車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラム
【課題】車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムを提供する。
【解決手段】車両を加速操作するための車両パワートレイン制御方法であって、車両加速要求に応じて車両を加速させるための所定期間継続する車両の一次目標加速度波形Ａを演算する工程と、一次目標加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aが所定制限加速度ＧMAXとなるように、一次目標加速度波形Ａの振幅を前記所定期間ＴGにわたり略一定の割合（補正係数Ｋ）で減少補正した二次目標加速度波形Ｂを演算する工程と、二次目標加速度波形Ｂに基づいて車両パワートレインを制御する工程と、を備えた。
【解決手段】車両を加速操作するための車両パワートレイン制御方法であって、車両加速要求に応じて車両を加速させるための所定期間継続する車両の一次目標加速度波形Ａを演算する工程と、一次目標加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aが所定制限加速度ＧMAXとなるように、一次目標加速度波形Ａの振幅を前記所定期間ＴGにわたり略一定の割合（補正係数Ｋ）で減少補正した二次目標加速度波形Ｂを演算する工程と、二次目標加速度波形Ｂに基づいて車両パワートレインを制御する工程と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムに係り、特に車両運転条件に応じて所望の目標加速度を達成するように車両パワートレインを制御する方法及び該方法を実行するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両運転条件に応じて車両の目標加速度を設定し、車両がこの目標加速度を発生するように、車両のパワートレイン（例えばエンジン）をフィードバック制御する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、これにより、車両運転条件に応じた適切な加速度を車両に発生させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両パワートレイン等の動力系が実現可能な車両加速度は、車両運転条件に応じて変動する。例えば、気圧の低い高地では、内燃機関が発生可能なトルクは、低地で発生可能なトルクと比べて低下する。このため、実際の車両加速度が、意図した最大加速度まで到達せずに所定値に制限され、実際の加速度波形が予定された加速度波形とずれ、ドライバが体感する加速感を心地よいものとすることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、車両を加速操作するための車両パワートレイン制御方法であって、車両加速要求に応じて車両を加速させるための所定期間継続する車両の一次目標加速度波形を演算する工程と、一次目標加速度波形の最大加速度が所定制限加速度となるように、一次目標加速度波形の振幅を前記所定期間にわたり略一定の割合で減少補正した二次目標加速度波形を演算する工程と、二次目標加速度波形に基づいて車両パワートレインを制御する工程と、を備えたることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明によれば、一次目標加速度波形の振幅を一定割合で減少補正することで、車両運転条件の変化に応じて、車両加速期間全体にわたり波形バランスを維持することができる。これにより、車両運転条件にかかわらず、ドライバに適切な加速感を提供することができる。
【０００８】
また、本発明において好ましくは、制限加速度を車両運転条件に応じて変更する工程を更に備える。このように構成された本発明によれば、車両運転条件に応じて制限加速度が変更されるので、車両運転条件にかかわらず二次目標加速度波形を達成するように車両制御可能とすることができる。
【０００９】
また、本発明において好ましくは、車両運転条件が、最大エンジン出力に影響を与えるパラメータである。このように構成された本発明によれば、車両運転条件の変化によって最大エンジン出力が影響を受けても、ドライバに一定の加速感を演出することができる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、一次目標加速度波形と二次目標加速度波形の継続期間が実質的に等しい。このように構成された本発明によれば、加速度の振幅が縮小補正されているが、継続期間が実質的に等しくされるので、ドライバに同様な加速感を提供することができる。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、二次目標加速度波形演算工程では、車両加速要求に応じて二次目標加速度波形を演算する。このように構成された本発明によれば、車両運転状況の変化にかかわらず、常にドライバに一定の加速感を提供することができる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、第１運転条件において、車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、所定期間継続する第１加速度波形に追従するように車両パワートレインを制御する工程と、第２運転条件において、車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、所定期間継続する第２加速度波形に追従するように前記車両パワートレインを制御する工程と、を備え、第１加速度波形及び第２加速度波形の振幅が前記所定期間にわたり、略一定の相対関係を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、運転条件が変わっても、同じ長さの所定期間にわたって、略一定の相対関係を有する第１加速度波形と第２加速度波形で、車両パワートレインを制御するので、ドライバに同種の加速感を提供することができる。
【００１４】
また、上記の目的を達成するために、本発明のプログラムは、車両パワートレインを制御する制御器で実行されることによって、上記車両パワートレイン制御方法を実現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムによれば、車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面図１乃至図６を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は車両パワートレインの説明図、図２はエンジンシステムの概略構成図、図３は通常運転状態におけるエンジン制御フローチャート、図４はエンジン制御器の機能ブロック図、図５は加速度波形の概念図、図６は目標加速度波形の説明図である。
【００１７】
本実施形態では、本発明のパワートレイン制御方法をＦＲ車両のパワートレインに適用した例を示す。
図１に示すように、本実施形態の車両１は、左右の後輪２ａ，２ｂが駆動輪，左右の前輪が従動輪であるＦＲ車両であり、この車両１のパワートレイン３は、エンジン４と、このエンジンに接続された自動変速機５等を備えて構成されている。
【００１８】
自動変速機５は、ロックアップクラッチ５ｂを有するトルクコンバータ（流体継手）５ａと変速歯車機構５ｃとからなり、エンジン４からの駆動力はドライブシャフト６，差動装置７，左右の車軸８ａ，８ｂを介して左右の後輪２ａ，２ｂに伝達される。
【００１９】
エンジンシステムは、エンジン４と、エンジン４を制御するエンジン制御器１００とを備えている。また、エンジン４には、オルタネータやエアコン等のエンジン補機９が設けられている。
エンジン制御器１００は、種々のセンサからの信号に基づき、エンジン４に付随するアクチュエータに制御信号を出力してエンジン４を制御する。また、エンジン制御器１００は、自動変速機５の変速段を変速マップに基づいて自動制御する変速制御や、ロックアップクラッチ５ｂに対する締結制御等を行う。
【００２０】
図２に示すように、エンジン４は、火花点火式内燃機関であって、第１〜第４の４つのシリンダ１１を有する。ただし、エンジン４は、いかなる数のシリンダを有するものであってもよい。エンジン４は、図示しない出力軸が自動変速機５を介して駆動輪２ａ，２ｂに連結されている。エンジン４の出力が駆動輪２ａ，２ｂに伝達されることによって車両が推進する。
【００２１】
エンジン４は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、ブロック１２の内部にシリンダ１１が形成されている。シリンダブロック１２には、ジャーナル、ベアリング等によりクランクシャフト１４が回転自在に支持されており、このクランクシャフト１４が、コネクティングロッド１６を介してピストン１５に連結されている。
【００２２】
ピストン１５は、各シリンダ１１内に摺動自在に嵌挿されており、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。図には１つのみ示すが、各シリンダ１１に対して２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれが燃焼室１７に連通している。同様に、各シリンダ１１に対して２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれが燃焼室１７に連通している。
