JP4937837B2

JP4937837B2 - 内燃機関制御装置

Info

Publication number: JP4937837B2
Application number: JP2007141460A
Authority: JP
Inventors: 秀雄永倉; 一彦小暮
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008297903A

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御に関する。本発明は、エコランと称される経済的な省燃費運転状態における燃料噴射量制御に利用する。本発明は、操作者が操作したアクセル操作量（以下、実アクセル開度という）の情報に基づいて、経済的な省燃費運転状態にするために実際に内燃機関に与える燃料噴射量に相当するアクセル制御出力を生成し、これを内燃機関の制御回路に与える制御技術に関する。本発明は、ディーゼルエンジンを備えた車両に実施するために開発された装置であるが、液体燃料を利用するエンジンに広く実施することができる。

エコラン制御と称されるエンジン制御技術が知られている。この制御技術では、一例として、燃料消費を低減するために、アクセル操作量に対応したエンジンの規格どおりの出力トルクを出力するのではなく、燃料噴射量を低減した状態でエンジンの燃料噴射を制御したり、あるいは、アクセル操作量に対応した加速度を発揮しないように燃料噴射量を低減した状態で運転する制御を行う。

このような制御技術として、アクセルを過度に操作することによって燃料消費が大きくなることを防止するために、エンジンに与える燃料供給量を実アクセル開度情報のまま与えるのではなく、車速に応じて加速度合を小さくして燃料噴射量を少なくするように目標アクセル開度を演算し、その目標アクセル開度閾値と比較し、実アクセル開度が目標アクセル開度より大きいときは、目標アクセル開度値をアクセル開度制御出力とし、目標アクセル開度値より小さいときは、実アクセル開度をアクセル開度制御出力として、エンジンの燃料噴射量を制御する技術が提案されている（特許文献１または２）。

この技術は、一つのＥＣＵで、入力された実アクセル開度、車速、変速段の情報に基づいて、そのときの車速、変速段に対応し、加速度あるいはトルクを低くしたエンジンの燃料噴射制御を行うものである。

特開２００４−５０９０４号公報特開２００５−１３３６７１号公報

上述の特許文献１または２の技術は、一つのＥＣＵでそのサイクル毎に演算された目標アクセル開度値と実アクセル開度とを比較し、その大小関係で、エンジンに与えるアクセル制御出力を判断していた。

ところで、近年の車両の車両制御項目の増加や電装部品の増加により、ＣＡＮ(Controller
Area Network)を用いて車両制御を行うことが図られており、ＣＡＮで、車速情報、アクセル情報など車両情報を分散されたＥＣＵ間で伝送して車両制御を行うようになってきた。

このＣＡＮは、時分割伝送路であり、時分割で車両制御用のデータを伝送するものであり、伝送すべきデータにより、その伝送頻度は決まってくる。

車両を制御するための運転操作の情報であるアクセル操作、ブレーキ操作、操舵操作などの情報は運転席のあるキャビン周辺から発生する。このため、アクセル操作量や変速操作の情報に基づいてエコラン制御を行うための運転制御に係わる制御系のＥＣＵは、キャビン近辺に置き、その判断の結果の制御出力はＣＡＮで、各種の制御を行うそれぞれの制御回路に伝送すればハーネス量を削減できる。

また、エンジンでの燃料噴射制御については、汎用のエンジン制御用ＥＣＵが提供されているので、これを用い、エコラン運転制御を行う場合のアクセル制御は、運転制御に係わるＥＣＵから、エンジン制御ＥＣＵにアクセル制御出力をＣＡＮを介して与えて燃料噴射制御を行えばよい。

しかし、ＣＡＮは時分割伝送路であるため、データによりその伝送速度（ＣＡＮ内の占有帯域）は決まってくる。そこで、二つのＥＣＵをつなぐＣＡＮで伝送するアクセル制御情報が、エンジン制御用ＥＣＵの制御サイクルよりも遅い場合には、制御遅れが発生する問題がある。この制御遅れは、実アクセル開度と目標アクセル開度値とを比較した判定のタイミングと、実際の制御との間に時間遅れが発生することになり、燃料噴射制御にはオーバーシュート、アンダーシュートが発生し易くなる問題が生じる。

