JP2007292031A

JP2007292031A - エンジンの制御装置

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Publication number: JP2007292031A
Application number: JP2006123577A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sato; 真也佐藤; Hitoshi Konno; 仁志今野; Mamoru Nemoto; 守根本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: EP1849980B1; US20070254772A1; JP4464932B2; US7869931B2; EP1849980A3; EP1849980A2

Abstract

【課題】本発明は、自動車の急加減速時における車両前後振動を防止して、ドライバビリティーを向上させることを目的とする。
【解決手段】加減速時におけるエンジントルク軌道の設定において、加減速時に発生するエンジントルクが、エンジンがエンジンマウントに対し直立位置となるエンジントルク(バランストルク)に接近したときには、ある一定期間、前記バランストルク付近に留まるように、単位時間当たりのエンジントルクの増減率を制限する。前記エンジントルク軌道の設定によって、急加減速時のエンジンの振れを緩和すると共に、エンジンの振れ収束後の駆動系に加わるトルク入力値が最適化され、駆動系の捩れに起因して発生する車両前後振動が防止できる。
【選択図】図9

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジンの制御装置に関する。

自動車の運転時において、急激なアクセル操作による急加速や急減速を行うと、エンジントルク急変に伴うドライブシャフト等の駆動系の捩れに起因して、車両前後振動が発生する場合がある。このような車両前後振動は一般に「シャクリ」と呼ばれ、ドライバビリティーを低下させることから、防止すべき現象である。シャクリを本質的に防止するためには、駆動系の捩りを抑制するように、加減速時のエンジントルクの変化量を小さく設定すれば良い。しかしながら、単純にエンジントルクの変化量を小さくすると、加減速時のアクセルレスポンスの低下に繋がるため、車両前後振動の抑制と加減速レスポンスを両立させる技術が求められる。

上記を満足させるための技術が幾つか公開されている。第1の公知技術として例えば特許文献１記載の技術がある。本特許文献１では、アクセル開度−駆動トルク間の伝達関数Gp(s)、および目標とすべきアクセル開度−駆動トルク間の伝達関数Gm(s)を求め、これらを用いて位相補償器W(s)[=Gm(s)／Gp(s)]を演算し、W(s)を用いてスロットルアクチュエータを制御するものである(インバースフィルター制御)。

また第２の公知技術として、例えば特許文献２記載の技術がある。本特許文献２では、ドライブトレーンの振動がある場合には、振動が収まるまで駆動トルクの引き下げを行うと共に、振動の際に生じたトルク値を記憶し、次回以降の加速における発生トルクが前記記憶されたトルク値を超えた場合には、トルクの上昇を制限する技術が公開されている。

特開平３−２７１５３７号公報特開２００１−３５５４７６号公報

特許文献１の技術では、理論的なアプローチにより車両前後振動の抑制を図っているが、実際にはアクセル開度−駆動トルク間の伝達関数を同定するのが困難であり、必ずしも的確なインバースフィルター制御が実施されるとは限らない。

また、特許文献２に示される技術では学習値を基に制御を行うため、運転開始直後等の学習前の車両前後振動については、避けることができない。また、車両前後振動が発生するエンジントルク値は、運転領域やエアコン等の補機負荷の状態によって変化するため、前記学習値が次回の加速に適合するとは限らない等の課題があった。

本発明は以上の問題に鑑みてなされたもので、アクセルレスポンスを犠牲にする事無く、あらゆる運転状態で効果的に車両前後振動を防止する、エンジントルク制御手段を提供することにある。

図19に示すように、車両は車体とエンジンがマス、ドライブシャフト等を含む駆動系がバネと見なすことができ、所謂バネ・マス系の構造となっている。本構造において、加減速時における車軸駆動力の単位時間当たりの変化量が過大となると、これが起振力に繋がって、図20に示すような車両前後振動が発生する。従って車両前後振動を防止するためには、アクセルレスポンスを考慮しつつ、加減速時の駆動系に与えるトルク変化量が過大とならぬように適正化する必要がある。駆動系に与えるトルク変化量が過大に成り易いのは、減速→加速や加速→減速のように車輪駆動力が正負反転する場合である。この様な場合、例えばFF車の減速→加速時においては、図21に示すようにエンジンは前傾の状態から後傾の状態に移行し、最終的にエンジンマウントの反力にて後傾状態で固定状態となる。一方、図22に示すように、この期間の駆動系に加わるトルクは、エンジンが前後に振れている間は、ほぼ０であるのに対し、エンジンが後傾状態に固定された瞬間、固定のショックを伴って駆動系に加わるトルクが急激に立ち上がる。また加速→減速についても、方向は逆であるが同様なプロセスを経て、駆動系に加わるトルクが急激に立ち下がる。

前記現象に鑑み、車両前後振動を防止するためには、加減速時のエンジンの振れを穏やかにして、エンジンが固定状態となる時のショックが低減されるようにトルク制御を行うとともに、エンジンが固定された直後におけるトルクの増減率を適正化して、駆動系に加わるトルクの急激な立ち上がり(立ち下がり)を防止すれば良い。

そのため、本発明のエンジンの制御装置は、車両の走行時に前記エンジンが直立状態となるエンジントルクであるバランストルクを求めるバランストルク演算手段と、アクセル開度や車速、外部要求トルクの有無などから運転状態を判定する運転状態判定手段と、を備え、前記車両の加減速時に、前記エンジンが発生するトルクが、前記バランストルク演算手段により求められたバランストルク付近を通過するときは、前記エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量を所定値内に制限するように前記運転状態判定手段の判定に基づいてエンジンのトルク制御を行うことを特徴としている。

