JP2658348B2

JP2658348B2 - エンジン出力制御装置

Info

Publication number: JP2658348B2
Application number: JP2128589A
Authority: JP
Inventors: 一英栂井; 喜朗団野; 正人吉田; 誠島田; 克則上田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH02201059A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、たとえばスロットル弁によりエンジン出
力を制御するエンジン出力制御装置に関する。

（従来の技術）一般に、エンジン出力制御装置として、ドライブ・バ
イ・ワイヤ（Drive−by−Wire）と称するものが開発さ
れ、実用化されつつある。

これは、アクセスペダルとスロットル弁とを機械的に
連結せず、アクセルペダルの踏込み位置（操作量）を検
知し、その検知量から目標駆動軸トルクを定め、その目
標駆動軸トルクが得られるようにスロットル弁をモータ
駆動するものである。

ところで、スロットル弁を通った空気は燃料と混合さ
れてエンジンのシリンダ内に入り、そこでエンジン出力
が発生する。このエンジン出力は、オートマチックトラ
ンスミッション車の場合、トルクコンバータおよびトラ
ンスミッションを経て駆動軸に伝わり、さらに車輪を伝
わって駆動力となる。

したがって、車両におけるパワー発生伝達過程は、ス
ロットル弁からエンジン本体に至る吸気過程と、エンジ
ン本体から駆動軸に至るトルク伝達過程との２つの段階
に分けることができる。

（発明が解決しようとする課題）このようなパワー発生伝達過程において、吸気過程に
ついて見ると、スロットル弁を通して吸入された空気サ
ージタンクや吸気，圧縮，爆発のサイクル工程を経てト
ルクに反映されるまでの伝達遅れが存在する。

また、トルク伝達過程について見ると、トルクコンバ
ータのトルク比（つまりスリップ変化による回転慣性質
量の過渡的な加減速）による伝達遅れが存在する。

したがって、アクセル操作からトルク伝達までの応答
性が悪く、望みの駆動軸トルクをダイレクトに発揮する
のが困難となっている。

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、トルク伝達までの良好な
応答性を確保し、望みの駆動軸トルクを迅速にしかも精
度よく発揮することができるエンジン出力制御装置を提
供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）目標駆動軸トルクを決定する手段と、前記駆動軸に伝
わる実駆動軸トルクを求める手段と、この手段で求まる
実駆動軸トルクと前記目標駆動軸トルクとの偏差を求め
る手段と、前記目標駆動軸トルクから定常エンジン出力
トルクを求める手段と、この手段で求まる定常エンジン
出力トルクから定常エンジン出力制御量を求める手段
と、この手段で求まる定常エンジン出力制御量に対し前
記偏差をフィードバックして目標エンジン出力制御量を
求める手段と、この手段で求まる目標エンジン出力制御
量に応じてエンジン出力制御量を調節する手段と、車両
のパワー発生伝達過程を線形にしかも平衡状態からのず
れとして表わす数学モデルを有し、その数学モデルのパ
ラメータを前記車両の挙動から逆算して求める手段と、
前記フィードバックの制御系を含む車両全体を一つのシ
ステムとして捕え、そのシステムの特性が規範応答シス
テムの伝達特性に近似となるよう、前記求めたパラメー
タを用いて前記フィードバックのゲインを設定する手段
とを備える。

（作用）目標駆動軸トルクに基づく定常エンジン出力制御量に
対し、目標駆動軸トルクと実駆動軸トルクとの偏差がフ
ィードバックされ、吸入空気がトルクに反映されるまで
の伝達遅れ、およびトルクが駆動軸に伝わるまでの伝達
遅れなど、車両のパワー発生伝達過程が持つ非線形要素
が減少する。特に、フィードバックのゲインが、車両の
挙動に従って、しかも規範応答システムの伝達特性に従
って逐次に変化し、車両のパワー発生伝達過程がより線
形にしかも高応答の特性となる。

（実施例）以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。

第１図において、１はエアクリーナで、エレメント２
およびエアーフローセンサ３を有している。このエアー
フローセンサ３は、エレメント２を通して吸込まれる吸
入空気量を検出するものである。

このエアクリーナ１からエンジン本体４にかけて燃焼
用空気を導入する吸気路５が設けられ、その吸気路５の
中途部にスロットル弁６が配設されている。なお、吸気
路５において、5aはサージタンクである。

