JP3758547B2 - 自動車の制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車の制御装置及び制御方法に係り、特に走行環境等の情報に応じてエンジンパワートレインを効率良く制御する自動車の制御装置及び制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の制御方法は、例えば、特開昭62−126235号公報記載のように、燃料経済性と運転性の両立のため、運転状態の変化、つまりエンジン負荷(吸気管内圧力,空燃比センサ信号等)及びエンジン回転数の変化に応じて運転領域を判定し、運転領域毎に設定された目標空燃比情報を読み出しエンジンの空燃比を変更していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のようにエンジン負荷とエンジン回転数とをパラメータとして目標空燃比を変化させると、加速途中で燃料量が変化するためトルク変動が発生し違和感を生じていた。さらに、NOx還元触媒を用いない場合、NOx排出量低減のため、理論混合比の空燃比14.7 から空燃比24あたりまで大幅に空燃比が変化するため、トルク変動も大きくなっていた。
【0004】
本発明の目的は、空燃比変化時のトルク変動を無くし、燃料経済性向上と運転性向上の両立が可能となる制御装置及び方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、自動車走行時の外界状況を検出する外界状況検出手段,この外界状況に応じて現在の走行環境、例えば道路勾配,渋滞道路等を推定する走行環境判別手段,この走行環境に応じて運転特性を変化させるためのデータを記憶するデータ記憶手段,このデータを走行環境に応じて切り換える切り換え手段,上記データ記憶手段から選択されたデータを基に制御量を演算する制御量演算手段及び制御対象を制御する制御アクチュエータから成る。
【0006】
【作用】
このように構成された本発明によれば、必ず変速,停止,アイドリング及びシフトレバー操作等の定常走行以外の走行環境に応じて空燃比等のデータを切り換えるため、運転者は空燃比変化に伴うトルク変動による不快感がなくなる。よって、実用燃費の低減と運転性向上が図れる。
【0007】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【0008】
図1は本発明の実施例のブロック図である。まず、自動車走行時の外界状況を検出する外界状況検出手段1の信号あるいは画像を走行環境判別手段2に入力する。走行環境判別手段2では、この外界状況に応じて現在の走行環境、例えば道路勾配,渋滞道路等を推定する。次に、データ記憶手段3には、この走行環境に応じて運転特性を変化させるためのデータが記憶されている。そして、切り換え手段4で、上記走行環境判別手段2で判別された環境に基づきデータ記憶手段3のデータを選択する。制御量演算手段5では、この選択されたデータを基に制御量を演算し、制御アクチュエータ6に出力し制御対象(エンジン,変速機等)を制御する。
【0009】
図2は図1に記載の実施例の具体例である。図1と同様に、自動車走行時の外界状況を検出する外界状況検出手段1の信号あるいは画像を走行環境判別手段2に入力し、この外界状況に応じて現在の走行環境、例えば道路勾配,渋滞道路等を推定する。次に、補正空燃比記憶手段7には、複数の走行環境に応じた補正空燃比が記憶されている。この補正空燃比データを切り換え手段4で切り換え、走行環境に応じたエンジンの空燃比を実現する。そして、燃料量演算手段8に補正空燃比記憶手段7及び基本燃料量演算手段9で演算された値が入力される。基本燃料量は、通常、空気流量とエンジン回転数により求まる。最終的な燃料量の演算は、補正空燃比記憶手段7のデータを基に補正係数を求め、上記基本燃料量に掛け、あるいは加えて実行される。そして、この演算値がエンジン回転の基準信号に基づいて燃料噴射弁10に出力される。
【0010】
