(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、車両前後振動の抑制と車両運動性能とをバランス良く成立させることのできる車両制御装置を提供することにある。【解決手段】  本発明は、内燃機関と変速機を有する駆動系とを搭載した車両の内燃機関及び駆動系を制御する車両制御装置であり、車両に関する各種状態量を検出する検出手段の検出結果（Ｓ２００）に基づいて予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から一つの出力パターンを選択する（Ｓ２３０，Ｓ２４０，Ｓ２５０，Ｓ２５５）制御パターン選択手段と、制御パターン選択手段によって選択された出力パターンに基づいて内燃機関及び駆動系を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と変速機を有する駆動系とを搭載した車両の前記内燃機関及び前記駆動系を制御する車両制御装置において、
前記車両に関する各種状態量を検出する検出手段の検出結果に基づいて予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から一つの出力パターンを選択する制御パターン選択手段と、前記制御パターン選択手段によって選択された出力パターンに基づいて前記内燃機関及び前記駆動系を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
内燃機関と変速機を有する駆動系とを搭載した車両の前記内燃機関及び前記駆動系を制御する車両制御装置において、
前記変速機のギア位置を含む車両状態を検出する車両状態検出手段と、
前記車両状態検出手段の検出結果に基づいて、車両前後振動を生じ得る振動周期を算出する振動周期算出手段と、
アクセルペダル開度を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記内燃機関及び／又は前記駆動系への要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
前記要求トルク算出手段によって算出された要求トルクを実現するのに必要な制御時間を予測する制御必要時間予測手段と、
前記振動周期算出手段によって算出された振動周期、及び、前記制御必要時間予測手段によって予測された必要制御時間に基づいて、予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から最適な出力パターンを選択する制御パターン選択手段と、
前記制御パターン選択手段によって選択された出力パターンに基づいて前記内燃機関及び前記駆動系を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする車両制御装置。
【請求項３】
複数種類の前記出力パターンが、駆動トルクを要求トルクまでランプ状に立ち上げるパターンと、前記振動周期以内で要求トルクまで段階的にステップ状に駆動トルクを増加させるパターンと、前記振動周期以下の周期で駆動トルクを振動させるパターンとを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の搭載され、該車両の駆動源となる内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）を駆動源とする車両においては、エンジンの出力変動やギヤの変速に伴って車両前後振動が生じる場合がある。車両前後振動は、駆動系（特にドライブシャフト等）が完全剛体でない（捻れ方向のバネ定数が無限大ではない）ために生じるもので、急激な駆動トルク変動が原因で駆動系が振動することが原因である。車両前後振動は運転者に対して不快感を与えるため、これまでも様々な対策が検討、実施されている（［特許文献１］など参照）。
【特許文献１】特開平６−２５７４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
車両前後振動は、上述したように駆動トルクの急激な変化に起因して発生する。このため、駆動トルクの立ち上がりを穏やかなものとすれば車両前後振動を抑制でき、全く問題とならないレベル、または、許容し得るレベルにまで低減することが可能である。しかし、駆動トルクの立ち上がりを穏やかにしてしまえば、車両運動性能（応答性）を犠牲にせざるを得ない。従って、本発明の目的は、車両前後振動の抑制と車両運動性能とをバランス良く成立させることのできる車両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】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、内燃機関と変速機を有する駆動系とを搭載した車両の内燃機関及び駆動系を制御する車両制御装置であり、車両に関する各種状態量を検出する検出手段の検出結果に基づいて予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から一つの出力パターンを選択する制御パターン選択手段と、制御パターン選択手段によって選択された出力パターンに基づいて内燃機関及び駆動系を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