JP2018105396A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の加速性能の確保と補機の継続的な稼働との両立を図る。【解決手段】駆動輪に走行のための回転駆動力を供給する駆動源、及びこの駆動源から回転駆動力の供給を受けて稼働する補機が搭載された車両の制御装置であって、補機による駆動源に対する負荷が大きい場合、同補機の負荷が小さい場合と比較して、駆動源と駆動輪との間に介在する自動変速機を、より高い車速に到達するまでアップシフトせず、またより高い車速からダウンシフトするように制御する制御装置を構成した。【選択図】図６

Description

本発明は、駆動輪に走行のための回転駆動力を供給する駆動源、及びこの駆動源から回転駆動力の供給を受けて稼働する補機が搭載された車両の制御装置に関する。

車両の室内の温度調節のために働くエアコンディショナは、駆動源、典型的には内燃機関から駆動力の伝達を受けて回転するコンプレッサにより気体の冷媒を圧縮し、その圧縮した冷媒をコンデンサにおいて放熱させ液体化した後、エバポレータに導いて気化させ、室内の空気と熱交換するものである。内燃機関と冷媒圧縮用のコンプレッサとの間には、両者を断接するマグネットクラッチが介在している。内燃機関及び補機の運転制御を司る電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、エアコンディショナの作動時に当該クラッチを締結してコンプレッサを稼働させる。そして、エアコンディショナの非作動時には当該クラッチを開放し、コンプレッサの稼働を停止させる（例えば、下記特許文献を参照）。

クラッチを締結して冷媒圧縮用コンプレッサを稼働させるとき、内燃機関に対する機械的な負荷が急増する。つまり、コンプレッサの稼働に起因してエンジン回転数が低落し、車体にショックを与える懸念がある。そこで、クラッチの締結に先んじて、内燃機関の気筒に充填される吸気量（及び、燃料噴射量）を増量して内燃機関の出力トルクを増大させ、しかる後クラッチを締結することで、エンジン回転数の低落及びショックの発生を抑制することが通例となっている。

翻って、クラッチを開放してコンプレッサの稼働を停止させるときには、気筒に充填される吸気量を減量して内燃機関の出力トルクを減少させ、しかる後クラッチを開放する。これにより、エンジン回転数の不必要な上昇を回避する。

冷媒圧縮用コンプレッサが固定容量式のものである場合、コンプレッサによる内燃機関に対する負荷を可変調整することができない。冷媒圧が高いときには、コンプレッサが内燃機関の出力トルクを多く消費することから、内燃機関から車両の駆動輪に供給することのできる余裕駆動力、換言すれば車両の加速性能が低下してしまう。上述の通り、コンプレッサの稼働時には、気筒に充填される吸気量を増量補正しているのであるが、スロットルバルブが既にある程度以上開いている状態で、さらにスロットルバルブの開度を拡大する操作を行ったとしても、内燃機関の出力トルクはあまり増大しない。運転者から見れば、アクセルペダルを強く踏み込んだとしても望んだ加速を得られないことになる。

従って、高い加速性能を確保するためには、コンプレッサの稼働を停止せざるを得ず、冷房性能が犠牲となる。このような問題は、小排気量の内燃機関を搭載した小型車両を高温地帯において運用する際に顕在化する。

特開２０１６−１９１３２１号公報

本発明は、車両の加速性能の確保と補機の継続的な稼働との両立を図ることを所期の目的としている。

本発明では、駆動輪に走行のための回転駆動力を供給する駆動源、及びこの駆動源から回転駆動力の供給を受けて稼働する補機が搭載された車両の制御装置であって、補機による駆動源に対する負荷が大きい場合、同補機の負荷が小さい場合と比較して、駆動源と駆動輪との間に介在する自動変速機を、より高い車速に到達するまでアップシフト（低速段位から高速段位への変更、または減速比（変速比）をより小さくする変更をいう）せず、またより高い車速からダウンシフト（高速段位から低速段位への変更、または減速比をより大きくする変更をいう）するように制御する制御装置を構成した。

