JP6315433B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力源が出力するトルクを駆動系を介して車軸に供給する車両における、当該動力源の出力トルクを制御する制御装置に関する。

普遍的な自動車の動力源である内燃機関は、弾性材料を使用した防振部材を介してフレームにマウントされている。この内燃機関がフレームに対して一定以上変位したときには、ストッパが当接して内燃機関等のそれ以上の変位を阻む（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２００６−１６０９９２号公報

運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、動力源が駆動系に対し正のトルクを入力していない状況（典型的には内燃機関の燃料カット中のような、車軸側から伝わる負のトルクにより動力源の出力軸（内燃機関であれば、クランクシャフト）の回転が維持される状況）の下で、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合、動力源の出力トルクの増大に伴ってまず駆動系のギアのバックラッシュ等のガタが詰まり、しかる後に動力源の出力トルクが駆動系を介して車軸に伝達される状態となる。

動力源の出力トルクが増大し始めた直後の駆動系のガタが詰まってゆく過程では、動力源に対して駆動系から大きな機械的負荷は作用しないが、駆動系のガタがほぼ詰まると、動力源が駆動系にトルクを入力することの反作用として逆回転方向のトルクが動力源に加わる。その反作用トルクが瞬間的に大きなものであると、内燃機関がフレームに対して相対的に大きく変位し、ストッパの当接による衝撃が発生して搭乗者に違和感を与える懸念がある。

以上に鑑みてなされた本発明は、動力源の出力トルクを増大させる際に動力源が車両に対して相対的に変位することで衝撃が発生する問題を緩和ないし解消しようとするものである。

上述した課題を解決するべく、本発明では、動力源が出力するトルクを駆動系を介して車軸に供給する車両における当該動力源の出力トルクを運転者によるアクセル操作量に応じて増減させるものであって、動力源は弾性部材を介して車両のフレームに支持され、動力源がフレームに対して相対的に一定以上変位するとストッパがそれ以上の変位を規制するように構成されており、動力源が駆動系に対し正のトルクを入力していない状況下で、動力源の出力トルクの増大を要求するアクセル操作が行われる場合において、動力源が駆動系に対して正のトルクを入力することで受ける反作用により動力源がフレームに対して一定以上変位するおそれがあるときに、アクセル操作量の変化に対して動力源の出力トルクの増大を遅らせる遅延期間を設け、当該遅延期間中は動力源がフレームに対して一定以上変位するような大きなトルクを出力しないように制御することとし、前記遅延期間中における動力源の出力トルクの上限値を、車両が所在している路面が下り勾配であるならばその勾配が大きいほど高く設定し、路面が上り勾配であるならばその勾配が大きいほど低く設定する車両の制御装置を構成した。

前記動力源が内燃機関である場合には、前記遅延期間中における内燃機関の出力トルクの上限値を、内燃機関の温度が低いほど高く設定することができる。

本発明によれば、動力源の出力トルクを増大させる際に動力源が車両に対して相対的に変位し衝撃が発生する問題を緩和ないし解消することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態の内燃機関のフレームへのマウント構造を模式的に示す図。 同実施形態の制御装置が実施する制御の模様を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の車両の動力源たる車両用内燃機関９の概要を示す。本実施形態における内燃機関９は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

内燃機関９が出力するトルクは、駆動系５、６を介して車両の車軸（図示せず）ひいては駆動輪に伝達される。駆動系は、例えば、トルクコンバータ５及び変速機６（遊星歯車機構を用いた前後進切替装置及び無段変速機、または有段自動変速機）、そして車軸に直結するデファレンシャルギア（図示せず）を含む。図２に示すように、内燃機関９及び駆動系５、６は、車両のフレーム（サブフレーム、クロスメンバまたはサスペンションメンバ）７にマウントされる。

内燃機関９とフレーム７との間には、弾性素材を用いた防振部材８が介在している。防振部材８は、例えばエチレングリコール等の緩衝液体を内部に封入したゴム等の弾性体により構成される。

内燃機関９には取付ブラケット９１を設けており、このブラケット９１を防振部材８の上端部に取り付ける。ブラケット９１のフレーム７側に突出した部分の外周には、ゴム等の弾性素材を用いた被覆材を被せてある。防振部材８の下端部は、フレーム７に固定した支持部材７１に取り付けている。

さらに、支持部材７１に、例えば金属製のストッパとして働く部材７２を固定している。このストッパ部材７２はアーチ状をなし、ブラケット９１を跨ぐように位置付けられる。

内燃機関９がフレーム７に対して相対的に変位するとき、防振部材８が弾性変形する。内燃機関９のフレーム７に対する変位量が一定値を超えると、内燃機関９側のブラケット９１（の被覆材を被せた部分）がフレーム７側のストッパ部材７２に当接し、内燃機関９のそれ以上の変位が抑止される。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を計測する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を計測するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、要求負荷）として計測するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を計測する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、車両の加速度や路面の傾斜を計測する加速度センサから出力される加速度信号ｅ、内燃機関９の冷却水温を計測するセンサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、トルクコンバータ５及び変速機６で使用される作動流体（潤滑油でもある）の温度を計測するセンサから出力される油温信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、変速機６に対して変速比制御信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関９の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関９の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、変速比等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、車両の運転状況に応じて、インジェクタ１１からの燃料噴射を一時中断する燃料カットを行う。即ち、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。

