JP2010013990A - Vehicle control device - Google Patents

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JP2010013990A JP2008173733A JP2008173733A JP2010013990A JP 2010013990 A JP2010013990 A JP 2010013990A JP 2008173733 A JP2008173733 A JP 2008173733A JP 2008173733 A JP2008173733 A JP 2008173733A JP 2010013990 A JP2010013990 A JP 2010013990A
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Masayuki Fujita
政之 藤田
Masayuki Okamoto
雅之 岡本
Shigeru Morimoto
茂 森本
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicle control device using hybrid predictive control and suppressing an increase in the number of areas and an increase in a computational quantity as much as possible. <P>SOLUTION: This vehicle control device provided with at least an engine and a transmission includes a control system regarding a portion to a vehicle body from the engine described by a state equation composed of input (u) and a state (x) as a controlling object and performing feedback control so that output (y) corresponds to the input (u). In order to optimize a change in the state (x) according to a performance function, the revised value of the input (u) obtained by searching a controller group with the optimum solution group of the input (u) described by u=Kx composed of the product of the state (x) and the optimum gain K, previously generated off-line, is applied as a manipulated variable from the control system to the controlling object, and a controller with the physically impossible state (x) described in a state space area is eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は車両の制御装置に関し、より詳しくはハイブリッド予測制御を用いると共に、領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制するようにした装置に関する。   The present invention relates to a vehicle control device, and more particularly, to a device that uses hybrid predictive control and suppresses an increase in the number of regions and an increase in calculation amount as much as possible.

モデル予測制御は、制御対象のモデルに基づいて未来の被制御量および他の状態の変化を予測しながら操作量を決定する手法である。予測区間は無限ではなく、ホライゾンと呼ばれる有限長の予測区間を設定し、予測と操作を繰り返すこととなる。しかし、有限長とはいえその予測区間の全てのサンプル時刻における状態および操作量を演算するため、膨大な計算量を必要とする。   Model predictive control is a method of determining an operation amount while predicting future controlled amounts and other state changes based on a model to be controlled. The prediction interval is not infinite, and a finite-length prediction interval called horizon is set, and the prediction and operation are repeated. However, a large amount of calculation is required to calculate the state and the operation amount at all sample times in the prediction interval although it is a finite length.

そこで、下記の特許文献1記載の技術において、被制御量を変化の速いものと緩慢なものに分けると共に、緩慢なものについては予測時間の間引きを行うことにより、計算量を低減することが提案されている。
特開平10−3302号公報
Therefore, in the technique described in Patent Document 1 below, it is proposed to reduce the amount of calculation by dividing the controlled amount into a fast change and a slow change and by thinning out the predicted time for the slow change. Has been.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-3302

しかし、特許文献1記載の手法は被制御量が複数あり、かつそれらの変化速度に大きく差がある場合でなければ適用することができないため、例えば1入出力系や変化速度に大きく差がないものについては適用できない。   However, the method described in Patent Document 1 cannot be applied unless there are a plurality of controlled amounts and there is a large difference in their change speeds. For example, there is no significant difference in one input / output system and the change speed. It cannot be applied to things.

特許文献1記載の手法以外にも、モデル予測制御の操作量を算出する手法として、オフラインであらかじめコントローラを求めておき、オンラインで操作量を演算する際、現在の各状態からどの状態空間領域に属するかを求め、その領域に対応するコントローラを用いて操作量を求める、マルチパラメトリック計画法という手法が提案されている。その手法ではオンラインで被制御量や他の状態の予測演算を行う必要がないため、大幅に演算時間を低減することが可能である。   In addition to the method described in Patent Document 1, as a method for calculating the operation amount of model predictive control, a controller is previously obtained offline, and when calculating the operation amount online, to which state space region from each current state A method called multi-parametric programming has been proposed, in which it is determined whether it belongs, and an operation amount is obtained using a controller corresponding to the area. In this method, since it is not necessary to perform the prediction calculation of the controlled amount or other states online, the calculation time can be greatly reduced.

他方、その手法において、予測区間(ホライゾン)を長くとるほど、あるいは拘束条件を多く設定して予測問題が複雑になるほど、コントローラを切り替える領域数が急激に増大することが知られており、その結果ゲインを保持する記憶領域が肥大してしまうという課題がある。また、領域数が増大した結果、領域を選択するための検索時間が増大するという別の課題もある。   On the other hand, in this method, it is known that the number of areas for switching the controller increases rapidly as the prediction interval (horizon) is increased or the prediction problem becomes more complicated by setting more constraints. There is a problem that a storage area for holding the gain is enlarged. In addition, as a result of the increase in the number of regions, there is another problem that the search time for selecting a region increases.

従って、この発明の目的は上記した不都合を解消し、ハイブリッド予測制御を用いると共に、領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制するようにした車両の制御装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle control apparatus that eliminates the above-described disadvantages, uses hybrid predictive control, and suppresses an increase in the number of regions and an increase in calculation amount as much as possible.

上記の目的を達成するために、請求項1にあっては、少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段とを備えると共に、前記状態空間領域において物理的に生じ得ない状態xを記述するコントローラを削除する如く構成した。   In order to achieve the above object, according to claim 1, in a control device for a vehicle including at least an engine, at least the engine is modeled and described by a state equation including an input u and a state x. The change in the state x is optimized according to a control system that performs feedback control so that the output y matches the input u, and an evaluation function that evaluates at least the change in the state x from the current time to the n-step future. As described above, a controller group that is generated offline in advance and stores a group of controllers in which u = Kx, which is a product of the state x and the optimal gain K, is stored in a state space region including the state x. And a correction value of the input u obtained by searching the optimum solution group of the input u from the state x is applied as an operation amount from the control system to the control target. With and an operation amount applying means for, and as configured to remove the controller describing the state x that can not occur physically in the state space region.

請求項2にあっては、少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、モデリングされると共に、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とする制御系と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段とを備えると共に、前記状態空間領域において隣接する領域間の最適ゲインK1,K2の比が所定値以下のとき、前記2つの領域を結合して1つの領域とする如く構成した。   According to claim 2, in a control device for a vehicle including at least an engine, a control system that is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x, and at least the engine is controlled, An optimal solution group of the input u, which has been generated off-line in advance so as to optimize the change of the state x in accordance with an evaluation function that evaluates at least the change of the state x from the current time to n-step future, And storage means for storing a controller group described by u = Kx, which is a product of the optimal gain K, in the state space region consisting of the state x, and the optimal solution group of the input u obtained by searching the state x. An operation amount applying means for applying the correction value of the input u as an operation amount to the control target from the control system, and between adjacent regions in the state space region When the ratio of optimum gain K1, K2 is equal to or less than a predetermined value, and as configured as one area by combining the two regions.

請求項3にあっては、少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、モデリングされると共に、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とする制御系と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段とを備えると共に、前記状態xと最適ゲインKの積が所定値以下のとき、前記最適ゲインKを零とする如く構成した。   According to claim 3, in a control device for a vehicle including at least an engine, a control system which is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x and which controls at least the engine, An optimal solution group of the input u, which has been generated off-line in advance so as to optimize the change of the state x in accordance with an evaluation function that evaluates at least the change of the state x from the current time to n-step future, And storage means for storing a controller group described by u = Kx, which is a product of the optimal gain K, in the state space region consisting of the state x, and the optimal solution group of the input u obtained by searching the state x. Operation amount applying means for applying the corrected value of the input u as an operation amount to the control target from the control system, and the product of the state x and the optimum gain K is a predetermined value or less. When, and as it configured to zero the optimum gain K.

