車両の診断装置
【課題】運転状態や使用条件が燃費に与える影響を排除して車両そのものの状態によって決まる燃費を計算することが可能な車両の診断装置を提供する。
【解決手段】
車速及び加速度からエンジントルクＴｅ及び回転数Ｎｅを逆算するための駆動系モデルを記憶しておく。また、エンジントルクＴｅ及び回転数Ｎｅに燃料消費量ｑを関連付けた燃料消費マップを記憶しておく。燃料消費マップはエンジンの実際の制御結果に基づいてデータを更新する。そして、所定の周期で、或いは、所定のタイミングで、車速で定義された診断用の走行パターンをメモリから読み出し、その走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルクＴｅ及び回転数Ｎｅの変化を駆動系モデルによって計算する。そして、その計算結果と燃料消費マップとを用いて診断用走行パターンで車両を走行させた場合の燃費（モード燃費）Ｘを算出する。
【解決手段】
車速及び加速度からエンジントルクＴｅ及び回転数Ｎｅを逆算するための駆動系モデルを記憶しておく。また、エンジントルクＴｅ及び回転数Ｎｅに燃料消費量ｑを関連付けた燃料消費マップを記憶しておく。燃料消費マップはエンジンの実際の制御結果に基づいてデータを更新する。そして、所定の周期で、或いは、所定のタイミングで、車速で定義された診断用の走行パターンをメモリから読み出し、その走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルクＴｅ及び回転数Ｎｅの変化を駆動系モデルによって計算する。そして、その計算結果と燃料消費マップとを用いて診断用走行パターンで車両を走行させた場合の燃費（モード燃費）Ｘを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関によって駆動される車両の診断装置に関し、詳しくは、車両の燃費を診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両、特に、内燃機関によって駆動される車両の燃費を計算する方法に関しては、かねてより種々の方法が提案されている。例えば、特開２００６−１８３５０６号公報には、燃料噴射量とトルクとに基づいて燃費を計算する方法が開示されている。この方法によれば、所定期間におけるトルク及び回転数から内燃機関の出力が演算されるとともに、前記所定期間における総燃料供給量が演算され、機関出力と総燃料供給量との関係から燃費が演算される。
【特許文献１】特開２００６−１８３５０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１１８４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両の燃費を左右する要因には、車両の使用条件、ドライバの運転状態、そして、車両そのものの状態が含まれる。従来提案されている燃費の計算方法は、特開２００６−１８３５０６号公報に開示された方法もそうであるが、これら全ての要因を含んだ総合的な燃費を計算するための方法である。
【０００４】
しかし、計算結果に基づいて燃費の改善策を講じようとした場合、車両の使用条件やドライバの運転状態が燃費に影響しているのか、或いは、車両そのものの状態（例えば、経時変化による内燃機関の劣化）が燃費に影響しているのかによって、改善策の内容は異なったものになる。例えば、燃費の悪化が前者の要因による場合には、使用条件を見直したり運転の仕方を変えたりすることによって改善することができる。これに対して、燃費の悪化が後者の要因による場合には、それを改善するには車両の点検・整備が必要となるし、車両の劣化の進み具合によってはあまり改善できない可能性もある。従来提案されている燃費の計算方法では、燃費の悪化が前者の要因によるものなのか、或いは後者の要因によるものなのか判別することができなかった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、運転状態や使用条件が燃費に与える影響を排除して車両そのものの状態によって決まる燃費を計算することが可能な車両の診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関によって駆動される車両の診断装置であって、
車速及び加速度から前記内燃機関のトルク及び回転数を逆算するための駆動系モデルを記憶する駆動系モデル記憶手段と、
前記内燃機関のトルク及び回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータを記憶するマップデータ記憶手段と、
前記内燃機関の実際の制御結果に基づいて前記マップデータを更新するマップデータ更新手段と、
車速で定義された診断用の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、
前記走行パターンで車両を走行させた場合の前記内燃機関のトルク及び回転数の変化を前記駆動系モデルによって計算し、その計算結果と前記マップデータとを用いて前記走行パターンで車両を走行させた場合の燃費を算出する燃費算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記駆動系モデル記憶手段は、前記駆動系モデルを構成する係数或いは定数のうち、前記車両の諸元に関する係数或いは定数の書き換えが可能であることを特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量、回転数及びトルクの各実際値を用いて前記マップデータを更新することを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と要求トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と前記内燃機関の運転状態から推定される推定トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴としている。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、
前記マップデータ更新手段は、筒内圧センサによって計測される筒内圧から推定トルクを算出することを特徴としている。
