JP4466539B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと変速機とを有するパワートレーンが搭載された車両の制御装置に関し、特に、良好な制御応答性および制御安定性を実現しつつ、運転者の要求駆動力に対応する駆動力を出力できる駆動力制御装置（内燃機関の制御装置）に関する。

運転者のアクセルペダル操作とは独立にエンジン出力トルクを制御することが可能なエンジンと自動変速機とを備えた車両において、運転者のアクセルペダル操作量や車両の運転条件等に基づいて算出された正負の目標駆動トルクを、エンジントルクと自動変速機の変速ギヤ比で実現する「駆動力制御」という考え方がある。また、「駆動力要求型」や「駆動力ディマンド型」と呼ばれる制御手法もこれに類する。

この駆動力制御においては、目標駆動トルクの作成によって車両の動特性を容易に変えることが可能である。しかしながら、加減速時（過渡応答時）には自動変速機の変速ギヤ比の時間的変化に対応したイナーシャトルクだけでなく、車輪速の時間的変化に対応したイナーシャトルクによっても駆動トルクが目標値からずれるので、トルクを補正する必要がある。

さらに、スロットル開度と車速とによる変速マップに基づいて変速判断する場合においては、以下に示す問題点がある。車両の駆動源がエンジンである場合、発生トルクはスロットル開度の増加に応じて増加する。このため、運転者の操作により駆動力要求が増大した場合に、スロットル開度を大きくすることにより駆動力の増大を実現することが基本的には可能である。しかしながら、スロットル開度がある程度まで大きくなると、エンジンから発生する駆動力は飽和するという特性を有する。これは、スロットル開度を大きく変化させても駆動力は小さくしか変化しない（増大しない）ことを意味する（モデルの特性ではなく実機の特性が線形ではなく非線形性であることを意味する）。したがって、比較的大きな駆動力がエンジンから発生している状態で、駆動力がわずかに増大するような駆動力要求があっても、スロットル開度が大きく変化する。その結果、スロットル開度が大きく変化して変速マップ上の変速線と交錯して変速が行なわれる。このような場合において、目標駆動トルクと発生トルクとが乖離して、運転者の意図する車両挙動が実現されない。

特開２００２−８７１１７号公報（特許文献１）は、駆動力の定常目標と過渡目標をエンジントルクと変速比の同調制御により実現する制御仕様とすることで、運転者の要求通りの駆動力を実現でき、動力性および運転性を大幅に改良できる駆動力制御装置を開示する。

この公報に開示された駆動力制御装置は、エンジンと変速機を有するパワートレーンにおいて、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、検出されたアクセル操作量と車速から静的な目標駆動力を演算する目標駆動力演算手段と、目標駆動力の変化のパターンを演算する駆動力パターン演算手段と、目標駆動力に基づいてエンジントルク定常目標値を演算し、検出されたアクセル操作量と車速から変速比定常目標値を演算する定常目標値演算手段と、目標駆動力の変化パターンに基づいて、エンジントルク過渡目標値と変速比過渡目標値を演算する過渡目標値演算手段と、エンジントルク定常目標値とエンジントルク過渡目標値を実現する目標エンジントルク実現手段と、変速比定常目標値と変速比過渡目標値を実現する目標変速比実現手段とを備える。

この駆動力制御装置によると、走行時、目標駆動力演算手段において、アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量と、車速検出手段により検出された車速から静的な目標駆動力が演算され、駆動力パターン演算手段において、目標駆動力の変化のパターンが演算される。そして、定常目標値演算手段において、目標駆動力に基づいてエンジントルク定常目標値が演算され、検出されたアクセル操作量と車速から変速比定常目標値が演算され、過渡目標値演算手段において、目標駆動力の変化パターンに基づいて、エンジントルク過渡目標値と変速比過渡目標値が演算される。そして、目標エンジントルク実現手段において、エンジントルク定常目標値とエンジントルク過渡目標値が実現され、目標変速比実現手段において、変速比定常目標値と変速比過渡目標値が実現される。すなわち、変速機の変速遅れや回転変化に伴うイナーシャトルクの発生を全てエンジントルクによって補償するのではなく、駆動力の定常目標と過渡目標をエンジントルクと変速比の同調制御により実現する制御仕様としている。よって、運転者の要求通りの駆動力を実現でき、動力性・運転性を大幅に改良することができる。
特開２００２−８７１１７号公報

ところで、車両に搭載されたエンジンや自動変速機には制御指令から実際の動作までに機械的な遅れを伴うため、その遅れを補償することが必要である。そのため、特許文献１においても運転者の操作であるアクセル操作量に基づいて静的な目標駆動力を演算して、目標駆動力の変化パターンに車両各部において発生する遅れを加味して過渡特性を算出して目標駆動力を演算する。このため、運転者の操作と車両各部における特性（遅れ特性）とが互いに関連付けられて、目標駆動力が算出される。

