(57)【要約】【課題】ＣＮＧエンジンのようなオットーサイクルエンジンを搭載する車両において、サブスロットル弁を使用することにより、車両の加速を既定値に規制しえる好適な車速制限装置を実現する。車速制限の制御に必要な車速を検出する手段の故障に対するバックアップを確保する。【解決手段】アクセル操作に応動するメインスロットル弁１と、吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル上流に供給する手段と、を備えるエンジンを原動機として搭載する車両において、エンジンに吸入される混合気量を抑えるためのサブスロットル弁２と、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル弁を制御する手段５と、車速の検出手段の故障を判定するとサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数に応じたサブスロットル開度にバックアップ制御する手段（１４〜１６）と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル操作に応動するメインスロットル弁と、吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル上流に供給する手段と、を備えるエンジンを原動機として搭載する車両において、エンジンに吸入される混合気量を抑えるためのサブスロットル弁と、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル弁を制御する手段と、車速の検出手段の故障を判定するとサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数に応じたサブスロットル開度にバックアップ制御する手段と、を備えることを特徴とする車速制限装置。
【請求項２】
実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル弁を制御する手段は、車速制限が効かない開度領域と車速制限を効かせる開度領域との境に開度の急変領域を持つような特性から実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求める手段と、実車速が制限車速よりも所定値だけ低い判定車速以上のときに制限車速と実車速との偏差を０に収束させるようにサブスロットル開度の補正分をフィードバック制御する手段と、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づいてサブスロットル弁を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車速制限装置。
【請求項３】
車速の検出手段の故障を判定するとサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数に基づいてバックアップ制御する手段は、エンジン回転数の検出手段と、エンジンから駆動輪への動力伝達の断続を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて車速の検出手段が故障かどうかを判定する手段と、その故障判定時にサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数の検出信号に基づいてバックアップ用の特性から求められるエンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車速制限装置。
【請求項４】
車速検出手段の故障判定時にサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数の検出信号に基づいてバックアップ用の特性から求められるエンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御する手段は、制限車速よりも所定値だけ低い判定車速に達する可能性のあるエンジン回転数の下限値に設定の判定回転とエンジン回転数の検出信号を比較してエンジン回転数≧判定回転を条件にサブスロットル弁のバックアップ制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の車速制限装置。
【請求項５】
エンジンの燃料は、圧縮天然ガスなどの気体燃料であることを特徴とする請求項１に記載の車速制限装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車速制限装置（スピードリミッタデバイス）に関するものであり、詳しくは圧縮天然ガス（ＣＮＧ）など気体燃料を使用するエンジンを搭載する車両に好適な車速制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン車両において、制限車速を上限に車両の加速を規制するものでないが、定速走行の要求が発生すると、実車速をそのときの目標車速に保つようにエンジンの燃料噴射量を制御するものが開示される（特許文献１）。
【０００３】