【００２３】
図２に示すように、吸気弁２１及び排気弁２２は、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構３０により、排気弁２２は排気弁駆動機構４０により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉する。
【００２４】
吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、それぞれ吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１を有する。カムシャフト３１，４１は、カムシャフト／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１４に連結されている。動力伝達機構は、クランクシャフト１４が二回転する間に、カムシャフト３１，４１を一回転させる。
【００２５】
吸気弁駆動機構３０は、吸気カムシャフト３１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）３２を含んで構成されている。ＶＶＴ３２は、動力伝達機構と吸気カムシャフト３１との間に設けられている。このＶＶＴ３２は、クランクシャフト１４により直接駆動され且つ吸気カムシャフト３１と同軸に配置された被駆動軸（図示省略）と吸気カムシャフト３１との間に、エンジン制御器１００からの制御信号（バルブ位相角）θVVT_Dに応じた位相差を設けるように構成されている。これにより、空気量（有効圧縮比）の調整が行われる。
【００２６】
ＶＶＴ３２は、例えば液圧式や電磁式等の位相可変機構とすることができる。液圧式の場合、被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間に周方向に並ぶ複数の液室を設け、それらの液室間に圧力差を設けることによって、前記位相差を作り出すことができる。電磁式の場合、被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間に電磁石と一方向に位相差を設けるような付勢力を生じるスプリングとを有する構成とし、その電磁石に電力を付与することによって前記位相差を作り出すことができる。
吸気カムシャフト３１の位相角は、カム位相センサ３５により検出され、その出力信号θVVT_Aがエンジン制御器１００に入力される。
【００２７】
点火プラグ５１は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火システム５２は、エンジン制御器１００からの制御信号（点火時期）ＳＡDを受けて、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。これにより、点火時期の調整が行われる。
【００２８】
燃料噴射弁５３は、例えばブラケットを使用する等、周知の構造でシリンダヘッド１３の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。燃料噴射弁５３の先端は、上下方向については２つの吸気ポート１８の下方に、また、水平方向については２つの吸気ポート１８の中間に位置して、燃焼室１７内に臨んでいる。
【００２９】
燃料供給システム５４は、燃料噴射弁５３に燃料を昇圧して供給する高圧ポンプ（図示せず）と、この高圧ポンプに対して燃料タンクからの燃料を送る配管やホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路と、を備えている。この電気回路は、エンジン制御器１００からの制御パルス信号（燃料噴射量）ＦＰDを受けて燃料噴射弁５３のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室１７内に噴射させる。これにより、燃料供給量の調整が行われる。
【００３０】
吸気ポート１８は、吸気マニホルド５５内の吸気通路５５ｂによってサージタンク５５ａに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流は、スロットルボデー５６を通過してサージタンク５５ａに供給される。スロットルボデー５６にはスロットル弁５７が配置されており、このスロットル弁５７は、サージタンク５５ａに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットル・アクチュエータ５８が、エンジン制御器１００からの制御信号（スロットル開度）ＴＶＯDを受けて、スロットル弁５７の開度を調整する。これにより、空気量（吸気管圧力）の調整が行われる。
【００３１】
排気ポート１９は、排気マニホルド６０内の排気通路を介して排気管内の通路に連通している。排気マニホルド６０内よりも下流の排気通路には、１つ以上の触媒コンバータ６１を有する排気ガス浄化システムが配置されている。触媒コンバータ６１は、三元触媒、リーンＮＯX触媒、酸化触媒等とすることができ、それ以外にも、特定の燃料制御手法による排気ガス浄化の目的にかなうものであれば、いかなるタイプの触媒としてもよい。
【００３２】
また、排気ガスの一部を吸気系に循環させる（以下、ＥＧＲともいう）ために、吸気マニホルド５５（スロットル弁５７よりも下流側）と排気マニホルド６０との間がＥＧＲパイプ６２によって接続されている。排気側の圧力は吸入側よりも高いので、排気ガスの一部は吸気マニホルド５５に流れ込むようになり（ＥＧＲガスと呼ぶ）、この吸気マニホルド５５から燃焼室１７に吸入される新気と混ざることになる。ＥＧＲパイプ６２にはＥＧＲバルブ６３が配設され、このバルブ６３によってＥＧＲガスの流量を調整する。ＥＧＲバルブ・アクチュエータ６４は、エンジン制御器１００からの制御信号ＥＧＲOPENを受けて、ＥＧＲバルブ６３の開度を調整する。
【００３３】
エンジン制御器１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、車両パワートレインの制御方法を記憶したプログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。
【００３４】
エンジン制御器１００は、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７５からのアクセル開度信号α，自動変速機５の出力軸の回転速度を検出する車速センサ７６からの車速信号ＶＳＰ，勾配センサ７７からの路面勾配（車両傾斜）θ，大気圧センサ７８からの大気圧Ｐ，温度センサ７９からのエンジンルーム温度ＴE，空調機８０からの操作信号ＡＣ，エアフローセンサ７１からの吸気流量ＡＦ，吸気圧センサ７２からの吸気マニホルド圧ＭＡＰ，クランク角センサ７３からのクランク角パルス信号，酸素濃度センサ７４からの排気ガスの酸素濃度ＥＧＯ等の種々の入力を受ける。エンジン制御器１００は、クランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転数ＮENGを計算する。
【００３５】
また、エンジン制御器１００は、上述の種々の入力に基づいて、例えば、所望のスロットル開度ＴＶＯD、燃料噴射量ＦＰD、点火時期ＳＡD、バルブ位相角θVVT_D等のエンジン４の制御パラメータを計算し、それらの信号を、スロットル・アクチュエータ５８，燃料供給システム５４，点火システム５２，ＶＶＴ３２等に出力する。
【００３６】
図３は、エンジン制御器１００が実行する制御フローの概略を示している。この制御フローは、エンジン４の始動後の通常（定常）運転状態において、エンジン制御器１００が実行するフローである。
【００３７】
この処理フローでは、エンジン制御器１００は、まず各種信号を読み込み（ステップＳ１）、引き続いてアクセル開度α，エンジン回転数ＮENG，車速ＶＳＰに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、目標トルクＴＱDを算出する（ステップＳ２）。
【００３８】
次いで、エンジン制御器１００は、算出した目標トルクＴＱD，エンジン回転数ＮENGに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、燃料噴射量ＦＰD，要求気筒空気充填量ＣＥD，点火時期ＳＡDを算出する（ステップＳ３）。
【００３９】
そして、エンジン制御器１００は、要求気筒空気充填量ＣＥD，エンジン回転数ＮENGに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、目標バルブ位相角θVVT_Dを算出する（ステップＳ４）。このマップは、要求気筒空気充填量ＣＥDとエンジン回転数ＮENGの組合せに対して、目標バルブ位相角θVVT_Dが対応付けられたものである。
【００４０】
次いで、エンジン制御器１００は、要求気筒空気充填量ＣＥD，エンジン回転数ＮENGに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、目標スロットル開度ＴＶＯDを算出する（ステップＳ５）。このマップは、要求気筒空気充填量ＣＥDとエンジン回転数ＮENGの組合せに対して、目標スロットル開度ＴＶＯDが対応付けられたものである。
【００４１】
そして、エンジン制御器１００は、算出したスロットル開度ＴＶＯD，点火時期ＳＡD，バルブ位相角θVVT_D，燃料噴射量ＦＰDに基づいて、それぞれスロットル・アクチュエータ５８，点火システム５２，ＶＶＴ３２，燃料供給システム５４を制御する（ステップＳ６）。