しかしながら、遅れ補償による制御の応答性と制御の安定性とは相反するものであって、かつ、安定性を確保しつつ応答性を向上させる必要がある。特許文献１における駆動力制御装置においてもさらに制御安定性を確保しつつ応答性を向上させることについては改良の余地がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の駆動力制御において、制御応答性および制御安定性のさらなる向上を実現できる、車両の駆動力制御装置（内燃機関の制御装置）を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、設定された目標トルクに基づいて内燃機関の各機器を制御する。この制御装置は、内燃機関が発生するトルクを推定するための推定手段と、推定手段により算出された推定トルクと目標トルクとの偏差を算出するための偏差算出手段と、偏差算出手段により算出された偏差に基づいて、応答遅れが補償されたトルク制御量を算出するための制御量算出手段と、制御量算出手段により算出されたトルク制御量に基づいて、各機器への指令値を生成して、各機器を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、トルクディマンド制御等において、目標トルクを実現するために内燃機関の各機器（アクチュエータ）を制御するためのトルク制御量は、推定トルクと目標トルクとの偏差に基づいて算出されたトルク制御量であって、応答遅れが補償されたトルク制御量である。このように、内燃機関の応答遅れを補償するので、応答遅れを解消して、制御の応答性を向上させることができる。その結果、車両の駆動力制御において、制御応答性のさらなる向上を実現できる、車両の駆動力制御装置である内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、推定手段は、内燃機関の応答遅れを含んで形成されたモデル式を用いて、トルクを推定するための手段を含む。

第２の発明によると、たとえば、トルク制御量から内燃機関の応答遅れを含んで形成されたモデル式（このモデル式は線形であると実装上より好ましい）を用いて、推定トルクが算出される。これにより、応答遅れ分を反映させて推定トルクを算出して、この推定トルクと目標トルクとの偏差からトルク制御量を算出するので、制御応答性を向上させることができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御量算出手段は、偏差算出手段により算出された偏差と係数とを用いて演算した値を、目標トルクに加算することにより、トルク制御量を算出するための手段を含む。制御装置は、内燃機関の運転状態に基づいて係数を変更するための変更手段をさらに含む。

第３の発明によると、制御量算出手段は、偏差と係数とを用いて演算した値（たとえば、偏差×係数）を、目標トルクに加算することにより、トルク制御量を算出することによりお、応答遅れを補償する。内燃機関の応答遅れは、内燃機関の運転状態（たとえば、エンジン回転数や吸入空気量等）により変動するので、この係数を運転状態に応じて変更させている。このようにすると、応答遅れ補償に用いられる係数が実際の内燃機関の運転状態を反映させているので、より的確に応答遅れ補償を実行できる。

第４の発明に係る制御装置においては、第３の発明の構成に加えて、変更手段は、内燃機関の無駄時間を含んで係数を変更するための手段を含む。

第４の発明によると、内燃機関の伝達関数には、応答遅れ要素だけではなく無駄時間要素も含み得る。このため、応答遅れを補償するために用いる係数を、応答遅れのみならず無駄時間を考慮して算出する。このように処理するので、無駄時間要素を容易に補償させることができる。無駄時間要素を考慮することにより、無駄時間に起因した行き過ぎ量（オーバシュート、アンダーシュート）を回避でき、制御安定性を向上させることができる。その結果、車両の駆動力制御において、制御応答性および制御安定性のさらなる向上を実現できる、車両の駆動力制御装置である内燃機関の制御装置を提供することができる。

第５の発明に係る制御装置においては、第３の発明の構成に加えて、変更手段は、内燃機関の無駄時間に基づいて内燃機関の運転状態を推定して、推定された内燃機関の運転状態に基づいて係数を変更するための手段を含む。

第５の発明によると、無駄時間分だけ遅れた内燃機関の状態（エンジン回転数や吸入空気量）を推定して、これらの推定エンジン回転数や推定吸入空気量を用いて、係数を変更する。これにより、無駄時間要素を容易に補償することができる。

第６の発明に係る制御装置においては、第３〜５のいずれかの発明の構成に加えて、変更手段は、内燃機関の回転数および吸入空気量に基づいて係数を変更するための手段を含む。

第６の発明によると、内燃機関の重要な因子である回転数および吸入空気量に基づいて、係数を的確に変更することができ、制御応答性および制御安定性を的確に向上させることができる。

第７の発明に係る制御装置は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、偏差算出手段により算出された偏差が、予め定められた範囲内である場合は、制御量算出手段による制御量の算出を禁止するための禁止手段をさらに含む。

第７の発明によると、あまり大きな偏差がない場合には、制御量の算出を禁止して、遅れ補償を反映させない。このようにすると、微小な変化については遅れ補償制御が実行されないので、内燃機関のアクチュエータである電子スロットルバルブ等がハンチングすることを回避できる。

第８の発明に係る制御装置は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、目標トルクの変化量を算出するための変化量算出手段と、変化量算出手段により算出された目標トルクの変化量が予め定められた範囲内である場合は、制御量算出手段による制御量の算出を禁止するための禁止手段とをさらに含む。

