JP2019064412A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを最適燃費線に近い点で動作させることができる、車両用制御装置を提供する。【解決手段】目標加速度に基づいて設定される目標エンジン出力、上限目標エンジン出力および下限目標エンジン出力のいずれか、または、実エンジン回転数に基づいて設定される上限理想エンジン出力もしくは下限理想エンジン出力の１つが選択されて、その選択結果に応じた目標スロットル開度が設定される。上限理想エンジン出力および下限理想エンジン出力は、最適燃費線に基づいて設定されるので、上限理想エンジン出力または下限理想エンジン出力に応じた目標スロットル開度が設定される期間は、エンジンを最適燃費線に近い点で動作させることができる。一方、目標エンジン出力、上限目標エンジン出力および下限目標エンジン出力のいずれかに応じた目標スロットル開度が設定される期間は、車両１を実車速から目標車速まで目標加速度で加速させることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンを搭載した車両用の制御装置に関する。

従来、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作なしで車速を設定速度に保持して車両を走行させるクルーズコントロール機能が知られている。また、最近の車両には、車両を前方の先行車両との車間距離を一定に保持しつつ先行車両に追従して走行させる機能、いわゆるアダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control）機能が搭載されてきている。

図７は、車両を目標車速で走行させる制御の内容を示すブロック図である。

たとえば、運転者による設定速度を目標車速として車両を走行させる制御では、車両に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）により、その目標車速と車両の現在の実車速との差に応じた目標加速度が設定される。

ＥＣＵは、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、目標エンジン出力設定部１０１および目標スロットル開度設定部１０２を有している。目標エンジン出力設定部１０１では、車両の車速を目標車速に目標加速度で到達させるために必要となるエンジン出力が目標エンジン出力として設定される。目標スロットル開度設定部１０２では、目標エンジン出力と現在の実エンジン回転数とに基づいて、エンジンに付随して設けられている電子スロットルバルブ１０３の開度の目標値である目標スロットル開度が設定される。そして、電子スロットルバルブ１０３の開度が目標スロットル開度に一致するように制御される。

また、ＥＣＵに内蔵されているメモリには、変速の条件となるスロットル開度および車速を定めた変速線図が保存されている。ＥＣＵでは、目標スロットル開度および車両の実車速に応じた変速比（変速段）が変速線図から求められる。そして、ＥＣＵにより、その変速比が得られるように、自動変速機の油圧回路に含まれる変速のためのソレノイドバルブ（変速ソレノイド）１０４が制御される。

特開２００３−３４３３０５号公報

エンジンは、最良の燃費状態が達成されるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す特性線である最適燃費線を有している。ところが、クルーズコントロール機能またはアダプティブクルーズコントロール機能により車両を目標車速で走行させる制御では、前述のように、最適燃費線が考慮されずに目標スロットル開度および変速比が設定される。そのため、エンジンの動作点がなりゆきとなり、エンジンが最適燃費線上から離れた点で動作する場合がある。

本発明の目的は、エンジンを良好な燃費状態で動作させることができる、車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係る車両用制御装置は、エンジンを搭載した車両に適用される制御装置であって、車両の車速を実車速から目標車速に変更する際の目標加速度に応じた、エンジンのスロットル開度の目標値である第１スロットル開度と、エンジンの実回転数に応じた、エンジンのスロットル開度の目標値である第２スロットル開度との一方を選択して、その選択した第１スロットル開度または第２スロットル開度に基づいて、目標スロットル開度に設定する目標スロットル開度設定手段と、目標スロットル開度に基づいて、エンジンのスロットルバルブの開度を制御するスロットル制御手段とを含む。

第１スロットル開度は、エンジンのスロットル開度の目標値であって、車両の車速を実車速から目標車速に変更する際の目標加速度に応じた目標値である。第２スロットル開度は、エンジンのスロットル開度の目標値であって、エンジンの実回転数に応じた目標値である。第１スロットル開度または第２スロットル開度の一方に基づいて、目標スロットル開度が設定され、その目標スロットル開度に基づいて、エンジンのスロットルバルブの開度が制御される。

たとえば、最良の燃費状態が達成されるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す特性線である最適燃費線に基づいて、エンジンの実回転数に応じたエンジントルクの目標値が設定され、その目標値のエンジントルクが得られるスロットル開度を第２スロットル開度として導出することができる。この手法で導出される第２スロットル開度が目標スロットル開度に設定される期間は、エンジンを最適燃費線に近い点で動作させることができる。一方、第１スロットル開度が目標スロットル開度に設定される期間は、車両を実車速から目標車速まで目標加速度で加速させることができ、たとえば、車両が上り勾配の路面に進入した場合にも車両を十分に加速させることができる。

