专利名称：车辆的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用内燃机产生的转矩控制车辆的运行状态的车辆的控制装置。
背景技术：
以往，在火花点火式内燃机中，作为用于控制其转矩的手段，结合空气量的调整使 用点火正时的调整。例如，在日本特开2005-11387号公报中所记载的技术中，由根据基本 (base)点火正时和MBT的差决定的点火正时效率修正要求转矩，基于由该效率修正了的要 求转矩计算出要求节气门开度。另外，求出根据实际的空气量和发动机转速推定的MBT下 的推定转矩，基于推定转矩和修正前的要求转矩的比计算出相对于MBT的点火延迟量。
若采用上述公报中记载的技术，则节气门开度根据要求转矩的变化而变化，空气 量根据节气门开度的变化而变化。而且，推定转矩根据空气量的变化而变化。即，推定转矩 跟随(跟踪，随动)要求转矩变化。在直到要求转矩被反映到推定转矩的过程中产生在控 制装置内部的运算处理和信号传递的延迟、节气门的动作延迟、或传感器的输出延迟等的 各种响应延迟。因此，在推定转矩和要求转矩之间经常存在时间上的偏差(偏离)。上述时间上的偏差在要求转矩过渡性变化时特别是要求转矩减小时产生某些问 题。例如，在要求转矩振动性变化的情况下，推定转矩也跟随其振动性变化。此时，伴随上 述的各种响应延迟的时间上的偏差表现为推定转矩和要求转矩之间的相位的偏差。其结果 是周期性产生推定转矩比要求转矩大的期间。采用上述公报中记载的技术，根据推定转矩和要求转矩的比决定点火延迟量，因 此，使得在推定转矩大于要求转矩的期间点火正时与MBT相比被延迟。而且，这样的点火延 迟在点火正时效率被设定在最大效率时、即要求在MBT的运行时也会自动进行。即，在上述 公报中记载的技术中，有可能因点火正时的不想要的延迟使得燃料经济性产生不必要的变差。就上述的问题而言，申请人在日本特愿2008-178963号中提出了作为其解决方案 的发明。采用该专利申请所涉及的发明，在由节气门的动作可达成要求转矩的变化率时，作 为点火正时的设定的基础的转矩效率被固定为最大效率1。因此，即使因推定转矩和要求转 矩之间的时间上的偏差使推定转矩变为比要求转矩大，也因转矩效率被固定为最大效率从 而可防止不需要的点火延迟。但是，在要求转矩自身以不能仅由节气门的动作达成的速度变化的情况下，其结 果会导致点火延迟发生作用。例如为了抑制车辆的纵倾(pitching)等目的，在要求转矩 上添加周期性增减成分的情况。虽然通过点火延迟发生作用可达成要求转矩的变化率，但 是燃料经济性会变差。在对车辆所要求的性能中尤以燃料经济性为特别被强烈要求的性 能，因此，在将提高燃料经济性作为第一位来加以考虑的情况下，希望尽可能地抑制点火正 时的延迟。
发明内容
本发明是为了解决如上述的课题而做成的，其目的在于提供一种使得可以抑制 因内燃机的点火正时被延迟而导致的燃料经济性的变差的车辆的控制装置。涉及本发明的车辆的控制装置具有驱动系统控制部和发动机控制部。驱动系统控 制部相对于发动控制部位于控制系统的上位，综合控制车辆的驱动系统。另一方面，发动机 控制部基于从驱动系统控制部发出的要求转矩控制内燃机。内燃机为车辆的动力装置，驱 动系统控制部使用内燃机产生的转矩控制车辆的运行状态。详细来说，发动机控制部基于要求转矩调整吸入空气量，并且以补偿由吸入空气 量的调整可达成的转矩和要求转矩之间的偏差的方式调整点火正时。驱动系统控制部计 算出为了达成作为目标的车辆的运行状态对内燃机所期望输出的转矩，将该期望转矩作为 输出到发动机控制部的要求转矩的基础。期望转矩的算出基于由驾驶员对加速踏板的操作 量或装备于车辆的各种传感器的信号进行。驱动系统控制部用根据内燃机的转矩调整能力 决定的预定的保护值(guard value)限制以这种方式计算出的期望转矩的变化率，计算出 限制后的期望转矩作为要求转矩。该保护值以由内燃机中的吸入空气量的调整可达成的转 矩的变化率的范围为基准来设定。根据本发明所涉及的控制装置，可以在由驱动系统控制部进行的要求转矩的生成 阶段，对由吸入空气量的调整可达成的转矩的变化率的范围加以考虑。