JP4738473B2 - 内燃機関のトルク制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関から出力される出力トルクを制御する内燃機関のトルク制御装置に関する。
従来の内燃機関のトルク制御装置として、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸入空気量を制御するスロットル弁を備えるとともに、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータとベルト式の無段変速機(以下「変速機」という)を介して、車両の駆動輪に連結されている。また、このトルク制御装置では、変速機が伝達可能な最大伝達トルクを、変速機の入力回転数と出力回転数から算出される変速比などに基づいて算出する。また、アクセルペダルが急激に踏み込まれたと判定され、かつ、変速機に入力される内燃機関の出力トルクが最大伝達トルクを上回っているときには、スロットル弁の開度を減少側に制御することにより、内燃機関の出力トルクを変速機の最大伝達トルクよりも小さくなるように制限し、変速機のベルトの滑りを防止するようにしている。
しかし、この従来の内燃機関のトルク制御装置では、内燃機関の出力トルクの制御を、スロットル弁の開度を介した吸入空気量の制御によって行っているため、スロットル弁の開度が変更されてから、それに応じた吸入空気が実際に気筒に流入し、内燃機関の出力トルクの増減に反映されるまでには、不可避的な時間遅れを伴う。このため、出力トルクを最適なタイミングで制御することができない。
このことは、例えば出力トルクの制御によって、出力トルクの変動による車両の振動を抑制する場合についても同様である。また、内燃機関と車両の駆動輪との間に、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを有する場合には、ロックアップクラッチの係合度合が異なると、内燃機関から駆動輪に伝達されるトルクの大きさや伝達速度が異なるため、車両に現れる振動の挙動も異なる。このため、ロックアップクラッチの係合度合にかかわらずトルク制御を行っても、車両の振動を適切に抑制できない。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを有する場合において、内燃機関の出力トルクを大きな変動が生じないように制御することによって、車両の振動を適切に抑制することができる内燃機関のトルク制御装置を提供することを目的とする。
特開2004−92522号公報
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、ロックアップクラッチ7付きのトルクコンバータ6を有する自動変速機8を介して車両Vの駆動輪Wに連結された内燃機関3から出力される出力トルクを制御する内燃機関のトルク制御装置1であって、内燃機関3の運転状態(エンジン回転数NE、アクセル開度AP)を検出する運転状態検出手段(実施形態における(以下、本項において同じ)クランク角センサ21、アクセル開度センサ22)と、検出された内燃機関3の運転状態に応じて、出力トルクを定めるパラメータであるトルクパラメータ(要求トルクTD)の基本値TD_BASEを設定する基本値設定手段(ECU2、図2のステップ21)と、基本値TD_BASEをフィルタリングにより補正することによって、トルクパラメータ(要求トルクTD)を設定するフィルタリング補正手段(ECU2、図2のステップ24)と、ロックアップクラッチ7の係合度合(LC係合率R_LC)を検出するクラッチ係合度合検出手段(クランク角センサ21、回転数センサ23)と、検出されたロックアップクラッチ7の係合度合に応じて、フィルタリング補正手段のフィルタ特性を設定するフィルタ特性設定手段(ECU2、図3、図4)と、内燃機関3から出力されている出力トルクの変動状態とは逆位相の出力トルクが発生するように、基本値TD_BASEを補正するためのトルク補正項CTD_Bを算出するトルク補正項算出手段(ECU2、図4のステップ43)と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、内燃機関の出力トルクは、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを有する自動変速機を介して、車両の駆動輪に伝達される。また、この内燃機関のトルク制御装置によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて、出力トルクを定めるパラメータであるトルクパラメータの基本値を設定する。また、ロックアップクラッチの係合度合を検出するとともに、検出された係合度合に応じて、フィルタ特性を設定する。さらに、内燃機関から出力されている出力トルクの変動とは逆位相のトルクを発生させるようなトルク補正項を算出する。そして、トルクパラメータの基本値を、設定したフィルタ特性により補正するとともに、算出したトルク補正項により補正することによって、トルクパラメータを設定し、それにより内燃機関の出力トルクを制御する。
