JP2913824B2 - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents

車両用エンジンの制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、車両用エンジンの制御装置に関し、特にコ
ーナ等の旋回走行時における運転性の向上技術に関す
る。
〈従来の技術〉 この種の車両用エンジンの制御装置の従来例として、
以下のようなものがある。
すなわち、車両運転状態から、車両進行方向に略直交
する方向に作用する横向き加速度を、推定し、この横向
き加速度と駆動輪のグリップ限界とを比較し、車両が外
側にふくらむ前にエンジン出力を徐々に低下するように
している。
これにより、車両の旋回走行中に、ドライバーの加速
要求に応じてエンジン出力を増大させたときに、駆動輪
のグリップ限界付近において駆動輪のコーナリングフォ
ースを減少させ、前輪駆動車においてはアンダーステア
を回避し、また後輪駆動車においてはオーバステアを回
避するようにしている。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、前記従来のエンジン制御装置においては、
横向き加速度が駆動輪のグリップ限界に近づいたときに
エンジン出力を低下させているので、アクセル中間開度
においてアクセルペダルを踏み込んでも全く加速しない
領域が発生する。このため、コーナ走行中の加速性やコ
ーナ出口付近での再加速性を悪化させるという不具合が
ある。
また、アクセル開度と駆動力とが対応しないので、ド
ライバーは駆動輪のグリップ限界がどこにあるのか把握
できないという不具合がある。また、車両姿勢(例えば
ロール)が変動しないようにエンジン出力を低下させる
ので、例えば後輪駆動車において駆動輪をある程度滑ら
せるオーバステアぎみの旋回走行を好む熟練ドライバー
には前記方式では好ましくなかった。
さらに、車両姿勢が変わり易い旋回走行中に、横向き
加速度のみから駆動輪のグリップ限界を推定するので
は、推定の正確さに欠け、唐突なアンダーステアやオー
バステアを回避するという本来の効果を充分に発揮でき
ないという不具合がある。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、
旋回走行中に車両姿勢の安定化を図りつつ加速性等を向
上できる車両用エンジンの制御装置を提供するというこ
とを目的とする。
〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は第1図に示すように、アクセルペ
ダルの操作量を検出するアクセルペダル操作量検出手段
Aと、車両進行方向に対して略直交する方向に車両に作
用する横向き加速度を直接的若しくは間接的に検出する
横向き加速度検出手段Bと、検出された横向き加速度に
基づいて、路面に伝達できる駆動輪の最大許容駆動力を
設定する最大許容駆動力設定手段Cと、設定された最大
許容駆動力を略最大値として、前記検出されたアクセル
ペダルの操作量に基づいて駆動軸の目標駆動軸トルクを
設定する目標駆動軸トルク設定手段Dと、設定された目
標駆動軸トルクに実駆動軸トルクが略一致するようにエ
ンジンEの出力を制御する駆動軸トルク制御手段Fと、
を備えるようにした。
〈作用〉 このようにして、横向き加速度に基づいて駆動輪の最
大許容駆動力を設定した後、この最大許容駆動力を略最
大値としてアクセルペダルの操作量とに基づいて目標駆
動軸トルクを設定する。
そして、設定された目標駆動軸トルクに実駆動軸トル
クが略一致するように、エンジンの出力を制御するよう
にした。
〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第2図〜第7図に基づい
て説明する。尚、本実施例では自動変速機を備える後輪
駆動車両について説明する。
第2図において、エンジン1の出力は、トルクコンバ
ータ2を介してトランスミッション3に伝達された後、
駆動軸4に伝達される。また、エンジン1の吸気通路5
にはスロットル弁6が介装され、スロットル弁6はサー
ボモータ7により開閉駆動される。サーボモータ7は、
サーボ駆動回路8により、ポテンショメータ等のスロッ
トルセンサ9により検出された実スロットル開度がCPU1
0から入力される目標スロットル開度になるように通電
制御され、スロットル弁6の開度をフィードバック制御
する。
前記CPU10には、アクセルペダルの操作量(開度)を
検出するアクセル操作量検出手段としてのポテンショ式
アクセル開度センサ11からのアクセル開度検出信号と、