請求項4にあっては、少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するように制御周期kTごとにフィードバック制御する第1の制御系と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を算出する修正値算出手段と、前記制御系と前記制御対象との間に介挿されると共に、前記出力yが前記入力uの修正値に一致するように前記制御周期kTを1/k倍してなる制御周期Tごとにフィードバック制御する第2の制御系とを備える如く構成した。   According to a fourth aspect of the present invention, in a control device for a vehicle including at least an engine, at least the engine, which is modeled and described by a state equation composed of an input u and a state x, is controlled, and an output y is the input u. So that the change in the state x is optimized according to a first control system that performs feedback control every control cycle kT so as to match with the evaluation function that evaluates at least the change in the state x from the current time to the n-step future. Storage means for storing, in a state space region consisting of the state x, a controller group which is generated in advance and describes the optimal solution group of the input u by u = Kx, which is the product of the state x and the optimal gain K Correction value calculation means for calculating a correction value of the input u obtained by searching the optimal solution group of the input u from the state x, the control system and the control pair And a second control system that performs feedback control every control cycle T that is 1 / k times the control cycle kT so that the output y matches the correction value of the input u. It comprised so that it might be equipped with.

請求項1に係る車両の制御装置にあっては、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された少なくともエンジンを制御対象とし、出力yが入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系を備え、評価関数に従って状態xの変化が最適となるように、マルチパラメトリック計画法に従って予めオフラインで生成された、入力uの最適解群を状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を状態空間領域から検索して得た入力uの修正値を操作量として制御対象に印加させると共に、状態空間領域において物理的に生じ得ない状態を記述する、換言すればその-状態に対応するコントローラを削除する如く構成したので、領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   In the vehicle control device according to claim 1, a control system that performs feedback control so that at least an engine described by a state equation consisting of an input u and a state x is controlled and an output y matches the input u is provided. In order to optimize the change of the state x according to the evaluation function, the optimal solution group of the input u generated in advance offline according to the multiparametric programming method is described by u = Kx consisting of the product of the state x and the optimal gain K The correction value of the input u obtained by searching the controller group from the state space region is applied to the control object as the manipulated variable, and describes a state that cannot physically occur in the state space region. Since the controller corresponding to is deleted, an increase in the number of areas and an increase in the calculation amount can be suppressed as much as possible.

即ち、ハイブリッド予測コントローラは、状態の組み合わせに応じて最適なコントローラを切り替える形式となるが、状態の組み合わせは網羅的に生成されるため、物理的には存在しない領域も含まれる。このような領域のコントローラを削除することにより、ゲインを保持する記憶領域を削減し、演算量を低減することができる。   In other words, the hybrid predictive controller has a format for switching the optimum controller in accordance with the combination of states, but since the combination of states is generated exhaustively, an area that does not physically exist is also included. By deleting the controller in such an area, it is possible to reduce the storage area for holding the gain and reduce the amount of calculation.

また、車両の制御装置の開発においては、運転特性や走行環境の変化に対応しようとすると、膨大な工数が必要である上に、状況の変化に応じた適応的な制御が困難であったが、そのような不都合も解消することができる。   In addition, in developing a vehicle control device, it was difficult to perform adaptive control according to changes in the situation, in addition to requiring a huge amount of man-hours in order to respond to changes in driving characteristics and driving environments. Such inconvenience can also be eliminated.

請求項2に係る車両の制御装置にあっては、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された少なくともエンジンを制御対象とし、出力yが入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系を備え、評価関数に従って状態xの変化が最適となるように、マルチパラメトリック計画法に従って予めオフラインで生成された、入力uの最適解群を状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を状態空間領域から検索して得た入力uの修正値を操作量として制御対象に印加させると共に、状態空間領域において隣接する領域間の最適ゲインK1,K2の比が所定値以下のとき、2つの領域を結合して1つの領域とする如く構成したので、同様に領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   In the vehicle control device according to claim 2, a control system that performs feedback control so that at least the engine described by the state equation composed of the input u and the state x is controlled and the output y matches the input u is provided. In order to optimize the change of the state x according to the evaluation function, the optimal solution group of the input u generated in advance offline according to the multiparametric programming method is described by u = Kx consisting of the product of the state x and the optimal gain K A correction value of the input u obtained by searching a controller group to be searched from the state space region is applied as an operation amount to the control object, and the ratio of the optimum gains K1 and K2 between adjacent regions in the state space region is equal to or less than a predetermined value. At this time, since the two regions are combined to form one region, similarly, an increase in the number of regions and an increase in the amount of calculation can be suppressed as much as possible.

即ち、ハイブリッド予測コントローラは、上記の通り切替コントローラとして得られるが、数学的な最適性を満足するため、実質的にはほぼ同一のコントローラと見做せる場合でも、わずかに値の異なるコントローラを生成することが多々ある。そこで、隣接する領域の最適ゲインとの比が十分小さい場合は、同一と見做すことにより、最適ゲインを保持する記憶領域を削減し、演算量を低減することができる。   In other words, the hybrid predictive controller can be obtained as a switching controller as described above. However, in order to satisfy mathematical optimality, a controller with a slightly different value is generated even if it can be regarded as substantially the same controller. There are many things to do. Therefore, when the ratio with the optimum gain of the adjacent area is sufficiently small, the storage area holding the optimum gain can be reduced and the amount of calculation can be reduced by assuming that the ratio is the same.

請求項3に係る車両の制御装置にあっては、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された少なくともエンジンを制御対象とし、出力yが入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系を備え、評価関数に従って状態xの変化が最適となるように、マルチパラメトリック計画法に従って予めオフラインで生成された、入力uの最適解群を状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を状態空間領域から検索して得た入力uの修正値を操作量として制御対象に印加させると共に、状態xと最適ゲインKの積が所定値以下のとき、最適ゲインKを零とする如く構成したので、同様に領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   In the vehicle control device according to claim 3, a control system that performs feedback control so that at least an engine described by a state equation consisting of an input u and a state x is controlled and an output y matches the input u is provided. In order to optimize the change of the state x according to the evaluation function, the optimal solution group of the input u generated in advance offline according to the multiparametric programming method is described by u = Kx consisting of the product of the state x and the optimal gain K The correction value of the input u obtained by searching the controller group from the state space region is applied to the controlled object as an operation amount, and when the product of the state x and the optimum gain K is equal to or less than a predetermined value, the optimum gain K is set to zero. Since it is configured as described above, similarly, the increase in the number of regions and the increase in the amount of calculation can be suppressed as much as possible.

即ち、ハイブリッド予測コントローラは複数の最適ゲインと状態の積和によって操作量が与えられるため、ある状態と対応する最適ゲインの積が小さい場合、制御効果としては影響がないものとし、0として扱うことにより、最適ゲインを保持する記憶領域を削減し、演算量を低減することができる。   That is, since the hybrid predictive controller is given an operation amount by the product sum of a plurality of optimum gains and states, if the product of the optimum gain corresponding to a certain state is small, it is assumed that the control effect has no effect and is treated as 0. Thus, it is possible to reduce the storage area for holding the optimum gain and reduce the amount of calculation.