【００４２】
次に、エンジン制御器１００が実行する駆動力制御について説明する。この制御は、車両加減速時，駆動負荷の変化時等に行われる制御である。
図４は、この駆動力制御を行うためのエンジン制御器１００の機能ブロック図である。本実施形態では、駆動力制御を行うために、エンジン制御器１００は、加速度目標設定部１１０と、加速度目標制御部１２０と、トルク目標制御部１３０とを備えている。
【００４３】
加速度目標設定部１１０は、現在の車両運転条件に応じて、ドライバからの加速要求等に基づいて目標出力である目標加速度ＧDを算出し、目標加速度ＧD（目標出力）を加速度目標制御部１２０に出力するように構成されている。この目標加速度ＧDは、図５に示すような加速度波形（加速度特性）で与えられる。
【００４４】
図５に示す目標加速度波形は、定常走行状態からアクセルを所定位置まで踏み込んだ状態を示しており、アクセル踏み込みから所定の遅れ時間ＴL経過後に立ち上がり始め、所定の時定数で最大加速度ＧMAXまで立ち上がった後、この最大加速度ＧMAXから徐々に減少する形状に設定されている。図５では、この加速度波形は、立ち上がりから定常状態に継続期間ＴGで戻るように設定されている。
【００４５】
加速度目標制御部１２０は、目標加速度ＧDに基づいて車両パワートレインモデルからなる仮想空間でシミュレートされた予測加速度ＧS（仮想出力）を、目標加速度ＧD（目標出力）に対してフィードバックして、予測加速度ＧSをフィードバック制御すると共に、予測加速度ＧSを算出するまでの途中の工程で算出される目標トルクＴＱD（仮想出力パラメータ）をトルク目標制御部１３０に出力するように構成されている。したがって、加速度目標制御部１２０は、予測加速度ＧSを目標加速度ＧDに追従させるようにフィードバック制御を行う。
【００４６】
加速度目標制御部１２０は、具体的には、フィードバック制御部１２１と、エンジンモデル（第１モデル）１２２と、車両構造に関する駆動系の伝達モデルである車両モデル（第２モデル）１２３を備えている。エンジンモデル１２２と車両モデル１２３により、車両パワートレインモデルが構成されている。
フィードバック制御部１２１は、制御要素であり、比較器から受け取った目標加速度ＧDと予測加速度ＧSとの偏差ｅ（＝ＧD−ＧS）である動作信号により、エンジンの仮想の操作量（仮想制御パラメータ）であるスロットル開度ＴＶＯ，点火時期ＳＡ，バルブ位相角θVVT，燃料噴射量ＦＰをフィードバック制御により調整し、エンジンモデル１２２に出力する。
このフィードバック制御部１２１は、例えばＰＩ制御器で構成することができる。この場合、偏差ｅを入力としたときの出力は以下の式で表される。
【００４７】
ＴＶＯ_n＝ＴＶＯ_n-1＋ｅn・ＫI1＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP1
ＳＡ_n＝ＳＡ_n-1＋ｅn・ＫI2＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP2
θVVT_n＝θVVT_n-1＋ｅn・ＫI3＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP3
ＦＰ_n＝ＦＰ_n-1＋ｅn・ＫI4＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP4
上式中、変数をＸとしたとき、Ｘ_n，Ｘ_n-1は、それぞれ今回の処理値，前回（単位ステップ時間前）の処理値を表している。また、ＫI，ＫPは、それぞれ積分係数，比例係数である。
【００４８】
なお、本実施形態では、フィードバック制御部１２１でエンジンの操作量として、吸入空気量（吸気管圧力，有効圧縮比），点火時期，燃料供給量に関連する上記４つの操作量を用いているが、これらから選択した１以上の操作量のみを用いてもよい。例えば、エンジン出力に最も支配的であるスロットル開度ＴＶＯのみを操作量としてもよい。また、他のパワートレイン負荷に関する制御操作量を用いてもよい。さらに、フィードバック制御として、ＰＩ制御以外にもＰＩＤ制御や他の制御方法を採用してもよい。
【００４９】
エンジンモデル１２２及び車両モデル１２３は制御対象であり、最終段の車両モデル１２３からは制御量として予測加速度ＧS（仮想目標出力）が出力される。また、上述のように、最終段の前段のエンジンモデル１２２からは目標トルクＴＱD（仮想出力パラメータ）が出力される。
エンジンモデル１２２，車両モデル１２３は、それぞれエンジン４，車両の駆動系の計算モデルである。エンジン４及び車両の駆動系は、機械系のガタ，すべり，弾性等に起因する応答遅れ時間（無駄時間）を有している。
【００５０】
これらの計算モデルは、定常モデルと、過渡応答モデルからなる。定常モデルは、入力（ＴＶＯ，ＳＡ，θVVT，ＦＰ又はＴＱD）に対する定常状態での出力（ＴＱD´又はＧS´）の関係が与えられている。また、過渡応答モデルは、遅れ時間及び所定の時定数を加味したものであり、出力に対する過渡応答出力（ＴＱD又はＧS）の関係が与えられている。
【００５１】
エンジンモデル１２２は、車両運転条件に応じて、フィードバック制御部１２１から受け取った操作量に基づいて、エンジン４から出力されるトルクの予測値を出力する。この予測値は、目標トルクＴＱDとされ、車両モデル１２３及びトルク目標制御部１３０に出力される。
車両モデル１２３は、目標トルクＴＱDを受け取り、車両運転条件に応じて、車両に発生する加速度の予測値（予測加速度ＧS）を出力し、これを比較器に戻している。
【００５２】
このように、本実施形態では、加速度目標制御部１２０において、目標加速度ＧDに基づいて、実機の仮想モデルであるエンジンモデル１２２及び車両モデル１２３を介して、予測加速度ＧSをシミュレーションにより算出し、これをフィードバック制御している。すなわち、本実施形態の加速度目標制御では、実際に出力された実加速度を用いてフィードバック制御するのではなく、仮想空間内で予測した予測加速度ＧSを用いてフィードバック制御している。
【００５３】
したがって、予測加速度ＧSには、実加速度のように理想的な制御値への収束を乱す外乱要素が含まれていない。すなわち、本実施形態の加速度目標制御部１２０では、外乱要素を排除することができる。また、エンジンモデル１２２及び車両モデル１２３では、遅れ時間を実際のエンジン及び駆動系の遅れ時間よりも小さい値に設定してもよく、又は遅れ時間をなくしてもよい。
これにより、加速度目標制御部１２０では、制御量である予測加速度ＧSを理想的な加速度波形に収束させ、これらの偏差を極めて低減することができる。
【００５４】
また、これに伴って、予測加速度ＧSと同様に、エンジンモデル１２２の出力値である目標トルクＴＱDも外乱要素等の影響を排除することができる。したがって、出力される目標トルクＴＱDも理想的な目標トルク値に収束させることができる。
【００５５】
トルク目標制御部１３０は、車両運転条件に応じ、このようにして得られた目標トルクＴＱDに基づいて、エンジン逆モデル１３１を用いて操作量（制御パラメータ）であるスロットル開度ＴＶＯD，点火時期ＳＡD，バルブ位相角θVVT_D，燃料噴射量ＦＰDを算出する。トルク目標制御部１３０には過渡トルクが入力するので、トルク目標制御部１３０は、要求スピードと要求トルク変化量等から、マップデータ等に基づいて上記操作量の最適な出力値の組合せを算出するように構成されている。
【００５６】
このように、トルク目標制御部１３０は、目標加速度ＧDに対してフィードバック系を振動させる要因である外乱等の影響を受けないように実加速度を用いずに算出された目標トルクＴＱDを用いて、エンジン逆モデル１３１から操作量（制御パラメータ：ＴＶＯD，ＳＡD，θVVT_D，ＦＰD）を逆算して求めている。
エンジン逆モデル１３１は、エンジンモデル１２２と入出力が逆となる計算モデルであり、目標トルクＴＱDから、上記４つの制御パラメータを算出可能となっている。
【００５７】
エンジン制御器１００は、トルク目標制御部１３０で算出された上記操作量（ＴＶＯD，ＳＡD，θVVT_D，ＦＰD）により、それぞれスロットル・アクチュエータ５８，点火システム５２，ＶＶＴ３２，燃料供給システム５４を制御する。
このようにトルク目標制御部１３０から出力される操作量によってエンジン４を制御することにより、車両パワートレイン３は、目標加速度ＧDに近似した滑らかな加速度波形を形成する実加速度を発生させることができる。
【００５８】
次に、加速度目標設定部１１０が行う目標加速度ＧDの設定方法について説明する。
本実施形態では、加速度目標設定部１１０は、規範加速度モデル１１１と限界加速度予測モデル１１２を用いて、目標加速度ＧDを決定する。
【００５９】
規範加速度モデル１１１は、ドライバからの運転操作信号やセンサ出力等（アクセル開度α，エンジン回転数ＮENG，車速ＶＳＰ，ブレーキスイッチ信号，変速段状態等の信号）を受け取り、所定のアルゴリズムにしたがって、後述する外的負荷がない場合における加速度波形である基準加速度波形Ａ（図６参照）を出力するように構成されている。
【００６０】
