JP2009185665A - 駆動力源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動力源制御装置にてアクチュエータの作動性能を考慮することでハンチングなどの作動不安定を防止してアクチュエータの作動頻度が高まることを確実に防止する。
【解決手段】バッテリ電圧に基づいてスロットル開度変化速度限界を算出し、この値に基づいて減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎと増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘとを設定して要求運転状態量としての目標負荷率ＫＬｔを制限している。この制限後の目標負荷率ＫＬｔは、スロットルバルブ用モータが作動可能な変化速度限界内での変化となり、スロットルバルブ用モータの作動性能を越えた目標負荷率ＫＬｔを設定することはない。この目標負荷率ＫＬｔに対応する目標スロットル開度ＴＡｔを介して行われるエンジン制御は、スロットルバルブに不安定な作動を引き起こすことがない。したがって課題を達成できる。このことでエネルギー消費を抑制し、スロットルバルブの耐久性が高まる。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置に関する。

トルクディマンド方式の内燃機関制御装置は、アクセル操作量（場合により制御システムによる要求量）、内燃機関回転数及び外部負荷に基づき、内燃機関の目標トルクを算出し、この目標トルクに応じて吸入空気量や燃料噴射量を制御している（例えば特許文献１参照）。

このトルクディマンド方式の内燃機関制御装置によると、車両の制御に直接作用する物理量である出力トルクを制御の基準値とすることにより、常に一定の操縦感覚を維持できる等、運転性の向上を図ることができる。

ここで吸入空気量を制御する場合には、アクチュエータとしてのスロットルバルブに指示値に相当する信号を出力してから、実際に気筒内の吸気状態（吸気圧、筒内空気量、充填率など）が変化するまでの応答遅れが問題となる。このことは燃料噴射量を制御する場合も各種アクチュエータによる燃料量調量のための駆動により応答遅れが存在する。

このような応答遅れを補償するため、実際の状態と目標運転状態との比較に基づいて指示値を算出する場合に、フィードバック制御における比例項のゲイン（比例定数）を大きくすることがなされている（例えば特許文献２参照）。

又、このような応答遅れにおいてアクチュエータ性能上のばらつきによるハンチングを防止するために目標運転状態と実運転状態との偏差に応じた不感帯を設定して不感帯に入った場合には指令値を保持する制御が行われている（例えば特許文献３参照）。
特開２００７−１９２０８２号公報（第８−１０頁、図６−７） 特開平７−９７９４９号公報（第３頁、図３） 特開２００５−３０７８２４号公報（第６−７頁、図３）

上述した特許文献１，２では要求トルクなどの要求運転状態量が変化する際に、その設定値はアクチュエータの応答能力（むだ時間、応答時間など）を考慮していない。このため要求運転状態量からアクチュエータの目標状態量を算出すると、アクチュエータが目標状態量に追随できず、要求通りに出力が得られない。このことによりハンチングなどの作動不安定を生じてアクチュエータの作動頻度を高める場合がある。そしてこのようにアクチュエータの作動頻度が高まるとアクチュエータの耐久性に問題を生じる場合がある。

特許文献３では不感帯の設定により振動的な出力を解決しようとしている。しかし、やはり設定値はアクチュエータの応答能力を考慮していないので、アクチュエータが目標状態量に追随できない場合があり、不感帯以外の領域にてはハンチングなどの作動不安定を生じる。したがってアクチュエータの作動頻度を高める問題は解決していない。

フィルタ処理（一次遅れ処理、移動平均処理など）により目標状態量変化を抑制することでハンチングの防止は可能であるが、対症療法でありアクチュエータの性能を考慮したものではないので、十分に作動安定性を高めるような対策ではなかった。

本発明は、アクチュエータの作動性能を考慮することでハンチングなどの作動不安定を防止してアクチュエータの作動頻度が高まることを確実に防止することを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の駆動力源制御装置は、駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置であって、アクチュエータの作動速度限界に基づいて駆動力源に対する要求運転状態量を制限する要求制限手段を備えたことを特徴とする。

アクチュエータはその作動状態を変化させる速度は無限大でなく作動速度には限界が存在する。この作動速度限界に基づいて要求制限手段が駆動力源に対する要求運転状態量を制限する。このことにより要求運転状態量はアクチュエータの作動速度内での変化となり、アクチュエータの作動性能を越えた要求運転状態量を設定することはない。

