JP4421381B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の走行速度(車速)が許容最高車速を超過しないように、電子スロットルの目標開度を制限することのできる内燃機関制御装置に関するものである。
従来の内燃機関制御装置においては、自車両の車速が許容最高速度に達した際に、スロットル開度が開側へ駆動中であってかつ実車速が上昇中であれば、スロットル開度を閉じ側へ制御し、実車速が上昇中でなければ、スロットル開度を維持する制御を行い、これにより、許容最高速度の超過を防止している(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、周知のように、スロットル開度と吸気量との特性から、スロットル開度に対して空気量がリニアに増加する第1の領域と、スロットル開度の変化に対してほとんど吸気量が変化しない第2の領域とが存在する。
したがって、スロットル開度が第2の領域内にあって車速が許容最高速度に達した際、スロットル開度が開側へ駆動中でかつ実車速が上昇中である場合には、スロットル開度を閉じ側へ駆動させても、スロットル開度が第2の領域にある間は、実吸気量が減少しないことになる。
特開昭61−277843号公報
従来の内燃機関制御装置では、上記のように、スロットル開度を閉じ側へ駆動させても実吸気量が減少しない場合があるので、車速が大幅に許容最高速度を超過する可能性があるという課題があった。
また、許容最高速度からの超過を防止するためには、実際の車速値を示す信号の取得を必要とする場合が多く、このような車速信号が操作欠陥や技術的欠陥によって欠落した場合には、超過防止機能が作用しなくなり、この結果、許容最高速度を超過してしまう可能性があるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スロットル開度に対する吸気量の特性を考慮して、スロットル開度の変化に対しほとんど吸気量が変化しない領域では、電子スロットルを迅速に動作させるために大きい第1のゲインを用いて補正係数を演算し、スロットル開度の変化に対しリニアに吸気量が変化する領域では、第1のゲインよりも小さい第2のゲインを用いて補正係数を演算することにより、ドライバビリティの悪化を回避しつつ、吸気量に対するスロットル開度の応答遅れを防止し、車速を高精度に許容最高車速内に制限することのできる内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
この発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の吸気系に介装された電子スロットルと、内燃機関への吸気量を検出する吸気量検出手段と、内燃機関が搭載された車両のアクセルペダルの操作量をアクセル開度として検出するアクセル開度検出手段と、車両の車速を検出する車速センサと、アクセル開度から電子スロットルの目標開度を演算する目標開度演算手段と、電子スロットルのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、スロットル開度が目標開度と一致するように電子スロットルを駆動する電子スロットル制御手段と、を備え、目標開度演算手段は、目標開度を補正するための補正係数を演算する補正係数演算手段を含み、補正係数演算手段は、スロットル開度と吸気量との特性に対応して補正係数の演算ゲインを設定するとともに、特性の異なる領域毎に、互いに異なる演算ゲインを設定する内燃機関制御装置であって、目標開度演算手段は、アクセル開度に対する電子スロットルの仮目標開度を求めるテーブルを含み、テーブルから求めた仮目標開度に補正係数を乗算して、電子スロットルの目標開度を演算し、補正係数演算手段は、スロットル開度が閉じる方向の状態にある場合に、スロットル開度と、スロットル開度の変化に対して吸気量がほとんど変化しなくなる電子スロットルの所定開度とを比較して、スロットル開度が所定開度よりも小さく、スロットル開度の変化に対して吸気量が変化する第1の領域にあるか、または、スロットル開度が所定開度以上であって、スロットル開度の変化に対して吸気量がほとんど変化しない第2の領域にあるかを判定し、スロットル開度が第1の領域にある場合には、仮補正係数を減算補正するための演算ゲインとして、比較的小さい第1の演算ゲインを設定し、スロットル開度が第2の領域にある場合には、仮補正係数を減算補正するための演算ゲインとして、第1のゲインよりも大きい第2の演算ゲインを設定するものである。
この発明によれば、吸気量に対する応答遅れを防止し、精度よく許容最高車速内に制限することができる。
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置を周辺機器とともに概略的に示すブロック構成図である。
図1において、車両(図示せず)に搭載されたエンジン1は、吸気系を構成する吸気管2を備えている。