、内燃機関と変速機を有する駆動系とを搭載した車両の内燃機関及び駆動系を制御する車両制御装置であり、変速機のギア位置を含む車両状態を検出する車両状態検出手段と、車両状態検出手段の検出結果に基づいて、車両前後振動を生じ得る振動周期を算出する振動周期算出手段と、アクセルペダル開度を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の検出結果に基づいて、内燃機関及び／又は駆動系への要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、要求トルク算出手段によって算出された要求トルクを実現するのに必要な制御時間を予測する制御必要時間予測手段と、振動周期算出手段によって算出された振動周期、及び、制御必要時間予測手段によって予測された必要制御時間に基づいて、予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から最適な出力パターンを選択する制御パターン選択手段と、制御パターン選択手段によって選択された出力パターンに基づいて内燃機関及び駆動系を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両制御装置において、複数種類の出力パターンが、駆動トルクを要求トルクまでランプ状に立ち上げるパターンと、振動周期以内で要求トルクまで段階的にステップ状に駆動トルクを増加させるパターンと、振動周期以下の周期で駆動トルクを振動させるパターンとを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の車両制御装置によれば、車両に関する各種状態量に基づいて予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から最適な一つの出力パターンを選択し、これに基づいて内燃機関及び駆動系を制御する。これによって、車両運動性能を犠牲にすることなく車両前後振動を効果的に抑制することが可能な制御パターンが選択されるので、車両運動性能及び車両前後振動抑止をバランス良く両立できる。
【０００８】
請求項２に記載の車両制御装置によっても、車両に関する各種状態量に基づいて予め用意された複数種類の駆動トルク出力パターンの中から最適な一つの出力パターンを選択し、これに基づいて内燃機関及び駆動系を制御する。これによって、車両運動性能を犠牲にすることなく車両前後振動を効果的に抑制することが可能な制御パターンが選択されるので、車両運動性能及び車両前後振動抑止をバランス良く両立できる。
【０００９】
このとき、車両状態検出手段が変速機のギア位置を含む車両状態を検出し、これに基づいて、振動周期算出手段が車両前後振動を生じ得る振動周期を算出する。また、運転状態検出手段がアクセルペダル開度を含む運転状態を検出し、これに基づいて要求トルク算出手段が内燃機関及び駆動系に要求される要求トルクを算出する。さらに、制御必要時間予測手段が要求トルクを実現するのに必要な制御時間を予測する。このようにして得られた振動周期及び必要制御時間に基づいて制御パターン選択手段が制御パターンを選択するので、最適な制御パターンを確実に選択することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、制御パターンには、ランプ状に立ち上げるパターンと、ステップ状に駆動トルクを増加させるパターンと、振動周期以下の周期で駆動トルクを振動させるパターンが含まれており、制御応答速度の速いものから遅いものが用意されている。そして、これらの中から、可能な応答速度を考慮して最適なものを選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の制御装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の制御装置を有する車両０の構成図を図１に示す。この車両０は、駆動力を生成する内燃機関（エンジン１）及び駆動系（パワートレイン）の一部を構成する変速機（トランスミッション）２とを有している。
【００１２】
エンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。エンジン１においては、吸気通路３を通して取り込んだ吸入空気がシリンダ４内に取り込まれ、インジェクタ５からシリンダ４内に燃料が噴射されて混合気とされる。混合気は点火プラグ６で着火されて燃焼する。このとき燃焼によってシリンダ４内の圧力は上昇してピストン７が往復運動され、この往復運動がコネクティングロッドによって回転運動に変換されて出力として取り出される。出力された駆動力はトランスミッション２によって減速又は増速されて駆動輪を回転させる。
【００１３】
本実施形態のエンジン１は、上述したようにいわゆる筒内噴射型のエンジンであり、圧縮工程後半又は圧縮工程直後にインジェクタ５から燃料噴射を行って成層リーン燃焼を行うことが可能である。また、吸気行程に噴射することで、均質燃焼（リーン燃焼に限らない）を行うことも可能である。シリンダ４の内部と吸気通路３との間は、吸気バルブ８によって開閉される。燃焼後の排気ガスは排気通路９に排気される。シリンダ４の内部と排気通路９との間は、排気バルブ１０によって開閉される。
【００１４】