このように制限された要求運転状態量に基づいて行われる駆動力源に対する制御は、アクチュエータに不安定な作動を引き起こすことがない。したがってアクチュエータの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項２に記載の駆動力源制御装置は、駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置であって、アクチュエータの作動速度限界に基づいて駆動力源の運転状態変化速度限界を設定する運転状態変化速度限界設定手段と、駆動力源に対する要求運転状態量を達成するためのアクチュエータの目標状態量を、前記運転状態変化速度限界設定手段にて設定された運転状態変化速度限界に基づいて制限するアクチュエータ目標状態量制限手段とを備えたことを特徴とする。

アクチュエータはその作動状態を変化させる速度は無限大でなく作動速度には限界が存在する。この作動速度限界に基づいて運転状態変化速度限界設定手段は駆動力源の運転状態変化速度限界を設定する。このことによりアクチュエータにより実現可能な駆動力源の運転状態変化速度限界が得られる。

更にこの運転状態変化速度限界に基づいてアクチュエータ目標状態量制限手段は、駆動力源に対する要求運転状態量を達成するためのアクチュエータの目標状態量を制限する。このためアクチュエータの作動性能を越えた運転状態量を実現するような目標状態量が設定されることはない。

このように制限された目標状態量により行われるアクチュエータ駆動は、アクチュエータに不安定な作動を引き起こすことがない。したがってアクチュエータの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項３に記載の駆動力源制御装置は、駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置であって、アクチュエータの作動速度限界に基づいて駆動力源の運転状態変化速度限界を設定する運転状態変化速度限界設定手段と、駆動力源に対する要求運転状態量を、前記運転状態変化速度限界設定手段にて設定された運転状態変化速度限界に基づいて制限する要求運転状態量制限手段と、前記要求運転状態量制限手段にて制限されることで求められた制限後要求運転状態量を、アクチュエータの目標状態量に変換するアクチュエータ目標状態量生成手段とを備えたことを特徴とする。

アクチュエータはその作動状態を変化させる速度は無限大でなく作動速度には限界が存在する。この作動速度限界に基づいて運転状態変化速度限界設定手段は駆動力源の運転状態変化速度限界を設定する。このことによりアクチュエータにより実現可能な駆動力源の運転状態変化速度限界が得られる。

更にこの運転状態変化速度限界に基づいて要求運転状態量制限手段は、駆動力源に対する要求運転状態量を制限する。このためアクチュエータの作動性能を越えた要求運転状態量が設定されることが回避される。そしてこの制限後要求運転状態量をアクチュエータ目標状態量生成手段はアクチュエータの目標状態量に変換する。このためアクチュエータの作動性能を越えた運転状態量を実現するような目標状態量が設定されることはない。

このように制限された目標状態量により行われるアクチュエータ駆動は、アクチュエータに不安定な作動を引き起こすことがない。したがってアクチュエータの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項４に記載の駆動力源制御装置では、請求項１〜３のいずれか一項において、前記アクチュエータは電動アクチュエータであり、前記アクチュエータの作動速度限界は、電力源の出力電圧に応じて設定されることを特徴とする。

アクチュエータが電動アクチュエータである場合には、アクチュエータの作動性能は電力源の出力電圧に依存することから、アクチュエータの作動速度限界が電力源の出力電圧に応じて設定されるようにすることで、高精度なアクチュエータの作動速度限界が設定できる。このことにより、より確実に、駆動力源に対して行われる制御においてアクチュエータに不安定な作動を引き起こすことがないようにでき、アクチュエータの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項５に記載の駆動力源制御装置では、請求項１〜４のいずれか一項において、前記駆動力源は内燃機関であり、前記アクチュエータは吸入空気量調節装置であることを特徴とする。

駆動力源が内燃機関である場合は、アクチュエータとしては内燃機関の吸入空気量調節装置を挙げることができる。
内燃機関を吸入空気量調節装置により制御するにおいて、吸入空気量調節装置の作動性能を前述のごとく考慮することでハンチングなどの吸入空気量調節装置の作動不安定を防止して吸入空気量調節装置の作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項６に記載の駆動力源制御装置では、請求項５において、前記吸入空気量調節装置は電動スロットルバルブであることを特徴とする。
吸入空気量調節装置としては電動スロットルバルブを挙げることができる。内燃機関を電動スロットルバルブにより制御するにおいて、電動スロットルバルブの作動性能を前述のごとく考慮することでハンチングなどの電動スロットルバルブの作動不安定を防止して電動スロットルバルブの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項７に記載の駆動力源制御装置では、請求項３において、前記駆動力源は内燃機関であり、前記アクチュエータは電動スロットルバルブであり、前記運転状態変化速度限界設定手段は電動スロットルバルブの開度変化速度限界に基づいて内燃機関の筒内空気量変化速度限界を設定する手段であり、前記要求運転状態量制限手段は内燃機関に対して要求される要求筒内空気量を、前記運転状態変化速度限界設定手段にて設定された筒内空気量変化速度限界に基づいて制限する手段であり、前記アクチュエータ目標状態量生成手段は前記要求運転状態量制限手段にて制限されることで求められた制限後要求筒内空気量を、電動スロットルバルブの目標開度に変換する手段であることを特徴とする。

