(57)【要約】【課題】  簡単な構成でアクセル踏み込み時や戻し操作時の振動を確実に抑制可能な内燃機関の出力制御装置を提供する。【解決手段】  アクセル開度（ＡＰＳ）に基づき目標スロットル開度を共振周波数要素と減衰係数要素とを含む所定の伝達関数Ｃ(s)を介して算出し、この際、当該所定の伝達関数Ｃ(s)の共振周波数要素及び減衰係数要素をアクセル開度（ＡＰＳ）に応じて可変させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度変化に対して車両に発生する二次共振系の振動を補償すべく設定され、共振周波数要素と減衰係数要素とを含んでなる所定の伝達関数を用いてスロットル開度を制御する内燃機関の出力制御装置において、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に基づき、前記所定の伝達関数を介して目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
前記目標スロットル開度算出手段により算出された目標スロットル開度に基づきスロットル開度を調整するスロットル開度調整手段とを備え、
前記目標スロットル開度算出手段は、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて前記所定の伝達関数の共振周波数要素及び減衰係数要素を可変させることで目標スロットル開度を算出することを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
【請求項２】
ωmを共振周波数、ζmを減衰係数、ｓをラプラス演算子、Ａを定数としたとき、
前記所定の伝達関数が  （ｓ2＋Ａωmｓ＋ωm2）／（ｓ2＋２ζmωmｓ＋ωm2）であって、
前記目標スロットル開度算出手段は、アクセル開度が大になるほど共振周波数ωmを小さく、減衰係数ζmを大きくすることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の出力制御装置。
【請求項３】
ω1、ω2を共振周波数、Ｋnを比例係数、ｓをラプラス演算子としたとき、
前記所定の伝達関数が  ｛ｓ2＋(ω1＋ω2−ω1×ω2×Ｋn)ｓ＋ω1×ω2｝／｛ｓ2＋(ω1＋ω2)ｓ＋ω1×ω2｝であって、
前記目標スロットル開度算出手段は、アクセル開度が大になるほどω1×ω2を小さく、Ｋnを大きくすることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の出力制御装置に係り、詳しくは車両のアクセル操作時における振動（加減速ショック）を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両のアクセル踏み込み時や戻し操作時（特に、急激なアクセルの踏み込み時）には振動（加減速ショック）が生じる。このような、加減速ショックは、急激なアクセルの踏み込みや戻し操作によりエンジントルクが急変し、その結果駆動系に捩り振動が発生することに起因している。そして、このような駆動系の捩り振動が車体前後方向の振動現象として現れる。
【０００３】
このようなアクセル操作に伴って発生する駆動系の振動を抑制するには、スロットルをゆっくり開く手法が広く知られているが、このような手法では加速感を損なう。
このようなことから、本出願のうちの一の出願人より、電子スロットルバルブ（ＥＴＶ）の制御入力上流に補償器を介装し、駆動系の共振をキャンセルするようなトルク（トルク立ち上がりの途中で一度トルクが減少するようなもの）を発生させることで駆動系の振動を抑制する手法が提案されている（特許文献１等）。
【特許文献１】特開２００４−６８７０２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、上記特許文献１に開示の技術においても、ＥＴＶの開度が低開度の領域では良好な補償効果が得られる一方、高開度となる領域では十分に振動を抑制できないという現象が確認された。
この現象は、その後の研究により、ＥＴＶと吸気管の特性に深く関係しており、低吸気管圧からＥＴＶを大きく開いた直後に大量の空気がＥＴＶを通過することの他、特に吸気管圧が臨界圧以上になるとＥＴＶ開口面積と通過空気量とが比例せずに非線形性を示すことが原因であることが判ってきた。即ち、吸気マニホールド内のブースト圧（Ｐb）が大気圧（Ｐa）を超えられないことが障害となって振動を十分に抑制できないことが明らかになってきた。
【０００５】