図3は図2に記載の燃料制御に空気流量制御を加えた制御ブロック図である。燃料噴射弁制御は図2と同様である。空気流量制御において、まず、ドライバ意図把握手段11はアクセル開度α及び車速Vsp等の信号からドライバが要求する目標の駆動軸トルクを求める。その後、エンジントルク演算手段12は、この目標駆動軸トルク,変速機のトルクコンバータ特性及びエンジン特性等を用い、さらに上記補正空燃比記憶手段7のデータに基づいて目標のエンジントルクを求める。次に、スロットル開度演算手段13では、この目標エンジントルク及びエンジン回転数等に基づき目標スロットル開度を演算し、モータ等で電子制御されるスロットル制御弁14に出力する。つまり、この空気流量制御の付加は、空燃比変化により変化するエンジントルクを空気流量で補正可能であり運転性を向上することができる。
【0011】
図4は空燃比切り換えの具体例である。外界状況の検出において、第1に、道路に設置された表示板による情報収集やFM多重による道路情報収集のようなインフラを用いた手法がある。第2に、車内にテレビカメラ等の車外状況認識センサを設け、この処理データと自動車の運転信号(例えば、車速,出力軸トルク等)を用いた手法がある。外界状況検出には、これら2手法の組合せ、あるいは個々といった適用方法が考えられ、検出精度,適用状況に応じて使い方が異なる。次に、走行環境には、上り坂,下り坂の道路勾配,渋滞,高速道路の定常,加速及び通常の走行をする市街地等がある。この環境は上記の外界状況検出手段を用いて求められる。そして、空燃比切り換え時には、走行環境に応じて運転性と燃料経済性の両立を図る空燃比が選択される。例えば、上り坂の道路勾配及び高速道路の加速では、エンジンの最大出力要求の可能性が大きいため、空燃比は13程度の濃い混合気にする必要がある。また、下り坂の道路勾配,渋滞及び高速道路の定常走行の場合は、高出力を必要としないため、空燃比は24程度の薄い混合気にし大幅な燃費低減を図る。そして、市街地等の通常走行の場合は、空燃比を14.7 の理論混合気にする。
【0012】
ここで、空燃比の補正テーブルは図5に示すように、横軸,エンジン回転数,縦軸,基本燃料噴射幅で表し、アイドリングを含む低エンジン回転数及び低基本燃料噴射幅の領域では、燃焼が安定する空燃比にする。例えば、エンジンの性能が向上すれば、より薄い混合気で運転することができる。
【0013】
図6は渋滞道路走行時の制御フローチャートである。まず、処理15では、前方車間距離Sf,後方車間距離Sr,車速Vsp,基本燃料噴射幅Tp及びエンジン回転数Neを読み込む。処理16では、前方車間距離の時間的変化ΔSfを(式1)により演算する。処理17では、後方車間距離の時間的変化ΔSrを(式2)により演算する。処理18では、自車両の加速度Gを(式3)により演算する。処理19では、自車両の平均車速Vave を(式4)により演算する。
【0014】
ΔSf=[Sf(n)−Sf(n−1)]/[T(n)−T(n−1)]…(式1)
ΔSr=[Sr(n)−Sr(n−1)]/[T(n)−T(n−1)]…(式2)
G=[Vsp(n)−Vsp(n−1)]/[T(n)−T(n−1)] …(式3)
Vave(n)=[Vsp(n)+…+Vsp(n−k)]/(k+1) …(式4)
そして、処理20では、a回前の平均車速Vave(n−a)を記憶するためのカウンタを実行する。つまり、xがaになったかどうかを判断し、aでない場合は処理21でxに1を加え処理24に進む。もし、aになった場合は、処理22でa回前の平均車速Vave(n−a)にVave(n)を代入し、処理23でxを0にする。次に、処理24では、(式1)で演算した前方車間距離の時間的変化ΔSfが、例えば10m/s以下かどうかを判断する。つまり、この時間的変化ΔSfが大きい時は、前方の車が急発進していると考えられ、前方車両の前には車両が存在しない確立が高いことを示す。処理25では、処理24と同様に後方車両との時間的変化をチェックし、自車が渋滞により前後の車に挟まれているかどうかを判断する。処理26では、自車両の加速度Gを比較する。もし、発進時に前方が渋滞している場合は、発進加速度が制限され、例えば0.5g 以下は渋滞時の可能性大と判断する。