车辆驱动单元的控制装置的制作方法

专利名称：车辆驱动单元的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆驱动单元的控制装置，详细而言，涉及通过多个致动器的协调控
制来实现与车辆驱动单元的各种功能相关的要求的控制装置。
背景技术：
作为与车辆驱动单元的控制相关的技术，已知例如日本特开平10-250416号公报 (以下称为专利文献l)中公开的技术和/或日本特开平5-85228号公报(以下称为专利文 献2)中公开的技术。 专利文献1中公开的技术为在产生机械资源和/或热资源等的产生源与消耗这 些资源的消耗部之间设置调整部，由调整部调整产生源的资源供给量和消耗部的资源消耗 量之间的关系。更详细而言，调整部向各个产生源和消耗部询问资源供给量和资源消耗量 并进行汇总，在决定了对各消耗部的资源分配后决定由产生源产生的资源产生量和消耗部 的资源消耗量。 另一方面，专利文献2中公开的技术为将控制结构设为阶层结构，将位于阶层最 上位的驾驶者的要求单向地向位于阶层的最下位的各行驶功能的致动器传递。

发明内容
根据专利文献1的技术，调整部在产生源和消耗部之间进行相互通信，由此能够 适当地实现来自多个消耗部的要求。但是，另一方面，因为需要进行来自调整部的询问、对 询问的回答以及资源的产生量、对消耗部的分配决定后的通知这样的多次通信，所以对计 算机施加巨大的运算负荷。 一般而言，车辆驱动单元的控制装置并行地处理多个任务，所以 执行一个任务所需要的计算机的运算负荷尽可能小是所希望的。 与此相对，根据专利文献2的技术，因为信号的传递是从上位的阶层向下位的阶 层单向传递，所以计算机的运算负荷能够减少。但是，由专利文献2的技术能够实现的要求 只有一个(来自驾驶者的要求)，不能实现多个要求。车辆驱动单元中，与驾驶性能和/或 燃料经济性等功能相关的要求存在多个。仅仅加权这些要求，不能适当地使各致动器动作， 不仅实现要求不充分，还可能在车辆驱动单元的运行上产生问题。 本发明是为了解决上述课题所作的发明，目的在于提供不增大计算机的运算负荷 而能够适当地实现车辆驱动单元的各种功能相关的要求的车辆驱动单元的控制装置。
第一发明，为了达成上述目的，是一种控制装置，该控制装置对与车辆驱动单元的 动作相关的多个致动器进行协调控制，实现与所述车辆驱动单元的各种功能相关的要求， 其特征在于， 具有阶层型的控制结构，该控制结构包括要求产生阶层、设置于所述要求产生阶 层的下位的调停阶层、和设置于所述调停阶层的下位的控制量设定阶层，从上位的阶层向 下位的阶层单向地传递信号， 在所述要求产生阶层中，按每个功能设置有输出与所述车辆驱动单元的功能相关的要求的要求输出要素， 在所述调停阶层中，按预先确定的要求的每个分类设置有调停要素，各调停要素 被构成为对在从所述要求产生阶层输出的要求值中所负责的分类的要求值进行汇总，按 照预先确定的规则调停为一个要求值， 在所述控制量设定阶层中设置有调整部和控制量运算要素，该调整部对由所述调
停阶层调停后的各要求值基于相互的关系进行调整，该控制量运算要素基于由所述调整部
调整后的要求值来运算所述多个致动器的各自的控制量。
第二发明，在第一发明中，其特征在于， 所述控制量运算要素按每个致动器而设置。 第三发明，在第一或第二发明中，其特征在于， 具有对所述各阶层并行地配送共通的信号的共通信号配送系统，通过所述共通信
号配送系统配送与所述车辆驱动单元的运行条件和运行状态相关的信号。 第四发明，在第一至第三的任一发明中，其特征在于， 所述要求输出要素被构成为将与所述车辆驱动单元的功能相关的要求以与所述 车辆驱动单元的动作有关的物理量、且是预先确定的多个物理量中的任一个进行表现并输 出， 所述调停要素，按每个所述物理量而设置，被构成为对从所述要求产生阶层输出
的要求值中以所负责的物理量表现的要求值进行汇总。 第五发明，在第四发明中，其特征在于， 所述车辆驱动单元是内燃机，所述多个物理量是转矩、效率和空燃比。
第六发明，在第五发明中，其特征在于， 所述调整部在由所述调停阶层调停后的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值
中调整效率要求值或空燃比要求值。 第七发明，在第五或第六发明中，其特征在于， 所述各种功能中包括与驾驶性能相关的功能、与排气气体相关的功能、和与燃料 消耗相关的功能。 第八发明，在第五至第七的任一发明中，其特征在于， 所述多个致动器中包括调整所述内燃机的吸入空气量的致动器、调整所述内燃机
的点火正时的致动器、和调整所述内燃机的燃料喷射量的致动器。 第九发明，在第一至第八的任一发明中，其特征在于， 在由所述调停阶层调停后的多个要求值中，至少两个要求值之间预先设定有优先 顺序， 所述调整部从优先级低的一侧依次调整至少一个要求值，使得用于由所述控制量 运算要素运算控制量的多个要求值之间的关系成为能够使所述车辆驱动单元适当运行的 关系。 第十发明，在第九发明中，其特征在于， 所述车辆驱动单元能够选择多个运行模式，所述的优先顺序根据所选择的运行模 式而改变。 第十一发明，在第十发明中，其特征在于，