スロットル弁６は、吸気路５を通る空気の量を調節す
るもので、全閉位置から全開位置までスムーズな回動が
可能である。そして、このストットル弁６の回動軸がDC
モータ７のシャフトに連結されている。

さらに、スロットル弁６の回動軸にスロットル開度セ
ンサ８が取付けられている。このスロットル開度センサ
８は、たとえばポテンショメータであり、スロットル弁
６の開度に対応する電圧レベルの信号を出力するもので
ある。

また、エンジン本体４の出力側にトルクコンバータ９
のポンプが連結され、そのトルクコンバータ９のタービ
ンにシャフト10が連結されている。さらに、シャフト10
にトランスミッション11を介して駆動軸12が連結され、
その駆動軸12に車輪13が装着されている。

なお、トルクコンバータ９、シャフト10、およびトラ
ンスミッション11により、オートマチックトランスミッ
ションが構成されている。

また、上記エアーフローセンサ３で検出される吸入空
気量Ａはエンジン制御用コンピュータ（以下、ECIと称
す）14に送られ、そこで１回転当たりの吸入空気量A/Nr
が所定クランク角度毎に計算され、その吸入空気量A/Nr
に応じて決まる量の燃料がエンジン本体４のシリンダに
噴射されるようになっている。

さらに、ECI14で得られる吸入空気量A/Nrは、後述す
る空気量性部40に供給されるようになっている。

なお、吸入空気量の単位については、以下の説明で
も、１回転当りの空気量A/Nを使用する。

一方、20はアクセルペダルで、そのアクセルペダル20
の踏込み位置Apがアクセルペダル位置センサ21で検知さ
れるようになっている。そして、このアクセルペダル位
置センサ21の検知出力は目標駆動軸トルク決定部22に供
給される。

目標駆動軸トルク決定部22は、アクセルペダル位置Ap
と図示しない車速センサなどで検知される車速Ｖとをパ
ラメータとして目標駆動軸トルクTwtを決定するもの
で、たとえば低速域では発進時の加速感を考慮して車速
Ｖにかかわらずアクセルペダル位置Apに等しく対応する
値を決定し、車速Ｖが所定以上では速度の安定性（速度
維持）を考慮して車速Ｖの増加とともに減少する値を決
定するようになっている。この決定条件を第２図に示
す。

この目標駆動軸トルク決定部22で決定される目標駆動
軸トルクTwtは、減算部23に供給されるとともに、目標
空気量算出部30に供給される。

減算部23は、実駆動軸トルク算出部24から供給される
実駆動軸トルクTwmを上記目標駆動軸トルクTwtから減算
し、トルク偏差ΔTwを得るものである。

実駆動軸トルク算出部24は、図示しないエンジン回転
数センサで検知されるエンジン回転数Ne、および予め記
憶している前記トルクコンバータ９のトルク容量係数C,
トルク比τを用い、下式から実駆動軸トルクTwmを算出
するものである。

Twm＝τ（ｅ）Ｃ（ｅ）Ne² ここで、ｅはエンジン本体４の出力軸とトルクコンバ
ータ９のタービンとの回転数比であり、この回転数比ｅ
をパラメータとしてトルク容量係数C,トルク比τが定ま
るようになっている。この関係を第３図に示す。

なお、計算によらなくても、トルクメータを使った計
測によって実駆動軸トルクTwmを求めることも可能であ
る。

目標空気量算出部30は、目標駆動軸トルクTwtから定
常エンジン出力トルクTeoを算出する定常エンジン出力
トルク算出部31、この算出部31で求まる定常エンジン出
力トルクTeoから定常エンジン出力制御量であるところ
の定常吸入空気量A/Noを求める定常空気量算出部32、上
記トルク偏差ΔTwからフィードバックの操作量ΔA/Nを
得る調節器33、この調節器33で得られる操作量ΔA/Nを
補正量として定常吸入空気量A/Noに加算する加算部34か
らなり、目標駆動軸トルクTwtに基づき、かつトルク偏
差ΔTwのフィードバックにより、目標エンジン出力制御
量であるところの目標吸入空気量A/Ntを求めるものであ
る。