規範加速度モデル１１１は、車両加速要求であるアクセル開度αをモニターしており、遅れ時間を考慮し、アクセル開度αの時間変化率Δα＞０（又は所定値）の場合（ドライバがアクセルを全開方向に変位させている間）に、基準加速度を単位加速度ｄ1（Ｇ／秒）（ｄ1＞０）の割合で増加させ、時間変化率Δα≦０の場合（ドライバがアクセルを停止又は戻している間）に、基準加速度を単位加速度ｄ2（Ｇ／秒）（ｄ2＜０）の割合で減少させる。ただし、１Ｇ＝９．８６６５（ｍ／ｓ2）である。なお、時間変化率Δα＝０の場合には、アクセル開度αに応じた基準加速度まで基準加速度が増加してから、減少処理が行われるように制御される。
本実施形態では、この単位加速度ｄ1，ｄ2は、一定値に設定されている。なお、これに限らず、単位加速度ｄ1，ｄ2の大きさをアクセル開度α，時間変化率Δαに連動させてもよい。
【００６１】
また、規範加速度モデル１１１は、アクセル開度αの大きさに応じて基準加速度の上限値である上限加速度Ｇlimit_Uをマップから設定し、この上限加速度Ｇlimit_Uを制限値として、リミット処理を行う。例えば、基準加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aは、所定条件でアクセル開度αが全開（１００％）の場合に０．４Ｇ，５０％の場合に０．２Ｇというように制限される。
また、規範加速度モデル１１１は、アクセルが戻された場合には、下限加速度Ｇlimit_Lをマップから設定し、これを制限値としてリミット処理を行う。
【００６２】
一方、限界加速度予測モデル１１２は、車両運転条件に基づいて、規範加速度モデル１１１が出力する基準加速度を達成するのに障害となる外的負荷を推定し、基準加速度波形（一次目標加速度波形）Ａを補正するための信号を出力するように構成されている。すなわち、外的負荷に起因してエンジン出力限界に達した場合には、アクセル開度αにかかわらず加速度波形が頭打ちになり、目標加速度ＧDを達成することができなくなってしまう。このため、限界加速度予測モデル１１２は、基準加速度波形Ａをエンジン出力限界によって制限されない目標加速度波形（二次目標加速度波形）Ｂに補正するための信号を出力する。
【００６３】
上述のように外的負荷は、最大エンジン出力に影響を与えるパラメータであり、具体的には、路面の登坂勾配や、空気密度の低下等である。限界加速度予測モデル１１２は、勾配センサ７７からの路面勾配θ，大気圧センサ７８からの大気圧Ｐ，温度センサ７９からのエンジンルーム温度ＴE等の信号を受け取り、これらから外的負荷の大きさを推定する。
【００６４】
限界加速度予測モデル１１２は、車両運転条件下で、外的負荷がない状態でアクセル開度αを所定開度から全開まで変位させたときに達成可能な最大加速度ＧAと、受け取った信号による外的負荷がある状態でアクセル開度αを所定開度から全開まで変位させたときに達成可能な最大加速度ＧBとに基づき、補正係数Ｋをこれらの比（Ｋ＝ＧB／ＧA）として算出し、加速度目標設定部１１０に出力する。
この場合、規範加速度モデル１１１で算出された基準加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aは、限界加速度予測モデル１１２により、車両運転条件に応じて制限加速度である最大加速度ＧMAX（ＧMAX_A×補正係数Ｋ）に変更（制限）される。
【００６５】
加速度目標設定部１１０は、規範加速度モデル１１１から基準加速度波形Ａを受け取り、限界加速度予測モデル１１２から補正係数Ｋを受け取り、図６に示すように基準加速度波形Ａを順次、補正係係数Ｋで補正する。すなわち、加速度目標設定部１１０は、基準加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aが最大加速度ＧMAXとなるように、基準加速度波形Ａに補正係数Ｋを乗じることにより振幅を縮小して、補正した加速度波形（目標加速度波形）Ｂを形成する。これにより、目標加速度波形Ｂは、同じ継続時間ＴGを有するが、振幅が基準加速度波形Ａを補正係数Ｋに応じた縮尺で縮小された形状となり、基準加速度波形Ａと略一定の相対関係を有する。そして、加速度目標設定部１１０は、この補正波形に基づいて目標加速度ＧDを出力する。
【００６６】
なお、外的負荷がない場合は、Ｋ＝１となる。したがって、基準加速度波形Ａが目標加速度波形Ｂとなる。
また、外的負荷以外の車両運転条件が同じであれば、外的負荷がある場合の目標加速度波形Ｂは、外的負荷がない場合の目標加速度波形Ｂ（基準加速度波形Ａ）と同じ継続時間ＴGを有するものとなり、両者は振幅が相違するものの同種の加速感をドライバに演出することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、規範加速度モデル１１１が基準加速度（波形）を出力するように構成されているが、これに限らず、規範加速度モデル１１１が単位加速度ｄ1，ｄ2を出力し、加速度目標設定部１１０が単位加速度ｄ1，ｄ2及び限界加速度予測モデル１１２から受け取った補正係数Ｋに基づいて、基準加速度波形Ａ及び目標加速度波形Ｂを演算するように構成してもよい。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、車両運転条件に応じて、車両加速要求によって算出された基準加速度波形Ａが、補正係数Ｋによって振幅が縮小された目標加速度波形Ｂに補正される。補正係数Ｋは、車両運転条件に応じて達成可能な最大加速度に基づいて算出されたものであるから、車両は、任意の車両運転条件において、加速度波形が頭打ちになってしまうことなく、出力可能なエンジン出力の範囲内で、目標加速度波形Ｂで求められた目標加速度ＧDを達成することができる。
【００６９】
ドライバは、加速度の変位（波形）に対する感度が高く、最大加速度が大きいことよりも、加速度波形が理想形状（基準加速度波形及びこれと大きさが比例関係にある目標加速度波形を含む）に近い方が、より心地よい加速感を得ることができる。このため、加速度目標設定部１１０は、最大加速度を高く維持することよりも、上述のように加速度波形の理想形状又は波形バランスを保持することを優先させて、目標加速度ＧDを演算している。これにより、本実施形態では、車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、目標加速度波形を三角波状の波形として説明したが、これに限らず、最大加速度値を有する形状であれば任意の波形形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態による車両パワートレインの説明図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態による通常運転状態におけるエンジン制御フローチャートである。
【図４】本発明の実施形態によるエンジン制御器の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による加速度波形の概念図である。
【図６】本発明の実施形態による目標加速度波形の説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車両
３ 車両パワートレイン
４ エンジン
５ 自動変速機
１１ シリンダ
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
３０ 吸気弁駆動機構
３２ ＶＶＴ
５１ 点火プラグ
５２ 点火システム
５３ 燃料噴射弁
５４ 燃料供給システム
５６ スロットルボデー
５７ スロットル弁
５８ スロットル・アクチュエータ
７５ アクセル開度センサ
７６ 車速センサ
１００ エンジン制御器
１１０ 加速度目標設定部
１２０ 加速度目標制御部
１２１ フィードバック制御部
１２２ エンジンモデル
１２３ 車両モデル
１３０ トルク目標制御部
１３１ エンジン逆モデル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムに係り、特に車両運転条件に応じて所望の目標加速度を達成するように車両パワートレインを制御する方法及び該方法を実行するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両運転条件に応じて車両の目標加速度を設定し、車両がこの目標加速度を発生するように、車両のパワートレイン（例えばエンジン）をフィードバック制御する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、これにより、車両運転条件に応じた適切な加速度を車両に発生させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両パワートレイン等の動力系が実現可能な車両加速度は、車両運転条件に応じて変動する。例えば、気圧の低い高地では、内燃機関が発生可能なトルクは、低地で発生可能なトルクと比べて低下する。このため、実際の車両加速度が、意図した最大加速度まで到達せずに所定値に制限され、実際の加速度波形が予定された加速度波形とずれ、ドライバが体感する加速感を心地よいものとすることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、車両を加速操作するための車両パワートレイン制御方法であって、車両加速要求に応じて車両を加速させるための所定期間継続する車両の一次目標加速度波形を演算する工程と、一次目標加速度波形の最大加速度が所定制限加速度となるように、一次目標加速度波形の振幅を前記所定期間にわたり略一定の割合で減少補正した二次目標加速度波形を演算する工程と、二次目標加速度波形に基づいて車両パワートレインを制御する工程と、を備えたることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明によれば、一次目標加速度波形の振幅を一定割合で減少補正することで、車両運転条件の変化に応じて、車両加速期間全体にわたり波形バランスを維持することができる。これにより、車両運転条件にかかわらず、ドライバに適切な加速感を提供することができる。