吸気通路３上には、上流側から、エアフロメータ１１、ターボユニット１２、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４などが配されている。本実施形態のスロットルバルブ１４は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、アクセルペダル１５の操作量をアクセルペダルポジショニングセンサ１６で検出し、この検出結果と他の情報量とに基づいてＥＣＵ（電子制御ユニット）１７がスロットルバルブ１４の開度を決定する。ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。スロットルバルブ１４は、これに付随して配設されたスロットルモータ１８によって開閉される。また、スロットルバルブ１４に付随して、その開度を検出するスロットルポジショニングセンサ１９も配設されている。また、スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンクが配され、この内部に圧力センサ２０が取り付けられている。
【００１５】
一方、排気通路９上には、上述したターボユニット１２、及び、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２１が配設されている。ターボユニット１２は、もちろんそのタービン側が排気通路９上にあり、コンプレッサ側が吸気通路３側にある。そして、排気通路９（ターボユニット１２の上流部）から吸気通路３のサージタンク部にかけて排気ガスを還流させるためのＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)通路２２が配設されている。ＥＧＲ通路２２上には、排気ガス還流量を調節するＥＧＲバルブ２３が取り付けられている。ＥＧＲバルブ２３の開度制御（開閉ＤＵＴＹ制御）も上述したＥＣＵ１７によって行われる。
【００１６】
さらに、エンジン１のクランクシャフト近傍には、エンジン回転数を検出するクランクポジショニングセンサ２４が取り付けられており、これもＥＣＵ１７に接続されている。また、ＥＣＵ１７には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２５も接続されている。さらに、吸気側のカムシャフトの近傍には、吸気バルブ８（及び排気バルブ１０）の開閉タイミングを検出するカムポジショニングセンサ２６が取り付けられており、これもＥＣＵ１７に接続されている。また、トランスミッション２は、内部のコントロールバルブ２７がＥＣＵ１７からの信号を受けて駆動されることで変速動作を行う。即ち、トランスミッション２のギヤ位置は、ＥＣＵ１７によって把握されている。
【００１７】
次に、上述した構成の制御装置によるトルク制御について説明する。トルク制御のフローチャートを図２に示す。まず、トランスミッション２のギヤ位置・アクセル開度・エンジン回転数を検出する（ステップ２００）。トランスミッション２のギヤ位置は、上述したようにコントロールバルブ２７を制御するＥＣＵ１７によって把握されている。なお、トランスミッション２のギヤ位置は、車両の状態を示す情報量として検出されている。また、アクセル開度はアクセルペダルポジショニングセンサ１６によって検出され、エンジン回転数はクランクポジショニングセンサ２４によって検出される。
【００１８】
ステップ２００の後、検出されたギヤ位置に基づいて、振動周期Ｔを算出する（ステップ２０５）。振動周期Ｔは、車両前後振動が生じる際の周期である。トランスミッション２のギヤ位置によって車軸から見たエンジン１の等価慣性が変わるため、この振動周期Ｔはギヤ位置によって変化する。振動周期Ｔのパラメータとしては車重もあるが、ここでは車重は一定として取り扱っており、振動周期Ｔはギヤ位置によって決定される。次に、検出されたアクセル開度に基づいて、要求トルクが算出される（ステップ２１０）。アクセル開度には、運転者がどの程度の出力を要望しているかが反映されるため、これに基づいて要求トルクが決定される。
【００１９】
要求トルクは、エンジン１に対する要求トルクとして算出されても良いし、トランスミッション２をも含めたパワートレーンに対する要求トルクとして算出されても良い。即ち、エンジン１の出力トルクとしてでも良いし、トランスミッション２によって減速された後のトルクとしてでも良いし、ディファレンシャルギアなどをも含めた最終減速後のトルクとして算出されても良い。この制御内で対象とするトルクが統一されていれば構わない。次に、算出された要求トルクを実現するためにエンジン１がどのような運転（燃焼）を行う必要があるのかが予め用意されたマップに基づいて判定される（ステップ２１５）。
【００２０】
このとき用いられるマップを図３に示す。図３のマップに示されるように、ステップ２００で検出したエンジン回転数とステップ２１０で算出した要求トルクとに基づいて、エンジン１の燃焼領域が予測され、それに応じたフラグが設定される。燃焼領域は、エンジン回転数及び要求トルクが低い（小さい）方から高い（大きい）方に移行するに従って順に、成層リーン燃焼域、ＥＧＲ域、ストイキ域、ターボ域となっている。上述したエンジン１の燃焼状態によってトルク制御の応答性（エンジン１の応答性）が変わる。このため、ここでは、この燃焼状態を考慮に入れたトルク制御を行うことで、車両前後振動の抑制と車両運動性能とをバランス良く成立させている。ここで、エンジン１の燃焼状態とトルク制御の応答性に関して簡単に説明する。