ここで、定常エンジン出力トルク算出部31は、下式の
ように、トランスミッション11のギヤ比ρおよびトルク
コンバータ９のトルク比τを考慮した上で、目標駆動軸
トルクTwtに対応する定常状態でのエンジン出力トルクT
eoを算出し、それを定常エンジン出力トルクとして出力
するものである。

Teo＝Twt/（ρτ）定常空気量算出部32は、吸入空気量A/Nとエンジン出
力Teとの間にある第４図に示す関係をマップ（対応表）
として記憶しており、そのマップに基づいて上記定常エ
ンジン出力トルクTeoに対応する定常吸入空気量A/Noを
求めるものである。なお、第４図の関係を数式として記
憶しておき、その数式を使って定常吸入空気量A/Noを算
出することも勿論可能である。

調節器33は、たとえばPID調節器であり、後述のゲイ
ン算出部60によって逐次に設定される積分ゲインc₀,比
例ゲインc₁,微分ゲインc₂を用い、下式のようにトルク
偏差ΔTwからフィードバックの操作量ΔA/Nを演算して
求めるものである。

ΔA/N＝c₀∫（ΔTw）＋c₁（ΔTw）＋c₂d/dt（ΔTw）なお、調節器33としては、PID調節器に限らず、Ｐ調
節器、PI調節器、PD調節器など、いずれを用いてもよ
い。

しかして、目標空気量算出部30で求まる目標吸入空気
量A/Ntは、空気量制御部40に供給される。

この空気量制御部40は、エンジン回転数Neをパラメー
タとして吸入空気量A/Nとスロットル開度θとの間にあ
る第５図の関係に基づき、目標空気量算出部30からの目
標吸入空気量A/Ntに対応する目標スロットル開度θ_１を
算出し、その目標スロットル開度θ_１に対応する電圧レ
ベルの開度設定信号をモータ駆動制御部25に供給するも
のである。

また、空気量制御部40は、スロットル位置の誤差によ
る吸入空気量の偏差を修正するべく、吸入空気量A/Nrを
フィードバックするようになっている。

この空気量制御部40の具体例を第６図に示す。

第６図に示すように、目標吸入空気量A/Ntが目標スロ
ットル開度算出部41および減算部42に供給される。

目標スロットル開度算出部41は、目標吸入空気量A/Nt
とエンジン回転数Neとから目標スロットル開度θｔを算
出するものである。

減算部42は、目標吸入空気量A/Ntと吸入空気量A/Nrと
の偏差を算出するもので、その偏差はPI調節器43におい
てフィードバックの操作量Δθとなる。そして、この操
作量Δθが加算部44で目標スロットル開度θｔに加算さ
れ、最終的な目標スロットル開度θ_１が得られるように
なっている。

モータ駆動制御部25は、空気量制御部40からの開度設
定信号の電圧レベルに対し、前記スロットル開度センサ
８の出力電圧レベルが一致するよう、DCモータ７を駆動
するものである。

一方、50はモデルパラメータ算出部で、車両のパワー
発生伝達過程をその平衡状態（＝定常状態）からずれた
状態として線形的に表わす数学モデルを記憶しており、
その数学モデルのパラメータ（係数）a₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,
a₃₃を車両の挙動である吸入空気量A/Nr,エンジン回転数
Ne,車速Ｖなどの検知データから逐次に逆算して求める
ものである。

このモデルパラメータ算出部50で算出されるパラメー
タa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a₃₃は、ゲイン算出部60に供給され
るようになっている。

ゲイン算出部60は、調節器33を主体としたフィードバ
ック制御系を含む車両全体を一つのシステムとして備
え、そのシステムの吸気からトルク伝達までの特性が規
範応答システムの伝達特性に近似となるよう、上記パラ
メータa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a₃₃を用いてフィードバックの
ゲインつまりPIDゲインを算出し、そのPIDゲインを調節
器33に対して設定するものである。

なお、パラメータa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a₃₃からPIDゲイン
を予め算出し、それをマップとしてゲイン算出部60に記
憶しておき、ゲイン算出部60では入力されるパラメータ
に応じてマップを参照し、PIDゲインを求める構成とし
てもよい。

