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JP5999180B2 - 車両統合制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、動力源として内燃機関を備えた車両の統合制御装置に関する。
動力源として内燃機関を備える車両の制御装置として、内燃機関の制御を自動変速機やブレーキ装置の制御と統合して行う車両統合制御装置が知られている。車両統合制御装置は、駆動系全体の運転を管理する駆動系マネージャ、内燃機関を制御するエンジン制御ユニット、自動変速機を制御する変速機制御ユニット、ブレーキ装置を制御するブレーキ制御ユニットなどから構成されている。
従来の車両統合制御装置では、内燃機関の制御方法としてトルクデマンド制御が採用されている。トルクデマンド制御によれば、駆動系マネージャからエンジン制御ユニットに対して要求トルクが与えられる。要求トルクには、運転者が要求するドライバ要求トルクが含まれている。さらに、要求トルクには、バネ上制振制御システム、変速機制御ユニット、車両姿勢安定制御システムなどの車載システムが要求するシステム要求トルクが含まれている。エンジン制御ユニットは、与えられた要求トルクに基づいて内燃機関のアクチュエータ、例えばスロットルの操作量を決定している。
駆動系マネージャは、運転者からのトルクの要求や車載システムからのトルクの要求を調停することによってエンジン制御ユニットに与えるべき要求トルクを決定する。そして、エンジン制御ユニットは、駆動系マネージャから与えられた要求トルクを実現すべくスロットルなどのアクチュエータを操作する。しかし、要求トルクの大きさによっては、必ずしも要求トルクが内燃機関により実現できるとは限らない。内燃機関によって実現できるトルクには上限があるからである。具体的には、自然吸気型の内燃機関の場合、内燃機関が出力するトルクはスロットルを全開にすることで最大となる。この最大トルクは一定値ではなく、エンジン回転数によって変化する変動値である。さらに、過給機付き内燃機関の場合は、内燃機関が出力可能な最大トルクは過給状態によって変化する。つまり、過給圧の高低によってスロットルが全開のときのトルクには違いが生じる。過給圧はアクチュエータ、例えば、ウエストゲートバルブによって能動的に制御することができる。よって、ウエストゲートバルブを備える過給機付き内燃機関の場合は、スロットルを全開にし、且つウエストゲートバルブを全閉にしたときに得られるトルクが内燃機関の最大トルクとなる。
最大トルクを超える要求トルクがエンジン制御ユニットに与えられたとしても、内燃機関は最大トルクを超えるトルクを出力することはできない。また、到底実現できない要求トルクに基づいてアクチュエータを操作してもドライバビリティを悪化させてしまうだけに成りかねない。内燃機関の運転性能を十分に引き出すためには、エンジン制御ユニットに対して適正な要求トルクを与えることが大事であり、そのためには駆動系マネージャの側において内燃機関が出力可能な最大トルクを把握しておく必要がある。
ただし、制御対象が過給機付き内燃機関の場合、単に最大トルクを把握するだけでは適正な要求トルクを決めることはできない。エンジン制御ユニットに与えられる要求トルクには、トルクの大きさに関する要求と、トルクの変化速度に関する要求とが情報として含まれている。過給機付き内燃機関の最大トルクはスロットルが全開で且つウエストゲートバルブが全閉のときに得られるトルクであるが、この最大トルクを超えないトルク範囲の全域において必ずしも要求されているトルク変化速度を実現できるとは限らない。なぜなら、スロットルの操作に対するトルクの応答速度は速いものの、ウエストゲートバルブの操作に対するトルクの応答速度は遅いからである。要求トルクの大きさがウエストゲートバルブの操作が必要となるトルク範囲にあり、且つ、要求トルクに変化速度の速いトルク成分が含まれている場合には、その変化速度のトルク成分は実現することができない可能性が有る。実現不可能な要求トルクに基づく内燃機関の制御を防止するためには、大きさだけでなく変化速度も含めた適正な要求トルクをエンジン制御ユニットに対して与えることが求められる。
なお、ここでは過給機付き内燃機関を例にとって説明したが、上述の課題はある種の自然吸気型の内燃機関にも当てはまる課題である。スロットルと可変リフト機構付き吸気弁とを備える内燃機関等、吸気通路の上流と下流に設けられた２種類のアクチュエータによって吸入空気量を制御する内燃機関では、下流側アクチュエータのみによるトルクの制御範囲と、両方のアクチュエータの操作によるトルクの制御範囲とには違いがある。さらに、下流側アクチュエータの操作に対するトルクの応答速度と、上流側アクチュエータの操作に対するトルクの応答速度とにも違いが有る。よって、このような内燃機関を制御するエンジン制御ユニットに対しても、大きさだけでなく変化速度も含めた適正な要求トルクを与えることが求められている。
以下に列挙する文献は、本出願に係る技術分野の技術水準を示す先行技術文献である。
特開２０１０−２２３１２２号公報 特開２００８−２３２０６９号公報 特開２００９−２９３６０２号公報 特開２０１０−２５５５８６号公報 特開２０１０−０６４６４５号公報 特開２０１０−１３２２５４号公報 特開２００７−１８９１５７号公報
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、駆動系マネージャからエンジン制御ユニットに対して適正な大きさと変化速度とを有する要求トルクが与えられる車両統合制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る車両統合制御装置は、内燃機関を動力源として備えた車両に適用される制御装置である。本発明に係る車両統合制御装置が適用される車両の内燃機関は、そのトルク制御に係るアクチュエータとして第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとを備える。
