JP4858158B2

JP4858158B2 - スロットル弁の制御装置

Info

Publication number: JP4858158B2
Application number: JP2006347160A
Authority: JP
Inventors: 紘司麻生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008157125A

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関の吸入空気流量を調整するために設けられたスロットル弁の制御装置に関する。

アクセルペダルの踏み込み状態から目標加速度を算出し、その目標加速度と車両の実加速度との偏差に応じてスロットル弁の開度を補正するスロットル弁の制御装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開２００１−２３４７９１号公報特開平５−２４００７３号公報特開平５−３８９６４号公報

特許文献１の制御装置は、目標加速度と実加速度との偏差に応じて補正するだけであるので、実加速度が目標加速度へ到達するまでの到達時間が長くなる。そのため、ドライバーは加速レスポンスが鈍いと感じるおそれがある。

そこで、本発明は、実加速度が目標加速度へ到達するまでの到達時間を短縮してドライバーが感じる加速レスポンスを向上できるスロットル弁の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、車両に搭載された内燃機関の吸入空気流量を調整するために設けられたスロットル弁の制御装置であって、前記内燃機関のアクセルペダルの操作状態に応じた前記車両の前後方向に関する目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、前記車両の前後方向に関する実際の加速度である実加速度が前記目標加速度よりも小さいことを条件として、前記スロットル弁の開度を開き側の所定開度まで拡大する開度拡大制御を開始する開度拡大制御手段と、前記開度拡大制御が開始された後に、前記実加速度が前記目標加速度へ到達するまでの到達時間を前記実加速度の時間変化に基づいて推定する到達時間推定手段と、前記スロットル弁の開度を前記所定開度まで拡大された状態から縮小する開度縮小制御を、前記到達時間に達する前に開始する開度縮小制御手段と、を備え、前記開度縮小制御手段は、前記開度縮小制御の開始の起点として、前記スロットル弁の開度変化が前記実加速度の変化として現れるまでの遅れ時間を考慮して前記実加速度が前記目標加速度を超えるオーバーシュートを抑制可能なタイミングを設定することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この制御装置によれば、目標加速度と実加速度との偏差の大きさとは無関係に、実加速度が目標加速度よりも小さいことを条件としてスロットル弁の開度が所定開度まで拡大される。それにより、実加速度の立ち上がりが鋭く、つまり加速度の上昇速度が速くなり目標加速度への到達時間が短縮する。開度拡大制御が開始された後にスロットル弁の開度が所定開度のままであると実加速度が目標加速度を超えてしまう。そのため、スロットル弁の開度変化が実加速度の変化として現れる遅れ時間を考慮して、目標加速度への到達時間に達する前にスロットル弁の開度が縮小される。これにより、実加速度が目標加速度を超えるオーバーシュートを抑えることができる。

開度拡大制御の際の所定開度は適宜に定めてよい。例えば、その所定開度として前記スロットル弁の最大開度が設定されてもよい（請求項２）。この場合、吸入空気流量が最大となるので、実加速度の目標加速度への到達時間を最も短縮できるようになる。

本発明の一態様においては、前記開度縮小制御手段は、前記開度縮小制御を行っている間に、前記目標加速度と前記実加速度とを比較し、その比較結果と前記実加速度の変化の傾向とに基づいて前記スロットル弁の開度を補正してもよい（請求項３）。開度縮小制御の際の開度は内燃機関の運転状態に応じた適合値で制御してよいが、坂路や高地等の車両の走行環境が変化すると、その適合値に開度を制御しても実加速度が目標加速度へ至らない、あるいは実加速度が目標加速度を上回るおそれがある。この場合、目標加速度と実加速度との比較結果のみで開度を補正した場合にはその補正が後手に回り制御が不安定になるおそれがある。この態様によれば、目標加速度と実加速度との比較結果だけでなく、実加速度の変化の傾向も考慮されるため、制御の安定性が向上する。例えば、実加速度と目標加速度が等しく、かつ実加速度の変化の傾向が増加方向にある場合には開度が減じられるように前記補正を行ってもよい（請求項４）。これにより、実加速度が目標加速度を超えるオーバーシュートを抑制する効果が向上する。実加速度の変化の傾向は、例えば実加速度の時間に関する二階微分値を算出し、その二階微分値に基づいて特定することができる。

以上説明したように、本発明によれば、目標加速度と実加速度との偏差の大きさとは無関係に、実加速度が目標加速度よりも小さいことを条件としてスロットル弁の開度が所定開度まで拡大されため、実加速度の立ち上がりが鋭く、つまり加速度の上昇速度が速くなり目標加速度への到達時間が短縮する。