以上のように、ロックアップクラッチの係合度合に応じてフィルタ特性を設定するとともに、設定されたフィルタ特性を用いて、トルクパラメータの基本値をフィルタリング補正することにより、トルクパラメータを設定する。したがって、ロックアップクラッチの係合度合に応じて、内燃機関の出力トルクを大きな変動が生じないように制御でき、それにより、車両の振動を適切に抑制することができる。さらに、内燃機関から出力されている出力トルクの変動とは逆位相のトルクを発生させるようなトルク補正項によりトルクパラメータの基本値を補正するので、トルク補正項による逆位相のトルクで出力トルクの変動を打ち消すことによって、出力トルクの変動とそれに起因する車両の振動を抑制することができる。
請求項に係る発明は、請求項に記載の内燃機関のトルク制御装置1において、フィルタ特性設定手段は、検出されたロックアップクラッチ7の係合度合に応じて、フィルタ特性のゲインFG_A、FG_Bを設定する(図3のステップ32、図5、図4のステップ41、図6)ことを特徴とする。
この構成によれば、フィルタリング補正手段のフィルタ特性はゲインを含み、このゲインはロックアップクラッチの係合度合に応じて設定される。ロックアップクラッチの係合度合が異なると、それに応じて、駆動輪側に伝達される出力トルクの大きさも変化するので、上述したように、ロックアップクラッチの係合度合に応じてフィルタ特性のゲインを設定することにより、伝達トルクの大きさに応じて、フィルタリング補正を適切に行うことができる。
請求項に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関のトルク制御装置1において、フィルタ特性設定手段は、検出されたロックアップクラッチ7の係合度合に応じて、フィルタ特性の時定数FT_A、FT_Bを設定する(図3のステップ33、図4のステップ42)ことを特徴とする。
この構成によれば、フィルタリング補正手段のフィルタ特性は時定数を含み、この時定数はロックアップクラッチの係合度合に応じて設定される。ロックアップクラッチの係合度合が異なると、それに応じて、駆動輪側に伝達される出力トルクの伝達速度も異なるので、上述したように、ロックアップクラッチの係合度合に応じてフィルタ特性の時定数を設定することにより、出力トルクの伝達速度に応じて、フィルタリング補正を適切に行うことができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本実施形態による内燃機関のトルク制御装置1を、これを適用した内燃機関3(以下「エンジン」という)とともに概略的に示している。エンジン3は、車両Vに搭載された、例えば4気筒のディーゼルエンジンである。
エンジン3の各気筒(図示せず)には、インジェクタ4が設けられている(1つのみ図示)。インジェクタ4は、燃料供給装置(図示せず)から供給された燃料を気筒内に噴射する。インジェクタ4の燃料噴射量QINJは、後述するECU2からの駆動信号によって制御される。
エンジン3のクランクシャフト10には、例えばマグネットロータおよびMREピックアップで構成されたクランク角センサ21が設けられている。クランク角センサ21は、クランクシャフト10の回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。CRK信号は、所定クランク角(例えば10°)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、エンジン3の各気筒において、ピストン(図示せず)が吸気行程の開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような4気筒エンジンの場合には、クランク角180°ごとに出力される。
一方、車両Vは、フロントエンジン・フロントドライブタイプのものであり、エンジン3は、自動変速機9、終減速装置(図示せず)およびドライブシャフト12などを介して、駆動輪である左右の前輪W(1つのみ図示)に連結されている。
自動変速機9は、ロックアップクラッチ7付きのトルクコンバータ6と、有段変速機8とを組み合わせたものであり、このロックアップクラッチ7は、油圧回路5からの油圧の供給によって接続・遮断される。油圧回路5にはLC電磁弁5aが設けられており、このLC電磁弁5aは、ECU2に電気的に接続されている。ECU2によりLC電磁弁5aの動作状態が制御されることによって、ロックアップクラッチ7の接続・遮断状態が制御される。この場合、ロックアップクラッチ7が完全に接続(係合)された状態では、エンジン3のクランクシャフト10は、トルクコンバータ6の従動軸11に機械的に直結された状態となる。
