JP6109378B1 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルアクチュエータの異常時において退避走行する際に走行トルク抑制量を安定的に制御することが可能な内燃機関用制御装置を提供する。【解決手段】スロットル制御系の異常を検出したとき、内燃機関用制御装置のスロットルアクチュエータ（２０）のスロットル開度を非通電状態に設定する。このときには、フェイルセーフ機構が働いてスロットル開度を予め設定した値に保持する。そして、ブレーキＯＦＦ時で、車速が発電トルク切替車速以下であれば、発電量をブレーキＯＦＦ時の低車速用発電量とし、車速が発電トルク切替車速を越えていれば、発電量を、上記の低車速用発電量より小さい、ブレーキＯＦＦ時の高車速発電量とすることで、退避走行性能が確保されつつ内燃機関の機関回転数の吹き上がりを防止することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、アクセルペダルの踏込量に応じて駆動されるアクチュエータによって設定されるスロットルバルブの開度により内燃機関の出力状態を制御する内燃機関用制御装置に関するものであり、特に、システム異常時の退避走行性能を有する内燃機関用制御装置に関するものである。

従来より、アクセルペダルの踏込量に応じてスロットルアクチュエータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する『電子スロットルシステム』と称される内燃機関のスロットル制御機構が知られている。

このスロットル制御機構における異常時の制御に関わる先行技術としては、スロットル制御機構が異常、すなわち故障した際、アクセル開度センサとスロットル開度センサの信号に基づき減筒制御システムとして内燃機関の運転状態に関わる気筒数を少なくして機関出力を低減し、退避走行を可能とするものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３２０３８０号公報

上記の特許文献１では、電子スロットルシステムを構成するスロットルアクチュエータの異常時における退避走行性能を確保するための手段として内燃機関の運転状態に関わる気筒数を少なくして機関出力を低減しているが、退避走行時の１気筒当たりの走行トルク増減の影響が大きくなるため走行環境によっては走行トルク抑制量にばらつきが発生するという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するために為されたもので、電子スロットルシステムを構成するスロットルアクチュエータの異常時において退避走行する際に走行トルク抑制量を安定的に制御することが可能な内燃機関用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、本発明に係る内燃機関用制御装置は、車速を検出する車速センサと、ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、蓄電装置に電力を回生する発電機と、スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、スロットル制御系の異常を検出する異常検出部を含み、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも１つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキペダルの踏込を検出しないときで前記車速が発電トルク切替車速以下であれば、前記発電機の発電量をブレーキＯＦＦ時の低車速用発電量とし、前記車速が発電トルク切替車速を越えていれば、前記発電機の発電量を、前記低車速用発電量より小さい、ブレーキＯＦＦ時の高車速発電量とする演算部とを備えている。

また、上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関用制御装置は、車速を検出する車速センサと、ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、蓄電装置に電力を回生する発電機と、スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、スロットル制御系の異常を検出する異常検出部、及びブレーキＯＮ時及びブレーキＯＦＦ時にそれぞれ対応する車速対発電機の発電量のメモリマップを有し、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも１つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを前記非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキＯＮ時を示しているか前記ブレーキＯＦＦ時を示しているかに応じて前記メモリマップに基づき前記車速に対応する発電量を発生するように前記発電機を制御する演算部とを備えている。

本発明によれば、スロットル制御系に異常が検出されたとき、スロットルアクチュエータのスロットル開度を非通電状態に設定するとともに、ブレーキスイッチがブレーキペダルの踏込を検出しないときで車速が発電トルク切替車速以下であれば、発電量をブレーキＯＦＦ時の低車速用発電量とし、車速が発電トルク切替車速を越えていれば、発電量を、低車速用発電量より小さい、ブレーキＯＦＦ時の高車速発電量とするように構成したので、内燃機関の走行トルク抑制量を発電機による発電量を用いてきめ細やかに制御することで実走行トルク量が不適切に超過することがないため、安定した走行性能を実現できる効果がある。