【００１２】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記燃費算出手段による算出結果と所定の基準値とを比較し、前記算出結果が前記基準値に対して悪化している場合には警告を発する警告手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、診断用の走行パターンで車両を走行させた場合の内燃機関のトルク及び回転数の変化が駆動系モデルによって計算され、その計算結果とトルク及び回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータとを用いて燃費が計算される。このようにして計算された燃費は、駆動系モデルで定義された所定条件のもと診断用走行パターンで車両を走行させた場合の燃費であって、車両の使用条件やドライバの運転状態の影響は受けていない。しかも、前記マップデータは内燃機関の実際の制御結果に基づいて更新されるので、車両そのものの状態、特に、内燃機関の状態は燃費の計算結果に着実に反映されている。第１の発明によれば、運転状態や使用条件が燃費に与える影響を排除して車両そのものの状態によって決まる燃費を計算することができ、その計算結果に基づいて公平に車両を診断することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、計測される車両の状態に応じて車両の諸元に関する係数或いは定数を書き換えることによって、車両そのものの状態によって決まる燃費をより正確に計算することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、マップデータの更新に燃料消費量、回転数及びトルクの各実際値を用いることで、内燃機関の状態をマップデータに着実に反映させることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、マップデータの更新に燃料消費量及び回転数の各実際値と要求トルクとを用いることで、トルクを実測する手段を有しない場合であっても、内燃機関の状態をマップデータに着実に反映させることができる。
【００１７】
第５の発明によれば、マップデータの更新に燃料消費量及び回転数の各実際値と内燃機関の運転状態から推定される推定トルクとを用いることで、トルクを実測する手段を有しない場合であっても、内燃機関の状態をマップデータに着実に反映させることができる。
【００１８】
第６の発明によれば、筒内圧センサによって計測される筒内圧を用いることで、高い精度でトルクを推定することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、燃費が悪化したときには警告が発せられるので、車両のドライバや使用者に対して車両の点検・整備を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００２１】
本実施の形態において診断対象となる車両は、内燃機関（以下、単にエンジンという）によって駆動される車両であり、また、駆動系に手動変速機或いは電磁クラッチ式の自動変速機を有する車両である。エンジンの種類に限定はない。本実施の形態の診断装置は、このような車両に備えられる制御装置の一機能として実現される。車両の制御装置が診断装置として機能した場合の構成をブロック図で示したものが図１である。図１に示す構成は、制御装置のメモリに格納されたプログラムに従い制御装置のＣＰＵが動作することで仮想的に実現される構成である。
【００２２】
図１に示すように、診断装置は５つの要素２，４，６，８，１０から構成されている。診断装置を構成する要素の一つが、診断用の走行モードデータを記憶した走行モードデータ記憶部２である。走行モードデータは診断用の走行パターンを車速で定義したものであって、グラフで表すと図２のようになる。走行パターンの具体例としては、１０・１５モードや米国ＬＡ４モードで規定された走行パターンを挙げることができる。走行モードデータ記憶部２に記憶されている走行モードデータは外部からの書き換えが可能になっている。
【００２３】
診断装置の構成要素には燃費計算部４が含まれる。燃費計算部４は燃費モデルを用いて車両の燃費を計算する。燃費モデルは走行モードデータから燃費を計算するための計算モデルである。以下、燃費モデルで算出される燃費Ｘ［ｋｍ／ｌ］をモード燃費という。燃費モデルは駆動系モデルと燃料消費マップとから構成されている。図３は駆動系モデルの概念図である。この図に示すように、駆動系モデルはエンジンからタイヤまでのトルク及び回転の伝達特性をモデル化したものである。この駆動系モデルを逆方向から計算することで、走行モードデータからエンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｅを逆算することができる。燃料消費マップには、エンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］及びトルクＴｅ［Ｎｍ］に燃料消費量ｑ［ｇ／ｓ］が関連付けられている。駆動系モデル及び燃料消費マップを用いたモード燃費Ｘの計算方法については追って詳細に説明する。
【００２４】
診断装置はその構成要素として燃費ＯＢＤ部６を備えている。燃費ＯＢＤ部６は、燃費モデルを用いて計算されたモード燃費によって燃費診断を行う。そして、燃費診断の結果に基づき、図示しない車室内の警告ランプを用いてドライバ或いは使用者への警告を行う。診断装置による燃費診断の詳しい流れについては後述する。
【００２５】
また、診断装置の構成要素にはマップデータ学習部８が含まれる。マップデータ学習部８は、内燃機関の実際の制御結果に基づいてエンジン回転数及びトルクと燃料消費量との関係を学習し、その学習結果に基づいて所定の更新周期で燃料消費マップを更新する。ただし、マップデータ学習部８による学習が行われるのは、エンジンが通常の制御状態にある場合に限られる。通常の制御状態とは、冷間始動時の触媒暖機運転や触媒再生のためのリッチスパイクといった特別な制御が行われていない状態を意味する。学習に用いられる情報は、エンジン回転数に関してはクランク角センサによって計測される実際値であり、燃料消費量に関しては燃料噴射量から計算される実際値である。トルクに関しては、トルクセンサを備えるエンジンであれば、トルクセンサによって計測される実際値を用いることができる。トルクセンサを備えていないエンジンでは、筒内圧センサ（ＣＰＳ）が何れかの気筒に備えられていれば、筒内圧に基づいて計算される推定トルクを用いることができる。また、トルクセンサも筒内圧センサも備えていないエンジンでは、吸入空気量、点火時期及び空燃比に基づいて計算した推定トルクを用いるか、或いは、アクセル操作量等から計算される要求トルクを用いることができる。