ディーゼルエンジンをオットーサイクルエンジンに転用した圧縮天然ガスエンジン（ＣＮＧエンジン）において、アクセルペダルに応動するスロットル弁（メインスロットル弁）と、駆動装置によって駆動（開閉）されるサブスロットル弁と、エンジン回転数に応じたエンジントルクが所定値を超えないように最大スロットル開度を制御する手段と、を備えるものが開示される（特許文献２）。サブスロットル弁は、通常は全開状態に保持され、エンジンの最大出力が達成されるポイントをエンジン回転数が超えると、メインスロットル開度が最大スロットル開度を超える場合、エンジン回転数の上昇に伴って徐々に開度が小さくなり、エンジン回転数が最大許容回転に至るときに全閉となるように制御される。つまり、定速走行（特許文献１、参照）において、実車速を目標車速（一定値）に保つように制御するものでなく、エンジンの機械的強度との関係からエンジンの出力を制限するのである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２１６７２９号
【特許文献２】
実開平６−７３３４６号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ＣＮＧエンジンのようなオットーサイクルエンジンを搭載する車両において、サブスロットル弁を使用することにより、車両の加速を既定値に規制しえる車速制限装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明においては、アクセル操作に応動するメインスロットル弁と、吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル上流に供給する手段と、を備えるエンジンを原動機として搭載する車両において、エンジンに吸入される混合気量を抑えるためのサブスロットル弁と、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル弁を制御する手段と、車速の検出手段の故障を判定するとサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数に応じたサブスロットル開度にバックアップ制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、実車速が制限車速を超えないようにサブスロットル弁を制御する手段は、車速制限が効かない開度領域と車速制限を効かせる開度領域との境に開度の急変領域を持つような特性から実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求める手段と、実車速が制限車速よりも所定値だけ低い判定車速以上のときに制限車速と実車速との偏差を０に収束させるようにサブスロットル開度の補正分をフィードバック制御する手段と、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づいてサブスロットル弁を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、車速の検出手段の故障を判定するとサブスロットル弁の制御を切り替えてサブスロットル弁をエンジン回転数に基づいてバックアップ制御する手段は、エンジン回転数の検出手段と、エンジンから駆動輪への動力伝達の断続を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて車速の検出手段が故障かどうかを判定する手段と、その故障判定時にサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数の検出信号に基づいてバックアップ用の特性から求められるエンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、車速検出手段の故障判定時にサブスロットル弁の制御を切り替えてエンジン回転数の検出信号に基づいてバックアップ用の特性から求められるエンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御する手段は、制限車速よりも所定値だけ低い判定車速に達する可能性のあるエンジン回転数の下限値に設定の判定回転とエンジン回転数の検出信号を比較してエンジン回転数≧判定回転を条件にサブスロットル弁のバックアップ制御を実行することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明において、エンジンの燃料は、圧縮天然ガスなどの気体燃料であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明〜第５の発明においては、サブスロットル弁およびその制御手段により、実車速が制限車速を超えないようにエンジンへの混合気量を抑える車両スピードガバナ特性が創り出せるのである。エンジンへの混合気量は、車速制限が効かない車速領域においては、アクセル操作に連動するメインスロットル弁の開度に応じて調整される。その間、サブスロットル弁は、メインスロットル開度に応じた混合気量を妨げない開度（例えば、全開状態）に制御されるのである。
【００１２】
