JP2008106699A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両制御に内在する遅れの影響を緩和して、最適な制御を実現する。
【解決手段】アクセル操作量ＡＰＯに対応する車両の運動状態パラメータＡの第１の目標値Ａｔｇ１を算出する。算出したＡｔｇ１に基づいて、第１の目標運動状態パラメータの傾き（＝Ｊ１）よりも小さな変化を与える、運動状態パラメータＡの１階以上の導関数Ｊｔｇを算出し、算出したＪｔｇに基づいて、第２の目標運動状態パラメータＡｔｇ２を算出する。算出したＡｔｇ２に基づいて、運動状態パラメータＡの所定の時間ＤＴＡ後の先行予測値Ａｅｓｔを算出し、算出したＡｅｓｔに基づいて、車両制御に関わる対象デバイスに対する制御指令値を算出し、算出した制御指令値に基づいて、この対象デバイスを制御する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、詳細には、車両制御に内在する種々の遅れの影響を緩和して、車両全体としての制御に整合性を持たせることで、最適な制御を実現する技術に関する。

車両の運動制御の一環として、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するとともに、検出されたアクセル操作量に基づいてエンジントルクの目標値を算出し、この目標エンジントルクが達成されるように、吸入空気量等の制御パラメータを設定する技術が知られている。また、吸入空気量を制御するための技術として、吸気弁のバルブタイミングが可変に構成されたエンジンにおいて、スロットル弁により吸気圧力（又は負圧）を制御する一方、制御された吸気圧力のもと、バルブタイミングの調整により運転条件に応じた所定の吸入空気量を達成することが知られている（特許文献１）。
特開２００１−１５９３５５号公報（段落番号０００３）

このような制御において、スロットル弁の作動から、バルブタイミングの調整の前提となる吸気圧力が実際に形成されるまでには、スロットル弁から吸気ポートまでの通路の容積に応じた遅れが存在する。この遅れに拘わらず、目標エンジントルクに対して何らの補償もせずにバルブタイミングを設定したのでは、設定されたバルブタイミングと、実際に形成されている吸気圧力とが整合しないことから、可変バルブタイミングによる性能向上の効果が充分に得られなかったり、あるいは混合気の当量比に目標値に対するずれが生じて、エミッションを悪化させるおそれがある。

遅れを解消するための技術として一般的に採用されるものに進み補償があり、この進み補償は、特開２０００−２０５００９号公報（段落番号００１６）に示されるように、エンジン制御についても適用されるところである。このものにおいて、進み補償は、エンジントルクに含まれる遅れを考慮して、速答性確保の観点から目標エンジントルクについて施されるものであり、進み補償がなされた目標エンジントルクに基づいて各種の対象デバイスが制御されることから、前掲特許文献１に記載のエンジン制御において、バルブタイミングと、実際の吸気圧力との不整合を解消し得るものではない。

なお、遅れの問題は、スロットル弁に限らず、エンジンにおける還流排ガス量を制御するための還流制御弁や、吸気ポートに設置された燃料噴射弁等についても存在し、アクセル操作に対する加減速等の運転性に影響したり、又は応答性の違いに起因する動作の非同期により、混合気の当量比にずれを生じさせる。
以上から、より最適な制御の実現のため、エンジン出力の制御を含む車両制御全般に内在する遅れをそのような制御に関わる対象デバイスの制御に反映させることで、車両全体としての制御に整合性を持たせ、対象デバイスの動作における非同期を解消することが望まれる。

本発明は、以上の問題を考慮した車両の制御装置を提供するものである。本発明に係る装置は、車両の運動を制御するためのものであり、アクセル操作量を検出するとともに、検出したアクセル操作量に基づいて、アクセル操作量に対応する車両の運動状態パラメータ（たとえば、加速度）の第１の目標値を算出する。算出した第１の目標運動状態パラメータに追従する特性を定めるものとして、この第１の目標運動状態パラメータの傾きよりも小さな変化を与える、運動状態パラメータの１階以上の導関数を算出し、算出した導関数に基づいて、運動状態パラメータの第２の目標値を算出する。算出した第２の目標運動状態パラメータに基づいて、運動状態パラメータの所定の時間後の先行予測値（たとえば、予測加速度）を算出し、算出した先行予測値に基づいて、車両の運動を制御するための対象デバイスに対する制御指令値を算出し、算出した制御指令値に基づいて、この対象デバイスを制御する。

