KR101160864B1

KR101160864B1 - 차량 구동 유닛의 제어 장치

Info

Publication number: KR101160864B1
Application number: KR1020107003459A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 다나카; 준이치 가코; 가오루 오츠카; 신이치 소에지마; 게이스케 가와이; 나오토 가토; 하야토 나카다
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2012-07-02
Also published as: EP2180170A1; KR20100043076A; JP4241864B2; US8332122B2; CN101772632B; US20100191406A1; BRPI0815552A2; WO2009025128A1; JP2009047102A; RU2431754C1; CN101772632A; EP2180170A4

Abstract

차량 구동 유닛의 제어 장치에 관한 것으로서, 계산기의 연산 부하를 증대시키지 않고, 차량 구동 유닛의 각종 기능에 관한 요구를 적절하게 실현할 수 있도록 한다.
요구 발생 계층 (10), 중재 계층 (20) 및 제어량 설정 계층 (30) 으로 이루어지는 계층형의 제어 구조로 하고, 상위의 계층으로부터 하위의 계층에 대하여 일방향으로 신호를 전달한다. 요구 발생 계층 (10) 에는 각종 기능에 관한 요구를 수치화하여 출력하는 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 를 기능마다 형성한다. 중재 계층 (20) 에는 요구의 분류마다 중재 요소 (22, 24, 26) 를 형성한다. 각 중재 요소 (22, 24, 26) 는 담당하는 분류의 요구값을 집약하여, 규칙에 따라 1 개의 요구값으로 중재한다. 제어량 설정 계층 (30) 에는 중재된 각 요구값을 상호 관계에 기초하여 조정하는 조정부 (32) 와, 조정된 요구값에 기초하여 복수의 액츄액츄터 (42, 44, 46) 의 각각의 제어량을 연산하는 제어량 연산 요소 (34, 36, 38) 를 형성한다.

Description

차량 구동 유닛의 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING VEHICLE DRIVE UNIT}

본 발명은 차량 구동 유닛의 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 차량 구동 유닛의 각종 기능에 관한 요구를 복수의 액츄에이터의 협조 제어에 의해 실현시키는 제어 장치에 관한 것이다.

차량 구동 유닛의 제어에 관한 기술로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-250416호 (이하, 특허문헌 1) 에 개시된 것이나, 일본 공개특허공보 평5-85228호 (이하, 특허문헌 2) 에 개시된 것이 알려져 있다.

특허문헌 1 에 개시된 것은, 기계적 자원이나 열적 자원 등을 발생시키는 발생원과, 이들 자원을 소비하는 소비부 사이에 조정부를 형성하여, 발생원의 자원 공급량과 소비부의 자원 소비량의 관계를 조정부에서 조정하도록 한 것이다. 보다 상세하게는, 조정부가 발생원과 소비부의 각각에 자원 공급량과 자원 소비량을 문의하여 집약하고, 각 소비부에 대한 자원 배분을 결정한 후, 발생원에서의 자원 발생량과 소비부의 자원 소비량을 결정한다.

한편, 특허문헌 2 에 개시된 것은, 제어 구조를 계층 구조로 하고, 계층의 최상위에 위치하는 운전자의 요구를 계층의 최하위에 위치하는 각 주행 기능의 액츄에이터에 일방향으로 전달하도록 한 것이다.

특허문헌 1 의 기술에 의하면, 조정부가 발생원과 소비부 사이에서 상호 통신을 실시함으로써, 복수의 소비부로부터의 요구를 적절히 실현시킬 수 있다. 그러나 그 한편으로, 조정부로부터의 문의, 문의에 대한 회답, 및 자원의 발생량, 소비부에 대한 배분 결정 후의 통지라는 복수회의 통신을 실시할 필요가 있기 때문에, 계산기에는 다대한 연산 부하가 가해지게 된다. 일반적으로, 차량 구동 유닛의 제어 장치는 복수의 태스크를 병렬로 처리하고 있기 때문에, 1 개의 태스크의 실행에 요하는 계산기의 연산 부하는 가능한 한 작은 것이 바람직하다.

반면에, 특허문헌 2 의 기술에 의하면, 신호의 전달이 상위의 계층으로부터 하위의 계층에 대한 일방향이기 때문에 계산기의 연산 부하는 작아도 된다. 그러나, 특허문헌 2 의 기술로 실현할 수 있는 요구는 1 개 (운전자로부터의 요구) 뿐으로, 복수의 요구를 실현할 수 있도록 되어 있지는 않다. 차량 구동 유닛에서는, 드라이버빌리티나 연비 등의 기능에 관한 요구는 복수 존재한다. 이들 요구를 단순히 중첩시킨 것만으로는, 각 액츄에이터를 적절히 동작시킬 수 없고, 요구의 실현이 불충분해질 뿐만 아니라, 차량 구동 유닛의 운전에 파탄이 발생할 우려도 있다.

본 발명은, 상기 서술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 계산기의 연산 부하를 증대시키지 않고, 차량 구동 유닛의 각종 기능에 관한 요구를 적절히 실현할 수 있도록 한 차량 구동 유닛의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 차량 구동 유닛의 각종 기능에 관한 요구를 상기 차량 구동 유닛의 동작에 관한 복수의 액츄에이터를 협조 제어하여 실현하는 제어 장치로서,

요구 발생 계층과, 상기 요구 발생 계층의 하위에 형성된 중재(arbitration) 계층과, 상기 중재 계층의 하위에 형성된 제어량 설정 계층으로 이루어지고, 상위의 계층으로부터 하위의 계층에 대하여 일방향으로 신호가 전달되는 계층형의 제어 구조를 가지며,

상기 요구 발생 계층에는, 상기 차량 구동 유닛의 기능에 관한 요구를 출력하는 요구 출력 요소가 기능마다 형성되고,

상기 중재 계층에는, 미리 정해진 요구의 분류마다 중재 요소가 형성되고, 각 중재 요소는, 상기 요구 발생 계층으로부터 출력된 요구값 중 담당하는 분류의 요구값을 집약하여, 미리 정해진 규칙에 따라 1 개의 요구값으로 중재하도록 구성되며,

상기 제어량 설정 계층에는, 상기 중재 계층에서 중재된 각 요구값을 상호 관계에 기초하여 조정하는 조정부와, 상기 조정부에서 조정된 요구값에 기초하여 상기 복수의 액츄에이터의 각각의 제어량을 연산하는 제어량 연산 요소가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

제 2 발명은 제 1 발명에 있어서,

상기 제어량 연산 요소는 액츄에이터마다 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

제 3 발명은 제 1 또는 제 2 발명에 있어서,

상기한 각 계층에 대하여 공통의 신호를 병렬로 배신하는 공통 신호 배신 계통을 가지며, 상기 공통 신호 배신 계통을 통하여 상기 차량 구동 유닛의 운전 조건 및 운전 상태에 관한 신호가 배신되는 것을 특징으로 하고 있다.

제 4 발명은 제 1 내지 제 3 중 어느 한 발명에 있어서,

상기 요구 출력 요소는, 상기 차량 구동 유닛의 기능에 관한 요구를 상기 차량 구동 유닛의 동작에 관한 물리량으로서 미리 정해진 복수의 물리량 중 어느 것으로 표현하여 출력하도록 구성되며,

상기 중재 요소는, 상기한 물리량마다 형성되어, 상기 요구 발생 계층으로부터 출력된 요구값 중 담당하는 물리량으로 표현된 요구값을 집약하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

제 5 발명은 제 4 발명에 있어서,

상기 차량 구동 유닛은 내연 기관이고, 상기 복수의 물리량이란 토크, 효율 및 공연비인 것을 특징으로 하고 있다.

