JP6960531B2 - エンジン制御装置及びエンジン制御方法 - Google Patents

エンジン制御装置及びエンジン制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、エンジン制御装置及びエンジン制御方法に関する。
車両では、エンジン制御装置によって、アクセル開度等に応じたエンジンの目標回転数を算出し、算出した目標回転数となるようにエンジンのトルク制御を行っている。例えば、動力取出機構(PTO:Power Take-Off)を装備した車両では、エンジン制御装置が目標回転数を算出して、エンジン回転数を一定に維持する制御を行っている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2010−84735号公報
エンジン制御装置において故障が生じると、エンジン制御装置が算出した目標回転数が異常値となり、エンジンの出力トルクが意図せず上昇することがある。出力トルクの上昇を抑える対策として、目標回転数がその上限として設定した最大回転数を超え、かつエンジンの実回転数が最大回転数を超えた場合に、超えた回転数の差に応じて出力トルクを制限する方法が挙げられる。
しかしながら、上記方法では、目標回転数が異常値となった場合でも、実回転数が最大回転数を超えなければ、出力トルクの制限が開始されない。故障発生から出力トルクの制限が開始されるまでの遅れ時間が、故障に対応すべき時間として設定された目標時間を満足できないことがある。
本発明は、出力トルクの制限が開始されるまでの時間を短縮することを目的とする。
本発明の一側面によれば、エンジンの目標回転数(R2)を算出し、前記目標回転数(R2)に応じて前記エンジンの出力トルクを制御する第1制御部(10)と、前記エンジンの実回転数(R3)を算出し、前記第1制御部(10)により算出した目標回転数(R2)が、前記目標回転数(R2)の上限として設定した最大回転数(R1)を超え、前記実回転数(R3)が前記最大回転数(R1)を超えると、前記実回転数(R3)と前記最大回転数(R1)の差に応じて、前記第1制御部(10)により制御する出力トルクを制限する第2制御部(20)と、を備え、前記第2制御部(20)は、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を一定回数超えると、前記最大回転数(R1)を、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を超える前の前記実回転数(R3)に変更し、前記実回転数(R3)と変更後の前記最大回転数(R1)の差に応じて前記出力トルクの制限を行うことを特徴とするエンジン制御装置(100)が提供される。前記最大回転数(R1)を超える前の前記実回転数(R3)は、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を一定回数超えるときの直近で算出された前記実回転数(R3)のうち、前記一定回数を超える直前の前記実回転数(R3)である。
本発明によれば、出力トルクの制限が開始されるまでの時間を短縮することができる。
本発明の一実施形態であるエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。 制限率算出部の構成を示すブロック図である。 第2制御部においてトルク制限を行うときの処理手順を示すフローチャートである。 トルクの制限率の一例を示すグラフである。 故障発生時の実トルクの一例を示すグラフである。
以下、本発明のエンジン制御装置及びエンジン制御方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明は一実施形態にすぎず、本発明の技術的範囲は下記実施形態に限定されない。
図1は、本発明の一実施形態であるエンジン制御装置100の構成を示す。
エンジン制御装置100は、車両に搭載され、車両の各部に設けられた各種センサ41及びCAN42(Controller Area Network)に接続されている。エンジン制御装置100は、各種センサ41及びCAN42から入力した信号に基づいて、エンジンに対する制御信号を出力することにより、エンジンの動作を統括的に制御する。エンジン制御装置100は、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)とも呼ばれる。
図1に示すように、エンジン制御装置100は、レベル1とレベル2のエリアに分かれ、各エリアに第1制御部10及び第2制御部20をそれぞれ備える。各エリアは、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)等の同じ1つのハードウェア資源によって実現される。レベル1のエリアでは、第1制御部10がエンジンを実質的に制御する。レベル2のエリアでは、第2制御部20がレベル1における制御を監視する。監視により、レベル1において制御のエラーが生じても、レベル2においてエラーを検出して、レベル1での制御を制限する等のエラーへの対応をとることが可能であるため、エンジン制御に対する信頼性が向上する。