このように駆動力源は内燃機関とし、アクチュエータは電動スロットルバルブとした場合、上述のごとく運転状態変化速度限界設定手段、要求運転状態量制限手段及びアクチュエータ目標状態量生成手段を構成することにより、電動スロットルバルブの性能を越えた要求筒内空気量が設定されることが回避される。そしてこの制限後要求筒内空気量をアクチュエータ目標状態量生成手段は電動スロットルバルブの目標開度に変換するため、電動スロットルバルブの作動性能を越えた筒内空気量を実現するような目標開度が設定されることはない。

このように制限された目標開度により行われる電動スロットルバルブ駆動は、電動スロットルバルブに不安定な作動を引き起こすことがない。したがって電動スロットルバルブの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項８に記載の駆動力源制御装置では、請求項７において、前記要求筒内空気量は、要求トルクに基づいて算出されることを特徴とする。
このように要求トルクに基づいて要求筒内空気量が算出される場合も、前述したごとく電動スロットルバルブの目標開度は制限後要求筒内空気量を介して間接的に制限されて、この制限された目標開度により行われる電動スロットルバルブ駆動は、電動スロットルバルブに不安定な作動を引き起こすことがない。したがって電動スロットルバルブの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

請求項９に記載の駆動力源制御装置では、請求項８において、前記要求トルクは、内燃機関を操作するドライバーによる指示に基づいて算出されることを特徴とする。
このように要求トルクはドライバーの指示に基づいて算出しても良く、このようなトルクディマンド方式の内燃機関制御においても電動スロットルバルブに不安定な作動を引き起こすことがなく、電動スロットルバルブの作動頻度が高まることを確実に防止できる。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された内燃機関制御装置及び車両用内燃機関の概略構成を表すブロック図である。ここでは内燃機関としてガソリンエンジン（駆動力源に相当、以下「エンジン」と略す）２に適用した例を示している。エンジン２は４気筒の内燃機関であるが、図１では１気筒のみを示している。気筒数は６気筒でも８気筒でも良い。このエンジン２は各気筒に吸気バルブ４と排気バルブ６とがそれぞれ２つ設けられた４バルブエンジンであるが、２バルブエンジンでも５バルブエンジンでも良い。

エンジン２の出力は変速機を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、吸気ポート８にて燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、吸気と共に燃焼室１２内に吸入された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。吸気ポート８に接続された吸気通路１６の途中にはサージタンク１８が設けられ、サージタンク１８の上流側にはモータ２０によって開度が調節される電子制御式の電動スロットルバルブ（以下、スロットルバルブと略す）２２が設けられている。このスロットルバルブ２２の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸入空気量が調節され、その結果、エンジン２の負荷率ＫＬ（％）が調節される。すなわちスロットルバルブ２２は吸入空気量調節装置に相当する。ここで負荷率ＫＬとは、筒内空気量に対応するものであり、基準とする筒内最大空気量に対する実際の筒内空気量の割合（％）であり、吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）とエンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）とから算出される。尚、このような負荷率以外に、吸入空気量（ｇ／ｓ）そのものや、吸気圧センサを設けて検出した吸気圧を用いても良い。

スロットル開度ＴＡ（ｄｅｇ）はスロットル開度センサ２４により検出され、エンジン２の吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）は吸気通路１６に設けられた吸入空気量センサ２６により検出され、吸気温ＴＨＡは吸気通路１６に設けられた吸気温センサ２８により検出される。これらの検出値は、それぞれ、内燃機関制御装置（駆動力源制御装置に相当）としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）３０に読み込まれる。

排気ポート３２には排気通路３４が接続され、この排気通路３４に配置された空燃比センサ３６により排気成分に基づいて混合気の空燃比Ａ／Ｆが検出される。この排気通路３４には更に三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒等の排気浄化触媒が配置されている。