제 6 발명은 제 5 발명에 있어서,

상기 조정부는, 상기 중재 계층에서 중재된 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값 중, 효율 요구값 혹은 공연비 요구값을 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 7 발명은 제 5 또는 제 6 발명에 있어서,

상기한 각종 기능에는 드라이버빌리티에 관한 기능과, 배기 가스에 관한 기능과, 연료 소비에 관한 기능이 포함되는 것을 특징으로 하고 있다.

제 8 발명은 제 5 내지 제 7 중 어느 한 발명에 있어서,

상기한 복수의 액츄에이터에는 상기 내연 기관의 흡입 공기량을 조정하는 액츄에이터와, 상기 내연 기관의 점화 시기를 조정하는 액츄에이터와, 상기 내연 기관의 연료 분사량을 조정하는 액츄에이터가 포함되는 것을 특징으로 하고 있다.

제 9 발명은 제 1 내지 제 8 중 어느 한 발명에 있어서,

상기 중재 계층에서 중재된 복수의 요구값 중 적어도 2 개의 요구값 사이에는 우선 순서가 미리 설정되어 있고,

상기 조정부는, 상기 제어량 연산 요소에서 제어량의 연산에 사용되는 복수의 요구값 사이의 관계가 상기 차량 구동 유닛의 적정 운전을 가능하게 하는 관계가 되도록, 우선 순위가 낮은 쪽으로부터 순서대로 적어도 1 개의 요구값을 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 10 발명은 제 9 발명에 있어서,

상기 차량 구동 유닛은 복수의 운전 모드를 선택할 수 있으며, 선택된 운전 모드에 따라 상기한 우선 순서가 변경되는 것을 특징으로 하고 있다.

제 11 발명은 제 10 발명에 있어서,

상기 조정부는, 조정 대상인 요구값의 상한 및/또는 하한을 규제하는 가드를 포함하며, 조정 대상인 각 요구값의 우선 순위에 따라 각 가드의 규제 범위를 변경하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 1 발명에 의하면, 최상위의 요구 발생 계층으로부터 출력된 요구는 최하위의 제어량 설정 계층까지 일방향으로 전달되므로, 상하의 계층 사이에서 신호의 교환을 동반하는 경우가 없는 만큼, 계산기의 연산 부하를 저감할 수 있다. 또, 제어량 설정 계층에 전달된 각 요구값은 상호 관계에 기초하여 조정되고, 조정된 요구값에 기초하여 각 액츄에이터의 제어량이 연산되므로, 요구 발생 계층에서 어떠한 요구가 출력된 경우에도 차량 구동 유닛의 운전에 파탄이 발생하지 않도록 액츄에이터를 협조시킬 수 있다. 즉, 제 1 발명에 의하면, 계산기의 연산 부하를 증대시키지 않고 각종 기능에 관한 복수의 요구를 적절히 실현할 수 있다.

또한, 제 1 발명에 의하면, 차량 구동 유닛의 기능을 추가하는 경우에는, 그에 따른 요구 출력 요소를 요구 발생 계층에 추가로 형성하고, 그 요구값이 분류되는 중재 요소에 접속되는 것만으로 족하다. 요구 발생 계층으로부터 중재 계층에 대한 신호의 전달은 일방향이며, 또한, 요구 발생 계층에서는 동일 계층 내의 요소 사이에서 신호의 전달이 이루어지지 않기 때문에, 요구 출력 요소의 추가에 의해 다른 요소의 설계가 변경되는 경우는 없다. 추가된 요구 출력 요소로부터 출력된 요구값은, 다른 요구 출력 요소로부터 출력된 요구값과 함께 중재 요소에 의해 집약되어 1 개의 요구값으로 중재된다.

제 2 발명에 의하면, 차량 구동 유닛의 제어에 사용하는 액츄에이터를 추가하는 경우에는, 그에 따른 제어량 연산 요소를 제어량 설정 계층에 추가로 형성하고, 조정부에 접속시키는 것만으로 족하다. 조정부로부터 각 제어량 연산 요소에 대한 신호의 전달은 일방향이며, 또한 제어량 연산 요소 사이에서 신호의 전달이 이루어지지 않기 때문에, 제어량 연산 요소의 추가에 의해 다른 요소의 설계가 변경되는 경우는 없다.

제 3 발명에 의하면, 차량 구동 유닛의 운전 조건이나 운전 상태를 참조하면서 각 액츄에이터의 제어량을 결정할 수 있기 때문에, 요구의 실현을 향하여 각 액츄에이터를 보다 정확하고 확실하게 동작시킬 수 있다. 또, 차량 구동 유닛의 운전 조건 및 운전 상태에 관한 신호는 각 계층에 대하여 병렬로 배신되므로, 계층 사이에서의 신호의 전달 부하의 증대를 방지할 수 있다.

제 4 발명에 의하면, 미리 정해진 어느 물리량으로 요구를 표현함으로써, 요구를 물리량마다 집약하여 중재할 수 있다. 또, 중재된 요구값에 기초하여 각 액츄에이터의 제어량이 산출되는데, 차량 구동 유닛의 동작에 관한 물리량을 사용하여 요구를 표현해 두면, 각 액츄에이터의 동작에 적확하게 요구를 반영시킬 수 있다. 즉, 차량 구동 유닛의 각 기능에 관한 요구를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 차량 구동 유닛이 내연 기관인 경우, 그 출력은 토크, 열, 배기 가스라고 할 수 있으며, 이들 출력은 내연 기관의 각종 기능에 관계되어 있다. 또한, 이들 출력을 제어하기 위한 파라미터는 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량으로 집약할 수 있다. 따라서, 차량 구동 유닛이 내연 기관인 경우, 그 기능에 관한 요구는 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량을 사용하여 표현하는 것이 바람직하다.

제 5 발명에 의하면, 내연 기관의 각종 기능에 관한 요구를 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량에 의해 표현하여, 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값에 기초하여 각 액츄에이터의 제어량을 연산함으로써, 내연 기관의 출력에 요구가 반영되도록 각 액츄에이터의 동작을 제어할 수 있다.

제 6 발명에 의하면, 정확한 토크 제어를 실시하면서, 효율이나 공연비에 관련되는 다른 요구도 가능한 한 실현할 수 있다.

제 7 발명에 의하면, 내연 기관의 기능인 드라이버빌리티, 배기 가스 및 연료 소비에 관한 요구를 용이하게 실현할 수 있다. 드라이버빌리티에 관한 요구는, 예를 들어 토크나 효율로 표현할 수 있다. 배기 가스에 관한 요구는, 예를 들어 효율이나 공연비로 표현할 수 있다. 연료 소비에 관한 요구는, 예를 들어 효율이나 공연비로 표현할 수 있다.

제 8 발명에 의하면, 흡입 공기량, 점화 시기 및 연료 분사량의 제어에 의해 내연 기관의 각 기능에 관한 요구를 용이하게 실현할 수 있다. 흡입 공기량은 토크 요구값과 효율 요구값에 기초하여 산출할 수 있다. 점화 시기는 토크 요구값에 기초하여 산출할 수 있다. 연료 분사량은 공연비 요구값에 기초하여 산출할 수 있다. 단, 요구값은 어디까지나 제어량의 계산에 사용하는 정보 중 하나로서, 제어량의 계산에는 요구값뿐만 아니라 내연 기관의 운전 조건이나 운전 상태에 관한 정보 (추정 토크, 회전수 등) 를 사용할 수 있다.