また、本発明においてエンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、エンジンが発生するトルクと前記バランストルクの差分の値に応じて決定されることを特徴としている。

本発明は、具体的には、図23に示すように、減速状態から加速する途中において、エンジンがエンジンマウントに対し直立状態となるエンジントルク値、すなわち、バランストルク値に、エンジントルク発生値が接近した場合には、エンジントルクの変化率を極めて小さくして前記バランストルク近辺を緩やかに通過させた後、エンジントルクを再び適度な割合で増加(減速の場合は減少)させる。前記のようなエンジントルク軌道を発生させることにより、図24に示すように、加減速時のエンジン振れを経てエンジン位置が固定状態となる際の、駆動系に加わるトルクショックが低減されるとともに、エンジン位置が固定された直後におけるトルクの増減率を適正化されるため、車両前後振動を防止しつつ適度な加減速感を得ることができる。

なお、バランストルクは、運転領域によって異なる値を取るが、運転領域毎に実車試験にて適合しても良いし、車両の運動方程式によって理論的に算出しても良い。

本発明で必要とする好ましいエンジントルク軌道は図２４に示すように幾何学的な形状となるため、従来のように電制スロットルのみによるエンジントルク制御では、実現することが困難である。そこで本発明における加減速時のエンジンのトルク制御では、電制スロットルと点火リタードを併用した、高速且つ高精度なエンジントルク制御を実施する。具体的には図２５に示すように、実現すべき目標トルク(加速時高応答目標トルク)に対し、電制スロットルを大きめに開いてやや過剰なエンジントルクを発生させ、前記過剰なエンジントルクと実現すべき目標エンジントルクの差分を埋めるように、点火リタード量にてエンジントルクを減少側に調整して、エンジントルク発生値を目標エンジントルクに制御するものである。上記したような加減速時トルク制御ロジックによって、前記幾何学的な目標エンジントルク軌道に対して十分に対処可能となる。

本加減速時トルク制御ロジックは、従来のコンベンショナルなエンジン制御においても実現可能であるが、近年実用化されたトルクベース(トルクデマンド)型エンジン制御にて実施するのが望ましい。トルクベース型エンジン制御とは、アクセル開度とエンジン回転数を基に目標エンジントルクを演算し、目標エンジントルクと目標空燃比の双方を実現するように、スロットル制御、燃料制御、点火制御等を行うエンジン制御である。従来のエンジン制御では、ドライバビリティーの改善の目的で前記のようなトルク制御を実施する際、スロットル開度や点火時期等のトルク操作量を、直接且つ個別に調整する必要があった。トルクベース型エンジン制御では、目標エンジントルクを忠実に発生するトルク発生機能が生来備えられており、ドライバビリティーの改善を行う際には、前記目標エンジントルクを演算する演算手段を中心に適合すれば良いため、適合作業が比較的容易である。

また、本発明のバランストルク演算手段は、その状況下における車速とギア位置で定常走行したと仮定した際のエンジンが発生するトルクを基に、前記バランストルクを算出することを特徴としている。本発明のバランストルク演算手段は、車速やギア位置等を入力とし、テーブル検索にて加速時におけるバランストルクを演算している。

また、本発明においてエンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、加減速開始からの経過時間に応じて決定されることを特徴としており、加速開始から経過時間によって加速初期にはトルク増加量上限値をやや大きめに設定し、加速中期にエンジンの発生トルクがバランストルク付近に差し掛かった期間では、トルク増加量上限値を小さく設定し、加速後期にはトルク増加量上限値を再度大きめに設定している。

また、本発明においてエンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、加速前の履歴が燃料カット中か否かに応じて可変とすることを特徴としており、本発明は、加速前の履歴が燃料カット中であるか否かによって、駆動力へ与えるトルク入力が異なるため、トルク増加量の上限値を、加速前の履歴が燃料カット中であるか否かに応じて切替えて可変としている。

さらに、本発明においてエンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、バランストルク付近を通過する際には10Nm/10msec以下であることを特徴としており、バランストルク付近を通過する際のトルクの単位時間当たりのトルク変化量を10Nm/10msec以下として車両の前後振動を確実に防止するようにしている。

さらに、本発明におけるエンジンのトルク制御は、電子制御スロットル、可変バルブ、点火時期、燃料噴射量の何れかのトルク制御手段を、単数または複数組み合わせてトルク制御を行うことを特徴としている。本発明における加減速時のエンジントルク制御は、電子制御スロットルと点火時期（点火リタード）とを組み合わせてトルクを制御を行っているが、点火リタードと燃料カット気筒数とを組み合わせて制御してもよく、また、単独でトルクを制御を行う場合は、点火時期、燃料噴射量等の高応答目標トルク実現手段による制御が好ましい。

さらに、本発明のエンジンのトルク制御は、エンジン回転数が急激に上昇した場合には、高応答目標トルクを減少させ、エンジン回転数が急激に下降した場合には、高応答目標トルクを上昇させて車両前後振動を相殺する前後振動抑制補正演算手段を備えていることを特徴としており、何らかの理由で車両に前後振動が生じてしまった場合においても、前後振動抑制補正演算手段が起動して車両の前後振動を低減することができる。

