JP6098843B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、ドライバによるアクセルペダルの操作に応じてエンジントルクを制御するエンジンの制御装置に関する。
従来から、車両に発生する躍度(加速度の単位時間当たりの変化率(微分値)であり、加加速度やジャークとも呼ばれる。)を考慮して、エンジンを制御することが行われている。例えば、特許文献1には、アクセルペダルの操作量に基づいて設定した目標トルクに対して、実トルクがその所定割合(例えば7〜8割)にまで達したときに、車両の躍度が最大となるようにエンジントルクを制御する技術が開示されている。この技術では、実トルクを大きく上昇させて、アクセルペダルの操作状態に応じた加速フィーリングをドライバに与えることを図っている。
特許5499882号公報
ところで、アクセルペダルの踏み込み時に、車両に発生する躍度を速やかに最大値にまで上昇させるようにすると、車両の軽快感をドライバに与えられる、換言すると、車両のレスポンスが速いという印象をドライバに与えられる。こうして車両に躍度の最大値が発生したポイントは、ドライバの印象に残り易く、ドライバは、躍度の最大値が発生したポイントに関する印象を頼りにして、車両にどれくらいの加速度が発生するかを予測できるようになる。以上のことから、アクセルペダルの踏み込み時に、車両に発生する躍度を速やかに最大値にまで到達させることが望ましいと言える。
他方で、車両に発生する躍度の最大値が大き過ぎると、躍度が最大値に達した後に、車両に発生する躍度を適切に持続させることができずに低下してしまい、リニアな加速感を確保することができなくなってしまう。また、躍度の最大値が大き過ぎると、車両に発生する躍度が最大値に到達する時間が長くなってしまう。このようなことから、アクセル開度に応じて車両に所望の躍度が発生するように構成して、アクセルペダルが踏み込まれている間にアクセル開度が適当な開度になったときに、車両に最大の躍度を生じさせるようにすることが望ましいと言える。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、車両の加速時に軽快感及びリニア感の両方が得られるように、アクセル開度に応じて車両に発生する躍度を適切に制御することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御装置であって、アクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、アクセル開度検出手段によって検出されたアクセル開度に基づいて、車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、目標加速度設定手段によって設定された目標加速度が実現されるように、エンジントルクを制御するエンジン制御手段と、を有し、目標加速度設定手段は、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合に、目標加速度を0に設定したアクセル開度から5〜10パーセントポイント増加したアクセル開度において車両に最大の躍度を生じさせるように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明では、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合(つまり加速時)に、目標加速度を0に設定したアクセル開度から5〜10パーセントポイント増加したアクセル開度において車両に最大の躍度を生じさせるように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定するので、車両に生じる躍度が最大値に到達するまでの時間が短くなり、車両の軽快感をドライバに与えることができる、換言すると、車両のレスポンスが速いという印象をドライバに与えることができる。加えて、車両に最大の躍度が発生したポイントをドライバに速やかに印象付けることができ、ドライバは、このポイントに基づいて、車両にどれくらいの加速度が発生するかを速やかに予測することが可能となる。
本発明において、好ましくは、目標加速度設定手段は、車両に最大の躍度を生じさせるアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度がほぼ一定となり、且つ、この所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度が低下するように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する。
このように構成された本発明においては、車両に最大の躍度を生じさせるアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度をほぼ一定にするので、ドライバが感じ取れる躍度の最小値よりも躍度が大きい期間を長くすることができ、リニアな加速感を適切に確保することができると共に、ドライバが加速度の変化を感じる領域を拡大することができる。
本発明において、好ましくは、アクセル開度の所定範囲は、車両に生じさせる最大の躍度が大きいほど、狭い範囲に設定される。
このように構成された本発明によれば、躍度をほぼ一定に維持した後において躍度を緩やかに低下させる期間を適切に確保することができる、つまり、ドライバが感じ取れる躍度の最小値よりも躍度が大きい期間を適切に確保することができる。
本発明において、好ましくは、目標加速度設定手段は、所定範囲を超えるアクセル開度において、躍度が低下するときの変化率がアクセル開度の増加に伴って大きくなるように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する。
このように構成された本発明においては、所定範囲を超えるアクセル開度において、躍度が低下するときの変化率(絶対値)をアクセル開度の増加に伴って大きくするので、アクセル開度の増加に比例して躍度を低下させる場合(この場合、躍度が低下するときの変化率は一定値となる)と比較して、躍度を緩やかに低下させる期間を適切に確保することができる、つまり、ドライバが感じ取れる躍度の最小値よりも躍度が大きい期間を長く確保することができる。そのため、リニアな加速感を効果的に確保することが可能となる。
