JP2014095322A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の固有の出力特性、内燃機関のオイルの粘性、および外乱の影響を抑制しつつ、エンジン制御をより簡単にかつより短時間に精度良く行う。
【解決手段】最初目標エンジン回転数と実エンジン回転数とのエンジン回転数偏差に対応するゲインに対してＰＩ−Ｄ制御が行われ、目標エンジントルクが演算される。次に、この目標エンジントルクとエンジン３が実際に出力する実エンジントルクとの偏差に対してＩ−ＰＤ制御が行われ、指示エンジントルクが演算される。そして、演算された指示エンジントルクに基づいてエンジン３が制御される。こうして、エンジン回転数が目標エンジン回転数となるように調整されるとともに、エンジントルクが目標エンジントルクとなるように調整される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、クラッチの断接制御に関連して実内燃機関回転数および実内燃機関トルクをそれぞれ目標内燃機関回転数および目標内燃機関トルクに制御する内燃機関制御装置の技術分野に関するものである。

従来、クラッチおよび自動変速機を搭載したバスやトラック等の大型車両においては、内燃機関であるエンジンがクラッチの断接制御に関連してエンジン回転数およびエンジントルクの制御が種々行われている。

このような従来のエンジン回転数およびエンジントルクを制御するエンジン制御装置として、エンジン制御信号を補正するマップを２つ備え、アクセルペダルを踏み込んでいる場合は一方のマップを使用し、アクセルペダルを踏み込んでいない場合は他方のマップを使用することにより、目標エンジン回転数との実エンジン回転数のずれを低減して、変速ショックを抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、発進時または低速走行時において、アクセルペダル踏み込み量に対して目標エンジン回転速度を演算により設定し、実際のエンジン回転数をＰＩＤ制御によりこの目標エンジン回転数にゆるやかに接近させるように制御することで、円滑なクラッチ制御および速度調節を実行できるようにすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、トランスミッション制御器で実際エンジン回転数と目標エンジン回転数との差を計算するとともに、計算された差に基づいてエンジン回転数をＰＩＤ制御した後ファジイ論理アルゴリズムでファジイ化した目標エンジントルクを決定し、決定した目標エンジントルクに基づいて大きな遅れなしに実エンジントルクを設定し、設定した実エンジントルクとなるようにエンジンを制御することで、エンジン回転数の迅速な適応制御を可能にするエンジン制御アセンブリが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−２８７５７１号公報。 特開２００５−２６３１６２号公報。 特開２０１０−１２１６２５号公報。

ところで、特許文献１に記載のエンジン制御では、単にアクセルペダルの踏み込み状況に応じて異なる２つのマップを用いてエンジン制御を行っている。しかしながら、実際にはエンジンは、エンジンによって異なる固有の出力特性（つまり、出力特性のばらつき）、エンジンオイルの粘性、あるいは気温や使用環境等の外乱に影響されやすいという問題がある。このため、前述のように単に異なる２つのマップを用いてエンジン制御を行ったのでは、この問題に対応してエンジン制御を精度良く行うことは難しい。そこで、前述の問題に対応したマップを用いることでエンジン制御を精度良く行うことが考えられるが、このようにするとマップの数が多くなるばかりでなく、エンジン制御がより煩雑になるという別の問題が生じる。

また、特許文献２に記載のエンジン制御では、発進時または低速走行時においてのみ、
円滑なクラッチ制御および速度調節が実行できるものの、例えば変速時におけるエンジン回転のクラッチ回転との同期などのそれ以外の車両走行のシチュエーションでは、ショックが生じるなどの問題が考えられる。このため、エンジン制御をより一層精度良く行うためには、改良の余地がある。

更に、特許文献３に記載のエンジン制御では、ファジイ制御でエンジン制御が行われるが、一般にファジイ制御は制御対象に対してルール設定やファジー集合の調整が難しいことから、エンジン制御を精度良く行うためには制御が煩雑なってかなりの時間を要することが考えられる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の固有の出力特性、内燃機関のオイルの粘性、および外乱の各影響を抑制しつつ、内燃機関の制御をより簡単にかつより短時間に精度良く行うことができる内燃機関制御装置を提供することである。

