JP4103453B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のトルクを制御することにより、車両の各車速に必要な駆動力を得るようにした内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御技術の一形態として、燃費、ドライバビリティ等の向上を図る観点から、運転者の運転要求を検出し、その運転要求が満たされるように内燃機関の発生トルクを制御することが知られている。例えば、特開平１１−８２０９０号公報に開示された「内燃機関の制御装置」では、運転者のアクセルペダルの操作量を検出し、その操作量に基づいて、内燃機関が発生すべきトルク量である要求トルクを算出する。また、この要求トルクに基づき吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等の内燃機関の制御量を算出する。そして、これらの制御量に基づきスロットル用アクチュエータ、燃料噴射弁、イグナイタ等の各種アクチュエータを駆動制御することにより、内燃機関の実トルクを要求トルクに収束させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記公報の技術では、車両の走行に際し、運転者のアクセルペダルの操作量に対応した要求トルクに基づき、各種アクチュエータを制御してスロットル開度等を調整している。このため、例えば、減速走行している車両を定常走行に戻す場合には、その定常走行に必要な要求トルクが発生するように運転者がアクセルペダルの踏込み量を調整することとなる。この運転者による調整では、ちょうど定常走行となるようにアクセルペダルを踏むことが難しく、余分にアクセルペダルを踏む場合が多い。この場合、車両が過剰に加速することから、アクセルペダルを戻して車両を減速させることになる。この減速の際に、アクセルペダルを戻しすぎて車両が過剰に減速した場合には、再びアクセルペダルを踏込んで車両を加速させることになる。そして、これらのアクセルペダルを戻す操作や踏込む操作をすることにより、車両の加速及び減速が繰り返される。その結果、定常走行になるまでに時間がかかるばかりか、滑らかな加速感が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、定常走行に復帰するまでの時間を短縮するとともに滑らかな加速感を得ることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、内燃機関を搭載した車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車両の減速状態を検出する減速状態検出手段と、前記車速検出手段による車速及び前記車両の走行抵抗に基づいて、その車速で定常走行するうえで前記車両に要求される要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段と、前記減速状態検出手段により減速状態が検出されたとき、単位時間当たりの前記車速の変化量に基づいて、前記車両で発生している実駆動力を算出する実駆動力算出手段と、前記要求駆動力及び前記実駆動力の偏差に基づいて、前記車両の減速状態から定常走行への復帰に必要な前記車両の駆動力を発生するために前記内燃機関に要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、前記車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときに前記要求トルクに基づき前記内燃機関のトルクを制御するトルク制御手段とを備えている。
【０００６】
上記の構成によれば、車両は、自身が有する損失（フリクション）、例えば、駆動系のフリクションロス、潤滑剤の粘度、温度変化による潤滑剤の粘度変化、車輪の摩耗等に打ち勝つことによって走行する。この走行に際し、要求駆動力算出手段では、車速及び車両の走行抵抗に基づいて、その車速で定常走行するうえで車両に要求される要求駆動力が算出される。実駆動力算出手段では、車両の減速状態での単位時間当たりの車速の変化量に基づいて、車両で発生している実駆動力が算出される。前述した車速としては、車速検出手段によって検出されたものが用いられる。
【０００７】
ここで、車両の減速に際し実駆動力が要求駆動力よりも小さくなるときには、両駆動力の偏差は、車両が定常走行するために必要な駆動力となる。換言すると、この偏差は減速走行から所定の速度に復帰するために必要な駆動力である。このことから、要求トルク算出手段では、要求駆動力と実駆動力との偏差に基づき、定常走行のために内燃機関に要求される要求トルク、すなわち要求駆動力及び実駆動力の偏差を零にするために内燃機関に要求される要求トルクが算出される。そして、トルク制御手段では、車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときに前記要求トルクに基づいて内燃機関のトルクが制御される。この制御により、実駆動力が要求駆動力に収束し、車両が定常走行するようになる。
【０００８】
このように、車両の減速走行中には、車速から実駆動力と要求駆動力とが求められ、両駆動力の偏差から定常走行のために内燃機関に要求される要求トルクが算出される。すなわち、アクセルペダルの操作量とは無関係に実走行状態から前記要求トルクが算出される。そして、車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときには、前記要求トルクに基づいて内燃機関のトルクが制御される。このため、内燃機関が定常走行に必要な要求トルクを発生するように、運転者がアクセルペダルの踏込み量を調整しなくても、車両は定常走行に復帰する。従って、運転者が踏込み量を調整する場合とは異なり、定常走行とするために、内燃機関から過剰にトルクが発生したり、その過剰分を減らす際にトルクが過剰に減少したりすることが抑制される。その結果、所定の車速付近で車両の加速及び減速が繰り返されることが抑制され、定常走行に復帰するまでの時間が短くなって、その復帰のための加速が滑らかに行われる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記車両を加速するための加速操作部材の操作状態に基づき前記車両に対する加速要求の有無を判定する要求判定手段をさらに備え、前記トルク制御手段は、前記要求判定手段による加速要求ありの判定に応じて前記内燃機関のトルクを制御するものとする。
【００１２】
上記の構成によれば、加速操作部材の操作を通じて運転者によって車両の加速が要求されると、その旨が要求判定手段によって判定される。そして、この判定結果に応じ、トルク制御手段では要求トルクに基づく内燃機関のトルク制御が行われる。従って、減速走行中の車両を定常走行へ復帰させるための加速操作が運転者によって行われると、その操作に応じたトルク制御手段によるトルク制御を確実に行うことが可能となる。このように、減速状態から加速状態に移行するときに上記のトルク制御を行うことで、定常走行に復帰するまでの時間を短くし、定常走行への復帰のための加速を滑らかにするという請求項１に記載の発明の効果を確実なものとすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記要求トルク算出手段は、前記要求駆動力及び前記実駆動力の偏差を、前記内燃機関の出力軸に連結された変速機の特性に基づき前記内燃機関の要求トルクに変換するものとする。
【００１４】
上記の構成によれば、要求トルク算出手段による要求トルクの算出に際しては、要求駆動力と実駆動力との偏差が、変速機の特性に基づき内燃機関の要求トルクに変換される。従って、車両では、内燃機関で発生した出力（トルク）が変速機での変速により駆動力に変えられるが、前述した駆動力から要求トルクへの逆変換を行うことで、実駆動力を要求駆動力に近づけるために内燃機関に必要な要求トルクを精度よく求めることが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記トルク制御手段は、前記要求トルク算出手段による要求トルクを、前記内燃機関の回転速度に基づいて同内燃機関に要求される要求負荷に変換するとともに、前記内燃機関の実際の負荷が前記要求負荷となるように同内燃機関の負荷調整手段を制御するものとする。
【００１６】
ここで、一般に内燃機関の回転速度及びトルクと機関負荷との間には一定の関係がみられる。従って、そのときの回転速度とトルクとが特定されれば、機関負荷を算出することが可能である。このことから、請求項５に記載の発明では、トルク制御手段による内燃機関のトルク制御に際し、要求トルク算出手段による要求トルクがそのときの内燃機関の回転速度に基づいて要求負荷に変換される。
【００１７】
