JP4521246B2 - スロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の走行特性をシミュレートする装置における、スロットル開度制御値を求めるスロットル制御装置に関する。

交通手段の発達した現代社会では、自動車はモノの運搬や人間の移動の手段として大きな役割を果たしている。自動車は、エンジンなど推進力を発生させる装置を搭載しており、こうした装置が開発された際には、その走行特性の試験が行われることが多い。このような走行特性の試験では、走行特性の試験が行われる前にＮＴマップなどの自動車の特性を表すグラフを作成し、このグラフを用いて、エンジンの回転速度の計測値と、指定されたパターンとして与えられたトルクの指令値とから、スロットル開度の指令値を決定することが行われる。そして、指定されたパターンとして与えられた車速の指令値と計測された車速とが等しくなるようにスロットル開度の補正値を算出し、このスロットル開度の補正値を用いてスロットル開度の指令値を補正することによってスロットル開度の制御値が決定される（例えば特許文献１参照）。このような過程を経ることにより、運転時の車速が、指定されたパターンとして与えられた車速に追従しているかどうかの試験を行うことができる。
特開２００３−２９４５８４号公報

しかしながら、走行特性の試験を行うために試験前にあらかじめＮＴマップを作成しなければならないのは手間がかかり効率が悪い。さらに、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車のように、エンジンの回転速度と車速との相関が小さい自動車では、このようなＮＴマップを用いてスロットル開度の制御値を決定することは困難である。

本発明は、上記事情に鑑み、走行特性の試験を行うための作業の効率が良いスロットル制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のスロットル制御装置は、
エンジンが連結されるダイナモを備え、該ダイナモに連結されたエンジンのスロットル開度を調節しながら自動車の走行特性をシミュレートする装置における、スロットル開度の制御値を求めるスロットル制御装置において、
時間的に変化する車速とトルクの指令値を与える指令部と、
車速に相当する車速相当値を計測する車速計測部と、
上記指令部から与えられた車速指令値と上記車速計測部で計測された車速相当値とに基づいて車速相当値が車速指令値に近づくようにスロットル開度の補正値を求める第一のコントローラと、
上記指令部から与えられたトルク指令値をスロットル開度の指令値に変換する変換部を有する第二のコントローラ、および
上記第二のコントローラで得られたスロットル開度の指令値を、上記第一のコントローラで得られたスロットル開度の補正値で補正してスロットル開度の制御値を求める制御値算出部を備え、
上記第二のコントローラが、さらに、上記指令部から与えられたトルク指令値と上記制御値算出部で求められたスロットル開度の制御値とに基づいて該トルク指令値から上記スロットル開度の指令値への変換係数を求めるチューニング部を有し、上記変換部が、上記指令部から与えられるトルク指令値を、上記チューニング部で求められた変換係数に従って上記スロットル開度の指令値に変換するものであることを特徴とする。

本発明のスロットル制御装置は、トルク指令値と、運転時のスロットル開度の制御値とに基づいて、トルク指令値から上記スロットル開度の指令値への変換係数を求めるチューニング部を有しており、トルク指令値とスロットル開度の指令値との関係を、自動車の走行特性をシミュレートしながら学習することができる。このため、従来のスロットル制御装置のように自動車の走行特性をシミュレートする前にあらかじめＮＴマップを作成する手間が省けるので、効率がよい。さらに本発明のスロットル制御装置は、スロットル開度の指令値を決定する際にトルク指令値とスロットル開度の制御値とを用い、エンジンの回転速度の計測値を用いる必要がないので、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車のように、エンジンの回転速度と車速との相関が小さい自動車の走行特性をシミュレートする場合にも用いることができる。

また、本発明のスロットル制御装置は、上記チューニング部は、上記変換係数を、トルク指令値を複数の範囲に分けたときの各範囲ごとに求めるものであって、
上記変換部は、上記指令部から与えられるトルク指令値を、該トルク指令値を含む範囲に応じた変換係数に従って上記スロットル開度の制御値に変換するものであってもよい。

