JP2005171761A

JP2005171761A - エンジンのスロットル弁制御装置

Info

Publication number: JP2005171761A
Application number: JP2003408131A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sugiura; 朋亮杉浦; Atsushi Nakayama; 淳中山; Tomohito Taki; 共人滝; Keisuke Ajimoto; 恵介鯵本
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】アクセルペダルの操作速度の増加傾向時と減少傾向時とでスロットル弁の作動速度を相違させて車両の走行性能を高める。
【解決手段】アクセルペダルの操作量はアクセルセンサにより検出され、検出結果に基づいて、エンジンの燃焼室に供給される吸気管内の空気量がスロットル弁により調節される。スロットル弁はパルスモータにより駆動されて吸気量が調節される。アクセルペダルの踏み込み操作や戻し操作が行われると、アクセルペダルの操作速度と操作加速度とが演算され、操作加速度が正の加速度であるか負の加速度であるかが判定され、アクセルペダルの操作初期と操作終期との判定に基づいてスロットル弁の作動速度が別々に制御される。スロットル弁の作動速度は車速に応じて相違する。
【選択図】図６

Description

本発明はエンジンのスロットル弁の作動をアクセルペダルの操作に応じて制御するエンジンのスロットル弁制御装置に関する。

エンジンの燃焼室に供給される吸気管内の空気量を調節するスロットル弁制御装置には、吸気管に設けられたスロットル弁をパルスモータなどのアクチュエータにより駆動するようにした電子制御スロットルがある。電子制御スロットルは運転者によるアクセルペダルの操作量をアクセルセンサにより検出し、検出結果に基づいてパルスモータによりスロットル弁を駆動し、アクセルペダルが踏み込まれたときおよび戻されたときにはそれぞれのペダル操作量に応じてスロットル弁の開度が調節される。

このような電子制御スロットルにおいては、特許文献１に記載されるように、スロットル開度センサにより検出された実際のスロットル弁の開度と目標開度との間に偏差がある場合には偏差を減少するようにスロットル弁の開度を調節するとともに、アクセルペダルの踏み込み速度や戻し速度に応じてスロットル弁の開閉速度を調節するようにしている。また、特許文献２に記載されるスロットル弁制御装置においては、エンジン回転数の変化率に応じてスロットル弁の目標開度を補正するようにしている。
特開昭６２−２８８３４４号公報特開昭６３−３０６２５０号公報

電子制御スロットルでは、スロットル弁の開度をアクセルペダルの踏み込み時および戻し時のそれぞれの操作量に応じて調節しており、従来のようにアクセルペダルの踏み込み時や戻し時のアクセル操作速度に応じてスロットル弁の開閉速度を調節するようにした場合には、アクセルペダルの踏み込みや戻しの操作速度が遅い場合にはスロットル弁が所定の開度に達するまでの時間が長くなる。また、スロットル弁の速度を制御する場合に、操作速度の領域分けを少なくすると、たとえば操作速度に応じたスロットル弁操作速度を数種類程度に設定した場合には、操作速度に応じたスロットル弁の作動速度は段付きとなる。

さらにアクセルペダルの操作速度に基づいてのみスロットル弁の作動速度を設定するようにすると、アクセル操作速度が同一である場合、それがアクセル操作初期と操作終期のいずれであるかに関係なく、スロットル弁の作動速度は操作初期と操作終期とにおいて一定に設定される。つまり、アクセルペダルの操作速度が操作初期のような増加傾向にあるのか、または操作終期のような減少傾向にあるのかに関わらず、スロットル弁の動きは一定の速度パターンとなる。

このため、アクセル操作速度の増加傾向である踏み込みの初期には迅速にスロットル弁を開いてレスポンスつまり応答性を高めてスロットル弁を開き、アクセル操作速度の減少傾向である踏み込み終期にはゆっくりとスロットル弁を開くような制御はできず、また踏み込み初期にはゆっくりとスロットル弁を開いて加速ショックを低減し、踏み込み終期には高い応答性でスロットル弁を開くような制御を行うことはできない。