クランク軸又はカム軸に設けられるクランク角センサ12
からの基準信号(例えば4気筒機関ではクランク角度で
180°毎)及び単位信号(クランク角度で例えば2°
毎)と、前記スロットルセンサ9からのスロットル開度
検出信号とが入力されている。
また、CPU10には、トルクコンバータ2の出力軸2Aの
回転速度を検出する出力軸回転速度センサ13からの回転
速度検出手段と、トランスミッション3のシフト位置
(ギヤ位置)を検出するシフト位置センサ14からのシフ
ト位置検出信号と、駆動軸4の回転速度から車速を検出
する車速センサ15からの車速検出信号と、ステアリング
の操舵角を検出する操舵角センサ16からの操舵角検出信
号と、が入力されている。さらに、CPU10には、駆動輪
近くのサスペンションに取付けられ車体の上下方向の変
位量を検出するストロークセンサ17からの変位量検出信
号と、雨滴を感知する雨滴感知センサ18からの雨滴検出
信号と、が入力されている。
CPU10は、ROM19に格納されたプログラム及び制御デー
タに従って作動し、前記サーボ駆動回路8に目標スロッ
トル開度信号を出力するようになっている。また、CPU1
0は、各気筒の燃料噴射弁20を駆動して燃料噴射制御を
行うと共に、点火栓21をイグニッションコイル22を介し
て点火作動させるようになっている。
ここでは、CPU10が最大許容駆動力設定手段と目標駆
動軸トルク設定手段とを構成する。また、スロットル弁
6とサーボモータ7とサーボ駆動回路8とスロットルセ
ンサ9とCPU10が駆動軸トルク制御手段と構成する。
次に作用を第3図のフローチャートに従って説明す
る。このルーチンは一定周期(例えば10msec)毎に実行
される。
S1では、アクセル開度センサ11により検出されたアク
セル開度を読込む。
S2では、クランク角センサ12からの検出信号に基づい
て機関回転速度を算出する。具体的には、基準信号の入
力周期又は所定時間内における単位信号の入力数を計測
することにより機関回転速度を算出する。
S3では、出力軸回転速度センサ13により検出されたト
ルクコンバータ2の出力軸回転速度を読込む。
S4では、シフト位置センサ14により検出されたシフト
位置を読込む。
S5では、車速センサ15からの信号(駆動軸4の回転速
度)に基づいて実車速を読込む。
S6では、操舵角センサ16により検出された転舵角を読
込む。
S7では、読込まれた実車速Vと操舵角αとに基づい
て、車両の横向き加速度YGを次式により算出する。した
がって、車速センサ15と操舵角センサ16とが横向き加速
度を間接的に検出する横向き加速度検出手段を構成す
る。尚、加速度センサを用いて横向き加速度を直接的に
検出してもよい。
YG=V2/R=V2・α{L・N(1+A・V2)} Lはホイールベース距離、Nはステアリングのギヤ比、
Aはスタビリティファクターで車両固有の定数、Rは旋
回半径である。
S8では、4輪の各コーナリングフォースが略同一であ
ると仮定して、算出された横向き加速度YGに基づいて駆
動輪1輸当たりのコーナリングフォースFCを次の簡易式
により算出する。
FC=W・YG/4 Wは車両総重量である。
S9では、駆動輪に作用する駆動輪荷重WRを、前記スト
ロークセンサ17により検出された車体変位量に基づいて
推定する。具体的には、車体が常態位置から下方に変化
したときにはその変位量が大きくなるに従って駆動輪荷
重が大きくなるように推定し、逆に上方への変位量が大
きくなるに従って駆動輪荷重が小さくなるように推定す
る。
S10では、雨滴感知センサ18により検出された雨量に
基づいて、路面摩擦係数μを推定する。具体的には、雨
量が多くなるほど路面摩擦係数が小さくなるように推定
する。
S11では、駆動輪1輪当たりの最大許容駆動力FMを、
以下の如く算出する。まず、前記S9にて推定された駆動
輪荷重WRとS10にて推定された路面摩擦係数μとに基づ
いて、駆動輪が路面に伝達できる最大グリップ力FR(=
μ・WR)を算出する。
そして、算出された最大グリップ力FRと前記コーナリ
ングフォースFCとに基づいて、駆動輪最大許容駆動力FM
を次式により算出する。従って、この部分が最大許容駆
動力設定手段を構成する。
FM=(FR2+FC21/2 かかる演算式は、公知の摩擦の概念により、第4図に示
すように、最大グリップ力FRを半径とし、コーナリング
フォースFCに直交する方向への最大グリップ力FRの分力
を、駆動輪最大許容量駆動力FMとして求めるものであ
る。このとき、コーナリングフォースに直交する方向へ
の最大グリップ力の分力を駆動輪最大許容駆動軸トルク
に設定したので、この最大許容駆動軸トルクは現在の運