ここで、モデルパラメータ算出部50に記憶されている
数学モデルを第７図に示す。

この数学モデルは、スロットル弁６を通過した所定量
Ai（A/Nr）の空気がいかにして駆動軸トルクに変換され
て車両の挙動に現われるかを、線形に、しかも平衡状態
からのずれとして表わしている。

すなわち、Arはエンジン出力に相当する爆発工程の空
気量であり、エンジン回転数Neおよび車速Ｖとともに車
両の挙動を示す変数である。

すなわち、スロットル弁６を通った所定量Aiの空気は
吸気遅れ要素［1/1＋Ta S］を経て空気量Arとなる。こ
の空気量Arはパラメータa₂₁を介してエンジン出力Teと
なり、そのエンジン出力Teはエンジンの慣性要素［1/Ie
S］を経てエンジン回転数Neとなる。

エンジン回転数Neは、パラメータa₂₂を介してエンジ
ン慣性の入力側に戻るとともに、パラメータa₃₂,ギヤ比
要素（1/ρ），車体慣性要素［1/It S］を経て車速Ｖと
なる。この車速Ｖは、ギヤ比ρによりタービン回転角速
度ωｔに変換される。

タービン回転角速度ωｔは、パラメータa₂₃を介して
エンジン慣性要素の入力側に戻るとともに、パラメータ
a₃₃を介してギヤ比要素の入力側に戻る。

なお、Taは吸気管の容積およびエンジンシリンダの体
積で決まる吸気の時定数。Ｓは伝達関数。Ieはエンジン
慣性モーメント。Itは車体慣性モーメント。ρはトラン
スミッション11のギヤ比。Loadは路面の負荷である。ま
た、パラメータa₂₁は、第４図に示した空気量A/Nとエン
ジン出力Teとの換算係数である。パラメータa₂₂,a₂₃,a
₃₂,a₃₃は、目標駆動軸トルクTwtの決定に使用した第３
図のトルクコンバータ特性に対応している。

したがって、爆発工程空気量Arを計算で推定して割当
て、さらにエンジン回転数Ne,車速V,空気量Aiを実測デ
ータとして割当てれば、パラメータa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a
₃₃を逆算して求めることができる。

以下、上記の数学モデルを作成するまでのプロセスに
ついて説明する。

まず、空気量の伝達について説明する。

スロットル弁の下流の空気通路容積内空気質量の単位
時間当りの変化はスロットル弁からの流入量とシリンダ
への流出量の差である。

ｍ＝Gin−Gex ……（１）ここで、Gmはスロットル弁の下流の空気通路容積内空
気質量。Ginは単位時間当りのスロットル弁通過空気
量。Gexは単位時間当りのシリンダ吸入空気量である。
なお、これらGm,Gin,Gexを第１図の吸気系に示してい
る。

Gexは、Gmとエンジン回転数Neに比例する。

ここで、V₁はスロットル弁の下流の空気通路容積。V₂
はシリンダ容積、ηは体積効率。Toはエンジン１回転当
りの時定数である。

この式を（１）式に代入すると、となる。

これは、空気量が一時遅れの伝達特性を持つことを示
している。

（３）式を（２）式のGexとGmの関係を使って書き直
すと、スロットル弁通過空気量質量とシリンダ吸入空気
質量の関係は、となる。

（４）式の両辺を単位時間当りの回転数で割れば、空
気量（A/N）に関する（５）式が導かれる。

ここで、Ao（ｔ）はシリンダに吸入される空気量。Ai
（ｔ）はスロットル弁通過空気量である。

この空気量がトルクに変わるのは、シリンダに吸入さ
れてから、吸気，圧縮，爆発というサイクル工程を経た
時点である。これは、制御において無駄な時間として表
わされる。この無駄な時間は吸気工程開始から数える
と、1.5回転に相当しており、次の式が得られる。

ここで、（Lo/Ne）は無駄時間である。

これを使い、シリンダの吸入空気量Aoとエンジン出力
に相当する爆発工程の空気量Arとの関係を表わしたのが
（７）式である。

一方、エンジンおよび車体がある平衡状態（Ne,ωt,A
o,Ar）にあるとき、入力空気量の変化ΔAiに対応して爆
発工程空気量Ar,エンジン回転角速度ωe,タービン回転
数ωｔがその平衡状態から微小量ΔAr,ΔNe,Δωｔ変化
するものと仮定する。

