば、エンジン20から要求動力Pe*を効率よく出力することができる。ここでは、要求動力Pe*と最適運転ポイントの関係を予め実験などにより求めてマップとしてハイブリッドECU70のROM74に記憶しておき、要求動力Pe*が与えられるとマップから対応する最適運転ポイントの回転数とトルクとを導出して目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定するものとした。
目標トルクTe*と目標回転数Ne*とが設定されると、エンジン20の目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nrと動力分配統合機構30のギヤ比ρ(サンギヤ31の歯数/リングギヤ32の歯数)とにより次式(1)を用いてモータMG1の目標回転数Nm1*を設定し(ステップS160)、エンジン20の目標トルクTe*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとにより次式(2)を用いてモータMG1の目標トルクTm1*を設定すると共にエンジン20の目標トルクTe*と動力分配統合機構30のギヤ比ρと要求トルクTr*とにより次式(3)を用いてモータMG2の目標トルクTm2*を設定する(ステップS170)。
Nm1*=(1+ρ)×Ne*/ρ−Nr/ρ … (1)
Tm1*=−Te*×ρ/(1+ρ) … (2)
Tm2*=Tr*−Te*×1/(1+ρ) … (3)
Nm1*=(1+ρ)×Ne*/ρ−Nr/ρ … (1)
Tm1*=−Te*×ρ/(1+ρ) … (2)
Tm2*=Tr*−Te*×1/(1+ρ) … (3)
図6はこのときの共線図である。この共線図では縦軸は各回転軸の回転数を表し横軸は各ギヤのギヤ比を表す。サンギヤ軸31a(図中のS)とリングギヤ軸32a(図中のR)を両端に取り、この区間を1:ρに内分する位置をキャリア軸つまりクランクシャフト27(図中のC)とし、各位置S,C,Rに対応して回転数Ns,Nc,Nrをプロットする。動力分配統合機構30は遊星歯車機構であるため、このようにプロットされた3点は同一直線上に並ぶという性質を有しており、この直線を動作共線という。したがって、動作共線を用いることにより3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転数から残余の回転軸の回転数を求めることができる。リングギヤ軸32aの回転数Nr(モータMG2の回転数Nm2)は車速Vに基づいて決まるので、キャリア軸の回転数Nc(エンジン20の回転数Ne)が決まればサンギヤ軸31aの回転数Ns(モータMG1の回転数Nm1)が比例配分によって決まり、前式(1)のようになる。また、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示すと、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。ここで、エンジン20のクランクシャフト27に作用するトルクTeを位置Cで動作共線に上向きのベクトルとして表し、リングギヤ軸32aに作用するトルクTrを位置Rで下向きのベクトルとして表す。なお、ベクトルの方向は作用させるトルクの方向を表す。このとき、剛体に作用する力の分配法則に基づいてトルクTeを両端の位置S,Rに分配すると、位置Sでの分配トルクTesは上向きでTe×ρ/(1+ρ)という大きさとなり、位置Rでの分配トルクTerは上向きでTe×ρ/(1+ρ)という大きさになる。この状態で動作共線が剛体として釣り合いがとれているから、モータMG1に作用すべきトルクTm1は分配トルクTesと方向が逆で大きさが同じトルクとなり、モータMG2に作用すべきトルクTm2はトルクTrと分配トルクTerとの差分のトルクとなる。