ＣＡＮの伝送速度をさらに上げて、運転制御ＥＣＵとエンジン制御用ＥＣＵとの間に時間遅れが発生しないようにすればこのような問題の発生を解決できるが、ＣＡＮの伝送速度をさらに高速にすることは、標準化の問題もあり、また、高速な部品を使用しなければならないので、伝送システムそのものが高価になってしまう。また、これに伴い車両価格も高くなってしまう。

本発明は、このような問題を解決するものであり、ＣＡＮを用いてエコラン制御を二つのＥＣＵで協調して行う場合に、そのＣＡＮの伝送速度が低い場合であっても、燃料噴射制御について精度の高い制御が可能な内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、実アクセル開度および車速の情報を取り込み、前記実アクセル開度および車速の情報に基づいて燃料消費を少なくした経済的な走行状態を実現する目標アクセル開度を演算する手段と、前記実アクセル開度に応じた実際の燃料流量（以下、実流量という）と前記目標アクセル開度に応じた目標とする燃料流量（以下、目標流量という）とを比較して内燃機関のアクセル制御出力を行う手段とを含むエコラン制御回路と、前記アクセル制御出力に基づいて内燃機関への燃料噴射量を制御する内燃機関制御回路とを備え、前記エコラン制御回路と前記内燃機関制御回路とが時分割通信路を介して接続され、前記アクセル制御出力を行う手段は、前記実流量と前記目標流量との偏差を演算し、その偏差量に応じたアクセル開度の増加・減少率制御出力を生成する手段を含み、前記アクセル開度の増加・減少率制御出力は、前記偏差量が所定値以内の場合には、偏差量の増加減少に比例する増加・減少率に制御し、偏差量が所定値を超えると、増加減少率の増加減少率を小さくするように制御する制御出力であることを特徴とする内燃機関制御装置である。

本発明によれば、実流量と目標流量との偏差に基づいて精密なエコラン制御が可能となる。また、ＣＡＮを用いて時分割で車両制御の情報の伝達を行う場合においても、制御遅れが発生することなく、精密なエコラン制御が可能となる。また、ＣＡＮを利用することで車両全体のハーネスを少なくすることができ、車両の軽量化、車両コストの低減化を図ることができる。

本発明の実施例を図１ないし図７を参照して説明する。図１および図２は本実施例の内燃機関制御装置の全体構成図であり、図１は車載状況を示しており、図２はＣＡＮによる接続状況を示している。

一般的に、内燃機関制御装置は、本発明の目的であるエコラン制御機能以外にもオートクルーズやスピードリミッタなどの速度の自動制御機能や補助ブレーキ制御機能など、多様な機能を備えているが、本実施例の内燃機関制御装置の説明ではエコラン制御機能に限定して説明する。

本実施例の内燃機関制御装置は、図１に示すように、車両制御ＥＣＵ１０内に設けられたエコラン制御回路１と、エンジンＥＣＵ２０内に設けられた内燃機関制御回路２とから構成される。また、図２に示すように、エコラン制御回路１と内燃機関制御回路２とはＣＡＮにより接続されている。なお、ＣＡＮを実現するための装置の図示は省略した。

すなわち、本実施例の内燃機関制御装置は、実アクセル開度および車速の情報を取り込み、前記実アクセル開度および車速の情報に基づいて燃料消費を少なくした経済的な走行状態を実現する目標アクセル開度を演算する目標アクセル開度演算部３と、前記実アクセル開度に応じた実流量と前記目標アクセル開度に応じた目標流量とを比較して内燃機関のアクセル開度の制御出力を行うアクセル開度制御出力生成部４とを含むエコラン制御回路１と、前記アクセル開度の制御出力に基づいて内燃機関への燃料噴射量を制御する内燃機関制御回路２とを備え、エコラン制御回路１と内燃機関制御回路２とがＣＡＮによる時分割通信路を介して接続され、アクセル開度制御出力生成部４は、前記実流量と前記目標流量との偏差を演算し、その偏差量に応じたアクセル開度の増加・減少率制御出力を生成することを特徴とする。