【０００８】
また、本発明において好ましくは、制限加速度を車両運転条件に応じて変更する工程を更に備える。このように構成された本発明によれば、車両運転条件に応じて制限加速度が変更されるので、車両運転条件にかかわらず二次目標加速度波形を達成するように車両制御可能とすることができる。
【０００９】
また、本発明において好ましくは、車両運転条件が、最大エンジン出力に影響を与えるパラメータである。このように構成された本発明によれば、車両運転条件の変化によって最大エンジン出力が影響を受けても、ドライバに一定の加速感を演出することができる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、一次目標加速度波形と二次目標加速度波形の継続期間が実質的に等しい。このように構成された本発明によれば、加速度の振幅が縮小補正されているが、継続期間が実質的に等しくされるので、ドライバに同様な加速感を提供することができる。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、二次目標加速度波形演算工程では、車両加速要求に応じて二次目標加速度波形を演算する。このように構成された本発明によれば、車両運転状況の変化にかかわらず、常にドライバに一定の加速感を提供することができる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、第１運転条件において、車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、所定期間継続する第１加速度波形に追従するように車両パワートレインを制御する工程と、第２運転条件において、車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、所定期間継続する第２加速度波形に追従するように前記車両パワートレインを制御する工程と、を備え、第１加速度波形及び第２加速度波形の振幅が前記所定期間にわたり、略一定の相対関係を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、運転条件が変わっても、同じ長さの所定期間にわたって、略一定の相対関係を有する第１加速度波形と第２加速度波形で、車両パワートレインを制御するので、ドライバに同種の加速感を提供することができる。
【００１４】
また、上記の目的を達成するために、本発明のプログラムは、車両パワートレインを制御する制御器で実行されることによって、上記車両パワートレイン制御方法を実現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両パワートレイン制御方法及び該方法を実行するプログラムによれば、車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面図１乃至図６を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は車両パワートレインの説明図、図２はエンジンシステムの概略構成図、図３は通常運転状態におけるエンジン制御フローチャート、図４はエンジン制御器の機能ブロック図、図５は加速度波形の概念図、図６は目標加速度波形の説明図である。
【００１７】
本実施形態では、本発明のパワートレイン制御方法をＦＲ車両のパワートレインに適用した例を示す。
図１に示すように、本実施形態の車両１は、左右の後輪２ａ，２ｂが駆動輪，左右の前輪が従動輪であるＦＲ車両であり、この車両１のパワートレイン３は、エンジン４と、このエンジンに接続された自動変速機５等を備えて構成されている。
【００１８】
自動変速機５は、ロックアップクラッチ５ｂを有するトルクコンバータ（流体継手）５ａと変速歯車機構５ｃとからなり、エンジン４からの駆動力はドライブシャフト６，差動装置７，左右の車軸８ａ，８ｂを介して左右の後輪２ａ，２ｂに伝達される。
【００１９】
エンジンシステムは、エンジン４と、エンジン４を制御するエンジン制御器１００とを備えている。また、エンジン４には、オルタネータやエアコン等のエンジン補機９が設けられている。
エンジン制御器１００は、種々のセンサからの信号に基づき、エンジン４に付随するアクチュエータに制御信号を出力してエンジン４を制御する。また、エンジン制御器１００は、自動変速機５の変速段を変速マップに基づいて自動制御する変速制御や、ロックアップクラッチ５ｂに対する締結制御等を行う。
【００２０】
図２に示すように、エンジン４は、火花点火式内燃機関であって、第１〜第４の４つのシリンダ１１を有する。ただし、エンジン４は、いかなる数のシリンダを有するものであってもよい。エンジン４は、図示しない出力軸が自動変速機５を介して駆動輪２ａ，２ｂに連結されている。エンジン４の出力が駆動輪２ａ，２ｂに伝達されることによって車両が推進する。
【００２１】
エンジン４は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、ブロック１２の内部にシリンダ１１が形成されている。シリンダブロック１２には、ジャーナル、ベアリング等によりクランクシャフト１４が回転自在に支持されており、このクランクシャフト１４が、コネクティングロッド１６を介してピストン１５に連結されている。
【００２２】
ピストン１５は、各シリンダ１１内に摺動自在に嵌挿されており、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。図には１つのみ示すが、各シリンダ１１に対して２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれが燃焼室１７に連通している。同様に、各シリンダ１１に対して２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれが燃焼室１７に連通している。
【００２３】
図２に示すように、吸気弁２１及び排気弁２２は、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構３０により、排気弁２２は排気弁駆動機構４０により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉する。
【００２４】
吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、それぞれ吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１を有する。カムシャフト３１，４１は、カムシャフト／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１４に連結されている。動力伝達機構は、クランクシャフト１４が二回転する間に、カムシャフト３１，４１を一回転させる。
【００２５】
吸気弁駆動機構３０は、吸気カムシャフト３１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）３２を含んで構成されている。ＶＶＴ３２は、動力伝達機構と吸気カムシャフト３１との間に設けられている。このＶＶＴ３２は、クランクシャフト１４により直接駆動され且つ吸気カムシャフト３１と同軸に配置された被駆動軸（図示省略）と吸気カムシャフト３１との間に、エンジン制御器１００からの制御信号（バルブ位相角）θVVT_Dに応じた位相差を設けるように構成されている。これにより、空気量（有効圧縮比）の調整が行われる。
【００２６】
ＶＶＴ３２は、例えば液圧式や電磁式等の位相可変機構とすることができる。液圧式の場合、被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間に周方向に並ぶ複数の液室を設け、それらの液室間に圧力差を設けることによって、前記位相差を作り出すことができる。電磁式の場合、被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間に電磁石と一方向に位相差を設けるような付勢力を生じるスプリングとを有する構成とし、その電磁石に電力を付与することによって前記位相差を作り出すことができる。
吸気カムシャフト３１の位相角は、カム位相センサ３５により検出され、その出力信号θVVT_Aがエンジン制御器１００に入力される。
【００２７】
点火プラグ５１は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火システム５２は、エンジン制御器１００からの制御信号（点火時期）ＳＡDを受けて、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。これにより、点火時期の調整が行われる。
【００２８】
燃料噴射弁５３は、例えばブラケットを使用する等、周知の構造でシリンダヘッド１３の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。燃料噴射弁５３の先端は、上下方向については２つの吸気ポート１８の下方に、また、水平方向については２つの吸気ポート１８の中間に位置して、燃焼室１７内に臨んでいる。