本発明によれば、車両の加速性能の確保と補機の継続的な稼働との両立を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態における車両用エアコンディショナの構成を示す図。 同実施形態の制御装置が制御するスロットルバルブの開度と、アクセルペダルの踏込量及びコンプレッサの負荷との関係を示す図。 同実施形態の制御装置がマグネットクラッチを締結するときに実行する処理の内容を示すタイミング図。 同実施形態の制御装置がマグネットクラッチを開放するときに実行する処理の内容を示すタイミング図。 同実施形態の制御装置が制御する自動変速機のアップシフト時の変速線図。 同実施形態の制御装置が制御する自動変速機のダウンシフト時の変速線図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態において車両の駆動源となる内燃機関の概要を示す。内燃機関は、例えば火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒エンジン。図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

図２に、車両の室内の空調を行うエアコンディショナ５の構成を示す。エアコンディショナ５は、冷媒を圧縮し高圧化するコンプレッサ５１と、圧縮された高圧冷媒を放熱させて液化させるコンデンサ５２と、コンデンサ５２を強制的に空冷するためのコンデンサファン５３と、液化しなかった気体の冷媒を液化した冷媒から分離するレシーバ５４と、液化した冷媒を噴出させるエキスパンションバルブ５５と、噴出して気化した冷媒を受け入れ室内の空気と熱交換させるエバポレータ５６と、高温化した内燃機関の冷却水を受け入れ室内の空気と熱交換させるヒータコア５９と、室内の空気を吸引しエバポレータ５６に向けて吐出してその空気を再び室内に送り込むブロワファン５７と、ブロワファン５７から吐出されエバポレータ５６を通り抜けた空気をどの程度ヒータコア５９に吹き当てるかを調節するエアミックスダンパ５０とを要素に含む。コンプレッサ５１、コンデンサ５２、レシーバ５４、エキスパンションバルブ５５及びエバポレータ５６は、ループする冷媒流路により接続してある。

コンプレッサ５１は、内燃機関に付随する補機の一種であり、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転駆動され、冷媒を圧縮する。本実施形態では、コンプレッサ５１として、ベーン式のロータリコンプレッサを想定している。内燃機関のクランクシャフトとコンプレッサ５１との間には、両者の接続を断接切換可能なマグネットクラッチ６が介在する。尤も、クラッチ６は、マグネットクラッチには限定されず、液圧（油圧）制御される態様のクラッチであっても構わない。

コンデンサ５２は、車両のエンジンルームにおける走行風が当たる部位に配置しており、コンデンサファン５３を回転させているか否かにかかわらず、車両の走行中にエンジンルームに吹き込む走行風により冷却される。コンデンサ５２の背後には、内燃機関の冷却水を放熱させるラジエータ７が控えている。ラジエータ７もまた、走行風により冷却される。

コンデンサファン５３は、内燃機関の冷却水を放熱させるラジエータ７を強制的に空冷するためのラジエータファンをも兼ねている。コンデンサファン兼ラジエータファン５３は、ラジエータ７の背後に位置し、前方から空気を吸引して後方に吐出することで、コンデンサ５２及びラジエータ７をともに冷却する。

ブロワファン５７から吐出された空気は、エバポレータ５６を通過する際に、冷媒から冷熱を得（冷媒に熱を奪われ）て低温化する。同時に、当該空気に含まれていた水蒸気が凝縮してエバポレータ５６に付着し、湿度が低下する。エバポレータ５６は、夏期に室内の温度を低下させる冷房のためだけでなく、冬季に室内の湿度を低下させて車両の窓ガラスの曇りを低減する役割をも担う。

エアミックスダンパ５０は、エバポレータ５６を通過した空気のうち、ヒータコア５９を通過して室内に向かう空気の量と、ヒータコア５９を迂回して室内に向かう空気の量との割合を調節する。このエアミックスダンパ５０により、室内に吹き出す風の温度を調整することが可能である。