제 9 발명에 의하면, 우선 순위가 높은 요구값은 그대로 액츄에이터의 제어량에 반영되고, 우선 순위가 낮은 요구값은 조정된 후에 액츄에이터의 제어량에 반영되게 된다. 이에 따르면, 차량 구동 유닛의 적정 운전이 가능한 범위 내에서, 우선 순위가 높은 요구는 확실하게 실현하면서, 우선 순위가 낮은 요구도 가능한 한 실현할 수 있다.

제 10 발명에 의하면, 차량 구동 유닛의 운전 모드에 따라 각 요구를 실현하는 데에 있어서의 우선 순서를 변경할 수 있고, 선택된 운전 모드에 있어서 우선 순위가 높은 요구는 확실하게 실현하면서, 우선 순위가 낮은 요구도 가능한 한 실현할 수 있다.

제 11 발명에 의하면, 요구값의 상한 및/또는 하한을 규제하는 가드의 규제 범위를 변경함으로써, 요구값의 크기를 용이하게 조정할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 로서의 엔진의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태 1 에 관한 중재 요소 (토크 중재) 의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태 1 에 관한 중재 요소 (효율 중재) 의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태 1 에 관한 조정부의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 1 에 관한 공연비를 고려한 효율 상하한값의 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태 1 에 관한 효율을 고려한 A/F 상하한값의 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태 2 로서의 차량 구동 유닛의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

실시형태 1.

이하, 본 발명의 실시형태 1 에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 실시형태 1 에서는, 본 발명의 제어 장치를 자동차에 탑재되는 내연 기관 (이하, 엔진이라고 한다), 특히 불꽃 점화식의 엔진에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 불꽃 점화식 엔진 이외의 엔진, 예를 들어 디젤 엔진에도 적용할 수 있으며, 엔진과 전동기로 이루어지는 하이브리드 시스템 등, 엔진 이외의 차량 구동 유닛에도 적용할 수 있다.

본 발명의 실시형태 1 로서의 엔진의 제어 장치는, 도 1 의 블록도로 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 1 에서는 제어 장치의 각 요소를 블록으로 나타내고, 블록 사이의 신호의 전달을 화살표로 나타내고 있다. 이하, 도 1 을 참조하여 본 실시형태의 제어 장치의 구성과, 그 특징에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태의 특징에 대한 보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위하여, 필요에 따라 상세도를 사용한 설명도 하는 것으로 한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치는, 3 개의 계층 (10, 20, 30) 으로 이루어지는 계층형의 제어 구조를 갖고 있다. 최상위에는 요구 발생 계층 (10), 그 하위에는 중재 계층 (20), 더욱 그 하위에는 제어량 설정 계층 (30) 이 형성되고, 최하위의 제어량 설정 계층 (30) 에 각종 액츄에이터 (42, 44, 46) 가 접속되어 있다. 제어 장치의 계층 (10, 20, 30) 사이에서는 신호의 흐름은 일방향이며, 요구 발생 계층 (10) 으로부터 중재 계층 (20) 으로, 중재 계층 (20) 으로부터 제어량 설정 계층 (30) 으로 신호가 전달되도록 되어 있다. 또한, 이들 계층 (10, 20, 30) 과는 독립적으로, 각 계층 (10, 20, 30) 에 공통의 신호를 병렬로 배신하는 공통 신호 배신 계통 (50) 이 형성되어 있다.

계층 (10, 20, 30) 사이에 전달되는 신호와, 공통 신호 배신 계통 (50) 에 의해 배신되는 신호에는 다음과 같은 차이가 있다. 계층 (10, 20, 30) 사이에 전달되는 신호는 엔진의 기능에 관한 요구를 신호화한 것으로서, 최종적으로는 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 제어량으로 변환되는 신호이다. 반면에, 공통 신호 배신 계통 (50) 에 의해 배신되는 신호는, 요구를 발생시키거나 제어량을 연산하거나 하는 데에 필요한 정보를 포함한 신호이다. 구체적으로는, 엔진의 운전 조건이나 운전 상태에 관한 정보 (엔진 회전수, 흡입 공기량, 추정 토크, 현시점의 실점화 시기, 냉각수 온도, 밸브 타이밍, 운전 모드 등) 로서, 그 정보원 (52) 은 엔진에 형성된 각종 센서나 제어 장치 내부의 추정 기능 등이다. 이들 정보는 각 계층 (10, 20, 30) 에서 공통적으로 이용되는 공통 엔진 정보이므로, 각 계층 (10, 20, 30) 에 병렬로 배신하는 것으로 하면, 계층 (10, 20, 30) 사이의 통신량을 삭감할 수 있을 뿐만 아니라, 계층 (10, 20, 30) 사이에 있어서의 정보의 동시성을 유지할 수도 있다.

이하, 각 계층 (10, 20, 30) 의 구성과, 그곳에서 이루어지고 있는 처리에 대하여 상위의 계층으로부터 순서대로 상세하게 설명한다.

요구 발생 계층 (10) 에는, 복수의 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 가 배치되어 있다. 여기서 말하는 요구란, 엔진의 기능에 관한 요구로서, 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 는 엔진의 기능마다 형성되어 있다. 엔진의 기능에는 드라이버빌리티, 배기 가스, 연비, 소음, 진동 등을 들 수 있다. 이들은 엔진에 요구되는 성능이라고도 바꾸어 말할 수 있다. 엔진에 무엇을 요구하는지, 무엇을 우선시하는지에 따라 요구 발생 계층 (10) 에 배치하는 요구 출력 요소의 내용은 상이해진다. 본 실시형태에서는, 드라이버빌리티에 관한 기능에 대응하여 요구 출력 요소 (12) 가 형성되고, 배기 가스에 관한 기능에 대응하여 요구 출력 요소 (14) 가 형성되며, 연비에 관한 기능에 대응하여 요구 출력 요소 (16) 가 형성되어 있다.

요구 출력 요소 (12, 14, 16) 는, 엔진의 기능에 관한 요구를 수치화하여 출력한다. 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 제어량은 연산에 의해 결정되므로, 요구를 수치화함으로써 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 제어량에 요구를 반영시킬 수 있게 된다. 본 실시형태에서는, 엔진의 동작에 관한 물리량으로 요구를 표현한다. 기능의 분류에는 주관이 동반되지만, 이와 같은 물리량으로 요구를 표현함으로써, 기능의 분류에 관한 주관을 배제한 객관적인 수치화가 가능해지고, 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 동작에 적확하게 요구를 반영시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 요구의 표현에 사용하는 물리량으로서 토크, 효율 및 공연비의 3 종만을 사용하는 것으로 한다. 엔진의 출력 (광의의 출력) 은 토크, 열, 배기 가스 (열과 성분) 라고 할 수 있으며, 이들 출력은 전술한 드라이버빌리티, 배기 가스, 연비와 같은 엔진의 기능에 관계되어 있다. 그리고, 이들 출력을 제어하기 위한 파라미터는 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량으로 집약할 수 있다. 따라서, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량을 사용하여 요구를 표현하고, 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 동작을 제어함으로써, 엔진의 출력에 확실하게 요구를 반영시킬 수 있다고 생각할 수 있다.

도 1 에서는, 이것은 일례이기는 하지만, 요구 출력 요소 (12) 는 드라이버빌리티에 관한 요구를 토크나 효율로 표현한 요구값으로 하여 출력하고 있다. 예를 들어, 요구가 차량의 가속이면, 그 요구는 토크에 의해 표현할 수 있다. 요구가 엔진 스톱의 방지이면, 그 요구는 효율 (효율 업) 에 의해 표현할 수 있다.