本発明において、好ましくは、目標加速度設定手段は、所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度及び躍度によって規定された二次関数の式に従って、アクセル開度の増加に伴って躍度が低下するように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する。
このように構成された本発明においては、アクセル開度及び躍度によって規定された二次関数の式を用いることで、アクセル開度の増加に伴って躍度を適切に緩やかに低下させることができる。
別の観点では、上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御装置であって、アクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、アクセル開度検出手段によって検出されたアクセル開度に基づいて、車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、目標加速度設定手段によって設定された目標加速度が実現されるように、エンジントルクを制御するエンジン制御手段と、を有し、目標加速度設定手段は、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合に、(1)アクセル開度の増加に伴って躍度が第1の変化率にて上昇して所定の最大値にまで到達し、(2)この最大値に躍度が到達したときのアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度がほぼ一定となり、(3)この所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度が第1の変化率よりも小さな第2の変化率にて低下するように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明のように、アクセル開度の増加に伴って躍度を変化させることで、車両の加速時に軽快感及びリニア感の両方を適切に得ることが可能となる。
本発明のエンジンの制御装置によれば、アクセル開度に応じて車両に発生する躍度を適切に制御することができ、車両の加速時に軽快感及びリニア感の両方を得ることが可能となる。
本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用された車両の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるECUの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態において、ドライバがアクセルペダルを踏み込んだときに生じさせようとする躍度についての説明図である。 本発明の実施形態による、車速及びギヤ段ごとの加速度特性マップの一例を示す図である。 本発明の実施形態による加速度特性マップに規定された目標加速度を時間で微分することで得られる躍度特性の一例を示す図である。 本発明の実施形態において、躍度特性の形態を規定する各ポイントの値を決定する方法についての説明図である。 本発明の実施形態において、図7中のポイントP14でのアクセル開度及び躍度を決定する方法についての説明図である。 本発明の実施形態において、図7中のポイントP11とポイントP12とを繋ぐ曲線及びポイントP13とポイントP14とを繋ぐ曲線を決定する方法についての説明図である。 本発明の実施形態によるエンジン制御処理を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。
<システム構成>
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたシステムの構成について説明する。図1は、本実施形態によるエンジンの制御装置が適用された車両の概略構成を示す平面図であり、図2は、本実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
図1に示すように、車両においては、エンジンシステム100内のエンジン10が、燃料と空気との混合気を燃焼させて、車両の推進力としてのエンジントルク(駆動トルク)を発生し、このエンジントルクを、クランクシャフト16を介して変速機202に伝達する。この変速機202は、複数の段階にギヤ段(例えば1速〜6速)を変化させることが可能な機構であり、エンジン10からのエンジントルクは、変速機202に設定されたギヤ段にて、一対のドライブシャフト204を介して、各ドライブシャフト204の車幅方向外側端部に取り付けられた一対の車輪206に伝達される。例えば、変速機202は、ドライバによって任意にギヤ段が選択される手動変速機(マニュアルトランスミッション)である。また、本実施形態を適用する車両は、例えばスポーツカーである。
また、車両においては、ECU(Electronic Control Unit)50が、車両内における各種の制御を行う。本実施形態では、ECU50は、エンジンの制御装置として機能し、ドライバによるアクセルペダルの操作に応じて、エンジン10から出力させるエンジントルクを制御して、このエンジントルクを車両に付与することで、アクセル操作に対する所望の加速度特性が実現されるようにする。
図2に示すように、エンジンシステム100は、主に、外部から導入された吸気(空気)が通過する吸気通路1と、この吸気通路1から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁13から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン10(具体的にはガソリンエンジン)と、このエンジン10内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路25と、エンジンシステム100に関する各種の状態を検出するセンサ30〜39と、エンジンシステム100全体を制御するECU50とを有する。
吸気通路1には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ3と、通過する吸気の量(吸入空気量)を調整するスロットルバルブ5と、エンジン10に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク7と、が設けられている。