より信頼性を高めるため、エンジン制御装置100は、第3の制御部を備えるレベル3のエリアをさらに設けて、レベル2における制御をレベル3のエリアにおいて監視することもできる。レベル3は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のレベル1及び2とは別のハードウェア資源により実現することにより、レベル1及び2のハードウェア又はソフトウェアに故障が生じても、レベル3は影響なく監視することができる。
(第1制御部)
第1制御部10は、エンジンの目標回転数R2を算出し、算出した目標回転数R2に応じてエンジンの出力トルクを制御する。
第1制御部10は、要求トルク算出部11、min選択部16及び通電時間算出部17を備える。
要求トルク算出部11は、エンジンに対する要求トルクW10を算出する。
要求トルク算出部11は、回転数算出部12、トルク算出部13、14及び加算部15を備える。
回転数算出部12は、アクセル開度センサ、クランク角センサ等の各種センサ41から入力される検出信号に基づいて、あらかじめ定められた演算式、特性曲線等により、エンジンの目標回転数R2及び実回転数R3を算出する。
トルク算出部13は、回転数算出部12により算出した目標回転数R2及び実回転数R3に基づいて、あらかじめ定められた演算式、特性曲線等により、ドライバーの要求トルクW1を算出する。
トルク算出部14は、CAN42から入力される外部の要求信号に基づいて、あらかじめ定められた演算式、特性曲線等により、外部の要求トルクW2を算出する。外部の要求信号は、例えばトランスミッション制御ユニット(TCU:Transmission Control Unit)、ブレーキシステム等からの要求信号等である。
加算部15は、トルク算出部13により算出したドライバーの要求トルクW1に、トルク算出部14により算出した外部の要求トルクW2を加算することで、エンジンに対する要求トルクW10を算出する。
min選択部16は、第1制御部10の要求トルク算出部11により算出した要求トルクW10と、第2制御部20により算出した許容トルクW20を比較し、トルクが小さい方を選択して出力する。小さい方を出力することにより、要求トルクW10が異常に上昇した場合でも、min選択部16から出力されるトルクを許容トルクW20以下の大きさに制限することができる。
通電時間算出部17は、min選択部16から出力されたトルクW10又はW20を燃料噴射量に変換し、当該燃料噴射量に応じたインジェクタの通電時間を算出する。算出された通電時間の制御信号は、第1制御部10からインジェクタの駆動回路へ出力される。これにより、エンジンは、目標回転数R2に応じた出力トルクに制御される。
(第2制御部)
第2制御部20は、第1制御部10により算出した目標回転数R2の異常を検出すると、第1制御部10により制御する出力トルクを制限する。
第2制御部20は、許容トルク算出部21、実トルク算出部27及びエラー検出部28を備える。
許容トルク算出部21は、エンジンに対する許容トルクW20を算出する。
許容トルク算出部21は、回転数算出部22、トルク算出部23、制限率算出部24、乗算部25及び加算部26を備える。
回転数算出部22は、第1制御部10と同様にして、実回転数R3を算出する。
トルク算出部23は、CAN42から入力される外部の要求信号に基づいて、第1制御部10と同様にして、外部の要求トルクW3を算出する。
制限率算出部24は、第1制御部10において算出した目標回転数R2と、回転数算出部22により算出した実回転数R3と、に基づいて、第1制御部10において算出したドライバーの要求トルクW1の制限率を算出する。
乗算部25は、第1制御部10において算出したドライバーの要求トルクW1に、制限率算出部24により算出した制限率を乗算することで、制限された要求トルクW1を演算する。
加算部26は、乗算部25から出力された要求トルクW1に、トルク算出部23により算出した要求トルクW3を加算することで、エンジンに対する許容トルクW20を算出する。
実トルク算出部27は、通電時間算出部17により算出した通電時間から、エンジンの実トルクW30を算出する。すなわち、実トルクW30は、実際のエンジンの出力トルクを通電時間から算出した推定値である。
エラー検出部28は、許容トルク算出部21により算出した許容トルクW20を、実トルク算出部27により算出した実トルクW30と比較する。エラー検出部28は、実トルクW30が許容トルクW20を超える場合、第1制御部10の制御のエラーを検出する。エラーの検出に応じて、エンジン制御装置100は、第1制御部10によるエンジン制御を停止する等の対応をとることができる。