燃料噴射弁１０にはデリバリパイプを介して高圧燃料ポンプ側から高圧燃料を供給され、燃料噴射弁１０からはＥＣＵ３０により計算された噴射時期にて燃料が吸気ポート８内に噴射される。

ＥＣＵ３０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路であり、上述したスロットル開度センサ２４、吸入空気量センサ２６、吸気温センサ２８、空燃比センサ３６以外にも各種センサ類より信号を入力している。すなわちアクセルペダル４０の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ：％）を検出するアクセル開度センサ４２、クランクシャフト回転からエンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）を検出するエンジン回転数センサ４４より信号を入力している。更に吸気カムシャフト回転から吸気カムのカム角ＧＩを決定するカム角センサ４６、排気カムシャフト回転から排気カムのカム角ＧＥを決定するカム角センサ４８より信号を入力している。更に冷却水温センサ５０よりエンジン冷却水温ＴＨＷ（℃）信号を、バッテリ電圧センサ５２より電力源としてのバッテリから出力電圧としてのバッテリ電圧Ｖｂ（Ｖ）信号を入力している。尚、本実施の形態のエンジン２はバルブタイミング可変機構４６ａ，４８ａにより吸気バルブ４及び排気バルブ６のバルブタイミングＶＶＴ調節が可能とされている。

ＥＣＵ３０は、上述した各センサ類からの検出内容に基づいて、スロットル開度ＴＡ、燃料噴射弁１０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグ１４による点火時期等を制御する。

次にＥＣＵ３０により実行される制御の内、アクセル開度ＡＣＣＰ等に基づいて目標トルクＴＥを実現するためのスロットル開度制御処理について説明する。本処理のフローチャートを図２に示す。本処理は周期的（例えば８ｍｓｅｃ毎）に割り込みにより実行される。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

スロットル開度制御処理（図２）が開始されると、まず式１によりドライバー要求トルクＴＥｄ（Ｎ・ｍ）が算出される（Ｓ１０２）。
［式１］ ＴＥｄ ← ＭＡＰｔｅｄ（ＡＣＣＰ，ＮＥ）
ここでマップＭＡＰｔｅｄは、ドライバーが操作するアクセルペダル４０の踏み込み量であるアクセル開度ＡＣＣＰと、エンジン回転数センサ４４にて検出されているエンジン回転数ＮＥとに基づいてドライバー要求トルクＴＥｄを設定するためのマップである。このマップＭＡＰｔｅｄは、エンジン２の出力設計性能に対応して設定されている。

前記式１にてドライバーの要求に応じたドライバー要求トルクＴＥｄが設定されると、次にこのドライバー要求トルクＴＥｄと他のシステムによる各種要求トルクとの中から実現するべき要求トルクを、エンジン２の運転状態に基づいて選択して、目標基本トルクＴＥａとして設定する（Ｓ１０４）。他のシステムとしては、変速制御、クルーズ制御、トラクション制御、車両走行安定制御などである。これらの他のシステムにて設定される要求トルクが優先される運転状態であればドライバー要求トルクＴＥｄの代わりに他のシステムのいずれかの要求トルクが選択されるが、これ以外ではアクセルペダル４０にて指示されるドライバー要求トルクＴＥｄが目標基本トルクＴＥａとして設定される。

次に式２に示すごとく、目標トルクＴＥが算出される（Ｓ１０６）。
［式２］ ＴＥ ← ＴＥａ ＋ 損失トルク ＋ 消費トルク
ここで損失トルクはエンジン２のフリクションによるものであり、エンジン回転数ＮＥとエンジン冷却水温ＴＨＷとに基づいてマップから求められるトルク加算値である。消費トルクは、エアコン、パワーステアリング等の付加的な装置によるトルク加算値である。

次にこの目標トルクＴＥに各種補正が加えられる（Ｓ１０８）。例えば出力トルクに影響する点火時期等による補正が加えられる。
そして式３に示すごとく目標トルクＴＥをエンジン２から出力させるための一時目標負荷率ＫＬｘが算出される（Ｓ１１０）。

［式３］ ＫＬｘ ← ＭＡＰｋｌ（ＴＥ，ＮＥ）
ここでは目標トルクＴＥとエンジン回転数ＮＥとに基づいてマップＭＡＰｋｌにより目標トルクＴＥを実現するための一時目標負荷率ＫＬｘが算出される。