最後に、処理27では、処理22で求めた値を用い、a回前の平均車速Vave(n−a)が、例えば5km/h以下かどうかを判断する。もし、数秒前の平均車速が5km/h以下であれば、5km/h以下の状態が長く続いている、つまり渋滞の可能性大と判断される。よって、処理24から処理27の判断を総合的に評価し、全て満足した場合に渋滞と判断し、処理28に進む。また、処理24から処理27の何れかがNoの場合は処理29に進み、前回に判断した走行環境の補正空燃比テーブルを用いる。処理28では、渋滞と判断されているため、補正空燃比テーブルのA/Fは24と希薄混合気にする。そして、処理30で処理28のA/Fの関数h(A/F)により、補正燃料噴射係数k1 を演算する。処理31では、燃料噴射幅Tiを基本燃料噴射幅Tpと上記補正燃料噴射係数k1 により求め、処理32で出力する。
【0015】
図7に空気流量制御の制御フローチャートを示す。まず、処理33で、アクセル開度α,車速Vsp,エンジン回転数Ne,タービン回転数Nt,補正空燃比A/F及び変速比iを読み込む。次に、処理34でアクセル開度α及び車速Vspの関数f1(α,Vsp)により目標駆動軸トルクTtar を求める。処理35では、目標駆動軸トルクTtar ,エンジン回転数Ne,タービン回転数Nt,変速比i,トルクコンバータの容量係数c及びトルク比λの関数f2(Ttar,Ne,Nt,i,c,λ)により目標エンジントルクTetを演算する。ここでは、トルクコンバータの逆モデルを演算することになる。処理36では、目標エンジントルクTet,エンジン回転数Ne及び補正空燃比A/Fの関数f3(Tet,Ne,A/F)により目標スロットル開度θtを演算し、処理37で出力する。
【0016】
図8に本発明のシステム構成図を示す。車体38には、エンジン39及び変速機40が搭載されており、エンジンパワートレイン制御ユニット41からの信号により空気流量,燃料量,点火時期及び変速比等が制御される。燃料制御には、現在主流の吸気ポート噴射方式,制御性の良い筒内噴射方式等が用いられる。また、車体38には、外界状況を検出するためのテレビカメラ42やインフラ情報検出のためのアンテナ43が搭載されている。テレビカメラ42の画像は走行環境判別ユニット44に入力され、画像処理して前方,後方の車間距離,信号機情報,道路標識及び道路状況等を認識する。また、上記アンテナ43はインフラ情報端末器45と接続しており、インフラによる渋滞情報,交通事故情報及び現在位置情報がインフラ情報端末器45から走行環境判別ユニット44に入力される。そして、CD−ROM46等に記憶された地図情報を走行環境判別ユニット44に取り込み、上記インフラ情報とこの地図情報により、現在の走行環境を判別する。そして、走行環境判別ユニット44からは、走行環境に相当する信号が出力され、上記エンジンパワートレイン制御ユニット41に入力される。この信号を基に、走行環境に対応した空気流量,燃料量及び変速比等が制御される。また、上記エンジンパワートレイン制御ユニット41には、スロットル開度θ,変速中信号FlgI,車速Vsp及び変速レバースイッチ信号Isw等が入力され、制御量切り換え,走行環境把握等に用いられる。
【0017】
図9は空燃比切り換え制御の制御フローチャートである。本発明は、走行環境に応じて空燃比を変化させる必要がある。そこで、車両の走行状態、例えば、停止時、変速時及びアイドリング時等に同期して空燃比変化を実行すれば、空燃比変化によるトルク変動を防止することができる。まず、処理50では、補正空燃比A/F,スロットル開度θ,変速レバースイッチ信号Isw及び変速中フラグ信号FlgIを読み込む。処理51では、現在の補正空燃比A/F(n)が前回の補正空燃比A/F(n−1)と等しいかどうかを判断する。等しい場合は、処理52に進み補正燃料噴射係数k1をf4[A/F(n−1)]により求め、前回の空燃比を保持する。そして、処理53でA/F(n−1)=A/F(n−1)を実行し、処理54では、処理52で演算した補正燃料噴射係数k1 を出力する。