第１のアクチュエータは、内燃機関の吸気通路の第１の位置に設けられて第１の位置の下流の圧力に作用するアクチュエータである。好ましい第１のアクチュエータは、第１の位置の上流の圧力に対して下流の圧力を減少させるように作用するアクチュエータである。一方、第２のアクチュエータは、同吸気通路の第１の位置よりも上流の第２の位置に設けられて第２の位置の下流の圧力に作用するアクチュエータである。好ましい第２のアクチュエータは、第２の位置の上流の圧力に対して下流の圧力を上昇させるように作用するアクチュエータである。なお、第２のアクチュエータは、その動作に対する第２の位置の下流の圧力の変化速度が第１のアクチュエータの動作に対する第１の位置の下流の圧力の変化速度よりも遅いアクチュエータであってもよい。各アクチュエータの具体例を挙げると、第１のアクチュエータの例はスロットルであり、第２のアクチュエータの例はコンプレッサの回転数を制御する制御デバイス付きの過給機、例えば、ウエストゲートバルブ付き過給機である。
本発明に係る車両統合制御装置は、少なくとも、車両の駆動系全体の運転を管理する駆動系マネージャと、内燃機関を制御するエンジン制御ユニットとによって構成される。ただし、これらの他にも、自動変速機を制御する変速機制御ユニットや、ブレーキ装置を制御するブレーキ制御ユニットがさらに含まれていてもよい。各制御ユニットは駆動系マネージャからの要求や指示に基づいて担当する機械装置を制御する。
エンジン制御ユニットは、少なくとも、アクチュエータ操作ユニットと第１最大トルク演算ユニットと第２最大トルク演算ユニットとを備える。アクチュエータ操作ユニットは、駆動系マネージャから与えられる要求トルクに基づいて第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとを操作するようにプログラムされる。第１最大トルク演算ユニットは、第２のアクチュエータの操作量は能動的に変更せず第１のアクチュエータの操作量のみを能動的に変更した場合に実現できる最大トルク（以下、第１の最大トルク）をエンジン回転数に基づいて算出し、駆動系マネージャに対して第１の最大トルクを提示するようにプログラムされる。第２最大トルク演算ユニットは、第１のアクチュエータの操作量と第２のアクチュエータの操作量の両方を能動的に変更した場合に実現できる最大トルク（以下、第２の最大トルク）をエンジン回転数に基づいて算出し、駆動系マネージャに対して第２の最大トルクを提示するようにプログラムされる。
駆動系マネージャは、エンジン制御ユニットから提示される第1の最大トルク及び第２の最大トルクを参照してエンジン制御ユニットに与える要求トルクを決定するようにプログラムされる。第１の最大トルクは、第１のアクチュエータのみの操作によって実現可能なトルク範囲の上限値であるのに対し、第２の最大トルクは、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの両方の操作によって実現可能なトルク範囲の上限値である。よって、第２の最大トルクで定まるトルク範囲は、第１の最大トルクで定まるトルク範囲よりも広い。しかし、第１の最大トルクで定まるトルク範囲では、第１のアクチュエータのみの操作によって速いトルク変化を実現可能であるのに対し、第１の最大トルクから第２の最大トルクまでのトルク範囲では、第２のアクチュエータの操作を必要とするために速いトルク変化を実現することはできない。このような２種類の最大トルクが駆動系マネージャに提示されることにより、駆動系マネージャは、大きさだけでなく変化速度も含めた適正な要求トルクをエンジン制御ユニットに与えることができる。
本発明に係る車両統合制御装置の好ましい形態では、駆動系マネージャは、少なくとも、第１要求トルク演算ユニットと第２要求トルク演算ユニットとを備える。
第１要求トルク演算ユニットは、エンジン制御ユニットから提示される第２の最大トルクを参照して変化速度の遅いトルク成分である第１の要求トルクを算出するようにプログラムされる。好ましくは、第２の最大トルクを超えない範囲に第１の要求トルクの大きさを調整するようにプログラムされる。第１の要求トルクは、アクセルペダル開度を通じて伝えられる運転者からのトルクに関する要求を数値化したものとすることができる。
第２要求トルク演算ユニットは、エンジン制御ユニットから提示される第１の最大トルクと、第１要求トルク演算ユニットが算出した第1の要求トルクとを参照して変化速度の速いトルク成分である第２の要求トルクを算出するようにプログラムされる。好ましくは、第1の要求トルクに対する第１の最大トルクの余裕を超えない範囲に第２の要求トルクの大きさを調整するようにプログラムされる。第２の要求トルクは、バネ上制振制御システム、変速機制御ユニット、及び、車両姿勢安定制御システムのうち少なくとも１つからのトルクに関する要求を数値化したものとすることができる。
駆動系マネージャは、第１要求トルク演算ユニットで算出された第１の要求トルクをエンジン制御ユニットに与えるとともに、第２要求トルク演算ユニットで算出された第２の要求トルクもエンジン制御ユニットに与える。これら要求トルクのエンジン制御ユニットへの供給の態様としては、次の３つの好ましい態様が有る。第１の態様によれば、第１の要求トルクに第２の要求トルクが重ね合わされて１つの信号が生成され、その１つの信号がエンジン制御ユニットに与えられる。第２の態様によれば、第１の要求トルクに第２の要求トルクを重ね合わせた信号と第１の要求トルクを表す信号とが生成され、それら２つの信号がエンジン制御ユニットに与えられる。そして、第３の態様によれば、第１の要求トルクを表す信号と第２の要求トルクを表す信号とがそれぞれ生成され、それら２つの信号がエンジン制御ユニットに与えられる。
なお、本発明に係る車両統合制御装置が変速機制御ユニットを備えるのであれば、変速機制御ユニットは、駆動系マネージャから与えられる要求変速比に従って自動変速機を制御するようにプログラムされることが好ましい。この場合、駆動系マネージャには、変速機制御ユニットに与える要求変速比を決定する要求変速比演算ユニットが備えられる。要求変速比演算ユニットは、エンジン制御ユニットから提示される第１の最大トルクと、第１要求トルク演算ユニットが算出した第1の要求トルクとの差或いは比に関する所定の条件が満たされた場合に、要求変速比を高い変速比に変更するようにプログラムされる。