また、内燃機関にはその負荷に影響を及ぼす手段、換言すると負荷を調整する手段が設けられている。例えば、開度に応じて吸入空気量を調整するスロットル弁がこれに該当する。スロットル弁の場合、その開度が大きくなるに従って吸入空気量が増大し機関負荷も増大する。このことから、トルク制御手段では、この負荷調整手段の状態（スロットル弁の場合にはその開度）が制御されることにより、内燃機関の実際の負荷が前記要求負荷に近づけられる。その結果、内燃機関で発生するトルクを負荷調整手段の制御を通じて要求トルクに収束させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１０には、内燃機関としてガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。エンジン１１は、シリンダヘッド１２と、複数の気筒（シリンダ）１３を有するシリンダブロック１４とを備えている。各シリンダ１３内には、ピストン１５が往復動可能に収容されている。各ピストン１５は、コネクティングロッド１６を介し、エンジン１１の出力軸であるクランク軸１７に連結されている。各ピストン１５の往復運動は、コネクティングロッド１６と、クランク軸１７に形成されたクランクアームとにより回転運動に変換され、出力される。クランク軸１７はトルクコンバータ付自動変速機１８に連結されている。そして、クランク軸１７の回転は自動変速機１８によって変速された後、駆動輪（図示略）に伝達される。
【００１９】
ピストン１５の上方には、ピストン１５の頂面、シリンダ１３及びシリンダヘッド１２により燃焼室１９が形成され、この燃焼室１９に吸気通路３１及び排気通路３９が接続されている。シリンダヘッド１２には、吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド１２において、吸・排気弁２１，２２の各上方には、カム軸２３，２４が回転可能に設けられている。これらのカム軸２３，２４は、タイミングプーリ２５、タイミングベルト２６等によりクランク軸１７に駆動連結されている。そして、クランク軸１７が回転されると、その回転がタイミングベルト２６、タイミングプーリ２５等を介してカム軸２３，２４に伝達される。各カム軸２３，２４の回転により吸・排気弁２１，２２が往復動し、吸気通路３１及び排気通路３９がそれぞれ開閉される。
【００２０】
吸気通路３１には、スロットル弁２７、サージタンク２８、吸気マニホルド２９等が設けられている。エンジン１１の外部の空気は、吸気通路３１の各部を順に通過して燃焼室１９に取り込まれる。スロットル弁２７は、エンジン１１の負荷調整調整手段として吸気通路３１内に回動可能に支持されており、このスロットル弁２７にステップモータ等のアクチュエータ３２が駆動連結されている。一方、運転席の近傍には、車両１０を加速する際に運転者によって操作される加速操作部材として、アクセルペダル３３が設けられている。そして、前記アクチュエータ３２は、運転者によるアクセルペダル３３の踏込み操作等に応じて作動し、スロットル弁２７を回動させる。吸気通路３１を流れる空気の量である吸入空気量は、スロットル弁２７の回動角度であるスロットル開度ＴＡに応じて変化する。
【００２１】
吸気マニホルド２９には、気筒毎の燃焼室１９に燃料を供給するための電磁式の燃料噴射弁３４が取付けられている。燃料噴射弁３４は通電により開弁し、高圧の燃料を噴射する。そして、噴射された燃料と吸入空気とからなる混合気は燃焼室１９内へ導入される。
【００２２】
シリンダヘッド１２には、点火プラグ３５が各シリンダ１３に対応して取付けられている。点火プラグ３５は、イグナイタ３６からの点火信号に基づいて駆動される。点火プラグ３５には、点火コイル３７から出力される高電圧が印加される。そして、前記混合気は点火プラグ３５の電気火花によって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１５が往復動され、クランク軸１７が回転されて、エンジン１１の駆動力（トルク）が得られる。燃焼によって生じた燃焼室１９内のガス（排気ガス）は排気通路３９に導出される。
【００２３】
排気通路３９には、排気マニホルド３８、触媒コンバータ（図示略）等が設けられており、前記のようにして燃焼室１９から導出された排気ガスは、排気通路３９のこれら各部を順に通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２４】
車両１０には、エンジン１１の運転状態、車両１０の走行状態等を検出するために、各種センサが設けられている。例えば、クランク軸１７の近傍には、そのクランク軸１７が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生するクランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１の信号は、クランク軸１７の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥの算出に用いられる。スロットル弁２７の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ４２が配置されている。吸気通路３１において、スロットル弁２７の下流側には、吸入空気の圧力である吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ４３が設けられている。アクセルペダル３３には、運転者による同アクセルペダル３３の踏込み量であるアクセル開度ＡＣＣＰを、運転者によるアクセルペダル３３の操作状態として検出するアクセルセンサ４４が設けられている。車両１０には、その走行速度である車速Ｖを検出する車速検出手段として車速センサ４５が設けられている。なお、本実施形態ではスロットルセンサ４２及びアクセルセンサ４４は、車両１０の減速状態を検出する減速状態検出手段としても機能する。
【００２５】
前記センサ４１〜４５等の検出値に基づき、エンジン１１の各部を制御するために、車両１０には電子制御装置（Electronic Control Unit ：ＥＣＵ）５１が用いられている。ＥＣＵ５１はマイクロコンピュータを中心として構成されており、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラム、初期データ、マップ等に従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００２６】
各種制御として、ＥＣＵ５１は、例えばエンジン回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣＰ（又は吸気圧ＰＭ）等に基づき燃料噴射量を算出する。この燃料噴射量に対応した時間にわたり燃料噴射弁３４に通電して燃料を噴射させる。また、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭ等のエンジン負荷に基づき点火時期を演算し、この点火時期に基づきイグナイタ３６を駆動制御して点火プラグ３５に点火させる。
【００２７】
そのほかにも、ＥＣＵ５１は図２及び図３に示すフローチャートに従い、エンジン１１のトルクを制御する。このルーチンは、所定のタイミング、例えば所定時間毎に実行される。次に、このトルク制御ルーチンについて説明する。
【００２８】
ＥＣＵ５１は、まず図２のステップ１１０において、前回の制御周期でメモリに記憶したスロットル開度、車速、トルク、負荷の各前回値（ＴＡ(i-1) 、Ｖ(i-1) 、Ｔ(i-1) 、ＫＬ(i-1) ）をそれぞれ読み出す。次に、ステップ１２０において、そのときのスロットル開度ＴＡ(i) 、車速Ｖ(i) 、エンジン回転速度ＮＥ(i) 、アクセル開度ＡＣＣＰ(i) をそれぞれ読み込む。これらの値は、それぞれスロットルセンサ４２、車速センサ４５、クランク角センサ４１、アクセルセンサ４４によって検出されたものである。また、自動変速機１８の変速制御に際し、そのときに選択（制御）されているギヤ段に対応するギヤ比Ａ(i) を読み込む。
【００２９】
続いて、ステップ１３０において、車両１０が減速中であるかどうかを判定する。この判定に用いる条件としては種々考えられるが、例えば、「スロットルセンサ４２によるスロットル開度ＴＡの変化量ΔＴＡ（＝ＴＡ(i) −ＴＡ(i-1) ）が０よりも小さいかどうか」とすることが挙げられる。また、前記の判定条件に代えて又は加えて、「アクセルペダル３３が踏込まれていないかどうか」を判定条件としてもよい。後者の判定はアクセルセンサ４４によるアクセル開度ＡＣＣＰに基づいて行うことが可能である。
【００３０】