前述の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関制御装置は、運転操作情報に基づいて内燃機関の目標内燃機関回転数を設定する目標内燃機関回転数設定部と、前記目標内燃機関回転数と内燃機関が実際に出力する実内燃機関回転数との内燃機関回転数偏差を演算する内燃機関回転数偏差演算部と、前記内燃機関回転数偏差演算部で演算された前記内燃機関回転数偏差に対してＰＩ−Ｄ制御することで目標内燃機関トルクを演算する目標内燃機関トルク演算部と、目標内燃機関トルク演算部で演算された前記目標内燃機関トルクと内燃機関が実際に出力する実内燃機関トルクとの内燃機関トルク偏差を演算する内燃機関トルク偏差演算部と、前記内燃機関トルク偏差演算部で演算された前記内燃機関トルク偏差に対してＩ−ＰＤ制御することで指示内燃機関トルクを出力する内燃機関トルク指示部と、前記内燃機関トルク指示部により出力された前記指示内燃機関トルクに基づいて前記内燃機関を制御する内燃機関制御部とを少なくとも備えていることを特徴としている。

また、本発明に係る内燃機関制御装置は、前記内燃機関回転数偏差に対応する前記目標内燃機関トルクのゲイン曲線のマップを有し、前記目標内燃機関トルク演算部が、前記マップから前記内燃機関回転数偏差に対応する前記目標内燃機関トルクのゲインに対してＰＩ−Ｄ制御することで目標内燃機関トルクを演算することを特徴としている。

更に、本発明に係る内燃機関制御装置は、前記目標内燃機関回転数設定部、前記内燃機関回転数偏差演算部、前記目標内燃機関トルク演算部、前記内燃機関トルク偏差演算部、および前記内燃機関トルク指示部が、自動変速機を制御する自動変速機制御装置に設けられていることを特徴としている。

このように構成された本発明に係る内燃機関制御装置によれば、そのときの内燃機関の出力状況から読み取れる、実内燃機関回転数の情報および実内燃機関トルクの情報に基づいて内燃機関が目標内燃機関回転数および目標内燃機関トルクとなるように制御される。その場合、内燃機関の制御の最初は目標内燃機関回転数と実内燃機関回転数との内燃機関回転数偏差に対して比較的速い制御を行うＰＩ−Ｄ制御が行われ、目標内燃機関トルクが演算される。次いで、演算された目標内燃機関トルクとエンジンが実際に出力する実内燃機関トルクとの偏差に対して比較的遅い制御を行うＩ−ＰＤ制御が行われ、指示内燃機関トルクが演算される。そして、演算された指示内燃機関トルクに基づいて内燃機関が制御される。こうして、内燃機関回転数が目標内燃機関回転数となるように調整されるとともに、内燃機関トルクが目標エンジントルクとなるように調整される。これにより、内燃機関個別の出力特性のばらつき、内燃機関のオイルの粘性、および気温や内燃機関使用環境
などの外乱による影響を抑制することができる。したがって、目標内燃機関回転数と実内燃機関回転数とのずれおよび目標内燃機関トルクと実内燃機関トルクとのずれをいずれも効率よく小さくすることができる。その結果、変速時のショックを低減することができるとともに、内燃機関をより短時間で目標内燃機関回転数および目標内燃機関トルクに調整することが可能となる。

本発明に係る内燃機関制御装置の実施の形態の一例を模式的に示すブロック図である。 この例の内燃機関制御装置による内燃機関の制御を説明する図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。
図１は本発明に係る内燃機関制御装置の実施の形態の一例を模式的に示すブロック図である。

図１に示すように、この例の内燃機関制御装置であるエンジン制御装置１は、車両の自動変速機を制御する変速機ＥＣＵ２（ＴＣＵ；本発明の自動変速機制御装置に相当）、および、エンジントルクを発生するエンジン３を制御するエンジンＥＣＵ４（本発明の内燃機関制御部に相当）、クラッチ回転数検出センサ５、アクセルペダル踏み込み量センサ６、エンジン回転数検出センサ７、およびエンジントルク検出センサ８を有する。

クラッチ回転数検出センサ５は、車両の自動変速機とともに用いられるクラッチの回転数を検出してクラッチ回転数信号を出力する。また、アクセルペダル踏み込み量センサ６はアクセルペダル（不図示）の踏み込み量を検出してアクセル開度信号を出力する。更に、エンジン回転数検出センサ７はエンジン３の回転数を検出してエンジン回転数信号を出力する。更に、エンジントルク検出センサ８はエンジン３の出力する実エンジントルクを検出して実エンジントルク信号を出力する。これらの各センサは、それぞれ従来公知のセンサを用いることができる。