エンジン10は、主に、吸気通路1から供給された吸気を燃焼室11内に導入する吸気バルブ12と、燃焼室11に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁13と、燃焼室11内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ14と、燃焼室11内での混合気の燃焼により往復運動するピストン15と、ピストン15の往復運動により回転されるクランクシャフト16と、燃焼室11内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路25へ排出する排気バルブ17と、を有する。
また、エンジン10は、吸気バルブ12及び排気バルブ17のそれぞれの動作タイミング(バルブの位相に相当する)を、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)としての可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ12及び排気バルブ17の動作タイミングを変化させることができる。
排気通路25には、主に、例えばNOx触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒26a、26bが設けられている。以下では、排気浄化触媒26a、26bを区別しないで用いる場合には、単に「排気浄化触媒26」と表記する。
また、エンジンシステム100には、当該エンジンシステム100に関する各種の状態を検出するセンサ30〜39が設けられている。これらセンサ30〜39は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ30は、アクセルペダル29の開度(ドライバがアクセルペダル29を踏み込んだ量に相当する)であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ31は、吸気通路1を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ32は、スロットルバルブ5の開度であるスロットル開度を検出する。圧力センサ33は、エンジン10に供給される吸気の圧力に相当するインマニ圧(インテークマニホールドの圧力)を検出する。クランク角センサ34は、クランクシャフト16におけるクランク角を検出する。水温センサ35は、エンジン10を冷却する冷却水の温度である水温を検出する。温度センサ36は、エンジン10の気筒内の温度である筒内温度を検出する。カム角センサ37、38は、それぞれ、吸気バルブ12及び排気バルブ17の閉弁時期を含む動作タイミングを検出する。車速センサ39は、車両の速度(車速)を検出する。これらの各種センサ30〜39は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号S30〜S39をECU50に出力する。
ECU50は、上述した各種センサ30〜39から入力された検出信号S30〜S39に基づいて、エンジンシステム100内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、ECU50は、スロットルバルブ5に制御信号S5を供給して、スロットルバルブ5の開閉時期やスロットル開度を制御し、燃料噴射弁13に制御信号S13を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ14に制御信号S14を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構18及び可変排気バルブ機構19のそれぞれに制御信号S18、S19を供給して、吸気バルブ12及び排気バルブ17の動作タイミングを制御する。
次に、図3を参照して、本実施形態によるECU50の機能構成について説明する。図3に示すように、本実施形態によるECU50は、機能的には、アクセル開度検出部50aと、目標加速度設定部50bと、エンジン制御部50cと、を有する。
アクセル開度検出部50aは、アクセル開度センサ30が出力した検出信号S30に基づき、アクセル開度(例えば「%」で表される)を取得する。
目標加速度設定部50bは、アクセル開度検出部50aが検出したアクセル開度に基づいて、車両の目標加速度を設定する。具体的には、目標加速度設定部50bは、アクセル開度に対して設定すべき目標加速度が事前に規定されたマップ(以下では「加速度特性マップ」と呼ぶ。)を参照して、アクセル開度検出部50aが検出したアクセル開度に対応する目標加速度を設定する。この加速度特性マップは、車速及びギヤ段ごとに、アクセル開度に対して設定すべき目標加速度が規定されたマップである。
エンジン制御部50cは、目標加速度設定部50bが設定した目標加速度が実現されるように、エンジントルクを制御する。具体的には、エンジン制御部50cは、実加速度を目標加速度にするために必要な目標トルクを設定し、この目標トルクをエンジン10から出力させるように、スロットルバルブ5の制御、及び/又は、可変吸気バルブ機構18を介した吸気バルブ12の制御に加えて、燃料噴射弁13の制御などを行う。
このように、ECU50は、本発明における「エンジンの制御装置」に相当する。
<加速度特性>
次に、本実施形態において適用する、アクセル開度に応じて設定すべき目標加速度を規定した加速度特性について説明する。本実施形態においては、ドライバがアクセルペダル29を踏み込んでいったときに車両に所望の躍度が生じるように、アクセル開度と目標加速度との関係を規定した加速度特性を設定する。したがって、まず最初に、図4を参照して、本実施形態において、ドライバがアクセルペダル29を踏み込んだときに生じさせようとする躍度について説明する。
図4は、本実施形態において加速時に車両に生じさせようとする躍度についての説明図である。ここでは、本実施形態による躍度と比較するために、比較例による躍度を挙げる。図4(A)に示すように、ドライバが一定の操作速度でアクセルペダル29を踏み込んだ場合、本実施形態では、図4(B)のグラフG11に示すような加速度が生じると共に、図4(C)のグラフG13に示すような躍度が生じ、他方で、比較例では、図4(B)のグラフG12に示すような加速度が生じると共に、図4(C)のグラフG14に示すような躍度が生じる。また、図4(C)では、符号Je0によって、ドライバが感じ取れる躍度の最小値(例えば1m/s3)を示しており、以下では、この躍度を単に「最小感知躍度」と呼ぶ。