さて、エンジン20の目標トルクTe*、モータMG1の目標回転数Nm1*および目標トルクTm1*、モータMG2の目標トルクTm2*を設定すると、これらの目標値をエンジンECU50,モータECU14に指令し(ステップS190)、本ルーチンを終了する。エンジンECU50やモータECU14はこれらの目標値に基づいてエンジン20やモータMG、1MG2の運転制御を行う。ここで、エンジンECU50の運転制御について簡単に説明する。エンジンECU50は、エンジン20が目標回転数Ne*で回転して目標トルクTe*を出力するような空気量を決定し、決定された空気量に基づいてエンジン1回転当たりの吸入空気量を算出し、その吸入空気量に見合ったスロットル開度となるようにアクチュエータ22aによりスロットルバルブ22を作動すると共に、その吸入空気量に基づいて所定の目標空燃比(例えば理論空燃比)からインジェクタ23による燃料噴射量つまり燃料噴射時間を演算し、この燃料噴射時間だけインジェクタ23を開弁して燃料を噴射し、その後吸気バルブ24から吸入された混合気に点火すべくイグニションコイル29に高電圧を印加して点火プラグ25に火花を発生させる、という制御を実行する。これにより、燃焼エネルギが発生してピストン26が上下動し、この上下動が回転運動となってクランクシャフト27に伝達される。
一方、ステップS140でエンジン20への要求動力Pe*が予め定められた最小要求動力Pref未満のとき、エンジン20の目標トルクTe*、モータMG1の目標トルクTm1*を共にゼロに設定し、エンジン20の目標回転数Ne*をアイドル回転数Niに設定し、且つモータMG2の目標トルクTm2*をTr*に設定し(ステップS180)、その後エンジン20の目標トルクTe*及び目標回転数Ne*、モータMG1の目標トルクTm1*、モータMG2の目標トルクTm2*をエンジンECU50及びモータECU14に指令し(ステップS190)、本ルーチンを終了する。このとき、エンジン20の目標トルクTe*がゼロであるため要求動力Pe*はゼロになる。また、モータMG1の目標トルクTm1*はゼロであるためモータMG1は無負荷運転(空回り)となり、エンジン20の目標トルクTe*もゼロトルクであるためエンジン20も無負荷運転(アイドル運転)となり、リングギヤ軸32aの目標トルクTr*はすべてモータMG2によって賄われることになる。なお、モータMG1の無負荷運転はモータMG1のロータの回転抵抗がゼロになるようにインバータ41を制御することにより実現される。なお、アイドル回転数Niは、エンジンECU50によってエンジン20の運転状況に応じて適宜変更される。
なお、エンジンECU50は、例えばエンジン効率の悪い低負荷領域(車速Vが低速のときなど)で且つバッテリ45のSOCが良好なときにエンジン停止条件が成立し、このエンジン停止条件が成立すると、インジェクタ23からの燃料噴射を停止すると共に点火プラグ25の着火を停止するというエンジン停止処理が実行される。また、例えばエンジン20とモータMG2とで車輪を駆動する必要が生じたとき(加速時など)や、バッテリ45のSOCが不足してモータMG1を発電させてバッテリ45を充電する必要があるときなどにエンジン再始動条件が成立し、このエンジン再始動条件が成立すると、モータMG1でエンジン20をクランキングすると共に、エンジン20の再始動時噴射量がインジェクタ23から噴射されるようにインジェクタの開弁時間を制御しつつ点火プラグ25の着火を行いエンジン20を再始動させる。
次に、エンジンECU50によって実行されるアイドル回転数制御ルーチンについて図7のフローチャートに基づいて説明する。このルーチンは、所定タイミングごと(例えば数msecごとや所定クランク角ごと)に繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、エンジンECU50のCPU51は、まず、予め定められたフィードバック条件が成立しているか否かを判定する(ステップS300)。なお、図7ではフィードバックをF/Bと略す。ここで、フィードバック条件は、水温センサからのエンジン20の冷却水温が例えば65℃以上であり十分に暖機されていることや、ハイブリッドECU70からのエンジン20の目標トルクTe*がゼロトルクでアイドル運転中であること等を満たすときに成立する。そして、フィードバック条件が成立していたときには、エンジンECU50は、アイドル回転数のフィードバック制御を実行する際のアクチュエータ22aの操作量の基になるデューティ比指令値Dを算出する(ステップS302)。即ち、アイドル回転数のフィードバック制御では、クランク角センサ67の出力値に基づいて算出される実際のエンジン回転数Neを、アイドル目標回転数Nei*に一致させるべく、アクチュエータ22aを構成するソレノイドへの印加電圧をデューティ制御してスロットルバルブ22の全閉開度を調整するが、そのデューティ制御に使用するデューティ比指令値Dを算出するのである。