本発明の目的はアクセルペダルの操作速度の増加傾向時と操作速度の減少傾向時とでスロットル弁の作動速度を相違させて、車両の走行性能を高めることにある。

本発明のエンジンのスロットル弁制御装置は、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作検出手段と、エンジンの燃焼室に供給される吸気管内の空気量を調整するスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段とを有し、アクセルペダル操作量に基づいて目標スロットル開度を設定し、前記目標スロットル開度にスロットル弁を駆動するエンジンのスロットル弁制御装置において、前記アクセルペダル操作量に基づいてアクセルペダルの操作速度を算出する速度演算手段と、前記アクセルペダル操作速度に基づいて前記アクセルペダルの操作加速度を算出する加速度演算手段と、正のアクセルペダル操作加速度と負のアクセルペダル操作加速度に応じてスロットル弁の作動速度を相違させて前記スロットル弁を前記目標スロットル開度に作動させるスロットル制御手段とを有することを特徴とする。

エンジンのスロットル弁制御装置は、アクセルペダル操作速度に応じてスロットル弁の作動速度を設定すること特徴とする。

本発明のエンジンのスロットル弁制御装置は、前記車速、エンジン回転数、または変速比に応じて前記スロットル弁の作動速度を設定することを特徴とする。

本発明にあっては、アクセルペダルが操作されたときにアクセルペダル操作加速度を演算し、アクセルペダル操作加速度が正のときと負のときとでアクセルペダルの操作速度が増加傾向であるか減少傾向であるかを判定し、スロットル弁の作動速度を増加傾向の時と減少傾向の時とで相違させるようにしたので、アクセルの踏み込みや戻しの操作が開始された初期と終期とでスロットル弁の動きないし作動速度を相違させることができる。これにより、応答速度を高めたエンジンの加減速制御や加減速ショックを緩和した加減速制御を行うことができ、車両の走行性能を向上させることができる。また、アクセルペダル操作速度の増加傾向時と減少傾向時とのスロットル弁の作動をアクセルペダルの操作速度や車速に応じて相違させることにより、車両の走行性を高めることができる。スロットル弁の作動速度をエンジン回転数や変速比に応じて変化させることもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジンのスロットル弁制御装置を示す概略図である。エンジン１はピストンの往復動により回転するクランク軸２を有しており、それぞれの燃焼室に空気を供給するために、各燃焼室に対応した吸気マニホールド３ａと吸気マニホールド集合部３ｂとを有する吸気管３がエンジン１に設けられている。燃焼室内への燃料の供給は、各吸気マニホールド３ａにそれぞれ設けられる噴射弁から供給する方式、吸気マニホールド集合部３ｂに設けられる１つの噴射弁から供給する方式、およびそれぞれの燃焼室内に直接噴射する筒内噴射方式がある。

吸気マニホールド集合部３ｂには、エンジンに供給される空気の量を調節するために絞り弁つまりスロットル弁４が設けられており、スロットル弁４の弁シャフト４ａにはスロットル弁４を駆動するためのアクチュエータであるパルスモータ５がスロットル弁駆動手段として取り付けられている。一方、車室内に設けられて運転者により操作されるアクセルペダル６のアクセルシャフト６ａには、アクセルペダル６の踏み込み操作および戻し操作を検出するためにアクセルセンサ７がアクセル操作検出手段として設けられ、さらにアクセルペダル６をアイドリング回転位置に戻すためのばね部材８が設けられており、踏み込まれたアクセルペダル６を戻したりアクセルペダル６を開放するとばね力によりアクセルペダル６は戻される。

電子制御ユニット１０には、アクセルセンサ７からの検出信号(AP)と、スロットル弁４の弁シャフト４ａに設けられたスロットルセンサ１１からの検出信号とが送られるとともに、車速を検出する車速センサ１２からの検出信号が送られるようになっている。そして、アクセルセンサ７からのアクセル操作量APに基づき予め設定された目標スロットル開度マップからアクセル操作量APに応じた目標スロットル開度を設定する。ここで、目標スロットル開度は、目標スロットル開度マップからアクセル操作量APに応じて線形、または非線形に設定される。また、スロットルセンサ１１からの信号に基づいてスロットル弁４が目標スロットル開度に到達したか否かが判定される。さらに、電子制御ユニット１０には、図示しない変速機のシフト位置を検出するシフト位置センサ１３からの信号が送られるようになっており、変速機が有段変速機の場合にはこのセンサ１３からの信号に基づいて変速段が判定され、変速機が無段変速機の場合にはプライマリプーリとセカンダリプーリの回転数の比により変速比が演算される。電子制御ユニット１０からはスロットル弁４を駆動するためのパルスモータ５に、アクセルペダル６の操作に応じて制御信号が送られるようになっている。