このようにトルク指令値の範囲に応じて変換係数を決定する制御方法を用いることによって、トルク指令値の値ごとに変換係数を決定する制御方法よりも、変換係数を決定する作業を簡略化することができる。

また、本発明のスロットル制御装置において、上記チューニング部は、上記変換係数を、上記スロットル開度の制御値と上記トルク指令値との比の時間平均として求めるものであってもよい。

このように、スロットル開度の制御値と上記トルク指令値との比の時間平均として変換係数を求める制御方法を用いることによって、スロットル開度の制御値とトルク指令値それぞれの時間ごとの値を用いて変換係数を決定する制御方法よりも、変換係数を決定する作業を簡略化することができる。

本発明のスロットル制御装置によれば、効率良く、走行特性の試験を行うための作業を行うことができる。

以下では、本発明のスロットル制御装置の一実施形態を説明する前に、本発明に対する比較例として、従来用いられてきたスロットル制御装置について説明する。

図１は、スロットル制御装置を備え、エンジンのスロットル開度を調節しながら自動車の走行特性をシミュレートする装置の概略構成図である。

この自動車の走行特性をシミュレートする装置１００には、エンジン１０１が動力伝達部１０４によって連結されるダイナモ１０２が備えられており、エンジン１０１の回転とともにダイナモ１０２も回転する。このダイナモ１０２の回転速度、すなわちエンジン１０１の回転速度に基づき、従来用いられてきたスロットル制御装置２がスロットル開度の制御値を決定する。このスロットル制御装置２には、ダイナモの回転速度の指令値とトルク指令値を与えるために後述の指令マップが備えられており、この指令マップから与えられたダイナモの回転速度の指令値とトルク指令値と、実際の運転時におけるダイナモの回転速度とトルクとに基づき、ダイナモ制御装置１０３がダイナモ１０２を駆動するのに必要なダイナモ電流を算出する。以上が、自動車の走行特性をシミュレートする装置の説明である。次に、従来用いられてきたスロットル制御装置２の構成について説明する。

図２は、図１に示したスロットル制御装置（従来装置）を表すブロック図である。

従来用いられてきたスロットル制御装置２には、ダイナモの回転速度を計測する車速計測部１１が備えられており、この車速計測部１１で計測されたダイナモの回転速度がＰＩＤコントローラ１２に入力される。また、このＰＩＤコントローラ１２には、指令マップ１３から時間的に変化するダイナモの回転速度の指令値も入力され、ＰＩＤコントローラ１２は、車速計測部１１で計測されたダイナモの回転速度が、このダイナモの回転速度の指令値に近づくようにスロットル開度の補正値を算出する。

従来用いられてきたスロットル制御装置２には、ＰＩＤコントローラ１２に加えて、ＮＴマップ１６が備えられており、このＮＴマップ１６は、指令マップ１３から時間的に変化するトルク指令値、および運転時のダイナモの回転速度が入力されると、試験対象の自動車の走行特性のシミュレーションが行われる前にあらかじめ調べておいた自動車の特性データに基づき、適切なスロットル開度の指令値を出力する。そしてこのスロットル開度の指令値と、ＰＩＤコントローラ１２によって算出されたスロットル開度の補正値とに基づき、制御値算出部がスロットル開度の制御値を決定され、運転時において用いられる。このような過程によってダイナモの回転速度が、与えられたダイナモの回転速度の指令値に追従していくようになる。

以上が、本発明に対する比較例としての、従来用いられてきたスロットル制御装置についての説明である。以下では、本発明のスロットル制御装置の一実施形態について説明する。