請求項4に係る車両の制御装置にあっては、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された少なくともエンジンを制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するように制御周期kTごとにフィードバック制御する第1の制御系と、評価関数に従って状態xの変化が最適となるように、マルチパラメトリック計画法に従って予めオフラインで生成された、入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を状態空間領域から検索して得た入力uの修正値を算出する修正値算出手段と、制御系と制御対象との間に介挿されると共に、出力yが入力uの修正値に一致するように制御周期kTを1/k倍してなる制御周期Tごとにフィードバック制御する第2の制御系とを備える如く構成したので、同様に領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   In the vehicle control device according to claim 4, at least an engine that is modeled and described by a state equation including an input u and a state x is a control target, and a control cycle is performed so that an output y matches the input u. A first control system that performs feedback control for each kT, and an optimal solution group of the input u that has been generated off-line in advance according to the multiparametric programming method so as to optimize the change of the state x according to the evaluation function is referred to as the state x. A correction value calculation means for calculating a correction value of the input u obtained by searching the controller group described by u = Kx consisting of the product of the optimal gain K from the state space region, and an interpolated between the control system and the control target. And a second control system that performs feedback control every control cycle T obtained by multiplying the control cycle kT by 1 / k so that the output y matches the corrected value of the input u. Since form was, it is possible to suppress as much as possible similar increase increase and calculation of number of areas.

即ち、車両の制御装置は一般的にミリ秒オーダで入力(制御指令値)の更新が行われるため、例えば秒オーダの予測をしたい場合、100倍以上のホライゾンが必要になる。しかし、そのような長いホライゾンを設定した場合、非常に複雑な予測問題となり、極めて大きな領域数のコントローラとなる不都合があると共に、数値計算上予測問題を解くことができないこともしばしばある。   That is, since the input (control command value) of the vehicle control device is generally updated in the millisecond order, for example, when it is desired to predict the second order, a horizon of 100 times or more is required. However, when such a long horizon is set, it becomes a very complicated prediction problem, and there is a disadvantage that it becomes a controller having an extremely large number of regions, and it is often impossible to solve the prediction problem numerically.

そこで、ハイブリッド予測コントローラの出力を直接制御対象に与える入力(操作量)とする構成に代え、ハイブリッド予測コントローラに与えた元の目標値(入力)を評価関数Jなどを鑑みて修正した修正目標値として扱い、その操作量を目標値としてフィードバックを行う下層のコントローラ(ローカルコントローラ。第2の制御系)を配置し、その下層のコントローラによって本来のサンプリング時間で制御を行わせるようにした。   Therefore, instead of the configuration in which the output of the hybrid prediction controller is directly input to the control target (operation amount), the original target value (input) given to the hybrid prediction controller is corrected in view of the evaluation function J and the like. A lower-layer controller (local controller, second control system) that performs feedback with the operation amount as a target value is arranged, and the lower-layer controller performs control in the original sampling time.

これにより、ハイブリッド予測制御の予測頻度の低減による領域数の削減および演算量の低減と、操作量の更新頻度を両立させることが可能となる。特に、車両制御の場合、比較的高応答の制御対象に対して十分な予測区間を確保するのは困難であるが、上記したように予測制御のサンプリング時間を長くすることで領域数の増大や演算量の増加を抑えて予測区間を確保しつつ、最終的な操作量の決定はローカルコントローラに行わせることで、制御周期を長くしたことによる制御性能の低下も避けることができる。   As a result, it is possible to achieve both the reduction in the number of regions and the reduction in the amount of calculation due to the reduction in the prediction frequency of the hybrid prediction control, and the update frequency of the operation amount. In particular, in the case of vehicle control, it is difficult to secure a sufficient prediction interval for a relatively high-response control target. However, as described above, by increasing the sampling time for prediction control, the number of regions can be increased. By making the local controller determine the final operation amount while suppressing the increase in the calculation amount and securing the prediction interval, it is possible to avoid a decrease in control performance due to a longer control cycle.

以下、添付図面に即してこの発明に係る車両の制御装置を実施するための最良の形態を説明する。   The best mode for carrying out a vehicle control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、この発明の第1実施例に係る車両の制御装置を、駆動力制御装置を例にとって全体的に示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a vehicle control apparatus according to a first embodiment of the present invention as a whole by taking a driving force control apparatus as an example.

図1において、符号10はエンジン(内燃機関)を示す。エンジン10は4気筒などの複数の気筒を備える火花点火式の水冷ガソリンエンジンであり、車両(駆動輪Wなどで部分的に示す)14の車体(図示せず)に搭載される。   In FIG. 1, the code | symbol 10 shows an engine (internal combustion engine). The engine 10 is a spark-ignition water-cooled gasoline engine having a plurality of cylinders such as four cylinders, and is mounted on a vehicle body (not shown) of a vehicle (partially indicated by drive wheels W).

エンジン10の吸気系に配置されたスロットルバルブ(図示せず)は車両運転席に配置されるアクセルペダル(図示せず)との機械的な接続が絶たれ、電動モータなどのアクチュエータからなるDBW(Drive By Wire)機構16が接続されて駆動される。   A throttle valve (not shown) arranged in the intake system of the engine 10 is mechanically disconnected from an accelerator pedal (not shown) arranged in the vehicle driver's seat, and is a DBW (actuator) such as an electric motor. Drive By Wire) mechanism 16 is connected and driven.

スロットルバルブで調量された吸気はインテークマニホルド(図示せず)を通って流れ、各気筒の吸気ポート付近でインジェクタ(燃料噴射弁)20から噴射された燃料と混合して混合気を形成し、吸気バルブ(図示せず)が開弁されたとき、当該気筒の燃焼室(図示せず)に流入する。燃焼室において混合気は点火されて燃焼し、ピストン(図示せず)を駆動してクランクシャフト22を回転させた後、排気となってエンジン10の外部に放出される。   The intake air metered by the throttle valve flows through an intake manifold (not shown) and mixes with fuel injected from an injector (fuel injection valve) 20 near the intake port of each cylinder to form an air-fuel mixture, When an intake valve (not shown) is opened, it flows into a combustion chamber (not shown) of the cylinder. In the combustion chamber, the air-fuel mixture is ignited and combusted, and after driving a piston (not shown) to rotate the crankshaft 22, exhaust gas is discharged outside the engine 10.

エンジン10のクランクシャフト22の回転は、トルクコンバータ24を介して変速機26に入力される。変速機26はエンジン10の出力を変速する。   The rotation of the crankshaft 22 of the engine 10 is input to the transmission 26 via the torque converter 24. The transmission 26 changes the output of the engine 10.

即ち、クランクシャフト22はトルクコンバータ24のポンプインペラ24aに接続される一方、それに対向配置されて流体(作動油)を収受するタービンランナ24bはメインシャフト(ミッション入力軸)MSに接続される。トルクコンバータ24はロックアップクラッチ(図示せず)を備える。   In other words, the crankshaft 22 is connected to the pump impeller 24a of the torque converter 24, while the turbine runner 24b disposed opposite thereto and receiving the fluid (hydraulic oil) is connected to the main shaft (mission input shaft) MS. The torque converter 24 includes a lockup clutch (not shown).