この従動軸11には回転数センサ23が設けられている。この回転数センサ23は、クランク角センサ21と同様、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、従動軸11が所定角度、回転するごとに、パルス信号である検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この検出信号に基づき、従動軸11の回転数(以下「従動軸回転数」という)NSを算出する。
また、ECU2には、アクセル開度センサ22から、アクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、出力される。
また、ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROM(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、前述した各種のセンサ21〜23からの検出信号に応じ、エンジン3のトルク制御を含むエンジン制御などを実行する。
なお、本実施形態では、ECU2が、基本値設定手段、フィルタリング補正手段、フィルタ特性設定手段およびトルク補正項算出手段に相当する。
次に、図2〜図4を参照しながら、ECU2によって実行されるトルク制御処理について説明する。
図2は、ECU2で実行される燃料噴射量QINJの算出処理を示す。本処理は、所定時間ごとに実行される。本処理は、エンジン3の運転状態に応じて要求トルクTDを算出するとともに、算出された要求トルクTDに基づいて燃料噴射量QINJを算出することにより、エンジン3の出力トルクを制御するものである。
本処理では、まずステップ21(「S21」と図示。以下同じ)において、検出されたエンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、要求トルクTDの基本値TD_BASEを算出する。このマップでは、基本値TD_BASEは、エンジン回転数NEが高いほど、またアクセル開度APが大きいほど、より大きな値に設定されている。
次に、ステップ22において、LC検出系異常フラグF_LCNGが「1」であるか否かを判別する。このLC検出系異常フラグF_LCNGは、後述するロックアップクラッチ(LC)係合率R_LCの検出系、具体的には、クランク角センサ21や、回転数センサ23、これらとECU2を接続する配線などに異常が発生していると判定されたときに、「1」にセットされるものである。
このステップ22の答がYESで、LC係合率R_LCの検出系に異常が発生していると判定されているときには、フィルタリング補正に必要な正確なLC係合率R_LCが得られないおそれがあるため、ステップ21で算出した基本値TD_BASEを要求トルクTDとして設定する(ステップ23)ことにより、LC係合率R_LCに応じた基本値TD_BASEの補正を禁止する。
一方、上記ステップ22の答がNOで、LC係合率R_LCの検出系が正常であると判定されているときには、基本値TD_BASEをフィルタリングすることにより、なましトルクTD_Aを算出する(ステップ24)。このなましトルクTD_Aは、算出された要求トルクTDの基本値TD_BASEが出力トルクに直接、反映されることによる車両Vの振動を抑制するために、基本値TD_BASEをなましたものである。その算出処理については後述する。
次いで、トルク補正項CTD_Bを算出する(ステップ25)。このトルク補正項CTD_Bは、エンジン3の出力トルクの変動とは逆位相のトルクを発生させるよう、基本値TD_BASEを補正するためのものである。その算出処理については後述する。
次いで、上記ステップ24で算出されたなましトルクTD_Aから、ステップ25で算出されたトルク補正項CTD_Bを減ずることによって、要求トルクTDを算出する(ステップ26)。
次いで、ステップ23または26で算出された要求トルクTDとエンジン回転数NEに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、燃料噴射量QINJを算出し(ステップ27)、本処理を終了する。このように算出された燃料噴射量QINJに応じたトルクが、エンジン3から出力される。
図3は、図2のステップ24で実行されるなましトルクTD_Aの算出処理のサブルーチンである。本処理ではまず、検出された従動軸回転数NSをエンジン回転数NEで除算することにより、ロックアップクラッチ7の係合度合を表すパラメータとして、LC係合率R_LCを算出する(ステップ31)。
次に、算出されたLC係合率R_LCに応じ、図5に示すなましゲインマップを検索することによって、なましゲインFG_Aを算出する(ステップ32)。このマップでは、なましゲインFG_Aは、LC係合率R_LCが大きいほど、より小さな値に設定されている。
次に、LC係合率R_LCに応じ、所定のなまし時定数マップ(図示せず)を検索することによって、なまし時定数FT_Aを算出する(ステップ33)。