転状態のコーナリングフォースに影響を与えない範囲で
設定される。
S12では、目標駆動軸トルクTORを、以下の如く算出す
る。まず、本実施例は後輪駆動車両であるので、最大駆
動軸トルクTMAX(2輪の合計)を、前記駆動輪最大許容
駆動力FMに基づいて次式により算出する。
TMAX=2・FM・γ γは駆動輪半径である。
そして、アクセル全開時に第4図に示すように最大駆
動軸トルクTMAXになるように、検出された実アクセル開
度ACCと前記最大駆動軸トルクTMAXとに基づいて、実ア
クセル開度ACC時における目標駆動軸トルクTORを次式に
より算出する。従って、この部分が目標駆動軸トルク設
定手段を構成する。
TOR=TMAX・ACC/AMAX AMAXはアクセル全開開度である。
S13では、検出されたシフト位置に対応する変速比GR
と前記演算された目標駆動軸トルクTORとに基づいて、
トルクコンバータ2の目標出力軸トルクTTRを次式によ
り算出する。
TTR=TOR÷GR S14では、算出された目標出力軸トルクTTRと、出力軸
回転速度センサ13により検出された出力軸回転速度NT
と、に基づいて、目標機関回転速度NERを以下の如く演
算する。
すなわち、トルクコンバータ2の特性(トルク容量
τ,効率η)は、第5図に示すように、トルクコンバー
タ入力軸回転速度(機関回転速度NEに等しい)とトルク
コンバータ出力軸回転速度NTとの回転速度比NE/NTに依
存するので、トルクコンバータ出力軸トルクTTは次の
2次式でモデル化されることが公知である。
すなわち、非カップリング領域では、 TT=A0・NT 2+A1・NT・NE+A2・NE2 ……(1) カップリング領域では、 TT=B0・NT 2+B1・NT・NE+B2・NE2………(2) 但し、同式においてA0〜A2,B0〜B2は、トルクコン
バータ2に固有の定数である。
これは、第5図において、トルク容量τ(=TT/N
E2)の2次曲線が回転速度比NT/NEを用いて、 TT/NE2=C0・(NT/NE)2+C1・NT/NE+C2 で表される(但し、C0・〜C2は曲線の膨らみを定める
定数)ことから、この式をTTについて整理すれば、上
式(1),(2)が得られるものである。
尚、第7図において、効率ηは、NT・TTとNE・TEの
比(NT・TT)/(NE・TE)(但し、TEは入力トルク)
である。
上式(1),(2)において、目標トルクコンバータ
出力軸トルクTTRが得られる機関回転速度(目標機関回
転速度)をNERとすればTTR及びNERを上式(1),
(2)に代入して、 TTR=A0・NT 2+A1・NT・NER+A2・NER2……(3) TTR=B0・NT 2+B1・NT・NER+B2・NER2……(4) となるので、TTR及びNTを変数として(3),(4)の
連立方程式を解くと目標機関回転速度NERは、目標駆動
軸トルクTTR,変速比GR,トルクコンバータ出力軸回転速
度NTを用いて求められたトルクコンバータの特性を反
映した値として設定されることになる。尚、予め計算し
た値をテーブルに入れておいて、そのときのTTRとNT
からルックアップによりNERが求められるようにしても
良い。従って、トルクコンバータを備えたエンジンにお
いても、アクセル操作量に見合った駆動軸トルクに制御
させることができる。
S15では、規範モデルH(S)の応答性に沿って、実際の
機関回転速度NEが前記S12にて設定された目標機関回転
速度NERに一致するようにして、目標機関出力軸トルクT
ERを算出する。目標機関出力軸トルクTERを導出する方
法としては、第6図のブロック図(連続時間系で表記)
で示すような公知のI.M.C.法(Internal Model Control
Method)を用いる。
I.M.C.法によりロバストなモデルマッチング制御系を構
成することが可能であり、非線形な一要素を多分に含
み、燃焼というかなり変動的な要素を含むエンジンの回
転速度制御に有効である(モデルマッチング制御=制御
対象の応答特性を規範モデルのそれと一致させる制御、
ロバスト=多少のモデル誤差やパラメータ変動があって
も制御系の安定性が保たれること)。
第6図において、G(S)は制御対象(目標機関出力軸
トルクに基づいてスロットル弁開度を制御し、エンジン
出力軸トルクが目標値に追従するように制御したエンジ
ンの応答性である)、GM(S)はその制御対象モデル、C
(S)はフィードフォワード型モデルマッチング補償器で
ある。
(S)=H(S)/GM(S) 但し、第6図は連続時間系で表記してあるので実際に
はサンプル周期TSAMP(10msec)で離散化して目標機関