第８の発明によると、目標トルクがあまり大きく変化していない場合には、制御量の算出を禁止して、遅れ補償を反映させない。このようにすると、微小な変化については遅れ補償制御が実行されないので、内燃機関のアクチュエータである電子スロットルバルブ等がハンチングすることを回避できる。

第９の発明に係る制御装置は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、目標トルクの変化量を算出するための変化量算出手段と、変化量算出手段により検知された目標トルクの増減が反転した場合であって、目標トルクの変化量が予め定められた範囲内である場合は、制御量算出手段による制御量の算出を禁止するための禁止手段とをさらに含む。

第９の発明によると、目標トルクが増加から減少に反転したり減少から増加に反転したりした場合であっても、あまり大きく変化していない場合には、制御量の算出を禁止して、遅れ補償を反映させない。このようにすると、微小な変化については遅れ補償制御が実行されないので、内燃機関のアクチュエータである電子スロットルバルブ等がハンチングすることを回避できる。

第１０の発明に係る制御装置は、第９の発明の構成に加えて、禁止手段により制御量の算出を禁止されているときには、最新に算出された制御量を保持するための手段をさらに含む。

第１０の発明によると、目標トルクが増加から減少に反転したり減少から増加に反転したりした場合（急変）であっても、あまり大きく変化していない場合には、制御量の算出を禁止して、最新の制御量をホールドして、その制御量で遅れ補償を実行する。このようにすると、ハンチングを回避しつつ遅れ補償制御が実行されるので、目標トルクがなまされる場合に比べて、目標トルクの急変に対応した制御を行なうことができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明においては、内燃機関とエンジンとは同義で用いる。また、駆動力制御システムには、内燃機関（エンジン）の制御装置を含むものとする。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態に係る駆動力制御システムは、応答性を向上させることを目的とする。この駆動力制御システムは、目標エンジントルクを発現させるためのエンジントルク制御量を算出する際に、目標エンジントルク制御量から推定した推定エンジントルクと目標エンジントルクとの差に対して制御の応答遅れ分を補償して目標エンジントルクを算出する。これにより、正確に制御の応答遅れ分を補償した制御量を算出することができる。なお、推定エンジントルクを算出するために用いる内燃機関モデルには無駄時間を含まないようにして、線形モデルとすることで、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）への実装を容易にしている。

図１を参照して、本実施の形態に係る駆動力制御システムの制御ブロック図について説明する。なお、内燃機関モデル１０００の伝達関数は、無駄時間を含まず、制御の応答遅れは１次遅れで表わされるものとする。

内燃機関モデル１０００には、１サイクル前の推定エンジントルクＴｅ_out_i-1と１サイクル前のエンジントルク制御量Ｔｅ_ac_i-1とが入力されて、計算サイクルにおける推定エンジントルクＴｅ_outが、
Ｔｅ_out＝（１−Ｎ)・Ｔｅ_out_i-1＋Ｎ・Ｔｅ_ac_i-1 … （１）
により算出される。

この式（１）におけるＮは、一次遅れの時定数に関連する値である。具体的なＮの算出方法については後述する。なお、式（１）は、ＥＣＵへの実装を考慮してＺ変換している。また、式（１）は、
Ｔｅ_out＝Ｔｅ_out_i-1＋Ｎ・（Ｔｅ_ac_i-1−Ｔｅ_out_i-1） … （２）
と等価である。

すなわち、計算サイクルにおける推定エンジントルクＴｅ_outは、１サイクル前に算出された推定エンジントルクＴｅ_out_i-1に、エンジントルク制御量Ｔｅ_ac_i-1（１サイクル前）と推定エンジントルクＴｅ_out_i-1（１サイクル前）との偏差に１次遅れの時定数に関連する値Ｎが乗算された値を加算して算出される。

エンジントルク制御量Ｔｅ_acは、加算器４０００の出力として規定される。加算器４０００への入力は、目標エンジントルクＴｅ_tgtおよび遅れ補償器３０００からの出力である。遅れ補償器３０００への入力は演算器２０００からの出力であって、演算器２０００は、目標エンジントルクＴｅ_tgtと推定エンジントルクＴｅ_outとの偏差を算出する。したがって、遅れ補償器３０００が線形計算（１次遅れの時定数に関連する値Ｎの逆数である１／Ｎを乗算する計算）として、制御の応答遅れを補償したエンジントルク制御量Ｔｅ_acは、
Ｔｅ_ac＝Ｔｅ_tgt＋１／Ｎ・（Ｔ_tgt−Ｔｅ_out） … （３）
により算出される。

ここで、１次遅れの時定数に関連する値Ｎについては、内燃機関の伝達関数（ここでは１次遅れ系としている）がエンジン回転数や吸入空気量（ひいては燃料噴射量）によって変動するので、本実施の形態においては、それらをパラメータとして表わす。

たとえば、横軸をエンジン回転数、パラメータをトルク比（＝吸入空気量／最大空気量）、内燃機関モデル１０００における伝達関数（１次遅れ系）の時定数に関連する値Ｎとして、図２に示すように表わされる。

