JP2013096316A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の制御装置に関し、エンジンの燃費を効果的に向上させる。
【解決手段】エンジン１０と変速機１２とを搭載した車両の制御装置であって、アクセルセンサ１８と、回転数センサ１９と、変速機の出力回転数と出力トルクとに対応する座標平面上に等アクセル開度線が設定された第１のマップから変速機出力トルクを設定する変速機出力トルク設定部４１と、変速機の出力回転数と設定された変速機出力トルクとに基づいてエンジン出力を算出するエンジン出力演算部４２と、エンジン出力と燃料噴射量とに対応する座標平面上に最少燃料噴射量線が設定された第２のマップから目標燃料噴射量を設定する目標燃料噴射量設定部４３と、エンジン１０の燃料噴射量が目標燃料噴射量となるようにエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ２０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特にエンジン及び変速機の制御装置に関する。

従来の車両の制御装置、例えばエンジン及び変速機の制御装置においては、ドライバによるアクセル操作量をエンジンコントローラ（以下、エンジンＥＣＵという）と変速機コントローラ（以下、変速機ＥＣＵ）とにそれぞれ入力することで、エンジン及び変速機が操作されている（例えば、特許文献１参照）。

エンジン及び変速機を制御するマップとしては、例えば図８のようなアクセル開度、エンジン回転数、エンジントルク及び、エンジン出力の相関を示すマップがある。図８において、太線Ａは等力線上で単位時間当たりの燃料噴射量が最も少ない点をつないだライン（以下、最少燃料噴射量ラインという）である。この最少燃料噴射量ライン上でエンジンを運転すれば、各出力毎に最も燃料噴射量が少ない点でエンジンの運転を継続することが可能である。

特開２００８−２８１０５７号公報

ところで、一般的なエンジン及び変速機の制御装置では、アクセル操作量に応じてエンジンを直接的に制御しているため、エンジンは必ずしも最少燃料噴射量ライン上で運転されない。すなわち、エンジンはアクセル操作量に応じた図８のマップ上のあらゆる点を使って運転されることになる。また、アクセル操作量は、変速機ＥＣＵにも入力され、変速機の変速比を決定するために用いられている。しかし、変速機のギア段も車速及びアクセル開度の２次元マップで設定されるため、必ずしも最少燃料噴射量ライン上でエンジンを運転するように設定されることにならない。そのため、一般的にエンジンの効率は３０〜４０％と認識されているが、これは図８のマップ上の領域Ｂ近傍における効率であって、実走行レベルでは他の領域も多く使用されるため、エンジンの効率は１０〜２０％まで低下する。

このようなエンジンの効率を改善する手法として、惰行制御と呼ばれるものがある。この惰行制御では、エンジンはエンジン出力がゼロの時に単位時間当たりの燃料噴射量が最も少なくなるアイドル回転数及び、アクセル開度をゼロにして運転される（図８の太線Ｃの範囲）。すなわち、惰行制御によれば、クラッチを切断してアクセル開度をゼロにし、エンジンをアイドル回転に落とすことで、無駄な燃料消費を抑制することができる。

しかし、惰行制御の適用範囲は、エンジン出力がゼロ近傍の範囲（図８の太線Ｃの範囲）に限定されるため、エンジン出力がゼロ近傍から離れた場合は適用することができず、エンジンの燃費を効果的に向上させることができない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、最少の燃料噴射量でドライバが所望する車両走行を可能にしつつ、エンジンの燃費を効果的に向上することができる車両の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の車両の制御装置は、エンジンの駆動力が変速機を介して駆動輪に伝達される車両の制御装置であって、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、前記変速機の出力回転数を検出する回転数検出手段と、変速機の出力回転数と出力トルクとに対応する座標平面上に所定開度毎に複数本の等アクセル開度線が設定された第１のマップから、検出された前記アクセル開度と前記出力回転数とに応じた出力トルクを読み取ることで、前記変速機の出力トルクを設定する変速機出力トルク設定手段と、検出された前記出力回転数と設定された前記変速機の出力トルクとに基づいて、前記エンジンのエンジン出力を算出するエンジン出力演算手段と、エンジン出力と燃料噴射量とに対応する座標平面上に前記エンジンの燃料噴射量を最も少なくする最少燃料噴射量線が設定された第２のマップから、算出された前記エンジン出力に応じた最少燃料噴射量を読み取ることで、前記エンジンの目標燃料噴射量を設定する目標燃料噴射量設定手段と、前記エンジンの燃料噴射量が前記目標燃料噴射量となるように前記エンジンを制御するエンジン制御手段とを備えることを特徴とする。