本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサ（エンジン回転センサ）から出力されるクランク角信号ｂ、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｅ、外気温を検出する外気温センサから出力される外気温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、エバポレータ５６若しくはその近傍またはその下流の温度を検出する温度センサから出力されるエバポレータ温信号ｈ、エアコンディショナ５のコンデンサ５２から流下する（コンデンサの下流５２かつエキスパンションバルブ５５の上流の）冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサから出力される冷媒圧信号ｍ、車室内の温度を検出する室内温センサから出力される室内温信号ｔ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、内燃機関と車両の駆動輪とを繋ぐ自動変速機の変速段（または、減速比）を指令する制御信号ｎ、マグネットクラッチ６に通電する電気回路上のスイッチに対してクラッチ締結信号ｏ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｍ、ｔを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、吸気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率、エアコンディショナ５のコンプレッサ５１の稼働のＯＮ／ＯＦＦ、自動変速機の変速段等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、エアコンディショナ５を作動させる旨の指令が搭乗者によって与えられ、コンプレッサ５１を稼働させて冷媒の圧縮を実行するべき状況において、マグネットクラッチ６を締結し、内燃機関のクランクシャフトとコンプレッサ５１とを接続する。コンプレッサ５１を稼働させるべき状況とは、例えば、エバポレータ温信号ｈを参照して知得されるエバポレータ温度が所定の稼働条件温度よりも上昇したときである。エアコンディショナ５を作動させるべき旨の指令は、例えば、搭乗者がコックピット内に設けられたエアコンスイッチを手指でＯＮに操作することを通じて行われる。

そして、コンプレッサ５１を停止するべき状況では、マグネットクラッチ６の締結を解除して、内燃機関のクランクシャフトとコンプレッサ５１とを切り離す。コンプレッサ５１を停止するべき状況とは、例えば、エバポレータ温度が所定の停止条件温度よりも低下したときである。停止条件温度の値は、上記の稼働条件温度の値よりもやや（例えば、１℃ないし２℃程度）低い。

ＥＣＵ０は、コンプレッサ５１を稼働させる場合、コンプレッサ５１を稼働させない場合と比較して、同じアクセルペダルの踏込量に対するスロットルバルブ３２の開度をより大きく拡大し、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を増量補正する。これにより、コンプレッサ５１が消費する回転駆動力を補う。特に、本実施形態では、図３に示すように、コンプレッサ５１による内燃機関に対する負荷が大きくなるほど、スロットルバルブ３２の開度をより大きく拡大するようにしている。

コンプレッサ５１の内燃機関に対する負荷は、エンジン回転数（に比例するコンプレッサ５１の回転数）及び冷媒圧に基づいて推測することができる。コンプレッサ５１による負荷は、冷媒圧が高くなるほど大きくなる一方、エンジン回転数が高くなるほど小さくなる傾向にある。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及び冷媒圧と、コンプレッサ５１による負荷との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及び冷媒圧をキーとして当該マップを検索し、現在のコンプレッサ５１の負荷の推定値を知得する。

マグネットクラッチ６を締結してコンプレッサ５１を稼働させるにあたっては、図４に示すように、コンプレッサ５１を稼働させるべき状況にあると判断した時点ｔ₁からマグネットクラッチ６を締結する時点ｔ₂までの間の遅延時間において、スロットルバルブ３２の開度を徐々に拡大する操作を行う。これは、クラッチ６の締結前に予め内燃機関の出力する駆動力を増大させておき、クラッチ６締結時におけるエンジン回転数の低落及び車体へのショックの発生を抑制する意図である。

翻って、マグネットクラッチ６を開放してコンプレッサ５１を停止させるにあたっては、図５に示すように、コンプレッサ５１を停止させるべき状況にあると判断した時点ｔ₃からマグネットクラッチ６を開放する時点ｔ₄までの間の遅延時間において、スロットルバルブ３２の開度を徐々に縮小する操作を行う。これは、クラッチ６の開放前に予め内燃機関の出力する駆動力を減少させておき、クラッチ６開放時におけるエンジン回転数の不必要な上昇を回避する意図である。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、図６に示すように、コンプレッサ５１による内燃機関に対する負荷が大きい場合、コンプレッサ５１による内燃機関に対する負荷が小さい場合と比較して、車両の自動変速機がより高い車速に到達するまでアップシフトしないように、自動変速機の変速線を変更する。

コンプレッサ５１の負荷が大きいほど、自動変速機のアップシフトを行う条件となる車速を高く設定することにより、コンプレッサ５１の負荷が大きい状態では、自動変速機のアップシフトの時期が遅くなり、より長い期間に亘って低速段位での走行が継続されるようになる。結果、自動変速機を介してより大きな回転駆動力を駆動輪に入力することができ、コンプレッサ５１の稼働を停止せずに車両の加速性能を高めることが可能となる。