次に式４に示すごとく、一時目標負荷率ＫＬｘが負荷率変化限界内にある値か否かを判定する（Ｓ１１２）。
［式４］ ＫＬｍｉｎ ≦ ＫＬｘ ≦ ＫＬｍａｘ
ここで負荷率変化限界を表す値である増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎは、図３に示す負荷率変化限界算出処理により、スロットル開度制御処理（図２）の開始直前に設定されている値である。この負荷率変化限界算出処理（図３）はスロットル開度制御処理（図２）と同周期で実行されて、繰り返し増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎを求めて更新している。

ここで負荷率変化限界算出処理（図３）について説明する。本処理では、まず図４に示すスロットル開度変化速度限界マップＭＡＰｄｔａによりバッテリ電圧Ｖｂに基づいて増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘと減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎとが算出される（Ｓ１５２）。増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘは制御周期（ここでは８ｍｓｅｃ）間にモータ２０の駆動によりスロットル開度ＴＡを増加側に変化可能な限界値である。減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎは制御周期間にモータ２０の駆動によりスロットル開度ＴＡを減少側に変化可能な限界値である。

増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘはプラスの値であり、バッテリ電圧Ｖｂの増加に応じて増加する。減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎはマイナスの値であり、バッテリ電圧Ｖｂの増加に応じて減少する。すなわちバッテリ電圧Ｖｂが高いほどモータ２０によるスロットルバルブ２２の駆動速度が増加側においても減少側においても高速になることを示している。尚、図４では増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎの単位はスロットルバルブ２２の角度（ｄｅｇ）で示しているが、スロットルバルブ２２の全開状態を１００％として％（百分率）で表しても良い。

次に式５に示すごとく現在のスロットル開度ＴＡに増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘを加えることで増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘを求める（Ｓ１５４）。

［式５］ ＴＡｍａｘ ← ＴＡ ＋ ｄＴＡｍａｘ
次に式６に示すごとく現在のスロットル開度ＴＡに減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎを加えることで減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを求める（Ｓ１５６）。

［式６］ ＴＡｍｉｎ ← ＴＡ ＋ ｄＴＡｍｉｎ
そして前記式５にて求めた増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘを用いて、エンジン２における吸気系のエアモデルから求めた、スロットル開度ＴＡと負荷率ＫＬとの関係を表す関数Ｆａにより、増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘを算出する（Ｓ１５８）。尚、関数Ｆａのパラメータとしてはスロットル開度以外にエンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＶＴ（ここでは２つのカム角ＧＩ，ＧＥに相当）、エンジン冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ等が存在する。関数Ｆａでなく、エアモデルに基づいて作成されたスロットル開度ＴＡと負荷率ＫＬとの関係を表すマップを用いて増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘ及び前記他のパラメータに基づいて増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘを求めても良い。尚、上記エアモデルは、エンジン２の吸気系をスロットルバルブ２２、吸気通路１６、吸気バルブ４等の要素に分けてそれぞれの要素毎にモデル化して数式で表すことによりエンジン２の吸入空気量（ここでは筒内空気量）を計算により求めるためのモデルである。

次に前記式６にて求めた減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを用いて、前述した関数Ｆａにより、減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎを算出する（Ｓ１６０）。尚、スロットル開度ＴＡと負荷率ＫＬとの関係を表すマップを用いて減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎ及び前記他のパラメータに基づいて減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎを求めても良い。このように負荷率変化限界算出処理（図３）にて周期的に増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎが算出されて更新されている。

スロットル開度制御処理（図２）の説明に戻る。上述のごとく周期的に更新されている負荷率変化限界ＫＬｍａｘ，ＫＬｍｉｎにて前記式４の判定がなされた結果、前記式４を満足した状態、すなわち一時目標負荷率ＫＬｘが負荷率変化限界内にある場合には（Ｓ１１２でＹＥＳ）、目標負荷率ＫＬｔに一時目標負荷率ＫＬｘの値がそのまま設定される（Ｓ１１４）。

前記式４を満足しない状態、すなわち一時目標負荷率ＫＬｘが負荷率変化限界外にある場合には（Ｓ１１２でＮＯ）、エンジン負荷が増加側か否かが判定される（Ｓ１１６）。この判定は、前回設定された目標負荷率ＫＬｔと今回の一時目標負荷率ＫＬｘとの差がプラスか否か、前回設定された目標トルクＴＥと今回設定された目標トルクＴＥとの差がプラスか否か、あるいはスロットル開度ＴＡが増加側か否かにより判定する。