また、前記第２のマップの最少燃料噴射量線は、エンジン出力負側の領域では、燃料噴射量がゼロとなるように設定されてもよい。

また、エンジン出力とエンジン回転数とに対応する座標平面上に最適エンジン回転数線が設定された第３のマップから、算出された前記エンジン出力に応じた最適エンジン回転数を読み取ることで、前記エンジンの目標エンジン回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段と、検出された前記出力回転数と設定された前記目標エンジン回転数とに基づいて、前記変速機の目標変速比を算出する目標変速比演算手段と、前記変速機の変速比が前記目標変速比となるように前記変速機を制御する変速機制御手段とをさらに備えるものであってもよい。

また、前記第３のマップの最適エンジン回転数線は、エンジン出力負側の領域では、エンジン出力が減少するにつれてエンジン回転数が上昇するように設定されてもよく、前記変速機は、無段変速機であってもよい。

本発明の車両の制御装置によれば、最少の燃料噴射量でドライバが所望する車両走行を可能にしつつ、エンジンの燃費を効果的に向上することができる。

本発明の一実施形態に係る車両の制御装置を示す模式的なブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の各ＥＣＵを示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の車速とアクセル開度毎の要求駆動力との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の最少燃料噴射量ラインを示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両の制御装置のエンジン出力と燃料噴射量との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両の制御装置のエンジン出力とエンジン回転数との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。 従来のエンジン及び、変速機の制御に用いられるマップを示す図である。

以下、図１〜７に基づいて、本発明の一実施形態に係る車両の制御装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、車両１には内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０が搭載されている。エンジン１０の出力軸は、クラッチ１１を介して無段変速機１２の入力軸に接続されている。また、無段変速機１２の出力軸は、プロペラシャフト１３、終減速機１４及び、ドライブシャフト１５を介して駆動輪１７に接続されている。すなわち、エンジン１０の駆動力は、クラッチ１１が接続されると、無段変速機１２で連続的に変速された後に、プロペラシャフト１３、終減速機１４及び、ドライブシャフト１５を介して駆動輪１７へと伝達されるように構成されている。

アクセルセンサ１８は、ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出するもので、検出された操作量は電気的に接続された演算ＥＣＵ４０にアクセル開度Ａ_pとして出力される。

回転数センサ１９は、無段変速機１２の出力回転数を検出するもので、検出された出力回転数は電気的に接続された演算ＥＣＵ４０に変速機出力回転数Ｎ_tとして出力される。

エンジンＥＣＵ２０は、エンジン１０の燃料噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。このエンジンＥＣＵ２０は、演算ＥＣＵ４０と電気配線を介して相互通信可能に接続されており、演算ＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じてエンジン１０の運転状態を制御する。具体的には、エンジン１０の燃料噴射量が演算ＥＣＵ４０から入力される目標燃料噴射量Ｆ_tとなるように、図示しないインジェクタの電磁ソレノイドに所定パルスの電流を印可するように構成されている。

変速機ＥＣＵ３０は、無段変速機１２の動作を制御するもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この変速機ＥＣＵ３０は、演算ＥＣＵ４０と電気配線を介して相互通信可能に接続されており、演算ＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて無段変速機１２の変速比を制御する。具体的には、無段変速機１２の変速比が演算ＥＣＵ４０から入力される目標変速比Ｓ_tとなるように、図示しない変速用アクチュエータに所定の作動信号を出力するように構成されている。

演算ＥＣＵ４０は、エンジン１０の目標燃料噴射量Ｆ_tや無段変速機１２の目標変速比Ｓ_tを演算するもので、前述のエンジンＥＣＵ２０や変速機ＥＣＵ３０と同様に公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら目標燃料噴射量Ｆ_tや目標変速比Ｓ_tを演算するために、演算ＥＣＵ４０には、アクセルセンサ１８、回転数センサ１９及び図示しない車速センサ等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。

また、図２に示すように、演算ＥＣＵ４０は、変速機出力トルク設定部４１と、エンジン出力演算部４２と、目標燃料噴射量設定部４３と、目標エンジン回転数設定部４４と、目標変速比演算部４５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアである演算ＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