なお、ここでは、目標加速度が0に設定された状態からアクセルペダル29が踏み込まれた場合、例えばターンアウトに向けて目標加速度が0に設定された状態からターンアウト後に加速を行う場合を想定している。この目標加速度が0に設定された状態は、車両に付与される走行抵抗(空気抵抗、路面抵抗及び道路勾配により受ける抵抗などを含む)と車輪に付与される駆動力とが釣り合うような状態である。
図4(C)中の矢印A11に示すように、本実施形態と比較例とでは、アクセルペダル29の踏み込みに応じて同様の変化率にて躍度を上昇させる。しかしながら、本実施形態では、比較例よりも、車両に発生させる躍度の最大値を小さくする。こうすることで、本実施形態では、比較例よりも、躍度が最大値に到達するまでの時間を短くする(符号T11参照)。例えば、本実施形態では、アクセルペダル29の踏み込み開始から200ms程度で躍度が最大値にまで到達するようにする。このように、本実施形態では、躍度が最大値に到達するまでの時間を短くすることで、車両の軽快感をドライバに与えるようにしている、換言すると、車両のレスポンスが速いという印象をドライバに与えるようにしている。加えて、本実施形態では、車両に躍度の最大値が発生したポイントをドライバに速やかに印象付けて、このポイントに基づいて、車両にどれくらいの加速度が発生するかをドライバが速やかに予測できるようにしている。
また、図4(C)中の矢印A12、A13に示すように、本実施形態では、比較例と比べて、躍度が最大値に到達した後に、躍度が緩やかに低下するようにする。より具体的には、本実施形態では、躍度がほぼ一定値に維持された後に、躍度が緩やかに低下するようにする。こうすることで、本実施形態では、比較例よりも、躍度が上記した最小感知躍度Je0よりも大きい期間が長くなるようにしている(符号T12、T13参照)。本実施形態では、比較例よりも、上記したように車両に発生させる躍度の最大値を小さくして、エンジン出力の余力を確保したため、躍度が最小感知躍度Je0よりも大きい期間を長くすることが可能となっている。このように、本実施形態では、躍度が最小感知躍度Je0よりも大きい期間を長くすることで、ドライバが加速度の変化を感じる領域を拡大すると共に、躍度をほぼ一定で推移させることで、リニアな加速感を確保するようにしている(図4(B)のグラフG11も参照)。
以上のように、本実施形態では、アクセルペダル29の踏み込み時(つまり加速時)に、上述した図4(C)のグラフG13に示したような躍度が車両に発生するように、アクセル開度と目標加速度との関係を規定した加速度特性を設定する。具体的には、加速度特性に規定された目標加速度を時間で微分することで得られる、アクセル開度と躍度との関係を示す特性(以下では「躍度特性」と呼ぶ。)の形態が、グラフG13に示したような躍度の時間変化をアクセル開度と躍度との関係にて表したものと同様の形態となるように、上記したECU50の目標加速度設定部50bが用いる加速度特性マップを規定する。
図5を参照して、本実施形態による加速度特性マップについて具体的に説明する。図5は、本実施形態による、車速及びギヤ段ごとの加速度特性マップの一例を示す図である。図5(A)〜(C)は、それぞれ、横軸にアクセル開度を示し、縦軸に目標加速度を示している。
図5(A)は、30km/hの車速において適用する加速度特性マップを示し、図5(B)は、50km/hの車速において適用する加速度特性マップを示し、図5(C)は、100km/hの車速において適用する加速度特性マップを示している。また、図5(A)に示すグラフG21〜G26は、それぞれ、1速、2速、3速、4速、5速、6速のギヤ段に対して適用する加速度特性マップを示し、図5(B)に示すグラフG31〜G36は、それぞれ、1速、2速、3速、4速、5速、6速のギヤ段に対して適用する加速度特性マップを示し、図5(C)に示すグラフG43〜G46は、3速、4速、5速、6速のギヤ段に対して適用する加速度特性マップを示している。図5(A)〜(C)に示すように、加速度特性マップでは、20%付近のアクセル開度において目標加速度が0に設定される。
なお、図5では、30km/h、50km/h及び100km/hにおいて適用する加速度特性マップを一例として示しており、実際には、これら以外の種々の車速について適用する加速度特性マップが用意される。また、図5(C)では、車速が100km/hと比較的高く、この車速において低速ギヤ段(1速及び2速)に適用されるマップが例外的なものであるため、図示を省略している。
図6は、本実施形態による加速度特性マップに規定された目標加速度を時間で微分することで得られる躍度特性の一例を示す図である。図6(A)〜(C)は、それぞれ、横軸にアクセル開度を示し、縦軸に躍度を示している。
図6(A)は、図5(A)の加速度特性マップに規定された目標加速度を時間で微分することで得られる、30km/hの車速での躍度特性を示し、図6(B)は、図5(B)の加速度特性マップに規定された目標加速度を時間で微分することで得られる、50km/hの車速での躍度特性を示し、図6(C)は、図5(C)の加速度特性マップに規定された目標加速度を時間で微分することで得られる、100km/hの車速での躍度特性を示している。また、図6(A)に示すグラフG51〜G56は、それぞれ、1速、2速、3速、4速、5速、6速のギヤ段での躍度特性を示し、図6(B)に示すグラフG61〜G66は、それぞれ、1速、2速、3速、4速、5速、6速のギヤ段での躍度特性を示し、図6(C)に示すグラフG73〜G76は、3速、4速、5速、6速のギヤ段での躍度特性を示している。
なお、図6では、30km/h、50km/h及び100km/hでの躍度特性を一例として示しており、実際には、これら以外の種々の車速について躍度特性が規定される。また、図6(A)〜(C)は、目標加速度が0に設定されるアクセル開度を超えるアクセル開度の範囲についての躍度の変化を示している。つまり、図6(A)〜(C)に示すG51〜G56、G61〜G66、G73〜G76のそれぞれのアクセル開度の最小値は、目標加速度が0に設定されるアクセル開度に相当する。加えて、図6(C)では、車速が100km/hと比較的高く、この車速において低速ギヤ段(1速及び2速)に適用される躍度特性が例外的なものであるため、図示を省略している。