この場合、空気量についての次の関係が成立する。

なお、空気量についてはスロットル弁通過空気量Aiか
ら爆発工程空気量Arまでの伝達特性の時定数を（ωe/
T_L）の１次遅れで近似した。

ここで、平衡状態であるとの仮定により、Ar＝Aiが成
立し、次の形になる。

また、エンジン回転角速度ωｅについては次の式が成
立つ。

Ｉ（ｅ＋Δｅ）＝Te（ωｅ＋Δωe,Ar＋ΔAr） −T_P（ωｅ＋Δωe,ωｔ＋Δωｔ） ……（13）なお、Tpはトルクコンバータの吸収トルクである。

そして、ΔArの変化に対し、エンジン出力Teは平衡状
態からΔTe、トルコン吸収トルクTpはΔTpだけ変化した
とする。

すると、 Te（ωｅ＋Δωe,Ar＋ΔAr）＝Te（ωe,Ar）＋ΔTe ……（14） T_P（ωｅ＋Δωe,ωｔ＋Δωｔ）＝T_P（ωe,ωｔ）＋ΔT_P ……（15）となる。

（ωe,ωt,Ar）は平衡状態であるから、下式が得られ
る。

ｅ＝０ ……（16） Te（ωe,Ar）＝T_P（ωe,ωｔ） ……（17）エンジン回転角速度ωｅの微小変化分の方程式は、次
のようになる。

IeΔｅ＝ΔTe−ΔT_P ……（18） ΔTe,ΔTpは、Δωe,Δωt,ΔArについて次のように
線形方程式で表わされる。

タービンについても同様に考えて近似する。

結果として次の線形微分方程式が得られる。

Δｒ＝−TaΔAr＋TaΔAi ……（21）ここで、（22）式の∂Te/∂Arをパラメータa₂₁ をパラメータa₂₂ をパラメータa₂₃ （23）式の∂Tt/∂ωｅをパラメータa₃₂ をパラメータa₃₃ とする。

なお、Ttはトルクコンバータの出力トルクである。

したがって、システムとしては次のような状態空間表
現形式になる。

＝Ａω＋Bu ……（24）ｙ＝Ｃω ……（25） ω＝［ΔAr,Δωe,Δωｔ］^ｔ状態ベクトルＡ＝［a ij］システムマトリクス（21）（22）（23）式でのΔAr,Δωe,Δωｔの計数Ｂ＝［Ta,0,0］^ｔ入力計数ベクトルＣ＝出力係数ベクトル（たとえばタービン回転数に対し
ては［0,0,1］）ｕ＝入力、ｙ＝出力ここまでは数学モデルの作成に至るプロセスの説明で
ある。

以下、ゲイン算出部60のゲイン算出の基準となる伝達
関数について説明する。

上記（24）（25）式で入力ｕから出力ｙに至る伝達関
数Ｇ（ｓ）は、伝達関数の定義により次の形となる。

Ｇ（ｓ）＝Ｃ［sI−Ａ］^-1B ……（31）なお、ｓは微分作用素、Ｉは単位マトリクスである。

この式により、吸気からエンジン回転角速度ωｅへの
伝達関数Ge（ｓ）、および吸気からタービン回転数ωｔ
への伝達関数Gt（ｓ）は、それぞれ次の形となる。

ここで、Ｈ（ｓ）＝（ｓ−a₁₁）（ｓ−a₂₂）（ｓ−a₃₃） −（ｓ−a₁₁）a₂₃a₃₂ b₁＝Ta,a₁₁＝−Ta ……（34）である。

そして、吸気から駆動軸トルクへの伝達関数をタービ
ントルクの摂動より求めると、次のようになる。

ここで、である。

これに上記（32）（33）式を代入すると、吸気からタ
ービントルクへの伝達関数は次のようになる。

ｋは負荷による係数であり、と計算されるが、ほとんど零なので無視する。よって、
この伝達関数は、となる。なお、T₁は路面負荷トルク。

この式の分子をｓにするべく分母を（It b₁ a₂₁
a₃₂）で割ると、となる。

ここで、である。

すなわち、（41）式が制御対象である車両の伝達関数
である。

ところで、前記したように、ゲイン算出部60は、調節
器33を主体としたフィードバック制御系を含む車両全体
を一つのシステムとして捕え、そのシステムの吸気から
トルク伝達までの特性を規範応答システムの伝達特性に
近似となるよう、パラメータa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a₃₃を用
いてPIDゲインを求める構成である。