図２に示すように、エンジン回転数が低いほどＮは大きくなり、特に、低回転領域においてはエンジン回転数変化に対してＮの変化が大きい（回転数が少し低下するだけでＮは大きく上昇する）。また、エンジン回転数が高いほどＮは小さくなり、特に、高回転領域においてはエンジン回転数変化に対してＮの変化が小さい（回転数が上昇してもＮは大きく低下しない）。

以上のような構成に基づく、本実施の形態に係る駆動力制御システムの動作について、図３、図４を用いて説明する。

図３は、本実施の形態に係る駆動力制御システムにおいて、要求駆動力として目標エンジントルクが、ステップ状に変化した場合の応答状態を示したものである。横軸は時間であって、縦軸は、図３（Ａ）においてはエンジントルク、図３（Ｂ）においてはエンジン回転数である。

図３（Ａ）に示すように、目標エンジントルクＴｅ_tgt（図３（Ａ）の目標Ｔｅ）がステップ状に変化すると、エンジントルク制御量Ｔｅ_ac（図３（Ａ）のＴｅ制御量）が、式（３）に基づいて算出される。このとき、図２に示すエンジン回転数やトルク比（吸入空気量）をパラメータとして式（３）中のＮが算出される。

エンジンの遅れ特性を考慮しない従来の制御では、図３（Ａ）の「実Ｔｅ（従来）」に示すように応答性が好ましくなく、本実施の形態に係る駆動力制御システムでは、図３（Ａ）の「実Ｔｅ（本発明）」に示すように、応答性が向上する。これは、目標エンジントルク制御量Ｔｅ_acから推定した推定エンジントルクＴｅ_outと目標エンジントルクＴｅ_tgtとの差に対して、制御の応答遅れ分を補償して（１／Ｎを乗算する）、エンジントルク制御量Ｔｅ_acを算出していることに起因する。しかしながら、内燃機関の無駄時間要素を考慮していないので、行き過ぎ量が発生してしまう（図３（Ａ）のオーバーシュート）。

なお、図３（Ｂ）に示すように、エンジン回転数（実Ｎｅ）は、エンジントルク実Ｔｅの上昇に伴い（ステップ入力から遅れて）、上昇する。

図４は、本実施の形態に係る駆動力制御システムにおいて、要求駆動力として目標エンジントルクが、ランプ状に変化した場合の応答状態を示したものである。横軸は時間であって、縦軸は、図４（Ａ）においてはエンジントルク、図４（Ｂ）においてはエンジン回転数である。

図４（Ａ）に示すように、目標エンジントルクＴｅ_tgt（図４（Ａ）の目標Ｔｅ）がランプ状に変化すると、エンジントルク制御量Ｔｅ_ac（図４（Ａ）のＴｅ制御量）が、式（３）に基づいて算出される。このとき、図２に示すエンジン回転数やトルク比（吸入空気量）をパラメータとして式（３）中のＮが算出される。

エンジンの遅れ特性を考慮しない従来の制御では、図４（Ａ）の「実Ｔｅ（従来）」に示すように応答性が好ましくなく、本実施の形態に係る駆動力制御システムでは、図４（Ａ）の「実Ｔｅ（本発明）」に示すように、応答性が向上する。これは、ステップ応答と同じように、目標エンジントルク制御量Ｔｅ_acから推定した推定エンジントルクＴｅ_outと目標エンジントルクＴｅ_tgtとの差に対して、制御の応答遅れ分を補償して（１／Ｎを乗算する）、エンジントルク制御量Ｔｅ_acを算出していることに起因する。しかしながら、内燃機関の無駄時間要素を考慮していないので、わずかではあるが、行き過ぎ量が発生してしまう（図４（Ａ）のオーバーシュート）。

なお、図４（Ｂ）に示すように、エンジン回転数（実Ｎｅ）は、エンジントルク実Ｔｅの上昇に伴い（ランプ入力から遅れて）、上昇する。

以上のようにして、本実施の形態に係る駆動力制御システムによると、車両に搭載された機器（具体的にはエンジン）の応答遅れを補償するために、制御量（エンジントルク制御量）から制御対象の推定量（推定エンジントルク）を算出して、この推定量と目標値（目標エンジントルク）との差に対して、制御の応答遅れ分を補償した。この結果、制御の応答遅れを考慮した駆動力制御システムを提供できる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る駆動力制御システムについて説明する。本実施の形態に係る駆動力制御システムは、内燃機関の無駄時間による行き過ぎ量の発生を回避することを目的とする。これは、上述の第１の実施の形態に係る駆動力制御システムにおいて、内燃機関の伝達関数に無駄時間要素があるために、エンジントルク制御量を算出した時点の内燃機関の伝達関数と、それが実現されるときの伝達関数とが異なるものになっているので、オーバフローやアンダーフローの行き過ぎ量を発生させる。この結果、車両の挙動が乱れる。