요구 출력 요소 (14) 는 배기 가스에 관한 요구를 효율이나 공연비로 표현한 요구값으로 하여 출력하고 있다. 예를 들어, 요구가 촉매의 난기이면, 그 요구는 효율 (효율 다운) 에 의해 표현할 수 있고, 공연비에 의해서도 표현할 수 있다. 효율 다운에 의하면 배기 가스 온도를 높일 수 있고, 공연비에 의하면 촉매에 의해 반응하기 쉬운 분위기로 할 수 있다.

또, 요구 출력 요소 (16) 는 연비에 관한 요구를 효율이나 공연비로 표현한 요구값으로 하여 출력하고 있다. 예를 들어, 요구가 연소 효율의 상승이면, 그 요구는 효율 (효율 업) 에 의해 표현할 수 있다. 요구가 펌프 손실의 저감이면, 그 요구는 공연비 (린 번) 에 의해 표현할 수 있다.

또한, 각 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 로부터 출력되는 요구값은, 각 물리량에 대하여 1 개로는 한정되지 않는다. 예를 들어, 요구 출력 요소 (12) 로부터는, 드라이버로부터의 요구 토크 (액셀 개도로부터 계산되는 토크) 뿐만 아니라, VSC (Vehicle Stability Control system), TRC (Traction Control System), ABS (Antilock Brake System), 트랜스미션 등의 차량 제어에 관한 각종 디바이스로부터 요구되는 토크도 동시에 출력된다. 효율에 관해서도 동일하다.

요구 발생 계층 (10) 에는 공통 신호 배신 계통 (50) 으로부터 공통 엔진 정보가 배신된다. 각 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 에서는, 공통 엔진 정보를 참조하여 출력해야 할 요구값을 결정한다. 엔진의 운전 조건이나 운전 상태에 따라 요구의 내용이 변경되기 때문이다. 예를 들어, 촉매 온도 센서 (도시 생략) 에 의해 촉매 온도가 측정되는 경우, 요구 출력 요소 (14) 에서는, 그 온도 정보에 기초하여 촉매 난기의 필요성을 판정하고, 판정 결과에 따라 효율 요구나 공연비 요구를 출력한다.

그런데, 상기 서술한 바와 같이, 요구 발생 계층 (10) 의 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 로부터는, 토크, 효율 혹은 공연비로 표현된 복수의 요구가 출력되는데, 그들 요구를 전부 동시에 완전하게 실현할 수는 없다. 복수의 토크 요구가 있었다고 해도 실현할 수 있는 토크는 1 개이기 때문이다. 마찬가지로, 복수의 효율 요구에 대하여 실현할 수 있는 효율은 1 개이며, 복수의 공연비 요구에 대하여 실현할 수 있는 공연비는 1 개이다. 이 때문에, 요구의 중재(arbitration)라는 처리가 필요해진다.

중재 계층 (20) 에서는, 요구 발생 계층 (10) 으로부터 출력되는 요구 (요구값) 의 중재가 이루어진다. 중재 계층 (20) 에는, 요구의 분류인 물리량마다 중재 요소 (22, 24, 26) 가 형성되어 있다. 중재 요소 (22) 는 토크로 표현된 요구값을 집약하여 1 개의 토크 요구값으로 중재한다. 중재 요소 (24) 는 효율로 표현된 요구값을 집약하여 1 개의 효율 요구값으로 중재한다. 그리고, 중재 요소 (26) 는 공연비로 표현된 요구값을 집약하여 1 개의 공연비 요구값으로 중재한다. 각 중재 요소 (22, 24, 26) 는, 미리 정해진 규칙에 따라 중재한다. 여기서 말하는 규칙이란, 예를 들어 최대값 선택, 최소값 선택, 평균, 혹은 중첩 등, 복수의 수치로부터 1 개의 수치를 얻기 위한 계산 규칙으로서, 그들 복수의 계산 규칙을 적절히 조합한 것으로 할 수도 있다. 단, 어떠한 규칙으로 할지는 설계에 맡겨지는 것으로서, 본 발명에 관해서는 규칙의 내용에 한정은 없다.

이하에서는 중재에 대한 보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위하여, 구체예를 들어 설명한다. 먼저, 도 2 는 중재 요소 (22) 의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 예에서의 중재 요소 (22) 는, 중첩 요소 (202) 와 최소값 선택 요소 (204) 로 구성되어 있다. 또, 이 예에 있어서 중재 요소 (22) 에 의해 집약되는 요구값은, 드라이버 요구 토크, 보기 (補機) 부하 손실 토크, 연료 커트 전 요구 토크 및 연료 커트 복귀시 요구 토크이다.

중재 요소 (22) 에 의해 집약된 요구값 중, 드라이버 요구 토크와 보기 부하 손실 토크가 중첩 요소 (202) 에 의해 중첩된다. 중첩 요소 (202) 의 출력값은, 퓨엘 커트 전 요구 토크 및 퓨엘 커트 복귀시 요구 토크와 함께 최소값 선택 요소 (204) 에 입력되고, 그들 중의 최소값이 선택된다. 그리고, 선택된 값이 최종적인 토크 요구값, 즉 중재된 토크 요구값으로서 중재 요소 (22) 로부터 출력된다.

다음으로, 도 3 은 중재 요소 (24) 의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 예에서의 중재 요소 (24) 는, 3 개의 최소값 선택 요소 (212, 216, 220) 와 2 개의 최대값 선택 요소 (214, 218) 로 구성되어 있다. 또, 이 예에 있어서 중재 요소 (24) 에 의해 집약되는 요구값은, 효율 업 요구인 드라이버빌리티 요구 효율, 효율 다운 요구인 ISC 요구 효율, 고응답 토크 요구 효율 및 촉매 난기 요구 효율, 보다 우선도가 높은 효율 다운 요구인 KCS 요구 효율 및 과도 노크 요구 효율 등이다.

중재 요소 (24) 에 의해 집약된 요구값 중, 드라이버빌리티 요구 효율은 그 밖의 효율 업 요구와 함께 최대값 선택 요소 (214) 에 입력되고, 그들 중의 최대값이 최대값 선택 요소 (218) 에 입력된다. 또, ISC 요구 효율, 고응답 토크 요구 효율 및 촉매 난기 요구 효율은, 그 밖의 효율 다운 요구와 함께 최소값 선택 요소 (216) 에 입력되고, 그들 중의 최소값이 최대값 선택 요소 (218) 에 입력된다. 최대값 선택 요소 (218) 에서는, 최대값 선택 요소 (214) 로부터의 입력값과 최소값 선택 요소 (216) 로부터의 입력값 중 최대값이 선택되어 최소값 선택 요소 (220) 에 입력된다. 최소값 선택 요소 (220) 에서는, 최대값 선택 요소 (218) 로부터의 입력값과 최소값 선택 요소 (212) 로부터의 입력값 중 최소값이 선택된다. 그리고, 선택된 값이 최종적인 효율 요구값, 즉 중재된 효율 요구값으로서 중재 요소 (24) 로부터 출력된다.

구체예는 생략하지만, 중재 요소 (26) 에서도 동일한 처리가 이루어지고 있다. 앞에서도 서술한 바와 같이, 어떠한 요소를 조합하여 중재 요소 (26) 를 구성할지는 설계 사항에 해당되며, 설계자의 설계 사상에 기초하여 적절히 조합해도 된다.