エンジン負荷が増加側である場合には（Ｓ１１６でＹＥＳ）、目標負荷率ＫＬｔには増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘが設定される（Ｓ１１８）。エンジン負荷が減少側である場合には（Ｓ１１６でＮＯ）、目標負荷率ＫＬｔには減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎが設定される（Ｓ１２０）。すなわち一時目標負荷率ＫＬｘが負荷率変化限界外にある場合にはスロットル開度ＴＡの変化は一時目標負荷率ＫＬｘに追いつかないことから、追いつける限界である増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘあるいは減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎが設定されることになる。

ステップＳ１１４，Ｓ１１８，Ｓ１２０のいずれかにて制限後の目標負荷率ＫＬｔが設定されると、次にこの新たな目標負荷率ＫＬｔを用いて、負荷率ＫＬとスロットル開度ＴＡとの関係を表す関数Ｆｂにより、目標負荷率ＫＬｔに対応するスロットル開度を算出して目標スロットル開度ＴＡｔとする（Ｓ１２２）。尚、関数Ｆｂのパラメータとしては負荷率以外にエンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＶＴ（ここでは２つのカム角ＧＩ，ＧＥに相当）、エンジン冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ等が存在する。この関数Ｆｂは、負荷率変化速度限界算出処理（図３）のステップＳ１５８，Ｓ１６０にて説明したエアモデルの逆モデルを表している。関数Ｆｂでなく、負荷率ＫＬとスロットル開度ＴＡとの関係を表すマップを用いて目標負荷率ＫＬｔ及び前記他のパラメータに基づいて目標スロットル開度ＴＡｔを求めても良い。

そしてこのように算出された目標スロットル開度ＴＡｔに基づいて制御信号がスロットルバルブ２２を駆動するモータ２０へ出力され（Ｓ１２４）、このことで実際のスロットル開度ＴＡが目標スロットル開度ＴＡｔとなるように制御される。

以後、上述した処理（図２，３）が８ｍｓｅｃ毎に繰り返されることでモータ２０によるスロットル開度ＴＡ調節がなされることになる。
図５のタイミングチャートに本実施の形態による制御の一例を示す。タイミングｔ０においてドライバーがアクセルペダル４０を急速に踏み込むと、これに応じて目標トルクＴＥについてもステップ的に上昇する。目標負荷率ＫＬｔについては増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘにより制限されて、ステップ的な上昇とはならない。このため目標負荷率ＫＬｔに基づく目標スロットル開度ＴＡｔもスロットルバルブ２２のモータ２０による実際のスロットル開度ＴＡの上昇限界を越えないように上昇し、実際の負荷率ＫＬもこれに対応した上昇となる（ｔ０〜）。

タイミングｔ１ではドライバーがアクセルペダル４０を急速に戻しているが、この場合も同様に目標負荷率ＫＬｔについては減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎにより制限されて、ステップ的な下降とはならない。このため目標負荷率ＫＬｔに基づく目標スロットル開度ＴＡｔもスロットルバルブ２２のモータ２０による実際のスロットル開度ＴＡの下降限界を越えないように下降し、実際の負荷率ＫＬもこれに対応した下降となる（ｔ１〜）。

もしモータ２０によるスロットルバルブ２２の作動速度限界を考慮しない場合には、破線にて示すごとく、ハンチングといった作動不安定を生じる。単にフィルタ処理のみをした場合にも状況によりこのような作動不安定を生じる。したがってスロットルバルブ２２の作動頻度が高まることになる。

上述した構成において、請求項との関係は、ＥＣＵ３０が要求制限手段、運転状態変化速度限界設定手段、要求運転状態量制限手段、アクチュエータ目標状態量制限手段及びアクチュエータ目標状態量生成手段に相当する。

スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１１２〜Ｓ１２０及び負荷率変化速度限界算出処理（図３）が要求制限手段としての処理に相当する。負荷率変化速度限界算出処理（図３）が運転状態変化速度限界設定手段としての処理に、スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１１２〜Ｓ１２２がアクチュエータ目標状態量制限手段としての処理に相当する。負荷率変化速度限界算出処理（図３）が運転状態変化速度限界設定手段としての処理に、スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１１２〜Ｓ１２０が要求運転状態量制限手段としての処理に、ステップＳ１２２がアクチュエータ目標状態量生成手段に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．モータ２０がスロットル開度ＴＡを変化させる速度は無限大でなく限界が存在する。バッテリ電圧Ｖｂに応じてモータ２０の出力トルクは変化することから、バッテリ電圧Ｖｂに基づいてスロットル開度変化速度限界マップＭＡＰｄｔａから、増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘと減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎとを算出している。

