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JP2564275B2 - 状態適応型内燃機関制御システム - Google Patents

状態適応型内燃機関制御システム

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JP2564275B2
JP2564275B2 JP61104650A JP10465086A JP2564275B2 JP 2564275 B2 JP2564275 B2 JP 2564275B2 JP 61104650 A JP61104650 A JP 61104650A JP 10465086 A JP10465086 A JP 10465086A JP 2564275 B2 JP2564275 B2 JP 2564275B2
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誠壽 舩橋
武士 阿田子
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御および
制御を行う燃料噴射装置、点火装置に係る。特に、運転
者の運転に関する多様な要求および車両の状態を満たす
のに好適な状態適応型内燃機関制御システムに関する。
〔従来の技術〕
従来の電子式燃料噴射制御装置は、吸入空気量に応じ
た燃料量を間欠的に供給する方式をとり、加速や減速時
には、燃料量を更に増減する方式をとつていた（下記の
（１），（２）参照）。この方式は、定速走行時には、
負荷に釣り合つた空気量と燃料量とを内燃機関に供給で
きるので、不具合はない。しかし、加減速のような過渡
状態においては、内燃機関に対する適切な制御が行ない
にくい欠点があつた。
以上のように従来の制御装置は運転性に関する高機能
かつ多様な要求に対して、十分な機能を提供しなくなつ
ている。他方では、高機能な要求に対してトルクサーボ
制御や速度サーボ制御（下記の（３），（５））の提案
もなされているが、車が遭遇するあらゆる条件下での適
切な制御を行なう総合制御という点については十分な配
慮がされていなかつた。
なお、この種の装置に関連する従来技術には、例えば
次のようなものがある。
（１） 出井：エンジン制御，電気学会雑誌101巻,12
号,p1148（昭56-12）……マイコンによる制御。テーブ
ル・ルツク・アツプ方式。
（２） 長山他：マイコンによるエンジンの集中制御，
システムと制御,24巻,5号,p306（昭55−５）……エンジ
ン作動のフローチャート，燃料噴射制御。点火時期制
御。アイドリング回転数制御。
（３） テイー・ターベ他：新制御理論の自動推進エン
ジンへの応用，アイイーコン,1985年（T.Tabe,et al:On
the Application of Modern Control Theory to Autom
otive Engine Control,IECON '85）……トルクサーボ。
（４） 特開昭57-73836 （５） 伊藤：エンジン制御と駆動制御の複合制御にお
ける最適化について，自動車技術昭61−２……速度サー
ボ。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、車における内燃機関の制御をシステ
ムとして、総合的にとらえようとの配慮が十分になされ
ていなかつた。このため車が利用されるあらゆる状況に
対応する制御方式が不備であつたり、あるいは制御方式
のパラメータの設定が容易ではないという問題があつ
た。
その理由の一つは、車の遭遇する状態が定速走行やア
イドル運転のような定常状態と、加減速のような過渡状
態との繰り返しにもかかわらず、従来の制御方式が静的
なモデルで構成されていたことによる。また、車の利用
者の要求は過渡状態における車の挙動に関して厳しくな
つてきている。このために、過渡状態を観測する計測器
を設置したとしても、静的なモデルでは、それらを十分
活かすことができない。
静的な制御モデルに過渡状態の補正を加える従来の方
式では、車の特性や、計測器，操作器などが多様に異な
る各車種に対して制御方式を具体化，調整するには多大
の工数を要する。
本発明の目的はこれらの問題点を解決することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の問題点は、車の状態と運転者の意思とを判別分