出力軸トルクTERを演算する。
S16では、第6図のI.M.C.法で求められた目標機関出
力軸トルクTERとそのときの機関回転速度NEとに基づい
て、目標スロットル開度をマップから検索する。この目
標スロットル開度は、第7図に示すように、目標機関出
力軸トルクが高くなるに従って高くなり、また機関回転
速度NEが高くなるに従って高くなるように設定されてお
り、機関の出力特性から定まるデータとなっている。
S17では、検出された目標スロットル開度に対応する
信号をサーボ駆動回路8に出力する。これにより、スロ
ットル弁6の開度が前記目標スロットル開度に一致する
ようにフィードバック制御され、目標機関出力軸トルク
TERすなわち目標機関回転速度NEが得られるような吸入
空気流量に制御される。
このようにして、吸入空気流量を制御すると、車両の
直進走行中はコーナリングフォース(横向き加速度に略
比例)は零に近いので、目標駆動軸トルクは駆動輪のグ
リップ力の限界付近に設定されてエンジンの出力が制御
される。
そして、旋回走行に移行して車速と操舵角とが増大す
るに伴ってコーナリングフォースが徐々に増大するのに
対し、最大グリップ力が略一定であるので駆動輪最大許
容駆動力は徐々に減少する。この減少に伴って目標駆動
軸トルクの最大値も第4図に示すように減少し、所定ア
クセル開度における目標駆動トルクは第4図中P1からP2
に徐々に減少する。このP2点の位置においては目標駆動
軸トルクの最大値(アクセル全開時)までには目標駆動
軸トルクに余裕があるため、アクセルペダルを踏み込め
ば常に加速できる。また、アクセルペダルを全開にして
も最大許容駆動力を超えることがないので、コーナリン
グフォースが減少し、急に車両の後部(後輪駆動車の場
合)が外方に流れるのを防止でき、旋回走行時に車両姿
勢を安定できる。
また、アクセル全開時を最大グリップ力により求めら
れた目標駆動軸トルクの最大値に設定するようにしたの
で、ドライバーはアクセル開度が大きくなるに従って駆
動輪のグリップ限界に近づきつつあることを把握でき、
もってより安全な高速旋回走行を行える。
さらに、目標駆動軸トルクの最大値(最大許容駆動
力)をアクセル全開時よりやや大きめに設定すれば、ア
クセル全開付近にて駆動輪をある程度滑らせることがで
き、熟練したドライバーにとっても好ましい車両を確保
できる。
〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、検出された横向き加
速度に基づいて最大許容駆動力を略最大値としてアクセ
ルペダルの操作量に基づいて目標駆動軸トルクを設定し
エンジン出力を制御するようにしたので、旋回走行時に
おいても車両姿勢を安定化しつつ加速性を向上できる。
また、アクセルペダル操作量からドライバーはグリップ
限界を把握でき、もって高速旋回性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のクレーム対応図、第2図は本発明の一
実施例を示す構成図、第3図は同上のフローチャート、
第4図〜第7図は同上の作用を説明するための図であ
る。 1……機関、2……トルクコンバータ、3……自動変速
機、4……駆動軸、6……スロットル弁、7……サーボ
モータ、8……サーボ駆動回路、9……スロットルセン
サ、10……CPU、11……アクセル開度センサ、15……車
速センサ、16……操舵角センサ、17……ストロークセン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 29/02 F02D 45/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクセルペダルの操作量を検出するアクセ
    ルペダル操作量検出手段と、車両進行方向に対して略直
    交する方向に車両に作用する横向き加速度を直接的若し
    くは間接的に検出する横向き加速度検出手段と、検出さ
    れた横向き加速度に基づいて、路面に伝達できる駆動輪
    の最大許容駆動力を設定する最大許容駆動力設定手段
    と、設定された最大許容駆動力を略最大値として、前記
    検出されたアクセルペダルの操作量に基づいて駆動軸の
    目標駆動軸トルクを設定する目標駆動軸トルク設定手段
    と、設定された目標駆動軸トルクに実駆動軸トルクが略
    一致するようにエンジンの出力を制御する駆動軸トルク
    制御手段と、を備えたことを特徴とする車両用エンジン
    の制御装置。
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