図2は、制限率算出部24の構成例を示す。
制限率算出部24は、図2に示すように、最大回転数設定部241及び制限率決定部242を備える。
最大回転数設定部241は、第1制御部10により算出した目標回転数R2の許容できる上限として、最大回転数R1を設定する。
最大回転数設定部241は、図2に示すように、比較部31、検出部32、記憶部33、変更部34、初期設定部35及び選択部36を備える。
比較部31は、第1制御部10において算出した目標回転数R2と、最大回転数設定部241において現在設定中の最大回転数R1とを比較し、目標回転数R2が最大回転数R1を超えたか否かを判定する。
検出部32は、比較部31により目標回転数R2が最大回転数R1を超えたと判定された回数をカウントし、カウント数が一定回数を超えると、目標回転数R2の異常を検出する。一定回数は、1回でも複数回でもよく、任意に決定することができる。一定回数が複数回であると、例えば目標回転数R2が最大回転数R1を1回超えたが、その後は下回る等の継続的な上昇傾向がない場合を、異常の検出対象外とすることができ、誤検出を減らすことができる。
記憶部33は、第2制御部20の回転数算出部22により算出した実回転数R3を記憶する。
変更部34は、検出部32により目標回転数R2の異常が検出されると、最大回転数R1を変更する。具体的には、変更部34は、比較部31により目標回転数R2が最大回転数R1を超えていないと判定された場合、記憶部33に記憶された実回転数R3を取得する。取得した実回転数R3は、目標回転数R2が最大回転数R1を超える前の正常時の実回転数R3である。変更部34は、取得した実回転数R3を前回取得した実回転数R3に上書きして保持してもよいし、過去3回取得した実回転数R3を保持する等、直近の実回転数R3を一定数だけ保持してもよい。変更部34は、検出部32により目標回転数R2の異常が検出されると、取得した正常時の実回転数R3を、変更後の最大回転数R1として出力する。
初期設定部35は、初期設定の最大回転数R1を出力する。初期設定の最大回転数R1は、車両の車種ごとに実験値等からあらかじめ計算され、初期設定部35において保持される。
選択部36は、検出部32により目標回転数R2の異常が検出されなかった場合、初期設定部35から出力された最大回転数R1を選択して出力する。一方、検出部32により目標回転数R2の異常が検出された場合、変更部34から出力された変更後の最大回転数R1を選択して出力する。選択部36から出力された最大回転数R1は、現在設定中の最大回転数R1として比較部31に入力される。
最大回転数設定部241は、アイドリングモードに対応する最大回転数R1と、PTOモードに対応する最大回転数R1と、を切り替えて設定することができる。アイドリングモードは、アイドリング時のエンジン制御モードである。PTOモードは、動力取出機構(PTO:Power Take-Off)によりエンジンから動力を取り出す時のエンジン制御モードである。例えば、初期設定部35が各モードに対応する初期設定の最大回転数R1を保持し、そのうち現在のモードに対応する初期設定の最大回転数R1を出力することにより、各モードの最大回転数R1を切り替えることができる。アイドリングモードとPTOモードとで許容できる出力トルクが異なるので、それぞれに対応する最大回転数R1を設定することにより、各エンジン制御モードに適したトルク制限を行うことが可能である。また、アイドリングモード又はPTOモードのように、一定回転数の維持が求められるエンジン制御モードでは、異常上昇する出力トルクを制限することが、特に有効である。
制限率決定部242は、回転数算出部22により算出した実回転数R3と、最大回転数設定部241により設定した最大回転数R1との差(R3−R1)に応じて、トルクの制限率(%)を決定する。第1制御部10では、要求トルクW10と許容トルクW20のうち小さい方が選択されて、出力トルクの制御が行われる。そのため、差(R3−R1)が大きいほど、要求トルクW1、ひいては許容トルクW20を大きく制限する制限率に決定することにより、目標回転数R2の異常上昇にともなう出力トルクの上昇を防ぐことができる。
図3は、第2制御部20においてトルク制限を行うときの処理手順を示す。第2制御部20は、図3に示す処理手順を一定時間ごとに又は任意のタイミングで実行することができる。
図3に示すように、最大回転数設定部241は、アイドリングモード又はPTOモードに対応する最大回転数R1を設定する(ステップS1)。第1制御部10により算出した目標回転数R2が、現在設定中の最大回転数R1を一定回数超えると(ステップS2:YES)、最大回転数設定部241が目標回転数R2の異常を検出する。異常を検出すると、最大回転数設定部241は、初期設定の最大回転数R1を正常時の実回転数R3に変更して出力する(ステップS3)。異常を検出しない場合(ステップS2:NO)、最大回転数設定部241は、変更は行わずに初期設定の最大回転数R1を出力する。