【００２６】
さらに、診断装置はその構成要素としてモデルデータ入力部１０を備えている。駆動系モデルを構成する各種のデータ、具体的には車重やタイヤ径等の車両諸元、転がり摩擦係数等の各種の損失係数、変速機の変速パターン等のデータは、このモデルデータ入力部１０から入力することができる。例えば、タイヤ交換によってタイヤ径や転がり摩擦係数が変化した場合には、駆動系モデルのデータも書き換えることで、駆動系モデルを実車に合わせた最新のものに更新することができる。
【００２７】
次に、本実施の形態の診断装置による燃費診断の手順について図４のフローチャートを用いて説明する。図４に示すように、燃費診断の最初のステップＳ２では、燃費計算部４により燃費モデルを用いたモード燃費Ｘの計算が行われる。このステップの処理は比較的長い所定の周期で、或いは、エンジン始動時等の所定のタイミングで実行される。燃費モデルによる具体的な燃費計算の手順については後述する。
【００２８】
次のステップＳ４では、燃費ＯＢＤ部６による判定が行なわれる。燃費ＯＢＤ部６は、燃費計算部４で算出されたモード燃費Ｘに関して、次の関係が成り立つかどうか判定する。Ｘｉｎｉは基準値であって、カタログ値や新車時の計測値が用いられる。ａは１よりも小さい値の係数である。ａの値は、少なくとも以下の関係が成り立っている間は、車両そのものに燃費上の問題はないと判断できるような値に設定されている。
Ｘ＞ａ・Ｘｉｎｉ
【００２９】
上記の関係が成り立っている間は、ステップＳ２の処理とステップＳ４の判定とが繰り返し行われる。
【００３０】
上記の関係が成り立たなくなった場合、すなわち、モード燃費Ｘが許容値を超えて悪化した場合には、燃費ＯＢＤ部６によってステップＳ６の処理が実行される。燃費ＯＢＤ部６は、車室内、例えば、インパネ上の警告ランプを点灯或いは点滅させることにより運転者に対して警告を発する。
【００３１】
次に説明するように、燃費モデルを用いて算出されるモード燃費は、車両そのものの状態によって決まる燃費であり、車両の使用状態やドライバの運転状態の影響を受けていない公平な燃費の評価指標である。したがって、モード燃費が悪化したということは、車両に何らかの問題が生じている可能性がある。本実施の形態の診断装置によれば、燃費診断の結果、モード燃費が悪化していることが判明したときには警告が発せられるので、ドライバに対して車両の点検・整備を促すことができる。
【００３２】
図５は、ステップＳ２において燃費計算部４により実行される燃費計算の手順を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ２の処理はステップＳ２０２からステップＳ２１４までの処理によって成り立っている。前述のように燃費モデルは駆動系モデルと燃料消費マップとから構成されているが、ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの処理が駆動系モデルによる演算であり、燃料消費マップはステップＳ２１２の処理に用いられる。
【００３３】
燃費計算の最初のステップＳ２０２では、走行モードデータ記憶部２から燃費計算部４に走行モードデータが読み込まれる。燃費計算部４は走行モードデータから車速Ｖ［ｍ／ｓ］を取得し、車速Ｖから加速度α［ｍ／ｓ２］を算出する。詳しくは、走行モードデータで規定される走行パターンの開始から終了まで所定の時間間隔（例えば１秒間隔）で車速Ｖを取得する。そして、取得した車速Ｖから前記の時間間隔で加速度α［ｍ／ｓ２］を算出する。
【００３４】
次のステップＳ２０４では、燃費計算部４は車速Ｖ及び加速度αに基づいて走行抵抗Ｒａｌｌ［Ｎ］を算出する。走行抵抗Ｒａｌｌは以下の式に示すように空気抵抗Ｒａｉｒと転がり抵抗Ｒｒｏｌｌの和として算出することができる。
Ｒａｌｌ＝Ｒａｉｒ＋Ｒｒｏｌｌ
【００３５】
各抵抗値Ｒａｉｒ，Ｒｒｏｌｌは予め実験により予め実験によって作成したマップによって、或いは、物理式を用いて算出される。それらマップや物理式は駆動系モデルの一部を構成している。また、計算に用いられる係数や定数のうち、車重やタイヤの転がり摩擦係数といった車両の状態によって変化しうるものについては、モデルデータ入力部１０を介して書き換えることができる。
【００３６】
次のステップＳ２０６では、燃費計算部４は以下の式によって車速Ｖからタイヤ回転数Ｎａ［ｒｐｍ］を算出し、また、走行抵抗ＲａｌｌからタイヤトルクＴａ［Ｎｍ］を算出する。ここでＲはタイヤの有効半径であって、これもモデルデータ入力部１０を介して書き換えることができる。
Ｎａ＝Ｖ／（２・π・Ｒ）
Ｔａ＝Ｒａｌｌ・Ｒ
【００３７】
次のステップＳ２０８では、燃費計算部４は以下の式によってタイヤ回転数Ｎａからプロペラシャフト回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］を算出し、また、タイヤトルクＴａからプロペラシャフトトルクＴｐ［Ｎｍ］を算出する。ここでｉＤはデファレンシャルギア（Ｄ／Ｆ）のデフ比であり、ΔＴＤはＤ／Ｆにおけるトルク損失である。ΔＴＤの値は物理式、或いは、予め実験によって作成したマップによって算出される。
Ｎｐ＝Ｎａ・ｉＤ
Ｔｐ＝Ｔａ／ｉＤ＋ΔＴＤ
【００３８】
次のステップＳ２１０では、燃費計算部４は以下の式によってプロペラシャフト回転数Ｎｐからエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］を算出し、また、プロペラシャフトトルクＴｐからエンジントルクＴｅ［Ｎｍ］を算出する。ここでｉＭはトランスミッション（Ｔ／Ｍ）のギヤ比であり、ＩＥはエンジン慣性モーメントである。本実施の形態ではトランスミッションは手動である。ギヤ比ｉＭの値は予め設定された変速パターンに従い決定される。この変速パターンは、トランスミッションが電磁クラッチ式の自動変速機であれば、その制御に使用されている変速パターンであり、トランスミッションが手動変速機であれば、燃費上最適と考えられる仮想の変速パターンである。変速パターンも駆動系モデルの一部を構成している。ΔＴＭはＴ／Ｍにおけるトルク損失で、ΔＴＥはエンジン（Ｅｎｇ）におけるトルク損失である。ΔＴＥ，ΔＴＭの各値は物理式、或いは、予め実験によって作成したマップによって算出される。