図6(A)、(B)、(C)中の符号A21、A22、A23に示すように、本実施形態では、目標加速度を0に設定したアクセル開度から5〜10パーセントポイント増加したアクセル開度において車両に最大の躍度を生じさせるように、アクセル開度に対する躍度特性を規定している。具体的には、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合に、目標加速度を0に設定したアクセル開度から5〜10パーセントポイント増加したアクセル開度(例えば18%〜21%)において最大の躍度を生じさせるように、アクセル開度と目標加速度との関係を示す加速度特性マップを規定することで、そのような躍度特性が実現されるようにしている。
また、図6(A)、(B)、(C)中の矢印A24、A25、A26に示すように、本実施形態では、車両に最大の躍度を生じさせるアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度がほぼ一定となるように、アクセル開度に対する躍度特性を規定している。実際には、最大の躍度を生じさせるアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度がほぼ一定となるように、アクセル開度と目標加速度との関係を示す加速度特性マップを規定することで、そのような躍度特性が実現されるようにしている。
なお、アクセル開度の増加に依らずに躍度をほぼ一定にするアクセル開度の所定範囲は、車両に生じさせる最大の躍度の大きさに応じて変動させるようにする。具体的には、最大の躍度が大きいほど、アクセル開度の所定範囲として狭い範囲を適用するようにする。
また、図6(A)、(B)、(C)中の矢印A27、A28、A29に示すように、本実施形態では、上記した所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度が低下するように、アクセル開度に対する躍度特性を規定している。より具体的には、躍度が低下するときの変化率(絶対値)がアクセル開度の増加に伴って徐々に大きくなるように、アクセル開度に対する躍度特性を規定している。実際には、所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度が低下し、躍度が低下するときの変化率がアクセル開度の増加に伴って徐々に大きくなるように、アクセル開度と目標加速度との関係を示す加速度特性マップを規定することで、そのような躍度特性が実現されるようにしている。例えば、アクセル開度及び躍度によって規定された二次関数の式に従って、アクセル開度の増加に伴って躍度を低下させるようにする。
次に、図7乃至図9を参照して、本実施形態において、アクセル開度に応じて車両に発生させるべき躍度の特性(躍度特性)を決定する具体的な方法について説明する。なお、こうして決定した躍度特性に基づいて、この躍度特性を実現するための加速度特性マップ(図5参照)が事前に規定され、この加速度特性マップを参照して、実際のアクセル開度、車速及びギヤ段に対応する目標加速度が設定されて、この目標加速度が実現されるようにエンジントルクが制御される。
図7は、本実施形態において躍度特性の形態を規定する各ポイントの値(アクセル開度及び躍度の値)を決定する方法についての説明図である。図7(A)は、横軸及び縦軸のそれぞれにアクセル開度及び躍度を示し、本実施形態における躍度特性の一例を示している。他方で、図7(B)は、横軸及び縦軸のそれぞれにアクセル開度及び目標加速度を示し、本実施形態における加速度特性の一例を示している。
図7(A)に示すように、躍度特性の形態は、ポイントP11、P12、P13、P14の値によって定まるものである。ポイントP11は、目標加速度が0となるアクセル開度に対応するポイントであり、ポイントP12は、最大躍度が生じるポイントであり、ポイントP13は、最大躍度をほぼ一定に維持するのが終了するポイント、つまりほぼ一定に維持した躍度を低下させ始めるポイントであり、ポイントP14は、低下させた躍度が上記した最小感知躍度Je0に達するポイントである。以下では、ポイントP11に対応するアクセル開度及び躍度をそれぞれ「Ac1」及び「Je1」と表記し、ポイントP12に対応するアクセル開度及び躍度をそれぞれ「Ac2」及び「Je2」と表記し、ポイントP13に対応するアクセル開度及び躍度をそれぞれ「Ac3」及び「Je3」と表記し、ポイントP14に対応するアクセル開度及び躍度をそれぞれ「Ac4」及び「Je4」と表記する。また、図7(B)に示す加速度特性において、ポイントP21、P22、P23、P24は、それぞれ、図7(A)に示す躍度特性のポイントP11、P12、P13、P14に対応する。
以下では、ポイントP11〜P14のそれぞれのアクセル開度Ac1〜Ac4及び躍度Je1〜Je4を決定する方法について詳細に説明する。
まず、目標加速度が0に設定されたポイントP11でのエンジン10の運転状態(エンジン回転数や設定されたギヤ比など)に応じた、アクセル開度を全開にしたときの加速度(以下では「最大加速度」と呼ぶ。)が求められ、この最大加速度に基づいて、ポイントP12での躍度(最大躍度)Je2が決定される。基本的には、最大加速度が大きいほど、大きな値を有する最大躍度Je2が決定される。
なお、最大躍度Je2としては、躍度がこの最大躍度Je2に到達した時点において、その後に最小感知躍度Je0よりも大きな躍度をある程度長い時間維持するのに必要なエンジン出力が確保できるような躍度を適用するのがよい。換言すると、躍度が最大躍度Je2に到達した後にリニアな加速感が得られるような躍度を維持できるように、それに必要なエンジン出力が、躍度が最大躍度Je2に到達した時点において確保されているように、最大躍度Je2を決定するのがよい。
次に、上記のように決定された最大躍度Je2と、車速とに基づいて、最大躍度Je2を発生させるタイミング(具体的には、目標加速度が0に設定された状態においてアクセルペダル29の踏み込みが開始されてから最大躍度Je2を発生させるまでの時間)が決定される。基本的には、最大躍度Je2が小さいほど、及び、車速が高いほど、最大躍度Je2を発生させるタイミングとして短い時間が決定される。例えば、最大躍度Je2を発生させるタイミングとして、170ms〜300msの範囲内の時間が決定される。次に、最大躍度Je2と、最大躍度Je2を発生させるタイミングとに基づいて、ポイントP11での躍度Je1が決定される。基本的には、最大躍度Je2を発生させるタイミングが長いほど、小さな値を有する躍度Je1が決定される。例えば、最大躍度Je2に対する躍度Je1の割合(1つの例では70%〜90%)が決定されて、この割合に基づいて躍度Je1が求められる。