本実施形態のスロットル制御装置も、従来用いられてきたスロットル制御装置２と同様に、ダイナモに連結されたエンジンのスロットル開度を調節しながら自動車の走行特性をシミュレートする装置に備えられている。この自動車の走行特性をシミュレートする装置は、図１に示すスロットル制御装置２とは異なるスロットル制御装置が用いているが、他の構成要素については、図１で示されている構成要素と同じ構成要素を用いている。従って、本実施形態で用いられる自動車の走行特性をシミュレートする装置の構成は、図１を参照することとし、この装置についての図示は省略し、以下では、本実施形態のスロットル制御装置について説明する。

図３は、本実施形態のスロットル制御装置を表すブロック図である。

図３に示す、本実施形態のスロットル制御装置を表すブロック図において、図２にブロック図を示した従来用いられてきたスロットル制御装置２の、図面上の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して示し、同一の構成要素についての重複説明は省略する。図３において、図２に示した制御を表すブロック図と異なる点は、図３では、図２に示すＮＴマップ１６の代わりにオートゲインコントローラ（以下ではＡＧコントローラと略す）１４が備えられており、図２に示すＮＴマップ１６では用いられていたダイナモの回転速度は用いずに、運転時のスロットル開度の制御値に基づいてスロットル開度の指令値を算出する点である。このＡＧコントローラ１４が、指令マップ１３から時間的に変化するトルク指令値が入力されると、後述する構成によりスロットル開度の制御値を参照しながらスロットル開度の指令値を算出する。以下では、スロットル開度の制御値を参照しながらトルク指令値からスロットル開度の指令値を算出するＡＧコントローラ１４の機能について説明する。

図４は、図３に示したＡＧコントローラの構成を表す概略図である。

ＡＧコントローラ１４は、トルク指令値に制御ゲインと呼ばれる変換係数を乗じることによってスロットル開度の指令値を算出する変換部１４ａと、トルク指令値とスロットル開度の制御値を参照しながらこの制御ゲインを決定するチューニング部１４ｂとを有している。このチューニング部１４ｂが、変換部１４ａにおいて用いられる制御ゲインを、常時書きかえていくことにより、スロットル開度の指令値の制御が行われる。試験開始時では、計測されたダイナモの回転速度がダイナモの回転速度の指令値に追従するために、ＰＩＤコントローラ１２によって算出されるスロットル開度の補正値が大きいが、このようにチューニング部１４ｂが制御ゲインを更新していくことによってこの補正値は小さくなっていく。この制御ゲインの値は、更新に伴い一定値に収束していくが、収束するまでの時間は短時間であり、収束後は更新を行わずに収束後の固定された制御ゲインの値を用いてもよい。

このように本実施形態のスロットル制御装置１は、自動車の走行特性をシミュレートする最中に、シミュレートされる自動車の走行特性である、トルク指令値とスロットル開度の指令値との関係を学習することができる。このため、従来のスロットル制御装置のように自動車の走行特性をシミュレートする前にあらかじめＮＴマップを作成する手間が省けるので、効率がよい。さらに本実施形態のスロットル制御装置１は、スロットル開度の指令値を決定する際にトルク指令値とスロットル開度の制御値とを用い、エンジンの回転速度の計測値を用いる必要がないので、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車のように、エンジンの回転速度と車速との相関が小さい自動車の走行特性をシミュレートする場合にも用いることができる。