【００２１】
成層リーン燃焼域は、上述したように、多くの吸入空気をシリンダ４内に吸入すると共に圧縮工程後期に燃料噴射を行うことで燃料消費率を抑えてエンジン１を運転するものである。この燃焼域では、十分な吸入空気を吸入しているため、燃料噴射量（及び時期）を変更するだけですぐに出力を変更（特に増加）させることが可能であり、応答性が高い。ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）とは、排気通路９上から排気ガスの一部を還流させることで、排出窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図るものである。不活性ガスである二酸化炭素を含む排気ガスを吸気側に還流させると、最高燃焼温度が低下するので窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が減る。また、同一燃料量でリーンとするとポンプ損失が減少すると共に燃焼ガス温度が減少するので冷却損失も減少する。この結果、同一出力で比較すれば、ＥＧＲを用いることで燃費を改善することができる場合もある。
【００２２】
ＥＧＲ域では、出力を変化（特に増加）させる際には、吸入空気量を変化させなくてはならない。吸入空気を変化させる際にはどうしても応答遅れがあり（スロットルバルブを開けてから吸入空気が実際に増加するまでには遅れがある）、さらに、この吸入空気の遅れに加えて、排気ガスの還流に関しても応答遅れがある。このため、応答性は必ずしも高くなく、後述するターボ域よりは速いが、ストイキ域よりは遅くなる。ストイキ域では、上述した吸入空気の応答遅れが生じる。しかし、排気ガスの還流の応答遅れはないため、ＥＧＲ域よりは応答性がよい。
【００２３】
ターボ域は、上述した吸入空気の応答遅れに加えて、いわゆるターボラグがあるため他の運転域に比べて応答性は悪くなる。吸入空気が増え、それによって排気ガス量が増え、さらに、排気ガスによってターボユニット１２内のタービンの回転が上昇するまでに時間がかかるからである。このように、運転領域によって応答性が変わり、通常は成層リーン域、ストイキ域、ＥＧＲ域、ターボ域の順で応答性、即ち、トルクを変動させる際の最速応答時間Ｔｒｅａが速い。この最速応答時間Ｔｒｅａ（応答性）は、エンジン回転数と運転領域（設定されたフラグ）応じたマップとして予めＥＣＵ１７内のＲＯＭに格納されている。
【００２４】
そして、ステップ２１５の後、ステップ２００で検出したエンジン回転数とステップ２１５で設定されたフラグ（判定された運転領域）に基づいて、上述したマップから最速応答時間Ｔｒｅａを求める（ステップ２２０）。このときのマップの一部を図４に示す。図４に示されているのは、ある回転数（ここでは２０００ｒｐｍ）における燃焼領域毎の最速応答時間Ｔｒｅａである。上述したように、この回転域でも、成層リーン域、ストイキ域、ＥＧＲ域、ターボ域の順で最速応答時間Ｔｒｅａが速くなっている。なお、この傾向はほぼ全ての回転数域においても同様であるが、必ずしもこの順番とはならない回転数域が存在する場合もないとは言えない。
【００２５】
次に、求められた最速応答時間Ｔｒｅａが、ステップ２０５で算出された振動周期Ｔよりも大きいか否かを判定する（ステップ２２５）。最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔよりも大きければ、振動周期Ｔ内で要求トルクを実現することはできない。即ち、どんなに速くトルク制御を行いたくても、エンジン１（又はパワートレーンを含む系全体）の能力として最も運動性能を満足する応答速度は最速応答時間Ｔｒｅａとなる。そこで、最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔよりも大きい場合は、なましトルク制御を行って、最速応答時間Ｔｒｅａ（＞振動周期）で要求トルクに達するようにランプ状にトルクを上昇させるトルク制御パターンが設定される（ステップ２３０）。このようにすることが、この条件では車両前後振動抑制と良好な車両運動性とを得るために適した制御となる。
【００２６】
ステップ２２５が否定され、最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔ以下であれば、より応答性の高い制御を行えるため、まず、最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔの１／４未満であるか否かを判定する（ステップ２３５）。最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔの１／４未満である場合は、図５に示されるトルク制御パターンＩが選択され実行される（ステップ２４０）。トルク制御パターンＩは、図５（ａ）に示されるように、要求トルクを振幅として周期Ｔ／４で１．５周期分だけトルクを振動させるものである。このような制御を行うと、図５（ｂ）に示されるように、より早期に車両駆動力を立ち上げることができ、高い車両運動性能を実現できる。また、図５（ｂ）中点線で示されるようなオーバーシュートによる振動を発生せず、車両前後振動も抑制できる。