そして、前記ステップ１３０の判定条件が満たされていない、すなわち減速中でないと、トルク制御ルーチンを一旦終了する。これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされている（減速中）と、ステップ１４０において、次式（Ｉ）に従って、そのときの要求駆動力Ｆを算出する。このＥＣＵ５１によるステップ１４０の処理は、車速及び車両の走行抵抗に基づいて要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段に相当する。ここで、駆動力は車両１０を動かそうとする力、より詳しくは、エンジン１１で発生したトルクが変速機（自動変速機１８）等を経由して駆動輪に伝えられ、その駆動輪が地面を蹴って車両を走らせる力である。また、要求駆動力Ｆはそのときの車速Ｖ(i) で走行するために、車両１０に要求される駆動力である。
【００３１】
Ｆ＝ａ＋ｂ・Ｖ(i)^2 ……（Ｉ）
上記式（Ｉ）中のａは車両の重量を支えている車輪を転がすための抵抗（車両の転がり抵抗係数）であり、ｂは車両が空気を押し分けて進むための抵抗（空力係数）である。これらの転がり抵抗係数ａ及び空力係数ｂは、いずれも車両１０毎に決まる一定の値であって、走行抵抗に相当する。なお、^2は２乗を意味する。このようにして算出される要求駆動力Ｆは、車速Ｖと駆動力との関係を表す図４において特性線Ｌ１で示される。
【００３２】
次に、図２のステップ１５０において、次式（II）に従って、車両１０が発生している実際の駆動力である実駆動力Ｆcurrntを算出する。このＥＣＵ５１によるステップ１５０の処理は、車速の変化に基づいて実駆動力を算出する実駆動力算出手段に相当する。
【００３３】
Ｆcurrnt＝ｍ（ΔＶ／Δｔ） ……（II）
上記式（II）中のｍは車両１０の重量である。また、ΔＶは所定時間Δｔにおける車速Ｖの変化量（＝Ｖ(i-1) −Ｖ(i))である。ここでは、トルク制御ルーチンが実行される制御周期が所定時間Δｔに相当する。このようにして算出される実駆動力Ｆcurrntは、図４において特性線Ｌ２で示される。この図４に示すように、実駆動力Ｆcurrntの要求駆動力Ｆとの偏差ΔＦは、車速Ｖの上昇に従い大きくなる傾向にある。なお、前記のようにして求めた実駆動力Ｆcurrntは車両１０の有する損失（フリクション）、例えば、駆動系のフリクションロス、潤滑剤の粘度、温度変化による潤滑剤の粘度変化、車輪の摩耗等を含んでいる。すなわち、車両１０は自身の有する前記フリクションに打ち勝つことによって走行する。
【００３４】
次に、図２のステップ１６０において、前記ステップ１４０での要求駆動力Ｆと前記ステップ１５０での実駆動力Ｆcurrntとの偏差ΔＦを求める。この偏差ΔＦは、車両１０が減速状態から所定の車速での定常走行に復帰するために必要な駆動力に相当する。従って、この偏差ΔＦが０となるようにエンジン１１のトルクを制御すれば、実駆動力Ｆcurrntを要求駆動力Ｆに近づけて、車両１０を定常走行に復帰させることが可能である。
【００３５】
続いて、ステップ１７０において、前記ステップ１６０での偏差ΔＦが０よりも大きいかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（ΔＦ≦０）と、すなわち実駆動力Ｆcurrntが要求駆動力Ｆ以上であるとトルク制御ルーチンを一旦終了する。これに対し、ステップ１７０の判定条件が満たされている（ΔＦ＞０）と、すなわち実駆動力Ｆcurrntが要求駆動力Ｆを下回っている（図４の状態）とステップ１８０へ移行する。ステップ１８０では、前記ステップ１６０で求めた偏差ΔＦを、次式（III ）に従って要求トルクＴopt に変換する。ここで、要求トルクＴopt は、前記偏差ΔＦ分の駆動力を車両１０で発生するためにエンジン１１に要求されるトルクである。
【００３６】
Ｔopt ＝ΔＦ／Ａ(i) ／η ……（III ）
上記式（III ）中のＡ(i) は、自動変速機１８においてそのときのギヤ段に対応するギヤ比であり、ηは効率係数である。効率係数ηはトルクコンバータ１８ａの効率（入力された動力に対して出力される動力の割合）に相当するものであり、例えば、図５に示すマップを参照して求められる。このマップには、エンジン回転速度ＮＥの上昇にともなって大きくなって「１．０」に近づく効率係数ηが規定されている。そして、そのときのエンジン回転速度ＮＥ(i) に対応する効率係数ηを前記マップから求める。
【００３７】
なお、上記の式（III ）を用いて変換を行うのは、以下の理由による。エンジン１１の出力は自動変速機１８によって変速されるため、実駆動力Ｆcurrntは、自動変速機１８のギヤ比やトルクコンバータ１８ａの効率に応じて変化する。そのため、実駆動力Ｆcurrntを要求トルクＴopt に変換する際には、これらのギヤ比、効率等が実駆動力Ｆcurrntに及ぼす影響を考慮する必要がある。そこで、上記式（III ）に従って演算を行うことにより、ギヤ比及び効率等が「１．０」となるように換算している。この換算により得られる要求トルクＴopt は、前記偏差ΔＦを０にするためにエンジン１１で発生すべき最小のトルクである。そして、前述したＥＣＵ５１によるステップ１６０，１８０の処理は、要求駆動力及び実駆動力の偏差に基づいて、エンジンに要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段に相当する。
【００３８】
次に、図３のステップ１９０において、前記ステップ１８０での要求トルクＴopt を要求負荷ＫＬｃに変換する。この変換に際しては、例えば図６に示すマップを参照する。このマップには、エンジン回転速度ＮＥ(i) に対する負荷ＫＬ(i) が、複数のトルクＴ(i) のそれぞれについて規定されている。そして、前記要求トルクＴopt が最も近いトルクＴ(i) を特定する。続いて、このトルクＴ(i) を用い、次式（IV）に従って補間計算を行うことにより要求負荷ＫＬｃを算出する。
【００３９】
ＫＬｃ＝Ａ・｛ＫＬ(i) −ＫＬ(i-1) ｝＋ＫＬ(i-1) ……（IV）
ただし、Ａ＝｛Ｔopt −Ｔ(i-1) ｝/ ｛Ｔ(i) −Ｔ(i-1) ｝である。
次に、図３のステップ２００において、運転者による加速操作が行われているかどうかを判定する。この判定に用いる条件としては、例えば、「アクセル開度ＡＣＣＰが所定値以上であるかどうか」とすることができる。また、「所定時間におけるアクセル開度ＡＣＣＰの変化量が所定値以上であるかどうか」を前記判定条件としてもよい。この判定条件が満たされていない（非加速操作中）と、前述したステップ１４０へ戻る。従って、車両減速中であって実駆動力Ｆcurrntが要求駆動力Ｆを下回る場合には、運転者の加速要求があるまで要求トルクＴopt 及び要求負荷ＫＬｃの各算出が繰り返されることとなる。なお、前述したＥＣＵ５１によるステップ２００の処理は、運転者の加速要求の有無を判定する要求判定手段に相当する。
【００４０】
これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされていると、すなわち車両１０の減速中に運転者による加速要求があると、ステップ２１０において、前記ステップ１９０で求めた要求負荷ＫＬｃを実現するために要求される要求スロットル開度ＴＡopt を算出する。この算出に際しては、例えば図７に示すマップを参照する。このマップには、要求負荷ＫＬｃと、その要求負荷ＫＬｃに比例する要求スロットル開度ＴＡopt との関係が規定されている。そして、前記ステップ１９０での要求負荷ＫＬｃに対応する要求スロットル開度ＴＡopt を前記マップから求める。
【００４１】
次に、ステップ２２０において、スロットル開度ＴＡが前記ステップ２１０で求めた要求スロットル開度ＴＡopt となるように、同開度ＴＡopt に基づきアクチュエータ３２を駆動制御する。前述したＥＣＵ５１によるステップ２１０，２２０の処理は、要求トルクに基づきエンジンのトルクを制御するトルク制御手段に相当する。その後、ステップ２３０において、次回の制御周期に備えて次の処理を行う。今回制御周期での負荷ＫＬ(i) 、トルクＴ(i) 、車速Ｖ(i) 、スロットル開度ＴＡ(i) をそれぞれ前回値（ＫＬ(i-1) 、Ｔ(i-1) 、Ｖ(i-1) 、ＴＡ(i-1) ）としてメモリに記憶し、その後、トルク制御ルーチンを一旦終了する。
【００４２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）車速Ｖから実駆動力Ｆcurrntと要求駆動力Ｆとを求め（ステップ１５０，１４０）、両駆動力の偏差ΔＦから要求トルクＴopt を算出する（ステップ１６０，１８０）。すなわち、アクセルペダル３３の操作量とは無関係に、実走行状態から要求トルクＴopt を算出する。そして、この要求トルクＴopt に基づいてエンジン１１のトルクを制御するようにしている（ステップ１９０〜２２０）。
【００４３】