変速機26はCVT(Continuous Variable Transmission)からなり、メインシャフトMSに配置されたドライブプーリ26aと、メインシャフトMSに平行なカウンタシャフトCSに配置されたドリブンプーリ26bと、その間に掛け回される金属製のベルト26cと、可動プーリ半体(後述)のピストン室に作動油を供給する油圧機構26dとからなる。   The transmission 26 is composed of CVT (Continuous Variable Transmission), a drive pulley 26a disposed on the main shaft MS, a driven pulley 26b disposed on a countershaft CS parallel to the main shaft MS, and a metal hung between them. And a hydraulic mechanism 26d for supplying hydraulic oil to a piston chamber of a movable pulley half (described later).

ドライブプーリ26aは、メインシャフトMSに配置された固定プーリ半体26a1と、固定プーリ半体26a1に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体26a2からなる。ドリブンプーリ26bは、カウンタシャフトCSに固定された固定プーリ半体26b1と、固定プーリ半体26b1に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体26b2からなる。   The drive pulley 26a includes a fixed pulley half 26a1 disposed on the main shaft MS and a movable pulley half 26a2 that can move relative to the fixed pulley half 26a1 in the axial direction. The driven pulley 26b includes a fixed pulley half 26b1 fixed to the countershaft CS and a movable pulley half 26b2 that can move relative to the fixed pulley half 26b1 in the axial direction.

CVT26は、前後進切換装置30に接続される。前後進切換装置30は、フォワード(前進)クラッチ30aと、後進ブレーキ30bと、その間に配置されるプラネタリギヤ機構30cからなる。   The CVT 26 is connected to the forward / reverse switching device 30. The forward / reverse switching device 30 includes a forward (forward) clutch 30a, a reverse brake 30b, and a planetary gear mechanism 30c disposed therebetween.

プラネタリギヤ機構30cにおいて、サンギヤ30c1はメインシャフトMSに固定されると共に、リングギヤ30c2はフォワードクラッチ30aを介してドライブプーリ26aの固定プーリ半体26a1に固定される。   In the planetary gear mechanism 30c, the sun gear 30c1 is fixed to the main shaft MS, and the ring gear 30c2 is fixed to the fixed pulley half 26a1 of the drive pulley 26a via the forward clutch 30a.

サンギヤ30c1とリングギヤ30c2の間には、ピニオン30c3が配置される。ピニオン30c3は、キャリア30c4でサンギヤ30c1に連結される。キャリア30c4は、後進ブレーキ30bが作動させられると、それによって固定(ロック)される。   A pinion 30c3 is disposed between the sun gear 30c1 and the ring gear 30c2. Pinion 30c3 is coupled to sun gear 30c1 by carrier 30c4. The carrier 30c4 is fixed (locked) when the reverse brake 30b is operated.

カウンタシャフトCSの回転は減速ギヤ34,36を介してセカンダリシャフトSSに伝えられると共に、セカンダリシャフトSSの回転はギヤ40とディファレンシャルDを介して左右の駆動輪(タイヤ。右側のみ示す)Wに伝えられる。駆動輪Wの付近にはディスクブレーキ42が配置される。   The rotation of the counter shaft CS is transmitted to the secondary shaft SS via the reduction gears 34 and 36, and the rotation of the secondary shaft SS is transmitted to the left and right drive wheels (tires, only shown on the right side) W via the gear 40 and the differential D. It is done. A disc brake 42 is disposed in the vicinity of the drive wheel W.

フォワードクラッチ30aと後進ブレーキ30bの切換は、車両運転席に設けられた、例えばP,R,N,D,S,Lのポジションを備えるシフトレバー44を運転者が操作することによって行われる。即ち、運転者によってシフトレバー44のいずれかのポジションが選択されたとき、その選択動作は油圧機構(図示せず)のマニュアルバルブ(図示せず)に伝えられる。   Switching between the forward clutch 30a and the reverse brake 30b is performed by the driver operating a shift lever 44 provided at a vehicle driver's seat, for example, having positions P, R, N, D, S, and L. That is, when any position of the shift lever 44 is selected by the driver, the selection operation is transmitted to a manual valve (not shown) of a hydraulic mechanism (not shown).

例えばD,S,Lポジションが選択されると、それに応じてマニュアルバルブのスプールが移動し、後進ブレーキ30bのピストン室から作動油(油圧)が排出される一方、フォワードクラッチ30aのピストン室に油圧が供給されてフォワードクラッチ30aが締結される。フォワードクラッチ30aが締結されると、全ギヤがメインシャフトMSと一体に回転し、ドライブプーリ26aはメインシャフトMSと同方向(前進方向)に駆動される。   For example, when the D, S, and L positions are selected, the spool of the manual valve moves accordingly and hydraulic oil (hydraulic pressure) is discharged from the piston chamber of the reverse brake 30b, while the hydraulic pressure is applied to the piston chamber of the forward clutch 30a. Is supplied and the forward clutch 30a is engaged. When the forward clutch 30a is engaged, all gears rotate together with the main shaft MS, and the drive pulley 26a is driven in the same direction (forward direction) as the main shaft MS.

他方、Rポジションが選択されると、フォワードクラッチ30aのピストン室から作動油が排出される一方、後進ブレーキ30bのピストン室に油圧が供給されて後進ブレーキ30bが作動する。それによってキャリア30c4が固定されてリングギヤ30c2はサンギヤ30c1とは逆方向に駆動され、ドライブプーリ26aはメインシャフトMSとは逆方向(後進方向)に駆動される。   On the other hand, when the R position is selected, hydraulic oil is discharged from the piston chamber of the forward clutch 30a, while hydraulic pressure is supplied to the piston chamber of the reverse brake 30b to operate the reverse brake 30b. As a result, the carrier 30c4 is fixed, the ring gear 30c2 is driven in the opposite direction to the sun gear 30c1, and the drive pulley 26a is driven in the opposite direction (reverse direction) to the main shaft MS.

また、PあるいはNポジションが選択されると、両方のピストン室から作動油が排出されてフォワードクラッチ30aと後進ブレーキ30bが共に開放され、前後進切換装置30を介しての動力伝達が断たれ、エンジン10とCVT26のドライブプーリ26aとの間の動力伝達が遮断される。   When the P or N position is selected, the hydraulic oil is discharged from both piston chambers, the forward clutch 30a and the reverse brake 30b are both released, and the power transmission via the forward / reverse switching device 30 is cut off. Power transmission between the engine 10 and the drive pulley 26a of the CVT 26 is interrupted.

CVT26においては油圧機構26dから可動プーリ半体26a2,26b2のピストン室に作動油が供給され、可動プーリ半体26a2,26b2を軸方向に移動させるプーリ側圧(ベルト伝達トルク)が発生させられると、ドライブプーリ26aとドリブンプーリ26bのプーリ幅が変化し、ベルト26cの巻掛け半径が変化する。   In the CVT 26, when hydraulic oil is supplied from the hydraulic mechanism 26d to the piston chambers of the movable pulley halves 26a2 and 26b2, and pulley side pressure (belt transmission torque) that moves the movable pulley halves 26a2 and 26b2 in the axial direction is generated, The pulley widths of the drive pulley 26a and the driven pulley 26b change, and the winding radius of the belt 26c changes.