類し、分類毎に適切な制御方式を選択することにより解
決される。さらに運転者の感性や嗜好に車の動特性を適
合させるには、運転者の好みを、例えば軽快，快適，経
済的等の運転モードに分類し、各モードに適合するよう
に各制御方式のパラメータ（係数値）を変更すればよ
い。上記判別分類に応じる制御方式の選択を具体化する
には、内燃機関制御装置に組込まれるコンピュータのソ
フトウエアの構成を、上記状態判別分類の機能が他機能
より優先的に実施されるように、高い優先レベルに割り
付ければよい。
車の状態と運転者の意思の判別分類は、次のようにし
て行なわれる。車の走行状態は、車速と車速の変化によ
り検出できる。運転者は走行に関する意思表示をトルク
伝達機構（クラツチ及び変速機）の接続と、ブレーキ・
ペダルまたはアクセル・ペダルを踏むことにより行な
う。すなわち、両ペダルの踏み方により、車の状況に応
じた意思表示を行なつている。ペダルの角度，角速度な
らびにそれらの時系列的な軌跡が意思を表わしている。
車速とその時間変化、ブレーキとアクセルの両ペダル
の角度と角速度のそれぞれの計測値の過去から現時点ま
での値により、車の状態と運転者の意思が詳しく検出で
きる。またそれらを用いることにより、車の状態と運転
者の意思を推定し将来の車の状態を予測することも可能
である。
制御の構成方式としては、実施例で述べるように、ト
ルクサーボ，速度サーボ，追尾サーボをカスケード構成
により実現する方式と、上記の各種制御方式を並列的に
用意する方式とがある。
運転者の車に対する好みを具現化する方法としては、
例えば運転性に重きを置く“軽快”、乗心地に重きを置
く“快適”、実用性に重きを置く“経済的”の３種の選
択スイツチを設け、その選択に応じて各制御方式のパラ
メータを変更するようにする。
上記を具現化するのに用いるコンピュータは、従来よ
りも高速なものを用い、そのソフトウエアの構成として
は、状態判別と制御方式の選択を最優先で実施するよう
な構成を採ればよい。
〔作用〕 車の状態と運転者の意思の判別分類と各分類に該当す
る制御方式を図示すると第１表のようになる。
車の状態は停つているか、あるいは動いているかで大
別される。運転者の意思はブレーキペダルを踏んでいる
か、ブレーキペダルもアクセルペダルも踏んでいない
か、アクセペダルを踏み込んでいるか、止めているか、
あるいは戻しているかの５種類の状態で判別できる。ま
た停車中には、トルク伝達機構を接続するか、切断する
かで、状態が細分化される。
トルク伝達機構がオン（接続）でアクセルペダルが踏
み込まれたときには、加速要求に対する制御を実施す
る。走行中にアクセルペダルを戻し、ブレーキペダルを
踏む間は減速の制御を実施する。そのとき、アイドルス
イツチがONで回転数が高すぎる場合には、フユーエルカ
ツト制御を行なう。
走行状態にあつて、加速でも減速でもない場合には、
空燃比を所望の値に保つ空燃比制御を行なう。
トルク伝達機構がオフのときは、アイドルスピード制
御により、エンジン回転数を目標値に維持する制御が働
く。このとき、アクセルペダルが踏まれると、空吹しの
状態ではあるが、上記の空燃比制御に移行する。
上記のように車の状態と運転者の意思を判別分類して
制御方式を選択する方法は、車の利用者の多様な要求と
それを解決する新しい技術の導入に段階的に対応するの
に好適である。それは、設計開発者ならびに制御方式の
マツチング（パラメータ調整）をする人にとつて、必要
な分類の制御方式のところだけを理解すればよいこと
と、コンピュータのプログラム修正も一部のモジユール
の修正で済むなどの利点を意味する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第
１図は、状態判別部とその結果を受けて作動するカスケ
ードの制御系から構成されている。
状態判別部１では、車の状態を、車速v,エンジン回転
数N,エンジン出力トルクＴおよび車の前方にある障害物
な先行車との距離Ｌなどにより検知し、一方、運転者の
意思を、ブレーキペダルとアクセルペダルの位置と、こ
れらの諸量の過去の値との演算によつて得られる時間的
（動的）な変化により検知する。これらの検知結果と運
転者の好みに基づいて、必要な制御方式は何であるかを
判別し、カスケードに構成された制御系の構成の決定を
パラメータの選択やその値の変更を行なう。
制御系はエンジン２の回転数ＮとトルクＴを制御する
ため、エンジンに近い内側よりトルクサーボ系，速度サ