さらに、本発明のエンジンの制御装置は、車両の加減速に際し、前記車両の加減速前の定常運転状態にてエンジンが発生するトルクを算定するトルク算定手段と、前記加減速状態を検出又は推定する加減速状態判定手段と、を備え、前記加減速状態判定手段により検出又は推定された前記車両の加減速状態に基づいて前記エンジンが発生するトルクを前記トルク算定手段により算定した定常運転状態でのトルクに所定時間保持するように制御することを特徴としている。車両が加減速していない定常運転状態ではエンジンがほぼ直立状態となっているので、加減速前の定常運転状態のときにエンジンが発生しているトルクをトルク算定手段で算定し、加減速状態判定手段が、定常運転状態から減速して加速、あるいは、加速してから減速する加減速状態を検出あるいは推定した場合には、エンジンの発生するトルクが前記トルク算定手段により算定した定常運転状態でのトルクの近傍になったとき、エンジンが発生するトルクを、定常運転状態でのトルクに予め設定された所定時間保持するように制御した後、再び加減速状態となるように制御することにより、エンジンが固定状態となる時のショックが低減され、車両前後振動を防止しつつ良好な加減速感を得ることができる。

本発明は、自動車の急加減速時に、エンジンが発生するトルクがバランストルク付近を通過するときは、エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量を所定値内に制限するようエンジンのトルク制御することにより、駆動系の捩れに起因して発生する車両の前後振動を防止して、ドライバビリティーを向上させることが可能となる。

以下、本発明による実施例について詳細に説明する。図１は本発明に係わる第１の実施例である、理論空燃比近傍で運転される均質ストイキ燃焼対応トルクベース型エンジン制御システムのハード構成を示す図であり、図２はこのハード構成に対応したトルクベース型エンジン制御の制御ブロック図である。

まず図１を用い、ハード構成について説明する。吸気管101入口より取り込まれた吸入空気は、エアクリーナー100を通過し、吸気管101途中に設けられたエアフロセンサ102によって吸入空気量が計測された後に、吸入空気量を調整する電子制御スロットルバルブ103(以下、電制スロットルとする)入口へ導入される。なお、エアフロセンサ102の計測値はエンジンコントロールユニット116(以下、ECU)に送信され、その値を基に空燃比が理論空燃比となるようなインジェクタ105の燃料噴射パルス幅が演算される。電制スロットル103を通過した吸入空気は、コレクタ104を通過した後にインテークマニホールド内に導入され、前記燃料噴射パルス幅信号に従ってインジェクタ105より噴射されたガソリン噴霧と混合して混合気となり、吸気バルブ106の開閉に同期してシリンダ内109に導入される。その後、吸気バルブ106が閉じ、ピストン110の上昇の過程で圧縮された混合気は、圧縮上死点直前付近において、ECUで指令された点火時期に従って点火プラグ107により着火し、急速に膨張してピストン110を押し下げ、エンジントルクを発生させる。その後ピストン110が上昇し、排気バルブ108が開いた瞬間から排気工程が始まり、排気ガスは排気マニホールド111へ排出される。排気マニホールド111の下流には排気を浄化するための三元触媒113が設けられ、排ガスが三元触媒113を通過する際にHC、CO、NOxの排気成分は、H_２O、CO_２、Ｎ_２へ変換される。なお、三元触媒入口と出口には、それぞれ広域空燃比センサ112とO_２センサ114が設置されており、前記センサにより計測されたそれぞれの空燃比情報はECU116へ送信される。ECU116では、それらの情報を基に空燃比が理論空燃比近傍となるように、燃料噴射量調整による空燃比フィードバック制御を行なう。なお、上記電子制御スロットルバルブ開度の指令値は、後述するECU内で演算される目標エンジントルクに基づいて設定される。また前記燃料噴射パルス幅は、前記目標エンジントルクに応じて、気筒番号によっては０に設定される場合がある(燃料カット)。同じく前記点火時期についても、通常はMBT(最もエンジントルクが発生できる点火時期)に設定されるが、前記目標エンジントルクに応じて遅延側に設定される場合がある(点火リタード)。

次に図２を用いて、このハード構成に対応したトルクベース型エンジン制御の全体制御ブロックを説明する。本エンジン制御は、主に目標トルク演算手段201と目標トルク実現手段202から構成されている。前記目標トルク演算手段201内には、ドライバーのアクセル操作に対応した、最も基本的な要求トルクを演算するドライバー要求トルク演算手段203と、運転状態判定手段208が設置される。ドライバー要求トルク演算手段203では、アクセル開度の他、エンジン回転数、最大トルクおよびアイドル要求トルクを基に、ドライバーが要求するエンジントルクを算出する。運転状態判定手段208は、アクセル開度や車速、外部要求トルクの有無などから、その状況下における運転状態を判定する。前記ドライバー要求トルク演算手段203の後段には、ドライバー要求トルクを基に、加速時の要求トルクを演算する加速時要求トルク演算手段204、減速時の要求トルクを演算する減速時要求トルク演算手段205、燃料カット時の要求トルクを演算する燃料カット時要求トルク演算手段206、燃料カットリカバー時の要求トルクを演算する燃料カットリカバー時要求トルク演算手段207等の、過渡時の運転性を向上させるための要求トルク演算手段群が設置される。更にその後段には、目標トルク選択手段209が設置され、前記要求トルク群およびトラクションコントロールやクルーズコントロール等の外部要求トルクの中から、前記運転状態判定手段208の判定結果に従って、車両にとって最適な要求トルクを選択し、目標エンジントルク２種(低応答目標トルク210、高応答目標トルク211)と、吸気制御のみを実施したと仮定した際のエンジントルクの推定値である、吸気相当分推定トルク212を出力する。