所述调整部包括限制作为调整对象的要求值的上限和/或下限的保护部，按照作 为调整对象的各要求值的优先级改变各保护部的限制范围。 根据第一发明，从最上位的要求产生阶层输出的要求单向地传递至最下位的控制 量设定阶层，所以在上下的阶层间不会伴随信号的交换，相应地能够降低计算机的运算负 荷。此外，传递至控制量设定阶层的各要求值基于相互的关系进行调整，基于调整后的要求 值运算各致动器的控制量，所以无论由要求产生阶层输出任何要求，都能够协调致动器使 得在车辆驱动单元的运行上不产生问题。也就是说，根据第一发明，不增大计算机的运算负 荷而能够适当地实现各种功能相关的多个要求。 此外，根据第一发明，在追加车辆驱动单元的功能的情况下，在要求产生阶层上追 加地设置与之相应的要求输出要素，仅连接于该要求值被分类的调停要素即可。从要求产 生阶层向调停阶层传递信号是单向的，而且在要求产生阶层中同一阶层内的要素之间不进 行信号的传递，所以不会由于追加要求输出要素而改变其他要素的设计。从追加的要求输 出要素输出的要求值，与从其他的要求输出要素输出的要求值一起由调停要素汇总并调停 为一个要求值。 根据第二发明，在追加用于车辆驱动单元的控制的致动器的情况下，仅在控制量 设定阶层追加地设置与之相应的控制量运算要素并连接于调整部即可。从调整部向控制量 运算要素传递信号是单向的，而且在控制量运算要素之间进行信号的传递，所以不会由于 控制量运算要素的追加而改变其他要素的设计。 根据第三发明，能够参照车辆驱动单元的运行条件和/或运行状态来决定各致动 器的控制量，所以能够使各致动器更确切地朝向实现要求而动作。此外，与车辆驱动单元的 运行条件和运行状态相关的信号对各阶层并行地发送，所以能够防止增大阶层间信号传递 负荷。 根据第四发明，通过由预先确定的任一物理量表现要求，能够按每个物理量对要 求进行汇总并调停。此外，基于调停后的要求值算出各致动器的控制量，但若使用车辆驱动 单元的动作相关的物理量来表现要求，则能够使要求确切地反映在各致动器的动作上。也 就是说，能够容易地实现车辆驱动单元的各功能相关的要求。 在车辆驱动单元为内燃机的情况下，其输出能够称为转矩、热、排气，这些输出与 内燃机的各种功能相关。此外，用于控制这些输出的参数能够汇总为转矩、效率以及空燃比 这三种物理量。因此，在车辆驱动单元为内燃机的情况下，优选与其功能相关的要求使用转 矩、效率以及空燃比这三种物理量来表现。 根据第五发明，将内燃机的各种功能相关的要求由转矩、效率以及空燃比这三种 物理量来表现，基于转矩要求值、效率要求值以及空燃比要求值运算各致动器的控制量，由 此能够以要求反映在内燃机的输出上的方式控制各致动器的动作。 根据第六发明，能够实施正确的转矩控制，并且还能够尽可能地实现效率和/或 空燃比相关的其他要求。 根据第七发明，能够容易地实现作为内燃机的功能的驾驶性能、排气以及燃料消 耗相关的要求。驾驶性能相关的要求例如能够由转矩和/或效率来表现。排气相关的要求 例如能够由效率和/或空燃比来表现。燃料消耗相关的要求例如能够由效率和/或空燃比 来表现。
根据第八发明，能够通过吸入空气量、点火正时以及燃料喷射量的控制容易地实 现内燃机的各功能相关的要求。吸入空气量能够基于转矩要求值和效率要求值来算出。点 火正时能够基于转矩要求值来算出。燃料喷射量能够基于空燃比要求值来算出。不过，要 求值始终是用于计算控制量的信息之一，在控制量的计算中，不仅要求值，还能够使用内燃 机的运行条件和/或运行状态相关的信息(推定转矩、转速等)。 根据第九发明，优先级高的要求值直接反映在致动器的控制量上，优先级低的要
求值被调整后反映在致动器的控制量上。由此，在能够适当运行车辆驱动单元的范围内，优
先级高的要求能够可靠地实现，并且优先级低的要求也能够尽可能地实现。 根据第十发明，能够根据车辆驱动单元的运行模式来改变实现各要求方面的优先
顺序，在所选择的运行模式中优先级高的要求能够可靠地实现，并且优先级低的要求也能
够尽可能地实现。 根据第十一发明，通过改变限制要求值的上限和/或下限的保护限制范围，能够 容易地调整要求值的大小。


图1是表示作为本发明的实施方式1的发动机的控制装置的结构的框图。 图2是表示本发明的实施方式1涉及的调停要素(转矩调停)的构成例的框图。 图3是表示本发明的实施方式1涉及的调停要素(效率调停)的构成例的框图。 图4是表示本发明的实施方式1涉及的调整部的构成例的框图。 图5是表示本发明的实施方式1涉及的考虑了空燃比的效率上下限值的设定方法的图。 图6是表示本发明的实施方式1涉及的考虑了效率的A/F上下限值的设定方法的 图。 图7是表示作为本发明的实施方式2的车辆驱动单元的控制装置的结构的框图。 符号说明 10、100要求产生阶层 12、14、16、112、114、116、118、120要求输出要素 20、102调停阶层 22、24、26、122、124、126、128调停要素 30、 104控制量设定阶层 32、132调整部 34、36、38、134、136、138、140、142、146控制量运算要素 42、44、46、 152、 154、 156、 158、 160、 162致动器 50、 106共通信号配送系统 52信息源 202加权要素 204、212、216、220最小值选择要素 214、218最大值选择要素 302、314、316、保护部