吸気管2内には、エンジン1への吸気量Qaを調節するための電子スロットル3が開閉自在に設けられており、電子スロットル3には、スロットル開度θを検出するスロットル開度センサ4が設けられている。
また、吸気管2内において、電子スロットル3の上流側には、吸気量Qaを検出するエアフローセンサ5と、吸入空気を浄化するエアクリーナ6とが設けられている。
スロットル開度センサ4およびエアフローセンサ5により検出されたスロットル開度θおよび吸気量Qaは、ECU(電子制御ユニット)7に入力されている。
また、吸気管2内において、エンジン1の上流側には、燃料を噴射するインジェクタ8が設けられ、エンジン1の燃焼室(図示せず)には、点火プラグ9が設けられている。
電子スロットル3、インジェクタ8および点火プラグ9は、エンジン1の各種アクチュエータを構成しており、それぞれ、エンジン1の運転状態に応じて、ECU7により駆動制御されている。
さらに、エンジン1の運転状態を検出する各種センサとして、スロットル開度センサ4およびエアフローセンサ5に加えて、アクセルペダル(図示せず)に設けられたアクセル開度センサ10と、スピードメータ(図示せず)に設けられた車速センサ11とが設けられている。
アクセル開度センサ10および車速センサ11により検出されたアクセル開度αおよび車速Vsは、他の各種センサ情報と同様に、エンジン1の運転状態を示す情報として、ECU7に入力されている。
なお、エンジン1のクランク軸およびカム軸(図示せず)には、クランク角センサおよびカム角センサ(図示せず)が設けられており、エンジン1の回転速度および気筒毎の回転角度位置を示す情報がECU7に入力されている。
ECU7は、制御演算などを行うCPU71と、CPU71に属するRAM72およびROM73と、I/O(入出力インターフェース)74と、を備えたマイクロコンピュータにより構成されている。
CPU71は、アクセル開度αから電子スロットル3の目標開度θoを演算する目標開度演算手段と、スロットル開度θが目標開度θoと一致するように電子スロットル3を駆動する電子スロットル制御手段と、を備えている。
また、CPU71内の目標開度演算手段は、目標開度θoを補正するための補正係数Kを演算する補正係数演算手段を含み、補正係数演算手段は、スロットル開度θと吸気量Qaとの特性に対応して、補正係数Kの演算ゲインを設定するとともに、特性の異なる領域毎に、互いに異なる演算ゲインを設定するようになっている。
さらに、CPU71は、車速センサ11の故障の有無を判定する故障判定手段を含み、CPU71内の補正係数演算手段は、制限値演算手段を含み、制限値演算手段は、車速センサ11の故障時には補正係数Kを下限値KLに設定し、車速Vsを許容最高速度VsH以下に制限するようになっている。
RAM72内には、CPU71の判定処理で用いられる各種フラグ(後述する)などが確保され、ROM73内には、CPU71の判定処理で用いられる各種基準値データなどがあらかじめ格納されている。
I/O74は、各種センサからの運転状態情報の入力処理を行うとともに、各種アクチュエータに対する制御信号の出力処理を行う。
図1において、エアクリーナ6を介して吸入される吸気量Qaは、エアフローセンサ5により測定され、I/O74を介してECU7内のCPU71に入力される。
CPU71は、運転状態に基づくエンジン1の負荷に応じて、電子スロットル3を駆動し、エンジン1への吸気量Qaが適正量となるように、吸気量Qaをフィードバック制御する。これにより、運転状態に応じた最適な吸気量Qaが、吸気管2を介してエンジン1に吸入される。
また、ECU7は、運転状態に応じた最適なタイミングで且つ最適な駆動時間(噴射量)でインジェクタ8を駆動し、エンジン1への所要の供給燃料をインジェクタ8から吸気管2内に噴射する。
ECU7は、上記各種制御(空燃比制御および点火時期制御など)を実行するために、I/O74を介して、運転状態情報(吸気量Qa、スロットル開度θ、アクセル開度α、車速Vsなど)を取り込む。
また、CPU71は、RAM72に記憶されている各種センサ(車速センサ11など)の状態と、ROM73に格納された制御プログラムおよび各種マップとに基づいて、各種アクチュエータ(電子スロットル3の目標開度θo、インジェクタ8による燃料噴射量、点火プラグ9の点火時期など)の制御量を演算し、I/O74を介して各制御量(制御信号)を出力し、電子スロットル3、インジェクタ8および点火プラグ9を駆動する。
次に、図2を参照しながら、この発明の実施の形態1による目標開度θoの演算処理について説明する。
図2は電子スロットル3の目標開度θoの演算処理手順を示すフローチャートであり、ROM73内にあらかじめ格納された制御プログラムに含まれている。
図2において、CPU71は、まず、アクセル開度センサ10からのアクセル開度αを読み込む(ステップS1)。