電子制御ユニット１０は、それぞれのセンサからの検出信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式およびマップデータなどの制御データを格納するＲＯＭと、一時的にデータを格納するＲＡＭや入出力ポートなどを備えており、アクセルセンサ７からのアクセル操作量APに基づいてアクセル操作速度DAPを算出する速度算出部２１と、速度算出部２１により算出されたアクセル操作速度DAPに基づいてアクセルペダルの操作加速度DDAPを算出する加速度算出部２２とを有している。図１においては、マイクロプロセッサの有する機能が速度算出部２１と加速度算出部２２としてブロックで示されている。

図２（Ａ）は運転者によりアクセルペダル６が踏み込まれたときの踏み込みストローク(AP)の変化の標準例を示す線図であり、踏み込み速度DAPは踏み込み開始時から徐々に高くなり、目標の踏み込み量に近づくと徐々に踏み込み速度が遅くなり、踏み込み中間領域では踏み込み速度が最も早くなる。アクセルペダル６の踏み込みや戻し操作の速度DAPは、アクセルペダル６の踏み込みや戻し操作によって相違することになり、図２（Ｂ）はアクセルペダル６の踏み込み速度DAPが相違する３種類についてのアクセルペダルの速度変化を示す線図であり、踏み込み量APが図２（Ａ）のように変化すると、いずれの踏み込み速度(DAP1〜DAP3)であっても、図２（Ｂ）のように踏み込み中間領域においては踏み込み速度が最も高くなる。なお、踏み込み速度がDAP1、DAP2、DAP3の時のアクセル操作量AP1、AP2、AP3は、AP1＞AP2＞AP3となる。

従来のように、アクセルペダル６の操作速度DAPを検出し、操作速度DAPに基づいてスロットル弁４の作動速度を設定すると、アクセルペダル６の操作初期のような操作速度DAPが増加傾向であるのか、操作終期のような操作速度が減少傾向であるのかを判断できない。つまり、アクセルペダル操作速度DAPが同一値であった場合には、たとえ、アクセル操作初期のようなアクセル操作速度DAPの増加傾向時であっても、アクセル操作終期のようなアクセ操作速度DAPの減少傾向時であってもスロットル弁の操作速度は同一値となる。

図３（Ａ）はアクセルペダル６が踏み込まれたときの踏み込みストロークAPの変化を、それぞれ異なった踏み込み具合でアクセル操作がなされた場合について示す線図である。図３（Ａ）において、特性Ａは踏み込み初期と踏み込み終期とがほぼ同様の速度である標準的なアクセルペダル６の踏み込みストロークの変化を示す。特性Ｂは踏み込み初期に早く踏み込まれ踏み込み終期にゆっくりと踏み込まれた場合の踏み込みストロークの変化を示し、特性Ｃは逆に踏み込み初期はゆっくりと踏み込まれ踏み込み終期には早く踏み込まれた場合の踏み込みストロークの変化を示す。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した３種類の典型的な特性Ａ〜Ｂに対応するアクセルペダルの踏み込み速度DAPの変化を示す線図であり、踏み込み速度DAPは（ｄAP／ｄｔ）により算出される。図３（Ｂ）においては、図３（Ａ）における特性Ａ〜Ｃの速度がDAPa〜DAPcで示されている。それぞれの踏み込み速度DAPa〜DAPcは、図１に示したアクセルセンサ７からの信号に基づいて速度算出部２１において算出される。

図３（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示したアクセルペダルの踏み込み速度DAPa〜DAPcに対応する加速度DDAPa〜DDAPc、つまり単位時間当たりの速度の変化割合(dDAP/dt)を示す線図であり、図３（Ｃ）においては、速度DAPaに対応する加速度の変化がDDAPa、速度DAPbに対応する加速度の変化がDDAPb、そして速度DAPcに対応する加速度の変化がDDAPcとして示されている。それぞれの加速度DDAPa〜DDAPcは加速度算出部２２において、速度算出部２１からの信号に基づいて算出される。図３（Ａ）に示すように、踏み込み初期から踏み込み終期までの時間がほぼ同じであっても、踏み込み操作具合によっては、図３（Ｃ）に示すように、加速度が正から負に転じる時点がｔa〜ｔcで示すように相違することになる。