本発明によれば、第１の目標運動状態パラメータ（アクセル操作量に対応するものとして算出される。）の傾きよりも小さな変化を与える導関数を算出し、これに基づいて第２の目標運動状態パラメータを算出することとしたので、第２の目標運動状態パラメータは、第１の目標運動状態パラメータに追従するものとして、アクセル操作に対する遅れを有して算出される。本発明において、対象デバイスは、所定の時間後の先行予測値に基づいて制御されるものであり、この先行予測値は、実際の運動状態パラメータに近い第２の目標運動状態パラメータに基づいて得られるものであるので、対象デバイスの動作を実際の運動状態パラメータの変化と整合させ、対象デバイスの動作における非同期を解消することができる。

また、本発明によれば、先行予測値の採用により、対象デバイスに対してその作動遅れを考慮した制御指令値の設定が可能となるので、整合性の高い制御を実現することができる。この意味において、「所定の時間」は、対象デバイスの作動遅れに相当する時間として設定されるのが好ましく、作動遅れが無視し得るほどである対象デバイスについては、０を含むものとする。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用された一実施形態に係るエンジン１の構成を示しており、本実施形態に係る車両の制御装置（以下「ＶＣＭ」という。）１０１は、マイクロコンピュータを備える電子制御ユニットとして構成され、エンジン１の出力及び図示しない自動変速機の変速比を制御することで、この車両の運動を統合的に制御するものである。本実施形態において、エンジン１は、火花点火エンジンであり、車両の駆動源を構成している。エンジン１により発生させた駆動力が自動変速機に入力され、運転条件に応じた所定の変速比に変換された後、駆動軸に伝達されて、車両を推進させる。以下の説明では、エンジン１の構成について、４つの気筒ｃ１〜ｃ４のうち吸気行程にある気筒ｃ４により代表して説明するが、気筒ｃ１〜ｃ４は、いずれも同様の構成である。

吸気通路１１の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、これにより吸入空気中の粉塵等が除去される。エアクリーナの下流には、スロットル弁１２が設置されており、スロットル弁１２により吸入空気の流量が制御される。スロットル弁１２の下流には、吸気コレクタ１３が取り付けられており、吸気コレクタ１３から各シリンダｃ１〜ｃ４に吸気マニホールドの分岐管１４が伸び、エンジン本体のシリンダヘッドに接続して、吸気ポート１４ａが形成されている。吸気ポート１４ａには、吸気弁１５が設置されている。また、各シリンダｃ１〜ｃ４の分岐管１４には、吸気ポート１４ａに指向させて図示しない燃料噴射弁が設置されており、これによりエンジン１の運転条件に応じて定められる量の燃料が噴射され、所定の当量比の混合気が筒内に供給される。なお、本実施形態において、吸気弁１５は、その作動特性（ここでは、バルブタイミング）が可変に構成されており、可変機構２１を構成する油圧アクチュエータによりカムシャフトのクランクシャフトに対する角位相を変化させることで、吸気弁１５の開期間の、クランク角に関する位相が連続的に変更される。可変機構２１としては、バルブタイミングに代えて又はこれとともに、吸気弁１５のリフトプロフィールを変更するものが採用されてもよい。

エンジン本体において、シリンダブロックには、ピストン１６が上下自在に挿入されており、シリンダヘッドとこのピストン１６とにより挟まれる空間が燃焼室となる。図示しない点火プラグ（シリンダヘッドにおいて、気筒中心線上に設置される。）による点火後、燃焼により生じた排ガスは、排気弁１７の開駆動に伴い排気通路１８に排出される。
スロットル弁１２の回転位置（以下「スロットル開度」という。）、吸気弁１５のバルブタイミング及び燃料噴射弁による燃料噴射量等は、ＶＣＭ１０１により制御される。ＶＣＭ１０１には、運転者によるアクセルペダルの操作量（以下「アクセル操作量」という。）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ３１からの信号、クランク角センサ３２からの単位クランク角及び基準クランク角毎の信号、ならびにエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ３３からの信号等が入力される。ＶＣＭ１０１は、入力した各信号に基づいて所定の演算を行い、スロットル弁１２のアクチュエータ２２、吸気弁１５の可変機構２１及び燃料噴射弁等のエンジン制御デバイスに対して制御信号を出力し、エンジン１の出力を制御する。なお、本実施形態において、吸気弁１５のバルブタイミングは、カムシャフトのクランクシャフトに対する位相差θを変数として制御される。また、ＶＣＭ１０１は、クランク角センサ３２からの信号に基づいてクランク角及びエンジン回転数ＮＥを算出する。