本発明の実施の形態１に係る車両統合制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るアクチュエータ操作ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る第１最大トルク演算ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る第２最大トルク演算ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る第２要求トルク演算ユニットにより実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る車両統合制御装置による要求トルクの計算結果の具体例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る車両統合制御装置による要求トルクの計算結果の具体例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る要求変速比演算ユニットにより実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る車両統合制御装置によるギヤ段の制御結果の具体例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る車両統合制御装置によるギヤ段の制御結果の具体例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る車両統合制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るアクチュエータ操作ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る車両統合制御装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両統合制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る車両統合制御装置１０は１又は複数の車載コンピュータからなり、少なくとも内燃機関２０と自動変速機３０とを統合制御する制御装置としてプログラムされる。
制御対象とされる内燃機関２０は、ターボ過給機付きのガソリンエンジンである。この内燃機関２０の吸気通路にはスロットル２２が配置されている。また、吸気通路のスロットル２２の上流にはウエストゲートバルブ２４付きのターボ過給機が取り付けられている。このような構成によれば、ウエストゲートバルブ２４の操作によってターボ過給機のコンプレッサの回転数を制御し、スロットル２２の上流の圧力である過給圧を変化させることができる。そして、スロットル２２の操作によってスロットル２２の下流の圧力である吸気管圧を変化させ、内燃機関２０の出力トルクを決定する吸入空気量を変化させることができる。つまり、スロットル２２は本発明における第１のアクチュエータに相当し、ウエストゲートバルブ２４を含めたターボ過給機の全体が本発明における第２のアクチュエータに相当する。内燃機関２０には、吸気弁のバルブタイミングを変化させるバルブタイミング可変装置２６がさらに備えられている。また、内燃機関２０には、エンジン回転数に応じた信号を出力するエンジン回転数センサ２８を含む様々なセンサが取り付けられている。
自動変速機３０は指令信号に従って変速比を変化させる電子制御式の自動変速機である。自動変速機３０は複数のギヤ間の組み合わせによって変速比を変化させる有段変速機でもよいし、プーリーの径を変化させることによって変速比を変化させる無段変速機でもよい。また、自動変速機３０はトルクコンバータ式の変速機でもよいし、クラッチ式の変速機でもよい。
車両統合制御装置１０は、駆動系マネージャ１００と、内燃機関２０を制御するエンジン制御ユニット２００と、自動変速機３０を制御する変速機制御ユニット３００とを含んでいる。命令の伝達系統の上位に位置するのが駆動系マネージャ１００であって、エンジン制御ユニット２００及び変速機制御ユニット３００はその下位に位置している。これらの他にも車両統合制御装置１０にはブレーキ装置を制御するブレーキ制御ユニット等が含まれるが、それらの図示及び説明は省略する。
駆動系マネージャ１００は、エンジン制御ユニット２００に対して要求トルク(TQrq)を与える機能と、変速機制御ユニット３００に対して要求変速比(GRrq)を与える機能とを有している。以下では、まず、駆動系マネージャ１００からエンジン制御ユニット２００に対して与えられる要求トルク(TQrq)に関係する事項から説明する。
駆動系マネージャ１００は、エンジン制御ユニット２００に与える要求トルク(TQrq)の決定において、エンジン制御ユニット２００から提示される内燃機関２０の最大トルクを参照する。エンジン制御ユニット２００が提示する最大トルクには、第１最大トルク(TQmax1)と第２最大トルク(TQmax2)の２種類がある。エンジン制御ユニット２００は２種類の最大トルク(TQmax1,TQmax2)の両方を連続的に提示している。
エンジン制御ユニット２００は、駆動系マネージャ１００から与えられた要求トルク(TQrq)に基づき各アクチュエータを操作するアクチュエータ操作ユニット２１０と、第１最大トルク(TQmax1)を計算する第１最大トルク演算ユニット２２０と、第２最大トルク(TQmax2)を計算する第２最大トルク演算ユニット２３０とを備えている。アクチュエータ操作ユニット２１０の構成は図２のブロック図に示され、第１最大トルク演算ユニット２２０の構成は図３のブロック図に示され、第２最大トルク演算ユニット２３０の構成は図４のブロック図に示されている。
アクチュエータ操作ユニット２１０は、図２に示すように、５つの演算要素２１１，２１２，２１３，２１４，２１５から構成されている。演算要素２１１は、要求トルク(TQrq)の実現に必要な吸入空気量をマップを用いて算出する。マップには、トルクと吸入空気量とがエンジン回転数、点火時期及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられている。演算要素２１１で算出された吸入空気量は内燃機関２０に対する要求吸入空気量(KLrq)となる。要求吸入空気量(KLrq)は演算要素２１２と演算要素２１５とに入力される。
演算要素２１２は、要求吸入空気量(KLrq)の実現に必要な吸気管圧を一次関数式を用いて算出する。一次関数式では、エンジン回転数とウエストゲートバルブデューティとバルブタイミングとに応じて値が決まる複数の係数を用いて吸入空気量と吸気管圧との関係が定義されている。演算要素２１２で算出された吸気管圧は内燃機関２０に対する要求吸気管圧(PMrq)となる。要求吸気管圧(PMrq)は演算要素２１３と演算要素２１４とに入力される。