それぞれの時点ｔa〜ｔcを基準として操作速度DAPの増加傾向時と操作速度DAPの減少傾向時とを判定することによって、たとえば、図３（Ｂ）においてアクセルペダル６の操作速度がDAPrであっても、時点ｔa〜ｔcを基準とした増加傾向時の速度であるか、減少傾向時の速度であるかを判定することができ、操作初期と操作終期とで相違した作動速度でスロットル弁４を動かすことができる。このように、本発明にあっては、加速度が正から負に切り替わる時点を基準として、アクセルペダル６の操作速度の増加傾向と減少傾向とを判別しており、その時点はアクセルペダル６の踏み込み具合によって図３（Ｃ）に示すように相違する。

本発明においては、アクセルペダル６の踏み込み加速度を演算することによって、その値が正のときと負のときとで操作速度が増加傾向であるか減少傾向であるかを判定することができ、踏み込み速度が同一値であっても、操作速度増加時と操作速度減少時とでスロットル弁４の作動速度を相違させるようにし、アクセルペダル６の踏み込み速度に応じてスロットル弁４の作動速度を正負それぞれにおいて変化させるとともに、さらに車速に応じて正負それぞれにおける作動速度を変化させるようにしている。このようにスロットル弁４の作動速度を制御するために、アクセルペダル６の踏み込み速度DAPと車速Ｖとを変数として、加速度DDAPの正負に応じて別々の作動速度マップデータが電子制御ユニット１０のメモリに格納されている。

図４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれの作動速度マップデータの一例を示す概念図である。たとえば、車速１０km/h毎にアクセルペダル６の踏み込み速度DAPに応じたスロットル弁４の作動速度が、図４（Ａ）に示すように正の加速度と、図４（Ｂ）に示すように負の加速度とについてメモリに別々に格納されている。ただし、作動速度マップデータとしては、車速１０km/h毎に限られることはなく、任意の車速毎にマップデータを設定することができ、車両の停止時と走行時との２種類のみでも良い。

図５（Ａ）は、停止状態の車両を発進すべくアクセルペダル６が踏み込まれた場合のスロットル弁４の開度特性（θａ〜θｃ）を示す線図であり、図５（Ｂ）は車両が所定の車速で走行していたときにアクセルペダルがさらに踏み込まれて車両が加速されたときのスロットル弁４の開度特性（θａ〜θｃ）を示す線図である。

図５（Ａ）に示すように、運転者のアクセルペダル６の踏み込み具合に応じてスロットル弁４を、踏み込み初期のような操作速度の増加傾向つまり操作加速度が正の時には早く開いてエンジン回転数を迅速に高めるようにした高いレスポンスで加速し、踏み込み終期のような操作速度の減少傾向つまり操作加速度が負の時にはゆっくりと加速する発進（θb）と、踏み込み初期にはゆっくりと加速し、踏み込み終期には高いレスポンスで迅速に加速する発進（θc）とにスロットル弁４の応答速度を相違させることができる。

また、図５（Ｂ）に示すように、車両が所定の速度Ｖで走行しているときにアクセルペダル６が踏み込まれたときにも、踏み込み具合によって操作速度の増加傾向時と操作速度の減少傾向時とで迅速にスロットル弁４を作動させたりゆっくりと作動させることにより加速性を相違させることができる。また、図５（Ａ），（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル６の踏み込み開始時の車速に応じて、スロットル弁４の作動特性を相違させることができ、発進時よりも加速ショックの発生を低減させるようにした加速を行うことができる。なお、図５（Ｂ）は特定の車速となって車両が走行しているときの特性を示すが、上述したように、複数の車速について相違した特性となるようにスロットル弁４の作動特性を設定することができる。また、アクセルペダル６を戻した場合にも同様にスロットル弁４の作動特性を相違させている。

上述した車速に応じて作動特性を変化させることに加えるか、これに代えてエンジン回転数や変速比に応じて作動作成を変化させるようにしても良い。変速比に応じて変化させるには、変速機が有段変速機の場合には、変速歯車列のシフト状態に応じて作動特性が切り換えられ、無段変速機の場合にはプライマリプーリとセカンダリプーリのプーリ比つまり変速比に応じて作動特性が切り換えられることになる。さらに、アクセルペダル６を踏み込んだときと、戻したときとで作動特性を相違させるようにしても良い。

