JP6550747B2

JP6550747B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP6550747B2
Application number: JP2014259638A
Authority: JP
Inventors: 田中　儀明; 儀明田中; 日吉　亮介; 亮介日吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP2016117452A

Description

本発明は、走行路の路面状態を検知して内燃機関の圧縮比を制御する内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、車両が走行する走行路の道路形状に基づいて圧縮比を変更する技術が開示されている。この特許文献１においては、ＧＰＳ信号や地図情報や道路交通情報から自車両が走行する道路形状データを解析し、解析された走行路の道路形状に応じて圧縮比が設定されている。

特開２０１１−２５６７１９号公報

しかしながら、実際の交通環境下における走行路の路面状態は、例えば天候などにより時々刻々と変化しており、予め決められた地図データによる道路形状に基づく圧縮比制御では、必ずしも現在の走行状態に適応した圧縮比制御とはならない場合がある。

つまり、車両外部の環境に応じて車両走行中の圧縮比を制御するにあたっては、更なる改善の予知がある。

本発明に係る車両の制御装置は、車両に搭載された内燃機関と、上記内燃機関の圧縮比を可変可能な圧縮比可変機構と、走行路の路面状態を検知可能な路面状態検知部と、を有し、アクセル開度一定の状態で、走行路の路面摩擦係数が所定値よりも小さい場合に、今後の運転状態が低回転低負荷運転状態に移行するものと予測して、目標圧縮比を相対的に高くすることを特徴としている。

走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態では、高回転高負荷の運転状態で車両を走行させることは、駆動力が路面に伝わりにくいことから実用的ではない。そこで、走行路の摩擦係数が所定値よりも小さいことが検知された場合、今後運転の運転状態が低回転低負荷運転状態に移行するものと予測して、運転者からの操作要求がなくても圧縮比を高くする。

本発明によれば、運転者からの操作要求を待って圧縮比を変更する場合に比べ、可変圧縮比機構の応答速度を上げることなく、車両の外部環境に応じた適切な圧縮比設定を精度よく実現することができる。

本発明に係る車両の制御装置の概略構成を模式的に示した説明図。目標圧縮比算出マップ。本発明に係る車両の制御装置の概略構成を模式的に示した説明図。車輪回転数を用いた路面摩擦係数推定マップ。横方向加速度を用いた路面摩擦係数推定マップ。運転者操作による圧縮比変化と高圧縮比化制御による圧縮比変化とを対比して示すタイミングチャート。車両走行中の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る車両の制御装置の概略構成を模式的に示した説明図である。

内燃機関１は、シリンダブロック１１のシリンダ１２内を往復動するピストン１３の上死点位置を変更することで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構１４を有している。

可変圧縮比機構１４は、ピストン１３とクランクシャフト１５のクランクピン１６とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであって、クランクピン１６に回転可能に装着されたロアリンク１７と、このロアリンク１７とピストン１３とを連結するアッパリンク１８と、偏心軸部２０が設けられた制御軸１９と、偏心軸部２０とロアリンク１７とを連結するコントロールリンク２１と、を有している。

クランクシャフト１５は、第１軸受ブラケット２２によってシリンダブロック１１に回転可能に支持されている。

アッパリンク１８は、一端がピストンピン２３に回転可能に取り付けられ、他端が第１連結ピン２４によりロアリンク１７と回転可能に連結されている。コントロールリンク２１は、一端が第２連結ピン２５によりロアリンク１７と回転可能に連結されており、他端が制御軸１９の偏心軸部２０に回転可能に取り付けられている。

制御軸１９は、クランクシャフト１５と平行に配置され、かつシリンダブロック１１に回転可能に支持されている。詳述すると、制御軸１９は、第１軸受ブラケット２２と第２軸受ブラケット２６との間に回転可能に支持されている。

そして、この制御軸１９は、歯車機構２７を介して電動モータからなるアクチュエータ２８によって回転駆動され、その回転位置が制御されている。アクチュエータ２８は、コントロールユニット３１からの指令に基づき制御される。なお、制御軸１９を油圧アクチュエータによって回転駆動するようにしてもよい。

