JP2010223080A - 車両の診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の計算に使用するマップデータの更新の機会が車両の運転状態によって制限されることをなくし、マップデータの効率的な更新によって内燃機関の実際の状態を燃費の計算結果に十分に反映させることを可能にした車両の診断装置を提供する。
【解決手段】点火時期とトルクとの関係を表したトルク特性モデルを用意しておく。燃料消費量マップの更新タイミングが到来したら、現在の燃料消費量、トルク及びエンジン回転数の各値と点火時期とをそれぞれ取得する。現在の点火時期がＭＢＴとは異なる場合は、前記のトルク特性モデルを用いて現在のトルクからＭＢＴトルクを推定する。そして、推定したＭＢＴトルクと現在のエンジン回転数とに対応する燃料消費量マップ上の燃料消費量の値を、今回取得した燃料消費量の値によって更新する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関によって駆動される車両の診断装置に関し、詳しくは、車両の燃費を診断する装置に関する。

車両、特に、内燃機関によって駆動される車両の燃費を計算する方法に関しては、かねてより種々の方法が提案されている。例えば、特開２００４−６０５４８号公報には、内燃機関の回転数とトルクと燃費率の関係を規定した燃費率マップを用いて燃費を計算する方法が開示されている。この方法によれば、内燃機関の初期燃費率に対する現在の燃費率の修正率が走行距離から求められ、燃費率マップに格納されている各値に燃費率修正率を掛けることで燃費率マップが補正される。そして、内燃機関の回転数とトルクに基づき補正後の燃費率マップを参照することで内燃機関の燃費率が演算され、演算された燃費率に基づき内燃機関の燃料消費量が演算される。

特開２００４−６０５４８号公報 特開平１−２９０９６７号公報

しかしながら、特開２００４−６０５４８号公報に開示された方法で計算できるのは、あくまでも運転者による車両の運転状態を評価するための燃費であって、車両の状態を診断するための燃費ではない。燃費は、運転者による車両の運転状態だけでなく、経時変化によって内燃機関が劣化した場合等、車両の状態に変化が生じた場合にも変化する。この場合、内燃機関の機関回転数とトルクと燃費率の関係が変化することになるが、特開２００４−６０５４８号公報に開示された方法ではその関係は固定されている。走行距離に応じた修正率によって燃費率が補正されるようにはなっているが、走行距離と修正率との関係は固定されていて、車両の実際の状態が反映されるようにはなっていない。

車両の状態を診断するためには、車両、特に、内燃機関の実際の状態が反映された燃費を計算する必要がある。そのためには、燃費の計算に使用するマップデータを適宜更新していくことが重要であるが、ここで一つの問題がある。

まず、燃費の計算に使用するマップデータとしては、内燃機関のトルク及び機関回転数に燃料消費量を関連付けたものが好ましい。ただし、それらの関係は内燃機関の制御に用いられる機関パラメータの値によって変わってくる。そのような機関パラメータの中でも代表的なものが点火時期である。他の機関パラメータの値が一定であれば、トルクは点火時期がＭＢＴのときに最大となり、結果、燃費も最良となる。内燃機関の制御は可能なかぎりＭＢＴでの運転を実現するように行われることから、前記のマップデータは、点火時期がＭＢＴであるときのトルク及び機関回転数に燃料消費量を関連付けたものであることが望ましい。また、マップデータがＭＢＴを前提としているのであれば、マップデータの更新タイミングも内燃機関がＭＢＴで運転されているときとするのが望ましい。