このように、プーリ側圧を調整、換言すればベルト伝達トルク指令値を変更することで、エンジン10の出力を駆動輪Wに伝達する変速比を無段階に変化させることができる。   Thus, the gear ratio for transmitting the output of the engine 10 to the drive wheels W can be changed steplessly by adjusting the pulley side pressure, in other words, by changing the belt transmission torque command value.

エンジン10のカム軸(図示せず)付近などの適宜位置にはクランク角センサ48が設けられ、ピストンの所定クランク角度位置ごとにエンジン回転数NEを示す信号を出力する。吸気系においてスロットルバルブの下流の適宜位置には絶対圧センサ50が設けられ、吸気管内絶対圧(エンジン負荷)PBAに比例した信号を出力する。   A crank angle sensor 48 is provided at an appropriate position such as near the cam shaft (not shown) of the engine 10 and outputs a signal indicating the engine speed NE for each predetermined crank angle position of the piston. In the intake system, an absolute pressure sensor 50 is provided at an appropriate position downstream of the throttle valve, and outputs a signal proportional to the intake pipe absolute pressure (engine load) PBA.

DBW機構16のアクチュエータにはスロットル開度センサ52が設けられ、アクチュエータの回転量を通じてスロットル開度THLに比例した信号を出力すると共に、アクセルペダル付近にはアクセル開度センサ54が設けられ、運転者のアクセルペダル操作量(アクセルペダル踏み込み量)に相当するアクセルペダル開度APに比例する信号を出力する。   The actuator of the DBW mechanism 16 is provided with a throttle opening sensor 52 and outputs a signal proportional to the throttle opening THL through the amount of rotation of the actuator, and an accelerator opening sensor 54 is provided in the vicinity of the accelerator pedal. A signal proportional to the accelerator pedal opening AP corresponding to the accelerator pedal operation amount (accelerator pedal depression amount) is output.

さらに、エンジン10の冷却水通路(図示せず)の付近には水温センサ56が設けられ、エンジン冷却水温TW、換言すればエンジン10の温度に応じた出力を生じると共に、吸気系には吸気温センサ58が設けられ、エンジン10に吸入される吸気温(外気温)に応じた出力を生じる。   Further, a water temperature sensor 56 is provided in the vicinity of a cooling water passage (not shown) of the engine 10 to generate an output corresponding to the engine cooling water temperature TW, in other words, the temperature of the engine 10, and the intake air temperature in the intake system. A sensor 58 is provided and generates an output corresponding to the intake air temperature (outside air temperature) taken into the engine 10.

上記したクランク角センサ48などの出力は、エンジンコントローラ60に送られる。エンジンコントローラ60はCPU,ROM,RAMなどを有するマイクロコンピュータを備え、それらセンサ出力に基づいて燃料噴射量を決定してインジェクタ20を駆動すると共に、アクセルペダル開度APに応じてスロットルバルブの開度THLを制御する。   The output of the crank angle sensor 48 and the like described above is sent to the engine controller 60. The engine controller 60 includes a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, etc., determines the fuel injection amount based on the sensor output, drives the injector 20, and opens the throttle valve according to the accelerator pedal opening AP. Control THL.

メインシャフトMSにはNTセンサ(回転数センサ)62が設けられ、タービンランナ24bの回転数、具体的にはメインシャフトMSの回転数、より具体的にはフォワードクラッチ30aの入力軸回転数を示すパルス信号を出力する。   The main shaft MS is provided with an NT sensor (rotational speed sensor) 62, which indicates the rotational speed of the turbine runner 24b, specifically the rotational speed of the main shaft MS, more specifically, the input shaft rotational speed of the forward clutch 30a. Outputs a pulse signal.

CVT26のドライブプーリ26aの付近の適宜位置にはNDRセンサ(回転数センサ)64が設けられてドライブプーリ26aの回転数、換言すればフォワードクラッチ30aの出力軸回転数に応じたパルス信号を出力すると共に、ドリブンプーリ26bの付近の適宜位置にはNDNセンサ(回転数センサ)66が設けられ、ドリブンプーリ26bの回転数を示すパルス信号を出力する。   An NDR sensor (rotational speed sensor) 64 is provided at an appropriate position in the vicinity of the drive pulley 26a of the CVT 26 to output a pulse signal corresponding to the rotational speed of the drive pulley 26a, in other words, the output shaft rotational speed of the forward clutch 30a. At the same time, an NDN sensor (rotational speed sensor) 66 is provided at an appropriate position near the driven pulley 26b to output a pulse signal indicating the rotational speed of the driven pulley 26b.

セカンダリシャフトSSのギヤ36の付近にはVELセンサ(回転数センサ)68が設けられ、ギヤ36の回転数を通じてCVT26の出力回転数あるいは車速VELを示すパルス信号を出力する。前記したシフトレバー44の付近にはシフトレバーポジションセンサ70が設けられ、運転者によって選択されたR,N,Dなどのポジションに応じたPOS信号を出力する。   A VEL sensor (rotational speed sensor) 68 is provided in the vicinity of the gear 36 of the secondary shaft SS, and outputs a pulse signal indicating the output rotational speed of the CVT 26 or the vehicle speed VEL through the rotational speed of the gear 36. A shift lever position sensor 70 is provided in the vicinity of the shift lever 44 described above, and outputs a POS signal corresponding to a position such as R, N, or D selected by the driver.

またブレーキペダル付近にはブレーキ開度センサ72が設けられ、運転者のブレーキペダル操作量(ブレーキペダル踏み込み量)に相当するブレーキペダル開度BRKに比例する信号を出力する。   A brake opening sensor 72 is provided near the brake pedal, and outputs a signal proportional to the brake pedal opening BRK corresponding to the driver's brake pedal operation amount (brake pedal depression amount).

上記したNTセンサ62などの出力(ならびに前記したアクセル開度センサ54の出力)は、図示しないその他のセンサの出力も含め、シフトコントローラ74に送られる。シフトコントローラ74もCPU,ROM,RAMなどを有するマイクロコンピュータを備えると共に、エンジンコントローラ60と通信自在に構成される。   The output of the NT sensor 62 and the like (and the output of the accelerator opening sensor 54 described above) is sent to the shift controller 74 including the outputs of other sensors (not shown). The shift controller 74 also includes a microcomputer having a CPU, ROM, RAM, and the like, and is configured to be communicable with the engine controller 60.

入力されたセンサ出力のうち、NTセンサ62とNDRセンサ64とVELセンサ68の出力はシフトコントローラ74において波形整形回路に入力される。シフトコントローラ74は波形整形回路の出力をカウントして回転数と車速Vを検出する。   Among the input sensor outputs, the outputs of the NT sensor 62, the NDR sensor 64, and the VEL sensor 68 are input to the waveform shaping circuit in the shift controller 74. The shift controller 74 counts the output of the waveform shaping circuit and detects the rotational speed and the vehicle speed V.

シフトコントローラ74はそれら検出値に基づき、油圧機構の電磁ソレノイド(図示せず)を励磁・非励磁してトルクコンバータ24とCVT26の動作を制御すると共に、フォワードクラッチ30aの締結を判断して操作量を決定する。   Based on these detected values, the shift controller 74 controls the operation of the torque converter 24 and the CVT 26 by energizing / de-energizing an electromagnetic solenoid (not shown) of the hydraulic mechanism, and determines the engagement of the forward clutch 30a. To decide.