車速の検出手段に故障が発生すると、サススロットル弁の制御に必要な実車速（車速の検出信号）が得られず、車速制限の正常な機能が損なわれるのである。そのため、第１の発明においては、サブスロットル弁をバックアップ制御する手段を備えるので、車速の検出手段の故障の発生が判定されると、実車速に基づく車速制限制御からバックアップ制御へ切り替わるため、サブスロットル弁はエンジン回転数に基づいて制御される。このバックアップ制御により、車速の検出手段の故障時においても、車速制限の正常な機能を確保可能となるのである。
【００１３】
第２の発明においては、車速制限が効かない開度領域と車速制限を効かせる開度領域との境に開度の急変領域を持つような特性から、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度が求められ、サブスロットル弁はこの基本開度にフィードバック補正分を加える開度に制御される。車両の加速は、基本サブスロットル開度の特性により、実車速が制限車速以上に上昇するのを応答よく抑えられるようになる。また、フィードバック補正分により、サブスロットル弁が実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を中心に開閉するため、アクセル操作量を一定に維持しながら、制限車速を保つような安定した走行も可能となる。
【００１４】
第３の発明においては、エンジン回転数の検出と動力伝達の断続とから、車速の検出手段が故障かどうかを適確に判定できる。つまり、エンジン回転数が検出され、動力伝達が接（エンジンから駆動輪へ動力が伝達される）のときは、車両は走行状態にあり、それにも拘わらず、実車速の検出が無い場合、車速の検出手段が故障と判定される。この故障判定時において、サブスロットル弁は、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づく制御からエンジン回転数に基づくバックアップ制御へ切り替えられる。そのため、エンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御され、車両の加速を制限車速以下に抑えられるのである。
【００１５】
第４の発明においては、動力伝達系に変速機が介在するので、エンジンから駆動輪へ伝達される回転数は変速段（ギヤ比）に応じて変わるが、制限車速よりも所定値だけ低い判定車速に達する可能性のあるエンジン回転数の下限値を判定回転に設定するので、エンジン回転数（検出値）≧判定回転を条件にバックアップ制御を実行することにより、エンジン回転数を車速値へ変換することなく、制限車速以下に車両の加速を確実に規制しえる。
【００１６】
第５の発明においては、エンジンの燃料にＣＮＧ（圧縮天然ガス）など気体燃料を使用する場合、ガソリンエンジンに較べると緩やかな加速特性になるが、このような車両に好適な車速制限特性が得られるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、ＣＮＧエンジンの搭載車両への適用を説明する概要構成を表すものであり、エンジンの吸気通路３にメインスロットル弁１およびその下流にサブスロットル弁２が介装される。メインスロットル弁１（スロットル弁）は、運転室のアクセルペダルに連結され、そのペダル踏み量に応じた開度に調整される。サブスロットル弁２は、ステップモータ４（駆動手段）により開閉され、後述のように駆動手段４を制御するエンジンコントロールユニット５が設けられる。図示しない燃料供給装置が備えられ、空燃比が略一定の混合気を生成すべく吸入空気量に相応する燃料量をメインスロットル弁１の上流に供給する。
【００１８】
エンジンコントロールユニット５は、車速センサの検出信号（実車速）およびスロットル開度センサの検出信号（メインスロットル開度）に基づいて車速制限が効かない開度領域と車速制限を効かせる開度領域との境に開度の急変領域を持つような特性から実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求める手段（基本サブスロットル開度制御手段１１）と、実車速が制限車速よりも所定値だけ低い判定車速以上のときに制限車速（既定値）と実車速との偏差を０に収束させるようにサブスロットル開度の補正分をフィードバック制御する手段（フィードバック補正分制御手段１２）と、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づいてサブスロットル弁２を制御する手段（サブスロットル開度制御手段１３）と、車速センサの故障を判定するとサブスロットル弁２の制御を切り替えてクランク角センサの検出信号（エンジン回転数）に応じたサブスロットル開度にバックアップ制御する手段（車速センサの故障判定手段１４，エンジン回転数に基づくサブスロットル開度制御手段１５，制御切り替え手段１６）と、を備える。
【００１９】
基本サブスロットル開度制御手段１１においては、実車速およびメインスロットル開度に基づいて、図４のような３次元マップを検索処理することにより、実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度が決定される。３次元マップにおいて、ｚ軸の基本サブスロットル開度は、ステップモータ４の制御指令値（ステップ値）で表され、ステップ値が大きくなる程、サブスロットル開度は小さくなる（サブスロットル弁２は閉側へ駆動される）のである。ｙ軸のメインスロットル開度が所定範囲（例えば、１８°〜６０°）にあるときにｚ軸の車速が所定値（例えば、８７ｋｍ／ｈ）以上になると、ｚ軸のステップ値が０から急勾配に立ち上がり、制限車速（９０ｋｍ／ｈ）以上のステップ値へ緩勾配を介して継がる特性になり、車両の加速を制限車速に規制しえる（実車速が制限車速以上に上昇するオーバシュートを抑えられる）ように設定される。