本発明の実施の形態による内燃機関用制御装置の全体構成を示す概略線図である。 図１に示す内燃機関用制御装置におけるＥＣＵ内のＣＰＵで実行される全体的な演算処理を示すフローチャートである。 図２のフローチャートにおけるＡＬＴＲＱ算出処理ＩＩの具体例を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおけるＡＬＴＲＱＭＡＸ算出処理の具体例を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおけるＡＬＴＲＱＢＲＫ算出処理の具体例を示すフローチャートである。 図１に示す本発明に係る内燃機関用制御装置の各実施の形態の動作を示すタイムチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関用制御装置の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１とその説明は、上記の特許文献１を部分的に引用している。

実施の形態１．
図１において、図示しない内燃機関には吸気通路１１を通って空気が供給される。吸気通路１１の途中にはスロットルバルブ１２が設けられている。このスロットルバルブ１２はスロットル軸１３に固設され、リターンスプリング１４によって常時、全閉側に付勢されている。なお、スロットルバルブ１２の全閉位置はスロットル軸１３を介して全閉ストッパ１５にて規制されている。また、スロットルバルブ１２にはスロットル軸１３を介してスロットル開度を検出する第１及び第２のスロットル開度センサ１６Ａ及び１６Ｂが並列に配設され、２重系のセンサシステムを構成している。

そして、スロットルバルブ１２はスロットル軸１３を介してオープナ１７と係合されている。このため、スロットルバルブ１２は、スロットル軸１３及びオープナ１７を介してオープナスプリング１８にて常時、開側に付勢されている。このオープナ１７の開位置はオープナストッパ１９にて規制されている。更に、ＤＣモータ等から成るスロットルアクチュエータ２０がスロットルバルブ１２のスロットル軸１３に配設されている。

ここで、オープナスプリング１８の付勢力は、リターンスプリング１４の付勢力に打勝つように設定されている。従って、スロットルアクチュエータ２０が非通電状態にあるとき、スロットルバルブ１２のスロットル開度は、オープナ１７がスロットル軸１３を伴ってオープナストッパ１９に当接する位置に設定されることになる。従って、スロットルアクチュエータ２０の非通電時には一定のスロットル開度が保持されるというフェールセイフ機構が形成されている。

アクセルペダル２１には、アクセル開度を検出する第１及び第２のアクセル開度センサ２２Ａ及び２２Ｂが並列に配設され、ここでも２重系のセンサシステムを構成している。
ブレーキペダル２３にはブレーキスイッチ２４が配設されている。このブレーキスイッチ２４は、ブレーキペダル２３がドライバーによって踏込まれることでＯＦＦからＯＮとなる。

また、図示しない内燃機関のクランクシャフトには、クランク角を検出する回転数センサ２５が配設されている。車速センサ２６は車両の４輪のうち少なくとも２輪の回転速度を検出するシステムが設けられている。更に、吸気通路１１のスロットルバルブ１２の下流側には内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタ（燃料噴射弁）２９が配設されている。

発電機２８は後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）３０から制御され、内燃機関の回転により発電し、ＥＣＵ３０に出力電圧、出力電流、及び発生トルクの情報を送る。また、発電機２８で発電された電力は蓄電装置２７へ送られて回生される発電制動システムが形成されている。

ＥＣＵ３０には、２重系の第１及び第２のスロットル開度センサ１６Ａ及び１６Ｂからの各スロットル開度信号、２重系の第１及び第２のアクセル開度センサ２２Ａ及び２２Ｂからの各アクセル開度信号、ブレーキスイッチ２４からのＯＮ／ＯＦＦ信号、並びに回転数センサ２５からのクランク角信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１、制御プログラムを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入力回路３５、出力回路３６、並びにそれらを接続するバスライン３７によって演算部を構成している。

このような構成により、各種センサの出力信号に基づきＥＣＵ３０からスロットルアクチュエータ２０に駆動信号が出力され、スロットルバルブ１２の開閉位置が設定されて内燃機関側に適切な量の空気が供給される。また、各種センサ信号に基づき、ＥＣＵ３０からインジェクタ２９に駆動信号が出力され、内燃機関の運転状態に対応した適切な量の燃料が噴射される。