このため、エンジン１１が定常走行に必要な要求トルクＴopt を発生するように、運転者がアクセルペダル３３の踏込み量を調整しなくても、車両１０は定常走行に復帰する。従って、運転者が踏込み量を調整する従来技術とは異なり、定常走行とするために、エンジン１１から過剰にトルクが発生したり、その過剰分を減らす際にトルクが過剰に減少したりするのを抑制できる。その結果、所定の車速付近で車両１０の加速及び減速が繰り返されるのを抑制することができる。そして、定常走行に復帰するまでの時間を短くして、その復帰のための加速も滑らかに行うことができる。
【００４４】
（２）車両１０が減速されていることを条件に、要求駆動力Ｆ、実駆動力Ｆcurrnt及び要求トルクＴopt の算出をそれぞれ行うようにしている（ステップ１３０〜１８０）。従って、算出される実駆動力Ｆcurrntは、減速している車両１０で発生している駆動力に相当する。また、算出される要求トルクＴopt は、減速している車両１０を定常走行に復帰させるためにエンジン１１に要求されるトルク、すなわち、減速中の実駆動力Ｆcurrntを、その車速Ｖでの要求駆動力Ｆにするためにエンジン１１に要求されるトルクに相当する。このように、車両１０の減速走行中には、定常走行のための加速操作に備えて要求トルクＴopt を算出する。このため、減速走行中に加速操作を通じて加速要求がなされた場合には、要求トルクＴopt に基づいて直ちにエンジン１１のトルクを制御して、実駆動力Ｆcurrntを要求駆動力Ｆに収束させ、車両１０を減速走行から定常走行に復帰させることが可能となる。
【００４５】
（３）運転者による車両１０に対する加速要求の有無を判定し（ステップ２００）、この判定結果に応じ、要求トルクＴopt に基づくエンジン１１のトルク制御を行うようにしている（ステップ２１０，２２０）。従って、減速走行中の車両１０を定常走行へ復帰させるための加速操作が運転者によって行われると、その加速操作に応じたトルク制御を確実に行うことが可能となる。このように減速状態から加速状態に移行するときに上記のトルク制御を行うことで、定常走行に復帰するまでの時間を短くし、定常走行への復帰のための加速を滑らかにするという前述した（１）の効果を確実なものとすることができる。
【００４６】
（４）要求トルクの算出に際し、要求駆動力Ｆと実駆動力Ｆcurrntとの偏差ΔＦを、自動変速機１８の特性（ギヤ比Ａ(i) 、効率係数η）に基づきエンジン１１の要求トルクＴopt に変換している。従って、車両１０では、エンジン１１のトルクが自動変速機１８での変速により駆動力に変えられるが、前述した偏差ΔＦから要求トルクＴopt への逆の変換を行うことで、要求駆動力Ｆを実駆動力Ｆcurrntに近づけるためにエンジン１１に必要な要求トルクＴopt を精度よく求めることができる。
【００４７】
（５）一般にエンジン回転速度ＮＥ及びトルクＴ(i) と、負荷ＫＬ(i) との間には図６で示す一定の関係がみられる。従って、そのときのエンジン回転速度ＮＥとトルクＴ(i) とが特定されれば、負荷ＫＬ(i) を算出することが可能である。このことから、前記実施形態では、エンジン１１のトルク制御に際し、要求トルクＴopt をエンジン回転速度ＮＥに基づいて要求負荷ＫＬｃに変換している（ステップ１９０）。また、アクチュエータ３２を制御してスロットル開度ＴＡを調整することにより、エンジン１１の実際の負荷を要求負荷ＫＬｃに近づけるようにしている（ステップ２１０，２２０）。この結果、エンジン１１で発生するトルクをアクチュエータ３２の制御を通じて要求トルクに収束させることが可能となる。
【００４８】
（６）要求駆動力Ｆの算出に際し用いられる要素のうち、車両１０の転がり抵抗係数ａ及び空力係数ｂは車両１０毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速Ｖ(i) を検出するのみで、その車速Ｖ(i) に応じた要求駆動力Ｆを確実に算出することができる。
【００４９】
（７）実駆動力Ｆcurrntの算出に際し用いられる要素のうち重量ｍは車両１０毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速Ｖ(i) を検出するのみで、その車速の変化量ΔＶに応じた実駆動力Ｆcurrntを確実に算出することができる。
【００５０】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・トルク制御ルーチンのステップ１３０において、「車速Ｖの変化量ΔＶ（＝Ｖ(i) −Ｖ(i-1) ）が０よりも小さい（すなわち負である）かどうか」を判定条件としてもよい。
【００５１】
・トルク制御ルーチンのステップ１８０において、図５のマップに代えて、所定の演算式に従って効率係数ηを算出するようにしてもよい。同様に、ステップ２１０において、図７のマップに代えて、所定の演算式に従って要求スロットル開度ＴＡopt を算出するようにしてもよい。
【００５２】
・図５のマップの横軸として、エンジン回転速度ＮＥに代えて、トルクコンバータ１８ａにおける入力軸の回転速度と出力軸の回転速度との比（速度比）を用いてもよい。
【００５３】
その他、前記各実施形態から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに記載する。
（Ａ）請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記要求駆動力算出手段は前記車速、前記車両の転がり抵抗係数及び空力係数に基づき前記要求駆動力を算出する。
【００５４】
上記の構成によれば、要求駆動力算出手段による要求駆動力の算出に際し用いられる要素のうち、車両の転がり抵抗係数及び空力係数は車両毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速を検出するのみで、要求駆動力を確実に算出することができる。
【００５５】
（Ｂ）請求項１〜５又は上記（Ａ）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記実駆動力算出手段は前記車両の重量及び前記車速検出手段による車速の変化量に基づき前記実駆動力を算出する。
【００５６】
上記の構成によれば、実駆動力算出手段による実駆動力の算出に際し用いられる要素のうち、車両の重量は車両毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速を検出するのみで、実駆動力を確実に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をガソリンエンジンに具体化した一実施形態についてその構成を示す略図。
【図２】エンジンのトルクを制御する手順を示すフローチャート。
【図３】同じくエンジンのトルクを制御する手順を示すフローチャート。
【図４】車速と駆動力との関係を示す特性図。
【図５】効率係数ηの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。
【図６】要求負荷ＫＬｃの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。
【図７】要求スロットル開度ＴＡopt の決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。
【符号の説明】
１０…車両、１１…エンジン、１７…クランク軸（出力軸）、１８…自動変速機、２７…スロットル弁（負荷調整手段）、３３…アクセルペダル（加速操作部材）、４２…スロットルセンサ（減速状態検出手段）、４４…アクセルセンサ（減速状態検出手段）、４５…車速センサ（車速検出手段）、５１…ＥＣＵ（要求駆動力算出手段、実駆動力算出手段、要求トルク算出手段、トルク制御手段、要求判定手段）、ＮＥ…エンジン回転速度（内燃機関の回転速度）、Ｖ…車速、Ｆ…要求駆動力、Ｆcurrnt…実駆動力、ΔＦ…偏差、Ｔopt …要求トルク、ＫＬｃ…要求負荷、Ｔ(i) …トルク。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のトルクを制御することにより、車両の各車速に必要な駆動力を得るようにした内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御技術の一形態として、燃費、ドライバビリティ等の向上を図る観点から、運転者の運転要求を検出し、その運転要求が満たされるように内燃機関の発生トルクを制御することが知られている。例えば、特開平１１−８２０９０号公報に開示された「内燃機関の制御装置」では、運転者のアクセルペダルの操作量を検出し、その操作量に基づいて、内燃機関が発生すべきトルク量である要求トルクを算出する。また、この要求トルクに基づき吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等の内燃機関の制御量を算出する。