そして、クラッチ回転数検出センサ５からのクラッチ回転数信号、アクセルペダル踏み込み量センサ６からのアクセル開度信号、エンジン回転数検出センサ７からのエンジン回転数信号、およびエンジントルク検出センサ８からの実エンジントルク信号が変速機ＥＣＵ２に入力される。

変速機ＥＣＵ２は、目標エンジン回転数設定部９、エンジン回転数偏差演算部１０、目標エンジントルク演算部１１、エンジントルク偏差演算部１２、およびエンジントルク指示部１３を有する。

目標エンジン回転数設定部９は、クラッチ回転数検出センサ５からのクラッチ回転数信号（情報）およびアクセルペダル踏み込み量センサ６からのアクセル開度信号（情報）に基づいて目標エンジン回転数を設定する。なお、目標エンジン回転数の設定は、車両の運転操作情報であるこれらのクラッチ回転数信号（情報）およびアクセル開度信号（情報）に加えて、例えばチェンジレバーシフト位置信号（情報）、ギア設定信号（情報）、車速信号（情報）等に基づいて行うこともできるし、目標とするエンジン回転数に関係する他の信号（情報）を用いることもできる。

図２に示すように、エンジン回転数偏差演算部１０はエンジン３の目標回転数（ｒｐｍ）とエンジン３が実際に出力する実エンジン回転数（ｒｐｍ）とのエンジン回転数偏差（ｒｐｍ）を演算する。

また、目標エンジントルク演算部１１は予め設定されたエンジン回転数偏差に対応する目標エンジントルクのゲイン曲線のマップ１４を有するとともに、目標エンジントルク（Ｎ・ｍ）を演算する目標エンジントルク演算部１５を有する。そして、目標エンジントルク演算部１１はこのマップ１４を用いてエンジン回転数偏差に対するゲインを決定し、このゲインに基づいて目標エンジントルク演算部１５でＰＩ−Ｄ（測定値微分先行形ＰＩＤ）による目標エンジントルクを演算する。つまり、最初は目標エンジン回転数に実エンジン回転数を追従させるため、かつ、ハンチングを防止するために、まず比較的速い制御を行うＰＩ−Ｄ制御が行われるようになっている。

更に、エンジントルク偏差演算部１２は、目標エンジントルクと実エンジントルク（Ｎ・ｍ）とのエンジントルク偏差（Ｎ・ｍ）を演算する。具体的には、エンジントルク偏差演算部１２は、エンジン３が実際に発生するエンジン発生トルクから摩擦等によるエネルギ損失トルクを差し引いた実エンジントルクを演算するとともに、目標エンジントルク演算部１５で演算した目標エンジントルクとこの実エンジントルクとのエンジントルク偏差を演算する。

更に、エンジントルク指示部１３は、指示エンジントルクを演算する指示エンジントルク演算部１６を有する。そして、エンジントルク指示部１３は、エンジントルク偏差演算部１２で演算されたエンジントルク偏差に基づいて指示エンジントルク演算部１６でＩ−ＰＤ（測定値比例微分先行形ＰＩＤ）による指示エンジントルクを演算する。つまり、ＰＩ−Ｄ制御により目標エンジン回転数と実エンジン回転数とのエンジン回転数偏差が比較的小さくなって予め設定された設定偏差以下になった状態で、比較的遅い制御を行うＩ−ＰＤ制御が行われてエンジントルク偏差が０あるいは略０となるように微調整されるようになっている。

更に、エンジントルク指示部１３は、指示エンジントルク演算部１６でＩ−ＰＤにより演算された指示エンジントルク信号をエンジンＥＣＵ４に出力する。エンジンＥＣＵ４はこの指示エンジントルク信号に基づいてエンジン制御信号をエンジン３に出力し、エンジン３を制御する。