次に、ＶＣＭ１０１の動作について、フローチャートにより説明する。
図２は、エンジン出力の制御に関する基本ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、スロットル弁１２により吸気圧力を制御して、エンジン１の出力（ここでは、仕事率又はトルク）を制御するものであり、ＶＣＭ１０１により所定の時間毎に実行される。

既述の通り、スロットル弁１２と吸気弁１５とでは、吸入空気量、延いてはエンジン出力の変化に及ぼす遅れが異なるところ、運転者によるアクセル操作に対して何らの補償もせずにこれらのエンジン部品を動作させたのでは、バルブタイミングと実際の吸気圧力との間に不整合が生じがちである。本実施形態では、バルブタイミングを制御するための可変機構（以下「吸気可変機構」という。）２１の動作を、スロットル弁１２により制御される吸気圧力の変化に整合させることで、遅れの比較的に小さな吸気可変機構２１の動作の、実際の吸気圧力に対する非同期の解消を図ることとする。

Ｓ１０１では、アクセル操作量ＡＰＯを読み込む。
Ｓ１０２では、アクセル操作量ＡＰＯに基づいて、第１の目標加速度Ａｔｇ１を算出する。第１の目標加速度Ａｔｇ１は、アクセル操作量ＡＰＯ及びエンジン回転数ＮＥにより図３に示す傾向のマップを検索することで算出される。これにより、第１の目標加速度Ａｔｇ１は、アクセル操作量ＡＰＯに対応するものとして、高負荷側の領域におけるほど大きな値で算出される。本実施形態では、「運動状態パラメータ」として車両の加速度を採用することとしており、第１の目標加速度Ａｔｇ１は、「第１の目標運動状態パラメータ」に相当する。

Ｓ１０３では、第１の目標加速度Ａｔｇ１に基づいて、現時点よりも所定の時間ＤＴＡだけ先の予測加速度Ａｅｓｔを算出する。予測加速度Ａｅｓｔは、運動状態パラメータの「先行予測値」に相当するものであり、図４に示すフローチャートの手順により算出される。「所定の時間」は、後述するように、吸気可変機構２１の作動遅れに相当する時間に設定される。

Ｓ１０４では、第１の目標加速度Ａｔｇ１に基づいて、スロットル開度の目標値ＴＶＯｔｇを算出する。目標スロットル開度ＴＶＯｔｇは、吸気圧力に基づいて算出することができる。第１の目標加速度Ａｔｇ１が車両の慣性質量及び走行速度等によりエンジン出力（たとえば、仕事率）に換算可能であることから、吸気圧力は、エンジン１の仕事率及び回転数に基づいて、マップの検索等により算出することができる。なお、目標スロットル開度ＴＶＯｔｇは、後述するように、吸気系のモデルに基づいて算出されてもよい。

Ｓ１０５では、予測加速度Ａｅｓｔに基づいて、バルブタイミング（すなわち、位相差）の目標値θｔｇを算出する。目標位相差θｔｇは、次のような手順により算出される。
まず、予測加速度Ａｅｓｔに基づいて、（１）式によりエンジン１の仕事率Ｗを算出する。ｍ_ＣＡＲは、車両の慣性質量を、ＶＳＰは、車速を示す。慣性質量ｍ_ＣＡＲには、駆動軸等、駆動系における回転要素の慣性モーメントが含まれてもよい。

Ｗ＝ｍ_ＣＡＲ×ＶＳＰ×Ａｅｓｔ ・・・（１）
次に、算出した仕事率Ｗ及びエンジン回転数ＮＥにより図４に示す傾向のマップを検索して、吸気圧力Ｐｅｓｔを算出する。予測加速度Ａｅｓｔの性質により、吸気圧力Ｐｅｓｔは、所定の時間ＤＴＡ後に形成される吸気圧力を示すものである。なお、予測加速度Ａｅｓｔ、ならびにタイヤの動半径及び駆動系の総減速比により目標エンジントルクを算出するとともに、この目標エンジントルクを換算して得られた仕事率Ｗが、図４に示すマップの検索に適用されてもよい。総減速比は、自動変速機による変速比に最終減速比を乗算したものに相当する。目標エンジントルクの算出には、駆動軸の摩擦特性及び伝達効率、エンジン補機の負荷、ならびにトルクコンバータの作動特性等が考慮されてもよい。