そのため、本実施の形態に係る駆動力制御システムにおいては、内燃機関における無駄時間を考慮して、エンジントルク制御量を算出するときに用いる伝達関数をエンジントルク制御量が反映される時点における推定エンジン回転数、推定吸入空気量を用いて算出した伝達関数（より詳しくは上述した第１の実施の形態におけるＮの値）を用いる。

したがって、本実施の形態に係る駆動力制御システムと、第１の実施の形態に係る駆動力制御システムとでは、図１の制御ブロックが同じであって、図２の横軸がエンジン回転数ではなく推定エンジン回転数に、パラメータの吸入空気量が推定吸入空気量となる。なお、図２に示された曲線自体は本実施の形態に係る駆動力制御システムにも適用できるため、ここで繰り返して説明しない。

そのため、以下においては、本実施の形態に特有な、推定エンジン回転数の算出方法と推定吸入空気量の算出方法について説明する。

推定エンジン回転数Ｎｅは、無駄時間Ｔが予め実機の測定結果から算出されているものとして、
（Ａ）推定エンジン回転数Ｎｅ＝現在エンジン回転数Ｎｅ＋現在エンジン回転数の変化量ΔＮｅ×無駄時間Ｔ … （４）
により算出できる。また、推定エンジン回転数Ｎｅは、
（Ｂ）推定エンジン回転数Ｎｅ＝現在エンジン回転数Ｎｅ＋推定エンジントルクＴｅ_outより算出されたエンジン回転数の変化量ΔＮｅ×無駄時間Ｔ … （５）
により算出できる。ここで、推定エンジントルクＴｅ_outより算出されたエンジン回転数の変化量ΔＮｅは、Ｉｅをエンジン慣性モーメントとして、
角加速度ｄω／ｄｔ＝Ｔｅ／Ｉｅ（rad／sec²） …（６）
ΔＮｅ＝ｄω／ｄｔ×６０／２π（rpm／sec） …（７）
で算出できる。また、推定エンジン回転数Ｎｅは、
（Ｃ）推定エンジン回転数Ｎｅ＝現在エンジン回転数Ｎｅ＋一定値 … （８）
により算出できる。この（Ｃ）のように、エンジン回転数Ｎｅを高めに推定して算出すると、エンジン回転数が高いほうが内燃機関自体の応答性が向上するので（図２参照）、このように一定値を加算して高めの推定エンジン回転数を算出すると安全側になる。

（Ｄ）さらに、トルクコンバータを備えた車両に限定されるが（当然であるが、自動変速機を備えた車両においては流体継手として多くの場合トルクコンバータを搭載する）、トルクコンバータの静的バランスポイントを用いて推定エンジン回転数Ｎｅを算出することもできる。

現在タービン回転数Ｎｔと推定エンジントルクＴｅ_outとを用いて、将来的にエンジン回転数Ｎｅがバランスするポイントを算出しておいてそれを推定エンジン回転数Ｎｅとして算出する。

なお、現在タービン回転数Ｎｔの代わりに（Ａ）〜（Ｃ）と同じように算出した推定タービン回転数Ｎｔを用いて、推定エンジントルクＴｅ_outの代わりに目標エンジントルクＴｅ_tgtを用いても、同じように算出できる。

（Ｅ）なお、上述の（Ｃ）のように、エンジン回転数が高いほうが内燃機関自体の応答性が向上するので、推定エンジン回転数Ｎｅを現在エンジン回転数Ｎｅで下限ガード（推定エンジン回転数Ｎｅが現在エンジン回転数Ｎｅよりも下にならないように）して、応答性を高くなるようにして、オーバシュートやアンダーシュートを低減するようにできる。

次に、推定吸入空気量は、以下のようにして算出する。
実機データから、トルクと回転数とから計算される吸入空気量のマップを作成しておいて、目標エンジントルクＴｅ_tgtまたは推定エンジントルクＴｅ_outと、推定エンジン回転数Ｎｅとにより、吸入空気量のマップを参照して、推定吸入空気量を算出する。

以上のようにして、推定エンジン回転数および推定吸入空気量が算出できるので、図２に示すマップから内燃機関の無駄時間を考慮するためのＮの値を算出する。このとき、算出されるＮの値は、内燃機関の無駄時間を考慮したものとなる。なぜなら、少なくとも推定エンジン回転数が、無駄時間Ｔを考慮して算出されたものだからである。

以上のような構成に基づく、本実施の形態に係る駆動力制御システムの動作について、図５、図６を用いて説明する。

図５は、本実施の形態に係る駆動力制御システムにおいて、要求駆動力として目標エンジントルクが、ステップ状に変化した場合の応答状態を示したものである。横軸は時間であって、縦軸は、図５（Ａ）においてはエンジントルク、図５（Ｂ）においてはエンジン回転数である。

