JP2013083234A - トルクベース制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】運転者の発進意思の大きさを検出する発進意思検出手段31,33を設ける。
また、発進意思検出手段31,33で検出された発進意思が小さいほど、エンジン回転速度の上限値としての上限回転速度を小さく設定する第一設定手段4aを設ける。
また、エンジン10の実回転速度と上限回転速度との差に応じて、実回転速度の変化率の上限勾配を演算する上限勾配演算手段4dを設けるとともに、上限勾配演算手段4dで演算された上限勾配と実回転速度の実変化率との差に相当する勾配差を演算する勾配差演算手段4fを設ける。
さらに、勾配差演算手段4fで演算された勾配差をトルクに換算した値を用いて演算された目標トルクに基づき、エンジン10の実回転速度を制御する上限値制御を実施する上限値制御手段5を設ける。
【選択図】図1
Description
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
(3)また、前記発進意思検出手段が、前記運転者によるブレーキ操作に基づき前記発進意思の大きさを検出することが好ましい。
(5)また、前記第一設定手段が、前記エンジンの冷却水温に基づき前記上限回転速度を設定することが好ましい。
(7)また、前記エンジンの始動時の冷却水温に基づきエンジン回転速度のオフセット量を設定するオフセット量設定手段を備え、前記上限値制御手段が、前記上限値制御の開始条件として、前記エンジンの実回転速度が前記上限回転速度の値から前記オフセット量を減じた回転速度以上になったことを判定することが好ましい。
(9)また、前記車両に搭載された自動変速機のセレクトレバーの操作位置が走行レンジであるか否かを検出する変速レンジ検出手段を備え、前記第一設定手段が、前記操作位置が走行レンジではないときよりも、エンジン回転速度の上限値としての上限回転速度を小さく設定することが好ましい。
この場合、前記操作位置が走行レンジであるときの前記上限回転速度は、前記操作位置が走行レンジではないときの前記上限回転速度よりも前記目標アイドル回転速度に近づけられることになる。
また、エンジン回転速度の変化勾配について、実変化率と目標値との間の勾配差をトルクに換算して目標トルクを演算することで、エンジン回転速度を目標値の勾配に沿って精度よく変化させることができ、回転速度の急変や吹け上がりを抑制することができる。
[1−1.動力伝達系]
本実施形態のトルクベース制御装置は、図1に示す車載のエンジン10に適用される。エンジン10の出力は、オートマチックトランスミッションユニット26(自動変速機,以下ATユニットと呼ぶ)を介して車両の駆動輪27に伝達される。ATユニット26には、トルクコンバーター26aと変速機構26bとが内蔵されている。
遊星歯車機構とは、外輪歯車(アウターギヤ)の内側に太陽歯車(サンギヤ)及び複数の遊星歯車(プラネタリギヤ)を内装し、遊星歯車の中心軸同士を遊星キャリアで接続した構造を持つ変速機構である。この遊星歯車機構を備えた変速機構26bの場合には、外輪歯車,太陽歯車及び遊星キャリアの三つの回転要素の回転動作に制限を加えることによって、複数種類の変速比が実現される。
クラッチ・ブレーキ機構とは、対向する摩擦係合要素間に生じる摩擦力の大きさを制御し、あるいは摩擦係合要素の移動を拘束することによって動力伝達を断接する機構である。例えば、遊星歯車機構による変速時や車両の停車時等には、クラッチ・ブレーキ機構が切断・固定状態に制御され、駆動輪27側への駆動力の伝達が遮断される。
続いて、エンジン10のシリンダー構造を説明する。図1では、多気筒のエンジン10に設けられた複数のシリンダーのうち、一つのシリンダーを示す。シリンダー内を往復摺動するピストン16は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト17に接続される。クランクシャフト17は、前述のトルクコンバーター26aの駆動羽根車に接続される出力軸である。
燃焼室の頂面には、吸気ポート11に通ずる開口部を開閉する吸気弁14と、排気ポート12に通ずる開口部を開閉する排気弁15とが設けられる。吸気弁14の開閉駆動により吸気ポート11と燃焼室とが連通又は閉鎖され、排気弁15の開閉駆動により排気ポート12と燃焼室とが連通又は遮断される。