他方で、ポイントP11でのアクセル開度Ac1、つまり目標加速度が0に設定されるアクセル開度Ac1には、例えば、アクセル操作するときのドライバの足の筋負担が最小になるような足首角度に対応するアクセル開度が適用される。そして、ポイントP12でのアクセル開度Ac2、つまり最大躍度Je2が発生されるアクセル開度Ac2は、ポイントP11でのアクセル開度Ac1と、上記した最大躍度Je2を発生させるタイミングとに基づいて決定される。具体的には、ポイントP11でのアクセル開度Ac1に対して、最大躍度Je2を発生させるタイミングをアクセル開度へと換算した値を加算することで、ポイントP12でのアクセル開度Ac2が求められる。
次に、最大躍度Je2と、最大加速度とに基づいて、最大躍度Je2を継続する時間が決定される。基本的には、最大躍度Je2が大きいほど、及び、最大加速度が小さいほど、最大躍度Je2を継続する時間として短い時間が決定される。例えば、最大躍度Je2を継続する時間として、100ms〜350msの範囲内の時間が決定される。
なお、最大躍度Je2が大きいほど、最大躍度Je2を継続する時間を短くする理由は、以下の通りである。最大躍度Je2が大きい場合に最大躍度Je2を継続する時間を長くすると、最大躍度Je2の継続を終了した時点での加速度が最終的に設定すべき目標加速度付近にまで到達してしまう傾向にある。そのため、最大躍度Je2の継続を終了した後に、躍度Je2を緩やかに低下させることができずに、躍度Je2を速やかに低下させなければならなくなり(この場合、躍度が最小感知躍度Je0よりも大きい期間が短くなってしまう)、リニアな加速感を適切に確保できなくなるのである。したがって、本実施形態では、最大躍度Je2が大きいほど、最大躍度Je2を継続する時間を短くしている。
このように決定された最大躍度Je2を継続する時間に基づいて、ポイントP13でのアクセル開度Ac3、つまり最大躍度Je2をほぼ一定に維持するのが終了するポイントP13でのアクセル開度Ac3が決定される。具体的には、ポイントP12でのアクセル開度Ac2に対して、最大躍度Je2を継続する時間をアクセル開度へと換算した値を加算することで、ポイントP13でのアクセル開度Ac3が求められる。なお、ポイントP13での躍度Je3には、ポイントP12での最大躍度Je2がそのまま適用される。
次に、図8を参照して、本実施形態において、ポイントP14でのアクセル開度Ac4及び躍度Je4を決定する方法について説明する。図8では、横軸にアクセル開度を示し、縦軸に躍度を示している。
図8に示すように、まず、躍度を0にするアクセル開度に基づいて定められたポイントP15を決定する(以下ではポイントP15でのアクセル開度を「Ac5」と表記する)。ポイントP15でのアクセル開度Ac5は、目標加速度が0の状態からの加速時においてアクセルペダル29の踏み込みが終了するときのアクセル開度に相当する、換言すると、最終的に設定すべき目標加速度に到達させるアクセル開度に相当する。このようなアクセル開度Ac5は、上記した最大加速度に基づき決定することができ、基本的には、最大加速度が大きいほど、大きな値を有するアクセル開度Ac5が決定される。例えば、アクセル開度Ac5として、30%〜80%の範囲内のアクセル開度が決定される。このアクセル開度Ac5に対応するポイントP15において、躍度を0にするようにして、上記したポイントP13からポイントP15まで線形に躍度を低下させると、図8中の線分L1のようになる。
本実施形態では、ポイントP15でのアクセル開度Ac5と、ポイントP13でのアクセル開度Ac3との中間値に対応するアクセル開度を、ポイントP14でのアクセル開度Ac4として決定する(Ac4=(Ac3+Ac5)/2)。また、ポイントP14での躍度Je4には、上述したように、最小感知躍度Je0を適用する。この場合、ドライバが感じ取れる躍度の最小値である最小感知躍度Je0が、最大加速度に応じて変動するため、最大加速度に基づいてポイントP14での躍度Je4が決定される。具体的には、最大加速度が大きくなるほど、最小感知躍度Je0が大きくなるため(つまり、最大加速度が大きくなると、小さな躍度をドライバが感じ取りにくくなる)、最大加速度が大きくなるほど、大きな値を有する躍度Je4が決定される。例えば、躍度Je4として、0.5m/s3〜3m/s3の範囲内の躍度が決定される。
なお、ポイントP15でのアクセル開度Ac5と、ポイントP13でのアクセル開度Ac3との中間値を、ポイントP14でのアクセル開度Ac4として決定することに限定はされず、この中間値を補正した値を、ポイントP14でのアクセル開度Ac4として決定してもよい。具体的には、ポイントP13での加速度と最終的に設定すべき加速度との差分が大きい場合には、躍度をより緩やかに低下させることができるので、ポイントP14でのアクセル開度Ac4を中間値よりも大きな値に補正するのがよい。
次に、図9を参照して、本実施形態において、ポイントP11とポイントP12とを繋ぐ曲線及びポイントP13とポイントP14とを繋ぐ曲線を決定する方法について説明する。図9は、横軸に時間を示し、縦軸に躍度を示している。横軸に示す時間は、アクセル開度を時間に換算したものである。ここでは、アクセル開度ではなく時間によって表された躍度特性を用いて、この躍度特性の形態を構成する曲線を決定する方法について説明する。
図9に示すポイントP31、P32、P33、P34は、それぞれ、上述したポイントP11、P12、P13、P14に対応するアクセル開度を時間に換算したものに相当する。以下では、ポイントP31に対応する時間を「t1」と表記し、ポイントP32に対応する時間を「t2」と表記し、ポイントP33に対応する時間を「t3」と表記し、ポイントP34に対応する時間を「t4」と表記する。ポイントP31、P32、P33、P34に対応する躍度は、上記した躍度Je1、Je2、Je3、Je4である。
まず、ポイントP31とポイントP32とを繋ぐ曲線C11には、以下の式(1)で表される二次曲線が適用される。