次に、算出されたなましゲインFG_A、なまし時定数FT_Aおよび基本値TD_BASEを用い、次式(1)に基づいて、なましトルクTD_Aを算出し(ステップ34)、本処理を終了する。この式(1)のGa(s)は、基本値TD_BASEに対するなましトルクTD_Aの伝達関数であり、sはラプラス演算子である。具体的には、式(1)を逆ラプラス変換することによって連続系の演算式を求め、この求められた連続系の演算式を近似変換した離散系の演算式を用いることによって、なましトルクTD_Aが算出される。
Figure 0004738473
この式(1)から求められる離散系の演算式では、なましトルクTD_Aは、なましゲインFG_Aが大きいほど、要求トルクTDの基本値TD_BASEにより近くなるように算出され、逆になましゲインFG_Aが小さくなるほど、要求トルクTDの基本値TD_BASEとの差がより大きくなるように算出される。
また、前述したように、なましゲインFG_Aは、LC係合率R_LCが大きいほど、より小さな値に設定されるので、ロックアップクラッチ7の係合度合が高いほど、なましトルクTD_Aが要求トルクTDの基本値TD_BASEとの差がより大きくなるように算出され、それにより、基本値TD_BASEのなまし度合が高くなる。
図4は、図2のステップ25で実行される、トルク補正項CTD_Bの算出処理のサブルーチンである。本処理ではまず、LC係合率R_LCに応じ、図6に示すトルク補正ゲインマップを検索することによって、トルク補正ゲインFG_Bを算出する(ステップ41)。このマップでは、トルク補正ゲインFG_Bは、LC係合率R_LCが大きいほど、より大きな値に設定されている。
次に、LC係合率R_LCに応じ、所定のトルク補正時定数マップ(図示せず)を検索することによって、トルク補正時定数FT_Bを算出する(ステップ42)。
次に、上記ステップ41,42で算出されたトルク補正ゲインFG_B、トルク補正時定数FT_Bおよびエンジン回転数NEを用い、次式(2)に基づいて、トルク補正項CTD_Bを算出し(ステップ43)、本処理を終了する。この式(2)のGb(s)は、エンジン回転数NEに対するトルク補正項CTD_Bの伝達関数であり、sはラプラス演算子である。具体的には、式(2)を逆ラプラス変換することによって連続系の演算式を求め、この求められた連続系の式を近似変換した離散系の演算式を用いることによって、トルク補正項CTD_Bを算出する。
Figure 0004738473
この式(2)から求められる離散式では、トルク補正項CTD_Bは、トルク補正ゲインFG_Bの値が大きいほど、また、トルク補正時定数FT_Bが大きいほど、エンジン回転数NEによる影響度がより高くなるように算出される。
また、前述したように、トルク補正ゲインFG_Bは、LC係合率R_LCが大きいほど、より大きな値に設定されるので、ロックアップクラッチ7の係合度合が高いほど、トルク補正項CTD_Bがより大きくなるように算出される。
以上のように、本実施形態によれば、検出されたアクセル開度APおよびエンジン回転数NEに応じて、要求トルクTDの基本値TD_BASEを設定する(図2のステップ21)。また、この基本値TD_BASEを式(1)および(2)でフィルタリングすることにより、なましトルクTD_Aを算出し(ステップ24)、このなましトルクTD_Aに基づいて、燃料噴射量QINJを算出する(ステップ26,27)。また、ロックアップクラッチ7の係合度合を表すLC係合率R_LCに応じて、上記のフィルタリングのフィルタ特性であるなましゲインFG_Aおよびなまし時定数FT_Aを設定する(図5、図6)。
以上のように、LC係合率R_LCに応じてフィルタリング補正したなましトルクTD_Aに基づいて燃料噴射量QINJを算出するので、ロックアップクラッチ7の係合度合に応じて、エンジン3の出力トルクを大きな変動が生じないように制御でき、それにより、車両Vの振動を適切に抑制することができる。
また、トルク補正項CTD_Bを算出し(ステップ25)、このトルク補正項CTD_BをなましトルクTD_Aから減算することによって、要求トルクTDを算出する(ステップ26)ので、トルク補正項CTD_Bによる逆位相のトルクで、出力トルクの変動を打ち消すことができ、それにより、出力トルクの変動とそれに起因する車両Vの振動を抑制することができる。
また、なましトルクTD_Aを求める際のなまし時定数FT_A、およびトルク補正項CTD_Bを求める際のトルク補正時定数FT_Bを、LC係合率R_LCに応じて設定するので、ロックアップクラッチ7の係合度合に応じて変化する出力トルクの伝達速度に応じて、フィルタリング補正を適切に行うことができる。