アクチュエータ２８により制御軸１９の回転位置を変更することで、コントロールリンク２１の揺動支点となる偏心軸部２０の位置が変化する。これにより、コントロールリンク２１によるロアリンク１７の姿勢が変化し、ピストン１３のピストンモーション（ストローク特性）、すなわちピストン１３の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、圧縮比が連続的に変更される。

コントロールユニット３１は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関１の種々の制御を行うものであって、各種のセンサからの信号を基に燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度、圧縮比等を制御する。各種のセンサとしては、内燃機関１の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度ＡＰＯ）を検知するアクセル開度センサ３２、図示せぬブレーキペダルの踏み込み量を検知するブレーキペダルセンサ３３、クランクシャフト１５のクランク角度と共に機関回転数を検知可能なクランク角センサ３４、内燃機関１が搭載された車両の車速を検知する車速センサ３５、外気温を検知する外気温センサ３６等がある。

内燃機関１の圧縮比は、運転状態に応じて制御される。本実施例では、内燃機関１の回転数（機関回転数）と内燃機関１の負荷（機関負荷）に応じて目標とする圧縮比が割り付けられた目標圧縮比マップがコントロールユニット３１内に記憶されており、この目標圧縮比マップに基づいて目標圧縮比が設定される。

図２は、目標圧縮比算出マップの一例を模式的に示したものであって、低回転低負荷側で高圧縮比となり、高回転高負荷側で低圧縮比となっている。つまり、図２において、圧縮比は、運転状態が低回転低負荷の領域から高回転高負荷の領域に移行するしたがって所定の最高圧縮比から漸次小さくなるように設定され、最終的には所定の最低圧縮比が設定される。図２においては、横軸と図中の破線によって囲まれた運転領域で圧縮比が上記最高圧縮比に設定され、この運転領域の外側ほど低い圧縮比が設定される。また、図２中の実線Ｌは、スロットル全開時（ＷＯＴ時）のトルクカーブである。

また、コントロールユニット３１は、図１及び図３に示すように、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線４２を介してブレーキコントロールユニット４１と接続されている。

ブレーキコントロールユニット４１には、前輪右の回転数（回転速度）を検知する第１車輪速センサ４３、前輪左の回転数（回転速度）を検知する第２車輪速センサ４４、後輪右の回転数（回転速度）を検知する第３車輪速センサ４５、後輪左の回転数（回転速度）を検知する第４車輪速センサ４６、ステアリングホイール（図示せず）の操舵角を検知する舵角センサ４７、車両の左右方向加速度を検知する横Ｇセンサ４８、車両の回転角速度を検知するヨーレートセンサ４９、運転者のブレーキ操作に応じて発生するブレーキ液圧（マスターシリンダ圧）を検知するブレーキ圧力センサ５０等からの信号が入力されている。

このブレーキコントロールユニット４１は、上記ブレーキ液圧と車両の各車輪のディスクブレーキ（図示せず）に供給されるホイールシリンダ圧との差圧をブレーキアクチュエータ５１により制御することで、制動時の車輪回転数を検知して車輪（タイヤ）のロックを防止するいわゆるアンチロックブレーキ制御や、車両の姿勢が乱れた際の車両の横滑りを防止する車両挙動制御等の各種のブレーキ制御を実施するものである。なお、図３中の５２は、ブレーキアクチュエータ５１から各車輪のディスクブレーキに油圧を供給する油圧配管である。

上記アンチロックブレーキ制御は、急制動時に車両の走行速度に対して車輪の回転速度が低下すると車輪がロックしていると判断し、ブレーキアクチュエータ５１により各車輪の油圧を断続的に調整し、車輪のロックを回避するものである。

上記車両挙動制御は、例えば、ステアリングホイールを操作しても（回転させても）車両の旋回がそれに追いつかない状態（アンダーステア）や、特定の路面または運転状態において車両がスピンする傾向にある状態（オーバーステア）のときに、車両の姿勢が修正されるように（横滑りしないように）、内燃機関１の出力と個々の車輪におけるホイールシリンダ圧とを制御するものである。また、上記車両挙動制御は、滑っている側の駆動輪のスリップを軽減するためにホイールシリンダ圧を制御し、同じ車軸の滑っていない側の駆動輪に動力を伝達する機能も具備している。