目標トルク実現手段202内には、電制スロットルによる低速なトルク制御を実現するために必要な低応答目標トルク実現手段213と、点火リタードや燃料カットによる高速なトルク制御を実現するために必要な高応答目標トルク実現手段214が存在する。低応答目標トルク実現手段213内には、目標吸気量演算手段215が設置され、前記低応答目標トルク210を実現するのに必要な目標吸気量を算出する。その後段には、前記目標吸気量を実現するための目標スロットル開度演算手段216が設置され、所望の目標スロットル開度217が演算された後、電制スロットルへ送信される。

一方、高応答目標トルク実現手段214では、高応答目標トルク211を吸気相当分推定トルク212で除算して求めたトルク補正率218を基に、トルク操作量振分け演算手段219によって所望のトルク操作割合が算出され、その目標とすべきトルク操作割合が、点火リタード量演算手段220ならびに燃料カット気筒数演算手段222に送信される。点火リタード量演算手段220では、送信された点火負担分トルク操作割合に応じて点火リタード量221を演算し、演算結果を点火時期制御演算手段へ送信する。一方、燃料カット気筒数演算手段222では、同じく送信された燃料負担分トルク操作割合に応じて燃料カット気筒数223を演算し、演算結果を燃料噴射制御演算手段へ送信する。なお、前記トルク操作割合において点火負担分と燃料負担分とをどの程度の負担割合にするかは、前記運転状態判定手段208の判定結果に応じて決定される。

次に本発明の第１の実施例について、図３〜７を用いて説明する。図３は、前記運転状態判定手段208によって加速判定がなされ、加速時要求トルク演算手段204が選択された場合の、加速時要求トルク演算手段204内における各パラメータ演算の詳細を示すものである。前記のように、加速時要求トルク演算の起点となるドライバー要求トルク演算手段203では、その時々におけるエンジン回転数における最大トルクおよびアイドル要求トルクを基に、ドライバーのアクセル操作に応じた要求トルクを算出する。具体的には図４に示すように、機械式スロットル＋ISCバルブシステムとほぼ同等のトルク特性を実現するような、要求トルクの演算が実行される。即ち、アクセル全閉時にはアイドル要求トルクを算出し、アクセル開度増加と共に上に凸となるように要求トルクを除々に増大させ、最終的にアクセル全開時には、そのエンジン回転数における最大トルクが算出されるものである。

加速時要求トルク演算手段204では、前記ドライバー要求トルクと後述するバランストルクを基に、加速時低応答要求トルク、加速時高応答要求トルクおよび吸気相当分推定トルクを算出する。バランストルクとは、エンジンがエンジンマウントに対し直立状態を維持するために必要なエンジントルク値であり、加速時バランストルク演算手段304では、車速やギア位置、フリクショントルクを入力とし、テーブル検索にて加速時におけるバランストルクを演算している。バランストルクの適合方法としては、R/Lの定常走行時には、エンジンはエンジンマウントに対しほぼ直立状態となるため、車速やギア位置で規定されるエンジンの運転領域毎に、R/Lの定常走行時のエンジントルクを計測し、前記定常走行時のエンジントルクを基に所望の加減速時の運転性が得られるように補正を加えれば良い。

まず、電制スロットル制御などの低応答トルク制御に必要な、加速時低応答要求トルクの演算については、加速時低応答要求トルク演算手段301内にて、前記ドライバー目標トルクをそのまま加速時低応答要求トルクとして出力し、電制スロットル制御に用いている。

次に、点火リタードや燃料カット等の高応答トルク制御に必要な、吸気相当分推定トルクと加速時高応答要求トルクの演算内容について説明する。吸気相当分推定トルクについては、吸気相当分推定トルク演算手段303にて、電制スロットルの動作遅れや吸気管ボリュームに起因する吸気の充填・放出の遅れを考慮し、前記加速時低応答要求トルクに対し、遅れ処理を行うことで吸気相当分推定トルクを算出している。具体的な遅れ処理法として、本実施例では実機データに基づいた無駄時間＋一次遅れ処理を行っているが、電制スロットルや吸気管の物理モデルを構築し、それらを用いて理論的に遅れを算出しても良い。

次に加速時高応答要求トルク演算手段302では、加速時高応答要求トルクのベースとなる吸気相当分推定トルクに対しダイナミックリミット処理を行い、加速時高応答要求トルクを算出している。前記ダイナミックリミット処理とは、単位時間当たりのトルク増加量の上限値を設定し、前記加速時高応答要求トルクの単位時間当たりのトルク増加量が、前記上限値を超えないようにコントロールするものである。具体的には、
(１)加速時高応答要求トルク基本値[前回値]とバランストルクのトルク差分を求め、図５に示すようなトルク増加量上限値テーブルにより、前記トルク差分に応じたトルク増加量上限値を算出する。
(２)トルク増加量(＝吸気相当分推定トルク−加速時高応答要求トルク基本値[前回値])を求め、以下の演算を行う。
ａ)トルク増加量≦トルク増加量上限値の場合
加速時高応答要求トルク基本値＝吸気相当分推定トルク(現在値)
ｂ)トルク増加量＞トルク増加量上限値の場合
加速時高応答要求トルク基本値
＝加速時高応答要求トルク基本値[前回値]＋トルク増加量上限値
(３)最後に、加速時高応答要求トルク基本値と吸気相当分推定トルク(現在値)についてセレクトロー処理を行い、最終的な加速時高応答要求トルクを算出する。