これより、振動を確実に抑制するために、ＥＴＶと吸気管の特性を如何に補償するかが課題となる。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成でアクセル踏み込み時や戻し操作時の振動を確実に抑制可能な内燃機関の出力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の出力制御装置では、アクセル開度変化に対して車両に発生する二次共振系の振動を補償すべく設定され、共振周波数要素と減衰係数要素とを含んでなる所定の伝達関数を用いてスロットル開度を制御する内燃機関の出力制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に基づき、前記所定の伝達関数を介して目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、前記目標スロットル開度算出手段により算出された目標スロットル開度に基づきスロットル開度を調整するスロットル開度調整手段とを備え、前記目標スロットル開度算出手段は、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて前記所定の伝達関数の共振周波数要素及び減衰係数要素を可変させることで目標スロットル開度を算出することを特徴とする。
【０００７】
即ち、アクセル開度に基づき所定の伝達関数を介して目標スロットル開度が算出されるが、この際、所定の伝達関数の共振周波数要素及び減衰係数要素がアクセル開度に応じて可変させられ、目標スロットル開度が駆動系の捩り振動を効果的に抑制すべく適正に算出される。
また、請求項２の内燃機関の出力制御装置では、ωmを共振周波数、ζmを減衰係数、ｓをラプラス演算子、Ａを定数としたとき、前記所定の伝達関数が  （ｓ2＋Ａωmｓ＋ωm2）／（ｓ2＋２ζmωmｓ＋ωm2）であって、前記目標スロットル開度算出手段は、アクセル開度が大になるほど共振周波数ωmを小さく、減衰係数ζmを大きくすることを特徴とする。
【０００８】
即ち、アクセル開度が大になるほど（ｓ2＋Ａωmｓ＋ωm2）／（ｓ2＋２ζmωmｓ＋ωm2）からなる伝達関数の共振周波数ωmを小さく、減衰係数ζmを大きくすることにより、目標スロットル開度が駆動系の捩り振動をより効果的に抑制すべく適正に算出される。
また、請求項３の内燃機関の出力制御装置では、ω1、ω2を共振周波数、Ｋnを比例係数、ｓをラプラス演算子としたとき、前記所定の伝達関数が  ｛ｓ2＋(ω1＋ω2−ω1×ω2×Ｋn)ｓ＋ω1×ω2｝／｛ｓ2＋(ω1＋ω2)ｓ＋ω1×ω2｝であって、前記目標スロットル開度算出手段は、アクセル開度が大になるほどω1×ω2を小さく、Ｋnを大きくすることを特徴とする。
【０００９】
即ち、アクセル開度が大になるほど｛ｓ2＋(ω1＋ω2−ω1×ω2×Ｋn)ｓ＋ω1×ω2｝／｛ｓ2＋(ω1＋ω2)ｓ＋ω1×ω2｝からなる伝達関数のω1×ω2を小さく、比例係数Ｋnを大きくすることにより、目標スロットル開度が駆動系の捩り振動をより効果的に抑制すべく適正に算出される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の内燃機関の出力制御装置によれば、目標スロットル開度を算出する所定の伝達関数の共振周波数要素及び減衰係数要素をアクセル開度に応じて可変にするようにしたので、目標スロットル開度を適正なものとして駆動系の捩り振動を確実に抑制することができ、車両の乗員に与える不愉快な加減速ショックを好適に低減することができる。
請求項２の内燃機関の出力制御装置によれば、アクセル開度が大になるほど（ｓ2＋Ａωmｓ＋ωm2）／（ｓ2＋２ζmωmｓ＋ωm2）からなる伝達関数の共振周波数ωmを小さく、減衰係数ζmを大きくすることで、簡単な構成でありながら目標スロットル開度を適正なものとして駆動系の捩り振動を確実に抑制することができる。
【００１１】
請求項３の内燃機関の出力制御装置によれば、アクセル開度が大になるほど｛ｓ2＋(ω1＋ω2−ω1×ω2×Ｋn)ｓ＋ω1×ω2｝／｛ｓ2＋(ω1＋ω2)ｓ＋ω1×ω2｝からなる伝達関数のω1×ω2を小さく、比例係数Ｋnを大きくすることで、簡単な構成でありながら目標スロットル開度を適正なものとして駆動系の捩り振動を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明に係る内燃機関の出力制御装置の一実施形態について説明する。
本発明は、アクセルペダルとスロットルとが電気的に接続されたいわゆる電子スロットルバルブ（ＥＴＶ、スロットル開度調整手段）を備えたエンジン（ガソリンエンジン）に適用される。
【００１３】
図１を参照すると、本発明に係る出力制御装置を含む系の制御モデルがブロック図で示されている。
同ブロック図によれば、当該制御モデルでは、アクセルペダルの操作量、即ちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ（ＡＰＳ、アクセル開度検出手段）１０からの信号がＥＣＵ（電子コントロールユニット）の一部である補償器（目標スロットル開度算出手段）２０に入力する。そして、補償器２０からの信号がＥＴＶ３０に入力すると、ＥＴＶ３０の開度が補償器２０の出力に基づいて制御される。そして、スロットル開度センサ（ＴＰＳ）３５からのスロットル開度信号とエンジン回転速度Ｎeとに応じて吸気マニホールド４０内のブースト圧Ｐbが変化し、これによりエンジン５０のトルクＴeが変化し、車両６０の加速度Ａccが変化する。