例えば、目標アクセル開度演算部３は、トップギヤにおける高速走行中では、運転者がアクセルを頻繁に操作した場合でも車速を一定に保つような目標アクセル開度を演算する。また、トップギヤ以外の各ギヤ位置においては、それぞれのギヤ位置において加速度が所定の上限値を超えないように目標アクセル開度の演算を行う。すなわち、運転者のアクセル操作状況およびギヤ位置から運転者が希望する走行状態を推定し、燃料消費量を抑えつつ運転者の希望する走行状態を実現できるような目標アクセル開度を演算する。

次に、図３および図４を参照してアクセル開度の増加・減少率制御出力生成手順を説明する。図３は本実施例のアクセル開度の増加・減少率制御出力生成手順を示すフローチャートである。図４は本実施例の目標アクセル開度の増加・減少率算出マップを示す図であり、横軸に偏差をとり、縦軸に目標アクセル開度の増加・減少率（％）をとる。

図４のマップでは、偏差の値が負（−）の所定値（−ａ）以下である場合には、控え目な目標アクセル開度の増加率とする。すなわち、このような状況下では、未だ車両は低速走行中であり、運転者はアクセルペダルを大きく踏み込んでいないが、その後、運転者は急加速を図ろうとするため、大きな踏み込み量のアクセルペダル操作が行われると推定されるので目標アクセル開度の増加率は控え目にしておくことがよい。また、偏差の値が正（＋）の所定値（＋ｂ）以上である場合には、一律に目標アクセル開度の減少率を−４０％とする。これはアクセルペダルを最大に踏み込んでも所定のアクセル開度の増加・減少率以上（以下）にはならないようにするためである。

図３に示すように、目標アクセル開度演算部３は、実アクセル開度および車速の情報を取得し（Ｓ１）、目標アクセル開度を演算する（Ｓ２）。この目標アクセル開度の情報はアクセル開度制御出力生成部４に伝達される。

次に、アクセル開度制御出力生成部４は、目標アクセル開度に応じた目標流量を算出する（Ｓ３）。この算出には、例えば、目標流量と目標アクセル開度との関係を示した目標流量算出マップを使用する。続いて、ＣＡＮにより内燃機関制御回路２から実流量の情報を取得（１００ｍｓ毎）し（Ｓ４）、実流量から目標流量を減算することによって偏差を算出する（Ｓ５）。続いて、算出した偏差に対応する目標アクセル開度の増加・減少率を図４に示した目標アクセル開度の増加・減少率算出マップを用いて算出する（Ｓ６）。続いて、算出した目標アクセル開度と実アクセル開度とを比較し（Ｓ７）、目標アクセル開度が実アクセル開度以上のときには（Ｓ８）、アクセル開度増加（Ｓ９）を内燃機関制御回路２に指示（アクセル開度制御出力送信）する（Ｓ１１）。また、目標アクセル開度が実アクセル開度未満のときには（Ｓ８）、アクセル開度減少（Ｓ１０）を内燃機関制御回路２に指示する（Ｓ１１）。

（効果の説明）
本発明の効果を実施例を参照して説明する。図５は従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と同じ制御を１００ｍｓ毎に行った場合の制御と、本発明の制御とを併記してその挙動を比較する図である。図５の例は、本願出願人が行った多数の実験結果の内、本発明の効果を顕著に表す代表例を示したものである。図６は従来の内燃機関制御装置の全体構成図である。図７は従来から行われている１６ｍｓ毎の制御の手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、従来の内燃機関制御装置は、一つのエンジンＥＣＵ２１内にエコラン制御回路１１と内燃機関制御回路１２とを備えており、互いに１６ｍｓ毎に情報の授受を行うことができるため、１６ｍｓ毎に制御を行うことができる。

その制御手順は、図７に示すように、１６ｍｓ毎に実流量情報を取得し（Ｓ２０）、実流量が目標流量以上の場合には（Ｓ２１）、毎秒４０％の傾きでアクセル開度を減少させる（Ｓ２２）。また、実流量が目標流量未満の場合には（Ｓ２１）、毎秒２０％の傾きでアクセル開度を増加させる（Ｓ２３）。

従来から行われている１６ｍｓ毎の制御を用いた場合のアクセル開度制御の様子を図５の最下段に実線で示した。また、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と同じ制御を１００ｍｓで行った場合のアクセル開度制御の様子を二点鎖線で示した。

