(57)【要約】【課題】動力システムのトルク制御装置に関し、トルク制御にかかるアクチュエータの新規の追加を容易にし、且つ、各アクチュエータを有効に利用できるようにする。【解決手段】動力システムの目標トルクに応じた目標トルク信号を、予め設定された分配優先順位に従って各アクチュエータＡ，Ｂへ分配する。各アクチュエータＡ，Ｂの信号の入力部には、分配される信号のうち当該アクチュエータＡ，Ｂの動作特性に合った信号のみを当該アクチュエータＡ，Ｂの指令信号として通過させる信号処理フィルタＡ，Ｂを設ける。そして、各アクチュエータＡ，Ｂの劣化度に応じて各信号処理フィルタＡ，Ｂの信号通過特性の設定を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力システムのトルク制御装置であって、
入力される指令信号に応じて動作し、その動作に応じたトルクを前記動力システムに実現させる複数のアクチュエータと、
前記動力システムの目標トルクに応じた目標トルク信号を、予め設定された分配優先順位に従って各アクチュエータへ分配する信号分配構造と、
各アクチュエータの信号の入力部に設けられて、前記信号分配構造から供給される信号のうち当該アクチュエータの動作特性に合った信号のみを当該アクチュエータの指令信号として通過させる信号処理フィルタと、
各アクチュエータの劣化度を判定する劣化判定手段と、
各アクチュエータの劣化度に応じて各信号処理フィルタの信号通過特性の設定を変更する信号通過特性変更手段と、
を備えることを特徴とする動力システムのトルク制御装置。
【請求項２】
前記信号通過特性変更手段は、前記信号処理フィルタの最大通過周波数を、対応するアクチュエータの劣化度に応じて低下させることを特徴とする請求項３記載の動力システムのトルク制御装置。
【請求項３】
前記信号分配構造は、前記信号処理フィルタを通過前の信号から通過後の信号を差し引いた信号を次位のアクチュエータへ供給する構造であることを特徴とする請求項１又は２記載の動力システムのトルク制御装置。
【請求項４】
前記劣化判定手段は、各アクチュエータの積算動作時間に基づいて劣化度を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の動力システムのトルク制御装置。
【請求項５】
前記劣化判定手段は、各アクチュエータの動作音に基づいて劣化度を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の動力システムのトルク制御装置。
【請求項６】
前記劣化判定手段は、各アクチュエータの動作目標値と実際値との偏差に基づいて劣化度を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の動力システムのトルク制御装置。
【請求項７】
前記動力システムは自動車に搭載される内燃機関であり、前記複数のアクチュエータには気筒内への吸入空気量を調整するためのアクチュエータと、点火時期を調整するためのアクチュエータとが含まれることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の動力システムのトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の動力システムのトルク制御装置であり、より詳しくは、複数のアクチュエータを協働させてトルクの制御を行うトルク制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の動力システムとして内燃機関が用いられている。内燃機関は、スロットル、点火装置、燃料噴射装置等の複数のアクチュエータを有し、これらアクチュエータを協働させることで所望のトルクを実現することができる。内燃機関のトルクは各アクチュエータの動作によって決まるため、そのトルク制御においては各アクチュエータをどのように動作させるか決定する必要がある。
【０００３】
トルク制御の１つの方法として、目標トルクをそれぞれのアクチュエータに分配し、分配された分の目標トルクが内燃機関で実現されるように各アクチュエータを動作させる方法が考えられる。例えば、スロットルと点火装置とを用いてトルク制御を行う場合には、スロットル分の目標トルクに応じてスロットル開度を制御し、点火装置分の目標トルクに応じて点火時期を制御すればよい。目標トルクの各アクチュエータへの分配には、ローパスフィルタ等の信号処理フィルタを用いることができる。
【０００４】
複数のアクチュエータを協働させて目標トルクを実現するシステムとしては、例えば、特許文献１に記載のシステムが知られている。このシステムは、動力装置として内燃機関と電動機（モータ）とを備えるハイブリッド動力システムであり、ローパスフィルタを用いて目標トルクをクラッチとモータとに分配している。具体的には、クラッチ制御装置に供給される目標トルクから、クラッチ制御では対応できない高周波数の信号成分がローパスフィルタによって除去される。そして、高周波数の信号成分が除去された目標トルクを実現するようにクラッチ制御が行われるとともに、ローパスフィルタで除去した高周波数の信号成分を実現するようにモータ制御が行われる。