演算要素２１３は、要求吸気管圧(PMrq)の実現に必要なスロットル開度をエアモデルの逆モデルを用いて算出する。エアモデルは、スロットル２２を含む各アクチュエータの動作に対する吸気通路内における圧力や流量の動特性をモデル化した物理モデルである。その逆モデルによれば、所望の圧力或いは流量を得るために必要なアクチュエータの操作量を逆算することができる。演算要素２１２で算出されたスロットル開度はスロットル２２に対する目標スロットル開度(TA)となる。エンジン制御ユニット２００は目標スロットル開度(TA)に従ってスロットル２２を操作する。
演算要素２１４は、要求吸気管圧(PMrq)の実現に必要なウエストゲートバルブ２４の操作量を算出する。ウエストゲートバルブ２４の操作量は、ウエストゲートバルブ２４を開閉動作させるソレノイドのデューティである。ウエストゲートバルブデューティの計算では、まず、要求吸気管圧(PMrq)に所定値を加算した値が要求過給圧として決定される。そして、過給圧とウエストゲートバルブデューティとを関連付けるマップ或いはモデルを用いて要求過給圧に対応するウエストゲートバルブデューティが算出される。計算で得られたウエストゲートバルブデューティはウエストゲートバルブ２４に対する目標ウエストゲートバルブデューティ(WGV)となる。エンジン制御ユニット２００は目標ウエストゲートバルブデューティに従ってウエストゲートバルブ２４を操作する。
演算要素２１５は、要求吸入空気量(KLrq)に適したバルブタイミングを算出する。バルブタイミングの計算では、吸入空気量とバルブタイミングとを関連付けるマップ或いはモデルを用いて要求吸入空気量(KLrq)に対応するバルブタイミングが算出される。演算要素２１５で算出されたバルブタイミングはバルブタイミング可変装置２６に対する目標バルブタイミング(VVT)となる。エンジン制御ユニット２００は目標バルブタイミングに従ってバルブタイミング可変装置２６を操作する。
第１最大トルク演算ユニット２２０は、図３に示すように、３つの演算要素２２１，２２２，２２３から構成されている。演算要素２２３は、現時点においてスロットル２２の上流に作用する過給圧(Pic)をエアモデルを用いて算出する。エアモデルは、各アクチュエータの動作に対する吸気通路内における圧力や流量の動特性をモデル化した物理モデルである。エアモデルを用いた計算では、現時点でのスロットル開度(TA)、ウエストゲートバルブ開度(WGV)、及びバルブタイミング(VVT)がアクチュエータ情報として用いられる。演算要素２２３で算出された過給圧(Pic)は演算要素２２２に入力される。
演算要素２２２は、現時点でのウエストゲートバルブデューティ(WGV)及びバルブタイミング(VVT)のもとでスロットル２２を全開まで開いた場合に得られる吸入空気量を過給圧(Pic)に基づいて計算する。演算要素２２２で算出される吸入空気量は、スロットル２２の操作のみで実現可能な吸入空気量の最大値である。以下、演算要素２２２で算出される吸入空気量を第１最大吸入空気量(KLmax1)と呼ぶ。演算要素２２２で算出された第１最大吸入空気量(KLmax1)は演算要素２２１に入力される。
演算要素２２１は、第１最大吸入空気量(KLmax1)と現時点のエンジン回転数(NE)と基づき内燃機関２０が出力可能なトルクを算出する。演算要素２２１で算出されるトルクが第１最大トルク(TQmax1)である。第１最大トルク(TQmax1)は、ウエストゲートバルブ２４の開度を変化させずにスロットル２２の開度のみを変化させた場合に実現可能な、現時点のエンジン回転数(NE)のもとでの最大トルクを意味する。
第２最大トルク演算ユニット２３０は、図４に示すように、３つの演算要素２３１，２３２，２３３から構成されている。演算要素２３３は、現時点のエンジン回転数(NE)において実現可能な最大過給圧(Picmax)をマップを用いて算出する。過給圧はウエストゲートバルブ２４を全閉にすることで最大となり、その最大値はエンジン回転数によって変化する。また、大気圧やスロットル開度も過給圧の最大値に影響する。マップでは、標準大気圧且つスロットル全開を前提にして、エンジン回転数ごとに最大過給圧が定められている。なお、ここでいう最大過給圧とはウエストゲートバルブ２４を全閉にした後に最終的に到達する過給圧の最大値である。演算要素２３３で算出された最大過給圧(Picmax)は演算要素２３２に入力される。
演算要素２３２は、ウエストゲートバルブ２４を全閉にし、且つ、バルブタイミング可変装置２６を吸入空気量を最大にする位置に操作した場合において、スロットル２２を全開まで開いた場合に得られる吸入空気量を最大過給圧(Picmax)に基づいて計算する。演算要素２３２で算出される吸入空気量は、スロットル２２に加えてウエストゲートバルブ２４も操作することにより実現可能となる吸入空気量の最大値である。以下、演算要素２３２で算出される吸入空気量を第２最大吸入空気量(KLmax2)と呼ぶ。演算要素２３２で算出された第２最大吸入空気量(KLmax2)は演算要素２３１に入力される。
演算要素２３１は、第２最大吸入空気量(KLmax2)と現時点のエンジン回転数(NE)と基づき内燃機関２０が出力可能なトルクを算出する。演算要素２３１で算出されるトルクが第２最大トルク(TQmax2)である。第２最大トルク(TQmax2)は、スロットル２２の開度を変化させ、且つ、ウエストゲートバルブ２４の開度も変化させた場合に実現可能な、現時点のエンジン回転数(NE)のもとでの最大トルクを意味する。
駆動系マネージャ１００は、エンジン制御ユニット２００に与える要求トルク(TQrq)を計算するための手段として、第１要求トルク演算ユニット１１０及び第２要求トルク演算ユニット１２０を備えている。第１最大トルク演算ユニット２２０で算出された第１最大トルク(TQmax1)は、第２要求トルク演算ユニット１２０に提示される。第２最大トルク演算ユニット２３０で算出された第２最大トルク(TQmax2)は、第１要求トルク演算ユニット１１０に提示される。以下、第１要求トルク演算ユニット１１０と第２要求トルク演算ユニット１２０の各機能について説明する。なお、駆動系マネージャ１００は、変速機制御ユニット３００に与える要求変速比(GRrq)を計算する要求変速比演算ユニット１３０をさらに備えている。要求変速比演算ユニット１３０の機能については後述する。