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304效率F上下限值设定映射图 308、322选择部 312转矩效率运算部(除法运算部) 320A/F上下限值设定映射图
具体实施例方式
下面使用图对本发明的实施方式1进行说明。在实施方式1中，对将本发明的控 制装置适用于搭载在汽车上的内燃机(以下称为发动机)特别是火花点火式发动机的情况 进行说明。不过，本发明除了火花点火式发动机以外的发动机，例如还能够适用于柴油发动 机，还能够适用于包括发动机和电动机的混合动力系统等、发动机以外的车辆驱动单元。
作为本发明的实施方式1的发动机的控制装置构成为如图1的框图中所示那样。 在图1中用模块框表示控制装置的各要素，用箭头表示模块框之间的信号的传递。下面参 照图l对本实施方式的控制装置的结构及其特征进行说明。为了能够对本实施方式的特征 更深地理解，根据需要还使用详细图进行说明。 如图1所示，控制装置具有包括三个阶层10、20、30的阶层型的控制结构。在最上 位设置要求产生阶层IO，在其下位设置调停阶层20，在其更下位设置控制量设定阶层30， 各种致动器42、44、46连接于最下位的控制量设定阶层30。在控制装置的阶层10、20、30之 间，信号的流动是单向的，从要求产生阶层10向调停阶层20，从调停阶层20向控制量设定 阶层30传递信号。此外，独立于这些阶层10、20、30，设置有向各阶层10、20、30并行地发送 共通信号的共通信号配送系统50。 在阶层10、20、30之间传递的信号与由共通信号配送系统50发送的信号有如下区 别。在阶层10、20、30之间传递的信号是将发动机的功能相关的要求信号化后所得的，最终 转换为致动器42、44、46的控制量的信号。与此相对，由共通信号配送系统50发送的信号 是包括产生要求或运算控制量方面需要的信息的信号。具体而言，是发动机的运行条件和 /或运行状态相关的信息(发动机转速、吸入空气量、推定转矩、当前时刻的实际点火正时、 冷却水温度、气门正时、运行模式等)，其信息源52是设置于发动机的各种传感器和/或控 制装置内部的推定功能等。这些信息是由各阶层10、20、30共通利用的共通发动机信息，所 以若并行的发送至各阶层10、20、30，则不仅能够削减阶层10、20、30之间的通信量，还能够 保持阶层10、20、30之间的信息的同时性。 下面从上位的阶层开始对各阶层10、20、30的结构以及在此进行的处理进行详细 的说明。 在要求产生阶层10中配置有多个要求输出要素12、 14、 16。这里所述的要求，是发 动机的功能相关的要求，要求输出要素12、14、16按每个发动机的功能设置。发动机的功能 中可以列举驾驶性能、排气、燃料经济性、噪音、振动等。这些也能够另称为对发动机谋求的 性能。根据对发动机谋求什么，优先什么，配置于要求产生阶层10的要求输出要素的内容 也不同。在本实施方式中，对应于驾驶性能相关的功能而设置要求输出要素12，对应于排 气相关的功能而设置要求输出要素14，对应于燃料经济性相关的功能而设置要求输出要素 16。 要求输出要素12、14、16将发动机的功能相关的要求数值化并输出。致动器42、
844、46的控制量通过运算决定，所以通过使要求数值化，能够将要求反映在致动器42、44、 46的控制量上。在本实施方式中，由发动机的动作相关的物理量来表现要求。功能的分类 虽然伴随主观因素，但通过由这样的物理量表现要求，能够排除功能的分类涉及的主观因 素而进行客观的数值化，能够将要求确切地反映在致动器42、44、46的动作上。
此外，在本实施方式中，作为用于表现要求的物理量，仅使用转矩、效率以及空燃 比这三种。发动机的输出(广义的输出)可以称为转矩、热、排气(热和成分)，这些输出与 上述的驾驶性能、排气、燃料经济性这些发动机的功能相关。而且，用于控制这些输出的参 数能够汇总为转矩、效率以及空燃比这三种物理量。因此，使用转矩、效率以及空燃比这三 种物理量来表现要求，控制致动器42、44、46，由此认为能够将要求确切地反映在发动机的 输出上。 在图1中，这是一例，但要求输出要素12将驾驶性能相关的要求设为由转矩和/
或效率表现的要求值并输出。例如，如果要求是车辆加速，则该要求能够通过转矩来表现。
如果要求是防止发动机停止，则该要求能够由效率(效率提高)来表现。 要求输出要素14将排气相关的要求设为由效率和/或空燃比表现的要求值并输
出。例如，如果要求是催化剂预热，则该要求能够通过效率(效率降低)来表现，也能够由
空燃比表现。通过效率降低，能够提高排气温度，通过空燃比，能够设为催化剂容易反应的环境。 此外，要求输出要素16将燃料经济性相关的要求设为由效率和/或空燃比表现的 要求值并输出。例如，如果要求是燃烧效率上升，则该要求能够通过效率(效率提高)来表 现。如果要求是降低泵损失，则该要求能够通过空燃比(稀薄燃烧)来表现。