次に具体的に制御ゲインを更新する方法について説明する。本実施形態のスロットル制御装置１では、指令トルクが０［Ｎｍ］、１００［Ｎｍ］、２００［Ｎｍ］、３００［Ｎｍ］、４００［Ｎｍ］、５００［Ｎｍ］、６００［Ｎｍ］に対するそれぞれの制御ゲインの値をＡＧ₀、ＡＧ₁₀₀、ＡＧ₂₀₀、ＡＧ₃₀₀、ＡＧ₄₀₀、ＡＧ₅₀₀、ＡＧ₆₀₀とした時に、制御ゲインを、これら７つの点を直線で結んで得られるグラフによって決定する。すなわち、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が０〜１００［Ｎｍ］では、制御ゲイン（ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ）を
ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ＝（ＴＱ＿ＲＥＦ−０）×（ＡＧ₁₀₀−ＡＧ₀）／（１００−０） ＋ ＡＧ₀
によって決定し、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が１００〜２００［Ｎｍ］では、制御ゲイン（ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ）を
ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ＝（ＴＱ＿ＲＥＦ−１００）×（ＡＧ₂₀₀−ＡＧ₁₀₀）／（２００−１００） ＋ ＡＧ₁₀₀
によって決定し、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が２００〜３００［Ｎｍ］では、制御ゲイン（ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ）を
ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ＝（ＴＱ＿ＲＥＦ−２００）×（ＡＧ₃₀₀−ＡＧ₂₀₀）／（３００−２００） ＋ ＡＧ₂₀₀
によって決定し、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が３００〜４００［Ｎｍ］では、制御ゲイン（ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ）を
ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ＝（ＴＱ＿ＲＥＦ−３００）×（ＡＧ₄₀₀−ＡＧ₃₀₀）／（４００−３００） ＋ ＡＧ₃₀₀
によって決定し、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が４００〜５００［Ｎｍ］では、制御ゲイン（ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ）を
ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ＝（ＴＱ＿ＲＥＦ−４００）×（ＡＧ₅₀₀−ＡＧ₄₀₀）／（５００−４００） ＋ ＡＧ₄₀₀
によって決定し、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が５００［Ｎｍ］以上では、制御ゲイン（ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ）を
ＡＧＣ＿ＧＡＩＮ＝（ＴＱ＿ＲＥＦ−５００）×（ＡＧ₆₀₀−ＡＧ₅₀₀）／（６００−５００） ＋ ＡＧ₅₀₀
によって決定する。

そして制御ゲインの更新は、７つの制御ゲインＡＧ₀、ＡＧ₁₀₀、ＡＧ₂₀₀、ＡＧ₃₀₀、ＡＧ₄₀₀、ＡＧ₅₀₀、ＡＧ₆₀₀を更新することによって行われる。これら７つの制御ゲインは、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）がそれぞれ０〜５０［Ｎｍ］、５０〜１５０［Ｎｍ］、１５０〜２５０［Ｎｍ］、２５０〜３５０［Ｎｍ］、３５０〜４５０［Ｎｍ］、４５０〜５５０［Ｎｍ］、５５０〜６５０［Ｎｍ］の区間にある総時間の平均として求められる。例えば、制御ゲインＡＧ₀は、トルク指令値（ＴＱ＿ＲＥＦ）が０〜５０［Ｎｍ］の区間にある総時間Ｔの間の時間平均として、スロットル開度の制御値（ＴＨ＿ＦＢ）を用いて、
ＡＧ₀＝１／Ｔ × ∫（ＴＨ＿ＦＢ／ＴＱ＿ＲＥＦ）ｄｔ
によって求められる。

以下では、このような制御方法によって自動車の走行特性をシミュレートした時の計測されたダイナモの回転速度がダイナモの回転速度の指令値に追従していく様子をグラフを用いて説明する。このグラフでは、ダイナモの回転速度を試験対象の自動車の車速に換算して表示している。また、本発明に対する比較例として、同じ指令車速に対する、ＮＴマップを用いた従来のスロットル制御装置による制御結果も合わせて説明する。