そして、これらの制御量に基づきスロットル用アクチュエータ、燃料噴射弁、イグナイタ等の各種アクチュエータを駆動制御することにより、内燃機関の実トルクを要求トルクに収束させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記公報の技術では、車両の走行に際し、運転者のアクセルペダルの操作量に対応した要求トルクに基づき、各種アクチュエータを制御してスロットル開度等を調整している。このため、例えば、減速走行している車両を定常走行に戻す場合には、その定常走行に必要な要求トルクが発生するように運転者がアクセルペダルの踏込み量を調整することとなる。この運転者による調整では、ちょうど定常走行となるようにアクセルペダルを踏むことが難しく、余分にアクセルペダルを踏む場合が多い。この場合、車両が過剰に加速することから、アクセルペダルを戻して車両を減速させることになる。この減速の際に、アクセルペダルを戻しすぎて車両が過剰に減速した場合には、再びアクセルペダルを踏込んで車両を加速させることになる。そして、これらのアクセルペダルを戻す操作や踏込む操作をすることにより、車両の加速及び減速が繰り返される。その結果、定常走行になるまでに時間がかかるばかりか、滑らかな加速感が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、定常走行に復帰するまでの時間を短縮するとともに滑らかな加速感を得ることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、内燃機関を搭載した車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車両の減速状態を検出する減速状態検出手段と、前記車速検出手段による車速及び前記車両の走行抵抗に基づいて、その車速で定常走行するうえで前記車両に要求される要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段と、前記減速状態検出手段により減速状態が検出されたとき、単位時間当たりの前記車速の変化量に基づいて、前記車両で発生している実駆動力を算出する実駆動力算出手段と、前記要求駆動力及び前記実駆動力の偏差に基づいて、前記車両の減速状態から定常走行への復帰に必要な前記車両の駆動力を発生するために前記内燃機関に要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、前記車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときに前記要求トルクに基づき前記内燃機関のトルクを制御するトルク制御手段とを備えている。
【０００６】
上記の構成によれば、車両は、自身が有する損失（フリクション）、例えば、駆動系のフリクションロス、潤滑剤の粘度、温度変化による潤滑剤の粘度変化、車輪の摩耗等に打ち勝つことによって走行する。この走行に際し、要求駆動力算出手段では、車速及び車両の走行抵抗に基づいて、その車速で定常走行するうえで車両に要求される要求駆動力が算出される。実駆動力算出手段では、車両の減速状態での単位時間当たりの車速の変化量に基づいて、車両で発生している実駆動力が算出される。前述した車速としては、車速検出手段によって検出されたものが用いられる。
【０００７】
ここで、車両の減速に際し実駆動力が要求駆動力よりも小さくなるときには、両駆動力の偏差は、車両が定常走行するために必要な駆動力となる。換言すると、この偏差は減速走行から所定の速度に復帰するために必要な駆動力である。このことから、要求トルク算出手段では、要求駆動力と実駆動力との偏差に基づき、定常走行のために内燃機関に要求される要求トルク、すなわち要求駆動力及び実駆動力の偏差を零にするために内燃機関に要求される要求トルクが算出される。そして、トルク制御手段では、車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときに前記要求トルクに基づいて内燃機関のトルクが制御される。この制御により、実駆動力が要求駆動力に収束し、車両が定常走行するようになる。
【０００８】
このように、車両の減速走行中には、車速から実駆動力と要求駆動力とが求められ、両駆動力の偏差から定常走行のために内燃機関に要求される要求トルクが算出される。すなわち、アクセルペダルの操作量とは無関係に実走行状態から前記要求トルクが算出される。そして、車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときには、前記要求トルクに基づいて内燃機関のトルクが制御される。このため、内燃機関が定常走行に必要な要求トルクを発生するように、運転者がアクセルペダルの踏込み量を調整しなくても、車両は定常走行に復帰する。従って、運転者が踏込み量を調整する場合とは異なり、定常走行とするために、内燃機関から過剰にトルクが発生したり、その過剰分を減らす際にトルクが過剰に減少したりすることが抑制される。その結果、所定の車速付近で車両の加速及び減速が繰り返されることが抑制され、定常走行に復帰するまでの時間が短くなって、その復帰のための加速が滑らかに行われる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記車両を加速するための加速操作部材の操作状態に基づき前記車両に対する加速要求の有無を判定する要求判定手段をさらに備え、前記トルク制御手段は、前記要求判定手段による加速要求ありの判定に応じて前記内燃機関のトルクを制御するものとする。
【００１２】
上記の構成によれば、加速操作部材の操作を通じて運転者によって車両の加速が要求されると、その旨が要求判定手段によって判定される。そして、この判定結果に応じ、トルク制御手段では要求トルクに基づく内燃機関のトルク制御が行われる。従って、減速走行中の車両を定常走行へ復帰させるための加速操作が運転者によって行われると、その操作に応じたトルク制御手段によるトルク制御を確実に行うことが可能となる。このように、減速状態から加速状態に移行するときに上記のトルク制御を行うことで、定常走行に復帰するまでの時間を短くし、定常走行への復帰のための加速を滑らかにするという請求項１に記載の発明の効果を確実なものとすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記要求トルク算出手段は、前記要求駆動力及び前記実駆動力の偏差を、前記内燃機関の出力軸に連結された変速機の特性に基づき前記内燃機関の要求トルクに変換するものとする。
【００１４】
上記の構成によれば、要求トルク算出手段による要求トルクの算出に際しては、要求駆動力と実駆動力との偏差が、変速機の特性に基づき内燃機関の要求トルクに変換される。従って、車両では、内燃機関で発生した出力（トルク）が変速機での変速により駆動力に変えられるが、前述した駆動力から要求トルクへの逆変換を行うことで、実駆動力を要求駆動力に近づけるために内燃機関に必要な要求トルクを精度よく求めることが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記トルク制御手段は、前記要求トルク算出手段による要求トルクを、前記内燃機関の回転速度に基づいて同内燃機関に要求される要求負荷に変換するとともに、前記内燃機関の実際の負荷が前記要求負荷となるように同内燃機関の負荷調整手段を制御するものとする。
【００１６】
ここで、一般に内燃機関の回転速度及びトルクと機関負荷との間には一定の関係がみられる。従って、そのときの回転速度とトルクとが特定されれば、機関負荷を算出することが可能である。このことから、請求項５に記載の発明では、トルク制御手段による内燃機関のトルク制御に際し、要求トルク算出手段による要求トルクがそのときの内燃機関の回転速度に基づいて要求負荷に変換される。
【００１７】
また、内燃機関にはその負荷に影響を及ぼす手段、換言すると負荷を調整する手段が設けられている。例えば、開度に応じて吸入空気量を調整するスロットル弁がこれに該当する。スロットル弁の場合、その開度が大きくなるに従って吸入空気量が増大し機関負荷も増大する。このことから、トルク制御手段では、この負荷調整手段の状態（スロットル弁の場合にはその開度）が制御されることにより、内燃機関の実際の負荷が前記要求負荷に近づけられる。その結果、内燃機関で発生するトルクを負荷調整手段の制御を通じて要求トルクに収束させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１０には、内燃機関としてガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。エンジン１１は、シリンダヘッド１２と、複数の気筒（シリンダ）１３を有するシリンダブロック１４とを備えている。各シリンダ１３内には、ピストン１５が往復動可能に収容されている。各ピストン１５は、コネクティングロッド１６を介し、エンジン１１の出力軸であるクランク軸１７に連結されている。各ピストン１５の往復運動は、コネクティングロッド１６と、クランク軸１７に形成されたクランクアームとにより回転運動に変換され、出力される。クランク軸１７はトルクコンバータ付自動変速機１８に連結されている。そして、クランク軸１７の回転は自動変速機１８によって変速された後、駆動輪（図示略）に伝達される。