このデューティ比指令値Dは、予め定められた基本デューティ比指令値Dbaseにフィードバック補正量βを加算することによって算出される。そして、フィードバック補正量βは、アイドル運転時の実際のエンジン回転数Neとアイドル目標回転数Nei*との偏差ΔNeを算出し、その偏差ΔNeに応じて周知のPI制御等により決定される。一方、ステップS300でフィードバック条件が成立していなかったときには、エンジンECU50は、フィードバック条件不成立時の処理を行う(ステップS304)。即ち、以前にRAM53に記憶した基本デューティ比指令値Dbaseを読み出し、それをそのままデューティ比指令値Dとする。
ステップS302又はS304の処理のあと、エンジン20の冷却水温を冷却水温センサから入力しこの冷却水温に基づき水温補正量αを算出する(ステップS306)。この水温補正量αは冷却水温が高いほど小さい値になるように算出される。こうして水温補正量αを算出した後、今回のトリップ中に学習が実行されたか否かを学習完了フラグFに基づいて判定する(ステップS308)。ここで、学習完了フラグFは、1トリップ中で学習が完了したときには1にセットされ、学習が未完のときにはゼロにリセットされるフラグであり、初期設定値はゼロである。このステップS308で学習完了フラグFがゼロのときには、エンジンECU50はエアコンECU90からアイドル目標回転数Nei*のアップ要求を入力したか否かを判定する(ステップS310)。ここで、エアコンECU90は、例えば寒冷地でのイグニションオン時のようにエンジン50の冷却水温が低く且つエアコンの設定温度が車内温度に比べて高いときに、ヒータコア91に高温のエンジン冷却水を流通させてこのヒータコア91を通過する空気の温度を上げるべく、アイドル目標回転数Nei*のアップ要求をエンジンECU50に出力する。
ステップS310で、エアコンECU90からのアイドル目標回転数Nei*のアップ要求を入力したときには、エンジンECU50はこのアップ要求を却下し(ステップS312)、その後学習条件が成立したか否かを判定する(ステップS314)。このため、アイドル目標回転数Nei*は従前のまま維持される。一方、ステップS310で、エアコンECU90からのアップ要求を入力していないときには、そのままステップS314に進む。ここで、学習条件は、このアイドル回転数制御ルーチンが実行されている状態で冷却水温が例えば70℃以上で、アイドル目標回転数Nei*が所定の回転数域(例えば900〜975ppm)に入り、且つ回転数差ΔNeが微小範囲内(例えば±75rpm以内)のとき、即ちエンジン20が十分暖機された状態でアイドル回転数がフィードバック制御により所定の回転数域の目標回転数に良好に収束しているときに成立する。そして、ステップS314で学習条件が成立したときには、ステップS302で算出したデューティ比指令値D(=Dbase+β)を暫定学習値としてRAM53の所定領域に保存し(ステップS316)、続いて学習条件が成立した状態が所定の収束時間だけ継続したか否かを判定する(ステップS318)。ここで、所定の収束時間とは、アイドル回転数のフィードバック制御によって実際のアイドル回転数Neがアイドル目標回転数Nei*へ収束するのに十分な時間である。
そして、ステップS318で学習条件が成立した状態が所定の収束時間だけ継続したときには、続いてアイドル回転数のフィードバック制御が十分的確に行われたか否かを判定する(ステップS320)。ここでは、偏差ΔNeが極小範囲内(例えば±50rpm以内)に入るときにフィードバック制御が十分的確に行われたと判定する。このステップS320で偏差ΔNeが極小範囲内に入ったときには、フィードバック制御が十分に的確に行われたとして、RAM53に記憶された暫定学習値を最終的な学習値として確定し、この学習値を基本デューティ比指令値Dbaseとして更新し(ステップS322)、学習が完了したことを示すために学習完了フラグFに1をセットする(ステップS324)。一方、ステップS314で学習条件が成立していなかったときには、学習条件不成立時の処理として、ステップS302で算出したデューティ比指令値DをRAM53に記憶するのを禁止し(ステップS326)、収束時間の計測をリセットする(ステップS328)。