走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態では、高回転高負荷の運転状態で車両を走行させることは、駆動力が路面に伝わりにくいことから実用的ではない。従って、高負荷高回転で運転中に走行路の摩擦係数が所定値よりも小さいことが検知できれば、今後の運転状態が低回転低負荷運転状態になり、内燃機関１の圧縮比が高圧縮比になると予測できる。

ここで、上記アンチロックブレーキ制御及び上記車両挙動制御は、いずれも車輪（タイヤ）と走行路との間のスリップを制御するものであり、これらの制御を実施可能な車両においては、既存の制御システムを利用して、走行路の路面摩擦係数を検知可能である。

上記アンチロックブレーキ制御を実施可能な車両においては、車速と走行時の車輪半径（車輪動半径）から乾燥路（高μ路）における車輪回転数（基準車輪回転数）を予め算出する等して用意し、この乾燥路（高μ路）における車速に対応した基準車輪回転数と実際の車輪回転数とが一致しない場合に、走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態と推定可能である。

車輪回転数は、タイヤの摩耗やタイヤの種類によっても変動する。また、転舵により前輪の車輪回転数は変動する。さらに、走行路が曲線路であれば内輪と外輪とで車輪回転数は変動する。そこで、本実施例では、これらの回転変動を考慮し、例えば図４に示すように、上記基準車輪回転数を表す特性線Ａを含む乾燥路（高μ路）回転数域を設定する。そして、実際に検知される車輪回転数がこの乾燥路（高μ路）回転数域から外れた場合に、走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態と判定する。

なお、図４中の特性線Ａｍａｘは、車速に対応した基準車輪回転数の上限値を表す特性線であり、図４中の特性線Ａｍｉｎは、車速に対応した基準車輪回転数の下限値を表す特性線である。また、図４に示す例では、特性線Ａが特性線Ａｍａｘ及び特性線Ａｍｉｎと重ならないように設定されているが、可能であれば特性線Ａｍａｘまたは特性線Ａｍｉｎの一部または全てを特性線Ａと一致するように設定してもよい。

図４の例では、アクセルペダルを踏み込んでいる状態で、車輪回転数が車速に応じて決まる所定の乾燥路（高μ路）回転数域の上限値よりも大きい場合、車輪がスリップ状態であることから、走行路の路面摩擦係数が小さいと判定する。また、ブレーキペダルを踏み込んでいる状態で、車輪回転数が車速に応じて決まる乾燥路（高μ路）回転数域の下限値よりも小さい場合、車輪がロックした状態であることから、走行路の路面摩擦係数が小さいと判定する。

なお、走行路の路面摩擦係数を判定する際に用いる車輪回転数は、例えば複数の駆動輪の内の１つの車輪回転数、全ての車輪の内の１つの車輪回転数、複数の駆動輪の平均値、全ての車輪の平均値等、適宜設定可能である。また、全ての車輪毎に走行路の路面摩擦係数を推定し、これらの結果を踏まえて総合的に走行路の路面摩擦係数を推定するようにしてもよい。

また、上記車両挙動制御を実施可能な車両においては、車速と操舵角から乾燥路（高μ路）における車両の横方向加速度（基準横方向加速度）を予め算出する等して用意し、この乾燥路（高μ路）における車速及び操舵角に対応した基準横方向加速度と実際の横方向加速度とが一致しない場合に、走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態と推定可能である。

横方向加速度は、運転中の諸条件によっても変動する。例えば、路面のバンク角が大きければ、同じ操舵角、車速であっても横方向加速度は小さくなる。そこで、本実施例では、運転中の諸条件による変動を考慮し、例えば図５に示すように、上記基準横方向加速度を表す特性線Ｂを含む乾燥路（高μ路）横方向加速度域を設定する。このマップは、車速毎あるいは所定の車速範囲毎に用意されるものである。そして、実際に検知される横方向加速度が現在の車速に対応するマップにおいて、乾燥路（高μ路）横方向加速度域から外れた場合に、走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態と判定する。