吸気ポート11内には、燃料を噴射するインジェクター18が設けられる。インジェクター18から噴射される燃料量は、後述するエンジン制御装置1によって電子制御される。また、インジェクター18よりも吸気流の上流側には、インテークマニホールド20(以下、インマニと呼ぶ)が設けられる。このインマニ20には、吸気ポート11側へと流れる空気を一時的に溜めるためのサージタンク21が設けられる。サージタンク21よりも下流側のインマニ20は、複数のシリンダーの吸気ポート11に向かって分岐するように形成され、サージタンク21はその分岐点に位置する。サージタンク21は、各々のシリンダーで発生しうる吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。
スロットルボディ22のさらに上流側には、吸気通路24が接続される。また、吸気通路24のさらに上流側にはエアフィルタ25が介装される。これにより、エアフィルタ25で濾過された新気が吸気通路24及びインマニ20を介してエンジン10のシリンダーに供給される。
車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル操作量APS)を検出するアクセルストロークセンサー31と、ブレーキ操作量に対応するブレーキ液圧BRKを検出するブレーキ液圧センサー33とが設けられる。アクセル操作量APSは、運転者の加速要求や発進意思に対応するパラメーターであり、言い換えるとエンジン10の負荷(エンジン10に対する出力要求)に相関するパラメーターである。また、通常の車両走行時のブレーキ液圧BRKは、運転者の停止要求に対応するパラメーターであるとともに、車両をクリープ発進させる際の発進要求にも対応するパラメーターである。これらの各センサー31,33で検出されたアクセル操作量APS,ブレーキ液圧BRKの情報は、エンジン制御装置1に伝達される。
この車両には電子制御装置として、エンジン制御装置1(Engine Electronic Control Unit,トルクベース制御装置)のほか、変速機ECU7,エアコンECU8,電装品ECU9等が設けられる。これらの電子制御装置は、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインを介して互いに通信可能に接続される。
図1に示すように、エンジン制御装置1の入力側には前述の各種センサーや車内通信網,他の電子制御装置が接続される。また、エンジン制御装置1の出力側には、トルクベース制御の制御対象である点火プラグ13,インジェクター18,スロットルバルブ23等が接続される。
アイドルストップ制御部2は、自動停止制御及び再始動制御に係る条件を判定してこれらの制御を実施するものである。自動停止条件が成立するのは、例えば以下の条件1〜5が全て成立したときである。なお、一般的な自動停止制御では、少なくとも車速やアクセル操作量APSに関する所定のアイドル運転条件が成立する状態で、所定のアイドルストップ条件が成立した場合に、自動停止制御が開始される。
条件1:操作位置がPレンジかNレンジかDレンジである
条件2:冷却水温WTSが所定温度以上である(エンジン10が暖機済み)
条件3:アクセル操作量APSが0である(アクセルペダル踏み込みなし)
条件4:ブレーキ液圧BRKが所定値以上である(ブレーキペダル踏み込みあり)
条件5:車両が停止している(車速が0である)
条件6:操作位置がRレンジである
条件7:アクセル操作量APSが0でない(アクセルペダル踏み込みあり)
条件8:ブレーキ液圧BRKが所定値未満である(ブレーキペダル踏み込みあり)
条件9:車両が停止していない(車速が0でない)
条件10:外部負荷装置からの始動要求が発生した
要求トルク演算部3は、変速機ECU7,エアコンECU8,電装品ECU9といった外部制御システムから要求されるトルクと運転者から要求されるトルクとを集約して、アイドル要求トルクPi_NeFBと、アクセル要求トルクPi_APSと、制御操作に対する応答性が異なる二種類の要求トルク(点火制御用要求トルクPi_EXT_SA,吸気制御用要求トルクPi_EXT)とを演算し、これらをエンジン10への要求トルクとして設定するものである。