与由吸入空气量的 调整可达成的转矩相比要求转矩越小，则由发动机控制部产生的点火正时的延迟越产生作 用，但通过对要求转矩预先考虑上述范围，可以防止点火正时的延迟或将点火正时的延迟 抑制在允许范围，可抑制因点火正时延迟导致的燃料经济性的恶化。在本发明的更为优选的实施方式中，上述保护值被设为由内燃机中吸入空气量的 调整可达成的转矩的变化率的范围的界限值。若这样设定，则使得可仅由吸入空气量的调 整达成要求转矩，因此，可以可靠地防止与燃料经济性变差相伴的点火正时的延迟。在本发明的进一步优选的实施方式中，上述的保护值在发动机控制部中基于现在 或作为目标的内燃机的运行状态计算出来，并从发动机控制部被输出到驱动系统控制部。 通过在直接控制着内燃机的发动机控制部进行保护值的算出，可更加正确地将由吸入空气 量的调整可达成的转矩的变化率的范围反映到保护值。在本发明的进一步优选的实施方式中，驱动系统控制部根据作为目标的车辆的运 行状态允许或禁止由保护值对期望转矩的限制。例如，若为以燃料经济性为优先的运行状 态，则允许由保护值对期望转矩的限制，若为与燃料经济性(燃費)相比以转矩精度为优先 的运行状态，则禁止由保护值对期望转矩的限制。
图1是表示作为本发明的实施方式的车辆的控制装置的构成的框图。图2是表示本发明的实施方式涉及的车辆控制装置的发动机控制部的构成的框图。图3是用于说明本发明的实施方式涉及的梯度保护部(勾配# 一 F )的动作的 图。图4是表示车辆控制装置的驱动系统控制部的构成的变形例的框图。附图标记说明
2 车辆控制装置；4 驱动系统控制部；6 发动机控制部；10 梯度保护部。
具体实施例方式参照图1 图3的各图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示作为本发明的实施方式的车辆的控制装置的构成的框图。本实施方式 的车辆控制装置2包含存在控制系统的上位和下位关系的2个部分。位于上位的部分为驱 动系统控制部4，位于下位的部分为控制发动机(内燃机)的发动机控制部6。除了它们之 夕卜，在车辆控制装置2中还包含控制自动变速器的变速器控制部等，但因与本实施方式无 关所以省略对它们的图示和说明。在车辆控制装置2中由驱动系统控制部4综合控制车辆的驱动系统。驱动系统控 制部4 通过发动机控制部6使发动机产生期望的转矩，并使用发动机输出的转矩控制车辆 的运行状态。在驱动系统控制部4除了驾驶员的加速踏板操作量之外，也被输入来自装备 于车辆的各种传感器(例如、车轮速度传感器、横摆率传感器(Yaw Rate Sensor)、加速度 传感器等)的信号(车辆信息)。驱动系统控制部4基于加速踏板操作量计算出驾驶员对 车辆所要求的转矩，并且，基于由传感器得到的车辆信息计算在车辆控制上所需要的各种 转矩(例如稳定性控制用转矩、牵引控制用转矩、防止变速冲击用转矩、抑制纵倾用转矩 等)。调停这些转矩所得到的转矩是对内燃机期望输出的期望转矩，包含调停的期望转矩的 运算由运算部8进行。另外，在此所说的调停是指按照预先确定的计算规则从多个数值得 到1个数值的动作。在计算规则方面包含例如最大值选择、最小值选择、平均、或累加(足 L·合)等。也可以采用适当组合了这多个计算规则后的计算规则。在驱动系统控制部4中除了包含上述的运算部8之外还包含梯度保护部10。梯度 保护部10是用于对期望转矩的梯度(倾斜度，勾配)即变化率施加保护(guard，防护)的 单元。驱动系统控制部4不是原样对发动机要求由运算部8计算出的期望转矩，而是将由 梯度保护部10处理了的值作为要求转矩输出。具有这样的梯度保护部10是车辆控制装置 2所具有的重要特征之一，因此，对梯度保护部10的内容后面详细说明。发动机控制部6基于由驱动系统控制部4供给的要求转矩控制发动机。在适用本 发明的车辆中，发动机是指可由吸入空气量和点火正时控制转矩的火花点火式的发动机。 涉及本实施方式的发动机具有作为用于调整吸入空气量的致动器的节气门，具有作为用 于调整点火正时的致动器的点火装置。发动机控制部6通过操作这些致动器控制发动机产 生的转矩。图2是表示发动机控制部6的构成的框图。发动机控制部6首先在内置的运算部 12将取得的要求转矩转换为空气量(KL)。