从各要求输出要素12、14、16输出的要求值，关于各物理量并不限定于一个。例 如，从要求输出要素12不仅输出来自驾驶者的要求转矩(根据加速开度计算的转矩)，同时 还输出从VSC (Vehicle Stability Controlsystem，车辆稳定性控制系统)、TRC (Traction Control System,牵引力控制系统)、ABS(Antilock Brake System,防抱死制动系统)、变速 箱等车辆控制相关的各种装置要求的转矩。关于效率也是同样。 从共通信号配送系统50向要求产生阶层10发送共通发动机信息。在各要求输出 要素12、14、16中，参照共通发动机信息决定应该输出的要求值。因为要求的内容随着发动 机的运行条件和/或运行状态而改变。例如，在由催化剂温度传感器(省略图示)测定催 化剂温度的情况下，在要求输出要素14中，基于其温度信息判定催化剂预热的必要性，根 据判定结果输出效率要求和/或空燃比要求。 如上所述，从要求产生阶层10的要求输出要素12、 14、 16输出由转矩、效率或空燃 比表现的多个要求，但无法完全同时实现所有的这些要求。因为即使存在多个转矩要求，能 够实现的转矩为一个。同样地，对于多个效率要求，能够实现的效率为一个，对于多个空燃 比要求，能够实现的空燃比为一个。因此，需要调停要求这样的处理。 在调停阶层20中，进行从要求产生阶层10输出的要求(要求值)的调停。在调 停阶层20按每个作为要求的分类的物理量设置调停要素22、24、26。调停要素22汇总由转 矩表现的要求值并调停为一个转矩要求值。调停要素24汇总由效率表现的要求值并调停 为一个效率要求值。而且，调停要素26汇总由空燃比表现的要求值并调停为一个空燃比要 求值。各调停要素22、24、26按照预先确定的规则进行调停。这里所述的规则例如是最大值选择、最小值选择、平均或加权等用于从多个数值得到一个数值的计算规则，可以适当地 组合这些多个计算规则。不过，使用怎样的规则取决于设计，关于本发明，不限定于规则的 内容。 下面为了能够对调停进行更深的理解，列举具体例进行说明。首先，图2是表示调 停要素22的结构例的框图。在该例中的调停要素22由加权要素202和最小值选择要素204 构成。此外，在该例中由调停要素22汇总的要求值是驾驶要求转矩、辅机负载损失转矩、燃 料切断前要求转矩以及燃料切断恢复时要求转矩。 由调停要素22汇总的要求值中，由加权要素202对驾驶要求转矩和辅机负载损失 转矩加权。加权要素202的输出值，与燃料切断前要求转矩和燃料切断恢复时要求转矩一 起输入至最小值选择要素204，选择它们之中的最小值。然后，被选择的值作为最终的转矩 要求值即调停后的转矩要求值从调停要素22输出。 接着，图3是表示调停要素24的构成例的框图。该例中的调停要素24由三个最 小值选择要素212、216、220和两个最大值选择要素214、218构成。此外，在该例中，由调停 要素24汇总的要求值是作为效率提高要求的驾驶性能要求效率、作为效率降低要求的ISC 要求效率、高响应转矩要求效率以及催化剂加热要求效率、作为优先级高的效率降低要求 的KCS要求效率以及过度爆燃要求效率等。 由调停要素24汇总的要求值中，驾驶性能要求效率与其他效率提高要求一起被 输入至最大值选择要素214，它们之中的最大值被输入至最大值选择要素218。此外，ISC要 求效率、高响应转矩要求效率以及催化剂加热要求效率与其他效率降低要求一起被输入至 最小值选择要素216，它们之中的最小值被输入至最大值选择要素218。在最大值选择要素 218中，来自最大值选择要素214的输入值和来自最小值选择要素216的输入值中，选择最 大值并输入至最小值选择要素220。在最小值选择要素220中，来自最大值选择要素218的 输入值和来自最小值选择要素212的输入值中，选择最小值。然后，所选择的值作为最终的 效率要求值即调停后的效率要求值从调停要素24输出。 省略具体例，但在调停要素26中也进行同样的处理。如前所述，组合怎样的要素
来构成调停要素26属于设计事项，可以基于设计者的设计思想进行适当组合。 还从共通信号配送系统50向调停阶层20发送共通发动机信息。在上述调停要素
22、24相关的具体例中，虽然没有利用共通发动机信息，但在各调停要素22、24、26中可以
利用共通发动机信息。例如，能够根据发动机的运行条件和/或运行状态改变调停的规则。