一方、吸気制御用要求トルクPi_EXTは、スロットルバルブ23の吸気制御(吸入空気量の制御)で用いられるトルクである。吸気制御は、実際に制御を実施してからエンジン10でトルクが発生するまでのタイムラグが長く、点火制御と比較して応答性にやや劣る制御である。ただし、吸気制御によって調整可能なトルクの幅は、点火制御によるものよりも大きい。
トルク上限値演算部4は、エンジン10の始動時の上限トルクPiLIM_Hを演算するものである。ここでいうエンジン10の始動時とは、手動による始動時や再始動制御による再始動時を意味し、エンジン10の完爆後に実回転速度Neが目標アイドル回転速度NeOBJに収束するまでの期間が含まれる。
また、セレクトレバーの操作位置がDレンジであるときには、Dレンジ以外(Pレンジ,Rレンジ,Nレンジ)であるときよりも第二上限値が小さく設定される。ここで設定された第二上限値は、最大値選択部45へと入力される。
また、第三上限値は、第二上限値と同様に、セレクトレバーの操作位置がDレンジであるときには、Dレンジ以外(Pレンジ,Rレンジ,Nレンジ)であるときよりも小さく設定される。ここで設定された第三上限値は、最大値選択部45へと入力される。
第四上限値は、ブレーキ操作量が大きいほど(ブレーキペダルの踏み込み操作が強いほど)上限値制御を強めるように働くパラメーターであるとともに、少なくとも目標アイドル回転速度NeOBJは維持するように働くパラメーターである。
条件11:実回転速度Neが、所定の始動完了判定回転速度NeSよりも大きい
(Ne>NeS)
条件12:実回転速度Neが、上限回転速度NeLIM_Hからオフセット量ΔNeOFSを
減じた値を超えている(Ne>NeLIM_H-ΔNeOFS)
条件13:制限対象トルクPiBS_LIMがトルク補正値PidNe_Hを超えている
(PiBS_LIM>PidNe_H)
なお、条件13の制限対象トルクPiBS_LIMは、要求トルク演算部3で演算されたアクセル要求トルクPi_APSや点火制御用要求トルクPi_EXT_SA、その行程での実トルクPiACT等のうち、最も大きいトルクに対応するトルクである。
条件14:アイドルフィードバック制御が実施される
条件15:エンジン始動後の経過時間が所定の制限時間を超える
条件16:吸気流量QINのフィルタ値と筒内吸入吸気量の推定値とがほぼ一致する
条件17:実回転速度Neの実変化率dNeが0以下である
一般に、エンジン10の始動直後には、インマニ内の圧力がほぼ大気圧に近い状態となっているため、エアフローセンサー34で検出される吸気流量QINよりも多量の空気が一時的にシリンダー内に流入する。つまり、始動直後の実際の筒内吸入空気量は、エアフローセンサー34で検出された吸気流量QINに対応する吸気量よりも大きく、エンジン回転の吹け上がりが生じやすい状態となっている。一方、時間経過とともにインマニ内の圧力が徐々に低下してくると、筒内吸入空気量と吸気流量QINに対応する吸気量とが一致するようになり、運転状態が安定する。
目標トルク演算部5(上限値制御手段,アイドル制御手段)は、要求トルク演算部3で演算された各種要求トルクと、トルク上限値演算部4で演算された上限トルクPiLIM_Hとに基づき、二種類の制御目標としての目標トルクを演算するものである。ここでは、点火制御用目標トルクPi_TGTと、吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDとが演算される。スロットルバルブ23のスロットル開度や燃料噴射量は、ここで演算された吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDに基づいて制御される。また、点火プラグ13での点火時期は、ここで演算された点火制御用目標トルクPi_TGTに基づいて制御される。
[3−1.再始動〜アイドリング]
図8(a)は、アイドルストップ状態からの再始動時に上限値制御が実施されたときのエンジン10の実回転速度Neの変動を示し、図8(b),(c)はそれぞれエンジントルク,点火時期の変動を示す。時刻t0のときには、車両が信号待ちの状態でアイドルストップ制御が実施されており、セレクトレバーの操作位置がDレンジであり、アクセルペダルの踏み込み量が0であり、ブレーキペダルがフルストロークで踏み込まれているものとする。