また、処理51で現在の補正空燃比A/F(n)が前回の補正空燃比A/F(n−1)と異なった場合は、処理55に進み、スロットル開度θをチェックし、アイドリングかどうかを判断する。例えば、2deg 以下であれば、アイドリングと判定する。処理56では、変速レバースイッチIsw(n)が変化したかどうかを判断する。つまり、変速レバーの動きをチェックしていれば、停止時あるいは変速時に限られるため、空燃比変更には有効である。処理57では、変速中フラグ信号FlgIが1かどうかを判断する。1の場合は、変速時のトルク変動に同期して空燃比変更が可能となり、空燃比変化に伴うトルク変動が防止できる。処理55から処理57の何れかがYes の場合は、処理58に進み、その変更期間に同期させて補正燃料噴射係数k1をf4[A/F(n)]により求め、新しい目標空燃比に変更する。そして、処理59でA/F(n−1)=A/F(n)を実行し、処理54では、処理58で演算した補正燃料噴射係数k1を出力する。
【0018】
図10は渋滞と上り坂,下り坂がオーバーラップした場合の制御フローチャートである。例えば、上り坂で渋滞した場合は、その上り坂に応じたエンジン出力が要求され、空燃比可変により対応する必要がある。まず、処理60で、渋滞信号JAM及び道路勾配βを読み込む。処理61では、渋滞かどうか、つまり、JAMが1かどうかを判断する。1の場合は、処理62に進み渋滞フラグFlgJ=1を実行し、1でない場合は、処理63に進み渋滞フラグFlgJ=0を実行する。次に、処理64では道路勾配βが例えば、0.5% 以上かどうかを判断する。0.5% 未満の場合は、平坦路あるいは下り坂と判断され、空燃比は希薄混合気の24程度にすれば良い。これに対し、0.5% 以上の場合は勾配に応じて空燃比を変化する必要がある。よって、0.5% 以上の場合は処理65に進み、上り坂フラグFlgβ=1を実行し、0.5% 未満の場合は処理66に進み、上り坂フラグFlgβ=0を実行する。そして、処理67では渋滞フラグFlgJと上り坂フラグFlgβのANDを判断し、真の場合は処理68に、偽の場合はリターンされる。真の場合は、渋滞と上り坂がオーバーラップするため、処理68で図11に示す補正勾配空燃比テーブル及び道路勾配βの関数f5(β)により補正空燃比A/Fを求める。そして、処理69では、処理68で求めた補正空燃比A/Fを用いて補正燃料噴射係数k1 を演算し、処理70で出力する。
【0019】
図11は前述渋滞時の道路勾配に対する補正空燃比である。平坦路付近からマイナス勾配範囲での渋滞では、エンジン出力がさほど必要ではなく、24程度の空燃比で充分である。これに対し、上り坂勾配では、勾配の度合いに応じて要求されるエンジン出力が大きくなるため、空燃比を小さくし濃い混合気にする必要がある。
【0020】
以上の制御により実用燃費を向上させることができる。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、走行環境の変化に応じて随時空燃比が変化するため、エンジン出力の有効利用が可能となり、さらに実用燃費が向上する。また、空燃比切り換えは、必ず変速,停止,アイドリング及びシフトレバー操作等の定常走行以外の走行環境に応じて実行されるため、運転者は空燃比変化に伴うトルク変動による不快感がなくなる。よって、燃費低減と運転性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の制御ブロック図。
【図2】図1に記載の実施例の具体例システムの構成を示す制御ブロック図。
【図3】図2に記載の燃料制御に空気流量制御を加えた制御ブロック図。
【図4】空燃比切り換えの具体例を示す概念図。
【図5】目標空燃比の補正テーブル図の一例。
【図6】渋滞道路走行時の制御フローチャート図。
【図7】空気流量制御の制御フローチャート図。
【図8】本発明のシステムの構成を示す概念図。
【図9】空燃比切り換え制御の制御フローチャート図。
【図10】渋滞と上り坂,下り坂がオーバーラップした場合の制御フローチャート図。