第１要求トルク演算ユニット１１０は、内燃機関２０に対する要求トルクのうち変化速度の遅いトルク成分からなる第１要求トルク(TQrq1)を算出する。第１要求トルク演算ユニット１１０には、アクセルペダル開度を通じて伝えられる運転者からのトルクに関する要求(Rq0)や、オートクルーズシステムからのトルクに関する要求(Rq1)が入力されている。第１要求トルク演算ユニット１１０は、これらの要求を調停してその調停結果に基づいて第１要求トルク(TQrq1)の大きさを決定する。その際、第２最大トルク演算ユニット２３０から提示される第２最大トルク(TQmax2)が参照され、第２最大トルク(TQmax2)を超えない範囲で第１要求トルク(TQrq1)の大きさが調整される。例えば、運転者からの要求(Rq0)に基づいて第１要求トルク(TQrq1)の大きさが決定される場合は、その要求(Rq0)が最大アクセルペダル開度に対応しているのであれば、第１要求トルク(TQrq1)は第２最大トルク(TQmax2)に合わせた大きさとされる。
第２要求トルク演算ユニット１２０は、内燃機関２０に対する要求トルクのうち変化速度の速いトルク成分からなる第２要求トルク(TQrq2)を算出する。第２要求トルク演算ユニット１２０には、バネ上制振制御システムからのトルクに関する要求(Rq2)や、変速機制御ユニットからのトルクに関する要求(Rq3)や、車両姿勢安定制御システムからのトルクに関する要求(Rq4)が入力されている。これらの要求は、高い周波数でトルクを振動させることを要求するものであったり、パルス状にトルクを変化させることを要求するものであったりする。第２要求トルク演算ユニット１２０は、これらの要求を調停してその調停結果に基づいて第２要求トルク(TQrq2)の大きさを決定する。その際、第２要求トルク演算ユニット１２０は、第１最大トルク演算ユニット２２０から提示される第１最大トルク(TQmax1)と、第１要求トルク演算ユニット１１０で算出された第１要求トルク(TQrq1)とを参照し、最終的に出力する第２要求トルク(TQrq2)の大きさを調整する。
第２要求トルク演算ユニット１２０は、図５のフローチャートに示す手順に従い、最終的に出力する第２要求トルク(TQrq2)の大きさを調整する。まず、ステップＳ１０２では、第１最大トルク(TQmax1)の第１要求トルク(TQrq1)に対する余裕がゼロ以上かどうか判定される。第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との差がゼロ以上であるならば、さらにステップＳ１０４の判定が行われる。ステップＳ１０４では、第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との差が、各要求に基づき算出された第２要求トルク(TQrq2)以上かどうか判定される。
ステップＳ１０２の判定の結果が肯定で、且つ、ステップＳ１０４の判定の結果も肯定の場合、ステップＳ１０６が選択される。ステップＳ１０６を選択した場合、第２要求トルク演算ユニット１２０は、各要求に基づき算出した第２要求トルク(TQrq2)をそのままの大きさで出力する。
ステップＳ１０２の判定の結果が肯定の場合で、ステップＳ１０４の判定の結果が否定の場合、ステップＳ１０８が選択される。ステップＳ１０８を選択した場合、第２要求トルク演算ユニット１２０は、各要求に基づき算出した第２要求トルク(TQrq2)の大きさを修正し、最終的に出力する第２要求トルク(TQrq2)の大きさは第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との差以下にする。つまり、第１要求トルク(TQrq1)に第２要求トルク(TQrq2)を加えた値が第１最大トルク(TQmax1)を超えないように第２要求トルク(TQrq2)の大きさを修正する。
ステップＳ１０２の判定の結果が否定の場合、ステップＳ１１０が選択される。ステップＳ１１０を選択した場合、第２要求トルク演算ユニット１２０は、出力する第２要求トルク(TQrq2)の大きさをゼロにする。
駆動系マネージャ１００は、第１要求トルク演算ユニット１１０から出力された第１要求トルク(TQrq1)に第２要求トルク演算ユニット１２０から出力された第２要求トルク(TQrq2)を足し合わせる。そして、その合計値を最終的な要求トルク(TQrq)としてエンジン制御ユニット２００に与える。
図６及び図７には、駆動系マネージャ１００からエンジン制御ユニット２００に与えられる要求トルク(TQrq)の計算結果の一例が、第１最大トルク(TQmax1)、第２最大トルク(TQmax2)、第１要求トルク(TQrq1)及び第２要求トルク(TQrq2)の各計算結果とエンジン回転数とともにタイムチャートで示されている。図６及び図７に示す例では、時点t0において運転者によりアクセルペダルを踏み込む操作が行われている。ただし、図６に示す例では緩やかにアクセルペダル開度が変化しているのに対し、図７に示す例では速い速度でアクセルペダル開度が変化している。つまり、図６に示す例では運転者は緩加速を要求し、図７に示す例では運転者は急加速を要求している。また、図６及び図７に示す両方の例において、運転者によるアクセルペダル操作の直ぐ後、バネ上制振制御システムから車体のピッチングを抑えるための制振トルクが要求されている。この制振トルクは高い周波数で振動するトルクであり、第２要求トルク(TQrq2)に含まれて出力される。
図６に示す例では、アクセルペダル開度に基づき計算された第１要求トルク(TQrq1)は、スロットル２２の操作のみで実現できる第１最大トルク(TQmax1)を超えていない。さらに、第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との間にも十分な余裕がある。よって、前述のステップＳ１０２の判定結果とステップＳ１０４の判定結果はともに肯定となり、高周波で振動する第２要求トルク(TQrq2)はそのままの大きさで第１要求トルク(TQrq1)に重ね合わされる。これにより、エンジン制御ユニット２００には、アクセルペダル開度の増加に応じて増加しつつ、高周波で振動する要求トルク(TQrq)が与えられる。要求トルク(TQrq)は第１最大トルク(TQmax1)を上限とするトルク範囲内に収まっているので、要求トルク(TQrq)が有する高周波の振動成分はスロットル２２の操作によって実現される。スロットル２２の操作に対するトルクの応答速度は速いことから、内燃機関２０からは要求どおりの振動成分を含むトルクが出力される。