【００２７】
ステップ２３５が否定され、最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔの１／４以上である場合は、最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔの１／２未満であるか否かを判定する（ステップ２４５）。最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔの１／２未満である場合、即ち、ここでは、（Ｔ／４）≦Ｔｒｅａ＜（ｔ／２）となる場合は、図６に示されるトルク制御パターンＩＩが選択され実行される（ステップ２５０）。トルク制御パターンＩＩは、図６（ａ）に示されるように、周期Ｔ／２で二段階ステップ状に要求トルクにまで増加させるものである。なお、一つ目のステップのトルクレベルは要求トルクの１／２である。このような制御を行うと、図６（ｂ）に示されるように、トルク制御パターンＩよりは立ち上がりが遅くはなるが、より早期に車両駆動力を立ち上げることができ、高い車両運動性能を実現できる。また、トルク制御パターンＩのときと同様にオーバーシュートを回避して車両前後振動も抑制できる。このようにすることが、この条件では車両前後振動抑制と良好な車両運動性とを得るために適した制御となる。
【００２８】
最後に、ステップ２４５が否定され、最速応答時間Ｔｒｅａが振動周期Ｔの１／２以上である場合は、図８に示されるトルク制御パターンＩＩＩが選択され実行される（ステップ２５５）。トルク制御パターンＩＩＩは、図７（ａ）に示されるように、振動周期Ｔで要求トルクに達するようにランプ状にトルクを増加させるものである。このような制御を行うことが、この条件では車両前後振動抑制と良好な車両運動性とを得るために適した制御となり、図６（ｂ）に示されるように車両駆動力を立ち上げることになる。
【００２９】
このように、車両０の状態、特に、エンジン１の状態に基づいて、予め用意された複数のパターンから一つのパターンを選択してトルク制御を行うことで、車両前後振動の抑制と車両運動性能とをバランス良く成立させる車両制御を行うことができる。
【００３０】
なお、ここでは、ＥＣＵ１７が、トランスミッション２のギヤ位置を検出する車両状態検出手段（又は、車両０に関する各種状態量［ここではギヤ位置］を検出する検出手段）として機能している。また、ＥＣＵ１７は、振動周期算出手段、要求トルク算出手段、制御必要時間予測手段、制御パターン選択手段、及び、エンジン１及び駆動系（トランスミッション２）を制御する制御手段としても機能している。さらに、アクセルペダルポジショニングセンサ１６が、アクセルペダル１５の開度を検出する運転状態検出手段として機能している。
【００３１】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、車両状態（又は、車両に関する各種状態量）としてトランスミッション２のギヤ位置を採用したが、その他の情報量であっても良いし、複数の情報量を組み合わせても良い。ここで採用され得る情報量（車両の状態を示す状態量）としては、図１に示される各種センサ類やＥＣＵ１７などによって把握し得る情報量が例示できる。また、上述した実施形態においては、運転状態としてアクセルペダル１５の開度を採用したが、その他の情報量であっても良いし、複数の情報量を組み合わせても良い。ここで採用され得る情報量（運転の状態を示す状態量）としても、図１に示される各種センサ類やＥＣＵ１７などによって把握し得る情報量が例示できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の車両制御装置の一実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の車両制御装置の一実施形態によるトルク制御を示すフローチャートである。
【図３】トルク・エンジン回転数と燃焼領域との関係を示すマップである。
【図４】燃焼領域と最速応答時間との関係を示すマップ（エンジン回転数２０００ｒｐｍ時）である。
【図５】トルク制御パターンＩを示しており、（ａ）は時間−トルク曲線、（ｂ）は時間−車両駆動力曲線を示している。
【図６】トルク制御パターンＩＩを示しており、（ａ）は時間−トルク曲線、（ｂ）は時間−車両駆動力曲線を示している。
【図７】トルク制御パターンＩＩＩを示しており、（ａ）は時間−トルク曲線、（ｂ）は時間−車両駆動力曲線を示している。
【符号の説明】
【００３３】
０…車両、１…エンジン、２…トランスミッション、１２…ターボユニット、１４…スロットルバルブ、１５…アクセルペダル、１６…アクセルペダルポジショニングセンサ（運転状態検出手段）、１７…ＥＣＵ（電子制御ユニット：車両状態検出手段（検出手段）、振動周期算出手段、要求トルク算出手段、制御必要時間予測手段、制御パターン選択手段、制御手段）、２２…ＥＧＲ通路、２３…ＥＧＲバルブ、２４…クランクポジショニングセンサ、２７…コントロールバルブ。
【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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