ＥＣＵ０が制御するスロットルバルブ３２の開度は、原則として、運転者によるアクセル操作量、つまりはアクセルペダルの踏込量（の変化量）に応じて決定する。しかし、内燃機関９が駆動系５、６に対し正のトルクを入力していない状況下で、アクセルペダルの踏込量が増加した場合においては、アクセルペダルの踏込量の変化に対してスロットルバルブ３２の開度の増大を遅らせる遅延期間を設ける。

内燃機関９が駆動系５、６に対し正のトルクを入力していない状況とは、内燃機関９の出力トルクが小さく（燃料噴射量が僅少または０であり）、内燃機関９の出力軸であるクランクシャフトから駆動系５、６にトルクが入力されていない状況をいい、典型的には燃料カットの実行中がこれに当たる。このとき、内燃機関９のクランクシャフトは、駆動系５、６を介して車軸からトルクの入力を受けることでその回転が維持されている。

既に述べた通り、燃料カット中に運転者がアクセルペダルを踏み込むと、その踏込量の増大により燃料カット終了条件が成立して気筒１への燃料供給を再開することになる。その際、平時と同様にアクセルペダルの踏込量に応じてスロットルバルブ３２の開度を拡大するのではなく、図３に示すように、燃料カット終了条件の成立時点Ｔの直後の時期に、アクセルペダルの踏込量如何によらずスロットルバルブ３２の開度を上限値Ｌ以下に抑制する。その期間が、上記の遅延期間である。スロットルバルブ３２の開度を上限値Ｌ以下に抑制することにより、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量も抑制され、内燃機関９の出力トルクが抑制される。

上限値Ｔは、運転者によるアクセル操作に呼応して内燃機関９の出力トルクを増大させようとするときのエンジン回転数、変速機６の変速比（または、シフトポジション）、内燃機関９の温度、車両が所在している路面の傾斜、車両の走行距離等に応じて定める。

この上限値Ｔは、内燃機関９のクランクシャフトから駆動系のトルクコンバータ５に入力されるトルクが負（即ち、トルクコンバータ５からクランクシャフトにトルクが伝わる状態）から正（クランクシャフトからトルクコンバータ５にトルクが伝わる状態）に切り替わる条件である。あるいは、この上限値Ｌは、駆動系５、６のギアのバックラッシュ等のガタが詰まったときにクランクシャフトが駆動系５、６から受ける反作用トルクにより、内燃機関９がフレーム７に対して変位しブラケット９１がストッパ７２に当接する直前の値とする。

内燃機関９の温度は、例えば水温センサを介して検出される内燃機関９の冷却水温、または油温センサを介して検出される駆動系５、６に用いられる作動流体の温度を以てこれに宛てる。内燃機関９の温度は、内燃機関９内部のメカロス（フリクションロス）を示唆する。内燃機関９の温度が低いほど、内燃機関９の各部を潤滑する潤滑油の粘性が高く、メカロスは大きくなる。故に、同じスロットルバルブ３２開度（吸気量及び燃料噴射量）に対してクランクシャフトから駆動系５、６に伝わるトルクが小さくなる。従って、内燃機関９の温度が低いほど、上限値Ｌは高くなる。

車両が所在している路面の傾斜は、車速センサを介して検出される実車速及び加速度センサを介して検出される加速度から判明する。路面が下り勾配であり、その勾配が大きいほど、内燃機関９の出力トルクを増大させても駆動系５、６のガタが詰まりにくくなるので、上限値Ｌは高くなる。逆に、路面が上り勾配であり、その勾配が大きいほど、駆動系５、６のガタが詰まりやすくなるので、上限値Ｌは低くなる。

車両の走行距離は、例えば出荷時若しくは前回の検査（メンテナンス）時からの累積走行距離であって、車両に実装されたオドメータまたはトリップメータから知得することができ、車速センサを介して検出した車速を時間積分して算出することもできる。車両の走行距離が大きいほど、防振部材８の経年変化の度合いも大きくなるので、上限値Ｌは低くなる。

ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関９の出力トルクを増大させようとするときのエンジン回転数、変速機６の変速比（または、シフトポジション）、内燃機関９の温度、車両が所在している路面の傾斜、車両の走行距離等と、これに対応する上限値Ｌとの関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、燃料カット条件成立時等の、内燃機関９から駆動系５、６に入力するトルクが負から正へと切り替わる契機において、エンジン回転数、変速比（または、シフトポジション）、内燃機関９の温度、路面の傾斜、走行距離等をキーとして当該マップを検索し、上限値Ｌを知得する。そして、当該契機の直後の遅延期間の時期には、たとえアクセルペダルの踏込量が大きくとも、スロットルバルブ３２の開度を当該上限値Ｌ以下に抑える。遅延期間の長さは、実験的に適宜決定すればよい。