【００２９】
燃料供給システム５４は、燃料噴射弁５３に燃料を昇圧して供給する高圧ポンプ（図示せず）と、この高圧ポンプに対して燃料タンクからの燃料を送る配管やホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路と、を備えている。この電気回路は、エンジン制御器１００からの制御パルス信号（燃料噴射量）ＦＰDを受けて燃料噴射弁５３のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室１７内に噴射させる。これにより、燃料供給量の調整が行われる。
【００３０】
吸気ポート１８は、吸気マニホルド５５内の吸気通路５５ｂによってサージタンク５５ａに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流は、スロットルボデー５６を通過してサージタンク５５ａに供給される。スロットルボデー５６にはスロットル弁５７が配置されており、このスロットル弁５７は、サージタンク５５ａに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットル・アクチュエータ５８が、エンジン制御器１００からの制御信号（スロットル開度）ＴＶＯDを受けて、スロットル弁５７の開度を調整する。これにより、空気量（吸気管圧力）の調整が行われる。
【００３１】
排気ポート１９は、排気マニホルド６０内の排気通路を介して排気管内の通路に連通している。排気マニホルド６０内よりも下流の排気通路には、１つ以上の触媒コンバータ６１を有する排気ガス浄化システムが配置されている。触媒コンバータ６１は、三元触媒、リーンＮＯX触媒、酸化触媒等とすることができ、それ以外にも、特定の燃料制御手法による排気ガス浄化の目的にかなうものであれば、いかなるタイプの触媒としてもよい。
【００３２】
また、排気ガスの一部を吸気系に循環させる（以下、ＥＧＲともいう）ために、吸気マニホルド５５（スロットル弁５７よりも下流側）と排気マニホルド６０との間がＥＧＲパイプ６２によって接続されている。排気側の圧力は吸入側よりも高いので、排気ガスの一部は吸気マニホルド５５に流れ込むようになり（ＥＧＲガスと呼ぶ）、この吸気マニホルド５５から燃焼室１７に吸入される新気と混ざることになる。ＥＧＲパイプ６２にはＥＧＲバルブ６３が配設され、このバルブ６３によってＥＧＲガスの流量を調整する。ＥＧＲバルブ・アクチュエータ６４は、エンジン制御器１００からの制御信号ＥＧＲOPENを受けて、ＥＧＲバルブ６３の開度を調整する。
【００３３】
エンジン制御器１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、車両パワートレインの制御方法を記憶したプログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。
【００３４】
エンジン制御器１００は、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７５からのアクセル開度信号α，自動変速機５の出力軸の回転速度を検出する車速センサ７６からの車速信号ＶＳＰ，勾配センサ７７からの路面勾配（車両傾斜）θ，大気圧センサ７８からの大気圧Ｐ，温度センサ７９からのエンジンルーム温度ＴE，空調機８０からの操作信号ＡＣ，エアフローセンサ７１からの吸気流量ＡＦ，吸気圧センサ７２からの吸気マニホルド圧ＭＡＰ，クランク角センサ７３からのクランク角パルス信号，酸素濃度センサ７４からの排気ガスの酸素濃度ＥＧＯ等の種々の入力を受ける。エンジン制御器１００は、クランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転数ＮENGを計算する。
【００３５】
また、エンジン制御器１００は、上述の種々の入力に基づいて、例えば、所望のスロットル開度ＴＶＯD、燃料噴射量ＦＰD、点火時期ＳＡD、バルブ位相角θVVT_D等のエンジン４の制御パラメータを計算し、それらの信号を、スロットル・アクチュエータ５８，燃料供給システム５４，点火システム５２，ＶＶＴ３２等に出力する。
【００３６】
図３は、エンジン制御器１００が実行する制御フローの概略を示している。この制御フローは、エンジン４の始動後の通常（定常）運転状態において、エンジン制御器１００が実行するフローである。
【００３７】
この処理フローでは、エンジン制御器１００は、まず各種信号を読み込み（ステップＳ１）、引き続いてアクセル開度α，エンジン回転数ＮENG，車速ＶＳＰに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、目標トルクＴＱDを算出する（ステップＳ２）。
【００３８】
次いで、エンジン制御器１００は、算出した目標トルクＴＱD，エンジン回転数ＮENGに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、燃料噴射量ＦＰD，要求気筒空気充填量ＣＥD，点火時期ＳＡDを算出する（ステップＳ３）。
【００３９】
そして、エンジン制御器１００は、要求気筒空気充填量ＣＥD，エンジン回転数ＮENGに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、目標バルブ位相角θVVT_Dを算出する（ステップＳ４）。このマップは、要求気筒空気充填量ＣＥDとエンジン回転数ＮENGの組合せに対して、目標バルブ位相角θVVT_Dが対応付けられたものである。
【００４０】
次いで、エンジン制御器１００は、要求気筒空気充填量ＣＥD，エンジン回転数ＮENGに基づいて、予め設定されたマップ（図示省略）に従い、目標スロットル開度ＴＶＯDを算出する（ステップＳ５）。このマップは、要求気筒空気充填量ＣＥDとエンジン回転数ＮENGの組合せに対して、目標スロットル開度ＴＶＯDが対応付けられたものである。
【００４１】
そして、エンジン制御器１００は、算出したスロットル開度ＴＶＯD，点火時期ＳＡD，バルブ位相角θVVT_D，燃料噴射量ＦＰDに基づいて、それぞれスロットル・アクチュエータ５８，点火システム５２，ＶＶＴ３２，燃料供給システム５４を制御する（ステップＳ６）。
【００４２】
次に、エンジン制御器１００が実行する駆動力制御について説明する。この制御は、車両加減速時，駆動負荷の変化時等に行われる制御である。
図４は、この駆動力制御を行うためのエンジン制御器１００の機能ブロック図である。本実施形態では、駆動力制御を行うために、エンジン制御器１００は、加速度目標設定部１１０と、加速度目標制御部１２０と、トルク目標制御部１３０とを備えている。
【００４３】
加速度目標設定部１１０は、現在の車両運転条件に応じて、ドライバからの加速要求等に基づいて目標出力である目標加速度ＧDを算出し、目標加速度ＧD（目標出力）を加速度目標制御部１２０に出力するように構成されている。この目標加速度ＧDは、図５に示すような加速度波形（加速度特性）で与えられる。
【００４４】
図５に示す目標加速度波形は、定常走行状態からアクセルを所定位置まで踏み込んだ状態を示しており、アクセル踏み込みから所定の遅れ時間ＴL経過後に立ち上がり始め、所定の時定数で最大加速度ＧMAXまで立ち上がった後、この最大加速度ＧMAXから徐々に減少する形状に設定されている。図５では、この加速度波形は、立ち上がりから定常状態に継続期間ＴGで戻るように設定されている。
【００４５】
加速度目標制御部１２０は、目標加速度ＧDに基づいて車両パワートレインモデルからなる仮想空間でシミュレートされた予測加速度ＧS（仮想出力）を、目標加速度ＧD（目標出力）に対してフィードバックして、予測加速度ＧSをフィードバック制御すると共に、予測加速度ＧSを算出するまでの途中の工程で算出される目標トルクＴＱD（仮想出力パラメータ）をトルク目標制御部１３０に出力するように構成されている。したがって、加速度目標制御部１２０は、予測加速度ＧSを目標加速度ＧDに追従させるようにフィードバック制御を行う。
【００４６】
加速度目標制御部１２０は、具体的には、フィードバック制御部１２１と、エンジンモデル（第１モデル）１２２と、車両構造に関する駆動系の伝達モデルである車両モデル（第２モデル）１２３を備えている。エンジンモデル１２２と車両モデル１２３により、車両パワートレインモデルが構成されている。
フィードバック制御部１２１は、制御要素であり、比較器から受け取った目標加速度ＧDと予測加速度ＧSとの偏差ｅ（＝ＧD−ＧS）である動作信号により、エンジンの仮想の操作量（仮想制御パラメータ）であるスロットル開度ＴＶＯ，点火時期ＳＡ，バルブ位相角θVVT，燃料噴射量ＦＰをフィードバック制御により調整し、エンジンモデル１２２に出力する。
このフィードバック制御部１２１は、例えばＰＩ制御器で構成することができる。この場合、偏差ｅを入力としたときの出力は以下の式で表される。
【００４７】
ＴＶＯ_n＝ＴＶＯ_n-1＋ｅn・ＫI1＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP1
ＳＡ_n＝ＳＡ_n-1＋ｅn・ＫI2＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP2
θVVT_n＝θVVT_n-1＋ｅn・ＫI3＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP3