不过，如以下说明，不进行考虑发动机能够实现的范围而改变规则。 从上述具体例也可知，在调停要素22中，没有将发动机实际能够实现的上限转矩 和/或下限转矩加入到调停中。此外，其他的调停要素24、26的调停结果也没有加入到调 停中。这在调停要素24、26中也同样，不加入发动机能够实现的范围的上下限和/或其他 调停要素的调停结果而进行调停。发动机能够实现的范围的上下限根据发动机的运行条件 而变化，此外，也随着转矩、效率以及空燃比之间的关系而变化。因此，如果要想在发动机能 够实现的范围内调停各要求值，则会招致计算机的运算负荷增大。于是，在各调停要素22、 24、26中，仅汇总从要求产生阶层IO输出的要求来调停。 如上所述的调停由各调停要素22、24、26进行，由此从调停阶层20输出一个转矩 要求值、一个效率要求值、一个空燃比要求值。在下一阶层即控制量设定阶层30中，基于这要求值、效率要求值以及空燃比要求值来设定各致动器42、44、46的控制 在控制量设定阶层30设置有一个调整部32和多个控制量运算要素34、36、38。控 制量运算要素34、36、38对应于致动器42、44、46设置。在本实时方式中，致动器42设为节 气门，致动器44设为点火装置，致动器46设为燃料喷射装置。因此，在连接于致动器42的 控制量运算要素34中，作为控制量运算节气门开度。在连接于致动器44的控制量运算要 素36中，作为控制量运算点火正时。而且，在连接于致动器46的控制量运算要素38中，作 为控制量运算燃料喷射量。 由各控制量运算要素34、36、38用于控制量的运算的数值从调整部32供给。由调 停阶层20调停的转矩要求值、效率要求值以及空燃比要求值首先由调整部32调整大小。因 为如前所述，在调停阶层20中发动机能够实现的范围没有被加进调停中，所以由于各要求 值的大小，可能无法适当地运行发动机。 在调整部32中，以发动机能够适当运行的方式对各要求值基于相互的关系进行 调整。在比控制量设定阶层30上位的阶层中，转矩要求值、效率要求值以及空燃比要求值 分别独立地运算，在运算涉及的要素之间运算值没有相互使用或参照。也就是，在调整部32 中转矩要求值、效率要求值、空燃比要求值首次相互参照。若要想在上位的阶层中调整要求 值之间的大小，则因为调整对象多，所以运算负荷也变大。但是，在这样由控制量设定阶层 30进行调整的情况下，调整对象限定于转矩要求值、效率要求值以及空燃比要求值这三个， 所以调整所需要的运算负荷能够减少。 怎样进行调整取决于设计，关于本发明不限定于调整的内容。不过，在转矩要求 值、效率要求值以及空燃比要求值之间存在优先顺序的情况下，优选调整(修正)优先级较 低的要求值。也就是，优先级高的要求值直接反映于致动器42、44、46的控制量，优先级低 的要求值在调整后反映于致动器42、44、46的控制量。由此，在发动机能够适当运行的范围 内，能够确切地实现优先级高的要求，并且还能够尽可能地实现优先级低的要求。例如，在 转矩要求值优先级最高的情况下，修正效率要求值和空燃比要求值，其中加大优先级较低 方的修正。如果优先顺序由于发动机的运行条件等而改变，则基于从共通信号配送系统50 发送的共通发动机信息来判定优先顺序，决定修正哪个要求值即可。 下面为了对调整部32进行更深的理解，列举具体例进行说明。图4是表示调整部 32的构成例的框图。在该例中，对作为发动机的运行模式，存在效率优先模式和空燃比优先 模式，能够根据该运行模式来改变上述优先顺序的结构进行说明。运行模式包含于共通发 动机信息中，由共通信号配送系统50发送至调整部32。 在图4所示的结构中，调整部32具备限制效率要求值的上下限的保护部302。在 保护部302中，由调停要素24调停的效率要求值被修正在发动机能够适当运行的范围内。 此外，调整部32还具备限制空燃比要求值的上下值的保护部316。在保护部316中，由调停 要素26调停的空燃比要求值被修正在发动机能够适当运行的范围内。这两个保护部302、 316的上下限值都可变，相互联动地改变上下限值。其构造如下。 保护部302的效率上下限值中准备了作为运行模式选择效率优先模式时的上下 限值(效率优先时)和选择空燃比优先模式时的上下限值(A/F优先时)。通过改变保护 部302的规制范围，能够调整效率要求值的大小。选择部308根据驾驶模式选择任一方的
11效率上下限值，将选择的效率上下限值设定给保护部302。 效率优先时的效率上下限值是整个空燃比领域中的最上下限值，读出存储器304 中存储的值。另一方面，A/F优先时的效率上下限值是在优先的空燃比下能够避免爆燃以 及失火的效率上下限值，从映射图306中一起读出发动机转速、目标转矩、气门正时等运行 条件。向映射图306输入由保护部316处理的空燃比要求值，以该空燃比要求值为基准决 定效率上下限值。 保护部316的A/F上下限值中准备了作为运行模式选择效率优先模式时的上下限 值(效率优先时)和选择空燃比优先模式时的上下限值(A/F优先时)。通过改变保护部 316的规制范围，能够调整空燃比要求值的大小。选择部322根据驾驶模式选择任一方的 A/F上下限值，将选择的A/F上下限值设定给保护部316。 A/F优先时的A/F上下限值是整个效率领域中的最上下限值，读出存储器318中 存储的值。另一方面，效率优先时的A/F上下限值是在优先的效率下能够避免爆燃以及失 火的空燃比上下限值，从映射图320中一起读出发动机转速、目标转矩、气门正时等运行条 件。向映射图320输入由后述的保护部314处理的转矩效率，以该转矩效率为基准决定A/ F上下限值。转矩效率的定义及其计算方法将在后面叙述。 图5是表示使用了映射图306的效率上下限值的设定方法的图，图6是表示使用 了映射图320的A/F上下限值的设定方法的图。各图中纵轴取效率，横轴取A/F。