由该转换处理得到的空气量成为发动机的目标 空气量。另外，在此所说的空气量是每1个循环的缸内吸入空气量，也可将其替换为无因次 (无量纲)化了的填充效率(负荷率)。在转换处理中可使用将转矩和空气量关联起来了 的映射图(map)。在该映射图中，以发动机转速和/或空燃比等对转矩和空气量的关系产生 影响的各种运行条件为关键字(key，关键参数)。但是，就点火正时而言以点火正时为MBT 为前提。接着，发动机控制部6在内置的运算部14根据目标空气量计算出节气门开度。在 节气门开度的计算中可使用空气模型(air model)的逆模型(逆)。空气模型为进气系统的物理模型，基于流体力学等使对节气门的动作的空气量的响应模型化。发动机控 制部6将由目标空气量转换出来的节气门开度设定为节气门的操作量，按照设定的节气门 开度操作节气门。另外，发动机控制部6计算出发动机的要求转矩相对于推定转矩的比(以下称之 为转矩效率)，基于该转矩效率计算出点火正时。转矩效率的算出由运算部18进行。在此 所说的推定转矩是指若在现在的节气门开度将点火正时设定在MBT可得到的转矩、即在 现在的吸入空气量可达成的最大转矩。每当推定转矩的算出时，首先，使用上述的空气模型 计算出在现在的节气门开度可实现的、推定的空气量。接着，使用表示在MBT的转矩和空气 量的关系的映射图，将推定空气量转换为转矩。这样计算出的转矩为推定转矩，这些计算由 内置于发动机控制部6的运算部16实行。在发动机控制部6中包含上下限保护部22，上下限保护部22是用于对转矩效率的 大小(低值，低 )施加保护的单元。发动机控制部6并不是将由运算部18计算出的转矩 效率原样直接用于点火正时的算出，而是基于由上下限保护部22处理了的值计算出点火 正时。上下限保护部22由来自内置于发动机控制部6的梯度判定部24的信号操作。对上 下限保护部22和梯度判定部24的内容后面详细说明。发动机控制部6在内置的运算部20将转矩效率转换为点火正时。将由该转换处 理得到的点火正时作为点火装置的操作量。在转换处理中可使用将转矩效率和点火正时关 联起来了的映射图。在该映射图中，以要求转矩、发动机转速、空燃比等对转矩效率和点火 正时的关系产生影响的各种运行条件为关键字。而且，若采用该映射图，则在转矩效率为最 大值1时点火正时被设定为ΜΒΤ，转矩效率与1相比越小，则点火正时设定为相对于MBT延 迟越多。以上是与车辆控制装置2的基本构成相关的说明。接着，对对于车辆控制装置2 来说作为要部的梯度保护部10和与其相关的上下限保护部22和梯度判定部24的各内容 进行说明。梯度保护部10用由发动机的转矩调整能力决定的预定的保护值限制所输入的期 望转矩的梯度。该保护值以由发动机中吸入空气量的调整可达成的转矩梯度的范围为基准 来设定。更为详细来说，将由吸入空气量的调整可达成的转矩梯度的上限值和下限值分别 作为由梯度保护部10实行的保护值。由吸入空气量的调整可达成的转矩梯度的上限值为 使节气门全开可得到的转矩梯度，下限值为使节气门全闭可得到的转矩梯度。图3是对由梯度保护部10用于保护的保护值和被输出到发动机控制部6的要求 转矩的关系进行表示的图。在图3中，上限保护线是与由节气门全开可达成的转矩梯度相 对应的线，下限保护线是与由节气门全闭可达成的转矩梯度相对应的线。因此，以要求转矩 的现在值为基准由上限保护线和下限保护线夹着的区域为由吸入空气量的调整可达成的 转矩的范围，相比下限保护线靠下侧的区域是点火延迟发生作用的区域。若自现在(当前)经过一定时间之后(在此为下一步(步骤))的期望转矩位于 上限保护线和下限保护线之间，则将该值原样输出作为要求转矩。但是，在下一步的期望转 矩越过下限保护线 的情况下，梯度保护部20用下限保护线限制期望转矩，将该被限制了的 期望转矩(图中的要求转矩下限值)作为要求转矩输出。另外，在下一步的期望转矩越过 上限保护线的情况下，梯度保护部20用上限保护线限制期望转矩，将该被限制了的期望转矩(图中的要求转矩上限值)作为要求转矩输出。 S卩，梯度保护部20在由驱动系统控制部4进行的要求转矩的生成阶段，将要求转 矩的梯度限制在由吸入空气量的调整可达成的范围。