制限率決定部242は、回転数算出部22により算出した実回転数R3と、最大回転数設定部241により設定した最大回転数R1との差(R3−R1)に応じた制限率を決定する。決定された制限率は、乗算部25において、第1制御部10により算出されたドライバーの要求トルクW1に乗算され、制限された要求トルクW1が出力される(ステップS4)。
図4は、トルク制限するときの制限率の一例を示す。
図4に示すように、実回転数R3が最大回転数R1を超えるまでは、制限率は最大値の100%である。実回転数R3が最大回転数R1を超えると、実回転数R3と最大回転数R1の差(R3−R1)が大きいほど、制限率は小さくなり、最終的には最小値の0%となる。図4に示す例では、制限率の値が小さいほど、要求トルクW1は大きく制限される。
図4に示す制限率は、実回転数R3が最大回転数R1を超えたときの差(R3−R1)に比例する直線状の特性を有するが、制限率が緩やかに変化する曲線状の特性を有してもよい。
制限率の特性は、通常のトルク制御を阻害せず、トルクの異常な上昇を迅速に制限できる適正値が、車両の車種に応じて実験値等からあらかじめ計算され、設定される。
図4に示すように、実回転数R3が最大回転数R1を超えるタイミングで、トルク制限が開始される。目標回転数R2が上昇する過程では、実回転数R3は目標回転数R2より小さいため、最大回転数R1を目標回転数R2が変更前の最大回転数R1を超えていないときの実回転数R3に変更することにより、変更後の最大回転数R1は図4に示すように引き下げられる。引き下げにより、目標回転数R2に追従して上昇する実回転数R3が最大回転数R1を超えるタイミングが早くなるため、最大回転数R1が固定値である場合に比べて、トルク制限が開始されるまでの時間が短縮される。
図5は、故障発生時の実トルクの一例を示す。
図5に示すように、時点t1において第1制御部10の故障が発生し、第1制御部10により算出した目標回転数R2が上昇すると、要求トルクW10も大きくなるため、実トルクW30も上昇する。そして、目標回転数R2だけでなく実回転数R3が最大回転数R1を超えた時点t3から、第2制御部20においてトルク制限が開始され、実トルクW30が急下降する。このように、トルク制限の開始によって実トルクW30が下降するのは、実回転数R3が最大回転数R1を超えた時点からであるので、故障発生からトルク制限開始までの遅れ時間Tdが生じる。
これに対し、目標回転数R2が最大回転数R1を超えた時点t3で最大回転数R1を変更し、引き下げることにより、早ければ変更した時点で実回転数R3が最大回転数R1を超え、トルク制限が開始される。これにより、トルク制限が開始されるまでの遅れ時間Tdが、時間Tsだけ短縮される。
以上のように、本実施形態のエンジン制御装置100は、第1制御部10により算出した目標回転数R2が第2制御部20において設定した最大回転数R1を超えると、第2制御部20により算出した実回転数R3と最大回転数R1との差に応じて、第1制御部10において制御するエンジンの出力トルクを制限する。これにより、第1制御部10のエラーによって目標回転数R2が異常に上昇した場合でも、異常な上昇にともなう出力トルクの上昇を防ぐことができる。
また、第2制御部20では、第2制御部20において設定した最大回転数R1を、目標回転数R2が最大回転数R1を超える前の実回転数R3に変更する。これにより、最大回転数R1を引き下げることができ、実回転数R3が最大回転数R1を超えると開始されるトルク制限の開始タイミングを早めることができる。
また、第2制御部20は、実トルクW30が許容トルクW20を超えるエラーが検出された時点ではなく、目標回転数R2が最大回転数R1を一定回数超えた時点で、最大回転数R1の変更を行う。したがって、最大回転数R1の引き下げをより早く行うことができ、トルク制限の開始タイミングを早めることができる。
第2制御部20は、目標回転数R2を最大回転数R1と比較するという簡易な処理によって、最大回転数R1の変更を決定するため、目標回転数R2の異常値に対する監視負荷を減らすことができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、第2制御部20において、変更後の最大回転数R1とする実回転数R3は、目標回転数R2が最大回転数R1を超える前の実回転数R3であれば、超える直前の実回転数R3であってもよいし、直前よりも前の実回転数R3に変更してもよい。より小さい実回転数R3に変更することにより、トルク制限の開始タイミングをさらに早めることができる。
また、上記実施形態では、許容トルクW20の一部である、ドライバーの要求トルクW1を制限することで許容トルクW20を制限する構成であったが、許容トルクW20全体を制限する構成であってもよい。また、上記実施形態では、許容トルクW20を制限し、要求トルクW10と許容トルクW20のうち小さい方を出力することで、エンジンの出力トルクを制限する構成であったが、第2制御部20が第1制御部10により算出した要求トルクW10を直接制限する構成であってもよい。