なお、加速前の履歴が燃料カット中であるか否かによって、駆動力へ与えるトルク入力が異なるため、前記トルク増加量上限値は、加速前の履歴が燃料カット中であるか否かに応じて切替えることが望ましい。また、前記バランストルク付近におけるトルク増加量上限値は車種に応じて異なるものの、概ね10Nm/10msec以下である。

次に前記演算内容に従って演算された、加速時における加速時要求トルク関連の各パラメータの挙動について図６を用いて説明する。ドライバーのアクセル操作によって加速が開始され、アクセル開度が増加するとともにドライバー要求トルクおよび低応答目標トルクが増加し、連動して電制スロットルにおけるスロットル開度が増加する。このスロットル開度の増加に伴って吸入空気量が増加し、図６中に示すような吸気相当分のエンジントルクが立ち上がる。

一方上記と並行して、加速時における車両前後振動の防止と良好なアクセルレスポンスを両立するように、高応答目標トルクが別途演算される。具体的には、吸気相当分推定トルクに前記ダイナミックリミット処理を施すことにより、単位時間当たりのトルク増加率を加速フェーズに応じて逐次制御し、図６中に示すような高応答目標トルク軌道を算出する。即ち、加速初期には高応答目標トルクが除々に増加し、加速中盤になり高応答目標トルクが本状況下におけるバランストルクに接近すると、前記演算処理によってトルク増加量上限値が極めて小さく設定され、高応答目標トルクの増加率が低下する。その後、高応答目標トルクがバランストルク付近を緩やかに通過した後、再び前記トルク増加量上限値が緩和されるに伴い、高応答目標トルクは適度なトルク増加率に転じ、最終的にドライバー要求トルク値に到達する。

図６中に示すように高応答目標トルクは、幾何学的な目標トルク軌道を描く場合が多く、電制スロットルのみのトルク制御では実現することが難しい。そこで、電制スロットルのみのトルク制御で実現されると予想される前記吸気相当分のエンジントルクを、前記吸気相当分推定トルク演算手段303によって推定し、本推定トルクと前記高応答目標トルクに差分が生じている場合は、前記差分を埋めるように、高応答トルク操作(加速時の場合、点火リタードによる高速なトルク操作)を実施する。具体的には、高応答目標トルクと吸気相当分推定トルクの差分(比率)を求めるための指標として、下記トルク補正率218の演算を実施する。
トルク補正率＝高応答目標トルク÷吸気相当分推定トルク

トルク補正率は0〜1の値を取り、トルク補正率＝1であれば高応答トルク操作は不要であり、例えばトルク補正率＝0.7であれば、高応答トルク操作によってトルクを30%減少させることを意味する。前記補正率を入力とし、トルク操作量振分け演算手段219では、点火時期によるトルク補正と燃料カットによるトルク補正との間のトルク補正負担割合を考慮して、トルク操作量振分け演算手段219にトルク補正率218を送信する。加速時には、燃料カットによるトルク操作は行わないため、前記トルク補正率218はそのまま点火リタード量演算手段220に送信され、点火リタード量演算手段220においては、例えば図７に示すような関係に基づいて、所望のトルク補正が実施可能な点火リタード量221を演算する。

以上示したような目標トルクの設定手段および目標トルクの実現手段によって、加速時のエンジンの振れを穏やかにして、エンジン固定時のショックが低減するようトルク制御を行うとともに、エンジンが固定された直後におけるトルクの増加率を適正化して、駆動系に加わるトルクの急激な立ち上がりが防止できる。この結果、加速時における車両前後振動の防止と良好なアクセルレスポンスを両立することが可能となる。なお、本実施例においては目標トルクの実現手段として、電制スロットルと点火リタードの組み合わせを適用したが、本組み合わせに限るものではなく、各種可変バルブを用いても良い。また、ストイキのみならず広域な空燃比対応の排気浄化システムを有していれば、燃料噴射量の増減によってトルク制御を行っても良い。

第１の実施例では、加速時低応答要求トルクとしてドライバー要求トルクをそのまま適用していたため、高応答目標トルクと吸気相当分推定トルクの差分が大きくなり、結果としてトルク補正のための点火リタード量221が大きくなる傾向があった。点火リタード量221が大きく成り過ぎると、燃費悪化や失火などの燃焼不安定性を招くことから、点火リタード量221はなるべく小さく設定する必要がある。加速時のトルク補正に、点火リタードのみならず燃料カットも併用すれば、点火リタード量221を小さくすることは原理的に可能であるが、燃料カットによるトルク補正を加速時に実施した際のトルクショックや排気悪化を考慮すると、点火リタードと燃料カットの併用によるトルク補正は現実的では無い。本不具合を本質的に改善するためには、高応答目標トルクと吸気相当分推定トルクの差分が小さくなるように工夫する必要がある。

そこで第２の実施例では高応答目標トルク演算時と同様に、加速時低応答要求トルク演算に際してもダイナミックリミット処理を実施して、過大な点火リタードを実施することを防止している。図８に、第２の実施例における加速時要求トルク演算手段204の詳細を示す。加速時要求トルク演算手段204における加速時低応答要求トルク演算手段301では、第１の実施例とは異なり、ドライバー要求トルクに対し、バランストルク付近のトルク軌道を考慮したダイナミックリミット処理を実施し、加速時低応答要求トルクとして算出している。本ダイナミックリミット処理により、図９に示すように、加速時低応答要求トルクのトルク軌道は高応答目標トルク軌道に近づき、連動して吸気相当分発生トルク、ひいてはその推定値である吸気相当分推定トルクの軌道が高応答目標トルクに近づくため、トルク補正のための操作量である点火リタード量221を必要最小限に抑えることができる。