ＦＰ_n＝ＦＰ_n-1＋ｅn・ＫI4＋（ｅn−ｅn-1）・ＫP4
上式中、変数をＸとしたとき、Ｘ_n，Ｘ_n-1は、それぞれ今回の処理値，前回（単位ステップ時間前）の処理値を表している。また、ＫI，ＫPは、それぞれ積分係数，比例係数である。
【００４８】
なお、本実施形態では、フィードバック制御部１２１でエンジンの操作量として、吸入空気量（吸気管圧力，有効圧縮比），点火時期，燃料供給量に関連する上記４つの操作量を用いているが、これらから選択した１以上の操作量のみを用いてもよい。例えば、エンジン出力に最も支配的であるスロットル開度ＴＶＯのみを操作量としてもよい。また、他のパワートレイン負荷に関する制御操作量を用いてもよい。さらに、フィードバック制御として、ＰＩ制御以外にもＰＩＤ制御や他の制御方法を採用してもよい。
【００４９】
エンジンモデル１２２及び車両モデル１２３は制御対象であり、最終段の車両モデル１２３からは制御量として予測加速度ＧS（仮想目標出力）が出力される。また、上述のように、最終段の前段のエンジンモデル１２２からは目標トルクＴＱD（仮想出力パラメータ）が出力される。
エンジンモデル１２２，車両モデル１２３は、それぞれエンジン４，車両の駆動系の計算モデルである。エンジン４及び車両の駆動系は、機械系のガタ，すべり，弾性等に起因する応答遅れ時間（無駄時間）を有している。
【００５０】
これらの計算モデルは、定常モデルと、過渡応答モデルからなる。定常モデルは、入力（ＴＶＯ，ＳＡ，θVVT，ＦＰ又はＴＱD）に対する定常状態での出力（ＴＱD´又はＧS´）の関係が与えられている。また、過渡応答モデルは、遅れ時間及び所定の時定数を加味したものであり、出力に対する過渡応答出力（ＴＱD又はＧS）の関係が与えられている。
【００５１】
エンジンモデル１２２は、車両運転条件に応じて、フィードバック制御部１２１から受け取った操作量に基づいて、エンジン４から出力されるトルクの予測値を出力する。この予測値は、目標トルクＴＱDとされ、車両モデル１２３及びトルク目標制御部１３０に出力される。
車両モデル１２３は、目標トルクＴＱDを受け取り、車両運転条件に応じて、車両に発生する加速度の予測値（予測加速度ＧS）を出力し、これを比較器に戻している。
【００５２】
このように、本実施形態では、加速度目標制御部１２０において、目標加速度ＧDに基づいて、実機の仮想モデルであるエンジンモデル１２２及び車両モデル１２３を介して、予測加速度ＧSをシミュレーションにより算出し、これをフィードバック制御している。すなわち、本実施形態の加速度目標制御では、実際に出力された実加速度を用いてフィードバック制御するのではなく、仮想空間内で予測した予測加速度ＧSを用いてフィードバック制御している。
【００５３】
したがって、予測加速度ＧSには、実加速度のように理想的な制御値への収束を乱す外乱要素が含まれていない。すなわち、本実施形態の加速度目標制御部１２０では、外乱要素を排除することができる。また、エンジンモデル１２２及び車両モデル１２３では、遅れ時間を実際のエンジン及び駆動系の遅れ時間よりも小さい値に設定してもよく、又は遅れ時間をなくしてもよい。
これにより、加速度目標制御部１２０では、制御量である予測加速度ＧSを理想的な加速度波形に収束させ、これらの偏差を極めて低減することができる。
【００５４】
また、これに伴って、予測加速度ＧSと同様に、エンジンモデル１２２の出力値である目標トルクＴＱDも外乱要素等の影響を排除することができる。したがって、出力される目標トルクＴＱDも理想的な目標トルク値に収束させることができる。
【００５５】
トルク目標制御部１３０は、車両運転条件に応じ、このようにして得られた目標トルクＴＱDに基づいて、エンジン逆モデル１３１を用いて操作量（制御パラメータ）であるスロットル開度ＴＶＯD，点火時期ＳＡD，バルブ位相角θVVT_D，燃料噴射量ＦＰDを算出する。トルク目標制御部１３０には過渡トルクが入力するので、トルク目標制御部１３０は、要求スピードと要求トルク変化量等から、マップデータ等に基づいて上記操作量の最適な出力値の組合せを算出するように構成されている。
【００５６】
このように、トルク目標制御部１３０は、目標加速度ＧDに対してフィードバック系を振動させる要因である外乱等の影響を受けないように実加速度を用いずに算出された目標トルクＴＱDを用いて、エンジン逆モデル１３１から操作量（制御パラメータ：ＴＶＯD，ＳＡD，θVVT_D，ＦＰD）を逆算して求めている。
エンジン逆モデル１３１は、エンジンモデル１２２と入出力が逆となる計算モデルであり、目標トルクＴＱDから、上記４つの制御パラメータを算出可能となっている。
【００５７】
エンジン制御器１００は、トルク目標制御部１３０で算出された上記操作量（ＴＶＯD，ＳＡD，θVVT_D，ＦＰD）により、それぞれスロットル・アクチュエータ５８，点火システム５２，ＶＶＴ３２，燃料供給システム５４を制御する。
このようにトルク目標制御部１３０から出力される操作量によってエンジン４を制御することにより、車両パワートレイン３は、目標加速度ＧDに近似した滑らかな加速度波形を形成する実加速度を発生させることができる。
【００５８】
次に、加速度目標設定部１１０が行う目標加速度ＧDの設定方法について説明する。
本実施形態では、加速度目標設定部１１０は、規範加速度モデル１１１と限界加速度予測モデル１１２を用いて、目標加速度ＧDを決定する。
【００５９】
規範加速度モデル１１１は、ドライバからの運転操作信号やセンサ出力等（アクセル開度α，エンジン回転数ＮENG，車速ＶＳＰ，ブレーキスイッチ信号，変速段状態等の信号）を受け取り、所定のアルゴリズムにしたがって、後述する外的負荷がない場合における加速度波形である基準加速度波形Ａ（図６参照）を出力するように構成されている。
【００６０】
規範加速度モデル１１１は、車両加速要求であるアクセル開度αをモニターしており、遅れ時間を考慮し、アクセル開度αの時間変化率Δα＞０（又は所定値）の場合（ドライバがアクセルを全開方向に変位させている間）に、基準加速度を単位加速度ｄ1（Ｇ／秒）（ｄ1＞０）の割合で増加させ、時間変化率Δα≦０の場合（ドライバがアクセルを停止又は戻している間）に、基準加速度を単位加速度ｄ2（Ｇ／秒）（ｄ2＜０）の割合で減少させる。ただし、１Ｇ＝９．８６６５（ｍ／ｓ2）である。なお、時間変化率Δα＝０の場合には、アクセル開度αに応じた基準加速度まで基準加速度が増加してから、減少処理が行われるように制御される。
本実施形態では、この単位加速度ｄ1，ｄ2は、一定値に設定されている。なお、これに限らず、単位加速度ｄ1，ｄ2の大きさをアクセル開度α，時間変化率Δαに連動させてもよい。
【００６１】
また、規範加速度モデル１１１は、アクセル開度αの大きさに応じて基準加速度の上限値である上限加速度Ｇlimit_Uをマップから設定し、この上限加速度Ｇlimit_Uを制限値として、リミット処理を行う。例えば、基準加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aは、所定条件でアクセル開度αが全開（１００％）の場合に０．４Ｇ，５０％の場合に０．２Ｇというように制限される。
また、規範加速度モデル１１１は、アクセルが戻された場合には、下限加速度Ｇlimit_Lをマップから設定し、これを制限値としてリミット処理を行う。
【００６２】
一方、限界加速度予測モデル１１２は、車両運転条件に基づいて、規範加速度モデル１１１が出力する基準加速度を達成するのに障害となる外的負荷を推定し、基準加速度波形（一次目標加速度波形）Ａを補正するための信号を出力するように構成されている。すなわち、外的負荷に起因してエンジン出力限界に達した場合には、アクセル開度αにかかわらず加速度波形が頭打ちになり、目標加速度ＧDを達成することができなくなってしまう。このため、限界加速度予測モデル１１２は、基準加速度波形Ａをエンジン出力限界によって制限されない目標加速度波形（二次目標加速度波形）Ｂに補正するための信号を出力する。
【００６３】
上述のように外的負荷は、最大エンジン出力に影響を与えるパラメータであり、具体的には、路面の登坂勾配や、空気密度の低下等である。限界加速度予測モデル１１２は、勾配センサ７７からの路面勾配θ，大気圧センサ７８からの大気圧Ｐ，温度センサ７９からのエンジンルーム温度ＴE等の信号を受け取り、これらから外的負荷の大きさを推定する。
【００６４】
限界加速度予測モデル１１２は、車両運転条件下で、外的負荷がない状態でアクセル開度αを所定開度から全開まで変位させたときに達成可能な最大加速度ＧAと、受け取った信号による外的負荷がある状態でアクセル開度αを所定開度から全開まで変位させたときに達成可能な最大加速度ＧBとに基づき、補正係数Ｋをこれらの比（Ｋ＝ＧB／ＧA）として算出し、加速度目標設定部１１０に出力する。
この場合、規範加速度モデル１１１で算出された基準加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aは、限界加速度予測モデル１１２により、車両運転条件に応じて制限加速度である最大加速度ＧMAX（ＧMAX_A×補正係数Ｋ）に変更（制限）される。
【００６５】