このPIDゲインを求めるまでのプロセスを以下に示
す。

第８図に示すように、フィードバック制御系と制御対
象である車両とを一つのシステムとして見なし、そのシ
ステムの入出から出力への伝達特性の目標として規範応
答システムの伝達特性を対応させる。この規範応答シス
テムとしては、たとえば第９図に示すステップ応答波形
を採用する。

フィードバック制御系の伝達関数をとする。

目標である規範応答システムの伝達関数の分母は次の
ようにおく。

ｒ（ｓ）＝１＋r₀＋r₁ qs＋r₂ q² s²＋… ……（51）ここで、ｑは応答時間を正規化するためのファクタで
ある。

１＋ro,r₁,r₂,……は、応答波形を決めるパラメータ
であり、目的に応じ決定する。

フィードバック制御系および車両からなるシステムの
オープンループ伝達関数は、となる。これを第10図に示す。

クローズドループの伝達特性は、となる。これを第11図に示す。

規範応答システムの伝達関数を1/r（ｓ）に等しいと
置くと、次の等式が成立する。

右辺を分母多項式に展開し、その係数を低次より順に
c₀,c₁,c₂に等しいと置いていく。

PID調節に対しては、ｃ（ｓ）は２次式である。

ｃ（ｓ）＝c₀＋c₁ s＋c₂ s² ……（59）そのため、c₃＝０と置き、上記３次方程式（58）を解
く。このときの正の最小根がｑである。このｑを（55）
（56）（57）式に用いてc₀,c₁,c₂を求める。

c₀は積分ゲイン、c₁は比例ゲイン、c₂は微分ゲインで
ある。

つぎに、上記のような構成において第12図を参照しな
がら動作を説明する。

アクセルペダル20を踏込むと、その踏込み位置Apがア
クセルペダル位置センサ21で検知される。

このとき、車速Ｖが低速域であれば、発進時の加速感
を考慮して、車速Ｖにかかわらずアクセルペダル位置Ap
に等しく対応する目標駆動軸トルクTolが目標駆動軸ト
ルク決定部22で決定される。車速Ｖが所定以上であれ
ば、速度の安定性（速度維持）を考慮して、車速Ｖの増
加とともに減少する目標駆動時トルクTwtが目標駆動軸
トルク決定部22で決定される。

決定された目標駆動軸トルクTwtは、減算部23および
目標空気量算出部30に供給される。

また、目標駆動軸トルクTwtの決定と同時に、実駆動
軸トルク算出部24において、エンジン回転数Ne、および
トルクコンバータ９のトルク容量係数C,トルク比τか
ら、実駆動軸トルクTwmが算出される。そして、目標駆
動軸トルクTwtと実駆動軸トルクTwmとの偏差ΔTwが求め
られ、それが補正量として目標空気量算出部30に供給さ
れる。

目標空気量算出部30は、目標駆動軸トルクTwtに対応
する定常エンジン出力トルクTeoをトランスミッション1
1のギヤ比ρおよびトルクコンバータ９のトルク比τを
考慮した上で算出し、さらに定常エンジン出力トルクTe
oを得るのに必要な定常吸入空気量A/Noをマップから求
める。同時に、トルク偏差ΔTwに基づくフィードバック
の操作量ΔA/Nを調節器33から得る。そして、操作量ΔA
/Nを定常吸入空気量A/Noに加算し、目標吸入空気量A/Nt
を求める。

こうして、目標吸入空気量A/Ntが求まると、その目標
吸入空気量A/Ntを得るのに必要なスロットル開度θ_１が
空気量制御部40において算出される。そして、スロット
ル開度θ_１に対応する開度設定信号がモータ駆動制御部
25に供給され、スロットル弁６が目標スロットル開度θ
ｔとなるようにDCモータ７の駆動がなされる。

