(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】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１１と、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段１４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サブスロットル開度と開側への積分値に応じたサブスロットル開度との比較により小さい方の開度に基づいてサブスロットル弁を制御する手段１５と、を備える。【選択図】        図１
2004352158.tif 000002
【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、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サブスロットル開度を求める手段と、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段と、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度と開側への積分値に応じたサブスロットル開度との比較により小さい方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車速制限装置。
【請求項２】
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、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開度を求める手段と、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段と、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くサブスロットル開度と開側への積分値に応じたサブスロットル開度との比較により小さい方の開度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車速制限装置。
【請求項３】
サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段は、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度また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サブスロットル開度について、所定の制御周期毎に前回のサブスロットル開度と今回のサブスロットル開度との比較により今回のサブスロットル開度が前回のサブスロットル開度よりも大きいときにサブスロットル開度の開側への変化を判定する手段と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車速制限装置。
【請求項４】
サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段は、サブスロットル開度の開側への変化を判定するとそのときのメインスロットル開度に応じた減衰量を求める手段と、サブスロットル開度の開側への判定が継続する間の減衰量を積分処理する手段と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２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または請求項２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、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サブスロットル開度を求める手段と、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段と、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度と開側への積分値に応じたサブスロットル開度との比較により小さい方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。
【０００７】
第２の発明は、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、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開度を求める手段と、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段と、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くサブスロットル開度と開側への積分値に応じたサブスロットル開度との比較により小さい方の開度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の発明または第２の発明において、実車速が制限車速未満のときにサブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段は、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度また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サブスロットル開度について、所定の制御周期毎に前回のサブスロットル開度と今回のサブスロットル開度との比較により今回のサブスロットル開度が前回のサブスロットル開度よりも大きいときにサブスロットル開度の開側への変化を判定する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明または第２の発明において、実車速が制限車速未満のときにサブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段は、サブスロットル開度の開側への変化を判定するとそのときのメインスロットル開度に応じた減衰量を求める手段と、サブスロットル開度の開側への判定が継続する間の減衰量を積分処理する手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明または第２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】
車両の加速時に実車速が制限車速以上に上昇しないように制限車速の手前からサブスロットル弁を急速に閉じる必要があり、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度は、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求められるが、開度の急変領域においては、実車速の僅かな変動に応じてサブスロットル開度が大きく変化する。つまり、サブスロットル開度は、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間を行き来するようになり、サブスロットル弁が大きく開閉するため、メインスロットル開度によっては、エンジンへの混合気量の大きな変動により、安定した走行が損なわれる可能性が考えられる。そのため、第１の発明においては、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると、所定の減衰量に基づいて開側への積分値を求め、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度と、開側への積分値に応じたサブスロットル開度と、の比較により小さい方の開度に基づいてサブスロットル弁を制御するのである。これにより、サブスロットル弁は、積分値に応じたサブスロットル開度の方が小さい間は徐々に開くようになり、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度の方が小さくなると、開度の急変領域を持つような特性に基づいて閉側へ応動するようになる。その結果、車両の加速を制限車速に応答よく規制しつつ、実車速が開度特性の急変領域においても、車両の安定した走行状態を確保することができる。
【００１３】
第２の発明においては、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基づくサブスロットル開度と所定の減衰量に基づくサブスロットル開度との比較により、サブスロットル弁は小さい方に基づいて制御される。その結果、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より、実車速が制限車速を超えるのが応答よく抑えられ、アクセル操作を一定に維持しながら、制限車速を保つような定速走行も可能となる一方、実車速が制限車速未満のときは、積分値に基づく制御（積分減衰制御）により、サブスロットル開度の開側への急変が回避され、車両の安定した走行状態を確保できるのである。
【００１４】
第３の発明においては、所定の制御周期毎に前回のサブスロットル開度と今回のサブスロットル開度との比較により、サブスロットル開度の開側への制御を適確に判定できる。この判定後、前回のサブスロットル開度は、今回のサブスロットル開度に更新される。