【００１９】
ピストン１５の上方には、ピストン１５の頂面、シリンダ１３及びシリンダヘッド１２により燃焼室１９が形成され、この燃焼室１９に吸気通路３１及び排気通路３９が接続されている。シリンダヘッド１２には、吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド１２において、吸・排気弁２１，２２の各上方には、カム軸２３，２４が回転可能に設けられている。これらのカム軸２３，２４は、タイミングプーリ２５、タイミングベルト２６等によりクランク軸１７に駆動連結されている。そして、クランク軸１７が回転されると、その回転がタイミングベルト２６、タイミングプーリ２５等を介してカム軸２３，２４に伝達される。各カム軸２３，２４の回転により吸・排気弁２１，２２が往復動し、吸気通路３１及び排気通路３９がそれぞれ開閉される。
【００２０】
吸気通路３１には、スロットル弁２７、サージタンク２８、吸気マニホルド２９等が設けられている。エンジン１１の外部の空気は、吸気通路３１の各部を順に通過して燃焼室１９に取り込まれる。スロットル弁２７は、エンジン１１の負荷調整調整手段として吸気通路３１内に回動可能に支持されており、このスロットル弁２７にステップモータ等のアクチュエータ３２が駆動連結されている。一方、運転席の近傍には、車両１０を加速する際に運転者によって操作される加速操作部材として、アクセルペダル３３が設けられている。そして、前記アクチュエータ３２は、運転者によるアクセルペダル３３の踏込み操作等に応じて作動し、スロットル弁２７を回動させる。吸気通路３１を流れる空気の量である吸入空気量は、スロットル弁２７の回動角度であるスロットル開度ＴＡに応じて変化する。
【００２１】
吸気マニホルド２９には、気筒毎の燃焼室１９に燃料を供給するための電磁式の燃料噴射弁３４が取付けられている。燃料噴射弁３４は通電により開弁し、高圧の燃料を噴射する。そして、噴射された燃料と吸入空気とからなる混合気は燃焼室１９内へ導入される。
【００２２】
シリンダヘッド１２には、点火プラグ３５が各シリンダ１３に対応して取付けられている。点火プラグ３５は、イグナイタ３６からの点火信号に基づいて駆動される。点火プラグ３５には、点火コイル３７から出力される高電圧が印加される。そして、前記混合気は点火プラグ３５の電気火花によって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１５が往復動され、クランク軸１７が回転されて、エンジン１１の駆動力（トルク）が得られる。燃焼によって生じた燃焼室１９内のガス（排気ガス）は排気通路３９に導出される。
【００２３】
排気通路３９には、排気マニホルド３８、触媒コンバータ（図示略）等が設けられており、前記のようにして燃焼室１９から導出された排気ガスは、排気通路３９のこれら各部を順に通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２４】
車両１０には、エンジン１１の運転状態、車両１０の走行状態等を検出するために、各種センサが設けられている。例えば、クランク軸１７の近傍には、そのクランク軸１７が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生するクランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１の信号は、クランク軸１７の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥの算出に用いられる。スロットル弁２７の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ４２が配置されている。吸気通路３１において、スロットル弁２７の下流側には、吸入空気の圧力である吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ４３が設けられている。アクセルペダル３３には、運転者による同アクセルペダル３３の踏込み量であるアクセル開度ＡＣＣＰを、運転者によるアクセルペダル３３の操作状態として検出するアクセルセンサ４４が設けられている。車両１０には、その走行速度である車速Ｖを検出する車速検出手段として車速センサ４５が設けられている。なお、本実施形態ではスロットルセンサ４２及びアクセルセンサ４４は、車両１０の減速状態を検出する減速状態検出手段としても機能する。
【００２５】
前記センサ４１〜４５等の検出値に基づき、エンジン１１の各部を制御するために、車両１０には電子制御装置（Electronic Control Unit ：ＥＣＵ）５１が用いられている。ＥＣＵ５１はマイクロコンピュータを中心として構成されており、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラム、初期データ、マップ等に従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００２６】
各種制御として、ＥＣＵ５１は、例えばエンジン回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣＰ（又は吸気圧ＰＭ）等に基づき燃料噴射量を算出する。この燃料噴射量に対応した時間にわたり燃料噴射弁３４に通電して燃料を噴射させる。また、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭ等のエンジン負荷に基づき点火時期を演算し、この点火時期に基づきイグナイタ３６を駆動制御して点火プラグ３５に点火させる。
【００２７】
そのほかにも、ＥＣＵ５１は図２及び図３に示すフローチャートに従い、エンジン１１のトルクを制御する。このルーチンは、所定のタイミング、例えば所定時間毎に実行される。次に、このトルク制御ルーチンについて説明する。
【００２８】
ＥＣＵ５１は、まず図２のステップ１１０において、前回の制御周期でメモリに記憶したスロットル開度、車速、トルク、負荷の各前回値（ＴＡ(i-1) 、Ｖ(i-1) 、Ｔ(i-1) 、ＫＬ(i-1) ）をそれぞれ読み出す。次に、ステップ１２０において、そのときのスロットル開度ＴＡ(i) 、車速Ｖ(i) 、エンジン回転速度ＮＥ(i) 、アクセル開度ＡＣＣＰ(i) をそれぞれ読み込む。これらの値は、それぞれスロットルセンサ４２、車速センサ４５、クランク角センサ４１、アクセルセンサ４４によって検出されたものである。また、自動変速機１８の変速制御に際し、そのときに選択（制御）されているギヤ段に対応するギヤ比Ａ(i) を読み込む。
【００２９】
続いて、ステップ１３０において、車両１０が減速中であるかどうかを判定する。この判定に用いる条件としては種々考えられるが、例えば、「スロットルセンサ４２によるスロットル開度ＴＡの変化量ΔＴＡ（＝ＴＡ(i) −ＴＡ(i-1) ）が０よりも小さいかどうか」とすることが挙げられる。また、前記の判定条件に代えて又は加えて、「アクセルペダル３３が踏込まれていないかどうか」を判定条件としてもよい。後者の判定はアクセルセンサ４４によるアクセル開度ＡＣＣＰに基づいて行うことが可能である。
【００３０】
そして、前記ステップ１３０の判定条件が満たされていない、すなわち減速中でないと、トルク制御ルーチンを一旦終了する。これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされている（減速中）と、ステップ１４０において、次式（Ｉ）に従って、そのときの要求駆動力Ｆを算出する。このＥＣＵ５１によるステップ１４０の処理は、車速及び車両の走行抵抗に基づいて要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段に相当する。ここで、駆動力は車両１０を動かそうとする力、より詳しくは、エンジン１１で発生したトルクが変速機（自動変速機１８）等を経由して駆動輪に伝えられ、その駆動輪が地面を蹴って車両を走らせる力である。また、要求駆動力Ｆはそのときの車速Ｖ(i) で走行するために、車両１０に要求される駆動力である。
【００３１】
Ｆ＝ａ＋ｂ・Ｖ(i)^2 ……（Ｉ）
上記式（Ｉ）中のａは車両の重量を支えている車輪を転がすための抵抗（車両の転がり抵抗係数）であり、ｂは車両が空気を押し分けて進むための抵抗（空力係数）である。これらの転がり抵抗係数ａ及び空力係数ｂは、いずれも車両１０毎に決まる一定の値であって、走行抵抗に相当する。なお、^2は２乗を意味する。このようにして算出される要求駆動力Ｆは、車速Ｖと駆動力との関係を表す図４において特性線Ｌ１で示される。
【００３２】