図５（Ａ）に示すように、目標エンジントルクＴｅ_tgt（図５（Ａ）の目標Ｔｅ）がステップ状に変化すると、エンジントルク制御量Ｔｅ_ac（図５（Ａ）のＴｅ制御量）が、図２に示すマップにおいて推定エンジン回転数と推定吸入空気量とを代入して算出された伝達関数の時定数に関連する値Ｎを用いて算出される（式（３））。エンジンの遅れ特性および無駄時間を考慮しない従来の制御では、図５（Ａ）の実Ｔｅ（従来）に示すように応答性が好ましくない。なお、図５（Ａ）の実Ｔｅ（従来）は、図３（Ａ）の実Ｔｅ（従来）と同じである。本実施の形態に係る駆動力制御システムでは、図５（Ａ）の実Ｔｅ（本発明）に示すように、応答性が向上しつつ、かつ、オーバーシュートを発生させない。これは、目標エンジントルク制御量Ｔｅ_acから推定した推定エンジントルクＴｅ_outと目標エンジントルクＴｅ_tgtとの差に対して制御の応答遅れ分を補償して（１／Ｎを乗算する）、エンジントルク制御量Ｔｅ_acを算出していることに起因すること（ここまでは第１の実施の形態）に加えて、無駄時間を考慮したことに起因する。無駄時間は、この無駄時間を考慮して推定エンジン回転数および推定吸入空気量を算出して、これらの推定エンジン回転数および推定吸入空気量を用いて図２から伝達関数の時定数に関連する値Ｎを算出していることにより考慮される。

なお、図５（Ｂ）に示すように、エンジン回転数（実Ｎｅ）は、エンジントルク（実Ｔｅ）の上昇に伴い（ステップ変化から遅れて）、上昇する。

図６は、本実施の形態に係る駆動力制御システムにおいて、要求駆動力として目標エンジントルクが、ランプ状に変化した場合の応答状態を示したものである。横軸は時間であって、縦軸は、図６（Ａ）においてはエンジントルク、図６（Ｂ）においてはエンジン回転数である。

図６（Ａ）に示すように、目標エンジントルクＴｅ_tgt（図６（Ａ）の目標Ｔｅ）がランプ状に変化すると、エンジントルク制御量Ｔｅ_ac（図６（Ａ）のＴｅ制御量）が、図２に示すマップにおいて推定エンジン回転数と推定吸入空気量とを代入して算出された伝達関数の時定数に関連する値Ｎを用いて算出される（式（３））。エンジンの遅れ特性および無駄時間を考慮しない従来の制御では、図６（Ａ）の「実Ｔｅ（従来）」に示すように応答性が好ましくない。なお、図６（Ａ）の実Ｔｅ（従来）は、図４（Ａ）の実Ｔｅ（従来）と同じである。本実施の形態に係る駆動力制御システムでは、図６（Ａ）の「実Ｔｅ（本発明）」に示すように、応答性が向上する。これは、ステップ応答と同じように、目標エンジントルク制御量Ｔｅ_acから推定した推定エンジントルクＴｅ_outと目標エンジントルクＴｅ_tgtとの差に対して制御の応答遅れ分を補償して（１／Ｎを乗算する）、エンジントルク制御量Ｔｅ_acを算出していることに起因する（ここまでは第１の実施の形態）に加えて、無駄時間を考慮したことに起因する。無駄時間は、この無駄時間を考慮して推定エンジン回転数および推定吸入空気量を算出して、これらの推定エンジン回転数および推定吸入空気量を用いて図２から伝達関数の時定数に関連する値Ｎを算出していることにより考慮される。

なお、図６（Ｂ）に示すように、エンジン回転数（実Ｎｅ）は、エンジントルク（実Ｔｅ）の上昇に伴い（ランプ入力から遅れて）、上昇する。

以上のようにして、本実施の形態に係る駆動力制御システムによると、第１の実施の形態に示したように、制御量（エンジントルク制御量）から制御対象の推定量（推定エンジントルク）を算出して、この推定量と目標値（目標エンジントルク）との差に対して、制御の応答遅れ分を補償するが、この応答遅れ分を補償する係数を、無駄時間を考慮して算出した。この結果、制御の応答遅れを考慮するとともに、無駄時間要素も考慮した駆動力制御システムを提供できる。

＜その他の応答例＞
図７に、第１の実施の形態に係る駆動力制御システムおよび第２の実施の形態に係る駆動力制御システムにおいて、ステップ入力後にランプ入力を実行した場合の応答例を示す。

図７の中で、Ｔｅ制御量（１）、実Ｔｅ（１）が第１の実施の形態に係る駆動力制御システム（制御の遅れ時間を考慮）に、Ｔｅ制御量（２）、実Ｔｅ（２）が第２の実施の形態に係る駆動力制御システム（制御の遅れ時間および無駄時間を考慮）に、それぞれ対応する。

ステップ応答およびランプ応答のいずれにおいても、第１の実施の形態に係る駆動力制御システムによると、実Ｔｅ（従来）が、実Ｔｅ（１）になり、応答性が向上するがオーバシュートを発生させ制御の安定性に欠けることがわかる。第２の実施の形態に係る駆動力制御システムによると、実Ｔｅ（従来）が、実Ｔｅ（２）になり、応答性が向上するとともに、オーバシュートが回避されて制御の安定性が向上していることがわかる。