【００２０】
フィードバック補正分制御手段１２においては、実車速と制限車速（既定値）とから、（１）式の演算により、フィードバック補正分を算出する。
【００２１】
ＳＬＤＦＢｎ＝ＳＬＤＦＢｎ−１−｛ＫＰ×ＳＰＤ−Ｈ１＋ＫＩ×（ＳＰＤＬＭＩＴ−ＳＰＤｎ）−ＫＤ×（ＳＰＤ−Ｈ２−ＳＰＤ−Ｈ１）｝…（１）
ＳＬＤＦＢｎ：現在のフィードバック補正分％
ＳＬＤＦＢｎ−１：前回のフィードバック補正分％
ＫＰ：比例定数
ＫＩ：積分定数
ＫＤ：微分定数
ＳＰＤ−Ｈ１：ＳＰＤｎ−１−ＳＰＤｎ
ＳＰＤ−Ｈ２：ＳＰＤｎ−２−ＳＰＤｎ−１  
ＳＰＤｎ：現在の車速ｋｍ／ｈ
ＳＰＤｎ−１：前回（１実行周期前）の車速ｋｍ／ｈ
ＳＰＤｎ−２：前々回（２実行周期前）の車速ｋｍ／ｈ
ＳＰＤＬＭＩＴ：制限車速ｋｍ／ｈ（既定値）
【００２２】
図２は、基本サブスロットル開度制御手段１１の処理を説明するフローチャートであり、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１においては、車速センサの検出信号を読み込む。Ｓ２においては、スロットル開度センサの検出信号を読み込む。Ｓ３においては、３次元マップから実車速およびメインスロットル開度に応じた基本サブスロットル開度を求め、サブスロットル開度制御手段１３へ出力するのである。
【００２３】
図３は、フィードバック補正分制御手段１２の処理を説明するフローチャートであり、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１においては、車速センサの検出信号を読み込む。Ｓ２においては、フィードバック補正分の演算（ＰＩＤ制御）の開始条件が成立かどうかを判定する。ＰＩＤ演算は、実車速が判定車速以上の走行状態にあり、その状態が所定時間以上に継続すると、フィードバック制御の開始条件の成立が判定されるのである。Ｓ２の判定がｎｏのときは、Ｓ１へ戻る一方、Ｓ２の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３へ進む。Ｓ３においては、ＰＩＤ演算によりフィードバック補正分を求め、サブスロットル開度制御手段１３へ出力する。
【００２４】
サブスロットル開度制御手段１３においては、基本サブスロットル開度とフィードバック補正分とから、（２）式の演算により、サブスロットル開度を算出する。  サブスロットル開度＝基本サブスロットル開度×（１＋フィードバック補正分／１００）…（２）
サブスロットル弁をバックアップ制御する手段（１４〜１６）においては、クランク角センサ（エンジン回転数の検出手段）および変速機のニュートラルスイッチ（エンジンから駆動輪への動力伝達の断続を検出する手段）が備えられる。
【００２５】
車速センサの故障判定手段１４は、車速センサの検出信号と変速機のニュートラルスイッチ信号とクランク角センサの検出信号とから、ニュートラル信号がＯＦＦ（変速機のギヤ入れ状態）かつエンジン回転数≧判定回転の場合、車両は走行状態の筈であり、それにも拘わらず、車速センサのパルス信号（検出信号）が無いのときは、車速センサが故障と判定するのである。
【００２６】
エンジン回転数に基づくサブスロットル開度制御手段１５においては、図６のような２次元マップが設定され、車速センサの故障判定手段１４により制御切り替え手段１６が切り替えられると、クランク角センサの検出信号に基づいて２次元マップからエンジン回転数に応じたサブスロットル開度を求め、ステップモータ４をそのサブスロットル開度に制御する。
【００２７】
制御切り替え手段１６は、車速センサの故障判定手段１４により制御され、車速センサの正常時はサブスロットル開度制御手段１３側の端子をステップモータ４側の端子に接続する一方、車速センサの故障時はステップモータ４側の端子をエンジン回転数に基づくサブスロットル開度制御手段１５側の端子に接続するのである。
【００２８】
車速センサの故障判定手段１４において、エンジン回転数と比較される判定回転は、ニュートラル信号を含めて車両の走行状態かどうかを単に判定するだけなら、０ｒｐｍ（エンジン停止）でないことを判定しえる設定値を与えれば済むが、エンジン回転数に基づくサブスロットル開度制御手段１５の起動条件も規定するものであり、制限車速よりも所定値だけ低い判定車速に達する可能性のあるエンジン回転数の下限値に設定される。
【００２９】
図５は、サブスロットル弁２のバックアップ制御を説明するフローチャートであり、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１においては、エンジン回転数≧判定回転、かどうかを判定する。Ｓ２においては、ニュートラルスイッチがＯＦＦかどうかを判定する。Ｓ３においては、車速センサのパルス信号が無いかどうかを判定する。Ｓ１の判定がｙｅｓかつＳ２の判定がｙｅｓかつＳ３の判定がｙｅｓの条件が成立すると、Ｓ４において、車速センサが故障と判定するのである。Ｓ５においては、この判定により基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づく制御からエンジン回転数に基づくバックアップ制御へ切り替えることにより、ステップモータをエンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御するのである。