次に、ＥＣＵ３０に使用されるＣＰＵ３１において発電トルクを与える発電量の算出手順を図２〜図５のフローチャートに基づいて説明する。

なお、スロットルアクチュエータ２０が非通電故障になったときには、スロットルを完全に閉じる構造にすると、高速道路での走行時に道路上で立ち往生するというような危険な状態をもたらすので、路肩に緊急避難する等の退避走行を可能にすることが法的に定められており、スロットルアクチュエータ２０が非通電故障になったときにおいて、安定した走行性能をもたらすことが本発明の基本的な考えである。

まず、図２において、ステップＳ６０１１で、スロットルアクチュエータ２０が通電停止の故障状態であるか否かを判定するフラグＸＦＡＩＬ＿Ｌを読み取る。この故障判定は、アクセルペダル２１が踏み込まれてアクセル開度センサ２２Ａ，２２ＢからＥＣＵ３０に信号が入力されているにも拘らず、スロットル開度センサ１６Ａ，１６Ｂから対応する信号がＥＣＵ３０に入力されないことなどから判定することができる。このようなスロットル制御系の構成要素の異常は、その他にも種々存在し、ＥＣＵ３０内における異常検出部（図示せず）によって検出することができる。
この場合、ＥＣＵ３０は、スロットルアクチュエータ２０を非通電状態に設定し、上記のフェイルセーフ機構が働くようにする。

ステップＳ６０１１でＸＦＡＩＬ＿Ｌが「０」であり、スロットルアクチュエータ２０に異常がないときはステップＳ６０１２に移行し、正常制御状態の発電量ＡＬＴＲＱ算出処理Ｉが実行される。この正常制御状態の発電量ＡＬＴＲＱ算出処理Ｉは、従来から知られているように、内燃機関に搭載されているバッテリの電流や温度・充電状態と内燃機関の負荷状態等から発電量ＡＬＴＲＱを算出するものである。

一方、スロットルアクチュエータ２０が非通電故障状態の場合は、ステップＳ６０１１のＸＦＡＩＬ＿Ｌが「１」となり判定条件が成立するので、後述する発電量ＡＬＴＲＱ算出処理ＩＩが実行される。

次に、図３のフローチャートに基づいて、上記のステップＳ６０１３における発電量ＡＬＴＲＱ算出処理ＩＩについて具体的に説明する。

まず、ステップＳ６０２１で、ブレーキＯＮフラグＸＢＲＫが「１」であるか否かが判定される。ステップＳ６０２１の判定条件が成立せず、即ち、ブレーキペダル２３の踏込みが無くブレーキスイッチ２４がＯＦＦであるときには、ブレーキＯＮフラグＸＢＲＫが「０」となり（ＮＯ）、ステップＳ６０２２に移行し、ＡＬＴＲＱＭＡＸ算出処理が実行される。すなわち、発電量ＡＬＴＲＱは、ブレーキＯＦＦ時の走行トルク抑制発電最大量ＡＬＴＲＱＭＡＸに設定される。

一方、ステップＳ６０２１の判定条件が成立し、即ち、ブレーキペダル２３の踏込みがありブレーキスイッチ２４がＯＮであるときには、ブレーキＯＮフラグＸＢＲＫが「１」となり（ＹＥＳ）、ステップＳ６０２３に移行し、ＡＬＴＲＱＢＲＫ算出処理が実行される。すなわち、発電量ＡＬＴＲＱは、ブレーキＯＮ時の発電量ＡＬＴＲＱＢＲＫに設定される。

次に、図４のフローチャートに基づいて、上記のブレーキＯＦＦ時でのステップＳ６０２２における発電量ＡＬＴＲＱＭＡＸ算出処理を具体的に説明する。

まず、ステップＳ６０３１で、図１に示した車速センサ２６から出力された車速Ｖｓｐｅｅｄがしきい値Ｘｓｐｅｅｄより大きいか否かが判定される。ブレーキペダル２３の踏込みがない状態（ブレーキＯＦＦ時）でステップＳ６０３１の判定条件が成立せず、即ち、車速Ｖｓｐｅｅｄ≦しきい値Ｘｓｐｅｅｄの場合（ＮＯ）は、ステップＳ６０３２に移行し、ブレーキＯＦＦ時の発電量ＡＬＴＲＱＭＡＸが低車速発電量ＡＬＴ＿ＶＳＬに設定される。