以上のように、車両に搭載された機器の伝達関数に含まれる、遅れ要素および無駄時間要素を補償して、制御応答性および制御安定性が良好な駆動力制御システムを提供することができる。

＜第３の実施の形態＞
上述した実施の形態においては、遅れ補償や、遅れ補償に加えて無駄時間補償を実行するが、このような補償（遅れや無駄時間を見越して実出力の推定値と目標値との偏差にゲインを乗算して制御量を嵩上げするように補償）を実行する。目標値が微小に変化した場合に、一律にこのような補償を実行すると、アクチュエータ（たとえば、吸入空気量を調整する電子スロットルバルブ）がハンチングして耐久性が悪化する等の問題が発生する。特に、フィードバック制御されていて安定している場合であっても（基本的に運転者および車両制御系（たとえばクルーズコントロール）による要求駆動力変化がない場合であっても）、演算により算出される目標値は常に変動している。このような変動は微小なものであって、これに対する応答性は問題とならないのが通常である。そのため、本実施の形態においては、このような微小変化に対応させて、遅れ補償を行なう。

本実施の形態に係る駆動力制御システムにおいては、
（１）目標値の微小変化に対して遅れ補償制御を実行しない
（２）目標値の微小変化（だけ）を吸収するような変更を加えてハンチング自体を回避する
こととした。以下、上記の項目に分けて説明する。

（１）目標値の微小変化の検知
微小変化を検知する方法として、以下の２つの方法がある。

（１−１）目標値（目標エンジントルクＴｅ_tgt）と推定実出力（推定エンジントルクＴｅ_out）との乖離（偏差）が、予め定められた範囲内であるときには、微小変化であることを検知する。

すなわち、図８に示すように、ΔＴｅ＝｜目標値（目標エンジントルクＴｅ_tgt）−推定実出力（推定エンジントルクＴｅ_out）｜として算出して、この偏差が予め定められた範囲内であれば（すなわち、図８の「微小変化とみなす範囲」を逸脱しない）、微小変化とみなしている。

このようにすると、偏差ΔＴｅが、図８の「微小変化とみなす範囲」を逸脱した場合にのみ（遅れ補償制御が必要であると判断されて）、遅れ補償制御が動作される。遅れ補償制御が動作されるタイミングが、図８の「遅れ補償制御を動かすタイミング」として表わされる。

なお、目標値（目標エンジントルクＴｅ_tgt）の変化が、予め定められた範囲内であるときには、微小変化であることを検知するようにしてもよい。

（１−２）目標値（目標エンジントルクＴｅ_tgt）が上昇から下降または下降から上昇することを検知して、さらにこのような変化が予め定められた範囲内であるときには、微小変化であることを検知する。

すなわち、図９に示すように、ｄＴｅ／ｄｔ（目標値の時間微分値）を算出して、時間微分値の符号が変化（＋から−または−から＋）したときであって、かつその微分値（変化量）が予め定められた範囲内であれば（すなわち、図９の「閾値」を逸脱しない）、微小変化とみなしている。

このようにすると、時間微分値ｄＴｅ／ｄｔの符号が変化（＋から−または−から＋）したときであっても、時間微分値（変化量）が、図９の「閾値」を逸脱した場合にのみ（遅れ補償制御が必要であると判断されて）、遅れ補償制御が動作される。遅れ補償制御が動作されるタイミングが、図９の「遅れ補償制御を動かすタイミング」として表わされる。

（２）目標値の微小変化を吸収するような変更を加えてハンチング自体を回避
目標値（目標エンジントルクＴｅ_tgt）が上昇から下降または下降から上昇することを検知して、さらにこのような変化が予め定められた範囲内であるときには、その変化量に不感帯を設ける。より詳しくは、ここでいう不感帯とは、目標値を修正した修正後目標値を算出するにあたり、予め定められた条件を満たす場合（目標値が上昇から下降または下降から上昇する）、修正後目標値を目標値の変化に追従させないことを意味する。すなわち、目標値が、上昇から下降に転じたり下降から上昇に転じたりしても、そのような目標値の変化に修正後目標値を反映させない。

すなわち、図１０に示すように、ｄＴｅ／ｄｔ（目標値の時間微分値）を算出して、時間微分値の符号が変化（＋から−または−から＋）したときには、その変化を検知した後の予め定められた時間内（この時間は目標値が閾値を超えるまでの時間となる）においては、目標値は変化するが、修正後目標値は最新値を保持（ホールド）している。

このようにすると、時間微分値ｄＴｅ／ｄｔの符号が変化（＋から−または−から＋）したときであっても、直ちに修正後目標値に反映されることがなくなり、目標値が閾値を超えるまで修正後目標値は目標値に追従しない不感帯を形成し、目標値が、図１０の「閾値」を超えると（目標値に追従させてもアクチュエータのハンチングが回避できると判断されて）、修正後目標値を目標値に追従させて遅れ補償制御が動作される。