しかしながら、運転者による車両の運転状態によっては、内燃機関の運転はしばしばＭＢＴ以外の点火時期でも行われる。このため、マップデータの更新タイミングをＭＢＴで運転されている時に限定したのでは、十分な頻度で更新を行えないおそれがある。更新の頻度が少なければ、内燃機関の実際の状態をマップデータに十分に反映することができず、結果、燃費に基づいた正確な診断を行うことができなくなる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃費の計算に使用するマップデータの更新の機会が運転者による車両の運転状態によって制限されることをなくし、マップデータの効率的な更新によって内燃機関の実際の状態を燃費の計算結果に十分に反映させることを可能にした車両の診断装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のトルク及び機関回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータを用いて、実際の或いは仮定した運転パターンのもとでの燃費を算出する車両の診断装置において、
前記内燃機関の制御に用いられる特定の機関パラメータとトルクとの関係を表したトルク特性モデルを記憶するトルク特性モデル記憶手段と、
前記マップデータの更新タイミングが到来した場合に、その時点における燃料消費量、トルク及び機関回転数の各値と前記特定機関パラメータの値とをそれぞれ取得するデータ取得手段と、
取得した前記特定機関パラメータの値が特定値とは異なる場合、前記トルク特性モデルを用いて、取得したトルクの値から前記特定値に対応する更新用のトルクの値を生成する更新用トルク値生成手段と、
取得したトルクの値或いは生成した更新用のトルクの値と取得した機関回転数の値とに対応する前記マップデータの燃料消費量の値を、取得した燃料消費量の値によって更新するマップデータ更新手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記特定機関パラメータは点火時期であり、前記特定値はＭＢＴであることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、取得した燃料消費量の値をトルク及び機関回転数の値に関連付けて記憶し、同一のトルク及び機関回転数の値に対応する燃料消費量の値が規定個数取得されたら、それら規定個数分の燃料消費量の平均値によって前記マップデータの燃料消費量の値を更新することを特徴としている。

第１の発明によれば、マップデータの更新タイミングが到来したら、その時点における燃料消費量、トルク及び機関回転数の各値と特定機関パラメータの値とがそれぞれ取得される。そして、取得したトルクの値と取得した機関回転数の値とに対応するマップデータの燃料消費量の値が、取得した燃料消費量の値によって更新される。ただし、取得した特定機関パラメータの値が特定値とは異なる場合には、特定機関パラメータとトルクとの関係を表したトルク特性モデルを用いて、取得したトルクの値から特定値に対応する更新用のトルクの値が生成される。そして、生成した更新用のトルクの値と取得した機関回転数の値とに対応するマップデータの燃料消費量の値が、取得した燃料消費量の値によって更新される。このように、第１の発明によれば、特定機関パラメータの値が特定値かどうかによらず、マップデータの更新タイミングが到来するたびにマップデータを更新することができるので、マップデータの効率的な更新によって内燃機関の実際の状態を燃費の計算結果に十分に反映させることができる。

第２の発明によれば、内燃機関がＭＢＴで運転されたときに実現される最大燃費を計算することができるので、燃費に関して公平に車両を診断することができる。また、マップデータはＭＢＴを前提としているが、内燃機関がＭＢＴ以外の点火時期で運転されているときに取得されたデータであってもマップデータの更新に用いることができるので、マップデータの更新タイミングがＭＢＴでの運転時に限定されることがない。

第３の発明によれば、同一のトルク及び機関回転数の値に対応する燃料消費量の値を規定個数取得され、マップデータの燃料消費量の値の更新には、それら規定個数分の燃料消費量の平均値が用いられるので、取得したデータに含まれるノイズの影響を少なくして更新の精度を高めることができる。

本発明の実施の形態としての車両の診断装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかる燃料消費量マップの概念図である。 本発明の実施の形態にかかるトルク特性モデルの概念図である。 本発明の実施の形態において実施される燃料消費量マップの更新の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図１乃至図４を参照して説明する。

本実施の形態において診断対象となる車両は、内燃機関（以下、単にエンジンという）によって駆動される車両である。車両が備えるエンジンは、火花点火式であって空燃比がストイキに制御されているエンジンである。それ以外のエンジン仕様には限定はない。本実施の形態の診断装置は、このような車両に備えられる制御装置の一機能として実現される。車両の制御装置が診断装置として機能した場合の構成をブロック図で示したものが図１である。図１に示す構成は、制御装置のメモリに格納されたプログラムに従い制御装置のＣＰＵが動作することで仮想的に実現される構成である。

本実施の形態の診断装置を構成する要素の一つが、診断用の走行モードデータを記憶した走行モードデータ記憶部２である。走行モードデータは診断用の走行パターンを車速で定義したものである。走行パターンの具体例としては、１０・１５モードや米国ＬＡ４モードで規定された走行パターンを挙げることができる。走行モードデータ記憶部２に記憶されている走行モードデータは外部からの書き換えが可能になっている。