Ｎｅ＝Ｎｐ・ｉＭ
Ｔｅ＝Ｔｐ／ｉＭ＋ΔＴＭ＋ΔＴＥ＋ＩＥ・ｉＤ・ｉＭ・α／Ｒ
【００３９】
ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの処理により、走行モードデータによって規定される走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルクＴｅ及びエンジン回転数Ｎｅがそれぞれ所定の時間間隔で算出される。次のステップＳ２１２では、燃費計算部２はステップＳ２１０の計算結果を燃料消費マップに当てはめ、走行モードデータで規定される走行パターンの開始から終了までの所定時間間隔毎（ここでは１秒毎）の燃料消費量ｑ［ｇ／ｓ］を算出する。
【００４０】
最後のステップＳ２１４では、燃費計算部２は、以下の式に示すように車速Ｖの時間積分値と燃料消費量ｑの時間積分値とを用いてモード燃費Ｘを算出する。各時間積分の積分区間は走行モードデータで規定される走行パターンの開始時点から終了時点までである。下式におけるρは燃料密度である。
Ｘ＝ρ・∫Ｖｄｔ／∫ｑｄｔ×１０３
【００４１】
上述のように、本実施の形態の診断装置は、診断用の走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルク及びエンジン回転数の変化を駆動系モデルによって計算し、その計算結果と燃料消費マップとを用いて車両のモード燃費を計算する。本実施の形態の診断装置によって算出されるモード燃費は、駆動系モデルで定義された所定条件のもと診断用の走行パターンで車両を走行させた場合の燃費であるので、車両の使用条件やドライバの運転状態の影響を受けることはない。しかも、燃料消費マップのデータはマップデータ学習部８によってエンジンの実際の制御結果に基づいて更新されることから、車両そのものの状態、特に、エンジンの状態はモード燃費の計算結果に着実に反映されている。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、本発明はトルコン式の自動変速機を備えた車両にも適用することができる。その場合、図５のフローチャートにおけるステップＳ２１０の処理を図６のフローチャートに示すステップＳ２２０，Ｓ２２２，Ｓ２２４及びＳ２２６の処理に置き換えればよい。
【００４３】
図６のフローチャートについて説明する。ステップＳ２２０では、プロペラシャフト回転数Ｎｐ及びプロペラシャフトトルクＴｐに基づいてトルコン回転数Ｎｃ及びトルコントルクＴｃが算出される。この計算にはトルコンの伝達特性を物理式、実験式或いはマップなどによってモデル化したトルコンモデルが用いられる。ステップＳ２２２では、トルコン回転数Ｎｃ及びトルコントルクＴｃからエンジン回転数Ｎｅ及びエンジントルクＴｅが算出される。
【００４４】
トルコン回転数Ｎｃ及びトルコントルクＴｃの計算にはトランスミッションのギヤ比ｉＭが必要となるが、その決定はシフトポジションにしたがって行われる。シフトポジションの選択はステップＳ２２６で行われる。ステップＳ２２６では、ステップＳ２２４で算出されるスロットル開度θにしたがってシフト線図よりシフトポジションが選択される。ステップＳ２２４では、ステップＳ２２２で算出されたエンジン回転数Ｎｅ及びエンジントルクＴｅに基づき、予め用意されたマップからスロットル開度θが決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態としての車両の診断装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる診断用走行パターンの一例を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態にかかる駆動系モデルの概念図である。
【図４】本発明の実施の形態において実施される燃費診断の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態において実施される燃費計算の手順の流れを示すフローチャートである。
【図６】トルコン式自動変速機を備えた車両に本発明を適用する場合の燃費計算の手順の一部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
２ 走行モードデータ記憶部
４ 燃費計算部
６ 燃費ＯＢＤ部
８ マップデータ学習部
１０ モデルデータ入力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関によって駆動される車両の診断装置に関し、詳しくは、車両の燃費を診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両、特に、内燃機関によって駆動される車両の燃費を計算する方法に関しては、かねてより種々の方法が提案されている。例えば、特開２００６−１８３５０６号公報には、燃料噴射量とトルクとに基づいて燃費を計算する方法が開示されている。この方法によれば、所定期間におけるトルク及び回転数から内燃機関の出力が演算されるとともに、前記所定期間における総燃料供給量が演算され、機関出力と総燃料供給量との関係から燃費が演算される。
【特許文献１】特開２００６−１８３５０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１１８４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両の燃費を左右する要因には、車両の使用条件、ドライバの運転状態、そして、車両そのものの状態が含まれる。従来提案されている燃費の計算方法は、特開２００６−１８３５０６号公報に開示された方法もそうであるが、これら全ての要因を含んだ総合的な燃費を計算するための方法である。
【０００４】
しかし、計算結果に基づいて燃費の改善策を講じようとした場合、車両の使用条件やドライバの運転状態が燃費に影響しているのか、或いは、車両そのものの状態（例えば、経時変化による内燃機関の劣化）が燃費に影響しているのかによって、改善策の内容は異なったものになる。例えば、燃費の悪化が前者の要因による場合には、使用条件を見直したり運転の仕方を変えたりすることによって改善することができる。これに対して、燃費の悪化が後者の要因による場合には、それを改善するには車両の点検・整備が必要となるし、車両の劣化の進み具合によってはあまり改善できない可能性もある。従来提案されている燃費の計算方法では、燃費の悪化が前者の要因によるものなのか、或いは後者の要因によるものなのか判別することができなかった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、運転状態や使用条件が燃費に与える影響を排除して車両そのものの状態によって決まる燃費を計算することが可能な車両の診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関によって駆動される車両の診断装置であって、