更に、算出した吸気圧力Ｐｅｓｔを、（２）式により圧力比ＲＰに換算するとともに、圧力比ＲＰ及びエンジン回転数ＮＥに対応させて予め設定されたマップを検索して、目標位相差θｔｇを算出する。ＰＡは、大気又は外気の圧力を示す。
ＲＰ＝Ｐｅｓｔ／ＰＡ ・・・（２）
Ｓ１０６では、目標スロットル開度ＴＶＯｔｇに基づいて、「第２の対象デバイス」としてのスロットルアクチュエータ２２に対する制御指令値を算出し、スロットル弁１２を目標スロットル開度ＴＶＯｔｇに駆動する。

Ｓ１０７では、目標位相差θｔｇに基づいて、「第１の対象デバイス」としての吸気可変機構２１に対する制御指令値を算出し、吸気弁１５のバルブタイミングを運転条件に応じた所定の角位相に変更する。
次に、図５を参照して、予測加速度Ａｅｓｔの算出について説明する。本実施形態において、この図５に示すルーチンは、図２に示す出力制御ルーチンにおけるＳ１０３のサブルーチンとして構成される。

Ｓ２０１では、第１の躍度Ｊ１を算出する。第１の躍度Ｊ１は、第１の目標加速度Ａｔｇ１の差分として、（３）式により算出される。ｄｔは、このルーチンの演算周期を示す。第１の躍度Ｊ１は、運動状態パラメータとしての加速度の１階の導関数であり、「第２の導関数」に相当する。
Ｊ１＝（Ａｔｇ１−Ａｔｇ１_Ｚ）／ｄｔ ・・・（３）
Ｓ２０２では、第２の躍度Ｊ２を算出する。第２の躍度Ｊ２は、第１の躍度Ｊ１よりも小さな値のものとして、第１の躍度Ｊ１に対応させて予め設定される。本実施形態において、第２の躍度Ｊ２は、第１の躍度Ｊ１に対し、図６に示す特性の関数ｆにより非線形補正を施すことで算出される。関数ｆは、アクセル操作に対する加速（又は吸気圧力の変化）の遅れを近似するものであり、車速又はエンジン回転数毎に設定される。関数ｆの設定には、車速等以外にアクセル操作量が考慮されてもよい。第２の躍度Ｊ２は、「第３の導関数」に相当する。

Ｊ２＝ｆ（Ｊ１） ・・・（４）
Ｓ２０３では、区間延長時間Δｔを算出する。区間延長時間Δｔは、第２の躍度Ｊ２により第１の目標加速度Ａｔｇ１を達成するのに単位時間当たりに延長されるべき時間であり、（５）式により算出される（図７）。
Δｔ＝（Ｊ１−Ｊ２）／｜Ｊ２｜
＝Ｊ１／Ｊ２−１ ・・・（５）
Ｓ２０４では、累積延長時間ΔＴを算出する。累積延長時間ΔＴは、（６）式により、区間延長時間Δｔを演算周期ｄｔに亘り積分することで算出される。

ΔＴ＝∫（Δｔ）ｄｔ＝∫｛（Ｊ１−Ｊ２）／｜Ｊ２｜｝ ・・・（６）
Ｓ２０５では、目標躍度Ｊｔｇを算出する。目標躍度Ｊｔｇは、（７）式により、第１の目標加速度Ａｔｇ１と、前回の演算実行時に算出された第２の目標加速度Ａｔｇ２_Ｚとの差（すなわち、加速度の偏差）ΔＡを、累積延長時間ΔＴにより除算することで算出される。

Ｊｔｇ＝ΔＡ／ΔＴ＝（Ａｔｇ１−Ａｔｇ２_Ｚ）／ΔＴ ・・・（７）
Ｓ２０６では、第２の目標加速度Ａｔｇ２を算出する。第２の目標加速度Ａｔｇ２は、（８．１）式により、目標躍度Ｊｔｇを積分することで算出される。なお、（８．１）式を離散系で計算すれば、第２の目標加速度Ａｔｇ２は、（８．２）式として整理される。ΔＴ_Ｚは、前回の演算実行時に算出された累積延長時間を示す。