CVT26の動作の制御については、シフトコントローラ74は、目標変速比(レシオ)を決定し、決定した目標変速比となるように、可動プーリ半体26a2,26b2を駆動し、変速比を制御する。   Regarding the control of the operation of the CVT 26, the shift controller 74 determines a target gear ratio (ratio), drives the movable pulley halves 26a2 and 26b2 so as to obtain the determined target gear ratio, and controls the gear ratio.

以下、シフトコントローラ74およびエンジンコントローラ60の設計について説明する。   Hereinafter, the design of the shift controller 74 and the engine controller 60 will be described.

シフトコントローラ74を制御理論に基づいたコントローラとして設計するため、まず制御対象の物理モデリングを行い、状態方程式を導出する。   In order to design the shift controller 74 as a controller based on the control theory, first, physical modeling of the controlled object is performed to derive a state equation.

後述するように、変速比を適切に制御することによる運転者操作の低減も目的の一つであるので、アクセルペダル開度AP、ブレーキペダル開度BRKも含め、図2に示すように、車両14の全体、即ち、車両システム全体を制御対象としてモデリングする。   As will be described later, since one of the purposes is to reduce the driver's operation by appropriately controlling the gear ratio, the vehicle including the accelerator pedal opening AP and the brake pedal opening BRK is shown in FIG. 14 is modeled as a control target.

また、エンジン10とトルクコンバータ24については、フューエルカットOFF(フューエルカット(燃料供給停止)が実行されない)の場合とON(フューエルカットが実行される)場合で特性が異なるので、それぞれの場合についてモデリングを行う。   The engine 10 and the torque converter 24 have different characteristics depending on whether the fuel cut is OFF (fuel cut (fuel supply stop) is not executed) or ON (fuel cut is executed). I do.

以下、エンジンコントローラ60、エンジン10、トルクコンバータ24、変速機(CVT)26、車体のそれぞれのモデリングについて説明する。   Hereinafter, modeling of the engine controller 60, the engine 10, the torque converter 24, the transmission (CVT) 26, and the vehicle body will be described.

エンジンコントローラ60のモデリングについて説明する。   Modeling of the engine controller 60 will be described.

前記した如く、エンジンコントローラ60は、図3に示すように運転者が操作するアクセルペダル開度APを基に、DBWマップに従い、スロットルバルブの開度THLを制御する。DBWマップの特性の図示は省略するが、APとTHLの関係は概ね線形と見做せるので、数1に示すようにアクセルペダル開度APに係数kaを乗じることで線形近似して扱う。   As described above, the engine controller 60 controls the throttle valve opening THL according to the DBW map based on the accelerator pedal opening AP operated by the driver as shown in FIG. Although the illustration of the characteristics of the DBW map is omitted, since the relationship between AP and THL can be considered to be almost linear, as shown in Equation 1, the accelerator pedal opening AP is multiplied by a coefficient ka and treated as a linear approximation.

エンジン10のモデリングについて説明する。   Modeling of the engine 10 will be described.

エンジン10はフューエルカットがOFFのときとONのときとで特性が異なるので、それぞれの場合についてモデリングする。まず、フューエルカットがOFFのときは、図4に示すように、スロットル開度THLとエンジン回転数ωENGに依存して、エンジントルクTENGを出力するものとしてモデル化する。数2に示すようにフューエルカットがOFFのときのエンジントルクをNormalTrqと示す。   Since the engine 10 has different characteristics depending on whether the fuel cut is OFF or ON, modeling is performed for each case. First, when the fuel cut is OFF, as shown in FIG. 4, the engine torque TENG is output as a model depending on the throttle opening THL and the engine speed ωENG. As shown in Equation 2, the engine torque when the fuel cut is OFF is denoted as NormalTrq.

フューエルカットがONのときは、図5に示すようにエンジン回転数ωENGに依存してフリクショントルクFrictionTrqを出力するものとしてモデル化する。   When the fuel cut is ON, as shown in FIG. 5, it is modeled as one that outputs the friction torque FrictionTrq depending on the engine speed ωENG.

トルクコンバータ24のモデリングについて説明する。   The modeling of the torque converter 24 will be described.

トルクコンバータ24は、図6に示すように、エンジントルクTENGとトルクコンバータの出力軸回転数ωTCを入力とし、トルクコンバータ24の出力トルクTTCとエンジン回転数ωENG(=トルクコンバータ24の入力軸回転数)を出力とするモデルとしてモデリングする。   As shown in FIG. 6, the torque converter 24 receives the engine torque TENG and the output shaft rotational speed ωTC of the torque converter, and outputs the torque TTC output from the torque converter 24 and the engine rotational speed ωENG (= input shaft rotational speed of the torque converter 24). ) As an output model.

トルクコンバータ24の入力軸回転数、即ち、エンジン回転数ωENGは次のようにして求める。   The input shaft rotational speed of the torque converter 24, that is, the engine rotational speed ωENG is obtained as follows.

即ち、トルクコンバータ24のポンプインペラ24aへの入力トルクはエンジントルクであり、出力トルクはポンプトルクTpumpとロックアップクラッチトルクTLCである。従って、入出力トルクの差をエンジン10とポンプインペラ24aのイナーシャIENG_pumpで除すことによってエンジン回転加速度ωENGdotが求まるので、それを積分することでエンジン回転数ωENGを得る。   That is, the input torque to the pump impeller 24a of the torque converter 24 is the engine torque, and the output torque is the pump torque Tpump and the lockup clutch torque TLC. Accordingly, the engine rotational acceleration ωENGdot is obtained by dividing the difference between the input and output torques by the inertia IENG_pump of the engine 10 and the pump impeller 24a. Therefore, the engine rotational speed ωENG is obtained by integrating it.

また、ポンプトルクTpumpとタービントルクTturbineはフューエルカットがOFFのときとONのときとで特性が異なるので、それぞれの場合についてモデル化する。   Further, since the pump torque Tpump and the turbine torque Tturbine have different characteristics when the fuel cut is OFF and when the fuel cut is ON, modeling is performed for each case.

まずフューエルカットOFFのときは、ポンプトルクTpumpはエンジン回転数ωENGの2乗とトルクコンバータ24の容量係数τTCの積で与えられる。またタービントルクTturbineは、ポンプトルクTpumpにトルク比KTCを乗じることで得られる。尚、容量係数τTCとトルク比KTCは、トルクコンバータ24の速度比eに依存することから、速度eを乗じて求める。   First, when the fuel cut is OFF, the pump torque Tpump is given by the product of the square of the engine speed ωENG and the capacity coefficient τTC of the torque converter 24. The turbine torque Tturbine is obtained by multiplying the pump torque Tpump by the torque ratio KTC. Since the capacity coefficient τTC and the torque ratio KTC depend on the speed ratio e of the torque converter 24, the capacity coefficient τTC is obtained by multiplying the speed e.

ここで速度比eとは、次式に示す如く、トルクコンバータの出力軸回転数ωTCを入力軸回転数ωENGで除した値である。   Here, the speed ratio e is a value obtained by dividing the output shaft rotational speed ωTC of the torque converter by the input shaft rotational speed ωENG, as shown in the following equation.