そして、ステップS324で学習完了フラグFに1をセットしたあと、あるいは、ステップS308で学習完了フラグFが1にセットされていたときつまり既に学習が完了していたとき、あるいは、ステップS318で学習条件が成立してから所定の収束時間が経過していなかったとき、あるいは、ステップS320でフィードバック制御が的確でなかったとき、あるいは、ステップS328で収束時間の計測をリセットしたときには、ステップS306で求めた水温補正量αをデューティ比指令値Dに加算して最終デューティ比指令値Dfinal(=D+α=Dbase+β+α)とし(ステップS330)、この最終デューティ比指令値Dfinalでもってアクチュエータ22aを駆動し(ステップS332)、このルーチンを終了する。この結果、アクチュエータ22aによってスロットルバルブ22が作動して全閉位置が調節され、実際のエンジン回転数Neがアイドル目標回転数Nei*に近づくような空気流量でもって空気がエンジン20に吸入される。
以上詳述した本実施形態によれば、アイドル運転中にアイドル目標回転数Nei*が所定の回転数域に入ることや、アイドル運転中の実際のエンジン回転数Neとアイドル目標回転数Nei*との偏差ΔNeが所定の微小範囲に入ることを条件の一つとして、エンジン操作量であるアクチュエータ22aの基本デューティ比指令値Dbaseを学習するが、この学習が未完のときには、エアコンECU90からアイドル目標回転数Nei*のアップ要求があったとしてもこのアップ要求を却下してアイドル目標回転数Nei*の変更を禁止する。つまり、エンジン操作量の学習が未完のときには、車両駆動系の事情にかかわらず頻繁にアイドル目標回転数Nei*のアップ要求があったとしても、アイドル目標回転数Nei*の変更が禁止されるため、アイドル目標回転数Nei*が変更されて所定の回転数域から外れたり、アイドル目標回転数Nei*が変更されてエンジンの実回転数とアイドル目標回転数Nei*との偏差が所定の微小範囲から外れたりして学習開始条件が成立しなくなるという状況を回避できる。したがって、エンジン操作量を学習する機会を十分確保することができる。
また、本実施形態では、例えばエンジン効率の悪い低負荷領域(車速Vが低速のときなど)で且つバッテリ45のSOCが良好なときにエンジン停止条件が成立し、このエンジン停止条件が成立すると、インジェクタ23からの燃料噴射を停止すると共に点火プラグ25の着火を停止するというエンジン停止処理が実行される。また、例えばエンジン20とモータMG2とで車輪を駆動する必要が生じたとき(加速時など)や、バッテリ45のSOCが不足してモータMG1を発電させてバッテリ45を充電する必要があるときなどにエンジン再始動条件が成立し、このエンジン再始動条件が成立すると、モータMG1でエンジン20をクランキングすると共に、エンジン20の再始動時噴射量がインジェクタ23から噴射されるようにインジェクタの開弁時間を制御しつつ点火プラグ25の着火を行いエンジン20を再始動させる。ここで、エンジン20が自動停止したときにはエンジン20の冷却水温が上昇しにくいことから、エアコンECU90からのアイドル目標回転数Nei*のアップ要求が多発されやすい。このため、本発明を適用してエンジン操作量である基本デューティ比指令値Dbaseを学習する機会を十分確保することができる。
更に、本実施形態では、アイドル回転数制御に本発明を適用したが、アイドル回転数制御ではアイドル運転中にアイドル目標回転数Nei*が所定の回転数域に入ることを学習開始条件の一つとしたり、アイドル運転中にエンジンの実回転数Neとアイドル目標回転数Nei*との偏差ΔNeが予め定められた所定の微小範囲に入ることを学習開始条件の一つとしたりすることが多いため、本発明を適用する意義が高い。
更にまた、本実施形態では、エンジンの操作量として、スロットル開度に相関のあるパラメータ量であるアクチュエータ22aの基本デューティ比指令値Dbaseを学習している。スロットルバルブ22の隙間には細かなチリ等が付着して吸入空気量が変化することがあり、そうすると当初の基本デューティ比指令値Dbaseのままではアイドル回転数制御を精度よく行うことができなくなるため、学習する必要性が高い。
そしてまた、エンジン操作量の学習は1トリップに1回実施されることから、いつまでも同じエンジン操作量の学習値を使うことがないため、エンジン制御を適切に行うことができる。