Ａｔｇ２＝∫（Ｊｔｇ）ｄｔ ・・・（８．１）
Ａｔｇ２＝Ａｔｇ２_Ｚ＋Ｊｔｇ×ｄｔ
＝Ａｔｇ２_Ｚ＋｛（Ａｔｇ１−Ａｔｇ２_Ｚ）／｜ΔＴ_Ｚ＋（（Ｊ１−Ｊ２）／｜Ｊ２｜）ｄｔ｜｝ｄｔ ・・・（８．２）
Ｓ２０７では、予測加速度Ａｅｓｔを算出する。本実施形態において、予測加速度Ａｅｓｔは、吸気可変機構２１の作動遅れに相当する時間（ここでは、０．１ｍｓ）後の先行予測値として、（９）式により算出される。時間ＤＴＡは、吸気可変機構２１の動作における遅れのメカニズムをモデルにより近似して計算することができ、一定の時間として設定するほか、運転条件等に応じて遅れの時間が変化する場合（たとえば、遅れがクランク角に関して定められる場合）は、時間に換算したものが代入されてもよい。また、累積延長時間ΔＴが微小となる場合を考慮して、（１０）式により、遅れ（たとえば、０．１ｍｓ）と累積延長時間ΔＴとのうち小さい方の値が代入されてもよい。

Ａｅｓｔ＝Ａｔｇ２＋Ｊｔｇ×ＤＴＡ ・・・（９）
ＤＴＡ＝ｍｉｎ（０．１，ΔＴ） ・・・（１０）
図８は、アクセル操作に対する第１の目標加速度Ａｔｇ１及び第２の目標加速度Ａｔｇ２の変化を示している。なお、同図において、実際の加速度Ａａｃｔを点線で示している。

運転者によるアクセルペダルの踏込みに対し、アクセル操作量ＡＰＯが増大しており、これに対応して第１の目標加速度Ａｔｇ１がアクセル操作前のＡ１から、アクセル操作後のＡ２に上昇している。実際の加速度Ａａｃｔは、第１の目標加速度Ａｔｇ１の増大による吸気圧力の変化（スロットル弁１２の動作による。）に伴い、第１の目標加速度Ａｔｇ１に対する遅れを有して上昇する。第２の躍度Ｊ２が第１の目標加速度Ａｔｇ１の差分として得られる第１の躍度Ｊ１よりも小さな値のものとして算出され、第２の目標加速度Ａｔｇ２がこの第２の躍度Ｊ２に基づいて得られる目標躍度Ｊｔｇにより定められるものであることから、第２の目標加速度Ａｔｇ２は、第１の目標加速度Ａｔｇ１に追従する特性を有するものとして算出される。また、累積延長時間ΔＴを算出し、これにより加速度の偏差ΔＡを除算して第２の目標加速度Ａｔｇ２の躍度（すなわち、目標躍度）Ｊｔｇを算出することとしたので、第２の目標加速度Ａｔｇ２は、アクセル操作に対して安定した勾配で、滑らかに上昇することになる。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、第１の目標加速度Ａｔｇ１の躍度Ｊ１よりも小さな値の第２の躍度Ｊ２を算出し、これに基づいて「第１の導関数」としての目標躍度Ｊｔｇ、及び第２の目標加速度Ａｔｇ２を算出することとした。本実施形態において、「第１の対象デバイス」としての吸気可変機構２１は、先行予測値としての予測加速度Ａｅｓｔに基づいて制御されるものであり、この予測加速度Ａｅｓｔは、実際の加速度Ａａｃｔに近い第２の目標加速度Ａｔｇ２に基づいて、所定の時間ＤＴＡ後のものとして算出されるので、吸気可変機構２１の動作を実際の加速度Ａａｃｔ又は吸気圧力の変化と整合させ、吸気可変機構２１の動作における非同期を解消することができる。本実施形態では、特に、予測加速度Ａｅｓｔを算出する際の時間ＤＴＡを、吸気可変機構２１の作動遅れに相当する時間に設定したことで、吸気可変機構２１の作動特性を考慮した整合性の高い制御を実現することができる。

また、本実施形態では、累積延長時間ΔＴを算出し、これにより加速度の偏差ΔＡを除算することで第２の目標加速度Ａｔｇ２の躍度（すなわち、目標躍度）Ｊｔｇを算出することとした。目標躍度Ｊｔｇは、第２の目標加速度Ａｔｇ２に対して演算周期毎に一定の勾配を与えるものとして算出されるので、吸気可変機構２１の動作を安定させて、不要なアクセルの煽り等によるバルブタイミングの制御の乱れを抑制するとともに、アクセル操作を反映する第１の目標加速度Ａｔｇ１を達成する精度を確保することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
既述の通り、吸気弁１５のバルブタイミングは、吸気系のモデルを採用することにより、以下に示すように設定することもできる。
図９は、本実施形態に係る目標スロットル開度演算ルーチンのフローチャートである。本実施形態において、このルーチンは、図２に示すフローチャートのＳ１０４のサブルーチンとして構成される。