なお、運転者がアクセルペダルを踏み込むことで、スロットルバルブ３２の開度がベース線、即ちコンプレッサ５１を稼働させない（コンプレッサ５１による負荷が０の）場合の変速線を超えて高くなるときには、スロットルバルブ３２の開度を、図３に示しているアクセルペダルの踏込量に応じた（そして、現在のコンプレッサ５１の負荷の大きさに対応した）本来の開度よりも縮小し（特に、ベース線を越えて高くならないようにクリップし）、その状態で車速がアップシフトのための（現在のコンプレッサ５１の負荷の大きさに対応した）変速線の高さまで上昇するのを待ち、しかる後に自動変速機をアップシフトする。

並びに、本実施形態のＥＣＵ０は、図７に示すように、コンプレッサ５１による内燃機関に対する負荷が大きい場合、コンプレッサ５１による内燃機関に対する負荷が小さい場合と比較して、自動変速機がより高い車速からダウンシフトするように、自動変速機の変速線を変更する。

コンプレッサ５１の負荷が大きいほど、自動変速機のダウンシフトを行う条件となる車速を高く設定することにより、コンプレッサ５１の負荷が大きい状態では、自動変速機のダウンシフトの時期が早くなり、より長い期間に亘って低速段位での走行が継続されるようになる。結果、自動変速機を介してより大きな回転駆動力を駆動輪に入力することができ、コンプレッサ５１の稼働を停止せずに車両の加速性能を高めることが可能となる。

本実施形態では、駆動輪に走行のための回転駆動力を供給する駆動源（内燃機関）、及びこの駆動源から回転駆動力の供給を受けて稼働する補機（コンプレッサ５１）が搭載された車両の制御装置であって、補機による駆動源に対する負荷が大きい場合、同補機の負荷が小さい場合と比較して、駆動源と駆動輪との間に介在する自動変速機を、より高い車速に到達するまでアップシフトせず、またより高い車速からダウンシフトするように制御する制御装置０を構成した。本実施形態によれば、車両の加速性能の確保と補機の継続的な稼働との両立を図ることができる。特に、コンプレッサ５１の稼働を停止することなく、つまりはエアコンディショナ５の冷房性能を犠牲にすることなく、運転者の望む加速性能を実現することが可能となる。

補機による負荷が大きい場合には自動変速機の変速線を高車速側に偏倚させる一方、補機による負荷が小さい場合には変速線を高車速側に偏倚させないので、徒にエンジン回転数を上昇させずに済み、燃料消費量の増加を抑制することができる。このことは、燃費性能の一層の向上に寄与する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、車両の駆動源として内燃機関を想定していたが、駆動源が電動機であることもあり得る。駆動源として内燃機関と電動機との双方を搭載したハイブリッド車両に本発明を適用することも、当然に可能である。

また、上記実施形態では、補機としてエアコンディショナ５の冷媒圧縮用コンプレッサ５１を想定していたが、車両の電装系に電力を供給するための発電機や、冷却水、潤滑油、トランスミッションフルード等の流体を吐出し圧送するためのポンプもまた補機に該当し、当該補機の内燃機関に対する負荷の大きさに応じて自動変速機の変速線を変更することも考えられる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載された駆動源及び自動変速機の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
５１…補機（冷媒圧縮用コンプレッサ）
６…クラッチ
ａ…車速信号
ｂ…クランク角信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…開度操作信号
ｍ…冷媒圧信号
ｎ…自動変速機の制御信号
ｏ…クラッチ締結信号

Claims (1)

1. 駆動輪に走行のための回転駆動力を供給する駆動源、及びこの駆動源から回転駆動力の供給を受けて稼働する補機が搭載された車両の制御装置であって、
   補機による駆動源に対する負荷が大きい場合、同補機の負荷が小さい場合と比較して、駆動源と駆動輪との間に介在する自動変速機を、より高い車速に到達するまでアップシフトせず、またより高い車速からダウンシフトするように制御する制御装置。

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