100 エンジン制御装置
10 第1制御部
11 要求トルク算出部
20 第2制御部
21 許容トルク算出部
24 制限率算出部
241 最大回転数設定部
242 制限率決定部
25 乗算部

Claims (6)

  1. エンジンの目標回転数(R2)を算出し、前記目標回転数(R2)に応じて前記エンジンの出力トルクを制御する第1制御部(10)と、
    前記エンジンの実回転数(R3)を算出し、前記第1制御部(10)により算出した目標回転数(R2)が、前記目標回転数(R2)の上限として設定した最大回転数(R1)を超え、前記実回転数(R3)が前記最大回転数(R1)を超えると、前記実回転数(R3)と前記最大回転数(R1)の差に応じて、前記第1制御部(10)により制御する出力トルクを制限する第2制御部(20)と、を備え、
    前記第2制御部(20)は、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を一定回数超えると、前記最大回転数(R1)を、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を超える前の前記実回転数(R3)に変更し、前記実回転数(R3)と変更後の前記最大回転数(R1)の差に応じて前記出力トルクの制限を行い、
    前記最大回転数(R1)を超える前の前記実回転数(R3)は、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を一定回数超えるときの直近で算出された前記実回転数(R3)のうち、前記一定回数を超える直前の前記実回転数(R3)である
    ことを特徴とするエンジン制御装置(100)。
  2. 前記一定回数は、複数回である
    ことを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置(100)。
  3. 前記第2制御部(20)は、アイドリングモード時は、前記アイドリングモードに対応
    する最大回転数(R1)を設定する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジン制御装置(100)。
  4. 前記第2制御部(20)は、PTOモード時は、前記PTOモードに対応する最大回転
    数(R1)を設定する
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジン制御装置(100)。
  5. 前記第2制御部(20)は、前記エンジンに対する許容トルクを算出し、前記実回転数
    (R3)と前記最大回転数(R1)の差に応じて、前記許容トルクを制限し、
    前記第1制御部(10)は、前記目標回転数(R2)に応じて前記エンジンに対する要
    求トルクを算出し、前記要求トルクと前記許容トルクのうち、小さい方によって前記エン
    ジンの出力トルクを制御する
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のエンジン制御装置(100)。
  6. 第1制御部(10)において、エンジンの目標回転数(R2)を算出し、前記目標回転数(R2)に応じて前記エンジンの出力トルクを制御するステップと、
    第2制御部(20)において、前記エンジンの実回転数(R3)を算出し、前記第1制御部(10)により算出した目標回転数(R2)が、前記目標回転数(R2)の上限として設定した最大回転数(R1)を超え、前記実回転数(R3)が前記最大回転数(R1)を超えると、前記実回転数(R3)と前記最大回転数(R1)の差に応じて、前記第1制御部(10)により制御する出力トルクを制限するステップと、を含み、
    前記出力トルクを制限するステップは、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を一定回数超えると、前記最大回転数(R1)を、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を超える前の前記実回転数(R3)に変更するステップをさらに含み、前記実回転数(R3)と変更後の前記最大回転数(R1)の差に応じて前記出力トルクの制限を行い、
    前記最大回転数(R1)を超える前の前記実回転数(R3)は、前記目標回転数(R2)が前記最大回転数(R1)を一定回数超えるときの直近で算出された前記実回転数(R3)のうち、前記一定回数を超える直前の前記実回転数(R3)である
    ことを特徴とするエンジン制御方法。
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