一方、ブレーキペダル２３の踏込みが無い状態（ブレーキＯＦＦ時）でステップＳ６０３１の判定条件が成立、即ち、車速Ｖｓｐｅｅｄ＞しきい値Ｘｓｐｅｅｄの場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０３３に移行し、ブレーキＯＦＦ時の発電量ＡＬＴＲＱＭＡＸが高車速発電量ＡＬＴ＿ＶＳＨに設定される。

次に、図５のフローチャートに基づいて、上記のブレーキＯＮ時のステップＳ６０２３における発電量ＡＬＴＲＱＢＲＫ算出処理を具体的に説明する。
まず、ステップＳ６０４１で車速Ｖｓｐｅｅｄがしきい値Ｘｓｐｅｅｄより大きいか否かが判定される。ステップＳ６０４１の判定条件が成立せず、即ち、車速Ｖｓｐｅｅｄ≦しきい値Ｘｓｐｅｅｄの場合（ＮＯ）には、ステップＳ６０４２に移行し、ブレーキペダル２３が踏込まれているブレーキＯＮ時の発電量ＡＬＴＲＱＢＲＫが低車速発電量ＡＬＴ＿ＢＲＫＶＳＬに設定される。

一方、ブレーキペダル２３の踏込みがある状態（ブレーキＯＮ時）で、ステップＳ６０４１の判定条件が成立、即ち、車速Ｖｓｐｅｅｄ＞しきい値Ｘｓｐｅｅｄより大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０４３に移行し、ブレーキＯＮ時の発電量ＡＬＴＲＱＢＲＫが高車速発電量ＡＬＴ＿ＢＲＫＶＳＨに設定される。

次に、図６に基づいて、スロットルアクチュエータ２０が通電停止の故障状態に陥った場合の走行時の挙動について説明する。

スロットルアクチュエータ２０が通電停止の故障状態であると判定された場合において（ステップＳ６０１１のＹＥＳ）、ブレーキがＯＮで車速＝０、すなわち停車時には、上記のステップＳ６０４２から、ブレーキＯＮ時の低車速用発電量ＡＬＴ＿ＢＲＫＶＳＬに設定され、発電機２８から蓄電装置２７には小さな電力しか与えられない。ここでは、ドライバーがブレーキペダル２３を踏んだということは、抑制された発電量を発電機２８は蓄電装置２７に与えればよいことを示している。

その後、車両が停止の状態からブレーキを開放したとき（ブレーキＯＦＦ時）には、急発進すると危険であるので、徐々に車両が動き出して車速が上昇するように、走行トルクの抑制を目的として発電量を低車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＬに設定する（ステップＳ６０３２）。すなわち、低車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＬは、走行トルクが大きくならないように、大き目の値であり、こうすることで、発電機２８から蓄電装置２７への回生エネルギーを大きくして走行エネルギーを消費させ、急発進させないようにしている。

このようにして車両が発進した後に車速Ｖｓｐｅｅｄが徐々に上昇して行き、しきい値Ｘｓｐｅｅｄを超えたときは、車速を上げてもよいと判断されるので、発電量を高車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＨに切替える。すなわち、発電量を、上記の低車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＬより小さい高車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＨに設定することで発電機２８の発電量を抑える。従って、回生エネルギーを小さくすることで走行トルクを大きく引き出すことができ、図示のように車速Ｖｓｐｅｅｄを上げることができる。なお、発電量を切替えるための車速判定しきい値Ｘｓｐｅｅｄはヒステリシスの幅を持たせてもよい。

その後、ブレーキＯＮになったときは、発電機２８の発電量を高車速用発電量ＡＬＴ＿ＢＲＫＶＳＨに設定して（ステップＳ６０４３）、走行トルクを抑制する。これにより、車速は低下して行く。そして、車速Ｖｓｐｅｅｄがしきい値Ｘｓｐｅｅｄ以下になったときには、最初と同様に発電機２８の発電量を低車速用発電量ＡＬＴ＿ＢＲＫＶＳＬに設定する。

このようにして、走行時の発電量をブレーキの踏込み状態と車速判定により発電量を切替え、走行トルクを制御する。

すなわち、本実施の形態における内燃機関用制御装置は、スロットルアクチュエータが非通電故障と見做される状態において、車両が停止の状態からブレーキを開放して発進する時に低車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＬを設定することで走行トルクを抑え車両の急発進を防止することが出来る。