通过将这样被限制了梯度的要求转矩 供给到发动机控制部6，可以防止因要求转矩的达成所导致的点火延迟。但是，在推定转矩和要求转矩之间有时存在伴随运算处理和信号传递的延迟、节 气门的动作延迟、或传感器的输出延迟等的各种响应延迟的时间上的偏差即相位的偏差。 在存在这样的相位的偏差的情况下，在要求转矩减小了时，不管是否在由吸入空气量的调 整可达成的范围，都会过渡性地变成推定转矩大于要求转矩从而转矩效率变为小于1。用于 防止在这样的情况下的不必要的点火延迟的手段为上下限保护部22和梯度判定部24。上下限保护部22用上限保护值和下限保护值保护处理所被输入的转矩效率。上 限保护值被固定为最大值1。另一方面，下限保护值通常被设定为无效的值，只有在梯度判 定部24的标志信号(flag signal)为ON(开启)的情况下才被设定为作为有效值的最大 值1。因此，在上下限保护部22的下限保护值有效地起作用时，不论推定转矩和要求转矩之 间的大小关系为何，转矩效率都被固定为1。梯度判定部24计算出从驱动系统控制部4输入到发动机控制部6的要求转矩的 梯度、详细来说、每1个控制周期的要求转矩的变化量。而且，对仅由节气门进行的吸入空 气量的调整可达成的转矩的梯度和要求转矩的梯度进行比较。仅由吸入空气量的调整可达 成的转矩梯度是指节气门的全开或全闭可达成的转矩梯度，在此是指由节气门的全闭可达 成的减小方向的转矩梯度。在比较的结果为仅由吸入空气量的调整可达成的转矩梯度比要求转矩的梯度大 的情况下，即，在仅由吸入空气量的调整可达成要求转矩的梯度的情况下，梯度判定部24 将标志信号设为ON。接收该标志信号，上下限保护部22将下限保护值设定为1。由此，即 使因推定转矩和要求转矩之间的时间上的偏差而过渡性地使推定转矩变为比要求转矩大， 也不会因此引起点火延迟不必要地被延迟。因此，可以防止因不必要的点火延迟所导致的 燃料经济性的变差。另外，在本实施方式中，在梯度保护部20设定的下限保护值与用于梯度判定部24 中的判定的转矩梯度为相同值，一起被设定为由节气门的全闭达成的转矩梯度的值。在其 计算中可以利用基于实测数据制成的映射图和/或如上述的空气模型的物理模型。同样， 对于由节气门全开达成的转矩梯度的值也可以使用映射图和/或物理模型计算。在本实施 方式中，这些计算由发动机控制部6实行，由发动机控制部6计算出的各保护值被供给到驱 动系统控制部4由梯度保护部20进行设定。以上对本发明的实施方式进行了说明，但，本发明不限于上述的实施方式。本发明 在不脱离其要旨的范围内，可以从上述的实施方式进行各种变形来实施。例如，也可以将上 述的实施方式进行如下变形来实施。在第1变形例中，根据作为目标的车辆的运行状态选择性地使梯度保护部20工 作。例如，若以燃料经济性为优先的运行状态为目标，则设为如上述实施方式使梯度保护部 20工作。另一方面，若以转矩精度为优先的运行状态为目标，则设为使梯度保护部20不工 作。即将期望转矩原样作为要求转矩供给到发动机控制部6。作为以转矩精度为优先的运 行状态可以举出例如需要稳定性控制用转矩等紧急转矩的情况。也可设定为通常预先给出(开启)允许梯度保护部20工作的标志信号，在变为需要紧急转矩的情况下给出禁止梯 度保护部20工作的标志信号。梯度保护部20的工作的允许/禁止的判定，如图4的框图 所示，优选是在被输入有各种车辆信息的驱动系统控制部4中进行。在另一变形例中，在驱动系统控制部4中进行在梯度保护部20设定的保护值的计 算。在该计算中可以利用基于实测数据制成的映射图和/或如空气模型的物理模型。计算 中所需要的发动机信息、例如、节气门开度、发动机转速等既可以从发动机控制部6取得、 也可以从传感器直接取得。在再一别的变形例中，将在梯度保护部20设定的保护值设定在仅由吸入空气量 的调整可达成的转矩梯度的范围的外侧。具体来说，虽然在上述的实施方式中使下限保 护值与由节气门全闭可达成的转矩梯度相匹配一致，但在此将下限保护值设定为比其低的 值。在这样设定了的情况下，越过仅由吸入空气量的调整可达成的范围地减小要求转矩也 成为可能，在这种情况下点火延迟发挥作用以便补偿由吸入空气量的调整不能满足要求的 量。