图中所示 的曲线是燃烧界限线，燃烧界限线以下的区域是不能够进行适当运行的NG区域。燃烧界限 线根据发动机转速、目标转矩、气门正时等运行条件来确定。 首先，在作为运行模式选择了空燃比优先模式的情况下，如图5所示向映射图输 入空燃比要求值a 。然后，在燃烧界限线上计算与空燃比要求值a对应的效率的值。该值 作为空燃比要求值a下的效率下限值设定。效率上限值使用预先设定的值(例如l)。设 定的效率下限值和效率上限值由选择部308设定给保护部302。 接着，在作为运行模式选择了效率优先模式的情况下，如图6所示向映射图输入 转矩效率P。然后，在燃烧界限线上计算与效率P对应的A/F的值。在图中所示的情况 下，与效率P对应的A/F的值存在一大一小两个，较大的值作为效率13下的A/F上限值进 行设定。此外，较小的值作为效率P下的A/F下限值进行设定。设定的A/F下限值和A/F 上限值由选择部322设定给保护部316。 此外，在调整部32中，还能够使用从调停阶层20输入的要求值和从共通信号配送 系统50发送的共通发动机信息来生成新的信号。如图4所示的例中，由除法运算部312运 算由调停要素22调停的转矩要求值与包含于共通发动机信息的推定转矩之比。推定转矩 是在当前的吸入空气量和空燃比下将点火正时设为MBT的情况下输出的转矩。推定转矩的 运算由控制装置的其他任务进行。 由除法运算部312运算的转矩要求值与推定转矩之比称为转矩效率。该转矩效率 由保护部314限制其上下限。向保护部314设定由选择部308选择的效率上下限值。也就 是，该保护部314的规制范围的设定与限制效率要求值的上下限的保护部302同样地设定。
以上处理的结果是，从调整部32输出的信号变为转矩要求值、修正效率要求值、 修正空燃比要求值、以及转矩效率。这些信号中，转矩要求值和修正效率要求值被输入至控 制量运算要素34。在控制量运算要素34中，首先将转矩要求值除以修正效率要求值。因为修正效率要求值为1以下的值，所以通过该除法运算，转矩要求值被提高修正。然后，被提 高修正的转矩要求值转化为空气量，根据空气量运算节气门开度。 作为主要的信号向控制量运算要素36输入转矩效率。此外，转矩要求值和修正空 燃比要求值也作为参照信号输入。在控制量运算要素36中，根据转矩效率运算相对于MBT 的延迟量。转矩效率越小，则延迟量为越大值，结果，进行转矩降低。在控制量运算要素34 中进行转矩要求值的提高是用于补偿由延迟量引起的转矩降低的处理。在本实施方式中， 通过基于转矩效率的点火正时的延迟量和基于效率要求值的转矩要求值的提高，能够实现 转矩要求值和效率要求值的双方。被输入控制量运算要素36的转矩要求值和修正空燃比 要求值被用于为了将转矩效率转换为延迟量的映射图的选定。而且，根据延迟量和MBT(或 基本点火正时)来运算最终的点火正时。 向控制量运算要素38输入修正空燃比要求值。在控制量运算要素38中，根据修 正空燃比要求值和向气缸内的吸入空气量来运算燃料喷射量。吸入空气量包含于共通发动 机信息中，从共通信号配送系统50发送至控制量运算要素38。 如以上所说明的那样，在本实施方式的控制装置中，从最上位的要求产生阶层10 输出的要求，单向地传递至最下位的控制量设定阶层30。由此，在上下的阶层10、20、30之 间不会伴随信号的交换，所以计算机的运算负荷能够减少。此外，共通发动机信息由共通信 号配送系统50并行地发送至各阶层10、20、30，所以能够抑制阶层10、20、30之间的信号的 传递负荷。 此外，在本实施方式的控制装置中，向控制量设定阶层30传递的各要求值基于相 互的关系进行调整，基于调整后的要求值来运算各致动器42、44、46的控制量。由此，无论 由要求产生阶层10输出了怎样的要求，也能够协调致动器42、44、46使得发动机的运行不 出现问题。也就是，根据本实施方式的控制装置，能够不增大计算机的运算负荷而确切地实 现各种功能相关的多个要求。
实施方式2 接着，使用附图对本发明的实施方式2进行说明。在实施方式2中，对将本发明的 控制装置一般适用于车辆驱动单元的情况进行说明。作为本实施方式的对象的车辆驱动单 元中包含发动机、电动机、包括发动机和电动机的混合动力系统等。 作为本实施方式2的车辆驱动单元的控制装置构成为如图7的框图那样。图7中 用模块框表示控制装置的各要素，用箭头表示模块框之间的信号的传递。如该图中所示，控 制装置具有包括三个阶层100、102、104的阶层型的控制结构。此外，独立于三个阶层100、 102、104，具有向各阶层100、 102、 104并行地发送共通信号的共通信号配送系统106。
在最上位的要求产生阶层100，按车辆驱动单元的功能A、 B、 C、 D设置有多个要求 输出要素112、114、116、118。各要求输出要素112、114、116、118将车辆驱动单元的功能相 关的要求数值化并输出。更详细而言，由车辆驱动单元的动作相关的物理量即预先确定的 多个物理量a、 b、 c、 d中的任一个来表现并输出。 在调停阶层102按作为要求分类的物理量a、b、c、d设置有调停要素122、124、126、 128。各调停要素122、124、126、128在从要求产生阶层100输出的要求值中汇总由所担当的 物理量表现的要求值。然后，按照预先确定的规则进行调停。作为规则，存在最大值选择、 最小值选择等，不限定于其内容。在各调停要素122、124、126、128中调停的结果，从调停阶