図１は本発明の制御装置が適用された内燃機関を搭載する車両の概略を示している。車両１には内燃機関２が走行用動力源として搭載されている。内燃機関１は４つの気筒３が一列に並べられた直列４気筒型のガソリンエンジンとして構成される。各気筒３には、エアフィルタ５にて濾過された空気と燃料噴射弁６にて噴射された燃料とが混合した混合気が吸気通路４によって導かれる。内燃機関２の吸入空気流量は吸気通路４に設けられたスロットル弁７にて調整され、その吸入空気流量に応じた燃料が燃料噴射弁６にて噴射されることにより、各気筒３に導かれる混合気の空燃比が所定の空燃比に調整される。スロットル弁７は吸気通路４を完全に閉じる開度から最大開度までの間で開度を操作できる電磁駆動型の周知のものである。各気筒３に導かれた混合気は不図示の点火プラグにて着火され、その燃焼によりクランクシャフト８から所定トルクが出力される。各気筒３における燃焼後の排気は排気通路９に導かれ、その排気通路９に設けられた不図示の排気浄化装置にて排気中の有害物質が浄化されてから大気に放出される。

内燃機関２のクランク軸８にはトランスミッション１０が連結され、トランスミッション１０にて変速されたクランクシャフト８の回転はプロペラシャフト１１及び差動装置１２を介して左右の駆動輪１３に伝達される。これにより、車両１は内燃機関２を走行用動力源として所望の走行状態で走行することができる。車両１の走行状態は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０がドライバにて操作されるアクセルペダル１４の操作状態に応じたスロットル弁７の開度及び燃料噴射量をそれぞれ演算し、その演算結果に応じてスロットル弁７及び燃料噴射弁６を操作することにより制御される。ＥＣＵ２０には、車両１の走行状態、言い換えれば内燃機関２の運転状態を制御するため各種のセンサからの信号が入力されるが、ここでは、本発明に関連するもののみを図示する。即ち、ＥＣＵ２０にはアクセルペダル１４の踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２１、内燃機関２の機関回転速度、即ちクランクシャフト８の回転速度に応じた信号を出力するクランク角センサ２２、スロットル弁７の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ２３及び車両１の前後方向（図１の左右方向）の加速度（以下、単に加速度という。）に応じた信号を出力する加速度センサ２４からの信号がそれぞれ入力される。

本実施形態はドライバーがアクセルペダル１４を踏み込んでから所要の加速度が得られるまでの加速過渡時におけるスロットル弁７の開度制御にその特徴がある。以下、加速過渡時においてＥＣＵ２０が行う制御について説明し、定常時におけるＥＣＵ２０の制御については説明を省略ないし簡略化する。

図２はアクセル開度が開き方向に急変した車両１の加速過渡時におけるスロットル開度及び加速度のそれぞれの時間的変化の一例を示した説明図である。この図においてスロットル開度を一点鎖線で、加速度を実線で、アクセル開度を破線でそれぞれ示す。ＥＣＵ２０は、ドライバーによりアクセルペダル１４が踏み込まれると、そのアクセル開度Ａｃｃに応じた車両１の加速度の目標値（目標加速度）Ｇｔｒｇを設定し、車両１の実際の加速度（実加速度）Ｇがその目標加速度Ｇｔｒｇに到達するようにスロットル弁７の開度を制御する。そのような加速過渡時に実行されるスロットル弁７の開度制御には、アクセルペダル１４が踏み込まれてからスロットル開度Ｔｈｒを一時的に拡大する開度拡大制御とその後に行われる開度縮小制御とが含まれる。図２に示すように、開度拡大制御では実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇよりも小さい場合に直ちにスロットル開度Ｔｈｒを最大開度（１００％）まで拡大する。スロットル弁７が最大開度に制御されてから実加速度Ｇが立ち上がりはじめるまでには多少時間が遅れるが、実加速度Ｇの立ち上がりは鋭くなる。

スロットル開度Ｔｈｒを最大開度のままにしておくと、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇを大幅に超えてドライバーが求める加速感以上のものとなってしまうため、開度拡大制御に続いてスロットル開度Ｔｈｒを最大開度から縮小する開度縮小制御が行われる。開度縮小制御は、スロットル弁７の開度変化が実加速度Ｇの変化として現れるまでの遅れ時間αを考慮して、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇへ到達する到達時間Ｔに達する前に開始される。つまり、到達時間Ｔが遅れ時間αに等しくなったタイミングで開度縮小制御が開始される。これにより、開度縮小制御の開始が遅れることによってオーバーシュートが過大になることを防止できるようになる。