ーボ系，追尾サーボ系がカスケードに構成されている。
エンジン２への燃料供給は燃料噴射制御装置３により
行なわれ、点火時期は点火時期制御装置４により行なわ
れる。
トルク制御機構５では、前後の制御系から要求される
トルク偏差に応じた燃料量と点火時期を決定し、その結
果を燃料噴射装置３と点火時期制御装置４に与える。点
火時期制御装置４は、低速や定常走行時には、トルク制
御機構５により決る点火時期により作動するが、過渡状
態において、状態判定部１が、迅速なサージ防止対策を
必要としたときには、点火時期を直接制御することも可
能である。
状態判別部１でトルクサーボが選ばれたときには、状
態判別部１によりその目標値がトルク目標値設定部６に
与えられる。したがつて、トルク制御機構５への入力
は、トルク目標値とエンジントルクの実測値との突き合
せ値となる。トルクサーボの選択スイツチ７は、状態判
別部１での判定結果により選ばれる。トルク測定部８
は、トルクの測定量の工学値変換と平滑化を行なう。前
後の速度サーボが選ばれている場合には、速度制御機構
９の出力がトルク制御機構５の入力となる。
加速，減速の繰り返しの多い運転の場合には、運転者
は、アクセルペダルを踏むことによつてトルクの増加を
要求し、はなすことにより減少を指示しているので、状
態判定部１ではアクセルペダルの動きに応じたトルク目
標値を与える。あるいは、トルク制御機構５に対して、
トルク偏差を直接与えることも可能である。
定速走行（クルーズ）制御やアイドルスピード制御
（ISC）が選ばれたときには、状態判別部１で選択スイ
ツチ10を選び、状態判別部１で速度目標値設定部11に与
えた目標速度と実測車速とを突き合せ、速度制御機構９
で車速が目標値に近づくように制御する。実測車速は、
車速測定部13において、エンジン２よりギヤ12を介して
得られる車軸回転数にタイヤ径等の補正を加え、その時
系列的データを平滑して得る。
定速走行を選択していても、運転者がアクセルペダル
を踏んだときには、スイツチ７が入つてトルクサーボ系
に移る。
車に前方障害物との距離評定用のセンサーが設けられ
ている場合には、定速走行選択スイツチ17が選択され、
かつ、前車との車間距離が許容値以内になると、速度サ
ーボより追尾サーボに移行する。
追尾制御機構は、前方障害物からの距離を測る距離セ
ンサ15からの測定値と、車速に応じて定められた車間距
離目標値との差に応じて速度の増減量を決定し、速度制
御機構９の入力とする。車間距離目標値は、状態判別部
１により決定され、車間距離目標値設定部16に送られ、
この値は距離差の算出に用いられる。
状態判別部１における判別結果とカスケード制御部の
構成との対応は、第２表に示すようになる。
状態判別の結果、加速・減速制御が要る判るとトルク
制御が主体的に機能する。このとき定速走行が選ばれて
おれば、速度制御も機能し、距離センサが作動中であれ
ば追尾制御も機能する。フユーエルカツト制御は、トル
ク制御の範囲内で実行される。空燃比制御は、トルク制
御の中において燃費の向上と排気ガスの軽減を図るよう
に実行される。定速走行や追尾走行のときにも、空燃比
制御は有効に機能する。アイドルスピード制御は、アイ
ドル回転数を目標値にした速度制御が機能する。
状態判別部１の入力である運転モード選択18の結果を
第３表に示す。
第３表によれば、“軽快",“快適",“経済的”の各モ
ードは主としてトルク制御の制御パラメータの変更によ
り対応する。“快適”に関しては定速走行制御機能や距
離センサの具備とあいまつて速度制御や追尾制御が有効
に機能する。“経済的”は速度制御も併用可能である
が、定速制御の度合を若干ゆるめても燃費を節約できる
制御アルゴリズムを採用する。
第１図と同様の目的をもつ他の構成例を第２図に示
す。第２図は、状態判別部１での判別結果に基づいて、
制御方式の代替案の中から、適切な制御方式を選択して
用いる構成を示している。制御方式の代替案としては、
加速制御21,減速制御22,フユーエルカツト制御23,空燃
比制御24,アイドルスピード制御25が基本である。これ
らの５種の制御は、いずれも演算結果として、燃料量と
点火タイミングをそれぞれ燃料噴射制御装置３と点火時
期制御装置４に与える。
加速制御，減速制御，フユーエルカツト制御が選択さ
れた場合に、これらの制御を急激に加えると車の状態に
よりサージ現象を引き起すおそれがあるときがあるの
で、車の状態と選択された制御方式に基づいて予測計算