그런데, 중재 계층 (20) 에도 공통 신호 배신 계통 (50) 으로부터 공통 엔진 정보가 배신되고 있다. 상기 서술한 중재 요소 (22, 24) 에 관한 구체예에서는 공통 엔진 정보는 이용되고 있지 않지만, 각 중재 요소 (22, 24, 26) 에 있어서 공통 엔진 정보를 이용할 수 있다. 예를 들어, 엔진의 운전 조건이나 운전 상태에 따라 중재의 규칙을 변경할 수 있다. 단, 이하에 설명하는 바와 같이, 엔진의 실현 가능 범위를 고려하여 규칙을 변경하지는 않는다.

상기 서술한 구체예로부터도 알 수 있는 바와 같이, 중재 요소 (22) 에서는, 엔진이 실제로 실현할 수 있는 상한 토크나 하한 토크를 중재에 가미하고 있지 않다. 또, 다른 중재 요소 (24, 26) 의 중재 결과도 중재에 가미되어 있지 않다. 이는 중재 요소 (24, 26) 에 있어서도 동일하며, 엔진의 실현 가능 범위의 상하한이나 다른 중재 요소의 중재 결과는 가미하지 않고 중재하고 있다. 엔진의 실현 가능 범위의 상하한은 엔진의 운전 조건에 따라 변경되며, 또한 토크, 효율 및 공연비 사이의 관계에 따라서도 변화된다. 이 때문에, 엔진의 실현 가능 범위로 각 요구값을 중재하고자 하면, 계산기의 연산 부하의 증대를 초래한다. 그래서, 각 중재 요소 (22, 24, 26) 에서는, 요구 발생 계층 (10) 으로부터 출력되는 요구만을 집약하여 중재하는 것이다.

이상과 같은 중재가 각 중재 요소 (22, 24, 26) 에 의해 실시됨으로써, 중재 계층 (20) 으로부터는 1 개의 토크 요구값과, 1 개의 효율 요구값과, 1 개의 공연비 요구값이 출력된다. 다음의 계층인 제어량 설정 계층 (30) 에서는, 이들 중재된 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값에 기초하여 각 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 제어량이 설정되게 된다.

제어량 설정 계층 (30) 에는, 1 개의 조정부 (32) 와 복수의 제어량 연산 요소 (34, 36, 38) 가 형성되어 있다. 제어량 연산 요소 (34, 36, 38) 는 액츄에이터 (42, 44, 46) 에 대응하여 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 액츄에이터 (42) 는 스로틀, 액츄에이터 (44) 는 점화 장치, 액츄에이터 (46) 는 연료 분사 장치로 하고 있다. 따라서, 액츄에이터 (42) 에 접속되는 제어량 연산 요소 (34) 에서는, 제어량으로서 스로틀 개도가 연산된다. 액츄에이터 (44) 에 접속되는 제어량 연산 요소 (36) 에서는, 제어량으로서 점화 시기가 연산된다. 그리고, 액츄에이터 (46) 에 접속되는 제어량 연산 요소 (38) 에서는, 제어량으로서 연료 분사량이 연산된다.

각 제어량 연산 요소 (34, 36, 38) 에서 제어량의 연산에 사용되는 수치는, 조정부 (32) 로부터 공급된다. 중재 계층 (20) 에서 중재된 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값은, 먼저 조정부 (32) 에서 크기가 조정된다. 전술한 바와 같이 중재 계층 (20) 에서는 엔진의 실현 가능 범위는 중재에 가미되어 있지 않기 때문에, 각 요구값의 크기에 따라서는, 엔진을 적정하게 운전할 수 없을 가능성이 있기 때문이다.

조정부 (32) 에서는, 엔진의 적정 운전이 가능해지도록 각 요구값을 상호 관계에 기초하여 조정한다. 제어량 설정 계층 (30) 보다 상위의 계층에서는, 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값은 각각이 독립적으로 연산되고, 연산에 관한 요소 사이에서 연산값이 서로 사용되거나 참조되거나 하는 경우는 없었다. 즉, 조정부 (32) 에 있어서 처음으로 토크 요구값, 효율 요구값, 공연비 요구값이 서로 참조되게 된다. 상위의 계층에 있어서 요구값 사이의 크기를 조정하고자 하면, 조정 대상이 많기 때문에 연산 부하도 커진다. 그러나, 이와 같이 제어량 설정 계층 (30) 에서 조정을 실시하는 경우에는, 조정 대상이 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값의 3 개로 한정되므로, 조정에 요하는 연산 부하는 작아도 된다.

조정을 어떻게 실시할지는 설계에 맡겨지는 것으로서, 본 발명에 관해서는 조정의 내용에 한정은 없다. 단, 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값 사이에 우선 순서가 있는 경우에는, 보다 우선 순위가 낮은 요구값을 조정 (수정) 하는 것이 바람직하다. 즉, 우선 순위가 높은 요구값은 그대로 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 제어량에 반영되고, 우선 순위가 낮은 요구값은 조정한 다음 액츄에이터의 제어량 (42, 44, 46) 에 반영된다. 이에 따르면, 엔진의 적정 운전이 가능한 범위 내에서, 우선 순위가 높은 요구는 확실하게 실현하면서, 우선 순위가 낮은 요구도 가능한 한 실현할 수 있다. 예를 들어, 토크 요구값이 가장 우선 순위가 높은 경우에는, 효율 요구값과 공연비 요구값을 수정하며, 그 중 보다 우선 순위가 낮은 쪽의 수정을 크게 한다. 엔진의 운전 조건 등에 의해 우선 순서가 변경된다면, 공통 신호 배신 계통 (50) 으로부터 배신되는 공통 엔진 정보에 기초하여 우선 순서를 판정하고, 어느 요구값을 수정할지 결정하면 된다.

이하에서는 조정부 (32) 에 대한 보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위하여, 구체예를 들어 설명한다. 도 4 는 조정부 (32) 의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 예에서는, 엔진의 운전 모드로서 효율 우선 모드와 공연비 우선 모드가 있으며, 이 운전 모드에 따라 전술한 우선 순서를 변경할 수 있도록 한 구성에 대하여 설명한다. 또한, 운전 모드는 공통 엔진 정보에 포함되어 있으며, 공통 신호 배신 계통 (50) 에 의해 조정부 (32) 에 배신된다.

도 4 로 나타내는 구성에서는, 조정부 (32) 는 효율 요구값의 상하한을 제한하는 가드 (302) 를 구비하고 있다. 가드 (302) 에서는, 중재 요소 (24) 에 의해 중재된 효율 요구값이 엔진의 적정 운전이 가능한 범위로 수정된다. 또, 조정부 (32) 는 공연비 요구값의 상하한을 제한하는 가드 (316) 도 구비하고 있다. 가드 (316) 에서는, 중재 요소 (26) 에 의해 중재된 공연비 요구값이 엔진의 적정 운전이 가능한 범위로 수정된다. 이들 2 개의 가드 (302, 316) 의 상하한값은 모두 가변이며, 서로 연동하여 상하한값이 변경되도록 되어 있다. 그 구조는 다음과 같다.

가드 (302) 의 효율 상하한값에는, 운전 모드로서 효율 우선 모드가 선택되었을 때의 상하한값 (효율 우선시) 과, 공연비 우선 모드가 선택되었을 때의 상하한값 (A/F 우선시) 이 준비되어 있다. 가드 (302) 의 규제 범위를 변경함으로써, 효율 요구값의 크기 조정이 가능해진다. 선택부 (308) 는 운전 모드에 따라 어느 일방의 효율 상하한값을 선택하고, 선택한 효율 상하한값을 가드 (302) 에 세트한다.