よって、車速を目標車速に保持して車両を走行させる時に、エンジンを良好な燃費状態で動作させることができながら、必要に応じて適度な加速度で車両を加速させることができる。

また、本発明の他の局面に係る車両用制御装置は、エンジンからの動力を変速する変速機を搭載した車両に適用される制御装置であって、目標スロットル開度および車両の実車速に応じた、変速機の変速比の目標値である第１変速比と、目標加速度に応じた、変速機の変速比の目標値である第２変速比との一方を選択して、その選択した第１変速比または第２変速比に基づいて、目標変速比に設定する目標変速比設定手段と、目標変速比に基づいて、前記変速機の変速比を制御する変速比制御手段とを含む。

この構成によれば、目標スロットル開度および車両の実車速に応じた第１変速比と目標加速度に応じた第２変速比との一方が選択されて、その選択された第１変速比または第２変速比に基づいて、目標変速比が設定され、その目標変速比に基づいて、変速機の変速比が制御される。

たとえば、車両の実車速から目標車速まで目標加速度で加速するために必要なエンジン出力が求められ、最適燃費線に基づいて、エンジン出力に応じたエンジン回転数の目標値が設定され、その目標値のエンジン回転数が得られる変速比を第２変速比として導出することができる。この手法で導出される第２変速比が目標変速比に設定される期間は、エンジンを最適燃費線に近い点で動作させることができる。第２変速比が変速線図に基づく第１変速比から大きくずれる場合には、第１変速比が目標変速比に設定されることにより、車両を目標車速で走行させる制御の終了後に変速比が急変することを抑制でき、変速比の急変による違和感を運転者に与えることを抑制できる。

本発明によれば、クルーズコントロール機能またはアダプティブクルーズコントロール機能による車両の走行時など、車両を目標車速で走行させる時に、エンジンを良好な燃費状態で動作させることができながら、必要に応じて適度な加速度で車両を加速させることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置が搭載された車両の要部の構成を示す図である。 車両を目標車速で走行させる制御の内容を示すブロック図である。 エンジンの燃費率マップおよび最適燃費線を示す図である。 目標エンジン出力の設定手法について説明するための図である。 各変速段のアップシフト線図およびダウンシフト線図である。 目標変速比の設定手法について説明するための図である。 車両を目標車速で走行させる従来制御の内容を示すブロック図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置が搭載された車両１の要部の構成を示す図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。エンジン２の出力は、トルクコンバータ３および変速機４を介して、車両１の左右の駆動輪に伝達される。変速機４は、たとえば、ベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）である。

エンジン２には、エンジン２の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ４１（図２参照）、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。また、エンジン２には、その始動のためのスタータが付随して設けられている。

車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１１が備えられている。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ、データフラッシュ（フラッシュメモリ）などが内蔵されている。図１には、エンジン２、トルクコンバータ３および変速機４を含む駆動伝達系を制御するための１つのＥＣＵ１１のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ１１と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ１１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ１１には、制御に必要な各種センサが接続されている。各種センサには、たとえば、エンジン２の回転（クランクシャフトの回転）に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサ２１、エンジン２の電子スロットルバルブ４１の開度（スロットル開度）に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサ２２および車両１の走行に伴って回転する回転体の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力する車速センサ２３が含まれる。

ＥＣＵ１１では、エンジン回転センサ２１およびスロットル開度センサ２２の各検出信号からエンジン２の回転数であるエンジン回転数およびスロットル開度が取得される。また、車速センサ２３の検出信号から車両１の車速が取得される。そして、ＥＣＵ１１により、エンジン回転数やスロットル開度などの情報に基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２に設けられた電子スロットルバルブ４１、インジェクタおよび点火プラグなどが制御される。また、ＥＣＵ１１により、車速などの情報に基づいて、変速機４の変速制御などのため、変速機４の各部に油圧を供給するための油圧回路に含まれる変速のためのソレノイドバルブである変速ソレノイド４２（図２参照）などが制御される。

＜クルーズコントロール＞
図２は、車両１を目標車速で走行させる制御の内容を示すブロック図である。

車両１は、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作なしで車速を設定速度に保持して車両１を走行させるクルーズコントロール機能を有している。クルーズコントロール機能による車両１の走行時には、ＥＣＵ１１により、運転者による設定速度を目標車速として車両１を走行させる制御が実行される。

この制御では、ＥＣＵ１１により、その目標車速と車両１の現在の実車速、つまり車速センサ２３の検出信号から取得される車速との差に応じた目標加速度が設定される。

ＥＣＵ１１は、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、上下限エンジン出力設定部３１、理想エンジン出力設定部３２、上下限ガード部３３、目標スロットル開度設定部３４、目標エンジン出力設定部３５、理想変速比設定部３６、上下限変速比設定部３７および変速比選択部３８を有している。