図３〜図５は以上の制御を実現するためにＥＣＵ２０が行う制御ルーチンを示し、図３は加速過渡を判定する加速過渡判定制御を、図４はスロットル開度を拡大する開度拡大制御を、図５はスロットル開度を縮小する開度縮小制御をそれぞれ示している。これらの制御ルーチンはそれぞれ並行して所定間隔で繰り返し実行される。図３に示すように、ＥＣＵ２０はステップＳ１において、アクセル開度センサ２１の出力信号を参照してアクセル開度Ａｃｃを検出する。次に、ステップＳ２で、検出したアクセル開度Ａｃｃに応じた目標加速度Ｇｔｒｇを設定する。次に、ステップＳ３で、所定時間当たりのアクセル開度の変化量ΔＡｃｃを算出する。次に、ステップＳ４においてアクセル開度変化量ΔＡｃｃが、所定の閾値ＡｃｃＴｈよりも大きいか否かを判定し、変化量ΔＡｃｃが閾値ＡｃｃＴｈよりも大きい場合はステップＳ５に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。閾値ＡｃｃＴｈは、加速過渡を判定し、かつ上述した開度拡大制御の実行の要否を決定する基準としての意義を有する。

次に、ステップＳ５で、加速度センサ２４の出力信号を参照して実加速度Ｇを検出し、その実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇよりも小さいか否かを判定する。実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇよりも小さい場合はステップＳ６に進み、そうでない場合は処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ６では、拡大制御の実行及びその開始時期を管理するための拡大制御開始フラグＦ１をセットする（Ｆ１＝１）。そして、今回のルーチンを終了する。

次に、図４に示すように、ステップＳ１１では、上述した拡大制御開始フラグＦ１がセットされているか否かを判定し、セットされていない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。拡大制御開始フラグＦ１がセットされている場合は、ステップＳ１２に進んで、スロットル弁７が全開、つまりスロットル弁７が最大開度となるようにスロットル弁７の動作を制御する。次に、ステップＳ１３では実加速度Ｇの一階微分値Ｇ′を算出する。次に、ステップＳ１４では実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇへ到達するまでの目標到達時間Ｔを微分値Ｇ′に基づいて算出する。

次に、ステップＳ１５において、目標到達時間Ｔが遅れ時間α以下であるか否かを判定する。この遅れ時間αはスロットル弁７の開度変化が実加速度Ｇの変化として現れるまでの時間であり、内燃機関２の運転状態に応じた値が予め設定されている。目標到達時間Ｔが遅れ時間α以下の場合はステップＳ１６に進み、そうでない場合はスロットル開度が全開状態に保持されるようにステップＳ１１に戻る。ステップＳ１６では、拡大制御開始フラグＦ１をクリアし（Ｆ１＝０）、続くステップＳ１７では、開度縮小制御の実行及びその開始を管理するための縮小制御開始フラグＦ２をセットする（Ｆ２＝１）。そして、今回のルーチンを終了する。

次に、図５に示すように、ステップＳ２１で上述した縮小制御開始フラグＦ２がセットされているか否かを判定し、フラグＦ２がセットされている場合はステップＳ２２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ２２では、スロットル開度を最大開度の状態から閉じ側の開度へ縮小されるようにスロットル弁７の動作を制御する。この閉じ側の開度は目標加速度Ｇｔｒｇに応じて設定される。次に、ステップＳ２３では実加速度Ｇの二階微分値Ｇ″を算出する。

次に、ステップＳ２４では、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇを超えているか否かを判定し、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇを超えている場合はステップＳ２９に進んでスロットル開度を閉じ側に補正する。一方、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇを超えていない場合はステップＳ２５に進んで、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇと等しいか否かを判定する。実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇと等しい場合は、ステップＳ２６に進み、そうでない場合はステップＳ２８に進む。ステップＳ２６では実加速度Ｇの二階微分値Ｇ″が正であるか否かを判定し、正である場合はステップＳ２７に進み、そうでない場合はステップＳ３０に進んでスロットル開度を現在の状態に維持する。ステップＳ２７では二階微分値Ｇ″が０でないか否かを判定し、二階微分値Ｇ″が０でない場合は実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇに達していながら実加速度Ｇが増加傾向にあるため、ステップＳ２９に進んでスロットル開度を閉じ側に補正する。一方、ステップＳ２７で二階微分値Ｇ″が０であるときはステップＳ３０に進んでスロットル開度を現在の状態に維持する。

ステップＳ２８では二階微分値Ｇ″が正であるか否かを判定し、二階微分値Ｇ″が正であるときはステップＳ３０に進んでスロットル開度を現在の状態に維持する。一方、二階微分値Ｇ″が正でない場合は実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇに達しておらず、かつ実加速度Ｇの変化が減少傾向にあるため、ステップＳ３１に進みスロットル開度を開き側に補正する。