変速機出力トルク設定部４１は、アクセルセンサ１８から入力されるアクセル開度Ａ_pと、回転数センサ１９から入力される変速機出力回転数Ｎ_tとに基づいて、無段変速機１２の変速機出力トルクＴ_tを設定する。より詳しくは、演算ＥＣＵ４０には、予め実験等で作成された車速とアクセル開度毎の要求駆動力の関係を示す要求駆動力マップ（図３参照）が記憶されている。この要求駆動力マップは、横軸を変速機出力回転数Ｎ_t、縦軸を変速機出力トルクＴ_tとした座標平面上に、複数本の等アクセル開度ライン（図３中の破線参照）が所定開度毎、例えば１０％毎に設定されている。なお、要求駆動力マップの座標平面上において、変速機出力トルクＴ_tが０（ゼロ）よりも小さい領域はエンジンブレーキが作用する領域を示している。

要求駆動力マップ上では、アクセル開度が３０〜１００％の範囲にある等アクセル開度ラインは、変速機出力回転数Ｎ_tが上昇するにつれて、変速機出力トルクＴ_tは次第に低下するように設定されている。また、アクセル開度が０〜２０％の範囲にある等アクセル開度ラインは、変速機出力回転数Ｎ_tが所定回転数に達するまでは、変速機出力トルクＴ_tは次第に低下するように設定される一方、変速機出力回転数Ｎ_tが所定回転数よりも上昇すると、変速機出力トルクＴ_tは次第に増加するように設定されている。変速機出力トルク設定部４１は、要求駆動力マップから、アクセル開度Ａ_pと変速機出力回転数Ｎ_tとに対応する変速機出力トルクＴ_tを読み取ることで、無段変速機１２の変速機出力トルクＴ_tを設定するように構成されている。

エンジン出力演算部４２は、回転数センサ１９から入力される変速機出力回転数Ｎ_t及び、変速機出力トルク設定部４１で設定された変速機出力トルクＴ_tに基づいて、エンジン１０のエンジン出力（仕事率）Ｗ_eを算出する。ここで、エンジン出力Ｗ_eは、以下の式（１）で算出することができる。
Ｗ_e＝Ｎ_t×Ｔ_t・・・（１）

このようにして算出されたエンジン出力Ｗ_eは、詳細を後述する目標燃料噴射量設定部４３と目標エンジン回転数設定部４５とにそれぞれ入力されるように構成されている。

目標燃料噴射量設定部４３は、エンジン出力演算部４２で算出されたエンジン出力Ｗ_eに基づいて、エンジン１０の目標燃料噴射量Ｆ_tを設定する。より詳しくは、演算ＥＣＵ４０には、図４のエンジン動作線を示すマップの最少燃料噴射ラインを読み替えた、図５のエンジン出力Ｗ_eと燃料噴射量Ｆとの関係を示す出力噴射量マップが記憶されている。この出力噴射量マップには、横軸をエンジン出力Ｗ_e、縦軸を燃料噴射量Ｆとした座標平面上に、エンジン１０の燃料噴射量を最も少なくする最少燃料噴射量ライン（図５中の太線参照）が設定されている。特に、この最少燃料噴射量ラインは、エンジン出力Ｗ_eの正側領域では、エンジン出力Ｗ_eが増加するにつれて、燃料噴射量Ｆは多くなるように設定される一方、エンジン出力Ｗ_eの負側領域では、燃料噴射量Ｆは０（ゼロ）となるように設定されている。

目標燃料噴射量設定部４３は、出力噴射量マップからエンジン出力Ｗ_eに対応する燃料噴射量Ｆを読み取ることで、目標燃料噴射量Ｆ_tを設定すると共に、設定した目標燃料噴射量Ｆ_tをエンジンＥＣＵ２０に出力するように構成されている。これにより、エンジンＥＣＵ２０から図示しないインジェクタの電磁ソレノイドに目標燃料噴射量Ｆ_tに応じた所定パルスの電流が印可され、エンジン１０の燃料噴射量は目標燃料噴射量Ｆ_tとなるように制御される。

目標エンジン回転数設定部４４は、エンジン出力演算部４２で算出されたエンジン出力Ｗ_eに基づいて、エンジン１０の目標エンジン回転数Ｎ_eを設定する。より詳しくは、演算ＥＣＵ４０には、図４に示すマップを読み替えた、図６のエンジン出力Ｗ_eとエンジン回転数Ｎとの関係を示す出力回転数マップが記憶されている。さらに、この出力回転数マップには、横軸をエンジン出力Ｗ_e、縦軸をエンジン回転数Ｎとした座標平面上に、エンジン１０の出力に応じた最適エンジン回転数ライン（図６中の太線参照）が設定されている。最適エンジン回転数ラインは、エンジン出力Ｗ_eの正側領域では、エンジン出力Ｗ_eが増加するにつれて、エンジン回転数Ｎ_eは上昇するように設定される一方、エンジン出力Ｗ_eの負側領域では、エンジン出力Ｗ_eが低下するにつれて、エンジン回転数Ｎ_eは上昇するように設定されている。エンジン回転数設定部４４は、出力回転数マップからエンジン出力Ｗ_eに対応するエンジン回転数Ｎを読み取ることで、目標エンジン回転数Ｎ_eを設定するように構成されている。