【図11】渋滞時の道路勾配に対する補正空燃比の関係を表す相関図。
【符号の説明】
1…外界状況検出手段、2…走行環境判別手段、3…データ記憶手段、4…切り換え手段、5…制御量演算手段、6…制御アクチュエータ、7…補正空燃比記憶手段、8…燃料量演算手段、9…基本燃料量演算手段、10…燃料噴射弁。

Claims (20)

  1. 空気と燃料の割合によって制御されるエンジンと、
    少なくとも前方車両との車間距離及び後方車両の車間距離に関する情報と自動車の走行路の勾配に関する情報を信号として出力する外界情報検出手段と、
    前記外界情報検出手段からの前記信号に基づいて渋滞状況を判別する走行環境判別手段と、
    前記走行環境判別手段による判別結果に基づき前記エンジンの空燃比を制御する制御手段とを有し、
    前記走行環境判別手段は、前記外界情報検出手段からの前方車両との車間距離に関する情報及び後方車両の車間距離に関する情報とから前記前方車両の車間距離の時間的変化及び前記後方車両の車間距離の時間的変化を算出し、算出された前記前方車両の車間距離の時間的変化又は前記後方車両の車間距離の時間的変化と予め定めた所定値とから渋滞の有無を判別し、前記走行路の勾配と予め定めた所定値とから上り坂,下り坂又は平坦路かを判別し、前記判別された渋滞に関する情報と前記判別された勾配に関する情報とに基づいて、前記空燃比を変更することを特徴とする自動車制御システム。
  2. 請求項1において、
    前記走行環境判別手段は、前記判別された渋滞に関する情報が渋滞であり、前記判別された勾配に関する情報が上り坂である場合に前記空燃比を変更することを特徴とする自動車制御システム。
  3. 請求項1又は2において、
    前記自車両の加速度を取り込み、
    前記走行環境判別手段は、前記前方車両との車間距離の時間的変化と前記後方車両との車間距離の時間的変化と前記自車両の加速度と、予め保持されている所定値とから渋滞の有無を判別することを特徴とする自動車制御システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項において、
    前記自車両の所定時間の平均車速を取り込み、
    前記走行環境判別手段は、前記前方車両との車間距離の時間的変化と前記後方車両との車間距離の時間的変化と前記自車両の平均車速と、予め保持されている所定値とから渋滞の有無を判別することを特徴とする自動車制御システム。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項において、
    エンジン回転数と基本燃料噴射幅で特定される空燃比の値を保持する記憶手段を有し、
    前記制御手段は、前記走行環境判別手段による判別結果に基づき、前記記憶手段に保持された前記エンジンの空燃比を切り換えることを特徴とする自動車制御システム。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項において、
    前記走行路の勾配に応じた空燃比の値を保持する記憶手段を有し、
    前記制御手段は、前記記憶手段の前記判別された勾配に対応する空燃比に切り換えることを特徴とする自動車制御システム。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項において、
    前記走行環境判別手段によって渋滞と判別され、勾配が上り坂ではないと判別されれば、前記制御手段は、前記空燃比を燃焼安定空燃比より大きな値に基づいて制御することを特徴とする自動車制御システム。
  8. 請求項1乃至6のいずれか1項において、
    前記走行環境判別手段によって渋滞と判別され、勾配が上り坂ではないと判別されれば、前記制御手段は、前記空燃比を14.7より大きな値に基づいて制御することを特徴とする自動車制御システム。
  9. 請求項1乃至8のいずれか1項において、
    前記制御手段は、前記走行環境判別手段による判別結果に基づき、切り換えられた前記エンジンの空燃比と基本燃料噴射幅から燃料噴射幅を算出し、算出された前記燃料噴射幅に従って、前記エンジンを制御することを特徴とする自動車制御システム。