を行ない、サージ現象の発生が予見されるときには、空
燃比制御を選択したり、既選択の制御方式のパラメータ
値を変更したりする。
第１図に記載したエンジンに関する総合的な制御を具
体化するにはコンピュータが不可欠である。コンピュー
タのプログラムの構成は、第３図のようになる。
第３図に示されるプログラムは、割込31により起動さ
れ、割込判定32により、周期的な割込33か、それにより
起動されるAD変換開始34の後に発生するAD変換終了割込
35かにより分岐が起る。AD変換終了35に続いては、第１
図で述べた状態判別を行ない、制御方式の選択を行な
う。その選択結果に基づき、タスク分配36では、以下の
タスクのいずれかを呼ぶ。タクスレベル０では、点火時
期制御4,燃料噴射制御3,トルク制御５が割り当てられ、
迅速な対応を行なう。タスクレベル１では速度制御9,追
尾制御14等が割り当てられる。これらよりもさらに緩慢
に対応してよいプログラムはタスクレベル２以降に割り
付けられる。
本プログラム構成上の特徴は、車の状態や運転者の意
思をAD変換して取り込んだ時点で、状態判別処理を実施
して、過渡状態に迅速に対応できることである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、車の状態と運転者の意思を時時刻々
迅速に検出することができ、しかもその結果に応じて採
るべき制御方式を的確に決定できるので、運転性の向
上、エンジン性能の有効活用，車種毎に異なるエンジン
性能にマツチした制御方式の迅速な開発、制御方式の開
発と同ソフトウエアの生産性の向上の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明の
他の実施例の構成図、第３図は第１図に示す実施例にお
けるコンピュータプログラムの構成例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿田子 武士 勝田市大字高場2520番地 株式会社日立 製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 昭60−163733（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−98152（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車両の状態に応じて内燃機関を制御する制
    御系を有する状態適応型内燃機関制御システムにおい
    て、 予め前記車両の運転者の意志と前記車両の状態とをそれ
    ぞれ複数のカテゴリに分類し、カテゴリの組合わせに応
    じた内燃機関制御方法を記憶する記憶手段と、 前記車両の運動を制御するために行う運転者の時系列的
    な操作を運転者の意志として検出するとともに、前記車
    両の車速に関するデータを前記車両の状態として検出す
    る検出手段と、 前記検出された運転者の意志と前記検出された車両の状
    態が属するカテゴリの組合わせに応じて上記内燃機関制
    御方法の１つを選択する選択手段と、 前記選択された内燃機関制御方法と前記検出された車両
    の状態に基づいてサージ現象が発生するか否かを予測す
    る予測手段とを有し、 サージ現象が発生する予測された場合は、前記選択され
    た内燃機関制御方法以外を選択し直すことを特徴とする
    状態適応型内燃機関制御システム。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の状態適応型内
    燃機関制御システムにおいて、 前記制御系は、要求されるトルク偏差に応じて内燃機関
    の制御を行うトルク制御サーボ系と、 前記検出手段で検出された速度に基づいて制御を行う速
    度サーボ系と、 前記車両の前方に位置する物体までの距離に基づいて制
    御を行う追尾サーボ系とからなることを特徴とする状態
    適応型内燃機関制御システム。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項に記載
    の状態適応型内燃機関制御システムにおいて、 前記制御系は、カスケードに構成したことを特徴とする
    状態適応型内燃機関制御システム。
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