目標変速比演算部４５は、回転数センサ１９から入力される変速機出力回転数Ｎ_t及び、目標エンジン回転数設定部４４で設定された目標エンジン回転数Ｎ_eに基づいて、無段変速機１２の目標変速比Ｒ_tmを算出する。ここで、目標変速比Ｒ_tmは、以下の式（２）で算出することができる。
Ｒ_tm＝Ｎ_e／Ｎ_t・・・（２）

このようにして算出された目標変速比Ｒ_tmは、変速機ＥＣＵ３０に出力される。これにより、変速機ＥＣＵ３０から図示しない変速用アクチュエータに目標変速比Ｓ_tに応じた作動信号が入力され、無段変速機１２の変速比は目標変速比Ｓ_tとなるよう制御される。

次に、本実施形態に係る車両の制御装置による制御フローを図７に基づいて説明する。なお、本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、変速機出力トルク設定部４１により、アクセルセンサ１８から入力されるアクセル開度Ａ_pと、回転数センサ１９から入力される変速機出力回転数Ｎ_tとに基づいて、図３に示す要求駆動力マップから無段変速機１２の変速機出力トルクＴ_tが設定される。

Ｓ１１０では、エンジン出力演算部４２により、回転数センサ１９から入力される変速機出力回転数Ｎ_t及び、変速機出力トルク設定部４１で設定された変速機出力トルクＴ_tに基づいて、エンジン１０のエンジン出力Ｗ_eが算出される。

Ｓ１２０では、目標燃料噴射量設定部４３により、図５に示す出力噴射量マップから前述のＳ１１０で設定されたエンジン出力Ｗ_eに対応する燃料噴射量Ｆが読み取られることで、目標燃料噴射量Ｆ_tが設定される。さらに、Ｓ１３０では、エンジン回転数設定部４４により、図６に示す出力回転数マップからエンジン出力Ｗ_eに対応するエンジン回転数Ｎが読み取られることで、目標エンジン回転数Ｎ_eが設定される。

Ｓ１４０では、目標変速比演算部４５により、回転数センサ１９から入力される変速機出力回転数Ｎ_t及び、前述のＳ１３０で設定された目標エンジン回転数Ｎ_eに基づいて、無段変速機１２の目標変速比Ｒ_tmが算出される。

Ｓ１５０では、前述のＳ１２０で設定された目標燃料噴射量Ｆ_tが、演算ＥＣＵ４０からエンジンＥＣＵ２０に入力されると共に、前述のＳ１４０で算出された目標変速比Ｒ_tmが、演算ＥＣＵ４０から変速機ＥＣＵ３０に入力される。さらに、Ｓ１６０では、エンジン１０の燃料噴射量が目標燃料噴射量Ｆ_tとなるように制御され、かつ、無段変速機１２の変速比が目標変速比Ｒ_tmとなるように制御されてリターンされる。その後、本制御のＳ１００〜１６０までの各ステップは、エンジン１０の停止（イグニッションスイッチのキースイッチＯＦＦ）まで繰り返し行われる。

次に、本実施形態に係る車両の制御装置による作用効果について説明する。

本実施形態の車両の制御装置では、アクセルセンサ１８で検出されるアクセル開度Ａ_pと、回転数センサ１９で検出される変速機出力回転数Ｎ_tとに基づいて、図３に示す要求駆動力マップから変速機出力トルクＴ_tが設定される。さらに、この設定された変速機出力トルクＴ_tと、回転数センサ１９で検出される変速機出力回転数Ｎ_tとに基づいてエンジン出力Ｗ_eが算出される。

このようして算出されたエンジン出力Ｗ_eは、図５に示す出力噴射量マップから最少燃料噴射量ラインに応じた目標燃料噴射量Ｆ_tの読み取りに用いられると共に、図６に示す出力回転数マップから目標エンジン回転数Ｎ_eの読み取りに用いられる。さらに、設定された目標エンジン回転数Ｎ_eと、回転数センサ１９で検出される変速機出力回転数Ｎ_tとに基づいて、無段変速機１２の目標変速比Ｒ_tmが算出される。その後、設定された目標燃料噴射量Ｆ_tはエンジンＥＣＵ２０に出力されると共に、目標変速比Ｒ_tmは変速機ＥＣＵ３０に出力されるように構成されている。これにより、エンジン１０の燃料噴射量は目標燃料噴射量Ｆ_tとなるように制御され、かつ、無段変速機１２の変速比は目標変速比Ｒ_tmとなるように制御される。