続いて、アクセル開度αに基づき、あらかじめROM73内に格納された「アクセル開度α−スロットル仮目標開度θp」の対応テーブル(図示せず)を参照して、電子スロットル3の仮目標開度θpを設定する(ステップS2)。
次に、目標開度θoの補正係数K(後述する)を演算して読み込み(ステップS3)、ステップS2で求めた仮目標開度θpと、ステップS3で求めた補正係数Kとを用いて、目標開度θo(=θp×K)を演算し(ステップS4)、図2の処理ルーチンを終了する。
次に、図3のフローチャートを参照しながら、補正係数Kの演算処理(ステップS3)について、さらに具体例に説明する。
図3に示す補正係数Kの演算ルーチンにおいて、CPU71は、まず、車速センサ11の状態フラグFv(故障時に「1」にセット)を読み込み、車速センサ11が正常状態であるか否か(故障状態であるか)を判定する(ステップS101)。
なお、車速センサ11の状態フラグFvは、RAM72内に確保されており、たとえば所定時間の燃料カット中(高速運転中)における車速センサ11からの車速情報が、Vs=0[km/h]を示す場合には、車速センサ11が故障であると見なされるので、セット(Fv=1)され、車速センサ11からの車速情報がVs>0[km/h]を示す場合には、車速センサ11が正常であると見なされるので、リセット(Fv=0)される。
ステップS101において、車速センサ11が故障(Fv=1)である(すなわち、NO)と判定されれば、補正係数Kの設定処理(後述するステップS113)に進む。
また、ステップS101において、車速センサ11が正常(Fv=0)である(すなわち、YES)と判定されれば、続いて、車速センサ11により検出された車速Vsが許容最高速度VsH(あらかじめROM73内に設定された車両の安全上超えてはいけない車速)を超えているか否かを判定する(ステップS102)。
ステップS102において、Vs>VsH(すなわち、YES)と判定されれば、スロットル開度θの方向フラグHISをセット(HIS=1)して(ステップS103)、方向フラグHISの判定処理(後述するステップS106)に進む。
なお、スロットル開度θの操作方向を判定するための方向フラグHISは、RAM72内にあらかじめ確保されている。
また、方向フラグHISは、セット状態(HIS=1)のときには、電子スロットル3を閉じるべき方向にある状態を示し、リセット状態(HIS=0)のときには、電子スロットル3を開くべき方向にある状態を示すものとする。
一方、ステップS102において、Vs≦VsH(すなわち、NO)と判定されれば、続いて、車速センサ11により検出された車速Vsが、あらかじめROM73に設定された復帰車速VsLを超えているか否かを判定する(ステップS104)。
ステップS104において、Vs≦VsL(すなわち、NO)と判定されれば、方向フラグHISをリセット(HIS=0)して(ステップS105)、ステップS106に進む。また、Vs>VsL(すなわち、YES)と判定されれば、方向フラグHISのリセット処理(ステップS105)を実行せずに、ステップS106に進む。
ステップS106においては、方向フラグHISがセット状態(HIS=1)であるか否か(リセット状態(HIS=0)であるか)を判定する。
ステップS106において、HIS=0(すなわち、NO)と判定されれば、前回の補正係数K(n−1)に、車速復帰時用の第3のゲインG3(後述する)を加算して、仮補正係数Kpを演算する(ステップS107)。
ここで、第3のゲインG3は、車速復帰時にドライバビリティが悪化しないように、比較的小さなゲイン値に設定されている。
最後に、ステップS107で演算された仮補正係数Kpと、あらかじめROM73に設定された上限値KH(たとえば、KH=1.0)とを比較し、両者のうちの小さい方の値を。新たな補正係数Kとして演算し(ステップS108)、図3の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS106において、HIS=1(すなわち、YES)と判定されれば、続いて、スロットル開度θが所定開度θw(全開値に相当する)以上であるか否かを判定し(ステップS109)、この判定結果に応じて、ステップS110、S111に進む。
ステップS109において、θ≧θw(すなわち、YES)と判定されれば、前回の補正係数K(n−1)から第1のゲインG1(後述する)を減算して、仮補正係数Kpを演算する(ステップS110)。
また、ステップS109において、θ<θw(すなわち、NO)と判定されれば、前回の補正係数K(n−1)から第2のゲインG2(後述する)を減算して、仮補正係数Kpを演算する(ステップS111)。
最後に、ステップS110またはステップS111で演算された仮補正係数Kpと、あらかじめROM73に設定された下限値KLとを比較して、両者のうちの大きい方の値を新たな補正係数Kとして設定し(ステップS112)、図3の処理ルーチンを終了する。
