JP5836337B2

JP5836337B2 - 自動二輪車及び車両の制御装置

Info

Publication number: JP5836337B2
Application number: JP2013177152A
Authority: JP
Inventors: 善之益田; 哲史斎藤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: JP2015045284A

Description

本発明は、自動二輪車及び車両の制御装置に関し、特には電子スロットルの制御に関する。

エンジンに供給される空気量を調整する電子スロットルには、その開度を検出するためのスロットルポジションセンサー（ＴＰＳ）が２つ配置されることがある。四輪車や自動二輪車の分野では、片方のスロットルポジションセンサーに不具合が生じた場合に、電子スロットルの制御を停止して、ばね力によって開度を全閉に近付けることが行われている。その結果、エンジンはアイドル状態に維持されて、退避走行が可能となる。

特開平６−０９３９３２号公報

ところで、自動二輪車の分野では、運転者が駆動力を積極的に制御することで、走行中の車両のバランスが保たれることから、上記のようにエンジンがアイドル状態に維持されると、車両を走行させること、特には車両を旋回させることが困難となる。そこで、自動二輪車の分野では、スロットルポジションセンサーに不具合が生じた場合に、代替手段を利用してエンジン出力を制御可能であることが求められる。

この点、特許文献１には、スロットルポジションセンサーの故障が検出された場合に、エンジンの吸気圧及び回転速度に基づいて電子スロットルの開度を推定し、使用する技術が開示されている。

しかしながら、エンジンの吸気圧は、電子スロットルの開度の増加に伴って上昇し、大気圧において飽和するため、大気圧付近では、エンジンの吸気圧から電子スロットルの開度を正確に推定することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、スロットルポジションセンサーに不具合が生じても電子スロットルを制御することが可能な自動二輪車及び車両の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の自動二輪車は、エンジンに供給される空気量を調整する電子スロットルと、前記電子スロットルの実開度を検出する１又は複数のスロットルポジションセンサーと、前記エンジンの吸気圧を検出するエンジン吸気圧センサーと、前記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転数センサーと、前記電子スロットルの目標開度とフィードバック値とに基づいて、前記電子スロットルを制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記吸気圧及び前記回転速度に基づいて、前記電子スロットルの推定開度を算出する推定開度算出部と、前記実開度が予め定められた不具合条件を満たす場合に、前記推定開度に基づいて、前記フィードバック値として使用する開度を決定する使用開度決定部と、前記実開度が前記不具合条件を満たす場合に、予め定められた上限値を超える前記目標開度の生成を制限する目標開度決定部と、を備える。

また、本発明の車両の制御装置は、電子スロットルの実開度を取得する１又は複数の実開度取得部と、前記エンジンの吸気圧を取得する吸気圧取得部と、前記エンジンの回転速度を取得する回転速度取得部と、前記電子スロットルの目標開度とフィードバック値とに基づいて、前記電子スロットルを制御するコントローラと、前記吸気圧及び前記回転速度に基づいて、前記電子スロットルの推定開度を算出する推定開度算出部と、前記実開度が予め定められた不具合条件を満たす場合に、前記推定開度に基づいて、前記フィードバック値として使用する開度を決定する使用開度決定部と、前記実開度が前記不具合条件を満たす場合に、予め定められた上限値を超える前記目標開度の生成を制限する目標開度決定部と、を備える。

本発明によると、実開度が不具合条件を満たす場合に、予め定められた上限値を超える目標開度の生成が制限されることから、推定開度を算出することが容易な範囲を利用して、電子スロットルを制御することが可能である。

本発明の一実施形態に係る自動二輪車の側面図である。同自動二輪車の制御系を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の機能構成を示すブロック図である。不具合の第１の態様を説明するための図である。不具合の第２の態様を説明するための図である。スロットル開度とエンジン吸気圧とエンジン回転数の関係を示す図である。スロットル開度の使用範囲と制限範囲を説明するための図である。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動二輪車１の側面図である。自動二輪車１は、前輪２及び後輪３を備えている。前輪２は、フロントフォーク４の下端で回転可能に支持されており、フロントフォーク４の上端にはステアリングシャフト５が連結されている。ステアリングシャフト５は、不図示の車体フレームの前端で回転可能に支持されており、ステアリングシャフト５の上端にはハンドル６が配置されている。ハンドル６、フロントフォーク４及び前輪２は、ステアリングシャフト５を中心に一体的に回転可能である。