図６は上述したエンジンのスロットル弁制御装置におけるスロットル弁の制御手順のアルゴリズムを示すフローチャートであり、エンジンが始動されると、ステップＳ１において車速やエンジン回転数などの各種パラメータが読み込まれる。ステップＳ２において運転者によりアクセルペダル６の踏み込み操作や戻し操作が行われたと判定されたときには、アクセルペダル操作速度DAPが演算され、この演算値に基づいてアクセルペダル操作加速度DDAPが演算される（ステップＳ３，Ｓ４）。

ステップＳ５においてはアクセルペダル操作加速度が正であるか負であるかを判定し、正のアクセルペダル操作加速度であればステップＳ６が実行されて正の加速度マップデータが読み込まれ、負のアクセルペダル操作加速度であればステップＳ７が実行されて負の加速度マップデータが読み込まれ、それぞれのマップデータに基づいて演算された制御信号がパルスモータ５に送られて、スロットル弁４の作動が車速Ｖとアクセルペダル６の操作速度DAPに応じて制御される。ステップＳ９においてスロットル弁４が目標スロットル開度に到達したことが判定されたらルーチンを抜ける。このルーチンは、たとえば数ミリ秒の周期で実行される。

上述のように、アクセルペダル６の操作速度DAPに基づいてスロットル弁４の作動速度を設定するようにした場合には、操作初期のようなアクセルペダル操作速度の増加傾向時と操作終期のようなアクセルペダル操作速度の減少傾向時とではスロットル弁４の作動特性を変化させることができないが、アクセルペダル６の操作加速度DDAPを検出することによって、アクセルペダル６の操作速度が同じ値であっても、それが操作速度の増加傾向時であるか操作速度の減少傾向時であるかを加速度が正であるか負であるかで判定することができ、アクセルペダルの操作初期のような操作速度の増加傾向時と、操作終期のような操作速度の減少傾向時とでスロットル弁４の作動速度を相違させるように制御することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明の一実施の形態であるエンジンのスロットル弁制御装置を示す概略図である。（Ａ）はアクセルペダルが踏み込まれたときの踏み込みストロークの変化の標準例を示す線図であり、（Ｂ）はアクセルペダルの踏み込み速度が相違する３種類についてのアクセルペダルの速度変化を示す線図である。（Ａ）はアクセルペダルの踏み込み具合が相違する場合における踏み込みストロークの変化を示す線図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）に示した３種類の典型的な踏み込み具合に対応するアクセルペダルの踏み込み速度の変化を示す線図であり、（Ｃ）は、同図（Ｂ）に示したアクセルペダルの踏み込み速度に対応する加速度の変化を示す線図である。（Ａ），（Ｂ）はそれぞれの作動速度マップデータの一例を示す概念図である。（Ａ）は停止状態の車両を発進すべくアクセルペダルが踏み込まれた場合のスロットル弁の開度特性を示す線図であり、（Ｂ）は車両が所定の車速で走行していたときにアクセルペダルがさらに踏み込まれて車両が加速されたときのスロットル弁の開度特性を示す線図である。エンジンのスロットル弁制御装置におけるスロットル弁の制御手順のアルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
３吸気管
４スロットル弁
５パルスモータ（スロットル弁駆動手段）
６アクセルペダル
７アクセルセンサ
１０電子制御ユニット（スロットル制御手段）
１１スロットルセンサ
２１速度算出部（速度演算手段）
２２加速度算出部（加速度演算手段）

Claims

運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作検出手段と、
エンジンの燃焼室に供給される吸気管内の空気量を調整するスロットル弁と、
前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段とを有し、アクセルペダル操作量に基づいて目標スロットル開度を設定し、前記目標スロットル開度にスロットル弁を駆動するエンジンのスロットル弁制御装置において、
前記アクセルペダル操作量に基づいてアクセルペダルの操作速度を算出する速度演算手段と、
前記アクセルペダル操作速度に基づいて前記アクセルペダルの操作加速度を算出する加速度演算手段と、
正のアクセルペダル操作加速度と負のアクセルペダル操作加速度に応じてスロットル弁の作動速度を相違させて前記スロットル弁を前記目標スロットル開度に作動させるスロットル制御手段とを有することを特徴とするエンジンのスロットル弁制御装置。
請求項１記載のエンジンのスロットル弁制御装置において、アクセルペダル操作速度に応じてスロットル弁の作動速度を設定すること特徴とするエンジンのスロットル弁制御装置。
請求項１または２記載のエンジンのスロットル弁制御装置において、前記車速、エンジン回転数、または変速比に応じて前記スロットル弁の作動速度を設定することを特徴とするエンジンのスロットル弁制御装置。