本実施形態では、動力源９が出力するトルクを駆動系５、６を介して車軸に供給する車両における当該動力源９の出力トルクを運転者によるアクセル操作量に応じて増減させるものであって、動力源９が駆動系５、６に対し正のトルクを入力していない状況下で、動力源９の出力トルクの増大を要求するアクセル操作が行われる場合において、動力源９のメカロスに影響を及ぼすパラメータ（内燃機関９の潤滑油温度）を参照し、動力源９が駆動系５、６に対して正のトルクを入力するようになる条件Ｌを知得するとともに、アクセル操作量の変化に対して動力源９の出力トルクの増大を遅らせる遅延期間を設け、当該遅延期間中は動力源９が前記条件Ｌを超えて大きなトルクを出力しないように制御することを特徴とする車両の制御装置０を構成した。

並びに、本実施形態では、動力源９が出力するトルクを駆動系５、６を介して車軸に供給する車両における当該動力源９の出力トルクを運転者によるアクセル操作量に応じて増減させるものであって、動力源９は弾性部材８を介して車両のフレーム７に支持され、動力源９がフレーム７に対して相対的に一定以上変位するとストッパ７２がそれ以上の変位を規制するように構成されており、動力源９が駆動系５、６に対し正のトルクを入力していない状況下で、動力源９の出力トルクの増大を要求するアクセル操作が行われる場合において、動力源９が駆動系５、６に対して正のトルクを入力することで受ける反作用により動力源９がフレーム７に対して一定以上変位するおそれがあるときに、アクセル操作量の変化に対して動力源９の出力トルクの増大を遅らせる遅延期間を設けることを特徴とする車両の制御装置０を構成した。そして、前記遅延期間中は動力源９がフレーム７に対して一定以上（ブラケット９１がストッパ７２に当接するほどに）変位するような大きなトルクを出力しないように制御するようにした。

本実施形態によれば、燃料カット終了直後等の動力源９の出力トルクを増大させる際に、動力源９が車両に対し相対的に変位してストッパ７２部位で衝撃が発生する問題を緩和ないし解消できる。特に、動力源９の温度によって動力源９自体のメカロスが変化するため、動力源９から駆動系５、６に伝わるトルクが変化するが、そのことを考慮に入れて上限値Ｌを定めるようにしていることから、駆動系５、６のガタが詰まる直前までは動力源９の出力トルクを速やかに立ち上げ、駆動系５、６のガタが詰まる頃合いで出力トルクを制限して、適切に衝撃を抑止することが可能となる。ブラケット９１がストッパ７２に衝突しない程度であれば、動力源９の出力トルクを増大させることが許容されるので、加速のレスポンスも損なわれない。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、スロットルバルブ３２の開度に対して上限値Ｌを定め、スロットルバルブ３２の開度を抑制することによって動力源である内燃機関９の出力トルクを抑制していたが、これとともに、またはこれに代えて、インジェクタ１１からの燃料噴射量や、各気筒１における燃焼の回数に上限値を定め、燃料噴射量または燃焼回数を抑制するようにしてもよい。燃焼回数の抑制とは、いわゆる燃焼の間引き（各気筒１に順次訪れるサイクルの一部において、敢えて燃料を噴射せず、膨張行程での燃料の燃焼を発生させない）である。

また、動力源９は、内燃機関には限られない。ハイブリッド自動車や電気自動車であれば、電動機が動力源９として用いられるが、これについても本発明の技術思想を適用することが当然に可能である。この場合には、動力源９たる電動機への印加電流または印加電圧に上限を定め、当該電動機９の出力トルクの抑制を行う。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両の動力源の出力トルクの制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１…インジェクタ
３２…スロットルバルブ
５、６…駆動系（トルクコンバータ、変速機）
９…動力源（内燃機関）
ｆ…冷却水温度信号
ｈ…作動流体温度信号

Claims (2)

1. 動力源が出力するトルクを駆動系を介して車軸に供給する車両における当該動力源の出力トルクを運転者によるアクセル操作量に応じて増減させるものであって、
   動力源は弾性部材を介して車両のフレームに支持され、動力源がフレームに対して相対的に一定以上変位するとストッパがそれ以上の変位を規制するように構成されており、
   動力源が駆動系に対し正のトルクを入力していない状況下で、動力源の出力トルクの増大を要求するアクセル操作が行われる場合において、
   動力源が駆動系に対して正のトルクを入力することで受ける反作用により動力源がフレームに対して一定以上変位するおそれがあるときに、アクセル操作量の変化に対して動力源の出力トルクの増大を遅らせる遅延期間を設け、当該遅延期間中は動力源がフレームに対して一定以上変位するような大きなトルクを出力しないように制御することとし、
   前記遅延期間中における動力源の出力トルクの上限値を、車両が所在している路面が下り勾配であるならばその勾配が大きいほど高く設定し、路面が上り勾配であるならばその勾配が大きいほど低く設定する車両の制御装置。
2. 前記動力源が内燃機関であり、前記遅延期間中における内燃機関の出力トルクの上限値を、内燃機関の温度が低いほど高く設定する請求項１記載の車両の制御装置。

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