このように、目標駆動軸トルクに基づく定常吸入空気
量A/Noに対し、目標駆動軸トルクTwtと実駆動軸トルクT
wmとの偏差ΔTwをフィードバックすることにより、スロ
ットル弁６を通して吸入された空気が吸気路５や吸気，
圧縮，爆発のサイクル工程を経てトルクに反映されるま
での伝達遅れ、およびエンジン本体４から出力されたト
ルクがトルクコンバータ９を経て駆動軸12に伝わるまで
の伝達遅れなど、車両のパワー発生伝達過程が持つ非線
形要素が減少する。

一方、吸入空気量A/Nrおよび車両の挙動を示すエンジ
ン回転数Ne,車速Ｖが実測データとしてモデルパラメー
タ算出部50に入力されており、その算出部50においてパ
ラメータa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a₃₃が求められる。

モデルパラメータ算出部50は、爆発工程空気量Arを入
力データから推定し、それを入力データと共に変数とし
て第７図の数学モデルに割当て、パラメータa₂₁,a₂₂,a
₂₃,a₃₂,a₃₃を逆算して求める。

この場合、車両の挙動が変化するのに伴い、求まるパ
ラメータが逐次に変化することになる。

こうして、パラメータa₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₂,a₃₃はゲイン
算出部60に供給され、そこでPIDゲインが算出される。

このPIDゲインの算出に当っては、車両およびフィー
ドバック制御系を一つのシステムとして捕え、そのシス
テムの吸気からトルク伝達までの特性が規範応答システ
ムの伝達特性に近似となるよう、算出が行なわれる。そ
して、算出されたPIDゲインは、調節器33に逐次に設定
される。

すなわち、調節器33で得られる操作量ΔA/Nには、車
両のパワー発生伝達過程の特性を車両の挙動変化にかか
わらず常に線形化させようとする要素が含まれており、
しかも当該フィードバック制御系を含む全ての伝達特性
を規範応答システムの伝達特性に近似させようとする要
素も含まれている。

このように、車両の挙動変化を捕えながら、しかも規
範応答システムの伝達特性に従って、逐次にフィードバ
ックのゲインを設定することにより、車両のパワー発生
伝達過程をより線形にしかも高応答の特性にすることが
できる。

したがって、吸気してから駆動軸12にトルクが伝わる
までの良好な応答性を確保することができ、望みの駆動
軸トルクをダイレクトにしかも精度よく発揮することが
できる。しかも、フィードバックのゲインを走行実験等
の試行錯誤で探し出すという面倒な作業が不要である。

これらの効果に伴い、オートクルーズコントロールや
トランクションコントロールを一つのシステムとして高
精度に一体化することができる。

また、モデルパラメータ算出部50に記憶されている数
学モデルを利用し、車両の故障診断をオンラインで実行
できるという利点がある。

車両を走行させて実際に駆動軸12に伝わる駆動軸トル
クT₁を計測し、それを他の計測データと比較して示した
のが第13図である。

すなわち、パワー発生伝達過程の非線形要素を減らす
べくエンジン回転数Neおよびエンジン出力Teが変化し、
駆動軸トルクTolが目標駆動軸トルクTwtにほぼ一定に維
持される。

参考のため、アクセルペダルとスロットル弁とが機械
的に結合している車両の計測データを第14図に示す。

すなわち、アクセルペダルの踏込み位置Apを一定に維
持すると、エンジン回転数Neおよびエンジン出力Teが安
定化するが、パワー発生伝達過程と非線形要素（トルク
コンバータのトルク比変化など）により、駆動軸トルク
Tolは減少する。

なお、上記実施例では、フィードバックの調節器とし
てPID調節器を用いたが、前記したようにＰ調節器、PI
調節器、PD調節器など、いずれを用いてもよい。

また、上記実施例では、スロットル弁をDCモータで駆
動したが、DCモータに限らずステップモータを使って駆
動してもよく、その場合は目標スロットル開度に対応す
る数の駆動パルスをステップモータへ供給し、スロット
ル弁を目標スロットル開度に設定することになる。な
お、モータ駆動に限らず、油圧駆動あるいは空気圧駆動
も可能である。

さらに、エンジン出力制御量が吸入空気量であるガソ
リンエンジンを例に説明したが、エンジン出力制御量が
燃料噴射量であるディーゼルエンジンについても同様に
適用可能である。この場合、エンジンの出力を遅れが吸
入から爆発までの工程遅れのみであるため、伝達関数は
同じだが、時定数が小さくなり、フィードバックゲイン
を高くできるという点だけ異なる。ただし、制御はA/で
なく、燃料量で行なうものである。