Ｓ３０１では、スロットル制御に関する吸気圧力の目標値Ｐｔｇ１を算出する。目標吸気圧力Ｐｔｇ１は、アクセル操作量ＡＰＯに対応するものとして算出された第１の目標加速度Ａｔｇ１を、車両の慣性質量等によりエンジン出力に換算し、これにより図４に示すマップを検索することで算出される。
Ｓ３０２では、目標吸気圧力Ｐｔｇ１の差分ΔＰｔｇを算出する。差分ΔＰｔｇは、（１１）により、今回の演算実行時におけるＰｔｇ１から前回の演算実行時におけるＰｔｇ１_Ｚを減算し、得られた差を演算周期ｄｔにより除算することで算出される。

ΔＰｔｇ＝（Ｐｔｇ１−Ｐｔｇ１_Ｚ）／ｄｔ ・・・（１１）
Ｓ３０３では、吸気コレクタ１３からの流出流量ΔＮｏを、（１２）式により算出する。Ｒは、吸入空気のガス定数を、Ｔ０は、吸気コレクタ１３内の温度を、Ｖｃｙｌは、エンジン１の排気量を、ηは、１回の吸気行程中に吸気コレクタ１３から筒内に吸入される空気の量の、排気量Ｖｃｙｌに対する割合を示す。割合ηは、バルブタイミング又はエンジン回転数等の条件毎に実験等により予め把握しておくことが可能である。

ΔＮｏ＝｛Ｐｔｇ１／（Ｒ×Ｔ０）｝×Ｖｃｙｌ×η×（ＮＥ／１２０） ・・・（１２）
Ｓ３０４では、目標吸気圧力の差分ΔＰｔｇを得るために必要とされる目標流入流量ΔＮｉｔｇを、（１５）式により算出する。すなわち、吸気コレクタ１３内における質量の変化（＝Δｎ）が流入流量ΔＮｉと流出流量ΔＮｏとの差によるものであるとして（（１４）式）、吸気コレクタ１３内の空気に関して成立する気体の状態方程式を微分し、更に質量の差分（＝Δｎ）に差（＝ΔＮｉ−ΔＮｏ）を代入して得られた方程式を、流入流量ΔＮｉについて整理することにより算出する。（１５）式において、容積Ｖｍａｎｉは、吸気コレクタ１３の容量を示す。

Ｐｔｇ１×Ｖｍａｎｉ＝ｎ×Ｒ×Ｔ０ ・・・（１３）
ΔＰｔｇ×Ｖｍａｎｉ≒Δｎ×Ｒ×Ｔ０
＝（ΔＮｉ−ΔＮｏ）×Ｒ×Ｔ０ ・・・（１４）
ΔＮｉｔｇ＝｛ΔＰｔｇ×Ｖｍａｎｉ／（Ｒ×Ｔ０）｝＋ΔＮｏ ・・・（１５）
Ｓ３０５では、目標流入流量ΔＮｉｔｇを得るための吸気通路１１の開口面積を、目標開口面積Ａｔｈとして算出する。本実施形態では、スロットル弁１２の近傍における流れ場を図１０に示すような先細ノズルによるもので近似し、この先細ノズルを介する流れを準１次元定常等エントロピー流れと仮定する。目標開口面積Ａｔｈは、スロットル弁１２の上流側と下流側との圧力比Ｒｐ（＝Ｐｔｇ１／Ｐ０）に応じ、下記の２式（１６．１），（１６．２）により算出される。Ｒｐｂは、図１０に示すノズルの先端（図中の黒点ｄの部分）における流れが音速となるときの圧力比である（図１１）。圧力比Ｒｐがこの臨界圧力比Ｒｐｂ以下となる条件においては、ノズルの先端ｄで流れが音速に達し、流量ΔＮは、圧力比Ｒｐの低下によらずほぼ一定の値を示す。κは、比熱比を示す。なお、スロットル弁１２の上流側と下流側とで温度Ｔ０，Ｔｍａｎｉに変化がないものとする（Ｔ０≒Ｔｍａｎｉ）。