なお、ステップS110、S111の演算式に用いられる各ゲインG1、G2の間には、G1>G2の関係がある。
図4は各ゲインG1、G2の設定に関連した運転状態の領域A、Bを示す特性図であり、横軸はスロットル開度θ、縦軸は吸気量Qaを示している。
図4において、領域A、Bは、電子スロットル3の全開開度に相当する所定開度θwにより分割されている。
各ゲインG1、G2は、図4に示すスロットル開度θ(電子スロットル3の制御量)に対する吸気量Qaの特性を考慮して設定される。
すなわち、図4のように、スロットル開度θが領域Bにある場合には、吸気量Qaがスロットル開度θの変化とは無関係であって変化しないので、領域Bから領域A(スロットル開度θに応じて吸気量Qaが変化する領域)に移行するまでの応答遅れを短縮するために、仮補正係数Kpの演算処理時(ステップS110)において、できるだけ大きな設定値の第1のゲインG1が用いられる。
一方、スロットル開度θが領域Aにある場合には、スロットル開度θに応じて吸気量Qaが変化するので、ドライバビリティの悪化を回避するために、仮補正係数Kpの演算処理時(ステップS111)において、比較的小さな設定値からなる第2のゲインG2が用いられる。
これにより、ドライバビリティの悪化を招くことなく、吸気量Qaに対する電子スロットル3の制御量の応答遅れを防止することができる。
なお、車速センサ11の状態判定処理(ステップS101)において、車速センサ11が故障(Fv=1)である(すなわち、NO)と判定されれば、あらかじめROM73に設定された下限値KLが補正係数Kとして設定され(ステップS113)、図3の処理ルーチンを終了する。
このとき、補正係数Kの下限値KLは、アクセルペダルを全開に踏み込んだ状態でも、許容最高車速VsH以下になるような値に設定されており、これにより、車速センサ11が故障した場合においても、車速Vsが許容最高車速を超過することを回避できるようになっている。
次に、図4の特性図とともに、図5のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態1による具体例な動作について説明する。
まず、図5内の時刻t1においては、スロットル開度θが領域B(スロットル開度θの変化に対して、吸気量Qaがほとんど変化しない)にあるので、前回の補正係数K(n−1)から大きい設定値の第1のゲインG1を減算して、補正係数Kの演算処理を行う。
続いて、時刻t2において、スロットル開度θが領域A(スロットル開度θの変化に対して、吸気量Qaがリニアに変化する)に移行すると、補正係数Kの減算ゲインを第1のゲインG1よりも小さい第2のゲインG2に切り替えて、補正係数Kの演算処理を行う。
第2のゲインG2による減算処理は、補正係数Kが下限値KLに到達するか、または、車速Vsが復帰車速VsLに到達するまで、継続して実行される。
図5においては、補正係数Kが下限値KLに到達するまで、第2のゲインG2による減算処理を実行した場合が示されている。
次に、時刻t3において、車速Vsが復帰車速VsLまで下降した時点で、スロットル開度θが領域Bにあるか領域Aにあるかに関わらず、補正係数Kが上限値KHに到達するか、または、車速Vsが許容最高車速VsHに到達するまで、前回の補正係数K(n−1)に第3のゲインG3を加算して、補正係数Kの演算処理を行う。
図5においては、補正係数Kが上限値KHに到達するまで、第3のゲインG3による減算処理を実行した場合が示されている。
最後に、時刻t4において、車速センサ11の故障が検出された場合には、補正係数Kが下限値KLに固定設定されるので、車速Vsは、許容最高速度VsHに達することはない。
このように、アクセル開度α(アクセルペダルの操作量)を検出するアクセル開度センサ10と、車速Vsを検出する車速センサ11と、各種センサからの検出情報に基づいて電子スロットル3を駆動制御するECU7とを備え、ECU7は、アクセル開度αから電子スロットル3の目標開度θoを演算する目標開度演算手段と補正係数演算手段とを含み、スロットル開度θと吸気量Qaとの特性を考慮して、特性の異なる領域A、B毎に補正係数Kの演算ゲインを切替設定して、電子スロットル3の目標開度θoを算出する。
この結果、スロットル開度θの変化に対しほとんど吸気量Qaが変化しない領域Bにおいては、電子スロットル3を迅速に動作させるために大きい第1のゲインG1を用いて減算処理(ステップS110)を実行し、スロットル開度θの変化に対して吸気量Qaがリニアに変化する領域Aにおいては、第1のゲインG1よりも小さい第2のゲインG2を用いて演算処理(ステップS111)を実行することにより、吸気量Qaに対するスロットル開度θの応答遅れを防止し、車速Vsを高精度に許容最高車速VsH以下に制限することができる。