車速及び加速度から前記内燃機関のトルク及び回転数を逆算するための駆動系モデルを記憶する駆動系モデル記憶手段と、
前記内燃機関のトルク及び回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータを記憶するマップデータ記憶手段と、
前記内燃機関の実際の制御結果に基づいて前記マップデータを更新するマップデータ更新手段と、
車速で定義された診断用の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、
前記走行パターンで車両を走行させた場合の前記内燃機関のトルク及び回転数の変化を前記駆動系モデルによって計算し、その計算結果と前記マップデータとを用いて前記走行パターンで車両を走行させた場合の燃費を算出する燃費算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記駆動系モデル記憶手段は、前記駆動系モデルを構成する係数或いは定数のうち、前記車両の諸元に関する係数或いは定数の書き換えが可能であることを特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量、回転数及びトルクの各実際値を用いて前記マップデータを更新することを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と要求トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第１又は第２の発明において、
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と前記内燃機関の運転状態から推定される推定トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴としている。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、
前記マップデータ更新手段は、筒内圧センサによって計測される筒内圧から推定トルクを算出することを特徴としている。
【００１２】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記燃費算出手段による算出結果と所定の基準値とを比較し、前記算出結果が前記基準値に対して悪化している場合には警告を発する警告手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、診断用の走行パターンで車両を走行させた場合の内燃機関のトルク及び回転数の変化が駆動系モデルによって計算され、その計算結果とトルク及び回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータとを用いて燃費が計算される。このようにして計算された燃費は、駆動系モデルで定義された所定条件のもと診断用走行パターンで車両を走行させた場合の燃費であって、車両の使用条件やドライバの運転状態の影響は受けていない。しかも、前記マップデータは内燃機関の実際の制御結果に基づいて更新されるので、車両そのものの状態、特に、内燃機関の状態は燃費の計算結果に着実に反映されている。第１の発明によれば、運転状態や使用条件が燃費に与える影響を排除して車両そのものの状態によって決まる燃費を計算することができ、その計算結果に基づいて公平に車両を診断することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、計測される車両の状態に応じて車両の諸元に関する係数或いは定数を書き換えることによって、車両そのものの状態によって決まる燃費をより正確に計算することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、マップデータの更新に燃料消費量、回転数及びトルクの各実際値を用いることで、内燃機関の状態をマップデータに着実に反映させることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、マップデータの更新に燃料消費量及び回転数の各実際値と要求トルクとを用いることで、トルクを実測する手段を有しない場合であっても、内燃機関の状態をマップデータに着実に反映させることができる。
【００１７】
第５の発明によれば、マップデータの更新に燃料消費量及び回転数の各実際値と内燃機関の運転状態から推定される推定トルクとを用いることで、トルクを実測する手段を有しない場合であっても、内燃機関の状態をマップデータに着実に反映させることができる。
【００１８】
第６の発明によれば、筒内圧センサによって計測される筒内圧を用いることで、高い精度でトルクを推定することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、燃費が悪化したときには警告が発せられるので、車両のドライバや使用者に対して車両の点検・整備を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００２１】
本実施の形態において診断対象となる車両は、内燃機関（以下、単にエンジンという）によって駆動される車両であり、また、駆動系に手動変速機或いは電磁クラッチ式の自動変速機を有する車両である。エンジンの種類に限定はない。本実施の形態の診断装置は、このような車両に備えられる制御装置の一機能として実現される。車両の制御装置が診断装置として機能した場合の構成をブロック図で示したものが図１である。図１に示す構成は、制御装置のメモリに格納されたプログラムに従い制御装置のＣＰＵが動作することで仮想的に実現される構成である。
【００２２】