13层102关于物理量a、 b、 c、 d输出一个要求值。 在最下位的控制量设定阶层104设置一个调整部132和多个控制量运算要素134、 136、138、140。从调停阶层102输出的各要求值首先由调整部132处理。调整部132以车 辆驱动单元能够适当运行的方式对各要求值基于相互的关系进行调整。作为调整对象的要 求值限定于作为其分类的物理量a、b、c、d的种类数，所以与在存在多个要求值的上位阶层 中进行调整的情况相比，调整所需要的运算负荷小就可以完成。此外，在调整部132中，还 根据来自调停阶层102的要求值和从共通信号配送系统106发送的共通信息来生成新的信 号。 控制量运算要素134、136、138、140对应于致动器152、 154、 156、 158而设置。从调 整部132向控制量运算要素134、136、138、140供给的信号中除了已调整的要求值之外，还 包含根据要求值和共通信息生成的信号。各控制量运算要素134、136、138、140使用从调整 部132供给的信号来运算致动器152、 154、 156、 158的控制量。 从以上说明可知，在本实施方式的控制装置中，从最上位的要求产生阶层100输 出的要求单向地传递至最下位的控制量设定阶层104。此外，共通信息由共通信号配送系统 106并行地发送至各阶层100、 102、 104。这样抑制阶层100、102、104之间的信号传递量，由 此能够减小计算机的运算负荷。 此外，在本实施方式的控制装置中，由调停阶层102调停后的各要求值在控制量 设定阶层104中基于相互的关系进行调整，基于调整后的要求值运算各致动器152、154、 156、 158的控制量。由此，能够协调致动器152、 154、 156、 158使得车辆驱动单元的运行不产 生问题。 此外，根据本实施方式的控制装置，还具有能够容易地追加可以实现的功能的效 果。例如，在追加新的功能E的情况下，如图中虚线所示，将与之对应的要求输出要素120 追加设置在要求产生阶层100中即可。不过，使追加的要求输出要素120必须输出由预先 确定的任一物理量a、 b、 c、 d表现的要求值。若要求输出要素120输出的要求值由物理量 c、d表现，则将要求输出要素120连接于调停要素126、 128。 从要求产生阶层100向调停阶层102传递信号是单向的，而且在要求产生阶层100 中在同一阶层内的要素之间不进行信号的传递，所以不会由于追加新的要求输出要素120 而改变其他要素的设计。从追加的要求输出要素120输出的要求值与从其他的要求输出要 素输出的要求值一起由调停要素126、128汇总并调停为一个要求值。 各调停要素126U28仅按照预先确定的规则进行调停，所以即使汇总的要求值的 数量增加，与之相伴的运算负荷的增加也极微小。此外，从调停阶层102向控制量设定阶层 104输出的要求值的数量没有变化，所以也不会增加控制量设定阶层104的运算负荷。也就 是，根据本实施方式的控制装置，能够不增加计算机的运算负荷而追加可以实现的车辆驱 动单元的功能。 此外，根据本实施方式的控制装置，也容易地追加用于控制车辆驱动单元的致动 器。例如，如图中虚线所示，在追加新的致动器160U62的情况下，仅在控制量设定阶层104 中追加设置与此相对应的控制量运算要素142、 146并连接于调整部132即可。从调整部 132向各控制量运算要素传递信号是单向的，而且在控制量运算要素之间不进行信号的传 递，所以不会由于追加新的控制量运算要素142U46而改变其他要素的设计。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱 离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形并实施。例如，可以如下变形并实施。
在上述实施方式中，由共通信号配送系统发送车辆驱动单元的运行条件以及运行 状态相关的信号(共通信息)，但也可以与要求值一起在阶层内从上位的阶层向下位的阶 层发送。在该情况下，与使用共通信号配送系统的情况相比，阶层间的信号传递量增大。不 过，因为信号的传递方向为单向，所以防止了运算负荷变得过大。 此外，在将本发明适用于发动机的情况下，作为其控制对象的致动器不限定于节 气门、点火装置、燃料喷射装置。例如，还能够将气门正时可变装置(VVT)、气门升程量可变 装置(VVL)、外部EGR装置设为控制对象的致动器。在具备气缸停止机构和/或压縮比可变 结构的发动机中，还能够将这些机构设为控制对象的致动器。在具备带电动机辅助的涡轮 增压器(MAT)的发动机中，可以将MAT作为控制对象的致动器来使用。此外，还能够通过交 流发电机等由发动机驱动的辅机间接地控制发动机的输出，所以还能够使用这些辅机作为 致动器。
权利要求