上下限エンジン出力設定部３１では、車両１の実車速を目標車速に目標加速度で到達させるために必要となるエンジン出力が目標エンジン出力として設定される。目標加速度は、目標車速と実車速との差が大きいほど大きな値に設定されるが、車両１の加速性能から上限がある。また、目標加速度が小さいほど実車速が目標車速に到達するのに時間がかかるので、目標加速度には下限がある。そこで、上下限エンジン出力設定部３１では、目標加速度の上限および下限（上下限加速度）に応じて、目標エンジン出力の上限である上限目標エンジン出力と、目標エンジン出力の下限である下限目標エンジン出力とが設定される。

ＥＣＵ１１の不揮発性メモリには、図３に一例が示される燃費率マップおよび最適燃費線が保存されている。燃費率マップは、等燃費率におけるエンジン回転数とエンジントルクの位置をプロットした等高線を示す。等高線の中心に近いほど、燃費率（燃料消費率）が良好である。最適燃費線は、エンジン２の最良の燃費状態が達成されるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す特性線である。

理想エンジン出力設定部３２では、エンジン２の最適燃費線に基づいて、現在の実エンジン回転数、つまりエンジン回転センサ２１の検出信号から取得されるエンジン回転数に応じたエンジントルクが設定され、そのエンジントルクと実エンジン回転数との乗算により理想エンジン出力が設定される。

上下限ガード部３３では、図４に示されるように、理想エンジン出力設定部３２により設定された理想エンジン出力の値に所定値が加算されることにより上限理想エンジン出力が設定され、また、理想エンジン出力の値から所定値が減算されることにより下限理想エンジン出力が設定される。

そして、上下限ガード部３３では、上下限エンジン出力設定部３１により設定された目標エンジン出力、上限目標エンジン出力および下限目標エンジン出力、上限理想エンジン出力ならびに下限理想エンジン出力が比較される。そして、図４に薄い太線で示されるように、目標エンジン出力が上限理想エンジン出力と下限理想エンジン出力との間の範囲に含まれる場合、目標エンジン出力がそのまま目標エンジン出力に設定される。目標エンジン出力が上限理想エンジン出力よりも大きい場合、上限理想エンジン出力が目標エンジン出力に設定される。目標エンジン出力が下限理想エンジン出力よりも小さい場合、下限理想エンジン出力が目標エンジン出力に設定される。また、下限理想エンジン出力が上限目標エンジン出力よりも大きい場合、上限目標エンジン出力が目標エンジン出力に設定され、上限理想エンジン出力が下限目標エンジン出力よりも小さい場合、下限目標エンジン出力が目標エンジン出力に設定される。

目標スロットル開度設定部３４では、上下限ガード部３３により設定された目標エンジン出力を得ることができるスロットル開度が目標スロットル開度として設定される。

そして、ＥＣＵ１１により、電子スロットルバルブ４１の開度が目標スロットル開度に一致するように制御される。

目標エンジン出力設定部３５では、実車速を目標車速に目標加速度で到達させるために必要となるエンジン出力が変速比設定用の目標エンジン出力として設定される。

理想変速比設定部３６では、エンジン２の最適燃費線に基づいて、変速比設定用の目標エンジン出力および実エンジン回転数に応じた目標エンジン回転数が設定される。そして、理想変速比設定部３６では、実車速に基づいて、実エンジン回転数を目標エンジン回転数に一致させる変速機４の変速比が理想変速比として設定される。

上下限変速比設定部３７では、変速線図に基づいて、目標スロットル開度設定部３４により設定された目標スロットル開度および実車速に応じた変速機４の変速比が基準変速比として設定される。変速線図は、スロットル開度（アクセル開度）および車速と変速比数との関係を定めたマップであり、ＥＣＵ１１の不揮発性メモリに保存されている。変速線図では、図５に示されるように、ＡＴ（Automatic Transmission：自動変速機）における１〜４速段の各変速段に相当する変速比間の変速の条件となるスロットル開度および車速が定められている。この変速の条件を定める変速線図には、Ｎ速段（Ｎ：１〜３）からＮ＋１速段へのアップシフトの条件を定めたアップシフト線図と、Ｎ＋１速段からＮ速段へのダウンシフトの条件を定めたダウンシフト線図とが含まれている。上下限変速比設定部３７では、各変速段のアップシフト線図およびダウンシフト線図から、基準変速比が含まれ得る変速段の変速比の範囲の上限および下限がそれぞれ上限変速比および下限変速比として設定される。