以上説明したエンジンの車両の前後振動を発生させないための源流対策と言うべき加速時のトルク制御ロジックにより、ほとんどの状況下における車両前後振動を抑制することが可能となる。しかしながら、バランストルクの適合誤差や車両の経時劣化等で車軸駆動トルクの制御が不適当となり、場合によっては加速時に車両前後振動が発生する場合が有り得る。そこで第３の実施例では、車両前後振動に対する前記源流対策の他、車両前後振動が期せずして発生してしまった際の対処療法として、シャクリ補正を付加している。図10に、第３の実施例における加速時要求トルク演算手段204の詳細を示す。加速時要求トルク演算手段204における加速時高応答要求トルク演算手段302では、ダイナミックリミット処理実施後に前後振動抑制（シャクリ）補正演算手段を追加してシャクリ補正を行っている。シャクリ補正とは、図11に示す様に、車両前後振動に伴うエンジン回転数の突発的な変化を検知し、エンジン回転数が急激に上昇した場合には、高応答目標トルクを減少させ、逆にエンジン回転数が急激に下降した場合には、高応答目標トルクを上昇させて車両前後振動を相殺するものである。前記前後振動抑制（シャクリ）補正演算手段の詳細について図12に示す。前後振動抑制（シャクリ）補正演算手段305内に設置されるエンジン回転数平滑化手段306では、一次遅れフィルタ等を用いてエンジン回転数を平滑化し、車両前後振動が発生しているか否かの基準となるエンジン回転数を算出している。次にシャクリ補正を行うためのトルク補正量演算手段307について説明する。本トルク補正量演算手段307では、前記平滑化されたエンジン回転数と実際のエンジン回転数の差分を計算し、差分が大きい場合には前記ロジックに従って、車両前後振動を相殺するようなトルク補正量を算出する。本実施例では実車試験にて適合したトルク補正量を、テーブル検索にて求める方式としているが、車両の物理モデルより理論的にトルク補正量を演算しても良い。なお図13に示すように、車両振動が収束に向かう加速終期においてもシャクリ補正が継続して実施されると、過剰な補正にて加速感が鈍ったり、加速判定終了と共にシャクリ補正が停止した際にトルク段差が発生して、ドライバーが違和感を生じることがある。そこで、前後振動抑制（シャクリ）補正演算手段305内にゲイン調整用タイマー309を設け、加速開始から時間が経つにつれトルク補正量を小さくし、加速終了時には補正量が０となるようにゲインを調整する、ゲイン調整手段308を設けている。

次に本実施例における、加速時における加速時要求トルク関連の各パラメータの挙動について図14を用いて説明する。加速前半の各パラメータの挙動は、第２の実施例と同等であるが、加速後半にバランストルクの適合エラーなどにより車両前後振動が発生した場合には、シャクリ補正が実施される。シャクリ補正によって、車両前後振動を相殺する様に高応答目標トルクが速い周期で変化し、前記高応答目標トルクを実現すべく点火リタードによる高速なトルク補正が実施される。以上説明したように、本実施例の場合、源流対策としてバランストルクを考慮した高応答目標トルクの基本軌道を演算する他、何らかの理由で車両前後振動が起きてしまった場合においても、対処療法と言うべきシャクリ補正が起動して車両前後振動を低減することから、如何なる場合についても車両前後振動を効果的に抑制することができる。

前記実施例１〜３については、ダイナミックリミット処理における単位時間当たりのトルク増加量の上限値の設定に際し、指標として要求トルクの前回値とバランストルクのトルク差分を使用していたが、他の指標として加速開始からの経過時間を使用しても良い。図15に本ロジックを適用した、第４の実施例における加速時要求トルク演算手段204の詳細を示す。前記のように、加速時低応答要求トルク演算手段301および加速時高応答要求トルク演算手段302は共にタイマーを設け、ダイナミックリミット処理時の指標として加速開始から経過時間を適用している。具体的には、加速初期にはトルク増加量上限値をやや大きめに設定し、加速中期にエンジンの発生トルクがバランストルク付近に差し掛かった期間では、トルク増加量上限値を小さく設定し、加速後期にはトルク増加量上限値を再度大きめに設定するロジックを適用する。

前記１〜４の実施例では、トルク増加量の上限値を小さく設定し過ぎると、目標トルクの軌道がバランストルク付近に長期間留まることになり、トルク増加量の上限値の設定に制約があった。本実施例においては、経過時間に応じてトルク増加量の上限値を自由に設定できるため、例えば図16に示すように、目標トルク軌道を一定期間、バランストルクにホールドすることも可能である。但し、本実施例では加速開始判定をよりシビアにする必要があり、更に加速動作を途中で中止した場合等に対応して、例外処理を設ける必要がある。

本車両前後振動抑制ロジックは、加速時のみならず減速時にも適用可能である。第３の実施例をベースに構築した減速時要求トルク演算手段205を第５の実施例とし、詳細を以下に示す。図17は、前記運転状態判定手段208によって減速判定がなされ、減速時要求トルク演算手段205が選択された場合の、減速時要求トルク演算手段205内における各パラメータ演算の詳細を示すものである。加速時と同様に、減速時要求トルク演算の起点となるのは、前記ドライバー要求トルク演算手段203で演算されるドライバー要求トルクであり、機械式スロットル＋ISCバルブシステムとほぼ同等のトルク特性を実現する様に演算が実行される。

また加速時と同様に、減速時要求トルク演算手段205内には、エンジンがエンジンマウントに対し直立状態を維持するために必要なエンジントルク値を演算する、減速時バランストルク演算手段404が設置され、車速やギア位置、フリクショントルクを入力とし、テーブル検索にて減速時におけるバランストルクを演算している。