図５は、ＮＴマップを用いたスロットル制御装置による車速の計測値と、指令車速の関係を表す図である。

実線で示す計測された車速は、点線で示す指令車速にほぼ正確に追従している。

図６は、本発明のスロットル制御装置による車速の計測値と、指令車速の関係を表す図である。

この図は、ＡＧ₀、ＡＧ₁₀₀、ＡＧ₂₀₀、ＡＧ₃₀₀、ＡＧ₄₀₀、ＡＧ₅₀₀、ＡＧ₆₀₀の更新を行い、ＰＩＤコントローラ１２によって算出されるスロットル開度の補正値が小さくなってきた状態での様子を表している。このときのＡＧ₀、ＡＧ₁₀₀、ＡＧ₂₀₀、ＡＧ₃₀₀、ＡＧ₄₀₀、ＡＧ₅₀₀、ＡＧ₆₀₀の各値は、それぞれ０、５１．４、３３．５、２５．０、２６．５、２９．３、１２．３である。図６に示すように実線で示す計測された車速は、点線で示す指令車速にほぼ正確に追従しており、その追従の程度は、図５に示すＮＴマップを用いたスロットル制御装置によるものとほぼ変わらない。

すなわち、本実施形態のスロットル制御装置によれば、指令車速にほぼ正確に追従する制御を行うことができるとともに、ＮＴマップを作成する手間が省くことで、効率良く走行特性の試験を行うための作業を行うことができる。

スロットル制御装置を備え、エンジンのスロットル開度を調節しながら自動車の走行特性をシミュレートする装置の概略構成図である。 図１に示したスロットル制御装置（従来装置）を表すブロック図である。 本実施形態のスロットル制御装置が行う制御を表すブロック図である。 図３に示したＡＧコントローラの構成を表す概略図である。 ＮＴマップを用いたスロットル制御装置による車速の計測値と、指令車速の関係を表す図である。 本発明のスロットル制御装置による車速の計測値と、指令車速の関係を表す図である。

符号の説明

１ スロットル制御装置
２ スロットル制御装置
１１ 車速計測部
１２ ＰＩＤコントローラ
１３ 指令マップ
１４ ＡＧコントローラ
１４ａ 変換部
１４ｂ チューニング部
１５ 制御値算出部
１６ ＮＴマップ
１００ 自動車の走行特性をシミュレートする装置
１０１ エンジン
１０２ ダイナモ
１０３ ダイナモ制御装置
１０４ 動力伝達部

Claims (2)

1. エンジンが動力伝達部を介して連結されるダイナモを備え、該ダイナモに連結されたエンジンのスロットル開度を調節しながら自動車の走行特性をシミュレートする装置における、スロットル開度の制御値を求めるスロットル制御装置において、
   時間的に変化する車速とトルクの指令値を与える指令部と、
   車速に相当する車速相当値を計測する車速計測部と、
   前記指令部から与えられた車速指令値と前記車速計測部で計測された車速相当値とに基づいて車速相当値が車速指令値に近づくようにスロットル開度の補正値を求める第一のコントローラと、
   前記指令部から与えられたトルク指令値をスロットル開度の指令値に変換する変換部を有する第二のコントローラ、および
   前記第二のコントローラで得られたスロットル開度の指令値を、前記第一のコントローラで得られたスロットル開度の補正値で補正してスロットル開度の制御値を求める制御値算出部を備え、
   前記第二のコントローラが、さらに、前記指令部から与えられたトルク指令値と前記制御値算出部で求められたスロットル開度の制御値とに基づいて該トルク指令値から前記スロットル開度の指令値への変換係数を求めるチューニング部を有し、前記変換部が、前記指令部から与えられるトルク指令値を、前記チューニング部で求められた変換係数に従って前記スロットル開度の指令値に変換するものであり、
   前記チューニング部は、前記変換係数を、トルク指令値を複数の範囲に分けたときの各範囲ごとに求めるものであり、
   前記変換部は、前記指令部から与えられるトルク指令値を、該トルク指令値を含む範囲に応じた変換係数に従って前記スロットル開度の制御値に変換するものであることを特徴とするスロットル制御装置。
2. 前記チューニング部は、前記変換係数を、前記スロットル開度の制御値と前記トルク指令値との比の時間平均として求めるものであることを特徴とする請求項１記載のスロットル制御装置。

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