図７に示す例では、アクセルペダル開度に基づき計算された第１要求トルク(TQrq1)は速い速度で増加し、スロットル２２の操作のみで実現できる第１最大トルク(TQmax1)を超えている。第１要求トルク(TQrq1)が第１最大トルク(TQmax1)よりも大きくなっている時点t1から時点t2までの期間は、前述のステップＳ１０２の判定結果は否定となり、第２要求トルク演算ユニット１２０から最終的に出力される第２要求トルク(TQrq2)はゼロとされる。このため、時点t1から時点t2までの期間は、第１要求トルク(TQrq1)のみで最終的な要求トルク(TQrq)が構成される。そして、第１要求トルク(TQrq1)が第１最大トルク(TQmax1)よりも小さくなって前述のステップＳ１０２の判定結果が肯定になってから、高周波で振動する第２要求トルク(TQrq2)が第２要求トルク演算ユニット１３０から出力され、第１要求トルク(TQrq1)に第２要求トルク(TQrq2)が重ね合わされる。これにより、第１要求トルク(TQrq1)が第１最大トルク(TQmax1)よりも小さくなった時点t2の以降は、高周波で振動する要求トルク(TQrq)がエンジン制御ユニット２００に与えられる。時点t2以降に与えられる要求トルク(TQrq)は第１最大トルク(TQmax1)を上限とするトルク範囲内に収まっているので、要求トルク(TQrq)がエンジン制御ユニット２００に与えられることにより、要求トルク(TQrq)が有する高周波の振動成分はエンジン制御ユニット２００によるスロットル２２の操作によって実現される。
次に、駆動系マネージャ１００から変速機制御ユニット３００に対して与えられる要求変速比(GRrq)に関係する事項について説明する。変速機制御ユニット３００は、駆動系マネージャ１００から与えられる要求変速比(GRrq)に従って自動変速機３０を操作する。なお、ここでいう変速比の概念には、自動変速機３０が有段変速機である場合にはギヤ段が含まれる。
駆動系マネージャ１００は要求変速比演算ユニット１３０を備えている。要求変速比演算ユニット１３０には、エンジン制御ユニット２００の第１最大トルク演算ユニット２２０から提示される第１最大トルク(TQmax1)と、第１要求トルク演算ユニット１１０で算出された第１要求トルク(TQrq1)とが入力される。要求変速比演算ユニット１３０は、様々な情報に基づいて変速機制御ユニット３００に与える要求変速比(GRrq)を決定する。第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)とは、要求変速比(GRrq)の決定に用いられる情報の一部である。
第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)とに基づいた要求変速比(GRrq)の決定は図８のフローチャートに示す手順に従って行われる。ステップＳ２０２では、第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との差が所定値α未満かどうか判定される。そして、ステップＳ２０２の判定の結果が肯定の場合、ステップＳ２０４が選択される。ステップＳ２０４を選択した場合、要求変速比演算ユニット１３０は、自動変速機３０にダウンシフトを行わせるべく変速機制御ユニット３００に与える要求変速比(GRrq)を大きくする。自動変速機３０にダウンシフトを行わせて変速比を大きくすることで、内燃機関２０のエンジン回転数を上昇させ、それにより内燃機関が出力可能な第１最大トルク(TQmax1)を増大させることができる。ステップＳ２０２の判定の結果が否定の場合、要求変速比演算ユニット１３０は現在の要求変速比(GRrq)を維持する。
なお、ステップＳ２０２の判定に代えて、第１要求トルク(TQrq1)に対する第１最大トルク(TQmax1)の比が所定値未満であるかどうか判定するようにしてもよい。また、第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との差が所定値未満の状態が所定時間継続したかどうか、或いは、第１要求トルク(TQrq1)に対する第１最大トルク(TQmax1)の比が所定値未満の状態が所定時間継続したかどうか判定するのでもよい。
図９及び図１０には、自動変速機３０のギヤ段の制御結果の一例が、第１最大トルク(TQmax1)、第２最大トルク(TQmax2)及び第１要求トルク(TQrq1)の各計算結果とエンジン回転数とともにタイムチャートで示されている。図９及び図１０に示す例では、時点t0において運転者によりアクセルペダルを踏み込む操作が行われている。ただし、図９に示す例では緩やかにアクセルペダル開度が変化しているのに対し、図１０に示す例では速い速度でアクセルペダル開度が変化している。つまり、図９に示す例では運転者は緩加速を要求し、図１０に示す例では運転者は急加速を要求している。
図９に示す例では、アクセルペダル開度に基づき計算された第１要求トルク(TQrq1)は、スロットル２２の操作のみで実現できる第１最大トルク(TQmax1)を超えていない。よって、前述のステップＳ２０２の判定結果は否定となり、要求変速比演算ユニット１３０から変速機制御ユニット３００に与えられる要求変速比(GRrq)は加速開始後も維持される。その結果、自動変速機３０のギヤ段も変更されることなく現状のギヤ段がそのまま維持される。
図１０に示す例では、アクセルペダル開度に基づき計算された第１要求トルク(TQrq1)は速い速度で増加し、スロットル２２の操作のみで実現できる第１最大トルク(TQmax1)を超えている。このため、第１要求トルク(TQrq1)の実現にはウエストゲートバルブ２４の操作が必要となり、ターボラグによるトルクの上昇遅れが生じる。この場合、第１最大トルク(TQmax1)と第１要求トルク(TQrq1)との差が所定値α未満になった時点t3において前述のステップＳ２０４の判定結果は肯定となり、要求変速比演算ユニット１３０から変速機制御ユニット３００に与えられる要求変速比(GRrq)は大きくされる。その結果、変速機制御ユニット３００による自動変速機３０のダウンシフト操作が行われ、自動変速機３０のギヤ段は加速前よりも所定段だけ低くされる。自動変速機３０のギヤ段が低くされることでエンジン回転数は大きく上昇し、それに伴い第１最大トルク(TQmax1)が上昇することによってターボラグは解消される。