減速時低応答要求トルクの演算については、加速時と同様にドライバー要求トルクに対しダイナミックリミット処理を行い、減速時低応答要求トルクを算出している。具体的には、
(１)減速時低応答要求トルク[前回値]と減速時バランストルクのトルク差分を求め、トルク減少量上限値テーブルにより、前記トルク差分に応じたトルク減少量上限値を算出する。
(２)トルク減少量(＝減速時低応答要求トルク[前回値]−ドライバー要求トルク)を求め、以下の演算を行う。
ａ)トルク減少量＜トルク減少量上限値の場合
減速時低応答要求トルク＝ドライバー要求トルク(現在値)
ｂ) トルク減少量≧トルク減少量上限値の場合
減速時低応答要求トルク
＝減速時低応答要求トルク[前回値]−トルク減少量上限値

吸気相当分推定トルクについては、加速時と同様、吸気相当分推定トルク演算手段303にて、前記低応答要求トルクに対して、電制スロットルの動作遅れや吸気管ボリュームに起因する吸気の充填・放出の遅れを考慮した遅れ処理を行うことで、吸気相当分推定トルクを算出している。

減速時高応答要求トルクの演算については、ドライバー要求トルクをベースに算出される基本減速時発生トルクに対し、減速時低応答要求トルクの演算と同様にダイナミックリミッタ−処理を行い、減速時高応答要求トルクの基本値を算出している。基本減速時発生トルクとは、本車両振動低減ロジックを適用しないと仮定した際の要求トルクであり、ドライバー要求トルクに対し、遅れ処理を行って基本減速時発生トルク演算手段403で算出される。さらに加速時と同様に、減速時高応答要求トルクの基本値に対しシャクリ補正が実施された後、最終的に前記吸気相当分推定トルクとのセレクトロー処理を行って、最終的な減速時高応答要求トルクを算出している。

次に前記演算内容に従って演算された、減速時における減速時要求トルク関連の各パラメータの挙動について図18を用いて説明する。ドライバーのアクセル操作によって減速が開始され、アクセル開度が減少するとともにドライバー要求トルクが減少する。低応答要求トルクに関しては、ダイナミックリミット処理に起因してバランストルク付近にて降下率が緩和され、連動してスロットル開度および吸気相当分のエンジントルクの減少率も緩和される。

一方、減速時における車両前後振動の防止と良好なアクセルレスポンスを両立するように、前記ダイナミックリミット処理により、図18中に示すような高応答目標トルク軌道を算出する。即ち、減速初期には高応答目標トルクが除々に減少し、減速中盤に高応答目標トルクが本状況下におけるバランストルクに接近すると、前記演算処理によってトルク減少量下限値が極めて小さく設定され、高応答目標トルクの減少率が低下する。その後、高応答目標トルクがバランストルク付近を緩やかに通過した後、再び前記トルク減少量下限値が緩和されるに伴い、高応答目標トルクは適度なトルク減少率に転じ、途中でシャクリ補正が付加された後に、最終的にドライバー要求トルク値に到達する。

加速時と同様に、減速時についても図18中に示すような幾何学的な目標トルク軌道を描く場合が多く、電制スロットルのみのトルク制御では実現することが難しいため、加速時と同様に、電制スロットルのみのトルク制御で実現されると予想される前記吸気相当分のエンジントルクを、前記吸気相当分推定トルク演算手段303によって推定し、本推定トルクと前記高応答目標トルクに差分が生じている場合は、前記差分を埋めるように、点火リタードによる高応答トルク操作を実施する。

以上示したような目標トルクの演算手段および目標トルクの実現手段によって、減速時のエンジンの振れを穏やかにしてエンジン固定時のショックが低減されるようトルク制御を行うとともに、エンジンが固定された直後におけるトルクの減少率を適正化して、駆動系に加わるトルクの急激な立ち下がりを防止できる。この結果、減速時における車両前後振動の防止と良好なアクセルレスポンスを両立することが可能となる。

上記実施形態では、バランストルク算定手段によってエンジンが直立状態となるエンジントルクを求めているが、車両が加減速していない定常運転状態ではエンジンがほぼ直立状態となっている。そこで、車両が加減速しない定常運転状態で走行しているときにエンジンが発生しているトルクをアクセル開度等に基づいてトルク算定手段によって算定する。トルク算定手段は目標エンジントルク演算手段201の演算を利用することができる。そして、定常運転状態から減速して加速、あるいは、加速してから減速する加減速状態を加減速状態判定手段で検出あるいは車速やアクセル開度等から推定した場合には、エンジンの発生するトルクが前記トルク算定手段により算定した定常運転状態でのトルクの近傍になったとき、エンジンが発生するトルクを、定常運転状態でのトルクに予め設定された所定時間保持するように制御した後、再び加減速状態となるように制御する。これにより、前傾状態あるいは後傾状態から急速に直立状態になっていくエンジンが、直立状態で静止又はほぼ静止状態となり、その後で後傾状態あるいは前傾状態に移動していくので、エンジンが急激に固定状態とならず、車両の前後振動を防止することができるとともに、良好な加減速感を得ることができる。