なお、図５中の特性線Ｂｍａｘは、車速及び操舵角に対応した基準横方向加速度の上限値を表す特性線であり、図５中の特性線Ｂｍｉｎは、車速及び操舵角に対応した基準横方向加速度の下限値を表す特性線である。また、図５に示す例では、特性線Ｂが特性線Ｂｍａｘ及び特性線Ｂｍｉｎと重ならないように設定されているが、可能であれば特性線Ｂｍａｘまたは特性線Ｂｍｉｎの一部または全てを特性線Ｂと一致するように設定してもよい。

図５の例では、横方向加速度が車速及び操舵角に応じて決まる乾燥路（高μ路）横方向加速度域の上限値よりも大きい場合、オーバーステア状態であることから、走行路の路面摩擦係数が小さいと判定する。また、横方向加速度が車速及び操舵角に応じて決まる乾燥路（高μ路）横方向加速度域の下限値よりも小さい場合、アンダーステア状態であることから、走行路の路面摩擦係数が小さいと判定する。

そして、上記アンチロックブレーキ制御や上記車両挙動制御を実施可能な車両において、走行路の摩擦係数が所定値よりも小さいことを検知した場合には、運転者の操作要求を待って圧縮比を高く変更するのではなく、その時点で圧縮比が高くなるように変更する。例えば、乾燥路を低圧縮比で走行中に急激な天候変化がある場合や、山岳路を低圧縮比で走行中に部分的に路面摩擦係数が小さい部分がある場合等に、圧縮比を上昇させるような運転者の操作よりも早く、外部環境の変化から走行路の路面状態が摩擦係数の小さい状態であることを検知すると、運転者の操作による圧縮比上昇要求がある前に、圧縮比を上昇させ始める高圧縮比化制御を開始する。

図６は、運転者操作による圧縮比変化と上記高圧縮比化制御による圧縮比変化とを対比して示すタイミングチャートである。

乾燥路（高μ路）を走行中、時刻ｔ１で路面摩擦係数が小さくなり、時刻ｔ２で走行路の路面摩擦係数が小さい状態に変化したことを検知すると、時刻ｔ２のタイミングでアクセル開度が小さくなることを予測して目標圧縮比が相対的に高い圧縮比に切り替えられ、実圧縮比が時刻ｔ２から目標値に向かって徐々に変化し始める。

ここで、図６中に破線で示すように、運転者が走行路の路面状態の変化に気付いてアクセペダルを戻すタイミングが時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３の場合、この時刻ｔ３のタイミングから圧縮比を上昇させ始めると、圧縮比が走行路の路面状態に適した圧縮比となるタイミングが相対的に遅くなる。

つまり、本実施例においては、運転者が走行路の路面状態の変化に気付いてアクセペダルを戻すタイミングよりも早く、目標圧縮比を走行路の路面状態に適した圧縮比に切り替えることが可能となる。

但し、走行路の摩擦係数が所定値よりも小さいことを検知した際に、既に低回転低負荷運転状態であれば、圧縮比は既に高い状態なので、さらに圧縮比を高くする必要はない。

これによって、本実施例においては、運転者からの操作要求を待って圧縮比を変更する場合に比べ、可変圧縮比機構１４の応答速度を上げることなく、車両の外部環境に応じた適切な圧縮比設定を精度よく実現することができる。

また、アクチュエータ２８が電動モータの場合、アクチュエータ２８を出力性能が相対的に低いものに代替え可能となり、コスト低減を図ることが可能となる。また、アクチュエータ２８を出力性能が相対的に低いものに代替えしない場合でも、アクチュエータ２８の駆動エネルギー（駆動電流値）を相対的に小さくして消費電力を低減することが可能となり、総じて燃費を改善することができる。