【００１５】
第４の発明においては、サブスロットル開度の開側への変化の判定が続くと、その継続回数が進む程、アクセル操作（メインスロットル開度）が一定の場合においても、所定の減衰量に基づく開側への積分値は加速的に大きくなり、エンジンへの混合気量が増やせるため、サブスロットル開度の開側への急変を回避しつつ、その期間を必要以上に長引かせることなく、実車速を上昇へ転じさせることができる。
【００１６】
第５の発明においては、エンジンの燃料に圧縮天然ガスなど気体燃料を使用する車両に好適な車速制限特性が得られる。
【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１１（基本サブスロットル開度制御手段）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（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１２（フィードバック補正分制御手段）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開度を求める手段１３（サブスロットル開度制御手段）と、サブスロットル開度の開側への変化を判定すると所定の減衰量に基づく開側への積分値からサブスロットル開度を求める手段１４（サブスロットル開度積分減衰制御手段）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くサブスロットル開度と開側への積分値に応じたサブスロットル開度との比較により小さい方の開度に基づいてサブスロットル弁を制御する手段１５（サブスロットル弁駆動制御手段）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）式の演算により算出されるサブスロットル開度をサブスロットル弁駆動制御手段１５へ出力する。
【００２５】
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）
サブスロットル開度積分減衰制御手段１４においては、図５のようにメインスロットル開度に応じた減衰量を設定する２次元マップ１４ａおよびその減衰量に基づく開側への制御量を演算する積分回路１４ｂが備えられる。所定の起動条件が成立すると、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応じたサブスロットル開度について、前回のサブスロットル開度と今回のサブスロットル開度との比較により、開側への変化（今回のサブスロットル開度＞前回のサブスロットル開度）がどうかの判定に入り、今回のサブスロットル開度＞前回のサブスロットル開度を判定すると、２次元マップ１４ａからメインスロットル開度に応じた減衰量を求め、今回のサブスロットル開度＞前回のサブスロットル開度）の判定が継続する間の減衰量を積分回路１４ｂに掛けるのであり、その演算値（積分減衰量）から算出されるサブスロットル開度をサブスロットル弁駆動制御手段１５へ出力する。所定の起動条件については、スロットル開度（メインスロットル開度）＞判定開度、が設定される。
【００２６】
サブスロットル弁駆動制御手段１５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（サブスロットル開度制御手段１３の出力）と、積分減衰量に応じたサブスロットル開度（サブスロットル開度積分減衰制御手段１４の出力）と、の比較により小さい方の開度に基づいて、サブスロットル弁２のステップモータ４を制御するのである。
【００２７】
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サブスロットル開度のみにより、ステップモータ４を常に制御する場合においては、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は、実車速の僅かな変動に応じてサブスロットル開度が大きく変化するのである。図４においては、車速が８７ｋｍ／ｈ〜９０ｋｍ／ｈの間を変動することにより、基本サブスロットル開度（ステップ数）が０〜約１８０の間を行き来するようになり、サブスロットル弁２がハンチングするため、メインスロットル開度によっては、エンジンへの混合気量を大きく変動させるため、安定した走行が損なわれる可能性が考えられる。
【００２８】
この実施形態においては、サブスロットル開度積分制御手段１４およびサブスロットル弁駆動制御手段１５を備えるので、サブスロットル開度の開側への変化が判定されると、サブスロットル弁２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と、積分減衰量に応じたサブスロットル開度と、の比較により小さい方の開度に基づいて制御されるのである。これにより、サブスロットル弁２は、積分減衰量に応じたサブスロットル開度の方が小さい間は徐々に開くようになり、実車速およびメインスロットル開度に応じたサブスロットル開度の方が小さくなると、３次元マップの特性に基づいて閉側へ機敏に応動するようになる（図５、参照）。その結果、車両の加速を制限車速に応答よく規制しつつ、実車速が開度特性の急変領域においても、車両の安定した走行状態を確保できるのである。
【００２９】
起動条件にスロットル開度＞判定開度（例えば、１０％）を含むため、積分減衰制御が必要なく機能するのを抑えられる。これは、スロットル開度（メインスロットル開度）が小さい場合（全閉またはそれに近い状態）においては、サブスロットル開度の急変に因る実車速（エンジンへの混合気量）への影響が殆どない、と考えられるからである。
【００３０】
図６は、サブスロットル開度積分制御手段１４およびサブスロットル弁駆動制御手段１５の処理を説明するフローチャートであり、所定の起動条件（スロットル開度＞判定開度）が成立すると、所定の制御周期毎に実行される。Ｓ１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基づくサブスロットル開度について、前回のサブスロットル開度と今回のサブスロットル開度との比較により、今回のサブスロットル開度＞前回のサブスロットル開度、かどうかを判定する。Ｓ１の判定がｙｅｓのときは、Ｓ２において、２次元マップ１４ａからメインスロットル開度に応じた減衰量を求め、その減衰量に基づく開側への積分値から算出するサブスロットル開度（積分減衰制御に基づくサブスロットル開度）と今回のサブスロットル開度との比較により、今回のサブスロットル開度＞積分減衰制御に基づくサブスロットル開度、かどうかを判定する。
【００３１】
Ｓ２の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３において、積分減衰制御に基づくサブスロットル開度にサブスロットル弁２のステップモータ４を制御する。Ｓ１の判定がｎｏまたはＳ２の判定がｎｏのときは、Ｓ４において、サブスロットル弁２のステップモータ４を今回のサブスロットル開度（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サブスロットル開度）に制御するのである。
【００３２】
このような構成により、サブスロットル弁２およびその制御手段（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が創り出せるのである。サブスロットル弁２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サブスロットル開度と、積分減衰制御に基づくサブスロットル開度と、の比較により小さい方に基づいて制御される。
【００３３】
図７は、その制御特性の例示するものであり、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により、実車速が制限車速を超えるのが応答よく抑えられ、アクセル操作を一定に維持しながら、制限車速を保つような定速走行も可能となる一方、実車速が制限車速未満のときは、積分減衰制御により、サブスロットル開度の開側への急変が回避され、車両の安定した走行状態を確保することができる。図７の太線がサブスロットル開度の制御特性である。
【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３次元マップの説明図である。
【図５】同じく積分減衰制御の説明図である。
【図６】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図７】同じく制御特性図である。
【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
３  吸気通路
４  ステップモータ（駆動手段）
５  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  サブスロットル開度減衰制御手段
１５  サブスロットル弁駆動制御手段
【図１】
2004352158.tif 000003
【図２】
2004352158.tif 000004
【図３】
2004352158.tif 000005
【図４】
2004352158.tif 000006
【図５】
2004352158.tif 000007
【図６】
2004352158.tif 000008
【図７】
2004352158.tif 000009