この増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘと減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎとに基づいて、筒内空気量変化速度限界としての減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎと増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘとを設定して、要求運転状態量としての目標負荷率ＫＬｔを制限している。このように制限された目標負荷率ＫＬｔ（制限後要求筒内空気量：制限後要求運転状態量に相当）は、スロットルバルブ２２のモータ２０が作動可能な、スロットル開度ＴＡの変化速度限界内での変化となり、スロットルバルブ２２のモータ２０の作動性能を越えた目標負荷率ＫＬｔを設定することはない。

このように制限された目標負荷率ＫＬｔに対応する目標スロットル開度ＴＡｔを介して行われるエンジン制御は、スロットルバルブ２２に不安定な作動を引き起こすことがない。したがってスロットルバルブ２２の作動頻度が高まることを確実に防止できる。このことによりモータ２０によるエネルギー消費を抑制し、更にスロットルバルブ２２の耐久性も高めることができる。

（ロ）．本実施の形態では目標トルクＴＥはドライバー要求トルクＴＥｄを含む要求トルクに基づいて設定している。このようなトルクディマンド方式のエンジン制御においてもスロットルバルブ２２に不安定な作動を引き起こすことがなく、スロットルバルブ２２の作動頻度が高まることを確実に防止できる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．上述したスロットル開度制御に加えて、燃料噴射量制御においてもエアモデルを用いて空気応答遅れの補償制御を実行する構成としても良い。

このような補償制御を実行する場合には吸気圧の前回値と今回値との差分を計算する必要があるが、上述したごとく目標負荷率ＫＬｔ側の制限が実行されていることにより、この制限がなされていない場合に比較して、空気応答遅れの補償制御においては、スロットルバルブ２２の作動速度限界を考慮した吸気圧の再計算が不要となる。このことから燃料噴射量制御側での演算処理の負荷を軽減させることができる。

（ｂ）．前記実施の形態では、目標負荷率ＫＬｔに変化速度制限を設定したが、目標トルクＴＥにスロットルバルブ２２の作動上の変化速度限界を適用して、目標トルクＴＥの変化速度を制限しても良い。

（ｃ）．前記実施の形態では、増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎを求めて目標負荷率ＫＬｔを制限した。この代わりに、増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎを求めた後に、この増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎを、目標スロットル開度ＴＡｔに対する変化限界に換算する。そしてこの目標スロットル開度ＴＡｔに対する変化限界を用いて、一時目標負荷率ＫＬｘを変換した目標スロットル開度ＴＡｔに対して制限を加えても良い。すなわちアクチュエータの目標状態量を駆動力源に対して設定された運転状態変化速度限界に基づいて制限しても良い。

（ｄ）．前記実施の形態では増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎはバッテリ電圧Ｖｂに応じた値に設定した。ただしバッテリ電圧Ｖｂの変動が無視できる安定化された電源を用いている場合であれば、増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎは固定値を用いても良い。

（ｅ）．前記実施の形態においてはガソリンエンジンにおけるスロットル開度制御に本発明を適用した例を示した。これ以外に例えば燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御においても適用できる。

例えばディーゼルエンジンにて燃料噴射量を調節して出力トルクを制御する場合の方式として、電子制御式分配型燃料噴射ポンプが用いられている。この電子制御式分配型燃料噴射ポンプにおいては、ポンププランジャに設けたスピルリングの軸方向位置をロータリソレノイド式アクチュエータなどにより調節することで燃料噴射量制御を実行している。燃料噴射時期はタイミングコントロールバルブなどによりタイマーピストン位置を調節することにより制御している。

このスピルリングの軸方向変化速度ややタイマーピストンの位置変化速度における限界に基づいてディーゼルエンジンに対する要求運転状態量である目標燃料噴射量や目標燃料噴射時期を制限する。このことにより、スピルリングやタイマーピストンに不安定な作動を引き起こすことがないので、スピルリングやタイマーピストンの作動頻度が高まることを確実に防止できる。このことにより調節上のエネルギー消費を抑制し、更にスピルリングやタイマーピストンの耐久性も高めることができる。

（ｆ）．前記実施の形態は、内燃機関における例であったが、駆動力源としては、ハイブリッドエンジンを挙げることができ、これらについても前記実施の形態１と同様な制御により同様な効果を生じさせることができる。