Je=k1×t2+k2×t+k3 式(1)
式(1)において、「Je」は躍度を示し、「t」は時間を示している(それぞれ変数である。以下同様とする)。また、「k1」、「k2」、「k3」は、所定の係数を示している。係数k1には、最大加速度及び最大躍度に応じた値が適用される。具体的には、最大加速度が大きいほど、及び、最大躍度が大きいほど、小さな値が係数k1として適用される。例えば、係数k1として、−5〜0の範囲内の値が決定される。係数k2には、以下の式(2)より得られる値が適用される。係数k3には、ポイントP31での躍度Je1が適用される。
2=(−k1×t12+k1×t22+Je1−Je2)/(t1−t2) 式(2)
次に、ポイントP33とポイントP34とを繋ぐ曲線C12には、以下の式(3)で表される二次曲線(詳しくは放物線)が適用される。
Je=k4/(2×k5 2)×(t−t3)×(t−t3) 式(3)
式(3)において、「k4」、「k5」は、所定の係数を示している。式(3)は、物体を水平投射したときの物体の位置の時間変化を表す式を模擬したものとなっている。したがって、係数k4には、重力加速度を示す「g」の値(9.80665)がそのまま適用される。また、係数k5には、水平投射の式において用いられる初速に対応する値が適用される。具体的には、以下の式(4)より得られる値が、係数k5に適用される。
5={g×(t4−t3)2/2(Je3−Je4)}1/2 式(4)
本実施形態では、このようにして決定された、時間によって表された躍度特性を、アクセル開度によって表された躍度特性へと変換する。1つの例では、33.3%/sの操作速度でアクセル操作が行われた場合には、「t×33.3+Ac1」という演算式を用いて、時間をアクセル開度に換算すればよい。そして、本実施形態では、こうして時間をアクセル開度に換算することで、アクセル開度によって表された躍度特性が得られると、この躍度特性が実現されるように、車速及びギヤ段ごとにアクセル開度と目標加速度との関係を設定した加速度特性マップを規定する(図5参照)。
このような加速度特性マップを用いて、アクセルペダル29の踏み込み時(つまり加速時)に、アクセル開度に応じて目標加速度を設定してエンジントルクを制御することで、図4(C)のグラフG13に示したような躍度が車両に発生することとなる。なお、図4(C)のグラフG13に示す躍度の時間変化の形態は、厳密には、図6(A)〜(C)に示したような加速度特性マップの目標加速度を躍度へと変換した躍度特性の形態と異なっているが、これは、アクセルペダル29が踏み込まれている間に車速が上昇していくため、上昇していく車速に応じた加速度特性マップが順次適用されていくことに起因する。
<制御処理>
次に、図10を参照して、本実施形態によるエンジン制御処理について説明する。図10は、本発実施形態によるエンジン制御処理を示すフローチャートである。このフローは、エンジンシステム100内のECU50によって、所定の周期で繰り返し実行される。
まず、ステップS1では、ECU50は、車両の運転状態を取得する。具体的には、ECU50は、アクセル開度センサ30が検出したアクセル開度(詳しくは、アクセル開度センサ30が出力した検出信号S30に基づき、ECU50のアクセル開度検出部50aが取得したアクセル開度)、車速センサ39が検出した車速、及び、変速機202に現在設定されているギヤ段などを運転状態として取得する。
次いで、ステップS2では、ECU50の目標加速度設定部50bが、ステップS1で取得されたアクセル開度、車速及びギヤ段に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、目標加速度設定部50bは、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された、図5に示したような加速度特性マップ(予め作成されてメモリなどに記憶されている)の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して現在のアクセル開度に対応する目標加速度を決定し、この目標加速度を設定する。
次いで、ステップS3では、ECU50のエンジン制御部50cが、ステップS2で設定された目標加速度を実現するためのエンジン10の目標トルクを設定する。この場合、エンジン制御部50cは、現在の車速などに基づき、目標トルクを設定する。これは、車速が高くなると走行抵抗が高くなるため、目標トルクを大きく設定する必要があるからである。また、エンジン制御部50cは、エンジン10が出力可能なトルクの範囲内で、目標トルクを設定するようにする。
次いで、ステップS4では、エンジン制御部50cは、ステップS3で設定した目標トルクが出力されるようにエンジン10を制御する。具体的には、エンジン制御部50cは、目標トルクに応じた空気量がエンジン10に導入されるように、エアフローセンサ31が検出した吸入空気量を考慮して、スロットルバルブ5の開度の制御、及び/又は、可変吸気バルブ機構18を介した吸気バルブ12の動作タイミングの制御(吸気VVT制御)を行うと共に、上記の目標トルクに応じた空気量に対応する、理論空燃比から定まる燃料噴射量が噴射されるように、燃料噴射弁13を制御する。
<作用効果>
次に、本実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。
本実施形態では、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合に、目標加速度を0に設定したアクセル開度から5〜10パーセントポイント増加したアクセル開度において車両に最大の躍度を生じさせるように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定するので、車両に生じる躍度が最大値に到達するまでの時間が短くなり、車両の軽快感をドライバに与えることができる、換言すると、車両のレスポンスが速いという印象をドライバに与えることができる。加えて、車両に最大の躍度が発生したポイントをドライバに速やかに印象付けることができ、ドライバは、このポイントに基づいて、車両にどれくらいの加速度が発生するかを速やかに予測することが可能となる。