효율 우선시의 효율 상하한값은, 전체 공연비 영역에서의 최상하한값으로서, 메모리 (304) 에 기억되어 있는 값이 판독 출력된다. 한편, A/F 우선시의 효율 상하한값은, 우선되는 공연비하에서 노크 및 실화 (失火) 를 회피할 수 있는 효율의 상하한값으로서, 엔진 회전수, 목표 토크, 밸브 타이밍 등의 운전 조건을 기초로 맵 (306) 으로부터 판독 출력된다. 맵 (306) 에는, 가드 (316) 에서 처리된 공연비 요구값이 입력되고, 이 공연비 요구값을 기준으로 하여 효율 상하한값이 결정된다.

가드 (316) 의 A/F 상하한값에는, 운전 모드로서 효율 우선 모드가 선택되었을 때의 상하한값 (효율 우선시) 과, 공연비 우선 모드가 선택되었을 때의 상하한값 (A/F 우선시) 이 준비되어 있다. 가드 (316) 의 규제 범위를 변경함으로써, 공연비 요구값의 크기 조정이 가능해진다. 선택부 (322) 는 운전 모드에 따라 어느 일방의 A/F 상하한값을 선택하고, 선택한 A/F 상하한값을 가드 (316) 에 세트한다.

A/F 우선시의 A/F 상하한값은, 전체 효율 영역에서의 최상하한값으로서, 메모리 (318) 에 기억되어 있는 값이 판독 출력된다. 한편, 효율 우선시의 A/F 상하한값은, 우선되는 효율하에서 노크 및 실화를 회피할 수 있는 공연비의 상하한값으로서, 엔진 회전수, 목표 토크, 밸브 타이밍 등의 운전 조건을 기초로 맵 (320) 으로부터 판독 출력된다. 맵 (320) 에는, 후술하는 가드 (314) 에서 처리된 토크 효율이 입력되고, 이 토크 효율을 기준으로 하여 A/F 상하한값이 결정된다. 토크 효율의 정의와, 그 산출 방법에 대해서는 후술한다.

도 5 는 맵 (306) 을 사용한 효율 상하한값의 설정 방법을 나타내는 도면이고, 도 6 은 맵 (320) 을 사용한 A/F 상하한값의 설정 방법을 나타내는 도면이다. 각 도면에서는 세로축에 효율을 취하고, 가로축에 A/F 를 취하고 있다. 도면 중에 나타내는 곡선은 연소 한계선이고, 연소 한계선 보다 아래의 영역은 적정한 운전을 실시할 수 없는 NG 영역이다. 연소 한계선은 엔진 회전수, 목표 토크, 밸브 타이밍 등의 운전 조건에 따라 정해진다.

먼저, 운전 모드로서 공연비 우선 모드가 선택된 경우, 도 5 에 나타내는 바와 같이 맵에 공연비 요구값 (

) 이 입력된다. 그리고, 연소 한계선에 있어서 공연비 요구값 (

) 에 대응하는 효율의 값이 계산된다. 그 값이, 공연비 요구값 (

) 하에서의 효율 하한값으로서 설정된다. 효율 상한값에는 미리 설정되어 있는 값 (예를 들어 1) 이 사용된다. 설정된 효율 하한값 및 효율 상한값은, 선택부 (308) 에 의해 가드 (302) 에 세트된다.

다음으로, 운전 모드로서 효율 우선 모드가 선택된 경우에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이 맵에 토크 효율 (β) 이 입력된다. 그리고, 연소 한계선 에 있어서 토크 효율 (β) 에 대응하는 A/F 의 값이 계산된다. 도면에 나타내는 경우에서는, 토크 효율 (β) 에 대응하는 A/F 의 값은 대소 2 개 존재하며, 큰 쪽의 값이 토크 효율 (β) 하에서의 A/F 상한값으로서 설정된다. 또, 작은 쪽의 값이 토크 효율 (β) 하에서의 A/F 하한값으로서 설정된다. 설정된 A/F 하한값 및 A/F 상한값은, 선택부 (322) 에 의해 가드 (316) 에 세트된다.

또한, 조정부 (32) 에서는, 중재 계층 (20) 으로부터 입력되는 요구값과, 공통 신호 배신 계통 (50) 으로부터 배신되는 공통 엔진 정보를 사용하여 새로운 신호를 생성할 수도 있다. 도 4 로 나타내는 예에서는, 중재 요소 (22) 에 의해 중재된 토크 요구값과, 공통 엔진 정보에 포함되는 추정 토크의 비가 제산부(除算部: 312) 에서 연산된다. 추정 토크는, 현재의 흡입 공기량 및 공연비하 점화 시기를 MBT 로 한 경우에 출력되는 토크이다. 추정 토크의 연산은 제어 장치의 다른 태스크에서 이루어지고 있다.

제산부 (312) 에서 연산된 토크 요구값과 추정 토크의 비를 토크 효율이라고 한다. 이 토크 효율은, 가드 (314) 에서 그 상하한이 제한된다. 가드 (314) 에는, 선택부 (308) 에서 선택된 효율 상하한값이 세트된다. 즉, 이 가드 (314) 의 규제 범위의 설정은, 효율 요구값의 상하한을 제한하는 가드 (302) 와 동일한 설정으로 되어 있다.

이상의 처리 결과, 조정부 (32) 로부터 출력되는 신호는 토크 요구값, 수정 효율 요구값, 수정 공연비 요구값, 그리고 토크 효율이 된다. 이들 신호 중, 토크 요구값과 수정 효율 요구값이 제어량 연산 요소 (34) 에 입력된다. 제어량 연산 요소 (34) 에서는, 먼저 토크 요구값이 수정 효율 요구값으로 나누어진다. 수정 효율 요구값은 1 이하의 값이므로, 이 제산에 의해 토크 요구값은 증대 보정된다. 그리고, 증대된 토크 요구값이 공기량으로 변환되고, 공기량으로부터 스로틀 개도가 연산된다.

제어량 연산 요소 (36) 에는 주된 신호로서 토크 효율이 입력된다. 또, 토크 요구값과 수정 공연비 요구값도 참조 신호로서 입력된다. 제어량 연산 요소 (36) 에서는, 토크 효율로부터 MBT 에 대한 지각량 (遲角量) 이 연산된다. 토크 효율이 작을수록 지각량은 큰 값이 되고, 결과적으로 토크 다운이 이루어지게 된다. 제어량 연산 요소 (34) 에 의해 이루어지는 토크 요구값의 증대는, 지각에 의한 토크 다운을 보상하기 위한 처리이다. 본 실시형태에서는, 토크 효율에 근거하는 점화 시기의 지각과, 효율 요구값에 근거한 토크 요구값의 증대에 의해, 토크 요구값과 효율 요구값의 쌍방의 실현을 가능하게 하고 있다. 또한, 제어량 연산 요소 (36) 에 입력된 토크 요구값과 수정 공연비 요구값은, 토크 효율을 지각량으로 변환하기 위한 맵의 선정에 사용된다. 그리고, 지각량과 MBT (혹은 기본 점화 시기) 로부터 최종적인 점화 시기가 연산된다.