図１に示すように、診断装置は５つの要素２，４，６，８，１０から構成されている。診断装置を構成する要素の一つが、診断用の走行モードデータを記憶した走行モードデータ記憶部２である。走行モードデータは診断用の走行パターンを車速で定義したものであって、グラフで表すと図２のようになる。走行パターンの具体例としては、１０・１５モードや米国ＬＡ４モードで規定された走行パターンを挙げることができる。走行モードデータ記憶部２に記憶されている走行モードデータは外部からの書き換えが可能になっている。
【００２３】
診断装置の構成要素には燃費計算部４が含まれる。燃費計算部４は燃費モデルを用いて車両の燃費を計算する。燃費モデルは走行モードデータから燃費を計算するための計算モデルである。以下、燃費モデルで算出される燃費Ｘ［ｋｍ／ｌ］をモード燃費という。燃費モデルは駆動系モデルと燃料消費マップとから構成されている。図３は駆動系モデルの概念図である。この図に示すように、駆動系モデルはエンジンからタイヤまでのトルク及び回転の伝達特性をモデル化したものである。この駆動系モデルを逆方向から計算することで、走行モードデータからエンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｅを逆算することができる。燃料消費マップには、エンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］及びトルクＴｅ［Ｎｍ］に燃料消費量ｑ［ｇ／ｓ］が関連付けられている。駆動系モデル及び燃料消費マップを用いたモード燃費Ｘの計算方法については追って詳細に説明する。
【００２４】
診断装置はその構成要素として燃費ＯＢＤ部６を備えている。燃費ＯＢＤ部６は、燃費モデルを用いて計算されたモード燃費によって燃費診断を行う。そして、燃費診断の結果に基づき、図示しない車室内の警告ランプを用いてドライバ或いは使用者への警告を行う。診断装置による燃費診断の詳しい流れについては後述する。
【００２５】
また、診断装置の構成要素にはマップデータ学習部８が含まれる。マップデータ学習部８は、内燃機関の実際の制御結果に基づいてエンジン回転数及びトルクと燃料消費量との関係を学習し、その学習結果に基づいて所定の更新周期で燃料消費マップを更新する。ただし、マップデータ学習部８による学習が行われるのは、エンジンが通常の制御状態にある場合に限られる。通常の制御状態とは、冷間始動時の触媒暖機運転や触媒再生のためのリッチスパイクといった特別な制御が行われていない状態を意味する。学習に用いられる情報は、エンジン回転数に関してはクランク角センサによって計測される実際値であり、燃料消費量に関しては燃料噴射量から計算される実際値である。トルクに関しては、トルクセンサを備えるエンジンであれば、トルクセンサによって計測される実際値を用いることができる。トルクセンサを備えていないエンジンでは、筒内圧センサ（ＣＰＳ）が何れかの気筒に備えられていれば、筒内圧に基づいて計算される推定トルクを用いることができる。また、トルクセンサも筒内圧センサも備えていないエンジンでは、吸入空気量、点火時期及び空燃比に基づいて計算した推定トルクを用いるか、或いは、アクセル操作量等から計算される要求トルクを用いることができる。
【００２６】
さらに、診断装置はその構成要素としてモデルデータ入力部１０を備えている。駆動系モデルを構成する各種のデータ、具体的には車重やタイヤ径等の車両諸元、転がり摩擦係数等の各種の損失係数、変速機の変速パターン等のデータは、このモデルデータ入力部１０から入力することができる。例えば、タイヤ交換によってタイヤ径や転がり摩擦係数が変化した場合には、駆動系モデルのデータも書き換えることで、駆動系モデルを実車に合わせた最新のものに更新することができる。
【００２７】
次に、本実施の形態の診断装置による燃費診断の手順について図４のフローチャートを用いて説明する。図４に示すように、燃費診断の最初のステップＳ２では、燃費計算部４により燃費モデルを用いたモード燃費Ｘの計算が行われる。このステップの処理は比較的長い所定の周期で、或いは、エンジン始動時等の所定のタイミングで実行される。燃費モデルによる具体的な燃費計算の手順については後述する。
【００２８】
次のステップＳ４では、燃費ＯＢＤ部６による判定が行なわれる。燃費ＯＢＤ部６は、燃費計算部４で算出されたモード燃費Ｘに関して、次の関係が成り立つかどうか判定する。Ｘｉｎｉは基準値であって、カタログ値や新車時の計測値が用いられる。ａは１よりも小さい値の係数である。ａの値は、少なくとも以下の関係が成り立っている間は、車両そのものに燃費上の問題はないと判断できるような値に設定されている。
Ｘ＞ａ・Ｘｉｎｉ
【００２９】
上記の関係が成り立っている間は、ステップＳ２の処理とステップＳ４の判定とが繰り返し行われる。
【００３０】
上記の関係が成り立たなくなった場合、すなわち、モード燃費Ｘが許容値を超えて悪化した場合には、燃費ＯＢＤ部６によってステップＳ６の処理が実行される。燃費ＯＢＤ部６は、車室内、例えば、インパネ上の警告ランプを点灯或いは点滅させることにより運転者に対して警告を発する。
【００３１】
次に説明するように、燃費モデルを用いて算出されるモード燃費は、車両そのものの状態によって決まる燃費であり、車両の使用状態やドライバの運転状態の影響を受けていない公平な燃費の評価指標である。したがって、モード燃費が悪化したということは、車両に何らかの問題が生じている可能性がある。本実施の形態の診断装置によれば、燃費診断の結果、モード燃費が悪化していることが判明したときには警告が発せられるので、ドライバに対して車両の点検・整備を促すことができる。
【００３２】
図５は、ステップＳ２において燃費計算部４により実行される燃費計算の手順を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ２の処理はステップＳ２０２からステップＳ２１４までの処理によって成り立っている。前述のように燃費モデルは駆動系モデルと燃料消費マップとから構成されているが、ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの処理が駆動系モデルによる演算であり、燃料消費マップはステップＳ２１２の処理に用いられる。
【００３３】
燃費計算の最初のステップＳ２０２では、走行モードデータ記憶部２から燃費計算部４に走行モードデータが読み込まれる。燃費計算部４は走行モードデータから車速Ｖ［ｍ／ｓ］を取得し、車速Ｖから加速度α［ｍ／ｓ２］を算出する。詳しくは、走行モードデータで規定される走行パターンの開始から終了まで所定の時間間隔（例えば１秒間隔）で車速Ｖを取得する。そして、取得した車速Ｖから前記の時間間隔で加速度α［ｍ／ｓ２］を算出する。