図７は、上述した実施例の車両走行中の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ１では、アンチロックブレーキ制御あるいは車両挙動制御といったブレーキ制御を実施しているか否かを判定し、実施していればＳ２へ進み、実施していなければ今回のルーチンを終了する。Ｓ２では、アクセル開度、機関回転数、車速、車輪回転数、操舵角、車両の横方向加速度等の各種運転状態を検知する。Ｓ３では、走行路の路面摩擦係数が小さいか否かを判定する。具体的には、上述した基準車輪回転数と実際の車輪回転数との比較や、上述した基準横方向加速度と実際の横方向加速度との比較から走行路の路面摩擦係数が小さいか否かを判定する。走行路の路面摩擦係数が小さいと判定された場合にはＳ４へ進み、走行路の路面摩擦係数が小さいと判定されなかった場合には今回のルーチンを終了する。Ｓ４では、内燃機関の圧縮比が低圧縮比であるか否かを判定し、低圧縮比であればＳ５へ進み、低圧縮比でなければ今回のルーチンを終了する。Ｓ５では、上述した高圧縮比化制御の要求があるとして高圧縮比化制御要求をＯＮする。Ｓ６では、高圧縮比化制御要求がＯＮになったことを受けて、上記高圧縮比化制御を開始する。なお、高圧縮比化制御要求は、運転状態が変化して目標圧縮比が高圧縮比に切り替わるとＯＦＦとなる。

なお、外気温が所定温度よりも低い場合に、走行路の路面摩擦係数が小さいと判定することも可能である。外気温が例えば、氷点下のような低温であれば、路面の摩擦係数が氷結路相当に低いと推定できるからである。

また、走行路の路面摩擦係数が小さいか否かは、車輪回転数を用いても、横方向加速度を用いても、外気温を用いても判定可能であり、これら３つの組み合わせることで、より精度よく走行路の路面摩擦係数を推定することが可能である。また、本発明の車両の制御装置は、これら３つの判定方法うちの少なくとも１つを具備するようなものであってもよい。

１４…可変圧縮比機構
２８…アクチュエータ
３１…コントロールユニット
３２…アクセル開度センサ
３３…ブレーキペダルセンサ
３４…クランク角センサ
３５…車速センサ
３６…外気温センサ
４１…ブレーキコントロールユニット
４２…ＣＡＮ通信線
４３…第１車輪速センサ
４４…第２車輪速センサ
４５…第３車輪速センサ
４６…第４車輪速センサ
４７…舵角センサ
４８…横Ｇセンサ
４９…ヨーレートセンサ
５０…ブレーキ圧力センサ
５１…ブレーキアクチュエータ

Claims

車両に搭載された内燃機関と、
上記内燃機関の圧縮比を可変可能な圧縮比可変機構と、
走行路の路面状態を検知可能な路面状態検知部と、を有し、
アクセル開度一定の状態で、走行路の路面摩擦係数が所定値よりも小さい場合に、今後の運転状態が低回転低負荷運転状態に移行するものと予測して、目標圧縮比を相対的に高くすることを特徴とする車両の制御装置。
アクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセルペダル踏込検知部と、車両速度を検知する車速検知部と、車輪の回転数を検知する車輪速度検知部と、を有し、アクセルペダルを踏み込んでいる時に、車輪の回転数が車速に応じて決まる所定の回転数域の上限値よりも大きい場合に、上記路面状態検知部は路面摩擦係数が小さいと判定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
ブレーキペダルの踏み込み量を検知するブレーキペダル踏込検知部と、車両速度を検知する車速検知部と、車輪の回転数を検知する車輪速度検知部と、を有し、ブレーキペダルを踏み込んでいる時に、車輪の回転数が車速に応じて決まる所定の回転数域の下限値よりも小さい場合に、上記路面状態検知部は路面摩擦係数が小さいと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制御装置。
車両のステアリングホイールの操舵角を検知する操舵角検知部と、車両の横方向加速度を検知する横方向加速度検知部と、を有し、上記ステアリングホイールが操作されている車両旋回時に、上記車両の横方向加速度が車速及びステアリングホイールの操舵角に応じて決まる所定の加速度域の上限値よりも大きい場合に、上記路面状態検知部は路面摩擦係数が小さいと判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両の制御装置。
車両のステアリングホイールの操舵角を検知する操舵角検知部と、車両の横方向加速度を検知する横方向加速度検知部と、を有し、上記ステアリングホイールが操作されている車両旋回時に、上記車両の横方向加速度が車速及びステアリングホイールの操舵角に応じて決まる所定の加速度域の下限値よりも小さい場合に、上記路面状態検知部は路面摩擦係数が小さいと判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
車外の温度を検知する外気温検知部を有し、外気温が所定温度よりも低い場合に、上記路面状態検知部は路面摩擦係数が小さいと判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。