次に、ステップＳ３２では、スロットル開度の補正を終了するために設けられた補正終了条件が成立したか否かを判定し、その条件が成立していない場合はスロットル開度の補正を続行するためステップＳ２３に戻り、その条件が成立した場合はステップＳ３３に進んで縮小制御開始フラグをクリアして（Ｆ２＝０）、今回のルーチンを終了する。補正終了条件は適宜設定すればよいが、例えば実加速度Ｇが０となって定常状態に至ったことをその要件の一つに含めることができる。

以上の図３〜図５に示した制御ルーチンを実行することにより、目標加速度Ｇｔｒｇと実加速度Ｇとの偏差の大きさとは無関係に、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇよりも小さいことを条件としてスロットル弁７の開度が最大開度まで拡大されるため、実加速度Ｇの立ち上がりが鋭くなり、目標加速度Ｇｔｒｇへの到達時間が短縮する。このような開度拡大制御が開始されてから、遅れ時間を考慮Ｔを考慮して目標加速度Ｇへの到達する前にスロットル弁７の開度が縮小されるため、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇを超えるオーバーシュートを抑えることができる。

更には、実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇに達した場合、つまり実加速度Ｇが目標加速度Ｇｔｒｇと等しい場合でも、実加速度Ｇの二階微分値Ｇ″に基づいて、実加速度Ｇが増加傾向にあると判断した場合はスロットル開度が閉じ側に補正、つまりスロットル開度が減じられるように補正される。そのため、オーバーシュートの抑制効果が更に向上する。

以上の形態においては、図３のステップＳ２を実行することにより、ＥＣＵ２０が本発明に係る目標加速度設定手段として、図４の制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ２０が本発明に係る開度拡大制御手段として、図４のステップＳ１３及びステップＳ１４を実行することにより本発明に係る到達時間推定手段として、図５の制御ルーチンを実行することにより開度縮小制御手段として、それぞれ機能する。

但し、本発明は以上の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上記の形態では開度拡大制御において、開き側の所定開度としてスロットル開度を最大開度（全開）に制御しているが、最大開度に制御することは必須ではなく、開度拡大制御において、スロットル開度を拡大する際の上限の開度は適宜設定してよい。

本発明に係る制御装置が適用された内燃機関を搭載する車両の概略を示した図。アクセル開度が開き方向に急変した車両の加速過渡時におけるスロットル開度及び加速度のそれぞれの時間的変化の一例を示した説明図。加速過渡判定制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。開度拡大制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。開度縮小制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

符号の説明

１車両
２内燃機関
７スロットル弁
１４アクセルペダル
２０ＥＣＵ（目標加速度設定手段、開度拡大制御手段、到達時間推定手段、開度縮小制御手段）

Claims

車両に搭載された内燃機関の吸入空気流量を調整するために設けられたスロットル弁の制御装置であって、
前記内燃機関のアクセルペダルの操作状態に応じた前記車両の前後方向に関する目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、前記車両の前後方向に関する実際の加速度である実加速度が前記目標加速度よりも小さいことを条件として、前記スロットル弁の開度を開き側の所定開度まで拡大する開度拡大制御を開始する開度拡大制御手段と、前記開度拡大制御が開始された後に、前記実加速度が前記目標加速度へ到達するまでの到達時間を前記実加速度の時間変化に基づいて推定する到達時間推定手段と、前記スロットル弁の開度を前記所定開度まで拡大された状態から縮小する開度縮小制御を、前記到達時間に達する前に開始する開度縮小制御手段と、を備え、
前記開度縮小制御手段は、前記開度縮小制御の開始の起点として、前記スロットル弁の開度変化が前記実加速度の変化として現れるまでの遅れ時間を考慮して前記実加速度が前記目標加速度を超えるオーバーシュートを抑制可能なタイミングを設定することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
前記所定開度として、前記スロットル弁の最大開度が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のスロットル弁の制御装置。
前記開度縮小制御手段は、前記開度縮小制御を行っている間に、前記目標加速度と前記実加速度とを比較し、その比較結果と前記実加速度の変化の傾向とに基づいて前記スロットル弁の開度を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のスロットル弁の制御装置。
前記開度縮小制御手段は、前記実加速度と前記目標加速度が等しく、かつ実加速度の変化の傾向が増加方向にある場合には前記スロットル弁の開度が減じられるように前記補正を行うことを特徴とする請求項３に記載のスロットル弁の制御装置。