次に、図２のステップ１５０において、次式（II）に従って、車両１０が発生している実際の駆動力である実駆動力Ｆcurrntを算出する。このＥＣＵ５１によるステップ１５０の処理は、車速の変化に基づいて実駆動力を算出する実駆動力算出手段に相当する。
【００３３】
Ｆcurrnt＝ｍ（ΔＶ／Δｔ） ……（II）
上記式（II）中のｍは車両１０の重量である。また、ΔＶは所定時間Δｔにおける車速Ｖの変化量（＝Ｖ(i-1) −Ｖ(i))である。ここでは、トルク制御ルーチンが実行される制御周期が所定時間Δｔに相当する。このようにして算出される実駆動力Ｆcurrntは、図４において特性線Ｌ２で示される。この図４に示すように、実駆動力Ｆcurrntの要求駆動力Ｆとの偏差ΔＦは、車速Ｖの上昇に従い大きくなる傾向にある。なお、前記のようにして求めた実駆動力Ｆcurrntは車両１０の有する損失（フリクション）、例えば、駆動系のフリクションロス、潤滑剤の粘度、温度変化による潤滑剤の粘度変化、車輪の摩耗等を含んでいる。すなわち、車両１０は自身の有する前記フリクションに打ち勝つことによって走行する。
【００３４】
次に、図２のステップ１６０において、前記ステップ１４０での要求駆動力Ｆと前記ステップ１５０での実駆動力Ｆcurrntとの偏差ΔＦを求める。この偏差ΔＦは、車両１０が減速状態から所定の車速での定常走行に復帰するために必要な駆動力に相当する。従って、この偏差ΔＦが０となるようにエンジン１１のトルクを制御すれば、実駆動力Ｆcurrntを要求駆動力Ｆに近づけて、車両１０を定常走行に復帰させることが可能である。
【００３５】
続いて、ステップ１７０において、前記ステップ１６０での偏差ΔＦが０よりも大きいかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（ΔＦ≦０）と、すなわち実駆動力Ｆcurrntが要求駆動力Ｆ以上であるとトルク制御ルーチンを一旦終了する。これに対し、ステップ１７０の判定条件が満たされている（ΔＦ＞０）と、すなわち実駆動力Ｆcurrntが要求駆動力Ｆを下回っている（図４の状態）とステップ１８０へ移行する。ステップ１８０では、前記ステップ１６０で求めた偏差ΔＦを、次式（III ）に従って要求トルクＴopt に変換する。ここで、要求トルクＴopt は、前記偏差ΔＦ分の駆動力を車両１０で発生するためにエンジン１１に要求されるトルクである。
【００３６】
Ｔopt ＝ΔＦ／Ａ(i) ／η ……（III ）
上記式（III ）中のＡ(i) は、自動変速機１８においてそのときのギヤ段に対応するギヤ比であり、ηは効率係数である。効率係数ηはトルクコンバータ１８ａの効率（入力された動力に対して出力される動力の割合）に相当するものであり、例えば、図５に示すマップを参照して求められる。このマップには、エンジン回転速度ＮＥの上昇にともなって大きくなって「１．０」に近づく効率係数ηが規定されている。そして、そのときのエンジン回転速度ＮＥ(i) に対応する効率係数ηを前記マップから求める。
【００３７】
なお、上記の式（III ）を用いて変換を行うのは、以下の理由による。エンジン１１の出力は自動変速機１８によって変速されるため、実駆動力Ｆcurrntは、自動変速機１８のギヤ比やトルクコンバータ１８ａの効率に応じて変化する。そのため、実駆動力Ｆcurrntを要求トルクＴopt に変換する際には、これらのギヤ比、効率等が実駆動力Ｆcurrntに及ぼす影響を考慮する必要がある。そこで、上記式（III ）に従って演算を行うことにより、ギヤ比及び効率等が「１．０」となるように換算している。この換算により得られる要求トルクＴopt は、前記偏差ΔＦを０にするためにエンジン１１で発生すべき最小のトルクである。そして、前述したＥＣＵ５１によるステップ１６０，１８０の処理は、要求駆動力及び実駆動力の偏差に基づいて、エンジンに要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段に相当する。
【００３８】
次に、図３のステップ１９０において、前記ステップ１８０での要求トルクＴopt を要求負荷ＫＬｃに変換する。この変換に際しては、例えば図６に示すマップを参照する。このマップには、エンジン回転速度ＮＥ(i) に対する負荷ＫＬ(i) が、複数のトルクＴ(i) のそれぞれについて規定されている。そして、前記要求トルクＴopt が最も近いトルクＴ(i) を特定する。続いて、このトルクＴ(i) を用い、次式（IV）に従って補間計算を行うことにより要求負荷ＫＬｃを算出する。
【００３９】
ＫＬｃ＝Ａ・｛ＫＬ(i) −ＫＬ(i-1) ｝＋ＫＬ(i-1) ……（IV）
ただし、Ａ＝｛Ｔopt −Ｔ(i-1) ｝/ ｛Ｔ(i) −Ｔ(i-1) ｝である。
次に、図３のステップ２００において、運転者による加速操作が行われているかどうかを判定する。この判定に用いる条件としては、例えば、「アクセル開度ＡＣＣＰが所定値以上であるかどうか」とすることができる。また、「所定時間におけるアクセル開度ＡＣＣＰの変化量が所定値以上であるかどうか」を前記判定条件としてもよい。この判定条件が満たされていない（非加速操作中）と、前述したステップ１４０へ戻る。従って、車両減速中であって実駆動力Ｆcurrntが要求駆動力Ｆを下回る場合には、運転者の加速要求があるまで要求トルクＴopt 及び要求負荷ＫＬｃの各算出が繰り返されることとなる。なお、前述したＥＣＵ５１によるステップ２００の処理は、運転者の加速要求の有無を判定する要求判定手段に相当する。
【００４０】
これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされていると、すなわち車両１０の減速中に運転者による加速要求があると、ステップ２１０において、前記ステップ１９０で求めた要求負荷ＫＬｃを実現するために要求される要求スロットル開度ＴＡopt を算出する。この算出に際しては、例えば図７に示すマップを参照する。このマップには、要求負荷ＫＬｃと、その要求負荷ＫＬｃに比例する要求スロットル開度ＴＡopt との関係が規定されている。そして、前記ステップ１９０での要求負荷ＫＬｃに対応する要求スロットル開度ＴＡopt を前記マップから求める。
【００４１】
次に、ステップ２２０において、スロットル開度ＴＡが前記ステップ２１０で求めた要求スロットル開度ＴＡopt となるように、同開度ＴＡopt に基づきアクチュエータ３２を駆動制御する。前述したＥＣＵ５１によるステップ２１０，２２０の処理は、要求トルクに基づきエンジンのトルクを制御するトルク制御手段に相当する。その後、ステップ２３０において、次回の制御周期に備えて次の処理を行う。今回制御周期での負荷ＫＬ(i) 、トルクＴ(i) 、車速Ｖ(i) 、スロットル開度ＴＡ(i) をそれぞれ前回値（ＫＬ(i-1) 、Ｔ(i-1) 、Ｖ(i-1) 、ＴＡ(i-1) ）としてメモリに記憶し、その後、トルク制御ルーチンを一旦終了する。
【００４２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）車速Ｖから実駆動力Ｆcurrntと要求駆動力Ｆとを求め（ステップ１５０，１４０）、両駆動力の偏差ΔＦから要求トルクＴopt を算出する（ステップ１６０，１８０）。すなわち、アクセルペダル３３の操作量とは無関係に、実走行状態から要求トルクＴopt を算出する。そして、この要求トルクＴopt に基づいてエンジン１１のトルクを制御するようにしている（ステップ１９０〜２２０）。
【００４３】
このため、エンジン１１が定常走行に必要な要求トルクＴopt を発生するように、運転者がアクセルペダル３３の踏込み量を調整しなくても、車両１０は定常走行に復帰する。従って、運転者が踏込み量を調整する従来技術とは異なり、定常走行とするために、エンジン１１から過剰にトルクが発生したり、その過剰分を減らす際にトルクが過剰に減少したりするのを抑制できる。その結果、所定の車速付近で車両１０の加速及び減速が繰り返されるのを抑制することができる。そして、定常走行に復帰するまでの時間を短くして、その復帰のための加速も滑らかに行うことができる。
【００４４】
（２）車両１０が減速されていることを条件に、要求駆動力Ｆ、実駆動力Ｆcurrnt及び要求トルクＴopt の算出をそれぞれ行うようにしている（ステップ１３０〜１８０）。従って、算出される実駆動力Ｆcurrntは、減速している車両１０で発生している駆動力に相当する。また、算出される要求トルクＴopt は、減速している車両１０を定常走行に復帰させるためにエンジン１１に要求されるトルク、すなわち、減速中の実駆動力Ｆcurrntを、その車速Ｖでの要求駆動力Ｆにするためにエンジン１１に要求されるトルクに相当する。このように、車両１０の減速走行中には、定常走行のための加速操作に備えて要求トルクＴopt を算出する。このため、減速走行中に加速操作を通じて加速要求がなされた場合には、要求トルクＴopt に基づいて直ちにエンジン１１のトルクを制御して、実駆動力Ｆcurrntを要求駆動力Ｆに収束させ、車両１０を減速走行から定常走行に復帰させることが可能となる。