診断装置の構成要素には燃費計算部４が含まれる。燃費計算部４は燃費モデルを用いて車両の燃費を計算する。燃費モデルは走行モードデータから燃費を計算するための計算モデルである。以下、燃費モデルで算出される燃費Ｘ［ｋｍ／ｌ］をモード燃費という。燃費モデルは駆動系モデルと燃料消費量マップとから構成されている。燃料消費量マップには、エンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］及びエンジントルク（軸トルク）Ｔｅ［Ｎｍ］に燃料消費量ｑ［ｇ／ｓ］が関連付けられている。駆動系モデルはエンジンからタイヤまでのトルク及び回転の伝達特性をモデル化したものである。この駆動系モデルを逆方向から計算することで、走行モードデータからエンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｅを逆算することができる。駆動系モデルを構成する各種のデータ、具体的には車重やタイヤ径等の車両諸元、転がり摩擦係数等の各種の損失係数、変速機の変速パターン等のデータは外部から書き換え可能とされている。

駆動系モデル及び燃料消費量マップを用いたモード燃費Ｘの計算は次のようにして行なわれる。まず、走行モードデータ記憶部２から燃費計算部４に走行モードデータが読み込まれる。燃費計算部４は走行モードデータから所定の時間間隔（例えば１秒間隔）で車速Ｖ［ｍ／ｓ］を取得し、車速Ｖから加速度α［ｍ／ｓ^２］を算出する。そして、算出した車速Ｖ及び加速度αを駆動系モデルに入力する。

駆動系モデルでは、車速Ｖ及び加速度αに基づいて走行抵抗Ｒ_ａｌｌ［Ｎ］が算出される。走行抵抗Ｒ_ａｌｌは空気抵抗Ｒ_ａｉｒと転がり抵抗Ｒ_ｒｏｌｌの和として算出することができる。各抵抗値Ｒ_ａｉｒ，Ｒ_ｒｏｌｌは予め実験により作成したマップによって、或いは、物理式を用いて算出される。続いて、車速Ｖとタイヤの有効半径Ｒとからタイヤ回転数Ｎａ［ｒｐｍ］が算出され、また、走行抵抗Ｒ_ａｌｌとタイヤの有効半径ＲとからタイヤトルクＴａ［Ｎｍ］が算出される。

次に、駆動系モデルでは、タイヤ回転数Ｎａからプロペラシャフト回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］が算出され、また、タイヤトルクＴａからプロペラシャフトトルクＴｐ［Ｎｍ］が算出される。これらの計算では、デファレンシャルギアのデフ比やデファレンシャルギアにおけるトルク損失が考慮される。そして、プロペラシャフト回転数Ｎｐからエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］が算出され、また、プロペラシャフトトルクＴｐからエンジントルクＴｅ［Ｎｍ］が算出される。これらの計算では、トランスミッションのギヤ比や各種のトルク損失が考慮される。

以上のような手順で計算を行うことにより、走行モードデータによって規定される走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルクＴｅ及びエンジン回転数Ｎｅがそれぞれ所定の時間間隔で算出される。

燃費計算部４は、駆動系モデルにより算出されたエンジントルクＴｅ及びエンジン回転数Ｎｅを燃料消費量マップに当てはめる。それにより、走行モードデータで規定される走行パターンの開始から終了までの所定時間間隔毎（ここでは１秒毎）の燃料消費量ｑ［ｇ／ｓ］が算出される。最後に、燃費計算部４は、車速Ｖの時間積分値と燃料消費量ｑの時間積分値とを用いてモード燃費Ｘを算出する。各時間積分の積分区間は走行モードデータで規定される走行パターンの開始時点から終了時点までである。

診断装置はその構成要素として燃費ＯＢＤ部６を備えている。燃費ＯＢＤ部６は、燃費モデルを用いて計算されたモード燃費によって燃費診断を行う。燃費モデルを用いて算出されるモード燃費は、車両そのものの状態によって決まる燃費であり、車両の使用状態やドライバの運転状態の影響を受けていない公平な燃費の評価指標である。したがって、モード燃費が悪化したということは、車両に何らかの問題が生じている可能性がある。そこで、燃費ＯＢＤ部６は、燃費診断によりモード燃費が悪化していることが判明したときには、図示しない車室内の警告ランプを用いてドライバへの警告を発し、ドライバに対して車両の点検・整備を促す。

また、診断装置の構成要素にはマップデータ更新部８が含まれる。マップデータ更新部８は、所定の周期で燃料消費量マップを更新する。図２は燃料消費量マップの概念図である。この図に示すように、マップデータ更新部８は、エンジン回転数ＮｅとエンジンのＭＢＴトルクＴ_ＭＢＴとを取得し、それらで特定される燃料消費量の値を今回取得した値ｑに更新する。ＭＢＴトルクとは点火時期がＭＢＴのときにエンジンから出力されるトルクである。エンジン回転数及び燃料消費量が同一であれば、点火時期がＭＢＴのときにトルクは最大となり、結果、燃費も最良となる。このため、図２に示す燃料消費量マップには、点火時期がＭＢＴであるときのエンジントルク及び回転数に燃料消費量が関連付けられている。