そして更に、モータMG1のロータの回転抵抗をゼロにしてサンギヤ軸31aを空転させることによりエンジン20とリングギヤ軸32aはつながりが切れた状態(つまりニュートラルの状態)になるため、エンジン20の無負荷運転つまり自立運転を容易に実現することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、学習条件が成立したときにはスロットルバルブ22の開度を調節するアクチュエータ22aの操作量である基本デューティ比指令値Dbaseを学習するものとして説明したが、スロットルバルブ22の開度に関連のあるパラメータであればどのようなパラメータを学習してもよく、例えば、スロットルバルブ22の隙間を流れる空気流量を学習するものとしてもよいし、スロットルバルブ22の開度を学習するものとしてもよい。
また、上述した実施形態において、図8に示すように、ステップS308で学習完了フラグFが1だったときつまり既に学習が完了していたときには、エアコンECU90からのアイドル目標回転数Nei*のアップ要求があったか否かを判定し(ステップS334)、このアップ要求がないときにはそのままステップS330へ進み、このアップ要求があったときにはアイドル目標回転数Nei*をアップ要求に応じて高く設定し(ステップS336)、その後ステップS330へ進むようにしてもよい。この場合、高く設定されたアイドル目標回転数Nei*(例えば1200rpm)は次回のアイドル回転数制御ルーチンを実行する際に利用される。こうすれば、アイドル目標回転数Nei*の変更禁止が頻繁に行われることがないため、アイドル目標回転数Nei*の変更要求は必要な範囲で禁止されるにすぎない。
更に、上述した実施形態において、エアコンECU90はヒータコア91に高温のエンジン冷却水を流通させてヒータコア91を通過する空気の温度を上げる必要があるときにアイドル目標回転数Nei*のアップ要求を出力したが、夏期にエアコンの設定温度が車内温度に比べて低く冷房用冷媒を圧縮するコンプレッサの回転数を上げて冷却能力を高める必要があるときにアイドル目標回転数Nei*のアップ要求を出力してもよい。また、車両駆動系以外の車両システムとして、エアコンECU90のほかに例えばブレーキ負圧を制御する車両システムや電源ソケットを制御する車両システムを採用してもよく、エンジンECU50はステップS310でこれらの車両システムからアイドル目標回転数Nei*の変動要求があったか否かを判定するようにしてもよい。
更にまた、上述した実施形態では、パラレル型とシリアル型とを混成したハイブリッド車に本発明のエンジン電子制御装置を適用した例を説明したが、エンジンとモータとの協調制御を行うハイブリッド車であれば特にこれに限定されず、例えばパラレル型のハイブリッド車に本発明を適用してもよいし、シリーズ型のハイブリッド車に本発明を適用してもよい。あるいは、ハイブリッド車でなくても、例えばアイドリングストップ制御を行う自動車に本発明を適用してもよい。即ち、イグニションオンをしたあと走行途中で信号待ちなどのように停車することがあるが、そのような停車の際つまりブレーキペダルが所定量踏み込まれ車速が実質ゼロになったときにエンジンを停止する制御を行う自動車に本発明を適用してもよい。こうしても、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。
そしてまた、上述した実施形態では、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aに出力するものについて説明したが、図9に示すように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪19,19)とは異なる車軸(図9における車輪119,119に接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
そして更にまた、上述した実施形態では、エンジン20の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪19,19に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図10に示すように、エンジン20のクランクシャフト27に接続されたインナロータ332と駆動輪19,19に動力を出力する駆動軸に接続されたアウタロータ334とを有し、エンジン20の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機330を備えるものとしてもよい。