【００３４】
次のステップＳ２０４では、燃費計算部４は車速Ｖ及び加速度αに基づいて走行抵抗Ｒａｌｌ［Ｎ］を算出する。走行抵抗Ｒａｌｌは以下の式に示すように空気抵抗Ｒａｉｒと転がり抵抗Ｒｒｏｌｌの和として算出することができる。
Ｒａｌｌ＝Ｒａｉｒ＋Ｒｒｏｌｌ
【００３５】
各抵抗値Ｒａｉｒ，Ｒｒｏｌｌは予め実験により予め実験によって作成したマップによって、或いは、物理式を用いて算出される。それらマップや物理式は駆動系モデルの一部を構成している。また、計算に用いられる係数や定数のうち、車重やタイヤの転がり摩擦係数といった車両の状態によって変化しうるものについては、モデルデータ入力部１０を介して書き換えることができる。
【００３６】
次のステップＳ２０６では、燃費計算部４は以下の式によって車速Ｖからタイヤ回転数Ｎａ［ｒｐｍ］を算出し、また、走行抵抗ＲａｌｌからタイヤトルクＴａ［Ｎｍ］を算出する。ここでＲはタイヤの有効半径であって、これもモデルデータ入力部１０を介して書き換えることができる。
Ｎａ＝Ｖ／（２・π・Ｒ）
Ｔａ＝Ｒａｌｌ・Ｒ
【００３７】
次のステップＳ２０８では、燃費計算部４は以下の式によってタイヤ回転数Ｎａからプロペラシャフト回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］を算出し、また、タイヤトルクＴａからプロペラシャフトトルクＴｐ［Ｎｍ］を算出する。ここでｉＤはデファレンシャルギア（Ｄ／Ｆ）のデフ比であり、ΔＴＤはＤ／Ｆにおけるトルク損失である。ΔＴＤの値は物理式、或いは、予め実験によって作成したマップによって算出される。
Ｎｐ＝Ｎａ・ｉＤ
Ｔｐ＝Ｔａ／ｉＤ＋ΔＴＤ
【００３８】
次のステップＳ２１０では、燃費計算部４は以下の式によってプロペラシャフト回転数Ｎｐからエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］を算出し、また、プロペラシャフトトルクＴｐからエンジントルクＴｅ［Ｎｍ］を算出する。ここでｉＭはトランスミッション（Ｔ／Ｍ）のギヤ比であり、ＩＥはエンジン慣性モーメントである。本実施の形態ではトランスミッションは手動である。ギヤ比ｉＭの値は予め設定された変速パターンに従い決定される。この変速パターンは、トランスミッションが電磁クラッチ式の自動変速機であれば、その制御に使用されている変速パターンであり、トランスミッションが手動変速機であれば、燃費上最適と考えられる仮想の変速パターンである。変速パターンも駆動系モデルの一部を構成している。ΔＴＭはＴ／Ｍにおけるトルク損失で、ΔＴＥはエンジン（Ｅｎｇ）におけるトルク損失である。ΔＴＥ，ΔＴＭの各値は物理式、或いは、予め実験によって作成したマップによって算出される。
Ｎｅ＝Ｎｐ・ｉＭ
Ｔｅ＝Ｔｐ／ｉＭ＋ΔＴＭ＋ΔＴＥ＋ＩＥ・ｉＤ・ｉＭ・α／Ｒ
【００３９】
ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの処理により、走行モードデータによって規定される走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルクＴｅ及びエンジン回転数Ｎｅがそれぞれ所定の時間間隔で算出される。次のステップＳ２１２では、燃費計算部２はステップＳ２１０の計算結果を燃料消費マップに当てはめ、走行モードデータで規定される走行パターンの開始から終了までの所定時間間隔毎（ここでは１秒毎）の燃料消費量ｑ［ｇ／ｓ］を算出する。
【００４０】
最後のステップＳ２１４では、燃費計算部２は、以下の式に示すように車速Ｖの時間積分値と燃料消費量ｑの時間積分値とを用いてモード燃費Ｘを算出する。各時間積分の積分区間は走行モードデータで規定される走行パターンの開始時点から終了時点までである。下式におけるρは燃料密度である。
Ｘ＝ρ・∫Ｖｄｔ／∫ｑｄｔ×１０３
【００４１】
上述のように、本実施の形態の診断装置は、診断用の走行パターンで車両を走行させた場合のエンジントルク及びエンジン回転数の変化を駆動系モデルによって計算し、その計算結果と燃料消費マップとを用いて車両のモード燃費を計算する。本実施の形態の診断装置によって算出されるモード燃費は、駆動系モデルで定義された所定条件のもと診断用の走行パターンで車両を走行させた場合の燃費であるので、車両の使用条件やドライバの運転状態の影響を受けることはない。しかも、燃料消費マップのデータはマップデータ学習部８によってエンジンの実際の制御結果に基づいて更新されることから、車両そのものの状態、特に、エンジンの状態はモード燃費の計算結果に着実に反映されている。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、本発明はトルコン式の自動変速機を備えた車両にも適用することができる。その場合、図５のフローチャートにおけるステップＳ２１０の処理を図６のフローチャートに示すステップＳ２２０，Ｓ２２２，Ｓ２２４及びＳ２２６の処理に置き換えればよい。
【００４３】
図６のフローチャートについて説明する。ステップＳ２２０では、プロペラシャフト回転数Ｎｐ及びプロペラシャフトトルクＴｐに基づいてトルコン回転数Ｎｃ及びトルコントルクＴｃが算出される。この計算にはトルコンの伝達特性を物理式、実験式或いはマップなどによってモデル化したトルコンモデルが用いられる。ステップＳ２２２では、トルコン回転数Ｎｃ及びトルコントルクＴｃからエンジン回転数Ｎｅ及びエンジントルクＴｅが算出される。
【００４４】
トルコン回転数Ｎｃ及びトルコントルクＴｃの計算にはトランスミッションのギヤ比ｉＭが必要となるが、その決定はシフトポジションにしたがって行われる。シフトポジションの選択はステップＳ２２６で行われる。ステップＳ２２６では、ステップＳ２２４で算出されるスロットル開度θにしたがってシフト線図よりシフトポジションが選択される。ステップＳ２２４では、ステップＳ２２２で算出されたエンジン回転数Ｎｅ及びエンジントルクＴｅに基づき、予め用意されたマップからスロットル開度θが決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態としての車両の診断装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる診断用走行パターンの一例を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態にかかる駆動系モデルの概念図である。