したがって、本実施形態の車両の制御装置によれば、ドライバのアクセル操作から、エンジン１０の運転状態と無段変速機１２の変速比とを一意に決定することができる。さらに、最少の燃料噴射量でドライバが所望する車両の走行を可能にしつつ、エンジン１０の燃費を向上することができる。

また、本実施形態の車両の制御装置では、図５の出力噴射量マップに示すように、エンジン出力Ｗ_eの負側領域において、燃料噴射量Ｆは０（ゼロ）となるように設定されている。さらに、図６の出力回転数マップに示すように、エンジン出力Ｗ_eの負側領域において、エンジン出力Ｗ_eが低下するにつれて、エンジン回転数Ｎは上昇するように設定されている。

したがって、本実施形態の車両の制御装置によれば、エンジン出力Ｗ_eの負側領域において、無駄な燃料噴射を行わないことで、エンジン１０の燃費を効果的に向上することができると共に、エンジン回転数を上昇させることで、エンジンブレーキを効果的に作用させることができる。

なお、本発明は、上述の実施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、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において、各ＥＣＵ２０，３０，４０は別体のハードウェアに設けられるものとして説明したが、これら一部もしくは全部を一体のハードウェアとして設けることもできる。

また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限られず、例えばガソリンエンジンなど、他の内燃機関にも広く適用することができる。

１０ エンジン
１２ 無段変速機（変速機）
１８ アクセルセンサ（アクセル開度検出手段）
１９ 回転数センサ（回転数検出手段）
２０ エンジンＥＣＵ（エンジン制御手段）
３０ 変速機ＥＣＵ（変速機制御手段）
４０ 演算ＥＣＵ
４１ 変速機出力トルク設定部（変速機出力トルク設定手段）
４２ エンジン出力演算部（エンジン出力演算手段）
４３ 目標燃料噴射量設定部（目標燃料噴射量設定手段）
４４ 目標エンジン回転数設定部（目標エンジン回転数設定手段）
４５ 目標変速比演算部（目標変速比演算手段）

Claims (5)

1. エンジンの駆動力が変速機を介して駆動輪に伝達される車両の制御装置であって、
   アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   前記変速機の出力回転数を検出する回転数検出手段と、
   変速機の出力回転数と出力トルクとに対応する座標平面上に所定開度毎に複数本の等アクセル開度線が設定された第１のマップから、検出された前記アクセル開度と前記出力回転数とに応じた出力トルクを読み取ることで、前記変速機の出力トルクを設定する変速機出力トルク設定手段と、
   検出された前記出力回転数と設定された前記変速機の出力トルクとに基づいて、前記エンジンのエンジン出力を算出するエンジン出力演算手段と、
   エンジン出力と燃料噴射量とに対応する座標平面上に前記エンジンの燃料噴射量を最も少なくする最少燃料噴射量線が設定された第２のマップから、算出された前記エンジン出力に応じた最少燃料噴射量を読み取ることで、前記エンジンの目標燃料噴射量を設定する目標燃料噴射量設定手段と、
   前記エンジンの燃料噴射量が前記目標燃料噴射量となるように前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、を備えることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記第２のマップの最少燃料噴射量線は、エンジン出力負側の領域では、燃料噴射量がゼロとなるように設定されている請求項１に記載の車両の制御装置。
3. エンジン出力とエンジン回転数とに対応する座標平面上に最適エンジン回転数線が設定された第３のマップから、算出された前記エンジン出力に応じた最適エンジン回転数を読み取ることで、前記エンジンの目標エンジン回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段と、
   検出された前記出力回転数と設定された前記目標エンジン回転数とに基づいて、前記変速機の目標変速比を算出する目標変速比演算手段と、
   前記変速機の変速比が前記目標変速比となるように前記変速機を制御する変速機制御手段と、をさらに備える請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
4. 前記第３のマップの最適エンジン回転数線は、エンジン出力負側の領域では、エンジン出力が減少するにつれてエンジン回転数が上昇するように設定されている請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記変速機は、無段変速機である請求項１から４の何れかに記載の車両の制御装置。