トルクベース型エンジン制御システムのハード構成を示す図第１の実施例における、トルクベース型エンジン制御の全体制御ブロック図第１の実施例における、加速時要求トルク演算手段204の演算内容を示す図アクセル開度とドライバー要求トルクの関係について示す図第１の実施例における、高応答目標トルク演算のダイナミックリミット処理に用いるトルク増加量上限値テーブルの内容を示す図第１の実施例における、加速時の各演算パラメータの挙動を示す図点火リタード量とトルク発生率の関係を示す図第２の実施例における、加速時要求トルク演算手段204の演算内容を示す図第２の実施例における、加速時の各演算パラメータの挙動を示す図第３の実施例における、加速時要求トルク演算手段204の演算内容を示す図第３の実施例における、シャクリ補正の内容を示す図第３の実施例における、前後振動抑制（シャクリ）補正演算手段305の演算内容を示す図第３の実施例における、シャクリ補正の詳細な演算内容を示す図第３の実施例における、加速時の各演算パラメータの挙動を示す図第４の実施例における、加速時要求トルク演算手段204の演算内容を示す図第４の実施例における、加速時の各演算パラメータの挙動を示す図第５の実施例における、減速時要求トルク演算手段205の演算内容を示す図第５の実施例における、減速時の各演算パラメータの挙動を示す図車両におけるバネ・マス構造を示した図車両の急加減速時における、車両前後振動の様子を示した図減速から加速に移行する際の、エンジンの振れについて示した図減速から加速に移行する際の、車軸駆動力の変化について示した図本発明における、目標エンジントルク軌道とエンジン位置の関係を示した図本発明における、減速から加速に移行する際の、車軸駆動力の変化について示した図本発明における、目標トルク軌道の実現方法を示した図

符号の説明

100 エアクリーナー、101 吸気管、102 エアフロセンサ、103 電制スロットル（電子制御スロットルバルブ）、104 コレクタ、105 インジェクタ、106 吸気バルブ、107 点火プラグ、108 排気バルブ、109 燃焼室、110 ピストン、111 排気マニホールド、112 広域空燃比センサ、113 三元触媒、114 O₂センサ、115 アクセルペダルセンサ、116 エンジンコントロールユニット、201 目標トルク演算手段、202 目標トルク実現手段、203 ドライバー要求トルク演算手段、204 加速時要求トルク演算手段、205 減速時要求トルク演算手段、206 燃料カット時要求トルク演算手段、207 燃料カットリカバー時要求トルク演算手段、208 運転状態判定手段、209 目標トルク選択手段、210 低応答目標トルク、211 高応答目標トルク、212 吸気相当分推定トルク、213 低応答目標トルク実現手段、214 高応答目標トルク実現手段、215 目標吸気量演算手段、216 目標スロットル開度演算手段、217 目標スロットル開度、218 トルク補正率、219 トルク操作量振分け演算手段、220 点火リタード量演算手段、221 点火リタード量、222 燃料カット気筒数演算手段、223 燃料カット気筒数、301 加速時低応答要求トルク演算手段、302 加速時高応答要求トルク演算手段、303 吸気相当分推定トルク演算手段、304 加速時バランストルク演算手段、305 前後振動抑制（シャクリ）補正演算手段、306 エンジン回転数平滑化手段、307 トルク補正量演算手段、308 トルク補正量ゲイン調整手段、309 ゲイン調整用タイマー、310 ダイナミックリミット制御用タイマー、401 減速時低応答要求トルク演算手段、402 減速時高応答要求トルク演算手段、403 基本減速時発生トルク演算手段、404 減速時バランストルク演算手段

Claims

車両に搭載されるエンジンの制御装置であって、前記制御装置は、前記車両の走行時に前記エンジンが直立状態となるエンジントルクであるバランストルクを求めるバランストルク演算手段と、アクセル開度や車速、外部要求トルクの有無などから運転状態を判定する運転状態判定手段と、を備え、
前記車両の加減速時に、前記エンジンが発生するトルクが、前記バランストルク演算手段により求められたバランストルク付近を通過するときは、前記エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量を所定値内に制限するように前記運転状態判定手段の判定に基づいてエンジンのトルク制御を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記バランストルク演算手段は、その状況下における車速とギア位置で定常走行したと仮定した際のエンジンが発生するトルクを基に、前記バランストルクを算出することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、エンジンが発生するトルクと前記バランストルクの差分の値に応じて決定されることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、加減速開始からの経過時間に応じて決定されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、加速前の履歴が燃料カット中か否かに応じて可変とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンが発生するトルクの単位時間当たりのトルク変化量は、バランストルク付近を通過する際には10Nm/10msec以下であることを特徴とする請求項1乃至５のいずれか記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンのトルク制御は、電子制御スロットル、可変バルブ、点火時期、燃料噴射量の何れかのトルク制御手段を、単数または複数組み合わせてトルク制御を行うことを特徴とする請求項1乃至６のいずれか記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンのトルク制御は、エンジン回転数が急激に上昇した場合には、高応答目標トルクを減少させ、エンジン回転数が急激に下降した場合には、高応答目標トルクを上昇させて車両前後振動を相殺する前後振動抑制補正演算手段を備えていることを特徴とする特許請求項１乃至７のいずれか記載のエンジンの制御装置。
車両に搭載されるエンジンの制御装置であって、前記制御装置は、前記車両の加減速に際し、前記車両の加減速前の定常運転状態にてエンジンが発生するトルクを算定するトルク算定手段と、前記加減速状態を検出又は推定する加減速状態判定手段と、を備え、
前記加減速状態判定手段により検出又は推定された前記車両の加減速状態に基づいて前記エンジンが発生するトルクを前記トルク算定手段により算定した定常運転状態でのトルクに所定時間保持するように制御することを特徴とするエンジンの制御装置。