ハンドル６の右端部には、運転者によって操作される不図示のアクセルグリップが設けられている。ハンドル６の後方には、運転者が跨がって座るシート７が配置されている。エンジン８は、前輪２と後輪３の間に配置されており、エンジン８の出力は、チェーン等を介して後輪３に伝達される。また、自動二輪車１は、本発明の一実施形態に係る制御装置１０を備えている。

図２は、自動二輪車１の制御系を示すブロック図である。自動二輪車１は、エンジン８に接続された吸気管８１に、エンジン８に供給される空気量を調整する電子スロットル９を備えている。電子スロットル９は、スロットルアクチュエーター９１を含んでいる。また、自動二輪車１は、吸気管８１の内側に燃料を噴射する燃料噴射装置３２と、エンジン８の燃焼室の混合気に点火する点火装置３４と、を備えている。

さらに、自動二輪車１は、アクセルポジションセンサー２６と、エンジン吸気圧センサー２７と、エンジン回転数センサー２８と、２つのスロットルポジションセンサー２９ａ，２９ｂと、を備えている。

アクセルポジションセンサー２６は、ハンドル６に設けられたアクセルグリップの操作量（アクセル操作量）を検出するためのセンサーであり、アクセル操作量に応じた検出信号を制御装置１０に出力する。

エンジン吸気圧センサー２７は、エンジン８の吸気圧（エンジン吸気圧）、すなわち吸気管８１の内側の気圧を検出するためのセンサーであり、エンジン吸気圧に応じた検出信号を制御装置１０に出力する。

エンジン回転数センサー２８は、エンジン８の回転速度（エンジン回転数）を検出するためのセンサーであり、エンジン回転数に応じた検出信号を制御装置１０に出力する。

スロットルポジションセンサー２９ａ，２９ｂは、電子スロットル９の実際の開度（スロットル実開度）を検出するためのセンサーであり、スロットル実開度に応じた検出信号をそれぞれ制御装置１０に出力する。

制御装置１０は、入力される検出信号に基づいて、電子スロットル９、燃料噴射装置３２及び点火装置３４を制御する。制御装置１０は、マイクロプロセッサと、マイクロプロセッサが実行するプログラム及び制御に使用されるデータを格納するメモリと、を備えている。

例えば、制御装置１０は、アクセル操作量及びスロットル実開度に基づいて電子スロットル９をフィードバック制御する。すなわち、制御装置１０は、アクセル操作量に基づいて電子スロットル９の目標開度（スロットル目標開度）を決定すると共に、このスロットル目標開度にスロットル実開度が近付くようにスロットルアクチュエーター９１を駆動する。

図３は、本発明の一実施形態に係る車両の制御装置１０の機能構成を示すブロック図である。制御装置１０は、実開度取得部１１ａ，１１ｂと、吸気圧取得部１２と、回転速度取得部１３と、推定開度算出部１４と、不具合判定部１５と、使用開度決定部１６と、目標開度決定部１７と、加算部１８と、コントローラ１９と、噴射量決定部２０と、を備えている。

実開度取得部１１ａ，１１ｂは、スロットルポジションセンサー２９ａ，２９ｂからの検出信号に基づいてスロットル実開度をそれぞれ取得し、不具合判定部１５及び使用開度決定部１６に出力する。

吸気圧取得部１２は、エンジン吸気圧センサー２７からの検出信号に基づいてエンジン吸気圧を取得し、推定開度算出部１４に出力する。

回転速度取得部１３は、エンジン回転数センサー２８からの検出信号に基づいてエンジン回転数を取得し、推定開度算出部１４に出力する。

推定開度算出部１４は、吸気圧取得部１２からのエンジン吸気圧と、回転速度取得部１３からのエンジン回転数と、に基づいて、電子スロットル９の推定される開度（スロットル推定開度）を算出し、不具合判定部１５及び使用開度決定部１６に出力する。具体的には、推定開度算出部１４は、エンジン吸気圧とエンジン回転数とスロットル推定開度とを対応付けるマップや演算式を用いて、検出されたエンジン吸気圧とエンジン回転数とからスロットル推定開度を算出する。

不具合判定部１５は、実開度取得部１１ａ，１１ｂからの２つのスロットル実開度と、推定開度算出部１４からのスロットル推定開度と、に基づいて、スロットル実開度が予め定められた不具合条件を満たすか否かを判定する。不具合条件を満たすと判定された場合、不具合判定部１５は、不具合条件を満たす旨の通知を、使用開度決定部１６、目標開度決定部１７及び噴射量決定部２０に出力する。