加速度目標設定部１１０は、規範加速度モデル１１１から基準加速度波形Ａを受け取り、限界加速度予測モデル１１２から補正係数Ｋを受け取り、図６に示すように基準加速度波形Ａを順次、補正係係数Ｋで補正する。すなわち、加速度目標設定部１１０は、基準加速度波形Ａの最大加速度ＧMAX_Aが最大加速度ＧMAXとなるように、基準加速度波形Ａに補正係数Ｋを乗じることにより振幅を縮小して、補正した加速度波形（目標加速度波形）Ｂを形成する。これにより、目標加速度波形Ｂは、同じ継続時間ＴGを有するが、振幅が基準加速度波形Ａを補正係数Ｋに応じた縮尺で縮小された形状となり、基準加速度波形Ａと略一定の相対関係を有する。そして、加速度目標設定部１１０は、この補正波形に基づいて目標加速度ＧDを出力する。
【００６６】
なお、外的負荷がない場合は、Ｋ＝１となる。したがって、基準加速度波形Ａが目標加速度波形Ｂとなる。
また、外的負荷以外の車両運転条件が同じであれば、外的負荷がある場合の目標加速度波形Ｂは、外的負荷がない場合の目標加速度波形Ｂ（基準加速度波形Ａ）と同じ継続時間ＴGを有するものとなり、両者は振幅が相違するものの同種の加速感をドライバに演出することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、規範加速度モデル１１１が基準加速度（波形）を出力するように構成されているが、これに限らず、規範加速度モデル１１１が単位加速度ｄ1，ｄ2を出力し、加速度目標設定部１１０が単位加速度ｄ1，ｄ2及び限界加速度予測モデル１１２から受け取った補正係数Ｋに基づいて、基準加速度波形Ａ及び目標加速度波形Ｂを演算するように構成してもよい。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、車両運転条件に応じて、車両加速要求によって算出された基準加速度波形Ａが、補正係数Ｋによって振幅が縮小された目標加速度波形Ｂに補正される。補正係数Ｋは、車両運転条件に応じて達成可能な最大加速度に基づいて算出されたものであるから、車両は、任意の車両運転条件において、加速度波形が頭打ちになってしまうことなく、出力可能なエンジン出力の範囲内で、目標加速度波形Ｂで求められた目標加速度ＧDを達成することができる。
【００６９】
ドライバは、加速度の変位（波形）に対する感度が高く、最大加速度が大きいことよりも、加速度波形が理想形状（基準加速度波形及びこれと大きさが比例関係にある目標加速度波形を含む）に近い方が、より心地よい加速感を得ることができる。このため、加速度目標設定部１１０は、最大加速度を高く維持することよりも、上述のように加速度波形の理想形状又は波形バランスを保持することを優先させて、目標加速度ＧDを演算している。これにより、本実施形態では、車両運転条件にかかわらず、ドライバに心地よい加速感を与えることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、目標加速度波形を三角波状の波形として説明したが、これに限らず、最大加速度値を有する形状であれば任意の波形形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態による車両パワートレインの説明図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態による通常運転状態におけるエンジン制御フローチャートである。
【図４】本発明の実施形態によるエンジン制御器の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による加速度波形の概念図である。
【図６】本発明の実施形態による目標加速度波形の説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車両
３ 車両パワートレイン
４ エンジン
５ 自動変速機
１１ シリンダ
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
３０ 吸気弁駆動機構
３２ ＶＶＴ
５１ 点火プラグ
５２ 点火システム
５３ 燃料噴射弁
５４ 燃料供給システム
５６ スロットルボデー
５７ スロットル弁
５８ スロットル・アクチュエータ
７５ アクセル開度センサ
７６ 車速センサ
１００ エンジン制御器
１１０ 加速度目標設定部
１２０ 加速度目標制御部
１２１ フィードバック制御部
１２２ エンジンモデル
１２３ 車両モデル
１３０ トルク目標制御部
１３１ エンジン逆モデル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を加速操作するための車両パワートレイン制御方法であって、
車両加速要求に応じて車両を加速させるための、所定期間継続する車両の一次目標加速度波形を演算する工程と、
前記一次目標加速度波形の最大加速度が所定制限加速度となるように、前記一次目標加速度波形の振幅を前記所定期間にわたり略一定の割合で減少補正した二次目標加速度波形を演算する工程と、
前記二次目標加速度波形に基づいて車両パワートレインを制御する工程と、を備えたことを特徴とする車両パワートレイン制御方法。
【請求項２】
前記制限加速度を車両運転条件に応じて変更する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項３】
前記車両運転条件が、最大エンジン出力に影響を与えるパラメータである請求項２に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項４】
前記一次目標加速度波形と前記二次目標加速度波形の継続期間が実質的に等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項５】
前記二次目標加速度波形演算工程では、車両加速要求に応じて前記二次目標加速度波形を演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項６】
第１運転条件において、車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、所定期間継続する第１加速度波形に追従するように車両パワートレインを制御する工程と、
第２運転条件において、前記車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、前記所定期間継続する第２加速度波形に追従するように前記車両パワートレインを制御する工程と、を備え、
前記第１加速度波形及び第２加速度波形の振幅が前記所定期間にわたり、略一定の相対関係を有することを特徴とする車両パワートレイン制御方法。
【請求項７】
車両パワートレインを制御する制御器で実行されることによって、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両パワートレイン制御方法を実現するプログラム。
【請求項１】
車両を加速操作するための車両パワートレイン制御方法であって、
車両加速要求に応じて車両を加速させるための、所定期間継続する車両の一次目標加速度波形を演算する工程と、
前記一次目標加速度波形の最大加速度が所定制限加速度となるように、前記一次目標加速度波形の振幅を前記所定期間にわたり略一定の割合で減少補正した二次目標加速度波形を演算する工程と、
前記二次目標加速度波形に基づいて車両パワートレインを制御する工程と、を備えたことを特徴とする車両パワートレイン制御方法。
【請求項２】
前記制限加速度を車両運転条件に応じて変更する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項３】
前記車両運転条件が、最大エンジン出力に影響を与えるパラメータである請求項２に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項４】
前記一次目標加速度波形と前記二次目標加速度波形の継続期間が実質的に等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項５】
前記二次目標加速度波形演算工程では、車両加速要求に応じて前記二次目標加速度波形を演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン制御方法。
【請求項６】
第１運転条件において、車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、所定期間継続する第１加速度波形に追従するように車両パワートレインを制御する工程と、
第２運転条件において、前記車両加速要求に応じて、車両の加速度変化が、前記所定期間継続する第２加速度波形に追従するように前記車両パワートレインを制御する工程と、を備え、
前記第１加速度波形及び第２加速度波形の振幅が前記所定期間にわたり、略一定の相対関係を有することを特徴とする車両パワートレイン制御方法。
【請求項７】
車両パワートレインを制御する制御器で実行されることによって、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両パワートレイン制御方法を実現するプログラム。
【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２００９−２４１８２７（Ｐ２００９−２４１８２７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９２５２０（Ｐ２００８−９２５２０）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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