제어량 연산 요소 (38) 에는 수정 공연비 요구값이 입력된다. 제어량 연산 요소 (38) 에서는, 수정 공연비 요구값과 기통 (氣筒) 내에 대한 흡입 공기량으로부터 연료 분사량이 연산된다. 흡입 공기량은 공통 엔진 정보에 포함되어 있으며, 공통 신호 배신 계통 (50) 으로부터 제어량 연산 요소 (38) 에 배신된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치에서는, 최상위의 요구 발생 계층 (10) 으로부터 출력된 요구는, 최하위의 제어량 설정 계층 (30) 까지 일방향으로 전달된다. 이에 따르면, 상하의 계층 (10, 20, 30) 사이에서 신호의 교환을 동반하는 경우가 없기 때문에, 계산기의 연산 부하는 적어도 된다. 또한, 공통 엔진 정보는 공통 신호 배신 계통 (50) 에 의해 각 계층 (10, 20, 30) 에 병렬로 배신되므로, 계층 (10, 20, 30) 사이에서의 신호의 전달 부하를 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태의 제어 장치에서는, 제어량 설정 계층 (30) 에 전달된 각 요구값은 상호 관계에 기초하여 조정되고, 조정된 요구값에 기초하여 각 액츄에이터 (42, 44, 46) 의 제어량이 연산된다. 이에 따르면, 요구 발생 계층 (10) 에서 어떠한 요구가 출력된 경우에도, 엔진의 운전에 파탄이 발생하지 않도록 액츄에이터 (42, 44, 46) 를 협조시킬 수 있다. 즉, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 계산기의 연산 부하를 증대시키지 않고 각종 기능에 관한 복수의 요구를 적절히 실현할 수 있다.

실시형태 2.

다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 실시형태 2 에서는, 본 발명의 제어 장치를 차량 구동 유닛 일반에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 대상이 되는 차량 구동 유닛에는, 엔진, 전동기, 엔진과 전동기로 이루어지는 하이브리드 시스템 등이 포함된다.

본 발명의 실시형태 2 로서의 차량 구동 유닛의 제어 장치는, 도 7 에 블록도로 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 7 에서는 제어 장치의 각 요소를 블록으로 나타내고, 블록 사이의 신호의 전달을 화살표로 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 제어 장치는 3 개의 계층 (100, 102, 104) 으로 이루어지는 계층형의 제어 구조를 갖고 있다. 또, 3 개의 계층 (100, 102, 104) 과는 독립적으로, 각 계층 (100, 102, 104) 에 공통의 신호를 병렬로 배신하는 공통 신호 배신 계통 (106) 을 갖고 있다.

최상위의 요구 발생 계층 (100) 에는, 복수의 요구 출력 요소 (112, 114, 116, 118) 가 차량 구동 유닛의 기능 (A, B, C, D) 마다 형성되어 있다. 각 요구 출력 요소 (112, 114, 116, 118) 는, 차량 구동 유닛의 기능에 관한 요구를 수치화하여 출력한다. 보다 상세하게는, 차량 구동 유닛의 동작에 관한 물리량으로서 미리 정해진 복수의 물리량 (a, b, c, d) 중 어느 것으로 표현하여 출력한다.

중재 계층 (102) 에는, 요구의 분류인 물리량 (a, b, c, d) 마다 중재 요소 (122, 124, 126, 128) 가 형성되어 있다. 각 중재 요소 (122, 124, 126, 128) 는, 요구 발생 계층 (100) 으로부터 출력된 요구값 중 담당하는 물리량으로 표현된 요구값을 집약한다. 그리고, 미리 정해진 규칙에 따라 중재한다. 규칙으로는 최대값 선택, 최소값 선택 등이 있으며, 그 내용에 한정은 없다. 각 중재 요소 (122, 124, 126, 128) 에서의 중재 결과, 중재 계층 (102) 으로부터는 각 물리량 (a, b, c, d) 에 대하여 1 개의 요구값이 출력된다.

최하위의 제어량 설정 계층 (104) 에는, 1 개의 조정부 (132) 와 복수의 제어량 연산 요소 (134, 136, 138, 140) 가 형성되어 있다. 중재 계층 (102) 으로부터 출력된 각 요구값은, 먼저 조정부 (132) 에서 처리된다. 조정부 (132) 는, 차량 구동 유닛의 적정 운전이 가능해지도록 각 요구값을 상호 관계에 기초하여 조정한다. 조정 대상이 되는 요구값은 그 분류인 물리량 (a, b, c, d) 의 종류수에 한정되므로, 다수의 요구값이 존재하는 상위 계층에 있어서 조정을 실시하는 경우와 비교하면, 조정에 요하는 연산 부하는 작아도 된다. 또, 조정부 (132) 에서는, 중재 계층 (102) 으로부터의 요구값과 공통 신호 배신 계통 (106) 으로부터 배신되는 공통 정보로부터 새로운 신호의 생성도 이루어진다.

제어량 연산 요소 (134, 136, 138, 140) 는 액츄에이터 (152, 154, 156, 158) 에 대응하여 형성되어 있다. 조정부 (132) 로부터 제어량 연산 요소 (134, 136, 138, 140) 에 공급되는 신호에는, 조정이 끝난 요구값 이외에, 요구값과 공통 정보로부터 생성된 신호도 포함되어 있다. 각 제어량 연산 요소 (134, 136, 138, 140) 는, 조정부 (132) 로부터 공급되는 신호를 사용하여 액츄에이터 (152, 154, 156, 158) 의 제어량을 연산한다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치에서는, 최상위의 요구 발생 계층 (100) 으로부터 출력된 요구는, 최하위의 제어량 설정 계층 (104) 까지 일방향으로 전달된다. 또, 공통 정보는 공통 신호 배신 계통 (106) 에 의해 각 계층 (100, 102, 104) 에 병렬로 배신된다. 이와 같이 계층 (100, 102, 104) 사이의 신호 전달량을 억제함으로써, 계산기의 연산 부하를 줄일 수 있다.

또, 본 실시형태의 제어 장치에서는, 중재 계층 (102) 에서 중재된 각 요구값은 제어량 설정 계층 (104) 에서 상호 관계에 기초하여 조정되고, 조정된 요구값에 기초하여 각 액츄에이터 (152, 154, 156, 158) 의 제어량이 연산된다. 이로써, 차량 구동 유닛의 운전에 파탄이 발생하지 않도록 액츄에이터 (152, 154, 156, 158) 를 협조시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 실현시키는 기능을 용이하게 추가할 수 있다는 효과도 있다. 예를 들어, 새로운 기능 (E) 을 추가하는 경우에는, 도면 중에 파선으로 나타내는 바와 같이, 그에 따른 요구 출력 요소 (120) 를 요구 발생 계층 (100) 에 추가 설치하면 된다. 단, 추가하는 요구 출력 요소 (120) 에는, 반드시 미리 정해진 어느 물리량 (a, b, c, d) 으로 표현한 요구값을 출력시키도록 한다. 요구 출력 요소 (120) 가 출력하는 요구값이 물리량 (c, d) 으로 표현된다면, 중재 요소 (126, 128) 에 요구 출력 요소 (120) 를 접속한다.

요구 발생 계층 (100) 으로부터 중재 계층 (102) 에 대한 신호의 전달은 일방향이며, 또한 요구 발생 계층 (100) 에서는 동일 계층 내의 요소 사이에서 신호의 전달이 이루어지지 않기 때문에, 새로운 요구 출력 요소 (120) 의 추가에 의해 다른 요소의 설계가 변경되는 경우는 없다. 추가된 요구 출력 요소 (120) 로부터 출력된 요구값은, 다른 요구 출력 요소로부터 출력된 요구값과 함께 중재 요소 (126, 128) 에 의해 집약되어 1 개의 요구값으로 중재된다.