なお、上限回転速度NeLIM_Hは、目標アイドル回転速度NeOBJ以上の大きさに設定される。したがって、目標アイドル回転速度NeOBJと上限回転速度NeLIM_Hとの幅が、実回転速度Neに許容される回転速度の変動幅となる。
時刻t2の直後には、実回転速度Neがさらに上限回転速度NeLIM_Hに接近し、回転速度差ΔNeが減少する。これにより、上限勾配演算部4dで演算される上限勾配dNe_Hが小さくなり、実回転速度Neに許容される回転速度変動の幅が減少する。つまり、実回転速度Neが上限回転速度NeLIM_Hに近づくほど、回転速度変動を抑制しようとする働きが強化される。
図9は、アイドルストップ状態で運転者のブレーキ操作が緩められることによってエンジン10が再始動したときの上限値制御の制御作用を例示するものであり、図9(a)はブレーキ操作量(ブレーキ液圧BRK)の変動を示し、図9(b)は実回転速度Neの変動を示す。
図10は、アイドルストップ状態からエンジン10が再始動した直後に、アクセルペダルが踏み込まれたときの上限値制御の制御作用を例示するものであり、図10(a)はブレーキ操作量(ブレーキ液圧BRK)の変動,図10(b)はアクセル操作量APSの変動,図10(c)は実回転速度Neの変動をそれぞれ示す。
このように、本実施形態のエンジン制御装置1によれば、以下のような効果が得られる。
(1)上記のエンジン制御装置1では、エンジン10の実回転速度Neが上限回転速度NeLIM_Hを超えないように制御した上で、発進意思が小さいほど上限回転速度NeLIM_Hが小さく設定される。例えば、図5(a)や図5(c)に示すように、アクセル操作量APSが小さいほど、あるいはブレーキ液圧BRKが高いほど、それぞれに対応する第一上限値や第三上限値が小さく設定され、これらの値が最終的に選択される上限回転速度NeLIM_Hに反映される。これにより、エンジン10の始動直後に生じうる実回転速度Neの急上昇(吹け上がり)を抑制することができ、不要な走り出し感を減少させることができる。逆に、発進意思が大きいほど上限回転速度NeLIM_Hが大きく設定されるため、その発進意思に応じた十分な加速を得ることができる。
(4)上限回転速度NeLIM_Hが目標アイドル回転速度設定部3aで設定される目標アイドル回転速度NeOBJ以上の大きさに設定されるため、実回転速度Neが過度に抑制されることがなく、始動直後に実回転速度Neを目標アイドル回転速度NeOBJの近傍まで立ち上げることができる。このように、エンジン10の始動直後の回転安定性を確保しながら、吹け上がりを抑制することができる。
上記のエンジン制御装置10で実施される上限値制御の変形例は、多種多様に考えられる。例えば、上述の実施形態では、回転速度上限値設定部4aでの上限回転速度NeLIM_Hの設定に際し、アクセル操作量APS,ブレーキ液圧BRK,冷却水温WTSのそれぞれについての上限回転速度NeLIM_Hを設定した上で、その中からただ一つを最終的な上限回転速度NeLIM_Hとして選択する構成を例示したが、最終的な上限回転速度NeLIM_Hの設定手法はこれに限定されない。アクセル操作量APS,ブレーキ液圧BRK,冷却水温WTSのそれぞれについての個々の上限回転速度NeLIM_Hの平均値を最終的な上限回転速度NeLIM_Hとしてもよいし、あるいは個々の上限回転速度NeLIM_Hの関数を定義して最終的な上限回転速度NeLIM_Hを演算してもよい。
なお、上述の実施形態では、おもにアイドルストップ状態からの再始動時の制御作用を説明したが、上記の上限値制御の適用対象はこれに限定されず、例えば手動操作によるエンジン10の始動時にも実施可能である。
2 アイドルストップ制御部
3 要求トルク演算部(第二設定手段)
4 トルク上限値演算部
4a 回転速度上限値設定部(第一設定手段)
4b オフセット量設定部(オフセット量設定手段)
4d 上限勾配演算部(上限勾配演算手段)
4f 勾配差演算部(勾配差演算手段)
5 目標トルク演算部(上限値制御手段,アイドル制御手段)
10 エンジン
26 ATユニット(自動変速機)
31 アクセルストロークセンサー(発進意思検出手段)