一种车辆驱动单元的控制装置，该控制装置对与车辆驱动单元的动作相关的多个致动器进行协调控制，实现与所述车辆驱动单元的各种功能相关的要求，其特征在于，具有阶层型的控制结构，该控制结构包括要求产生阶层、设置于所述要求产生阶层的下位的调停阶层、和设置于所述调停阶层的下位的控制量设定阶层，从上位的阶层向下位的阶层单向地传递信号，在所述要求产生阶层中，按每个功能设置有输出与所述车辆驱动单元的功能相关的要求的要求输出要素，在所述调停阶层中，按预先确定的要求的每个分类设置有调停要素，各调停要素被构成为对在从所述要求产生阶层输出的要求值中所负责的分类的要求值进行汇总，按照预先确定的规则调停为一个要求值，在所述控制量设定阶层中设置有调整部和控制量运算要素，该调整部对由所述调停阶层调停后的各要求值基于相互的关系进行调整，该控制量运算要素基于由所述调整部调整后的要求值来运算所述多个致动器的各自的控制量。
2. 如权利要求1所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于， 所述控制量运算要素按每个致动器而设置。
3. 如权利要求1或2所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于，具有对所述各阶层并行地配送共通的信号的共通信号配送系统，通过所述共通信号配 送系统配送与所述车辆驱动单元的运行条件和运行状态相关的信号。
4. 如权利要求1 3的任一项所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于，所述要求输出要素被构成为将与所述车辆驱动单元的功能相关的要求以与所述车辆 驱动单元的动作有关的物理量、且是预先确定的多个物理量中的任一个进行表现并输出，所述调停要素，按每个所述物理量而设置，被构成为对从所述要求产生阶层输出的要 求值中以所负责的物理量表现的要求值进行汇总。
5. 如权利要求4所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于，所述车辆驱动单元是内燃机，所述多个物理量是转矩、效率和空燃比。
6. 如权利要求5所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于，所述调整部在由所述调停阶层调停后的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值中调 整效率要求值或空燃比要求值。
7. 如权利要求5或6所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于， 所述各种功能中包括与驾驶性能相关的功能、与排气气体相关的功能、和与燃料消耗相关的功能。
8. 如权利要求5 7的任一项所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于， 所述多个致动器中包括调整所述内燃机的吸入空气量的致动器、调整所述内燃机的点火正时的致动器、和调整所述内燃机的燃料喷射量的致动器。
9. 如权利要求1 8的任一项所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于， 在由所述调停阶层调停后的多个要求值中，至少两个要求值之间预先设定有优先顺序，所述调整部从优先级低的一侧依次调整至少一个要求值，使得用于由所述控制量运算 要素运算控制量的多个要求值之间的关系成为能够使所述车辆驱动单元适当运行的关系。
10. 如权利要求9所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于，所述车辆驱动单元能够选择多个运行模式，所述的优先顺序根据所选择的运行模式而 改变。
11. 如权利要求IO所述的车辆驱动单元的控制装置，其特征在于， 所述调整部包括限制作为调整对象的要求值的上限和/或下限的保护部，按照作为调整对象的各要求值的优先级改变各保护部的限制范围。
全文摘要
本发明涉及车辆驱动单元的控制装置，能够不增大计算机的运算负荷而确切地实现车辆驱动单元的各种功能相关的要求。设为包括要求产生阶层10、调停阶层20以及控制量设定阶层30的阶层型的控制结构，从上位的阶层向下位的阶层单向地传递信号。在要求产生阶层10中按每个功能设置将与各种功能相关的要求数值化并输出的要求输出要素12、14、16。在调停阶层20中按要求的每个分类设置调停要素22、24、26。各调停要素22、24、26汇总所担当的分类的要求值，按照规则调停为一个要求值。在控制量设定阶层30设置中对调停后的各要求值基于相互的关系进行调整的调整部32、和基于调整后的要求值运算多个致动器42、44、46的各自的控制量的控制量运算要素34、36、38。
文档编号F02D43/00GK101772632SQ20088010191
公开日2010年7月7日 申请日期2008年7月8日 优先权日2007年8月21日
发明者仲田勇人, 副岛慎一, 加古纯一, 加藤直人, 大塚郁, 河井圭助, 田中宏幸 申请人:丰田自动车株式会社