使下限保护值相对于节气门全闭时的转矩梯度下降多少，只要与从燃料经济性的角度 出发可容许的点火延迟量相配合地决定即可。通过这样做，可以实现与对车辆所要求的燃 料经济性相关的要求和与转矩精度相关的要求这两者的相互协调(调解)。另外，还可与作 为目 标的车辆的运行状态连动地改变梯度保护部20的保护值。在再一别的实施例中，省略设置在发动机控制部6中的上下限保护部22和梯度判 定部24。若推定转矩相对于要求转矩的相位延迟为可忽视的程度，则可省略这些运算要素 (元件)。在再一别的实施例中，用过滤器构成发动机控制部6。使要求转矩通过过滤器，将 其分成为由吸入空气量的调整可达成的比较低频率的转矩成分、和若没有通过调整点火 正时则不能达成的比较高频率的转矩成分。采用这样的构成也可基于要求转矩调整吸入空 气量，以补偿由吸入空气量的调整可达成的转矩和要求转矩的偏差的方式调整点火正时。 即，就发动机控制部6的内部的构成来说、也可采用与上述实施方式不同的构成。在再一别的实施例中，发动机控制部6以由节气门以外的致动器调整吸入空气量 的发动机为控制对象。例如，还可以以具有可以连续改变升程量或作用角的可变式进气门 的发动机为控制对象。
权利要求
一种车辆的控制装置，是具有驱动系统控制部和发动机控制部的车辆的控制装置，该驱动系统控制部综合控制车辆的驱动系统，该发动机控制部基于所述驱动系统控制部所要求的转矩(以下称之为要求转矩)控制内燃机，其特征在于，所述发动机控制部包含吸入空气量调整单元，该吸入空气量调整单元基于所述要求转矩调整吸入空气量；和点火正时调整单元，该点火正时调整单元调整点火正时以补偿由吸入空气量的调整所能够达成的转矩和所述要求转矩的偏差，所述驱动系统控制部包含期望转矩算出单元，该期望转矩算出单元基于由驾驶员对加速踏板的加速踏板操作量或装备于车辆的各种传感器的信号，计算出为了达成作为目标的车辆的运行状态要使内燃机输出的转矩(以下称之为期望转矩)；保护单元，该保护单元用根据内燃机的转矩调整能力决定的预定的保护值限制所述期望转矩的变化率；和要求转矩输出单元，该要求转矩输出单元将由所述保护值限制后的期望转矩作为所述要求转矩输出到所述发动机控制部，所述保护值以由内燃机中吸入空气量的调整所能够达成的转矩的变化率的范围为基准来设定。
2.根据权利要求1所述的车辆的控制装置，其特征在于，所述保护值为由内燃机中吸 入空气量的调整所能够达成的转矩的变化率的范围的界限值。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的控制装置，其特征在于，所述发动机控制部包含 保护值算出单元，该保护值算出单元基于现在或作为目标的内燃机的运行状态计算出所述保护值；和保护值输出单元，该保护值输出单元将计算出的保护值输出到所述驱动系统控制部。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的车辆的控制装置，其特征在于，所述驱动系统 控制部包含保护判定单元，该保护判定单元根据作为目标的车辆的运行状态允许或禁止由所述保 护单元对期望转矩的限制。
全文摘要
涉及使用内燃机产生的转矩控制车辆的运行状态的车辆的控制装置，使得可抑制因内燃机的点火正时被延迟所导致的燃料经济性的恶化。车辆的控制装置由综合控制车辆的驱动系统的驱动系统控制部、和基于来自驱动系统控制部的要求转矩控制内燃机的发动机控制部构成。发动机控制部基于要求转矩调整吸入空气量，且以补偿由吸入空气量的调整可达成的转矩和要求转矩的偏差的方式调整点火正时。驱动系统控制部基于由驾驶员对加速踏板的操作量或装备于车辆的各种传感器的信号，计算出为了达成作为目标的车辆的运行状态要使内燃机输出的期望转矩。驱动系统控制部用根据内燃机的转矩调整能力决定的预定的保护值限制期望转矩的变化率，将限制后的期望转矩作为要求转矩输出到发动机控制部。上述保护值以由内燃机中吸入空气量的调整可达成的转矩的变化率的范围为基准被设定。
文档编号F02D45/00GK101861458SQ200980100118
公开日2010年10月13日 申请日期2009年1月26日 优先权日2009年1月26日
发明者副岛慎一, 加藤直人, 高桥清德 申请人:丰田自动车株式会社