（ｇ）．スロットル開度制御処理（図２）及び負荷率変化限界算出処理（図３）では、実際の負荷率が増加か減少かにかかわらず、増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘと減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎとを共に算出して用いていた。この代わりに、最初に現在の運転状態が負荷率増加か負荷率減少かを判定し、負荷率増加時であれば増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘのみを計算して、一時目標負荷率ＫＬｘの判定と制限とを増加側負荷率変化限界ＫＬｍａｘのみで処理しても良い。負荷率減少時であれば減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎのみを計算して、一時目標負荷率ＫＬｘの判定と制限とを減少側負荷率変化限界ＫＬｍｉｎのみで処理しても良い。

実施の形態１の内燃機関制御装置及び車両用内燃機関の概略構成を表すブロック図。 実施の形態１においてＥＣＵにより実行されるスロットル開度制御処理のフローチャート。 同じく負荷率変化限界算出処理のフローチャート。 上記負荷率変化限界算出処理にて用いられるスロットル開度変化速度限界マップＭＡＰｄｔａの構成説明図。 本実施の形態の制御の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…エンジン、４…吸気バルブ、６…排気バルブ、８…吸気ポート、１０…燃料噴射弁、１２…燃焼室、１４…点火プラグ、１６…吸気通路、１８…サージタンク、２０…モータ、２２…スロットルバルブ、２４…スロットル開度センサ、２６…吸入空気量センサ、２８…吸気温センサ、３０…ＥＣＵ、３２…排気ポート、３４…排気通路、３６…空燃比センサ、４０…アクセルペダル、４２…アクセル開度センサ、４４…エンジン回転数センサ、４６，４８…カム角センサ、４６ａ，４８ａ…バルブタイミング可変機構、５０…冷却水温センサ、５２…バッテリ電圧センサ。

Claims (9)

1. 駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置であって、
   アクチュエータの作動速度限界に基づいて駆動力源に対する要求運転状態量を制限する要求制限手段を備えたことを特徴とする駆動力源制御装置。
2. 駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置であって、
   アクチュエータの作動速度限界に基づいて駆動力源の運転状態変化速度限界を設定する運転状態変化速度限界設定手段と、
   駆動力源に対する要求運転状態量を達成するためのアクチュエータの目標状態量を、前記運転状態変化速度限界設定手段にて設定された運転状態変化速度限界に基づいて制限するアクチュエータ目標状態量制限手段と、
   を備えたことを特徴とする駆動力源制御装置。
3. 駆動力源に対する要求運転状態を達成するために駆動力源をアクチュエータにて制御する駆動力源制御装置であって、
   アクチュエータの作動速度限界に基づいて駆動力源の運転状態変化速度限界を設定する運転状態変化速度限界設定手段と、
   駆動力源に対する要求運転状態量を、前記運転状態変化速度限界設定手段にて設定された運転状態変化速度限界に基づいて制限する要求運転状態量制限手段と、
   前記要求運転状態量制限手段にて制限されることで求められた制限後要求運転状態量を、アクチュエータの目標状態量に変換するアクチュエータ目標状態量生成手段と、
   を備えたことを特徴とする駆動力源制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記アクチュエータは電動アクチュエータであり、前記アクチュエータの作動速度限界は、電力源の出力電圧に応じて設定されることを特徴とする駆動力源制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記駆動力源は内燃機関であり、前記アクチュエータは吸入空気量調節装置であることを特徴とする駆動力源制御装置。
6. 請求項５において、前記吸入空気量調節装置は電動スロットルバルブであることを特徴とする駆動力源制御装置。
7. 請求項３において、前記駆動力源は内燃機関であり、前記アクチュエータは電動スロットルバルブであり、前記運転状態変化速度限界設定手段は電動スロットルバルブの開度変化速度限界に基づいて内燃機関の筒内空気量変化速度限界を設定する手段であり、前記要求運転状態量制限手段は内燃機関に対して要求される要求筒内空気量を、前記運転状態変化速度限界設定手段にて設定された筒内空気量変化速度限界に基づいて制限する手段であり、前記アクチュエータ目標状態量生成手段は前記要求運転状態量制限手段にて制限されることで求められた制限後要求筒内空気量を、電動スロットルバルブの目標開度に変換する手段であることを特徴とする駆動力源制御装置。
8. 請求項７において、前記要求筒内空気量は、要求トルクに基づいて算出されることを特徴とする駆動力源制御装置。
9. 請求項８において、前記要求トルクは、内燃機関を操作するドライバーによる指示に基づいて算出されることを特徴とする駆動力源制御装置。

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