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を用いて説明する。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る車両統合制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る車両統合制御装置は、実施の形態１に係る車両統合制御装置の構成を一部変形したものに相当する。このため、図１１には、実施の形態１に係る車両統合制御装置との相違点に関係する構成のみが示されている。
本実施の形態に係る車両統合制御装置では、第１要求トルク(TQrq1)と第２要求トルク(TQrq2)とが重ね合わされてできた要求トルク(TQrq)が駆動系マネージャ１００からエンジン制御ユニット２００に与えられる。また、それと並行して、駆動系マネージャ１００からエンジン制御ユニット２００には第１要求トルク(TQrq1)も与えられる。
図１２は、本実施の形態に係るアクチュエータ操作ユニット２１０の構成を示すブロック図である。アクチュエータ操作ユニット２１０を構成する要素のうち、実施の形態１と機能において共通する要素については図中に同一の符号を付している。本実施の形態に係るアクチュエータ操作ユニット２１０では、演算要素２１１により要求トルク(TQrq)から要求吸入空気量(KLrq)が算出され、演算要素２１２により要求吸入空気量(KLrq)から要求吸気管圧(PMrq)が算出される。そして、演算要素２１２により要求吸気管圧(PMrq)から目標スロットル開度(TA)が算出される。
また、それと並行して、演算要素２１６により第１要求トルク(TQrq1)からも要求吸入空気量(KLrq1)が算出される。そして、演算要素２１７により要求吸入空気量(KLrq1)から要求吸気管圧(PMrq1)が算出される。演算要素２１７で算出された要求吸気管圧(PMrq1)は演算要素２１４に入力され、演算要素２１４では要求吸気管圧(PMrq1)に基づいて目標ウエストゲートバルブデューティ(WGV)が算出される。また、演算要素２１６で算出された要求吸入空気量(KLrq1)は演算要素２１５に入力され、演算要素２１５では要求吸入空気量(KLrq1)に基づいて目標バルブタイミング(VVT)が算出される。
要求トルク(TQrq)に基づき算出される要求吸入空気量(KLrq)及び要求吸気管圧(PMrq)には、要求トルク(TQrq)に含まれる変化速度の速いトルク成分に応じた成分が含まれている。これに対して、第１要求トルク(TQrq1)に基づき算出される要求吸入空気量(KLrq1)及び要求吸気管圧(PMrq1)には、そのような変化速度の速い成分は含まれていない。よって、これらに基づいて決定された目標ウエストゲートバルブデューティ(WGV)及び目標バルブタイミング(VVT)に従ってウエストゲートバルブ２４及びバルブタイミング可変装置２６を操作することによって、これらのアクチュエータの無駄な動きを抑えることができる。
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を用いて説明する。
図１３は、本発明の実施の形態３に係る車両統合制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る車両統合制御装置は、実施の形態１に係る車両統合制御装置の構成を一部変形したものに相当する。このため、図１３には、実施の形態１に係る車両統合制御装置との相違点に関係する構成のみが示されている。
本実施の形態に係る車両統合制御装置では、駆動系マネージャ１００からエンジン制御ユニット２００に対して第１要求トルク(TQrq1)と第２要求トルク(TQrq2)とが別々に与えられる。エンジン制御ユニット２００のアクチュエータ操作ユニット２１０では、与えられた第１要求トルク(TQrq1)と第２要求トルク(TQrq2)とを重ね合わせた要求トルク(TQrq)を算出し、実施の形態１に係る方法と同様の方法により、要求トルク(TQrq)から目標スロットル開度(TA)、目標ウエストゲートバルブデューティ(WGV)及び目標バルブタイミング(VVT)を算出する。或いは、実施の形態２に係る方法と同様の方法により、要求トルク(TQrq)から目標スロットル開度(TA)を算出し、第１要求トルク(TQrq1)から目標ウエストゲートバルブデューティ(WGV)及び目標バルブタイミング(VVT)を算出する。
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態において内燃機関が備えるバルブタイミング可変装置は本発明においては必須ではない。少なくともスロットルとウエストゲートバルブ付きのターボ過給機とが内燃機関に備えられていればよい。
また、本発明に係る車両統合制御装置は、ウエストゲートバルブ付きターボ過給機を有する内燃機関だけでなく、可変容量型ターボ過給機を有する内燃機関や、電磁クラッチ付き機械式過給機を有する内燃機関、或いは、電動式過給機を有する内燃機関にも適用することができる。つまり、コンプレッサの回転数を制御する制御デバイスが付いた過給機を有する内燃機関であれば、本発明に係る車両統合制御装置の制御対象とすることができる。その場合、スロットルが第１のアクチュエータとみなされ、制御デバイスが付き過給機が第２のアクチュエータとみなされる。
さらに、本発明に係る車両統合制御装置における第１のアクチュエータと第２のアクチュエータは、スロットルと制御デバイス付き過給機との組み合わせには限定されない。例えば、吸気通路におけるスロットルの下流に吸気制御弁が設けられている内燃機関であれば、吸気制御弁を第１のアクチュエータとみなし、スロットルを第２のアクチュエータとみなして本発明に係る制御装置を適用することができる。また、吸気弁がリフト量或いは作用角が可変の吸気弁であるならば、吸気弁を第１のアクチュエータとみなし、スロットルを第２のアクチュエータとみなして本発明に係る車両統合制御装置を適用することができる。
１０ 車両統合制御装置
２０ 内燃機関
２２ スロットル
２４ ウエストゲートバルブ
２６ バルブタイミング可変装置
２８ エンジン回転数センサ
３０ 自動変速機
１００ 駆動系マネージャ
１１０ 第１要求トルク演算ユニット
１２０ 第２要求トルク演算ユニット
１３０ 要求変速比演算ユニット
２００ エンジン制御ユニット