この例のエンジン制御装置１によれば、そのときのエンジン３の出力状況から読み取れる、実エンジン回転数の情報および実エンジントルクの情報に基づいてエンジン３が目標エンジン回転数および目標エンジントルクとなるように制御される。その場合、エンジン３の制御の最初は目標エンジン回転数と実エンジン回転数とのエンジン回転数偏差に対して比較的速い制御を行うＰＩ−Ｄ制御が行われ、目標エンジントルクが演算される。次いで、演算された目標エンジントルクとエンジン３が実際に出力する実エンジントルクとの偏差に対して比較的遅い制御を行うＩ−ＰＤ制御が行われ、指示エンジントルクが演算される。そして、演算された指示エンジントルクに基づいてエンジン３が制御される。こうして、エンジン回転数が目標エンジン回転数となるように調整されるとともに、エンジントルクが目標エンジントルクとなるように調整される。これにより、エンジン個別の出力特性のばらつき、エンジンオイルの粘性、および気温やエンジン使用環境などの外乱による影響を抑制にすることができる。したがって、目標エンジン回転数と実エンジン回転数とのずれおよび目標エンジントルクと実エンジントルクとのずれをいずれも効率よく小さくすることができる。その結果、変速時のショックを低減することができるとともに、エンジン３をより短時間で目標エンジン回転数および目標エンジントルクに調整することが可能となる。

なお、本発明は前述の例に限定されることはなく、種々設計変更が可能である。例えば、前述の例ではＰＩ−Ｄ制御部とＩ−ＰＤ制御部とが個別に用いられているが、ＰＩ−Ｄ
制御とＩ−ＰＤ制御との両方を行う１つの２自由度ＰＩＤ（２ＤＯＦＰＩＤ）を用いることもできる。この２ＤＯＦＰＩＤを用いることで、更に外乱に対して強く目標値への到達速度を迅速に調整することが可能となる。要は、本発明は特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々設計変更が可能である。

本発明に係る内燃機関制御装置は、クラッチの断接制御に関連して実内燃機関回転数および実内燃機関トルクをそれぞれ目標内燃機関回転数および目標内燃機関トルクに制御する内燃機関制御装置に好適に利用可能である。

１…エンジン制御装置、２…変速機ＥＣＵ（ＴＣＵ）、３…エンジン、４…エンジンＥＣＵ、５…クラッチ回転数検出センサ、６…アクセルペダル踏み込み量センサ、７…エンジン回転数検出センサ、８…エンジントルク検出センサ、９…目標エンジン回転数設定部、１０…エンジン回転数偏差演算部、１１…目標エンジントルク演算部、１２…エンジントルク偏差演算部、１３…エンジントルク指示部、１４…ゲイン曲線のマップ、１５…目標エンジントルク演算部、１６…指示エンジントルク演算部

Claims (3)

1. 運転操作情報に基づいて内燃機関の目標内燃機関回転数を設定する目標内燃機関回転数設定部と、
   前記目標内燃機関回転数と内燃機関が実際に出力する実内燃機関回転数との内燃機関回転数偏差を演算する内燃機関回転数偏差演算部と、
   前記内燃機関回転数偏差演算部で演算された前記内燃機関回転数偏差に対してＰＩ−Ｄ制御することで目標内燃機関トルクを演算する目標内燃機関トルク演算部と、
   目標内燃機関トルク演算部で演算された前記目標内燃機関トルクと内燃機関が実際に出力する実内燃機関トルクとの内燃機関トルク偏差を演算する内燃機関トルク偏差演算部と、
   前記内燃機関トルク偏差演算部で演算された前記内燃機関トルク偏差に対してＩ−ＰＤ制御することで指示内燃機関トルクを出力する内燃機関トルク指示部と、
   前記内燃機関トルク指示部により出力された前記指示内燃機関トルクに基づいて前記内燃機関を制御する内燃機関制御部と、
   を少なくとも備えることを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記内燃機関回転数偏差に対応する前記目標内燃機関トルクのゲイン曲線のマップを有し、
   前記目標内燃機関トルク演算部は、前記マップから前記内燃機関回転数偏差に対応する前記目標内燃機関トルクのゲインに対してＰＩ−Ｄ制御することで目標内燃機関トルクを演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記目標内燃機関回転数設定部、前記内燃機関回転数偏差演算部、前記目標内燃機関トルク演算部、前記内燃機関トルク偏差演算部、および前記内燃機関トルク指示部は、自動変速機を制御する自動変速機制御装置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関制御装置。

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