【００４５】
（３）運転者による車両１０に対する加速要求の有無を判定し（ステップ２００）、この判定結果に応じ、要求トルクＴopt に基づくエンジン１１のトルク制御を行うようにしている（ステップ２１０，２２０）。従って、減速走行中の車両１０を定常走行へ復帰させるための加速操作が運転者によって行われると、その加速操作に応じたトルク制御を確実に行うことが可能となる。このように減速状態から加速状態に移行するときに上記のトルク制御を行うことで、定常走行に復帰するまでの時間を短くし、定常走行への復帰のための加速を滑らかにするという前述した（１）の効果を確実なものとすることができる。
【００４６】
（４）要求トルクの算出に際し、要求駆動力Ｆと実駆動力Ｆcurrntとの偏差ΔＦを、自動変速機１８の特性（ギヤ比Ａ(i) 、効率係数η）に基づきエンジン１１の要求トルクＴopt に変換している。従って、車両１０では、エンジン１１のトルクが自動変速機１８での変速により駆動力に変えられるが、前述した偏差ΔＦから要求トルクＴopt への逆の変換を行うことで、要求駆動力Ｆを実駆動力Ｆcurrntに近づけるためにエンジン１１に必要な要求トルクＴopt を精度よく求めることができる。
【００４７】
（５）一般にエンジン回転速度ＮＥ及びトルクＴ(i) と、負荷ＫＬ(i) との間には図６で示す一定の関係がみられる。従って、そのときのエンジン回転速度ＮＥとトルクＴ(i) とが特定されれば、負荷ＫＬ(i) を算出することが可能である。このことから、前記実施形態では、エンジン１１のトルク制御に際し、要求トルクＴopt をエンジン回転速度ＮＥに基づいて要求負荷ＫＬｃに変換している（ステップ１９０）。また、アクチュエータ３２を制御してスロットル開度ＴＡを調整することにより、エンジン１１の実際の負荷を要求負荷ＫＬｃに近づけるようにしている（ステップ２１０，２２０）。この結果、エンジン１１で発生するトルクをアクチュエータ３２の制御を通じて要求トルクに収束させることが可能となる。
【００４８】
（６）要求駆動力Ｆの算出に際し用いられる要素のうち、車両１０の転がり抵抗係数ａ及び空力係数ｂは車両１０毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速Ｖ(i) を検出するのみで、その車速Ｖ(i) に応じた要求駆動力Ｆを確実に算出することができる。
【００４９】
（７）実駆動力Ｆcurrntの算出に際し用いられる要素のうち重量ｍは車両１０毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速Ｖ(i) を検出するのみで、その車速の変化量ΔＶに応じた実駆動力Ｆcurrntを確実に算出することができる。
【００５０】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・トルク制御ルーチンのステップ１３０において、「車速Ｖの変化量ΔＶ（＝Ｖ(i) −Ｖ(i-1) ）が０よりも小さい（すなわち負である）かどうか」を判定条件としてもよい。
【００５１】
・トルク制御ルーチンのステップ１８０において、図５のマップに代えて、所定の演算式に従って効率係数ηを算出するようにしてもよい。同様に、ステップ２１０において、図７のマップに代えて、所定の演算式に従って要求スロットル開度ＴＡopt を算出するようにしてもよい。
【００５２】
・図５のマップの横軸として、エンジン回転速度ＮＥに代えて、トルクコンバータ１８ａにおける入力軸の回転速度と出力軸の回転速度との比（速度比）を用いてもよい。
【００５３】
その他、前記各実施形態から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに記載する。
（Ａ）請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記要求駆動力算出手段は前記車速、前記車両の転がり抵抗係数及び空力係数に基づき前記要求駆動力を算出する。
【００５４】
上記の構成によれば、要求駆動力算出手段による要求駆動力の算出に際し用いられる要素のうち、車両の転がり抵抗係数及び空力係数は車両毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速を検出するのみで、要求駆動力を確実に算出することができる。
【００５５】
（Ｂ）請求項１〜５又は上記（Ａ）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記実駆動力算出手段は前記車両の重量及び前記車速検出手段による車速の変化量に基づき前記実駆動力を算出する。
【００５６】
上記の構成によれば、実駆動力算出手段による実駆動力の算出に際し用いられる要素のうち、車両の重量は車両毎に決まっている。このため、多くの要素を検出しなくてもそのときの車速を検出するのみで、実駆動力を確実に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をガソリンエンジンに具体化した一実施形態についてその構成を示す略図。
【図２】エンジンのトルクを制御する手順を示すフローチャート。
【図３】同じくエンジンのトルクを制御する手順を示すフローチャート。
【図４】車速と駆動力との関係を示す特性図。
【図５】効率係数ηの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。
【図６】要求負荷ＫＬｃの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。
【図７】要求スロットル開度ＴＡopt の決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。
【符号の説明】
１０…車両、１１…エンジン、１７…クランク軸（出力軸）、１８…自動変速機、２７…スロットル弁（負荷調整手段）、３３…アクセルペダル（加速操作部材）、４２…スロットルセンサ（減速状態検出手段）、４４…アクセルセンサ（減速状態検出手段）、４５…車速センサ（車速検出手段）、５１…ＥＣＵ（要求駆動力算出手段、実駆動力算出手段、要求トルク算出手段、トルク制御手段、要求判定手段）、ＮＥ…エンジン回転速度（内燃機関の回転速度）、Ｖ…車速、Ｆ…要求駆動力、Ｆcurrnt…実駆動力、ΔＦ…偏差、Ｔopt …要求トルク、ＫＬｃ…要求負荷、Ｔ(i) …トルク。
Claims (4)
- 内燃機関を搭載した車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記車両の減速状態を検出する減速状態検出手段と、
前記車速及び前記車両の走行抵抗に基づいて、その車速で定常走行するうえで前記車両に要求される要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段と、
前記減速状態検出手段により減速状態が検出されたとき、単位時間当たりの前記車速の変化量に基づいて、前記車両で発生している実駆動力を算出する実駆動力算出手段と、
前記要求駆動力及び前記実駆動力の偏差に基づいて、前記車両の減速状態から定常走行への復帰に必要な前記車両の駆動力を発生するために前記内燃機関に要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
前記車両の減速状態から定常走行への復帰が行われるときに前記要求トルクに基づき前記内燃機関のトルクを制御するトルク制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記車両を加速するための加速操作部材の操作状態に基づき前記車両に対する加速要求の有無を判定する要求判定手段をさらに備え、前記トルク制御手段は、前記要求判定手段による加速要求ありの判定に応じて前記内燃機関のトルクを制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記要求トルク算出手段は、前記要求駆動力及び前記実駆動力の偏差を、前記内燃機関の出力軸に連結された変速機の特性に基づき前記内燃機関の要求トルクに変換する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記トルク制御手段は、前記要求トルク算出手段による要求トルクを、前記内燃機関の回転速度に基づいて同内燃機関に要求される要求負荷に変換するとともに、前記内燃機関の実際の負荷が前記要求負荷となるように同内燃機関の負荷調整手段を制御する請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
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