マップデータ更新部８は、燃料消費量マップの更新に用いるデータをエンジンの実際制御結果から取得する。しかしながら、エンジンは必ずしもＭＢＴで運転されているとは限らない。燃費の観点からはエンジンは可能なかぎりＭＢＴで運転されることが好ましいが、実際にはしばしばＭＢＴ以外の点火時期でも運転される。このため、燃料消費量マップの更新を点火時期がＭＢＴのときに限定したのでは、十分な頻度で更新を行うことができなくなる。

そこで、マップデータ更新部８は、点火時期がＭＢＴ以外のときには、取得したトルクをＭＢＴトルクに変換し、変換後のＭＢＴトルクを用いて燃料消費量マップを更新する。前記の変換にはトルク特性モデルが使用される。本実施の形態で用いられるトルク特性モデルは、点火時期とトルクとの関係を数式で表した統計モデルである。エンジン回転数を一定とした場合、統計モデルは次のような式で表すことができる。下式におけるａ，ｂ，ｃは定数であって実験結果から同定される。下式で示す統計モデルをエンジン回転数毎に用意したものが、本実施の形態にかかるトルク特性モデルということもできる。
Ｆ（ＳＡ）＝ａ＊ＳＡ^２＋ｂ＊ＳＡ＋ｃ

トルク特性モデルはマップデータ更新部８に記憶されている。図３はマップデータ更新部８に記憶されているトルク特性モデルの概念図である。図中に示すトルク曲線がトルク特性モデルである。この図に示すように、燃料消費量マップの更新タイミングにおいて取得した点火時期がＳＡで、そのときのトルクがＴ_ＳＡであったとする。また、そのときの燃料消費量がｑであったとする。そして、点火時期ＳＡ及びトルクＴ_ＳＡで特定されるトルク曲線上において、ＭＢＴに対応するトルクがＴ_ＭＢＴであったとする。本実施の形態はストイキ運転を前提にしているので、トルク曲線上であれば燃料消費量の値はどこでも同じであり、点火時期ＳＡでトルクＴ_ＳＡを発生させるのに必要な燃料消費量ｑと、ＭＢＴでトルクＴ_ＭＢＴを発生させるのに必要な燃料消費量とは等しい。マップデータ更新部８は、エンジン回転数ＮｅとトルクＴ_ＭＢＴとで特定される燃料消費量の値を今回取得した値ｑに更新する。

ただし、マップデータ更新部８による学習が行われるのは、エンジンが通常の制御状態にある場合に限られる。通常の制御状態とは特別な制御が行われていない状態を意味する。ここでいう特別な制御とは、点火時期とトルクとの関係を表すのに前述のトルク特性モデルを用いることができない制御を意味する。例えば、空燃比を積極的にストイキから外すリッチ運転やリーン運転は特別な制御に含まれる。また、冷間始動時に行われるバルブタイミングを特定の位置に固定する制御も特別な制御に含まれる。トルク特性モデルでは、バルブタイミングは成り行きで制御されることを前提にしているからである。また、点火時期を意図的に大きく遅角させる触媒暖気運転も特別な制御に含まれる。

以上説明した燃料消費量マップの更新の手順をフローチャートによって示したものが図４である。燃費診断の最初のステップＳ２では、燃料消費量マップの更新タイミングが到来した時点で、マップデータ更新部８へ燃料消費量マップの更新が指示される。更新タイミングは前回の更新からの走行距離で計ることができる。或いは、前回の更新からの経過時間で更新タイミングを計ってもよい。

次のステップＳ４では、現在の運転状態における各種のデータが取得される。ここで取得されるデータとは、エンジン回転数Ｎｅ、点火時期ＳＡ、エンジントルクＴｅ及び燃料消費量ｑである。このうち、エンジントルクＴｅに関しては、トルクセンサを備えるエンジンであれば、トルクセンサによって計測される実際値が取得される。トルクセンサを備えていないエンジンでは、筒内圧センサが何れかの気筒に備えられていれば、筒内圧に基づいて計算される推定トルクが取得される。