【特許文献１】特開平１１−１５９３６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トルク制御にかかるアクチュエータを２つ備えるシステムでは、特許文献１に記載のシステムのように目標トルクの供給経路にローパスフィルタを配置することで、ローパスフィルタのカットオフ周波数を基準として目標トルクを２つのアクチュエータに分配することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のシステム構成は、トルク制御にかかるアクチュエータが新規に追加される可能性のあるシステムには、そのまま適用することはできない。特許文献１に記載のシステム構成に単純にアクチュエータを追加したとしても、追加したアクチュエータに目標トルクを分配する手段がないからである。特許文献１に記載のシステム構成においてトルク制御にかかるアクチュエータを新規に追加する場合には、フィルタの追加や既存フィルタの信号通過特性の見直しが必要になると考えられる。しかし、特許文献１には、その方法についての記載はない。
【０００７】
動力システムにおいてトルク制御の高精度化を実現するためには、トルク制御にかかるアクチュエータの数を増やすことが有効である。また、既存のシステムであっても、トルク制御にかかるアクチュエータを後から追加することができれば、トルク制御の高精度化を図ることができる。その場合、制御構造の変更の必要が無いこと、或いは、制御構造の変更が最小限であることが、アクチュエータの追加の容易性、すなわち、システムの拡張性を確保する上で重要となる。
【０００８】
また、各アクチュエータへの目標トルクの分配にフィルタを用いるシステムでは、フィルタの信号通過特性の設定を変更することで、各アクチュエータに割り当てる目標トルクの信号域を変更することができる。各アクチュエータへの信号域の割り当てを可変にすることは、複数のアクチュエータの有効利用、ひいては、目標トルクの実現精度の向上に役立つものと期待できる。しかし、特許文献１には、フィルタの信号通過特性の設定を可変にすることや、その活用方法についての記載はない。
【０００９】
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、トルク制御にかかるアクチュエータの新規の追加が容易であり、しかも、各アクチュエータを有効に利用することができる動力システムのトルク制御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】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、動力システムのトルク制御装置であって、
入力される指令信号に応じて動作し、その動作に応じたトルクを前記動力システムに実現させる複数のアクチュエータと、
前記動力システムの目標トルクに応じた目標トルク信号を、予め設定された分配優先順位に従って各アクチュエータへ分配する信号分配構造と、
各アクチュエータの信号の入力部に設けられて、前記信号分配構造から供給される信号のうち当該アクチュエータの動作特性に合った信号のみを当該アクチュエータの指令信号として通過させる信号処理フィルタと、
各アクチュエータの劣化度を判定する劣化判定手段と、
各アクチュエータの劣化度に応じて各信号処理フィルタの信号通過特性の設定を変更する信号通過特性変更手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、
前記信号通過特性変更手段は、前記信号処理フィルタの最大通過周波数を、対応するアクチュエータの劣化度に応じて低下させることを特徴としている。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記信号分配構造は、前記信号処理フィルタを通過前の信号から通過後の信号を差し引いた信号を次位のアクチュエータへ供給する構造であることを特徴としている。
【００１３】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記劣化判定手段は、各アクチュエータの積算動作時間に基づいて劣化度を判定することを特徴としている。
【００１４】
第５の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記劣化判定手段は、各アクチュエータの動作音に基づいて劣化度を判定することを特徴としている。
【００１５】
第６の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記劣化判定手段は、各アクチュエータの動作目標値と実際値との偏差に基づいて劣化度を判定することを特徴としている。
【００１６】
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、