また、本実施形態では、車両に最大の躍度を生じさせるアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度をほぼ一定にし、且つ、この所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度を低下させる。これにより、本実施形態によれば、躍度をほぼ一定で推移させる期間を設けているので、躍度が最小感知躍度Je0よりも大きい期間が長くなり、リニアな加速感を適切に確保することができると共に、ドライバが加速度の変化を感じる領域を拡大することができる。
また、本実施形態によれば、アクセル開度の増加に依らずに躍度をほぼ一定とする、アクセル開度の所定範囲を、車両に生じさせる最大の躍度が大きいほど、狭い範囲に設定するので、躍度をほぼ一定に維持した後において躍度を緩やかに低下させる期間を適切に確保することができる。これにより、リニアな加速感を効果的に確保することが可能となる。
また、本実施形態によれば、上記の所定範囲を超えるアクセル開度において、躍度が低下するときの変化率(絶対値)をアクセル開度の増加に伴って大きくするので、アクセル開度の増加に比例して躍度を低下させる場合(この場合、躍度が低下するときの変化率は一定値となる)と比較して、躍度を緩やかに低下させる期間を適切に確保することができ、つまり躍度が最小感知躍度Je0よりも大きい期間を長く確保することができ、リニアな加速感を効果的に確保することが可能となる。特に、本実施形態では、アクセル開度及び躍度によって規定された二次関数の式に従って、アクセル開度の増加に伴って躍度を低下させるので、リニアな加速感をより効果的に確保することが可能となる。
<変形例>
上記した実施形態では、本発明をガソリンエンジンとしてのエンジン10に適用する構成を示したが(図2参照)、本発明は、ガソリンエンジンへの適用に限定されず、ディーゼルエンジンにも同様に適用することができる。
また、上記した実施形態では、二次関数の式に従って、アクセル開度の増加に伴って躍度を低下させていたが、そのような二次関数の式を用いることに限定はされず、種々の関数(例えば指数関数や三角関数など)の式を用いて、アクセル開度の増加に伴って躍度を低下させてもよい。この場合、躍度を線形に低下させる構成と比較して緩やかに躍度を低下させることができる関数を適用するのがよい。
1 吸気通路
5 スロットルバルブ
10 エンジン
13 燃料噴射弁
18 可変吸気バルブ機構
25 排気通路
29 アクセルペダル
30 アクセル開度センサ
39 車速センサ
50 ECU
50a アクセル開度検出部
50b 目標加速度設定部
50c エンジン制御部
100 エンジンシステム

Claims (6)

  1. エンジンの制御装置であって、
    アクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
    上記アクセル開度検出手段によって検出されたアクセル開度に基づいて、車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、
    上記目標加速度設定手段によって設定された目標加速度が実現されるように、エンジントルクを制御するエンジン制御手段と、
    を有し、
    上記目標加速度設定手段は、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合に、目標加速度を0に設定したアクセル開度から5〜10パーセントポイント増加したアクセル開度において車両に最大の躍度を生じさせるように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 上記目標加速度設定手段は、車両に上記最大の躍度を生じさせるアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度がほぼ一定となり、且つ、この所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度が低下するように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、請求項1に記載のエンジンの制御装置。
  3. 上記アクセル開度の所定範囲は、車両に生じさせる上記最大の躍度が大きいほど、狭い範囲に設定される、請求項2に記載のエンジンの制御装置。
  4. 上記目標加速度設定手段は、上記所定範囲を超えるアクセル開度において、躍度が低下するときの変化率がアクセル開度の増加に伴って大きくなるように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、請求項2又は3に記載のエンジンの制御装置。
  5. 上記目標加速度設定手段は、上記所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度及び躍度によって規定された二次関数の式に従って、アクセル開度の増加に伴って躍度が低下するように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、請求項4に記載のエンジンの制御装置。
  6. エンジンの制御装置であって、
    アクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
    上記アクセル開度検出手段によって検出されたアクセル開度に基づいて、車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、
    上記目標加速度設定手段によって設定された目標加速度が実現されるように、エンジントルクを制御するエンジン制御手段と、
    を有し、
    上記目標加速度設定手段は、目標加速度を0に設定している状態からアクセル開度が増加した場合に、(1)アクセル開度の増加に伴って躍度が第1の変化率にて上昇して所定の最大値にまで到達し、(2)この最大値に躍度が到達したときのアクセル開度を超えるアクセル開度の所定範囲において、アクセル開度の増加に依らずに躍度がほぼ一定となり、(3)この所定範囲を超えるアクセル開度において、アクセル開度の増加に伴って躍度が上記第1の変化率よりも小さな第2の変化率にて低下するように、アクセル開度に応じて目標加速度を設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
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