Ｒｐ＞Ｒｐｂ：
Ａｔｈ＝ΔＮｉｔｇ×｛√（Ｒ×Ｔ０）／Ｐ０｝×｛（２κ／（κ−１））×（（Ｐｔｇ１／Ｐ０）^２／κ−（Ｐｔｇ１／Ｐ０）^{（（κ＋１）／κ）}）｝^−１／２ ・・・（１６．１）
Ｒｐ≦Ｒｐｂ：
Ａｔｈ^＊＝ΔＮｉｔｇ^＊×｛√（Ｒ×Ｔ０）／Ｐ０｝×（１／√κ）×｛２／（κ＋１）｝^{−（κ＋１）／（２（κ−１））} ・・・（１６．２）
Ｓ３０６では、以上のようにして得られたＡｔｈにより図１２に示す傾向のテーブルを検索して、目標開口面積Ａｔｈに対する目標スロットル開度ＴＶＯｔｇを算出する。

以上では、「第１の対象デバイス」として油圧駆動式の吸気可変機構２１を採用し、先行予測値について定められる「所定の時間」ＤＴＡをこの吸気可変機構２１の作動遅れに相当する時間として設定する場合について説明した。第１の対象デバイスは、電磁駆動式のものとしてもよく、この場合においては、時間ＤＴＡを、油圧駆動式による場合のものよりも短い時間（０を含む。）に設定することができる。また、「第１の対象デバイス」としては、吸気可変機構のほか、燃料噴射弁等を採用することができ、「第２の対象デバイス」としては、スロットル弁のほか、還流制御弁等を採用することができる。燃料の蒸発特性を考慮した噴射制御を行うのであれば、燃料噴射弁を「第２の対象デバイス」として採用することもできる。

また、以上では、本発明を車両の運動制御の観点から捉え、アクセル操作量ＡＰＯから得られる目標加速度に基づいて、車両制御に関わる各種の対象デバイスを制御する場合について説明した。本発明は、このようなものに限らず、エンジン制御の観点から、次のように表現することができる。
すなわち、本発明は、エンジンの出力制御装置を提供するものであり、本発明に係る装置は、駆動源として車両に搭載されるエンジンの出力を制御するための装置であって、エンジンの出力を制御するための第１の対象デバイスと、エンジンの出力を制御するための、第１の対象デバイスよりもエンジン出力の変化に及ぼす遅れが大きい第２の対象デバイスと、アクセル操作量を検出する手段と、検出したアクセル操作量に基づいて、車両の加速度の第１の目標値を算出する手段と、算出した第１の目標加速度に追従する特性を定めるものとして、この第１の目標加速度の傾きよりも小さな変化を与える、車両の加速度の１階以上の導関数を算出する手段と、算出した導関数に基づいて、車両の加速度の第２の目標値を算出する手段と、算出した第２の目標加速度に基づいて、車両の実際の加速度の所定の時間後の先行予測値を算出する手段と、算出した先行予測値に基づいて、第１の対象デバイスに対する第１の制御指令値を算出する手段と、算出した第１の制御指令値に基づいて、第１の対象デバイスを制御する手段と、第１の目標加速度に基づいて、第２の対象デバイスに対する第２の制御指令値を算出する手段と、算出した第２の制御指令値に基づいて、第２の対象デバイスを制御する手段と、を含むものとして構成される。なお、「第１の対象デバイス」として吸気可変機構を採用し、「第２の対象デバイス」としてスロットルアクチュエータを採用可能であることは、以上で説明した通りである。

本発明の一実施形態に係る車両の制御装置を備えるエンジンの構成 エンジン出力の制御に関する基本ルーチンのフローチャート 第１の目標加速度の演算マップ 吸気圧力の演算マップ 予測加速度演算ルーチンのフローチャート 第１の躍度を変数とする第２の躍度の関数 区間延長時間の概念 アクセル操作に対する第１及び第２の目標加速度の変化 目標スロットル開度演算ルーチンのフローチャート スロットル弁の近傍における流れ場のモデル スロットル前後圧力比に対する流量の変化 スロットル開度と開口面積との関係

符号の説明

１…エンジン、１１…吸気通路、１２…スロットル弁、１３…吸気コレクタ、１４…吸気マニホールドの分岐管、１４ａ…吸気ポート、１５…吸気弁、１６…ピストン、１７…排気弁、１８…排気通路、２１…「第１の対象デバイス」としての吸気可変機構、２２…「第２の対象デバイス」としてのスロットルアクチュエータ、３１…アクセルセンサ、３２…クランク角センサ、３３…冷却水温度センサ、１０１…「車両の制御装置」としての統合コントロールユニット。