使用開度決定部１６は、通常時（不具合条件を満たさない場合）、実開度取得部１１ａ，１１ｂからのスロットル実開度に基づいてフィードバック値を生成し、加算部１８に出力する。具体的には、使用開度決定部１６は、２つのスロットル実開度の一方をフィードバック値としてもよいし、２つのスロットル実開度の平均をフィードバック値としてもよい。

他方、使用開度決定部１６は、不具合条件を満たす場合に、推定開度算出部１４からのスロットル推定開度に基づいて、フィードバック値として使用する開度を決定する。具体的には、使用開度決定部１６は、２つのスロットル実開度及びスロットル推定開度の中からフィードバック値として使用する開度を選択する。

図４及び図５は、不具合の第１の態様及び第２の態様を説明するための図である。グラフの横軸は時間を表しており、グラフの縦軸はスロットル開度を表している。実線で示されるＴＰＳ１，ＴＰＳ２は２つのスロットル実開度を表しており、破線で示されるＥＴＰはスロットル推定開度を表している。説明のため、グラフの左半部においてＴＰＳ１，ＴＰＳ２，ＥＴＰを互いに離して描いているが、実際には、これらは互いに近接した値となる。

図４に示される不具合の第１の態様は、複数のスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２が互いに異なる場合である。不具合判定部１５は、２つのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２が互いに異なることを不具合条件として、不具合条件を満たすか否かを判定する。具体的には、２つのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２が予め定められた差よりも離れている場合に、不具合条件を満たすと判定される。この場合、使用開度決定部１６は、２つのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２のうち、スロットル推定開度ＥＴＰに近い一方をフィードバック値とする。具体的には、２つのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２の一方とスロットル推定開度ＥＴＰとが予め定められた差よりも近い場合に、当該一方がフィードバック値とされる。

図５に示される不具合の第２の態様は、全てのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２がスロットル推定開度ＥＴＰと異なる場合である。不具合判定部１５は、２つのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２がスロットル推定開度ＥＴＰと異なることを不具合条件として、不具合条件を満たすか否かを判定する。具体的には、２つのスロットル実開度ＴＰＳ１，ＴＰＳ２とスロットル推定開度ＥＴＰとが予め定められた差よりも離れている場合に、不具合条件を満たすと判定される。この場合、使用開度決定部１６は、スロットル推定開度ＥＴＰをフィードバック値とする。なお、これは、スロットルポジションセンサーが１つの場合にも適用できる。

図３の説明に戻り、目標開度決定部１７は、通常時（不具合条件を満たさない場合）、アクセルポジションセンサー２６からの検出信号に基づいて、アクセル操作量と線形的に対応するスロットル目標開度を決定し、加算部１８に出力する。加算部１８は、目標開度決定部１７からのスロットル目標開度と、使用開度決定部１６からのフィードバック値との差分値を算出し、コントローラ１９に出力する。コントローラ１９は、加算部１８からの差分値が０に近付くように、スロットルアクチュエーター９１を駆動する。

他方、目標開度決定部１７は、不具合条件を満たす場合に、予め定められた上限値を超えるスロットル目標開度の生成を制限する。すなわち、目標開度決定部１７は、上限値を超えない限りで、アクセル操作量に応じたスロットル目標開度を加算部１８に出力する。このため、アクセル操作量が幾ら増加しても、スロットル目標開度は上限値を超える値にはならない。アクセル操作量がスロットル目標開度の上限値に対応する値よりも大きい期間では、スロットル目標開度は上限値に維持される。

以下、上限値を超えるスロットル目標開度の生成を制限する理由について説明する。図６は、スロットル開度とエンジン吸気圧とエンジン回転数の関係を示す図である。グラフの横軸はスロットル開度を表しており、グラフの縦軸はエンジン吸気圧を表している。また、グラフ中には、エンジン回転数が互いに異なる３種類の実線が示されている。

エンジン吸気圧は、スロットル開度の増加に伴って上昇し、大気圧において飽和する。具体的には、大気圧から離れたエンジン吸気圧の低領域では、スロットル開度に対するエンジン吸気圧の変化の傾きが比較的大きく、急激に立ち上がっている。これに対し、大気圧に近いエンジン吸気圧の高領域では、スロットル開度に対するエンジン吸気圧の変化の傾きが比較的小さく、大気圧の線とほぼ平行になっている。