각 중재 요소 (126, 128) 는, 미리 정해진 규칙에 따라 중재할 뿐이므로, 집약하는 요구값의 수가 증가하였다고 해도, 그에 동반하는 연산 부하의 증대는 극히 미미하다. 또, 중재 계층 (102) 으로부터 제어량 설정 계층 (104) 에 출력되는 요구값의 수에는 변화가 없기 때문에, 제어량 설정 계층 (104) 의 연산 부하가 증대되는 경우도 없다. 즉, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 계산기의 연산 부하를 증대시키지 않고, 실현시키는 차량 구동 유닛의 기능을 추가할 수 있다.

또, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 차량 구동 유닛의 제어에 사용하는 액츄에이터의 추가도 용이하다. 예를 들어, 도면 중에 파선으로 나타내는 바와 같이, 새로운 액츄에이터 (160, 162) 를 추가하는 경우에는, 그에 따른 제어량 연산 요소 (142, 146) 를 제어량 설정 계층 (104) 에 추가로 형성하고, 조정부 (132) 에 접속하는 것만으로 족하다. 조정부 (132) 로부터 각 제어량 연산 요소에 대한 신호의 전달은 일방향이며, 또한 제어량 연산 요소 사이에서 신호의 전달이 이루어지지 않기 때문에, 새로운 제어량 연산 요소 (142, 146) 의 추가에 의해 다른 요소의 설계가 변경되는 경우는 없다.

그 외.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어 다음과 같이 변형하여 실시해도 된다.

상기 서술한 실시형태에서는, 차량 구동 유닛의 운전 조건 및 운전 상태에 관한 신호 (공통 정보) 를 공통 신호 배신 계통에 의해 배신하고 있는데, 요구값과 함께 계층 내를 상위의 계층으로부터 하위의 계층에 대하여 배신하도록 해도 된다. 그 경우, 공통 신호 배신 계통을 사용하는 경우와 비교하여 계층 사이의 신호의 전달량이 증대되게 된다. 단, 신호의 전달 방향은 일방향이므로, 연산 부하가 과대해지는 것은 방지된다.

또, 본 발명을 엔진에 적용하는 경우, 그 제어 대상이 되는 액츄에이터는 스로틀, 점화 장치, 연료 분사 장치에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 밸브 타이밍 가변 장치 (VVT), 밸브 리프트량 가변 장치 (VVL), 외부 EGR 장치를 제어 대상의 액츄에이터로 할 수도 있다. 기통 정지 기구나 압축비 가변 기구를 구비하는 엔진에서는, 그들 기구를 제어 대상의 액츄에이터로 할 수도 있다. 모터 어시스트 장착 터보 차저 (MAT) 를 구비하는 엔진에서는, MAT 를 제어 대상의 액츄에이터로서 사용해도 된다. 또, 얼터네이터 등, 엔진에 의해 구동되는 보기에 의해서도 간접적으로 엔진의 출력을 제어할 수 있기 때문에, 이들 보기를 액츄에이터로서 사용할 수도 있다.

10, 100 요구 발생 계층
12, 14, 16, 112, 114, 116, 118, 120 요구 출력 요소
20, 102 중재 계층
22, 24, 26, 122, 124, 126, 128 중재 요소
30, 104 제어량 설정 계층
32, 132 조정부
34, 36, 38, 134, 136, 138, 140, 142, 146 제어량 연산 요소
42, 44, 46, 152, 154, 156, 158, 160, 162 액츄에이터
50, 106 공통 신호 배신 계통
52 정보원
202 중첩 요소
204, 212, 216, 220 최소값 선택 요소
214, 218 최대값 선택 요소
302, 314, 316 가드
304 효율 F 상하한값 설정 맵
308, 322 선택부
312 토크 효율 연산부 (제산부)
320 A/F 상하한값 설정 맵

Claims

차량 구동 유닛의 각종 기능에 관한 요구를 상기 차량 구동 유닛의 동작에 관한 복수의 액츄에이터를 협조 제어하여 실현하는 제어 장치로서,
요구 발생 계층과, 상기 요구 발생 계층의 하위에 형성된 중재 계층과, 상기 중재 계층의 하위에 형성된 제어량 설정 계층으로 이루어지고, 상위의 계층으로부터 하위의 계층에 대하여 일방향으로 신호가 전달되는 계층형의 제어 구조를 가지며,
상기 요구 발생 계층에는, 상기 차량 구동 유닛의 기능에 관한 요구를 출력하는 요구 출력 요소가 기능마다 형성되고,
상기 중재 계층에는, 미리 정해진 요구의 분류마다 중재 요소가 형성되고, 각 중재 요소는, 상기 요구 발생 계층으로부터 출력된 요구값 중 담당하는 분류의 요구값을 집약하여, 미리 정해진 규칙에 따라 1 개의 요구값으로 중재하도록 구성되며,
상기 제어량 설정 계층에는, 상기 중재 계층에서 중재된 각 요구값을 상호 관계에 기초하여 조정하는 조정부와, 상기 조정부에서 조정된 요구값에 기초하여 상기 복수의 액츄에이터의 각각의 제어량을 연산하는 제어량 연산 요소가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어량 연산 요소는 액츄에이터마다 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기한 각 계층에 대하여 공통의 신호를 병렬로 배신하는 공통 신호 배신 계통을 가지며, 상기 공통 신호 배신 계통을 통하여 상기 차량 구동 유닛의 운전 조건 및 운전 상태에 관한 신호가 배신되는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 요구 출력 요소는, 상기 차량 구동 유닛의 기능에 관한 요구를 상기 차량 구동 유닛의 동작에 관한 물리량으로서 미리 정해진 복수의 물리량 중 어느 것으로 표현하여 출력하도록 구성되며,
상기 중재 요소는, 상기한 물리량마다 형성되어, 상기 요구 발생 계층으로부터 출력된 요구값 중 담당하는 물리량으로 표현된 요구값을 집약하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 차량 구동 유닛은 내연 기관이고, 상기 복수의 물리량이란 토크, 효율 및 공연비인 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 조정부는, 상기 중재 계층에서 중재된 토크 요구값, 효율 요구값 및 공연비 요구값 중, 효율 요구값 혹은 공연비 요구값을 조정하는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기한 각종 기능에는 드라이버빌리티에 관한 기능과, 배기 가스에 관한 기능과, 연료 소비에 관한 기능이 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기한 복수의 액츄에이터에는 상기 내연 기관의 흡입 공기량을 조정하는 액츄에이터와, 상기 내연 기관의 점화 시기를 조정하는 액츄에이터와, 상기 내연 기관의 연료 분사량을 조정하는 액츄에이터가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중재 계층에서 중재된 복수의 요구값 중 적어도 2 개의 요구값 사이에는 우선 순서가 미리 설정되어 있고,
상기 조정부는, 상기 제어량 연산 요소에서 제어량의 연산에 사용되는 복수의 요구값 사이의 관계가 상기 차량 구동 유닛의 적정 운전을 가능하게 하는 관계가 되도록, 우선 순위가 낮은 쪽으로부터 순서대로 적어도 1 개의 요구값을 조정하는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 차량 구동 유닛은 복수의 운전 모드를 선택할 수 있으며, 선택된 운전 모드에 따라 상기한 우선 순서가 변경되는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 조정부는, 조정 대상인 요구값의 상한 및 하한 중 어느 것을 규제하는 가드를 포함하며, 조정 대상인 각 요구값의 우선 순위에 따라 각 가드의 규제 범위를 변경하는 것을 특징으로 하는 차량 구동 유닛의 제어 장치.