前記動力システムは自動車に搭載される内燃機関であり、前記複数のアクチュエータには気筒内への吸入空気量を調整するためのアクチュエータと、点火時期を調整するためのアクチュエータとが含まれることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、目標トルク信号が各アクチュエータに分配されることで、目標トルクの実現のために複数のアクチュエータが重複して動作してしまうことはない。また、各アクチュエータには、そのアクチュエータの動作特性に合った信号のみを通過させる信号処理フィルタが組み合わせられているので、アクチュエータの動作能力を超える指令信号が入力されることは防止される。アクチュエータを新規に追加する場合は、アクチュエータと、そのアクチュエータの動作特性に合った信号のみを通過させる信号処理フィルタとを１セットとして信号分配構造に組み込めばよい。その際、既存の信号処理フィルタの信号通過特性を見直す必要は無く、アクチュエータの追加に伴う制御構造の変更の必要は無いか、変更の必要が有ったとしても最小限に止めることができる。
【００１８】
また、アクチュエータの動作可能な信号域は磨耗等の機械的な劣化が進むにつれて狭くなっていく。このとき、各アクチュエータへの信号域の割り当てが固定されていると、何れのアクチュエータでも実現されない信号域が生じてしまう可能性がある。しかし、第１の発明では、各アクチュエータに割り当てる目標トルクの信号域は各アクチュエータの劣化度に応じて変更される。これによれば、あるアクチュエータにおいて劣化により実現できなくなった信号域の目標トルクを他のアクチュエータに実現させることができ、システム全体としての目標トルクの実現精度を維持することができる。
【００１９】
第２の発明によれば、信号処理フィルタの最大通過周波数を対応するアクチュエータの劣化度に応じて低下させることで、アクチュエータの動作が目標トルクに追従できなくなる事態を防止することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、アクチュエータを新規に追加する場合に既存の制御構造を変更する必要は無い。また、信号分配構造に追加する信号処理フィルタの位置によって、新規追加するアクチュエータへの目標トルク信号の分配優先順位を決定することができる。さらに、信号分配構造内の各信号処理フィルタの位置を組替えるだけで、各アクチュエータの分配優先順位を容易に変更することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、アクチュエータの積算動作時間を劣化度の判定基準とすることで、アクチュエータの劣化度に関する客観的な判定が可能になる。アクチュエータの劣化はその動作時間に応じて進行するからである。
【００２２】
第５の発明によれば、アクチュエータの動作音を劣化度の判定基準とすることで、アクチュエータの劣化度に関する客観的な判定が可能になる。劣化が進んだアクチュエータでは、動作時にきしみ音等の異音が発生する可能性が高いからである。
【００２３】
第６の発明によれば、アクチュエータの動作目標値と実際値との偏差を劣化度の判定基準とすることで、アクチュエータの劣化度に関する客観的な判定が可能になる。劣化が進み目標トルクへの追従性が低下したアクチュエータでは、その動作目標値と実際値との偏差が大きくなる可能性が高いからである。
【００２４】
第７の発明によれば、アクチュエータの劣化によって吸入空気量の調整では実現できなくなった信号域を点火時期の調整によって補償することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下では、本発明のトルク制御装置を自動車に搭載される内燃機関（以下、エンジンという）、特に、火花点火式のエンジンに適用した場合の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、火花点火式エンジン以外のエンジン、例えば、ディーゼルエンジンにも適用可能であり、エンジンと電動機とからなるハイブリッドシステム等、エンジン以外の動力システムにも適用可能である。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態１としてのトルク制御装置の制御ブロック図である。エンジンは、そのトルク制御にかかる複数のアクチュエータＡ，Ｂを備えている。これらアクチュエータＡ，Ｂは、入力される指令信号に応じて動作し、その動作に応じたトルクをエンジンに実現させるものである。例えば、アクチュエータＡをスロットル、アクチュエータＢを点火装置とすることができる。スロットルは、その開度によって気筒内への吸入空気量を調整し、吸入空気量によってエンジンのトルクを制御することができる。点火装置は、その点火時期によってエンジンのトルクを制御することができる。また、アクチュエータＡをスロットル、アクチュエータＢを可変動弁機構付きの吸気バルブとすることもできる。可変動弁機構付きの吸気バルブであれば、その作用角や最大リフト量を変化させることで気筒内への吸入空気量の調整が可能であり、吸入空気量によってエンジンのトルクを制御することができる。
【００２７】
エンジンの制御装置（トルク制御装置よりも上位の制御装置）には、各種のトルク要求が供給される。これらトルク要求には、ドライバからの要求の他、ＶＳＣ、ＴＲＣ、トランスミッション等の各種デバイスからの要求も含まれている。エンジンの制御装置は、これら各種のトルク要求をまとめたものをエンジンの目標トルクとし、それをデジタル信号化した目標トルク信号をトルク制御装置に供給する。
【００２８】