【図４】本発明の実施の形態において実施される燃費診断の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態において実施される燃費計算の手順の流れを示すフローチャートである。
【図６】トルコン式自動変速機を備えた車両に本発明を適用する場合の燃費計算の手順の一部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
２ 走行モードデータ記憶部
４ 燃費計算部
６ 燃費ＯＢＤ部
８ マップデータ学習部
１０ モデルデータ入力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関によって駆動される車両の診断装置であって、
車速及び加速度から前記内燃機関のトルク及び回転数を逆算するための駆動系モデルを記憶する駆動系モデル記憶手段と、
前記内燃機関のトルク及び回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータを記憶するマップデータ記憶手段と、
前記内燃機関の実際の制御結果に基づいて前記マップデータを更新するマップデータ更新手段と、
車速で定義された診断用の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、
前記走行パターンで車両を走行させた場合の前記内燃機関のトルク及び回転数の変化を前記駆動系モデルによって計算し、その計算結果と前記マップデータとを用いて前記走行パターンで車両を走行させた場合の燃費を算出する燃費算出手段と、
を備えることを特徴とする車両の診断装置。
【請求項２】
前記駆動系モデル記憶手段は、前記駆動系モデルを構成する係数或いは定数のうち、前記車両の諸元に関する係数或いは定数の書き換えが可能であることを特徴とする請求項１記載の車両の診断装置。
【請求項３】
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量、回転数及びトルクの各実際値を用いて前記マップデータを更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置。
【請求項４】
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と要求トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置。
【請求項５】
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と前記内燃機関の運転状態から推定される推定トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置。
【請求項６】
前記マップデータ更新手段は、筒内圧センサによって計測される筒内圧から推定トルクを算出することを特徴とする請求項５記載の車両の診断装置。
【請求項７】
前記燃費算出手段による算出値と所定の基準値とを比較し、前記算出値が前記基準値に対して悪化している場合には警告を発する警告手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両の診断装置。
【請求項１】
内燃機関によって駆動される車両の診断装置であって、
車速及び加速度から前記内燃機関のトルク及び回転数を逆算するための駆動系モデルを記憶する駆動系モデル記憶手段と、
前記内燃機関のトルク及び回転数に燃料消費量を関連付けたマップデータを記憶するマップデータ記憶手段と、
前記内燃機関の実際の制御結果に基づいて前記マップデータを更新するマップデータ更新手段と、
車速で定義された診断用の走行パターンを取得する走行パターン取得手段と、
前記走行パターンで車両を走行させた場合の前記内燃機関のトルク及び回転数の変化を前記駆動系モデルによって計算し、その計算結果と前記マップデータとを用いて前記走行パターンで車両を走行させた場合の燃費を算出する燃費算出手段と、
を備えることを特徴とする車両の診断装置。
【請求項２】
前記駆動系モデル記憶手段は、前記駆動系モデルを構成する係数或いは定数のうち、前記車両の諸元に関する係数或いは定数の書き換えが可能であることを特徴とする請求項１記載の車両の診断装置。
【請求項３】
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量、回転数及びトルクの各実際値を用いて前記マップデータを更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置。
【請求項４】
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と要求トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置。
【請求項５】
前記マップデータ更新手段は、燃料消費量及び回転数の各実際値と前記内燃機関の運転状態から推定される推定トルクとを用いて前記マップデータを更新することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の診断装置。
【請求項６】
前記マップデータ更新手段は、筒内圧センサによって計測される筒内圧から推定トルクを算出することを特徴とする請求項５記載の車両の診断装置。
【請求項７】
前記燃費算出手段による算出値と所定の基準値とを比較し、前記算出値が前記基準値に対して悪化している場合には警告を発する警告手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両の診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１５１０２１（Ｐ２０１０−１５１０２１Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２９６８５（Ｐ２００８−３２９６８５）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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