変速比選択部３８では、理想変速比設定部３６で設定された理想変速比と上下限変速比設定部３７で設定された上限変速比および下限変速比とが比較される。そして、図６に薄い太線で示されるように、理想変速比が上限変速比と下限変速比との間の範囲に含まれる場合、理想変速比が目標変速比に設定される。理想変速比が上限変速比よりも大きい場合、上限変速比が目標変速比に設定される。理想変速比が下限変速比よりも小さい場合、下限変速比が目標変速比に設定される。

そして、ＥＣＵ１１により、変速機４の変速比が目標変速比に一致するように、変速機４の油圧回路に含まれる変速ソレノイド４２が制御される。

＜作用効果＞
以上のように、目標加速度に基づいて設定される目標エンジン出力、上限目標エンジン出力および下限目標エンジン出力のいずれか、または、実エンジン回転数に基づいて設定される上限理想エンジン出力もしくは下限理想エンジン出力の１つが選択されて、その選択結果に応じた目標スロットル開度が設定される。上限理想エンジン出力および下限理想エンジン出力は、最適燃費線に基づいて設定されるので、上限理想エンジン出力または下限理想エンジン出力に応じた目標スロットル開度が設定される期間は、エンジン２を最適燃費線に近い点で動作させることができる。一方、目標エンジン出力、上限目標エンジン出力および下限目標エンジン出力のいずれかに応じた目標スロットル開度が設定される期間は、車両１を実車速から目標車速まで目標加速度で加速させることができる。そのため、車両１が上り勾配の路面に進入した場合にも車両１を十分に加速させることができる。

よって、車速を目標車速に保持して車両１を走行させる時に、エンジン２を良好な燃費状態で動作させることができながら、必要に応じて適度な加速度で車両１を加速させることができる。

また、変速線図に基づいて上限変速比および下限変速比が設定され、最適燃費線に基づいて理想変速比が設定される。そして、理想変速比が上限変速比と下限変速比との間の範囲に含まれる場合、理想変速比が目標変速比に設定される。理想変速比が目標変速比に設定される期間は、エンジン２を最適燃費線に近い点で動作させることができる。理想変速比が上限変速比よりも大きい場合は、上限変速比が目標変速比に設定され、理想変速比が下限変速比よりも小さい場合は、下限変速比が目標変速比に設定される。これにより、車両１を目標車速で走行させる制御の終了後に変速比が急変することを抑制でき、変速比の急変による違和感を運転者に与えることを抑制できる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、変速機４は、ベルト式の無段変速機であるとしたが、これに限らず、有段式の自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）であってもよいし、動力分割式無段変速機であってもよい。動力分割式無段変速機は、たとえば、変速比の変更により動力を無段階に変速するベルト式の無段変速機構を備え、インプット軸とアウトプット軸との間で動力を２つの経路に分岐して伝達可能な変速機である。

また、車両１がクルーズコントロール機能を有しているとしたが、車両１は、アダプティブクルーズコントロール機能を有していてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
２：エンジン
４：変速機
１１：ＥＣＵ（スロットル制御手段、変速比制御手段）
３１：上下限エンジン出力設定部（目標スロットル開度設定手段）
３２：理想エンジン出力設定部（目標スロットル開度設定手段）
３３：上下限ガード部（目標スロットル開度設定手段）
３４：目標スロットル開度設定部（目標スロットル開度設定手段）
３５：目標エンジン出力設定部（目標変速比設定手段）
３６：理想変速比設定部（目標変速比設定手段）
３７：上下限変速比設定部（目標変速比設定手段）
３８：変速比選択部（目標変速比設定手段）
４１：電子スロットルバルブ（スロットルバルブ）

Claims (2)

1. エンジンを搭載した車両に適用される制御装置であって、
   前記車両の車速を実車速から目標車速に変更する際の目標加速度に応じた、前記エンジンのスロットル開度の目標値である第１スロットル開度と、前記エンジンの実回転数に応じた、前記エンジンのスロットル開度の目標値である第２スロットル開度との一方を選択して、その選択した前記第１スロットル開度または前記第２スロットル開度に基づいて、目標スロットル開度に設定する目標スロットル開度設定手段と、
   前記目標スロットル開度に基づいて、前記エンジンのスロットルバルブの開度を制御するスロットル制御手段とを含む、制御装置。
2. エンジンからの動力を変速する変速機を搭載した車両に適用される制御装置であって、
   目標スロットル開度および前記車両の実車速に応じた、前記変速機の変速比の目標値である第１変速比と、前記目標加速度に応じた、前記変速機の変速比の目標値である第２変速比との一方を選択して、その選択した前記第１変速比または前記第２変速比に基づいて、目標変速比に設定する目標変速比設定手段と、
   前記目標変速比に基づいて、前記変速機の変速比を制御する変速比制御手段とを含む、制御装置。

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