本実施の形態のトルク制御装置は、目標トルク信号を２つのアクチュエータＡ，Ｂに指令信号として分配する。目標トルク信号の分配には、フィルタＡ，Ｂが用いられる。フィルタＡ，Ｂは、各アクチュエータＡ，Ｂの信号の入力部に設けられ、対応するアクチュエータＡ，Ｂの動作特性に合った信号のみを指令信号として通過させる。アクチュエータＡに組み合わせられるフィルタＡは、アクチュエータＡが動作可能な、或いは動作させたい周波数域の信号を通過させるフィルタ（ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ等の狭義のフィルタ）と、アクチュエータＡが動作可能な、或いは動作させたい振幅域に信号を制限するガード（飽和要素）等から構成されている。同様に、アクチュエータＢに組み合わせられるフィルタＢは、アクチュエータＢが動作可能な、或いは動作させたい周波数域の信号を通過させるフィルタと、アクチュエータＢが動作可能な、或いは動作させたい振幅域に信号を制限するガード等から構成されている。これらフィルタＡ，Ｂは、第１の発明にかかる「信号処理フィルタ」に相当する。
【００２９】
本実施の形態のトルク制御装置では、その信号分配構造において目標トルク信号を各アクチュエータＡ，Ｂに分配する上での優先順位が予め設定されている。分配優先順位は任意に設定することができるが、図１に示す構成では、アクチュエータの動作に対するトルクの応答感度の低い順に分配優先順位が設定されている。スロットルと点火装置とでは、トルク応答感度が低いスロットルの方が分配優先順位を上に設定される。スロットルと可変動弁機構付きの吸気バルブとでは、トルク応答感度が低いスロットルの方が分配優先順位を上に設定される。このように分配優先順位を設定すれば、トルク制御のための負担が１つのアクチュエータに偏ることはなく、応答感度の低いアクチュエータから応答感度の高いアクチュエータまで、全てのアクチュエータを有効に活用することが可能になる。なお、各アクチュエータＡ，Ｂの分配優先順位は、具体的には、対応するフィルタＡ，Ｂの信号分配構造内の位置によって決まる。
【００３０】
図１に示す構成では、上位のアクチュエータＡに対応するフィルタＡには、目標トルク信号がそのまま入力される。アクチュエータＡには、目標トルク信号のうちフィルタＡを通過した信号が指令信号として入力される。下位のアクチュエータＢに対応するフィルタＢには、上位のフィルタＡを通過前の信号から通過後の信号を差し引いた差分信号が入力される。この差分信号は、目標トルク信号のうちアクチュエータＡでは実現できない、或いは実現されない信号である。この差分信号がフィルタＢに入力され、フィルタＢを通過した信号が指令信号としてアクチュエータＢに入力される。これにより、目標トルクのうちアクチュエータＡで実現される信号域は全てアクチュエータＡに実現させ、アクチュエータＡで実現されない信号域のみアクチュエータＢに実現させることができる。
【００３１】
図２は本実施の形態にかかるフィルタＡ，Ｂの信号通過特性の設定を説明するための図である。図２に示すように、フィルタＡの信号通過域は、フィルタＢの信号通過域よりも低周波数側に設定されている。そして、フィルタＡの最大通過周波数（カットオフ周波数）にフィルタＢの最小通過周波数が合わせられている。フィルタＡの最大通過周波数の設定は変更可能であり、それに応じてフィルタＢの最小通過周波数も変更されるようになっている。
【００３２】
本実施の形態のトルク制御装置は、フィルタＡの最大通過周波数をアクチュエータＡの機械的な劣化の程度に応じて変更する。アクチュエータＡの劣化が進んだ場合、高周波数の目標トルク信号に対してはアクチュエータＡの動作が追従できなくなる可能性がある。特に、本実施の形態にてアクチュエータＡとして想定しているスロットルでは、目標トルク信号の変動に応じて開閉を繰り返す結果、摺動部が磨耗によって劣化する可能性が高い。そこで、アクチュエータＡの劣化が進んだ場合には、フィルタＡの最大通過周波数を低下させ、その分、フィルタＢの信号通過域を低周波数側に広げるようにする。これによれば、アクチュエータＡの劣化により実現できなくなった信号域の目標トルクをアクチュエータＢに実現させることができ、システム全体としての目標トルクの実現精度を維持することができる。
【００３３】
なお、アクチュエータＡの劣化の程度を判定する方法としては、次の３つの方法が挙げられる。第１の方法は、アクチュエータＡの積算動作時間から劣化度を判定する方法である。アクチュエータＡの劣化は新品時からの動作時間に応じて進行するからである。第２の方法は、アクチュエータＡの動作音を測定し、その音圧や周波数から劣化度を判定する方法である。磨耗等の劣化が進んだアクチュエータＡでは、動作時にきしみ音等の異音が発生する可能性が高いからである。そして、第３の方法は、アクチュエータＡの動作目標値に対する実際値の偏差、若しくは、周波数応答性から劣化度を判定する方法である。劣化が進み目標トルクへの追従性が低下したアクチュエータＡでは、その動作目標値と実際値との偏差が大きくなり、また、周波数応答性が低下する可能性が高いからである。
【００３４】