次に、フューエルカットONのときは、ポンプインペラ24aとタービンランナ24bの関係が逆になる。即ち、タービントルクTturbineは、出力軸回転数ωTCの2乗とトルクコンバータ容量係数τTCと速度比eの積にマイナス1を乗じたもので与えられ、ポンプトルクTpumpはタービントルクTturbineにトルク比KTCと速度比eを乗じることで得られる。   Next, when the fuel cut is ON, the relationship between the pump impeller 24a and the turbine runner 24b is reversed. That is, the turbine torque Tturbine is given by the product of the square of the output shaft speed ωTC, the torque converter capacity coefficient τTC, and the speed ratio e minus one, and the pump torque Tpump is the turbine torque Tturbine and the torque ratio KTC. It is obtained by multiplying by the speed ratio e.

また、ロックアップクラッチトルクは、ロックアップクラッチの最大伝達トルクTLCMAXに、トルクコンバータ24の入出力軸回転数ωENGとωTCの差を乗じ、係数λLCを掛けることで与えられるものとしてモデル化する。   Further, the lockup clutch torque is modeled as being given by multiplying the maximum transmission torque TLCMAX of the lockup clutch by the difference between the input / output shaft rotational speeds ωENG and ωTC of the torque converter 24 and multiplying by the coefficient λLC.

トルクコンバータ24の出力トルクTTCは、タービントルクTturbineとロックアップクラッチトルクTLCの和により与えられる。   The output torque TTC of the torque converter 24 is given by the sum of the turbine torque Tturbine and the lockup clutch torque TLC.

変速機(CVT)26のモデリングについて説明する。   Modeling of the transmission (CVT) 26 will be described.

ここでは、変速機26は、(前後進切換装置30の)フォワードクラッチ30a、プーリ(ドライブ・ドリブンプーリ)26a,26b、セカンダリギヤ(減速ギヤ34,36)、ファイナルギヤ(ギヤ40)によって構成されるものとする。図7に示すように、変速機26は、トルクコンバータ24の出力トルクとタイヤ(駆動輪)Wの回転数を入力とし、ドライブシャフトトルクTDSとトルクコンバータ回転数ωTCを出力するモデルとしてモデリングする。   Here, the transmission 26 includes a forward clutch 30a (of the forward / reverse switching device 30), pulleys (drive / driven pulleys) 26a and 26b, secondary gears (reduction gears 34 and 36), and final gear (gear 40). Shall be. As shown in FIG. 7, the transmission 26 is modeled as a model that receives the output torque of the torque converter 24 and the rotation speed of the tire (drive wheel) W and outputs the drive shaft torque TDS and the torque converter rotation speed ωTC.

トルクコンバータ24の出力軸回転数ωTCは、以下のようにして求める。   The output shaft rotational speed ωTC of the torque converter 24 is obtained as follows.

まず、タービン回転数はフォワードクラッチ回転数に等しいと仮定する。フォワードクラッチ30aへの入力トルクは、トルクコンバータ24の出力トルクTTCからオイルポンプによるフリクションロストルクTpumploss(=Oilpumploss)を引き去り、フォワードギヤ効率ηFWDRVSを乗じたものである。尚、オイルポンプによるフリクションロストルクOilpumplossは、トルクコンバータ24の出力軸回転数ωTCに依存して与えられるものとする。   First, it is assumed that the turbine speed is equal to the forward clutch speed. The input torque to the forward clutch 30a is obtained by subtracting the friction loss torque Tpumploss (= Oilpumploss) due to the oil pump from the output torque TTC of the torque converter 24 and multiplying by the forward gear efficiency ηFWDRVS. It is assumed that the friction loss torque Oilpumploss by the oil pump is given depending on the output shaft rotational speed ωTC of the torque converter 24.

一方、出力トルクは、フォワードクラッチ30aの出力トルクTFWDRVSである。従って、入出力トルクの差をフォワードクラッチ30aのイナーシャIFWDRVSで除すことによってトルクコンバータ24の出力軸回転加速度ωTCdotが求まるので、それを積分することによりトルクコンバータ24の出力軸回転数ωTCを得る。   On the other hand, the output torque is the output torque TFWDRVS of the forward clutch 30a. Accordingly, the output shaft rotational acceleration ωTCdot of the torque converter 24 can be obtained by dividing the difference between the input and output torques by the inertia IFWDRVS of the forward clutch 30a. Therefore, by integrating this, the output shaft rotational speed ωTC of the torque converter 24 is obtained.

フォワードクラッチトルクTFWDRVSは、フォワードクラッチ30aの最大伝達トルクTFWDMAXに、フォワードクラッチ30aの入出力軸回転数ωTCとωFWDRVSの差を乗じ、係数λFWDを掛けることで与えられるものとしてモデル化する。   The forward clutch torque TFWDRVS is modeled as being given by multiplying the maximum transmission torque TFWDMAX of the forward clutch 30a by the difference between the input / output shaft rotational speeds ωTC and ωFWDRVS of the forward clutch 30a and multiplying by the coefficient λFWD.

次に、回転数の伝達について説明する。   Next, transmission of the rotation speed will be described.

ドリブンプーリ26bの回転数ωDNは、タイヤ回転数ωtireにファイナルギヤレシオρFとセカンダリギヤレシオρSを掛けることで得られる。ドライブプーリ26aの回転数ωDRは、ドリブンプーリ回転数ωDNにプーリ変速比ρpulleyを乗じることで得られる。フォワードクラッチ30aの回転数ωFWDRVSは、ドライブプーリ回転数ωDRにフォワードギヤレシオρFWDを乗ずることで求まる。   The rotational speed ωDN of the driven pulley 26b is obtained by multiplying the tire rotational speed ωtire by the final gear ratio ρF and the secondary gear ratio ρS. The rotational speed ωDR of the drive pulley 26a is obtained by multiplying the driven pulley rotational speed ωDN by the pulley speed ratio ρpulley. The rotational speed ωFWDRVS of the forward clutch 30a is obtained by multiplying the drive pulley rotational speed ωDR by the forward gear ratio ρFWD.

以上を整理すると、フォワードクラッチ回転数ωFWDRVSは、タイヤ回転数ωtireにフォワードギヤレシオρFWD、プーリ変速比ρpulley、セカンダリギヤレシオρS、ファイナルギヤレシオρFを乗ずることで得られる。   In summary, the forward clutch rotational speed ωFWDRVS is obtained by multiplying the tire rotational speed ωtire by the forward gear ratio ρFWD, the pulley gear ratio ρpulley, the secondary gear ratio ρS, and the final gear ratio ρF.

またプーリ変速比ρpulley、より具体的には変速比ρpulleyは、目標プーリ変速比、より具体的には目標変速比ρpulleytgtに対して1次遅れで追従するものとする。
The pulley speed ratio ρpulley, more specifically, the speed ratio ρpulley, follows the target pulley speed ratio, more specifically, the target speed ratio ρpulleytgt with a first-order lag.

次に、トルクの伝達について説明する。   Next, torque transmission will be described.