また、車速センサ11の故障時においては、補正係数Kを下限値KLに固定設定することにより、アクセルペダルを全開に踏み込んだ場合でも、ステップS4(図2参照)において、電子スロットル3の目標開度θoが下限値に設定されるので、車速Vsが許容最高車速VsHを超過することがなく、車速Vsを確実に許容最高車速VsH以下に制限することができる。
この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置を周辺機器とともに概略的に示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置による電子スロットルの目標開度の演算処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置による補正係数の演算処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置で用いられるスロットル開度に対する吸気量の関係を示す特性図である。 この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置による具体例な動作を説明するためのタイミングチャートである。
符号の説明
1 エンジン、2 吸気管、3 電子スロットル、4 スロットル開度センサ、5 エアフローメータ、7 ECU、8 インジェクタ、9 点火プラグ、10 アクセル開度センサ、11 車速センサ、71 CPU、72 RAM、73 ROM、HIS スロットル開度の方向フラグ、K 補正係数、KH 上限値、KL 下限値、Kp 仮補正係数、Qa 吸気量、α アクセル開度、θ スロットル開度、θo 目標開度、θp 仮目標開度。

Claims (3)

  1. 内燃機関の吸気系に介装された電子スロットルと、
    前記内燃機関への吸気量を検出する吸気量検出手段と、
    前記内燃機関が搭載された車両のアクセルペダルの操作量をアクセル開度として検出するアクセル開度検出手段と、
    前記車両の車速を検出する車速センサと、
    前記アクセル開度から前記電子スロットルの目標開度を演算する目標開度演算手段と、
    前記電子スロットルのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、
    前記スロットル開度が前記目標開度と一致するように前記電子スロットルを駆動する電子スロットル制御手段と、を備え、
    前記目標開度演算手段は、前記目標開度を補正するための補正係数を演算する補正係数演算手段を含み、
    前記補正係数演算手段は、前記スロットル開度と前記吸気量との特性に対応して前記補正係数の演算ゲインを設定するとともに、前記特性の異なる領域毎に、互いに異なる演算ゲインを設定する内燃機関制御装置であって
    前記目標開度演算手段は、
    前記アクセル開度に対する前記電子スロットルの仮目標開度を求めるテーブルを含み、
    前記テーブルから求めた前記仮目標開度に前記補正係数を乗算して、前記電子スロットルの目標開度を演算し、
    前記補正係数演算手段は、
    前記スロットル開度が閉じる方向の状態にある場合に、前記スロットル開度と、前記スロットル開度の変化に対して前記吸気量がほとんど変化しなくなる前記電子スロットルの所定開度とを比較して、
    前記スロットル開度が前記所定開度よりも小さく、前記スロットル開度の変化に対して前記吸気量が変化する第1の領域にあるか、
    または、前記スロットル開度が前記所定開度以上であって、前記スロットル開度の変化に対して前記吸気量がほとんど変化しない第2の領域にあるかを判定し、
    前記スロットル開度が前記第1の領域にある場合には、前記仮補正係数を減算補正するための演算ゲインとして、比較的小さい第1の演算ゲインを設定し、
    前記スロットル開度が前記第2の領域にある場合には、前記仮補正係数を減算補正するための演算ゲインとして、前記第1のゲインよりも大きい第2の演算ゲインを設定することを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 前記補正係数演算手段は、
    前記スロットル開度が開く方向の状態にある場合には、前記仮補正係数を加算補正するための演算ゲインとして、第3の演算ゲインを設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
  3. 前記車速センサの故障の有無を判定する故障判定手段を備え、
    前記補正係数演算手段は、制限値演算手段を含み、
    前記制限値演算手段は、前記車速センサの故障時には前記補正係数を下限値に設定し、前記車速を許容最高速度以下に制限することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関制御装置。
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