上記の何れの方法によってもアクチュエータＡの劣化度を客観的に判定することができるが、本実施の形態では第１の方法を採っている。本実施の形態のトルク制御装置は、図３のフローチャートに示すルーチンに従ってフィルタＡの最大通過周波数の設定を変更するようになっている。図３に示すルーチンが実行されることで、第１の発明にかかる「劣化判定手段」と「信号通過特性変更手段」とが実現される。
【００３５】
図３に示すルーチンの最初のステップＳ１０では、アクチュエータＡの動作時間の積算が行われる。積算動作時間はトルク制御装置のメモリに記憶され、ステップＳ１０の処理が実行される度に更新されるようになっている。次のステップＳ２０では、積算動作時間が予め設定された閾値以上か否か判定される。なお、閾値は段階的に設定されている。積算動作時間が直近の閾値に達するまでは現在の最大通過周波数（カットオフ周波数）の設定が維持される。そして、積算動作時間が閾値に達したら、最大通過周波数は所定値だけ低い値に再設定される（ステップＳ３０）。
【００３６】
ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０の処理は繰り返し実施され、積算動作時間が次の閾値に達するまでは最大通過周波数は現在の値に維持される。そして、積算動作時間が次の閾値に達したら、最大通過周波数はさらに所定値だけ低い値に再設定される。このルーチンによれば、積算動作時間が増えていくに従ってフィルタＡの最大通過周波数はより低い値に変更されていく。なお、アクチュエータＡの劣化があまりにも進んだ場合には、燃費の悪化等の他の問題が生じてくるおそれがある。したがって、積算動作時間が所定の限界値に達した場合にはアラームを出すようにしてもよい。
【００３７】
ところで、図１に示す構成によれば、トルク制御に使用するアクチュエータを容易に追加することができる。新規にアクチュエータＣ（図示略）を追加する場合、そのアクチュエータＣの動作特性に合った信号のみを通過させるフィルタＣ（図示略）を信号の入力部に設け、このフィルタＣを上記の信号分配構造に組み込めばよい。具体的には、フィルタＢを通過前の信号から通過後の信号を差し引いた差分信号がフィルタＣに入力されるようにすればよい。この差分信号は、目標トルク信号のうちアクチュエータＡでもアクチュエータＢでも実現できない、或いは実現されない信号である。この差分信号がフィルタＣに入力され、フィルタＣを通過した信号が指令信号としてアクチュエータＣに入力される。これにより、既存のアクチュエータＡ，Ｂで実現されない信号域をアクチュエータＣに実現させることができるようになる。
【００３８】
アクチュエータＣがアクチュエータＢよりもトルク応答感度の高いアクチュエータの場合、フィルタＣの信号通過域は、フィルタＢの信号通過域よりも高周波数側に設定する。そして、フィルタＢの最大通過周波数にフィルタＣの最小通過周波数を合わせるようにする。また、フィルタＡと同様にフィルタＢの最大通過周波数も可変とし、アクチュエータＢの機械的な劣化の程度に応じて変更する。具体的には、フィルタＡと同様に図３に示すルーチンに従ってフィルタＢの最大通過周波数の設定を変更する。そして、フィルタＢの最大通過周波数を低下させた分、フィルタＣの信号通過域を低周波数側に広げるようにする。これによれば、アクチュエータＢの劣化により実現できなくなった信号域の目標トルクはアクチュエータＣにて実現することができるようになる。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態のトルク制御装置によれば、既存の制御構造を変更することなくトルク制御にかかるアクチュエータを新規に追加することができる。また、それぞれのアクチュエータの劣化度に応じて対応するフィルタの最大通過周波数を低下させ、各アクチュエータに割り当てる目標トルクの信号域を変更することで、各アクチュエータを有効に利用することができ、システム全体としての目標トルクの実現精度を維持することができる。
【００４０】
ところで、アクチュエータの構造によっては、高周波数域での動作が長時間続いた場合、発生する熱によって高温状態となり耐久性の低下を招く可能性がある。このような問題を防止するためには、高周波数域での動作が所定時間連続して続いたら、フィルタの最大通過周波数を低下させて高周波数域での動作を制限すればよい。この場合にトルク制御装置が実行するルーチンは、上記実施の形態と同じく図３に示すルーチンで表すことができる。なお、制限した信号域の目標トルクは、よりトルク応答感度の高い他のアクチュエータにて実現することができる。このような方法によっても各アクチュエータの有効利用が可能であり、システム全体としての目標トルクの実現精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態としてのトルク制御装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるフィルタの信号通過特性の設定を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態において実行されるフィルタの信号通過特性を変更するためのルーチンのフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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