また、車両が発進した後に車速が上昇してしきい値を超えた場合は発電量を高車速用発電量ＡＬＴ＿ＶＳＨに切り替えることで発電量を抑え、走行トルクを引き出し、運転者の走行要求に対するストレスを軽減することが出来る。

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、車速Ｖｓｐｅｅｄがしきい値Ｘｓｐｅｅｄより大きいか小さいか否かを判定し、発電量ＡＬＴＲＱを切り替える処理を行っているが、本実施の形態では、車速Ｖｓｐｅｅｄ対発電量で構成されたメモリマップをＲＡＭ３３に予め用意しておき、きめ細やかに発電機２８による発電量の制御を行うこともできる。

この場合、メモリマップは、ブレーキスイッチ２４の出力に対応してブレーキＯＮ時及びブレーキＯＦＦ時それぞれの車速対発電機の発電量のメモリマップを構成している。そして、ＥＣＵ３０は、ブレーキスイッチ２４がブレーキＯＮ時を示しているかブレーキＯＦＦ時を示しているかによってメモリマップに基づき車速Ｖｓｐｅｅｄに対応する発電量を発生するように発電機２８を制御する。

このように発電量を切替えるためのしきい値Ｘｓｐｅｅｄを持たせずにメモリマップを用いた場合の車速の挙動は、図６において点線で示されている。
従って、車速によるマップを使用することで、車両が発進した後に車速の上昇に伴い発電トルクを徐々に軽減し、走行時に運転者がブレーキを踏込んだ場合にはブレーキ踏込み時のマップに切替え、速やかに車両を停止することが出来るため、きめ細やかに制御することが可能となる。

１２ スロットルバルブ、１４ リターンスプリング、１５ 全閉ストッパ、１６Ａ，１６Ｂ スロットル開度センサ、１７ オープナ、１８ オープナスプリング、１９ オープナストッパ、２０ スロットルアクチュエータ、２１ アクセルペダル、２２Ａ，２２Ｂ アクセル開度センサ、２３ ブレーキペダル、２４ ブレーキスイッチ、２５ 回転数センサ、２６ 車速センサ、２７ 蓄電装置、２８ 発電機、３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、３１ ＣＰＵ。

Claims (4)

1. 車速を検出する車速センサと、
   ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、
   蓄電装置に電力を回生する発電機と、
   スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、
   スロットル制御系の異常を検出する異常検出部を含み、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも１つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキペダルの踏込を検出しないときで前記車速が発電トルク切替車速以下であれば、前記発電機の発電量をブレーキＯＦＦ時の低車速用発電量とし、前記車速が発電トルク切替車速を越えていれば、前記発電機の発電量を、前記低車速用発電量より小さい、ブレーキＯＦＦ時の高車速発電量とする演算部とを備えた
   内燃機関用制御装置。
2. 前記演算部は、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキペダルの踏込を検出したときで、前記車速が発電トルク切替車速以下であれば前記発電量をブレーキＯＮ時の低車速用発電量とし、前記車速が前記発電トルク切替車速を越えていれば前記発電量を、前記ブレーキＯＮ時の低車速用発電量より大きい、ブレーキＯＮ時の高車速用発電量とする
   請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
3. 車速を検出する車速センサと、
   ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、
   蓄電装置に電力を回生する発電機と、
   スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、
   スロットル制御系の異常を検出する異常検出部、及びブレーキＯＮ時及びブレーキＯＦＦ時にそれぞれ対応する車速対発電機の発電量のメモリマップを有し、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも１つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを前記非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキＯＮ時を示しているか前記ブレーキＯＦＦ時を示しているかに応じて前記メモリマップに基づき前記車速に対応する発電量を発生するように前記発電機を制御する演算部とを備えた
   内燃機関用制御装置。
4. アクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、
   前記スロットル開度を検出するスロットル開度センサとをさらに備え、
   前記異常検出部は、前記アクセル開度センサからの入力があっても、これに対応して前記スロットル開度センサからの入力がない場合には前記スロットル制御系に異常があると見做す
   請求項１又は３に記載の内燃機関用制御装置。

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