２１０ アクチュエータ操作ユニット
２２０ 第１最大トルク演算ユニット
２３０ 第２最大トルク演算ユニット
３００ 変速機制御ユニット

Claims (13)

  1. 吸気通路の第１の位置に設けられて前記第１の位置の下流の圧力に作用する第１のアクチュエータと、前記吸気通路の第１の位置よりも上流の第２の位置に設けられて前記第２の位置の下流の圧力に作用する第２のアクチュエータとを有する内燃機関を動力源として備えた車両の統合制御装置において、
    車両の駆動系全体の運転を管理する駆動系マネージャと、
    前記内燃機関を制御するエンジン制御ユニットと、を備え、
    前記エンジン制御ユニットは、
    前記駆動系マネージャから与えられる要求トルクに基づいて前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを操作するアクチュエータ操作ユニットと、
    前記第２のアクチュエータの操作量は能動的に変更せず前記第１のアクチュエータの操作量のみを能動的に変更した場合に実現できる第１の最大トルクをエンジン回転数に基づいて算出し、該第１の最大トルクを前記駆動系マネージャに対して提示する第１最大トルク演算ユニットと、
    前記第１のアクチュエータの操作量と前記第２のアクチュエータの操作量の両方を能動的に変更した場合に実現できる第２の最大トルクをエンジン回転数に基づいて算出し、該第２の最大トルクを前記駆動系マネージャに対して提示する第２最大トルク演算ユニットと、を備え、
    前記駆動系マネージャは、
    前記エンジン制御ユニットから提示される前記第２の最大トルクを参照して、前記エンジン制御ユニットに与える第１の要求トルクを算出する第１要求トルク演算ユニットと、
    前記エンジン制御ユニットに与える第２の要求トルクを算出する第２要求トルク演算ユニットと、を備え、
    前記第２要求トルク演算ユニットは、
    前記第１の要求トルクよりも変化速度の速いトルク成分である暫定第２の要求トルクを算出し、
    前記エンジン制御ユニットから提示される前記第１の最大トルクと前記第１の要求トルクとを参照して前記暫定第２の要求トルクを修正し、修正後の前記暫定第２の要求トルクを前記第２の要求トルクとして算出することを特徴とする車両統合制御装置。
  2. 前記第１要求トルク演算ユニットは、前記第２の最大トルクを超えない範囲に第１の要求トルクの大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の車両統合制御装置。
  3. 前記第２要求トルク演算ユニットは、前記第1の要求トルクに対する前記第１の最大トルクの余裕を超えない範囲に第２の要求トルクの大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の車両統合制御装置。
  4. 前記第１要求トルク演算ユニットは、運転者からの要求に基づいて前記第１の要求トルクを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両統合制御装置。
  5. 前記第２要求トルク演算ユニットは、バネ上制振制御システム、変速機制御ユニット、及び、車両姿勢安定制御システムのうち少なくとも１つからの要求に基づいて前記第２の要求トルクを生成することを特徴とする請求項１又は３に記載の車両統合制御装置。
  6. 前記駆動系マネージャは、前記第１の要求トルクに前記第２の要求トルクを重ね合わせて１つの信号を生成し、該１つの信号を前記エンジン制御ユニットに与えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両統合制御装置。
  7. 前記駆動系マネージャは、前記第１の要求トルクに前記第２の要求トルクを重ね合わせた信号と前記第１の要求トルクを表す信号とを生成し、それら２つの信号を前記エンジン制御ユニットに与えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両統合制御装置。
  8. 前記駆動系マネージャは、前記第１の要求トルクを表す信号と前記第２の要求トルクを表す信号とを生成し、それら２つの信号を前記エンジン制御ユニットに与えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両統合制御装置。
  9. 前記車両統合制御装置は、前記駆動系マネージャから与えられる要求変速比に従って自動変速機を制御する変速機制御ユニットをさらに備え、
    前記駆動系マネージャは、前記変速機制御ユニットに与える前記要求変速比を決定する要求変速比演算ユニットをさらに備え、
    前記要求変速比演算ユニットは、前記第１の最大トルクと前記第1の要求トルクとの差或いは比に関する所定の条件が満たされた場合に、前記要求変速比を現在よりも高い変速比に変更することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の車両統合制御装置。
  10. 前記第１のアクチュエータは、前記第１の位置の上流の圧力に対して下流の圧力を減少させるように作用するアクチュエータであり、
    前記第２のアクチュエータは、前記第２の位置の上流の圧力に対して下流の圧力を上昇させるように作用するアクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の車両統合制御装置。
  11. 前記第２のアクチュエータは、その動作に対する前記第２の位置の下流の圧力の変化速度が前記第１のアクチュエータの動作に対する前記第１の位置の下流の圧力の変化速度よりも遅いアクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の車両統合制御装置。
  12. 前記第１のアクチュエータは、スロットルであり、
    前記第２のアクチュエータは、コンプレッサの回転数を制御する制御デバイス付きの過給機であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の車両統合制御装置。
  13. 前記第２のアクチュエータは、ウエストゲートバルブ付きのターボ過給機であることを特徴とする請求項１２に記載の車両統合制御装置。
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