図５の二段目には、１００ｍｓ毎の判定結果を示した。また、図５の三段目には、１６ｍｓ毎の判定結果を示した。これらの判定結果を比較すると、互いに判定結果が逆転している部分が多く、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御をそのまま踏襲して１００ｍｓ毎に行うことは適当ではないことを表している。

本発明の制御では、図５の四段目に示したように、実流量と目標流量との偏差を１００ｍｓ毎に演算し、その演算結果を用いてアクセル開度制御を行っている。その様子を図５の最下段に一点鎖線で示した。

本発明の目的は、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御に近似した制御を、１００ｍｓ毎の制御によって代替することである。この目的の達成度合いを数値化するために、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と同じ制御を１００ｍｓ毎に行った場合のアクセル開度制御（二点鎖線）と、本発明の制御（一点鎖線）とのそれぞれについて、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御によるアクセル開度制御（実線）からのグラフ上での距離を計測し、その距離の平均値を演算してみた。

図５に記した距離Ａは、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と同じ制御を１００ｍｓ毎に行った場合のアクセル開度制御（二点鎖線）の従来から行われている１６ｍｓ毎の制御によるアクセル開度制御（実線）からの距離を等間隔に３２回計測した数値であり、距離Ｂは、本発明の制御（一点鎖線）の従来から行われている１６ｍｓ毎の制御によるアクセル開度制御（実線）からの距離を等間隔に３２回計測した数値である。距離Ａの合計は“−２８”となり、距離Ｂの合計は“１０．５”となった。これらの平均値を計算すると距離Ａは“−０．９”となり、距離Ｂは“０．３”となり、本発明の制御（一点鎖線）の方が従来から行われている１６ｍｓ毎の制御（実線）により近いことがわかる。

なお、本明細書における説明は省略するが本願出願人が本発明の内燃機関制御装置を車両に搭載して行った実験結果からも本発明の制御が従来から行われている１６ｍｓ毎の制御に代替し得ることは裏付けられている。

本発明によれば、ＣＡＮを利用することによりエコラン制御が可能となるため、車両全体のハーネスを少なくすることができ、車両の軽量化、車両コストの低減化に利用することができる。

本実施例の内燃機関制御装置の全体構成図（車載状況）。本実施例の内燃機関制御装置の全体構成図（ＣＡＮ通信による接続状況）。本実施例のアクセル開度制御出力生成手順を示すフローチャート。本実施例の目標アクセル開度の増加・減少率算出マップを示す図。従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と、従来から行われている１６ｍｓ毎の制御と同じ制御を１００ｍｓ毎に行った場合の制御と、本発明の制御とを併記してその挙動を比較する図。従来の内燃機関制御装置の全体構成図。従来から行われている１６ｍｓ毎の制御の手順を示すフローチャート。

１、１１エコラン制御回路
２、１２内燃機関制御回路
３目標アクセル開度演算部
４アクセル開度制御出力生成部
１０車両制御ＥＣＵ
２０、２１エンジンＥＣＵ

Claims

アクセルペダルの操作量および車速の情報を取り込み、前記アクセルペダルの操作量および車速の情報に基づいて燃料消費を少なくした経済的な走行状態を実現する目標アクセル開度を演算する手段と、
前記アクセルペダルの操作量に応じた実際の燃料流量と前記目標アクセル開度に応じた目標とする燃料流量とを比較して内燃機関のアクセル制御出力を行う手段と
を含むエコラン制御回路と、
前記アクセル制御出力に基づいて内燃機関への燃料噴射量を制御する内燃機関制御回路と
を備え、
前記エコラン制御回路と前記内燃機関制御回路とが時分割通信路を介して接続され、
前記アクセル制御出力を行う手段は、前記実際の燃料流量と前記目標とする燃料流量との偏差を演算し、その偏差量に応じたアクセル開度の増加・減少率制御出力を生成する手段を含み、
前記アクセル開度の増加・減少率制御出力は、前記偏差量が所定値以内の場合には、偏差量の増加減少に比例する増加・減少率に制御し、偏差量が所定値を超えると、増加減少率の増加減少率を小さくするように制御する制御出力である
ことを特徴とする内燃機関制御装置。