【００１４】
同ブロック図においては、ブースト圧Ｐbによるエンジン５０のトルク発生から車両６０の加速度Ａccまでの伝達特性、即ちエンジン５０から車両６０までの系の伝達関数Ｇ(s)は、二次共振系で模擬した場合、その伝達関数として次式(1)のように示される。
Ｇ(s)＝Ｋωp2／ｓ2＋２ζpωps＋ωp2 …(1)
ここに、sはラプラス演算子、ωp、ζpは、それぞれエンジン５０から車両６０までの系の共振周波数、減衰係数を示す。なお、共振周波数ｆは実際にはω／２πであり、ω＝２πｆとなるが、以下、便宜上ここではωを共振周波数と呼ぶこととする。
【００１５】
このようにエンジン５０のトルク発生から車両６０の加速度Ａccまでの伝達関数Ｇ(s)が設定されると、二次共振系の振動を抑制するための補償器２０の伝達関数Ｃ(s)は次式(2)のように与えることができる（所定の伝達関数）。
Ｃ(s)＝（ｓ2＋２ζpωmｓ＋ωm2）／（ｓ2＋２ζmωmｓ＋ωm2） …(2)
ここに、ｓはラプラス演算子、ωm、ζmは、それぞれ補償器２０における共振周波数、減衰係数を示す。なお、ζpは定数に設定できるので、式(2)の２ζpの部分をＡ（定数）と書き換えることもできる。
【００１６】
同式において、吸気マニホールド４０内のブースト圧Ｐbが大気圧Ｐaを超えず、ＥＴＶ開口面積と通過空気量とが比例する線形領域では、ωm＝ωp とし、ζmを適切な値にすることで駆動系の捩り振動（以下、単に振動という）を抑制した所望の加速応答を得ることができる。
しかしながら、吸気マニホールド４０内のブースト圧Ｐbが大気圧Ｐaを超え、ＥＴＶ開口面積と通過空気量とが比例しない非線形領域では、上記のようにしても駆動系の振動を抑制した加速応答を必ずしも得ることができない。
【００１７】
この場合、理論的には、共振周波数ωmと減衰係数ζmとを可変にすると良好に駆動系の振動を抑制した加速応答を得ることができることになる。
具体的には、非線形領域において、アクセル開度（ＡＰＳ値）が大きいほど共振周波数ωmを小さく、減衰係数ζmを大きくする。実際には、図２、３に示すように、アクセル開度とωm、アクセル入力とζmとの関係を予め変速機（図示せず）の変速段毎にマップ化しておき、これらのマップから共振周波数ωm、減衰係数ζmを読み出す。
【００１８】
これにより、簡単な構成にして、あらゆるアクセル開度において駆動系の振動を十分に抑制した良好な加速応答、即ち補償効果を得ることができることとなる。
図４を参照すると、アクセル開度を６％→３０％とした場合のＡＰＳ値及びＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの理論値が示され、図５を参照すると、アクセル開度を６％→８０％と大きくした場合のＡＰＳ値及びＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの理論値が示されており、図中実線が共振周波数ωmと減衰係数ζmとを上記図２、３のマップに従い可変にした場合を示し、破線が共振周波数ωmと減衰係数ζmとを一定にした場合を示しているが、これらの図に示すように、共振周波数ωmと減衰係数ζmとをそれぞれ上記マップに従い可変にすることで、アクセル開度に拘わらず、ＴＰＳの応答性、即ち駆動系の共振をキャンセルするようなトルク（トルク立ち上がりの途中で一度トルクが減少するようなもの）の発生を適切に制御でき、加速度Ａccの振動を減衰させて駆動系の振動を確実に抑制することができる。
【００１９】
以下、上述のような補償器２０の実車における実際の設計手法について説明する。
図６を参照すると、本発明に係る補償器２０が示されており、以下、補償器２０の構成について説明する。
上記図１に従い、補償器２０の入力側にはＡＰＳ１０が接続され、出力側にはＥＴＶ３０が接続されている。
【００２０】
補償器２０は、同図にブロック線図で示すように、フィードフォワード補償器（ＦＦ補償器）として構成されており、上記式(2)の式伝達関数Ｃ(s)の等価システムを実現すべく、比例要素２２、第１の一次遅れ要素２４、第２の一次遅れ要素２６及び微分要素２８を備えている。具体的には、比例要素２２を比例係数Ｋnとし、第１の一次遅れ要素２４及び第２の一次遅れ要素２６を共振周波数ω1、ω2を用いてそれぞれ  １／（ｓ／ω1＋１）、１／（ｓ／ω2＋１）とし、微分要素２８をｓとする。
【００２１】
このように構成した等価システムのブロック線図の伝達関数Ｃ(s)’は次式(3)で示される。
Ｃ(s)’＝｛ｓ2＋(ω1＋ω2−ω1×ω2×Ｋn)ｓ＋ω1×ω2｝
／｛ｓ2＋(ω1＋ω2)ｓ＋ω1×ω2｝ …(3)
ここで、同式(3)と上記式(2)とを比較すると、(ω1＋ω2−ω1×ω2×Ｋn) が２ζpωmに相当し、ω1×ω2がωm2に相当し、(ω1＋ω2)が２ζmωmに相当していることが分かる。
【００２２】