32 シフトポジションセンサー(変速レンジ検出手段)
33 ブレーキ液圧センサー(発進意思検出手段)
Claims (11)
- 車両に搭載されたエンジンへの各種出力要求をトルクに換算し、一元化された目標トルクに基づき吸入空気量,燃料噴射量及び点火時期の少なくとも何れか一つを制御するトルクベース制御装置であって、
前記車両の運転者の発進意思の大きさを検出する発進意思検出手段と、
始動時におけるエンジン回転速度の上限値としての上限回転速度を設定する第一設定手段と、
前記エンジンの実回転速度と前記上限回転速度との差に応じて、前記実回転速度の変化率の上限勾配を演算する上限勾配演算手段と、
前記上限勾配演算手段で演算された前記上限勾配と前記実回転速度の実変化率との差に相当する勾配差を演算する勾配差演算手段と、
前記勾配差演算手段で演算された前記勾配差をトルクに換算した値を用いて演算された前記目標トルクに基づき、前記エンジンの実回転速度を制御する上限値制御を実施する上限値制御手段とを備え、
前記第一設定手段が、前記発進意思検出手段で検出された前記発進意思が小さいほど、前記上限回転速度を小さく設定する
ことを特徴とする、トルクベース制御装置。 - 前記第一設定手段が、前記発進意思検出手段で検出された前記発進意思に基づき、前記上限回転速度の最小値を設定する
ことを特徴とする、請求項1記載のトルクベース制御装置。 - 前記発進意思検出手段が、前記運転者によるブレーキ操作に基づき前記発進意思の大きさを検出する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のトルクベース制御装置。 - 前記発進意思検出手段が、前記運転者によるアクセル操作に基づき前記発進意思の大きさを検出する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記第一設定手段が、前記エンジンの冷却水温に基づき前記上限回転速度を設定する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記上限値制御手段が、前記エンジンの実回転速度と前記上限回転速度との差が小さいほど前記実回転速度の変化率の目標値を減少させる
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記エンジンの始動時の冷却水温に基づきエンジン回転速度のオフセット量を設定するオフセット量設定手段を備え、
前記上限値制御手段が、前記上限値制御の開始条件として、前記エンジンの実回転速度が前記上限回転速度の値から前記オフセット量を減じた回転速度以上になったことを判定する
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記エンジンの吸気通路を流れる空気の流量を検出する流量検出手段を備え、
前記上限値制御手段が、前記上限値制御の終了条件として、シリンダー内に吸入された筒内吸入空気量の推定値と前記流量検出手段で検出された前記流量に基づいて算出される吸気量とが一致したことを判定する
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記車両に搭載された自動変速機のセレクトレバーの操作位置が走行レンジであるか否かを検出する変速レンジ検出手段を備え、
前記第一設定手段が、前記操作位置が走行レンジではないときよりも、エンジン回転速度の上限値としての上限回転速度を小さく設定する
ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記エンジンのアイドル運転時の目標アイドル回転速度を設定する第二設定手段を備え、
前記第一設定手段が、前記第二設定手段で設定された前記目標アイドル回転速度以上の範囲で前記上限回転速度を設定する
ことを特徴とする、請求項1〜9の何れか1項に記載のトルクベース制御装置。 - 前記エンジンの実回転速度の変化勾配が0以下になったときに、前記エンジンの実回転速度を前記目標アイドル回転速度に収束させるアイドルフィードバック制御を実施するアイドル制御手段を備えた
ことを特徴とする、請求項10記載のトルクベース制御装置。
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