Claims (11)

1. アクセル操作量を検出する手段と、
   検出したアクセル操作量に基づいて、アクセル操作量に対応する車両の運動状態パラメータの第１の目標値を算出する手段と、
   算出した第１の目標運動状態パラメータに追従する特性を定めるものとして、この第１の目標運動状態パラメータの傾きよりも小さな変化を与える、前記運動状態パラメータの１階以上の第１の導関数を算出する手段と、
   算出した第１の導関数に基づいて、前記運動状態パラメータの第２の目標値を算出する手段と、
   算出した第２の目標運動状態パラメータに基づいて、前記運動状態パラメータの所定の時間後の先行予測値を算出する手段と、
   算出した先行予測値に基づいて、車両の運動を制御するための第１の対象デバイスに対する第１の制御指令値を算出する手段と、
   算出した第１の制御指令値に基づいて、前記第１の対象デバイスを制御する手段と、を含んで構成される車両の制御装置。
2. 前記第１の目標運動状態パラメータに基づいて、車両の運動を制御するための、前記第１の対象デバイスとは異なる第２の対象デバイスに対する第２の制御指令値を算出する手段と、
   算出した第２の制御指令値に基づいて、前記第２の対象デバイスを制御する手段と、を更に含んで構成される請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記第２の対象デバイスは、前記運動状態パラメータの変化に及ぼす遅れが前記第１の対象デバイスよりも大きい請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記第２の対象デバイスがスロットル弁のアクチュエータである請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 吸気弁の作動特性が可変に構成されたエンジンを備える車両に設けられ、
   前記第１の対象デバイスが、前記作動特性を変更するための可変機構である請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
6. 前記所定の時間が、前記第１の制御指令値の入力からこの制御指令値に対する動作が実際に得られるまでの、前記第１の対象デバイスの作動遅れに相当する時間である請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
7. 前記第１の導関数が前記第１の目標運動状態パラメータに基づいて算出される請求項１〜６のいずれかに記載の車両の制御装置。
8. 前記第１の目標運動状態パラメータの差分として、前記第１の導関数と同階の前記運動状態パラメータの第２の導関数を算出する手段と、
   算出した第２の導関数に基づいて、この第２の導関数に対応するものとして予め設定された、第２の導関数よりも小さな値の第３の導関数を算出する手段と、
   アクセル操作に対し、算出した第３の導関数により前記第１の目標運動状態パラメータを達成するのに単位時間当たりに延長されるべき区間延長時間を算出する手段と、
   算出した区間延長時間を積分して、前記第１の目標運動状態パラメータが達成されるまでの累積延長時間を算出する手段と、を更に含んで構成され、
   前記第１の導関数が、前記第１の目標運動状態パラメータに対する前記第２の目標運動状態パラメータの偏差を算出した累積延長時間で除算して算出される請求項１〜７のいずれかに記載の車両の制御装置。
9. 前記第３の導関数が、前記第２の導関数を非線形補正して算出される請求項８に記載の車両の制御装置。
10. 前記運動状態パラメータが車両の加速度である請求項１〜９のいずれかに記載の車両の制御装置。
11. 駆動源として車両に搭載されるエンジンの出力を制御するための装置であって、
    エンジンの出力を制御するための第１の対象デバイスと、
    エンジンの出力を制御するための、前記第１の対象デバイスよりもエンジン出力の変化に及ぼす遅れが大きい第２の対象デバイスと、
    アクセル操作量を検出する手段と、
    検出したアクセル操作量に基づいて、車両の加速度の第１の目標値を算出する手段と、
    算出した第１の目標加速度に追従する特性を定めるものとして、この第１の目標加速度の傾きよりも小さな変化を与える、車両の加速度の１階以上の導関数を算出する手段と、
    算出した導関数に基づいて、車両の加速度の第２の目標値を算出する手段と、
    算出した第２の目標加速度に基づいて、車両の実際の加速度の所定の時間後の先行予測値を算出する手段と、
    算出した先行予測値に基づいて、前記第１の対象デバイスに対する第１の制御指令値を算出する手段と、
    算出した第１の制御指令値に基づいて、前記第１の対象デバイスを制御する手段と、
    前記第１の目標加速度に基づいて、前記第２の対象デバイスに対する第２の制御指令値を算出する手段と、
    算出した第２の制御指令値に基づいて、前記第２の対象デバイスを制御する手段と、を含んで構成されるエンジンの出力制御装置。

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