  10. 請求項9において、
    前記制御手段は、切り換えられた前記エンジンの空燃比となるように補正燃料噴射係数を算出し、前記基本燃料噴射幅とから燃料噴射幅を算出することを特徴とする自動車制御システム。
  11. 少なくとも検出された前方車両との車間距離及び後方車両の車間距離の情報と自動車の走行路の勾配に関する情報に基づいて渋滞状況と勾配状況を判別する走行環境判別手段と、
    前記走行環境判別手段による判別結果に基づきエンジンの空燃比を制御する制御手段とを有し、
    前記走行環境判別手段は、前記前方車両との車間距離及び前記後方車両の車間距離とから前記前方車両の車間距離の時間的変化及び前記後方車両の車間距離の時間的変化を算出し、算出された前記前方車両の車間距離の時間的変化又は前記後方車両の車間距離の時間的変化と、予め定めた所定値とから渋滞の有無を判別し、前記走行路の勾配と予め定めた所定値とから上り坂,下り坂又は平坦路かを判別し、前記判別された渋滞に関する情報と前記判別された勾配に関する情報とに基づいて、前記空燃比を変更することを特徴とする自動車の制御装置。
  12. 請求項11において、
    前記走行環境判別手段は、前記判別された渋滞に関する情報が渋滞であり、前記判別された勾配に関する情報が上り坂である場合に前記空燃比を変更することを特徴とする自動車の制御装置。
  13. 請求項11又は12において、
    自車両の加速度を取り込み、
    前記走行環境判別手段は、前記前方車両との車間距離の時間的変化と前記後方車両との車間距離の時間的変化と前記自車両の加速度と、予め保持されている所定値とから渋滞の有無を判別することを特徴とする自動車の制御装置。
  14. 請求項11乃至13のいずれか1項において、
    自車両の所定時間の平均車速を取り込み、
    前記走行環境判別手段は、前記前方車両との車間距離の時間的変化と前記後方車両との車間距離の時間的変化と前記自車両の平均車速と、予め保持されている所定値とから渋滞の有無を判別することを特徴とする自動車の制御装置。
  15. 請求項11乃至14のいずれか1項において、
    エンジン回転数と基本燃料噴射幅で特定される空燃比の値を保持する記憶手段を有し、
    前記制御手段は、前記走行環境判別手段による判別結果に基づき、前記記憶手段に保持された前記エンジンの空燃比を切り換えることを特徴とする自動車の制御装置。
  16. 請求項11乃至15のいずれか1項において、
    前記走行路の勾配に応じた空燃比の値を保持する記憶手段を有し、
    前記制御手段は、前記記憶手段の前記判別された勾配に対応する空燃比に切り換えることを特徴とする自動車の制御装置。
  17. 請求項11乃至16のいずれか1項において、
    前記走行環境判別手段によって渋滞と判別され、勾配が上り坂ではないと判別されれば、前記制御手段は、前記空燃比を燃焼安定空燃比より大きな値に基づいて制御することを特徴とする自動車の制御装置。
  18. 請求項11乃至16のいずれか1項において、
    前記走行環境判別手段によって渋滞と判別され、勾配が上り坂ではないと判別されれば、前記制御手段は、前記空燃比を14.7より大きな値に基づいて制御することを特徴とする自動車の制御装置。
  19. 請求項11乃至18のいずれか1項において、
    前記制御手段は、前記走行環境判別手段による判別結果に基づき、切り換えられた前記エンジンの空燃比と基本燃料噴射幅から燃料噴射幅を算出し、算出された前記燃料噴射幅に従って、前記エンジンを制御することを特徴とする自動車の制御装置。
  20. 請求項19において、
    前記制御手段は、切り換えられた前記エンジンの空燃比となるように補正燃料噴射係数を算出し、前記基本燃料噴射幅とから燃料噴射幅を算出することを特徴とする自動車の制御装置。
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