10…ハイブリッド車両、14…モータECU、15…チェーンベルト、17…駆動軸、18…デファレンシャルギヤ、19…駆動輪、20…エンジン、21…エアクリーナ、22…スロットルバルブ、22a…スロットルモータ、22b…スロットルポジションセンサ、23…インジェクタ、24…吸気バルブ、25…点火プラグ、26…ピストン、27…クランクシャフト、28…エアフローメータ、29…イグニションコイル、30…動力分配統合機構、31…サンギヤ、31a…サンギヤ軸、32…リングギヤ、32a…リングギヤ軸、33…ピニオンギヤ、34…キャリア、41,42…インバータ、43,44…回転位置検出センサ、45…バッテリ、46…バッテリECU、50…エンジンECU、51…CPU、52…ROM、53…RAM、54…循環経路、54a…第1配管、54b…第2配管、55…ラジエータ、56…冷却水循環ポンプ、57…バイパス経路、58…電力ライン、64…排気管、67…クランク角センサ、70…ハイブリッドECU、72…CPU、74…ROM、76…RAM、81…シフトレバー、82…シフトポジションセンサ、83…アクセルペダル、84…アクセルペダルポジションセンサ、85…ブレーキペダル、86…ブレーキペダルポジションセンサ、88…車速センサ、90…エアコンECU、91…ヒータコア、92…ブロワ、93…ヒータコア温度センサ、MG1…モータ、MG2…モータ。
Claims (9)
- アイドル運転中にアイドル目標回転数が予め定められた所定の回転数域に入ることを条件の一つとしてエンジン制御の操作量を学習する操作量学習手段と、
車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとき該変更要求に応じてアイドル目標回転数を変更する目標回転数変更手段と、
前記操作量学習手段による学習が未完のときには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止する変更禁止手段と、
を備えたエンジン電子制御装置。 - アイドル運転中にエンジンの実回転数とアイドル目標回転数との偏差が予め定められた所定の微小範囲に入ることを条件の一つとしてエンジン制御の操作量を学習する操作量学習手段と、
車両駆動系以外の車両システムからアイドル目標回転数の変更要求があったとき該変更要求に応じてアイドル目標回転数を変更する目標回転数変更手段と、
前記操作量学習手段による学習が未完のときには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止する変更禁止手段と、
を備えたエンジン電子制御装置。 - 前記変更禁止手段は、前記操作量学習手段による学習が完了したあとには前記目標回転数変更手段によるアイドル目標回転数の変更を禁止しない、請求項1又は2に記載のエンジン電子制御装置。
- 前記エンジンは水冷エンジンであり、前記変更要求は前記エンジンの冷却水の排熱を利用するヒータを制御するヒータ電子制御装置から出力されるアイドル目標回転数のアップ要求である、請求項1〜3のいずれかに記載のエンジン電子制御装置。
- 請求項4に記載のエンジン電子制御装置であって、
所定のエンジン停止条件が成立したときに前記エンジンを停止させその後所定のエンジン再始動条件が成立したときに前記エンジンを再始動する停止再始動制御手段、を備えたエンジン電子制御装置。 - 前記エンジン制御は、アイドル回転数制御である、請求項1〜5のいずれかに記載のエンジン電子制御装置。
- 前記エンジンの操作量は、スロットル開度を調節するアクチュエータの操作量である、請求項1〜6のいずれかに記載のエンジン電子制御装置。
- 前記学習は、1トリップに少なくとも1回実施されるか予め定められた期間内に少なくとも1回実施される、請求項1〜7のいずれかに記載のエンジン電子制御装置。
- 請求項1〜8のいずれか記載のエンジン電子制御装置を搭載した車両。
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