グラフ中の一点鎖線は、傾きが比較的大きいエンジン吸気圧の低領域と、傾きが比較的小さいエンジン吸気圧の高領域との変化点を結んだ境界Ｂを表している。境界Ｂは、エンジン回転数が高まるのに伴って、エンジン吸気圧の低い側に変化している。ここでは、変化点よりもエンジン吸気圧の低い側を「エンジン吸気圧の低領域」と呼び、変化点よりもエンジン吸気圧の高い側を「エンジン吸気圧の高領域」と呼んでいる。

スロットル開度に対するエンジン吸気圧の変化の傾きが比較的小さいエンジン吸気圧の高領域では、エンジン吸気圧に基づいて正確なスロットル推定開度を算出することが困難である。換言すると、エンジン吸気圧の高領域を利用して算出されるスロットル推定開度は信頼性に乏しい。

そこで、本実施形態では、上限値を超えるスロットル目標開度の生成が制限される。上限値は境界Ｂに基づいて予め定められる値であり、本実施形態では、上限値は境界Ｂと同じ値である。

具体的には、図７に示されるように、エンジン吸気圧の低領域がスロットル目標開度の生成が許可される使用領域とされ、エンジン吸気圧の高領域がスロットル目標開度の生成が制限される制限領域とされる。エンジン吸気圧の低領域と高領域の境界Ｂは、エンジン回転数が高まるのに伴って、エンジン吸気圧の低い側に変化している。

このように、上限値を超えるスロットル目標開度の生成が制限されることで、信頼性の高いスロットル推定開度を利用して、適切なスロットル目標開度を生成することが可能である。その結果、スロットル目標開度が上限値を超えない限りで、運転者は駆動力を積極的に制御することが可能である。

なお、上述と同じ理由から、上記不具合判定部１５が不具合条件を満たすか否かを判断する際には、エンジン吸気圧が低領域であるときに算出されたスロットル推定開度を利用することを条件として加えてもよい。

図３の説明に戻り、噴射量決定部２０は、エンジン８の吸気量（エンジン吸気量）に基づいて燃料噴射装置３２の燃料噴射量を決定する。

具体的には、噴射量決定部２０は、エンジン吸気圧とエンジン回転数と燃料噴射量とを対応付けるマップや演算式を用いて、検出されたエンジン吸気圧とエンジン回転数から燃料噴射量を決定する（第１の決定手法）。すなわち、第１の決定手法は、エンジン吸気圧とエンジン回転数に基づいてスロットル推定開度を算出し、スロットル推定開度とエンジン回転数からエンジン吸気量を算出する過程を実質的に含んでいる。

他方、噴射量決定部２０は、スロットル実開度とエンジン回転数と燃料噴射量とを対応付けるマップや演算式を用いて、検出されたスロットル実開度とエンジン回転数から燃料噴射量を決定する（第２の決定手法）。すなわち、第２の決定手法は、スロットル実開度とエンジン回転数からエンジン吸気量を算出する過程を実質的に含んでいる。

燃料噴射量の決定手法が切り替わる閾値も、境界Ｂに基づいて予め定められる。本実施形態では、当該閾値は上述の上限値（不具合条件を満たす場合にスロットル目標開度の生成を許可する上限値）と同じ値である。すなわち、エンジン吸気圧の低領域では第１の決定手法が適用され、エンジン吸気圧の高領域では第２の決定手法が適用される（図７を参照）。

さらに、噴射量決定部２０は、不具合条件を満たす場合、かつエンジン吸気圧が高領域にある場合に、燃料噴射量を制限する。燃料噴射量は、例えば、通常時に算出される値よりも低い値（特には０）に制限される。これにより、不具合条件を満たす場合にエンジン８の出力が過度に上昇することを抑制することが可能である。

従って、本実施形態では、不具合条件を満たす場合、かつエンジン吸気圧が低領域にある場合には、目標開度決定部１７及び噴射量決定部２０は、通常時（不具合条件を満たさない場合）と同様に動作する。これに対し、不具合条件を満たす場合、かつエンジン吸気圧が高領域にある場合には、目標開度決定部１７はスロットル目標開度の生成を制限し、噴射量決定部２０は燃料噴射量を制限する。なお、燃料噴射量の制限に併せて、点火を制限してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。