【００３０】
このように構成すると、サブスロットル弁２およびそのコントロールユニット５により、実車速が制限車速を超えないようにエンジンへの混合気量を抑える車両スピードガバナ特性を創り出せるのである。エンジンへの混合気量は、車速制限が働かない車速領域においては、アクセル操作に連動するメインスロットル弁１の開度に応じて調整される。その間、サブスロットル弁２は、メインスロットル開度に応じた混合気量を妨げない開度（例えば、全開状態）に制御される。
【００３１】
サブスロットル弁２は、車速センサが正常に機能する通常時においては、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に応じたサブスロットル開度に制御される。３次元マップが車速制限の効かない開度領域と車速制限を効かせる開度領域との境に開度の急変領域を持つような特性のため、開度の急変領域において、実車速の僅かな上昇により、ステップモータ４への制御指令値（サブスロットル開度）が応答よく立ち上がる。図４においては、車速が８７ｋｍ／ｈから９０ｋｍ／ｈ（制限車速）へ上昇する間に基本サブスロットル開度が０から１８０付近へ急変するため、実車速が制限車速以上に上昇するオーバシュートを適確に抑えられるのである。
【００３２】
基本サブスロットル開度は、実車速が制限車速を超えないようにエンジンへの混合気量を抑えるサブスロットル開度の基本制御量であり、ステップモータ４は、この基本制御量にフィードバック補正分を加えるサブスロットル開度に制御される。フィードバック補正分は、制限車速と実車速との偏差に応じて制御され、実車速＝制限車速のときは０％、実車速＞制限車速のときは＋（閉側）補正量、実車速＜制限車速のときは−（開側）補正量、をサブスロットル開度に与えるのである。このフィードバック制御により、サブスロットル弁２は、実車速が制限車速へ収束するように開閉され、アクセル操作量を一定に維持しながら、制限車速を保つような安定した走行も可能となる。
【００３３】
車速センサの故障が発生すると、基本サブスロットル開度およびフィードバック補正分に基づく制御に必要な実車速が得られなくなる。この実施形態においては、車速センサの故障を判定するとサブスロットル弁２の制御を切り替えてクランク角センサの検出信号（エンジン回転数）に応じたサブスロットル開度にバックアップ制御する手段（車速センサの故障判定手段１４，エンジン回転数に基づくサブスロットル開度制御手段１５，制御切り替え手段１６）を備えるので、車速センサの故障時においても、エンジン回転数に応じたサブスロットル開度に制御され、車速制限を有効に働かせることができる。
【００３４】
エンジンから駆動輪へ伝達される回転数は、変速段（ギヤ比）に応じて変わるが、エンジン回転数に基づくバックアップ制御において、エンジン回転数と比較される判定回転に制限車速よりも所定値だけ低い判定車速に達する可能性のあるエンジン回転数の下限値を設定するので、サブスロットル弁２が閉側へ急変する特性（図６、参照）により、制限車速以下に車両の加速を確実に規制しえるのである。
【００３５】
バックアップ制御については、エンジン回転数（クランク角センサの検出信号）を車速値に換算することも考えられるが、この例においては、２次元マップからエンジン回転数に応じたサブスロットル開度を求める制御のため、変速機のギヤ比（シフト位置）を検出する手段が必要なく、言い換えればシフト位置検出手段の有無に制限されないため、既存の車両へ広く適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を説明するシステム概要図である。
【図２】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図３】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図４】同じく制御の特性図である。
【図５】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図６】同じく制御の特性図である。
【符号の説明】
１  メインスロットル弁（スロットル弁）
２  サブスロットル弁
４  ステップモータ（駆動手段）
５  エンジンコントロールユニット
１１  基本サブスロットル開度制御手段
１２  フィードバック補正分制御手段
１３  サブスロットル開度制御手段
１４  車速センサの故障判定手段
１５  エンジン回転数に基づくサブスロットル開度制御手段
１６  制御切り替え手段
【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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