このようにすると、急激に目標値が変化（目標値の時間変化率の符号が反転）した場合において、目標値の急変に対する不感帯を設けないでそのまま目標値としたのでは、アクチュエータの動作の急変を発生させハンチングを発生させてしまう。ところが、不感帯を設けて、目標値の時間変化率の符号が反転しても、修正後目標値として最新目標値（目標値の時間変化率の符号が反転する前において最新）をホールドして、アクチュエータへの制御信号に反映させない。この結果、アクチュエータのハンチングを回避できる。さらに、不感帯を設けても目標値の急変をそのまま反映させていないだけであるので（遅れ制御自体は最新目標値で実行されている）、目標値の急変をなましているわけではなく、遅れ補償を実行することになる。

本実施の形態に係る駆動力制御システムによる動作について、図１１を参照して説明する。

図１１（Ａ）が、目標値の微小変化を考えなくてもよい場合、図１１（Ｂ）が、目標値の微小変化をそのまま遅れ補償制御の操作量に反映させた結果、アクチュエータのハンチングにより実Ｔｅが不安定になる場合（従来技術）、図１１（Ｃ）が、目標値の微小変化をそのまま遅れ補償制御の操作量に反映させなかった結果、アクチュエータのハンチングが回避できて実Ｔｅが不安定にならない場合（本実施の形態）である。

以上のようにして、本実施の形態に係る駆動力制御システムによると、遅れ補償（これに加えて無駄時間補償）制御を実行するにおいて、目標値の微小変化を検知して、補償制御の要否を判断した。また、目標値の変化に対する不感帯を設けて、補償制御を追従させないようにした。この結果、不要な応答性に対応する不要な補償制御が実行されなくなって、アクチュエータのハンチングを回避できるようになった。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲はした説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る駆動力制御システムの制御ブロック図である。 トルク比をパラメータとしたエンジン回転数と伝達関数の時定数との関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る駆動力制御システムにおけるステップ入力に対する応答を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る駆動力制御システムにおけるランプ入力に対する応答を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る駆動力制御システムにおけるステップ入力に対する応答を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る駆動力制御システムにおけるランプ入力に対する応答を示す図である。 本発明の第１および第２の実施の形態に係る駆動力制御システムにおけるステップ入力およびランプ入力に対する応答を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る駆動力制御システムにおける微小変化の検知についての説明図（その１）である。 本発明の第３の実施の形態に係る駆動力制御システムにおける微小変化の検知についての説明図（その２）である。 本発明の第３の実施の形態に係る駆動力制御システムにおける微小変化の検知についての説明図（その３）である。 本発明の第３の実施の形態に係る駆動力制御システムにおける制御状態を示す図である。

符号の説明

１０００ 内燃機関モデル、２０００ 演算器、３０００ 遅れ補償器、４０００ 加算器。

Claims (9)

1. 設定された目標トルクに基づいて内燃機関の各機器を制御する制御装置であって、
   前記内燃機関の応答遅れを含んで形成されたモデル式を用いて、前記内燃機関が発生するトルクを推定するための推定手段と、
   前記推定手段により算出された推定トルクと前記目標トルクとの偏差を算出するための偏差算出手段と、
   前記偏差算出手段により算出された偏差に基づいて、前記内燃機関の応答遅れが補償されたトルク制御量を算出するための制御量算出手段と、
   前記制御量算出手段により算出されたトルク制御量に基づいて、各前記機器への指令値を生成して、各前記機器を制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記制御量算出手段は、前記偏差算出手段により算出された偏差と係数とを用いて演算した値を、前記目標トルクに加算することにより、前記トルク制御量を算出するための手段を含み、
   前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記係数を変更するための変更手段をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記変更手段は、前記内燃機関の無駄時間を含んで前記係数を変更するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記変更手段は、前記内燃機関の無駄時間に基づいて前記内燃機関の運転状態を推定して、推定された内燃機関の運転状態に基づいて前記係数を変更するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記変更手段は、前記内燃機関の回転数および吸入空気量に基づいて前記係数を変更するための手段を含む、請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記偏差算出手段により算出された偏差が、予め定められた範囲内である場合は、前記制御量算出手段による前記制御量の算出を禁止するための禁止手段をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御装置は、
   前記目標トルクの変化量を算出するための変化量算出手段と、
   前記変化量算出手段により算出された前記目標トルクの変化量が予め定められた範囲内である場合は、前記制御量算出手段による前記制御量の算出を禁止するための禁止手段とをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御装置は、
   前記目標トルクの変化量を算出するための変化量算出手段と、
   前記変化量算出手段により検知された前記目標トルクの増減が反転した場合であって、前記目標トルクの変化量が予め定められた範囲内である場合は、前記制御量算出手段による前記制御量の算出を禁止するための禁止手段とをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記制御装置は、
   前記禁止手段により前記制御量の算出を禁止されているときには、最新に算出された制御量を保持するための手段をさらに含む、請求項８に記載の内燃機関の制御装置。

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