次のステップＳ６では、現在の点火時期ＳＡがＭＢＴかどうか判定される。現在の点火時期ＳＡがＭＢＴである場合にはステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、燃料消費量マップ上において現在のエンジン回転数ＮｅとトルクＴｅとで特定される燃料消費量の値が今回取得した値ｑに更新される。

現在の点火時期がＭＢＴでない場合には、ステップＳ８の処理を経てからステップＳ１０に進む。ステップＳ８では、トルク特性モデルを用いてＭＢＴにおけるトルクＴ_ＭＢＴが推定される。続くステップＳ１０では、燃料消費量マップ上において現在のエンジン回転数Ｎｅと推定したＭＢＴトルクＴ_ＭＢＴとで特定される燃料消費量の値が今回取得した値ｑに更新される。

上述のように、本実施の形態の診断装置によれば、点火時期がＭＢＴかどうかによらず燃料消費量マップの更新タイミングが到来するたびに燃料消費量マップを更新することがきる。したがって、燃料消費量マップの更新タイミングがＭＢＴでの運転時に限定されることがなく、燃料消費量マップの効率的な更新によってエンジンの実際の状態を燃費の計算結果に十分に反映させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施することもできる。

上述の実施の形態では更新指示があったときに取得された今回の１回分の燃料消費量データをもとに燃料消費量マップを更新している。実際には燃料消費量の実測値にはばらつきがあるため、１回分の燃料消費量データで更新をおこなったのでは誤差も含まれてしまう可能性がある。したがって、好ましくは、取得した燃料消費量の値をトルク及び回転数の値に関連付けて記憶しておく。そして、同一のトルク及び回転数の値に対応する燃料消費量の値が規定回数分（例えば１０回分）取得されたら、それら規定回数分の燃料消費量データの平均値によって燃料消費量マップを更新するのが好ましい。そうすることで、取得したデータに含まれるノイズの影響を少なくして燃料消費量マップの更新の精度を高めることができる。

また、上述の実施の形態では点火時期とトルクとの関係を表したトルク特性モデルを用いている。これは本発明にかかるトルク特性マップ、すなわち、エンジンの制御に用いられる特定の機関パラメータとトルクとの関係を表したトルク特性マップの一例である。特定の機関パラメータは点火時期には限定されない。空燃比、直墳エンジンにおける燃料噴射時期、ＥＧＲ率、バルブタイミング等を特定の機関パラメータとして用いることもできるし、それら全てを特定の機関パラメータとして用いることもできる。例えば、特定の機関パラメータが空燃比であればストイキを特定値とすることができる。その場合、現在の空燃比がストイキとは異なるときには、空燃比とトルクとの関係を表したトルク特性モデルを用いて、取得したトルクの値からストイキに対応する更新用のトルクの値を算出することができる。

２ 走行モードデータ記憶部
４ 燃費計算部
６ 燃費ＯＢＤ部
８ マップデータ更新部

Claims (3)

1. 内燃機関のトルク及び機関回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータを用いて、実際の或いは仮定した運転パターンのもとでの燃費を算出する車両の診断装置において、
   前記内燃機関の制御に用いられる特定の機関パラメータとトルクとの関係を表したトルク特性モデルを記憶するトルク特性モデル記憶手段と、
   前記マップデータの更新タイミングが到来した場合に、その時点における燃料消費量、トルク及び機関回転数の各値と前記特定機関パラメータの値とをそれぞれ取得するデータ取得手段と、
   取得した前記特定機関パラメータの値が特定値とは異なる場合、前記トルク特性モデルを用いて、取得したトルクの値から前記特定値に対応する更新用のトルクの値を生成する更新用トルク値生成手段と、
   取得したトルクの値或いは生成した更新用のトルクの値と取得した機関回転数の値とに対応する前記マップデータの燃料消費量の値を、取得した燃料消費量の値によって更新するマップデータ更新手段と、
   を備えることを特徴とする車両の診断装置
2. 前記特定機関パラメータは点火時期であり、前記特定値はＭＢＴであることを特徴とする請求項１記載の車両の診断装置
3. 前記マップデータ更新手段は、取得した燃料消費量の値をトルク及び機関回転数の値に関連付けて記憶し、同一のトルク及び機関回転数の値に対応する燃料消費量の値が規定個数取得されたら、それら規定個数分の燃料消費量の平均値によって前記マップデータの燃料消費量の値を更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置

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