その他、この発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

［発明の効果］以上述べたようにこの発明によれば、目標駆動軸トル
クを決定する手段と、車両の駆動軸に伝わる実駆動軸ト
ルクを求める手段と、この手段で求まる実駆動軸トルク
と前記目標駆動軸トルクとの偏差を求める手段と、前記
目標駆動軸トルクから定常エンジン出力トルクを求める
手段と、この手段で求まる定常エンジン出力トルクから
定常エンジン出力制御量を求める手段と、この手段で求
まる定常エンジン出力制御量に対し前記偏差をフィード
バックして目標エンジン出力制御量を求める手段と、こ
の手段で求まる目標エンジン出力制御量に応じてエンジ
ン出力制御量を調節する手段と、前記車両のパワー発生
伝達過程を線形につかも平衡状態からのずれとして表わ
す数学モデル有し、その数学モデルのパラメータを前記
車両の挙動から逆算して求める手段と、この手段で求ま
るパラメータにより前記フィードバックのゲインを設定
する手段と、前記フィードバックの制御系を含む車両全
体を一つのシステムとして捕え、そのシステムの特性が
規範応答システムの伝達特性に近似となるよう、前記求
めたパラメータを用いて前記フィードバックのゲインを
設定する手段とを備えたので、トルク伝達までの良好な
応答性を確保し、望みの駆動軸トルクをダイレクトにし
かも精度よく発揮することができるエンジン出力制御装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成およびそれに関わる
車両の要部の構成を示す図、第２図は同実施例における
目標駆動軸トルクの決定条件を示す図、第３図は同実施
例における実駆動軸トルク算出に用いるデータを示す
図、第４図は同実施例における定常エンジン出力トルク
算出に用いるデータを示す図、第５図は同実施例におけ
るスロットル開度算出に用いるデータを示す図、第６図
は同実施例における空気量制御部の具体的な構成を示す
図、第７図は同実施例におけるモデルパラメータ算出部
の数学モデルを示す図、第８図は同実施例におけるゲイ
ン算出条件を示す図、第９図は同実施例におけるゲイン
算出の目標となる規範応答システムの一例を示す図、第
10図および第11図はそれぞれ同実施例におけるゲイン算
出過程を示す図、第12図は同実施例の動作を説明するた
めのフローチャート、第13図は同実施例の効果を説明す
るための図、第14図は従来のエンジン出力制御を参考の
ために示す図である。４……エンジン本体、６……スロットル弁、９……トル
クコンバータ、12……駆動軸、22……目標駆動軸トルク
決定部、23……減算部、24……日標駆動軸トルク算出
部、30……目標空気量算出部、33……調節器、50……モ
デルパラメータ算出部、60……ゲイン算出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島田誠東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者上田克則東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−74733（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−75334（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−45438（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン出力制御量に基づいたエンジン出
力を駆動軸に伝える車両において、目標駆動軸トルクを
決定する手段と、前記駆動軸に伝わる実駆動軸トルクを
求める手段と、この手段で求まる実駆動軸トルクと前記
目標駆動軸トルクとの偏差を求める手段と、前記目標駆
動軸トルクから定常エンジン出力トルクを求める手段
と、この手段で求まる定常エンジン出力トルクから定常
エンジン出力制御量を求める手段と、この手段で求まる
定常エンジン出力制御量に対し前記偏差をフィードバッ
クして目標エンジン出力制御量を求める手段と、この手
段で求まる目標エンジン出力制御量に応じて前記エンジ
ン出力制御量を調節する手段と、前記車両のパワー発生
伝達過程を線形にしかも平衡状態からのずれとして表わ
す数学モデルを有し、その数学モデルのパラメータを前
記車両の挙動から逆算して求める手段と、前記フィード
バックの制御系を含む車両全体を一つのシステムとして
捕え、そのシステムの特性が規範応答システムの伝達特
性に近似となるよう、前記求めたパラメータを用いて前
記フィードバックのゲインを設定する手段とを具備した
ことを特徴とするエンジン出力制御装置。