これより、例えばω2を２π×１（rad/sec）で固定すれば、共振周波数ωmと減衰係数ζmとを可変にすることは、即ちω1とＫnとを可変にすることに他ならないことが分かる。
そこで、図７に示すように、上記図６のブロック線図をさらに等価変形する。そして、図８、９に示すように、それぞれ上記図２、３のアクセル開度と共振周波数ωmの関係、アクセル開度と減衰係数ζmとの関係を維持するよう、アクセル開度とω1、アクセル入力とＫnとの関係を予め実験により変速機（図示せず）の変速段毎にマップ化しておく。
【００２３】
これにより、簡単にして理想的な補償器２０を構成でき、あらゆるアクセル開度において駆動系の振動を抑制した良好な加速応答を得ることができることとなる。
図１０乃至図１２を参照すると、アクセル開度を６％→４０％とした場合、６％→８０％とした場合、３０％→８０％とした場合のＡＰＳ値、ＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの実測値が示されており、図中実線がω1とＫnとを上記図８、９のマップに従い可変にした場合を示し、破線がω1とＫnとを一定にした場合を示しているが、これらの図に示すように、ω1とＫnとをそれぞれ上記マップに従い可変にすることで、上記伝達関数Ｃ(s)で共振周波数ωmと減衰係数ζmとをそれぞれ図２、３のマップに従い可変にした場合の上記理論値を良好に再現可能となり、アクセル開度に拘わらず、ＴＰＳの応答性、即ち駆動系の共振をキャンセルするようなトルク（トルク立ち上がりの途中で一度トルクが減少するようなもの）の発生を適切に制御してブースト圧Ｐｂの応答をなまらせ、加速度Ａccの振動を減衰させて駆動系の振動を確実に抑制することができる。
【００２４】
これにより、車両６０の乗員に与える不愉快な加減速ショックを好適に低減することができる。
特に、流体継手を用いたトルクコンバータ式の自動変速機（Ａ／Ｔ）や無段変速機（ＣＶＴ）を搭載した車両においては、定速走行安定性を実現すべく流体継手を直結させる直結モードを有しており、流体継手を直結させた状態でアクセルペダルを大きく操作して急加減速を行う際には加減速ショックを回避すべく直結を解除するのが一般的であるが、本発明の適用により、直結を解除しなくても加減速ショックを好適に回避することが可能となり、燃費の向上を図ることができる。
【００２５】
以上で本発明に係る内燃機関の出力制御装置の実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、伝達関数Ｃ(s)’においてω2を２π×１（rad/sec）で固定し、ω1とＫnとを可変にするようにしたが、ω1を固定し、ω2とＫnとを可変にすることも可能であり、ω1、ω2及びＫnの全てを可変にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る出力制御装置を含む系の制御モデルを示すブロック図である。
【図２】アクセル開度とωmとの関係を示すマップである。
【図３】アクセル入力とζmとの関係を示すマップである。
【図４】アクセル開度を６％→３０％とした場合のＡＰＳ値及びＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの理論値を示す図である。
【図５】アクセル開度を６％→８０％と大きくした場合のＡＰＳ値及びＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの理論値を示す図である。
【図６】本発明に係る補償器を示す図である。
【図７】図６のブロック線図を等価変形した図である。
【図８】アクセル開度とω1との関係を示すマップである。
【図９】アクセル入力とＫnとの関係を示すマップである。
【図１０】アクセル開度を６％→４０％とした場合のＡＰＳ値、ＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの実測値を示す図である。
【図１１】アクセル開度を６％→８０％とした場合のＡＰＳ値、ＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの実測値を示す図である。
【図１２】アクセル開度を３０％→８０％とした場合のＡＰＳ値、ＴＰＳ値、ブースト圧Ｐｂ、加速度Ａccの実測値を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  アクセル開度センサ（ＡＰＳ、アクセル開度検出手段）
２０  補償器（目標スロットル開度算出手段）
３０  電子スロットルバルブ（ＥＴＶ、スロットル開度調整手段）
３５  スロットル開度センサ（ＴＰＳ）
４０  吸気マニホールド
５０  エンジン
６０  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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