１自動二輪車、２前輪、３後輪、４フロントフォーク、５ステアリングシャフト、６ハンドル、７シート、８エンジン、９電子スロットル、１０制御装置、１１ａ，１１ｂ実開度取得部、１２吸気圧取得部、１３回転速度取得部、１４推定開度算出部、１５不具合判定部、１６使用開度決定部、１７目標開度決定部、１８加算部、１９コントローラ、２０噴射量決定部、２６アクセルポジションセンサー、２７エンジン吸気圧センサー、２８エンジン回転数センサー、２９ａ，２９ｂスロットルポジションセンサー、３２燃料噴射装置、３４点火装置、８１吸気管、９１スロットルアクチュエーター。

Claims

エンジンに供給される空気量を調整する電子スロットルと、
前記電子スロットルの実開度を検出する１又は複数のスロットルポジションセンサーと、
前記エンジンの吸気圧を検出するエンジン吸気圧センサーと、
前記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転数センサーと、
前記電子スロットルの目標開度とフィードバック値とに基づいて、前記電子スロットルを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記吸気圧及び前記回転速度に基づいて、前記電子スロットルの推定開度を算出する推定開度算出部と、
前記実開度が予め定められた不具合条件を満たす場合に、前記推定開度に基づいて、前記フィードバック値として使用する開度を決定する使用開度決定部と、
前記実開度が前記不具合条件を満たす場合に、予め定められた上限値を超える前記目標開度の生成を制限する目標開度決定部と、
を備え、
前記上限値は、前記電子スロットルの開度と前記エンジンの吸気圧の関係において、前記エンジンの各々の回転速度における、前記電子スロットルの開度の変化量に対する前記エンジンの吸気圧の変化量の比率である傾きが比較的大きく、かつ前記エンジンの吸気圧が比較的低い低領域と、前記傾きが比較的小さく、かつ前記エンジンの吸気圧が比較的高い高領域と、の変化点を結んだ境界に基づいて予め定められる、
自動二輪車。
前記使用開度決定部は、複数の前記実開度が互いに異なる場合に、複数の前記実開度のうち、前記推定開度に近い実開度を前記フィードバック値として決定する、
請求項１に記載の自動二輪車。
前記使用開度決定部は、全ての前記実開度が前記推定開度と異なる場合に、前記推定開度を前記フィードバック値として決定する、
請求項１に記載の自動二輪車。
前記上限値は、前記エンジンの回転速度の増加に伴って減少する、
請求項１に記載の自動二輪車。
前記制御装置は、
前記エンジンの燃料噴射量を決定する噴射量決定部であって、前記吸気圧が予め定められた閾値よりも小さい場合に、前記吸気圧及び前記回転速度に基づいて前記燃料噴射量を決定し、前記吸気圧が前記閾値よりも大きい場合に、前記実開度及び前記回転速度に基づいて前記燃料噴射量を決定する噴射量決定部をさらに備え、
前記閾値は、前記境界に基づいて定められる、
請求項１に記載の自動二輪車。
前記噴射量決定部は、前記実開度が前記不具合条件を満たし、かつ前記吸気圧が前記閾値よりも大きい場合に、前記燃料噴射量を制限する、
請求項５に記載の自動二輪車。
電子スロットルの実開度を取得する１又は複数の実開度取得部と、
前記エンジンの吸気圧を取得する吸気圧取得部と、
前記エンジンの回転速度を取得する回転速度取得部と、
前記電子スロットルの目標開度とフィードバック値とに基づいて、前記電子スロットルを制御するコントローラと、
前記吸気圧及び前記回転速度に基づいて、前記電子スロットルの推定開度を算出する推定開度算出部と、
前記実開度が予め定められた不具合条件を満たす場合に、前記推定開度に基づいて、前記フィードバック値として使用する開度を決定する使用開度決定部と、
前記実開度が前記不具合条件を満たす場合に、予め定められた上限値を超える前記目標開度の生成を制限する目標開度決定部と、
を備え、
前記上限値は、前記電子スロットルの開度と前記エンジンの吸気圧の関係において、前記エンジンの各々の回転速度における、前記電子スロットルの開度の変化量に対する前記エンジンの吸気圧の変化量の比率である傾きが比較的大きく、かつ前記エンジンの吸気圧が比較的低い低領域と、前記傾きが比較的小さく、かつ前記エンジンの吸気圧が比較的高い高領域と、の変化点を結んだ境界に基づいて予め定められる、
車両の制御装置。