また、LC係合率R_LCが大きいほど、なましゲインFG_Aをより小さな値に設定することによって、なましトルクTD_Aのなまし度合をより高くするので、ロックアップクラッチ7の係合度合に応じて、エンジン3の出力トルクの変動を適切に抑制することができる。同様に、LC係合率R_LCが大きいほど、トルク補正ゲインFG_Bをより大きな値に設定することで、トルク補正項CTD_Bをより大きな値に設定するので、ロックアップクラッチ7の係合度合に応じて、逆位相トルクによる出力トルクの変動の打ち消しを適切に行うことができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、出力トルクを定めるトルクパラメータとして、要求トルクTDの基本値TD_BASEを用い、これをフィルタリング補正しているが、他の適当なトルクパラメータ、例えば燃料噴射量QINJを用いてもよい。また、フィルタ特性のゲインFG_AおよびFG_B、ならびに時定数FT_AおよびFT_Bの設定は、実施形態で示した手法に限らず、他の適当な手法で行ってもよい。また、これらのフィルタ特性を設定するためのマップは、エンジン3が加速状態のときと、減速状態のときにおいて、それぞれ別のものを用いてもよい。
さらに、実施形態では、ロックアップクラッチ7の係合度合を表すパラメータとして、エンジン回転数NEおよび従動軸回転数NSから算出したLC係合率R_LCを用いているが、他の適当なパラメータを用いてもよい。
さらに、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のエンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
本実施形態によるトルク制御装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。 図2のステップ24で実行されるなましトルクの算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図2のステップ25で実行されるトルク補正項の算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 なましゲインマップの一例を示す図である。 トルク補正ゲインマップの一例を示す図である。
符号の説明
V 車両
W 前輪(駆動輪)
1 トルク制御装置
2 ECU(基本値設定手段、フィルタリング補正手段、フィルタ特性設定手段、
トルク補正項算出手段)
3 エンジン
6 トルクコンバータ
7 ロックアップクラッチ
9 自動変速機
21 クランク角センサ(運転状態検出手段、クラッチ係合度合検出手段)
22 アクセル開度センサ(運転状態検出手段)
23 回転数センサ(クラッチ係合度合検出手段)
NE エンジン回転数(内燃機関の運転状態)
AP アクセル開度(内燃機関の運転状態)
TD_BASE 基本値
TD 要求トルク(トルクパラメータ)
R_LC LC係合率(ロックアップクラッチの係合度合)
FG_A なましゲイン(フィルタ特性)
FG_B トルク補正ゲイン(フィルタ特性)
FT_A なまし時定数(フィルタ特性)
FT_B トルク補正時定数(フィルタ特性)

Claims (3)

  1. ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータを有する自動変速機を介して車両の駆動輪に連結された内燃機関から出力される出力トルクを制御する内燃機関のトルク制御装置であって、
    前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    当該検出された前記内燃機関の運転状態に応じて、前記出力トルクを定めるパラメータであるトルクパラメータの基本値を設定する基本値設定手段と、
    前記基本値をフィルタリングにより補正することによって、前記トルクパラメータを設定するフィルタリング補正手段と、
    前記ロックアップクラッチの係合度合を検出するクラッチ係合度合検出手段と、
    当該検出されたロックアップクラッチの係合度合に応じて、前記フィルタリング補正手段のフィルタ特性を設定するフィルタ特性設定手段と、
    前記内燃機関から出力されている前記出力トルクの変動状態とは逆位相の出力トルクが発生するように前記基本値を補正するためのトルク補正項を算出するトルク補正項算出手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関のトルク制御装置。
  2. 前記フィルタ特性設定手段は、前記検出されたロックアップクラッチの係合度合に応じて、前記フィルタ特性のゲインを設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のトルク制御装置。
  3. 前記フィルタ特性設定手段は、前記検出されたロックアップクラッチの係合度合に応じて、前記フィルタ特性の時定数を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のトルク制御装置。
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