ドライブプーリトルクTDRは、フォワードクラッチトルクTFWDRVSにフォワードギヤレシオρFWDを掛けることで得られる。ドリブンプーリトルクTDNは、ドライブプーリトルクTDRにプーリレシオρpulleyとCVT効率ηCVTを掛けることで得られる。ドライブシャフトトルクTDSは、ドリブンプーリトルクTDNにセカンダリギヤレシオρSとファイナルギヤレシオρFを乗ずることで得られる。   The drive pulley torque TDR is obtained by multiplying the forward clutch torque TFWDRVS by the forward gear ratio ρFWD. The driven pulley torque TDN is obtained by multiplying the drive pulley torque TDR by the pulley ratio ρpulley and the CVT efficiency ηCVT. The drive shaft torque TDS is obtained by multiplying the driven pulley torque TDN by the secondary gear ratio ρS and the final gear ratio ρF.

以上を整理すると、ドライブシャフトトルクTDRは、フォワードクラッチトルクTFWDRVSにセカンダリギヤレシオρS、ファイナルギヤレシオρF、CVT効率ηCVT、プーリ変速比ρpulley、フォワードギヤレシオρFWDを乗ずることで得られる。   In summary, the drive shaft torque TDR is obtained by multiplying the forward clutch torque TFWDRVS by the secondary gear ratio ρS, final gear ratio ρF, CVT efficiency ηCVT, pulley speed ratio ρpulley, and forward gear ratio ρFWD.

車体のモデリングについて説明する。   Car body modeling will be described.

図8に示すように、車体はドライブシャフトトルクTDSと制動力FBRKを入力とし、タイヤ回転数ωtireを出力とするモデルとしてモデル化する。尚、ここでは前後方向についてのみ扱う。車体加速度Vdotは、駆動力から各走行抵抗と制動力FBRKを引き去り、車重mbodyで除すことで得られる。駆動力は、ドライブシャフトトルクTDSをタイヤ半径Rtireで除すことで得られる。車速Vは車体加速度Vdotを積分することで得られる。   As shown in FIG. 8, the vehicle body is modeled as a model having the drive shaft torque TDS and the braking force FBRK as inputs and the tire rotational speed ωtire as an output. Here, only the front-rear direction is handled. The vehicle body acceleration Vdot is obtained by subtracting each running resistance and the braking force FBRK from the driving force and dividing it by the vehicle weight mbody. The driving force is obtained by dividing the drive shaft torque TDS by the tire radius Rtire. The vehicle speed V can be obtained by integrating the vehicle body acceleration Vdot.

走行抵抗については、ここでは勾配抵抗Fslope、転がり抵抗Froad、空気抵抗Fairを考慮する。勾配抵抗Fslopeは、車重mbodyに重力加速度gを掛け、勾配θslopeの正弦を乗ずることで与えられる。転がり抵抗Froadは、車重mbodyに転がり抵抗係数μroadと重力加速度gを掛け、勾配の余弦を乗ずることで得られる。空気抵抗Fairは、車速Vの2乗値に空気抵抗係数μairを掛けることで得られる。   Here, regarding the running resistance, a gradient resistance Fslope, a rolling resistance Froad, and an air resistance Fair are considered. The gradient resistance Fslope is given by multiplying the vehicle weight mbody by the gravitational acceleration g and multiplying by the sine of the gradient θslope. The rolling resistance Froad is obtained by multiplying the vehicle weight mbody by the rolling resistance coefficient μroad and the gravitational acceleration g and multiplying by the cosine of the gradient. The air resistance Fair is obtained by multiplying the square value of the vehicle speed V by the air resistance coefficient μair.

また制動力FBRKについては、簡単のためブレーキペダル開度BRKに係数Fbrakemaxを乗じることでブレーキペダル開度に対して線形で得られるものとする。   The braking force FBRK can be obtained linearly with respect to the brake pedal opening by multiplying the brake pedal opening BRK by a coefficient Fbrakemax for the sake of simplicity.

タイヤ回転数ωtireは、車速Vをタイヤ半径Rtireで割ることにより求まる。   The tire rotational speed ωtire is obtained by dividing the vehicle speed V by the tire radius Rtire.

以上でエンジン10、トルクコンバータ24、変速機(CVT)26、車体の数式モデルを記述したので、ここではそれらを結合した状態方程式を導出する。   Since the mathematical model of the engine 10, the torque converter 24, the transmission (CVT) 26, and the vehicle body has been described above, a state equation that combines them is derived here.

フューエルカットOFFの場合、入力uを[AP,ρpulleytgt]、状態xを[Vdot,ωENG,ωTC,ρpulley]としてモデルを導出する。   In the case of fuel cut OFF, the model is derived with the input u as [AP, ρpulleytgt] and the state x as [Vdot, ωENG, ωTC, ρpulley].

同様に、フューエルカットONの場合、入力uを[BRK,ρpulleytgt]、状態xを[Vdot,ωENG,ωTC,ρpulley]としてモデルを導出する。このように、状態方程式の入力uを目標変速比ρpulleyとアクセルペダル開度APまたは目標変速比ρpulleyとブレーキペダル開度BRKとすると共に、状態xを車体加速度Vdotとエンジン回転数ωENGとトルクコンバータ出力軸回転数ωTCと変速比ρpulleyとする。   Similarly, in the case of fuel cut ON, the model is derived with the input u as [BRK, ρpulleytgt] and the state x as [Vdot, ωENG, ωTC, ρpulley]. Thus, the input u of the state equation is the target gear ratio ρpulley and the accelerator pedal opening AP or the target gear ratio ρpulley and the brake pedal opening BRK, and the state x is the vehicle body acceleration Vdot, the engine speed ωENG, and the torque converter output. The shaft speed ωTC and the gear ratio ρpulley are assumed.

上記から明らかなように、この制御対象は、フューエルカットOFF/ONによって切替わるという特徴がある。従って、この制御対象を、フューエルカットOFF/ONによってモデルが切替わるハイブリッドシステムと捉える。換言すれば、この制御対象は、フューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされる。   As is apparent from the above, this controlled object is characterized by being switched by fuel cut OFF / ON. Therefore, this control target is regarded as a hybrid system in which the model is switched by fuel cut OFF / ON. In other words, this controlled object is modeled separately when the fuel cut is executed and when it is not executed.

次に、変速比制御系(シフトコントローラ74)の設計について説明する。   Next, the design of the gear ratio control system (shift controller 74) will be described.

ここでは、変速比制御系を図9に示すように構成する。まず同図下部の表に示すように、車速V、より正確には参照車速Vrefに基づいて代表的な目標変速比ρpulley-refを設定する。その後段に、その値に対して後述する制約条件や評価関数を考慮した、即ち、修正した目標変速比を制御対象に与える、という構成とする。   Here, the gear ratio control system is configured as shown in FIG. First, as shown in the table at the bottom of the figure, a representative target speed ratio ρpulley-ref is set based on the vehicle speed V, more precisely, the reference vehicle speed Vref. In the subsequent stage, a configuration in which a constraint condition and an evaluation function described later are considered with respect to the value, that is, a corrected target gear ratio is given to the control target.

ここで、目標変速比を決定するための参照車速としては、現在の車速そのものか、アクセルペダル開度あるいはブレーキペダル開度と現在の変速比を考慮した未来の目標車速を与えれば良い。   Here, as the reference vehicle speed for determining the target gear ratio, the current vehicle speed itself or the future target vehicle speed in consideration of the accelerator pedal opening or the brake pedal opening and the current gear ratio may be given.

また、後述するように、変速比を適切に制御することにより燃費の向上を図るため、燃費最適作動線から求められるエンジン回転数も目標値として与え、目標エンジン回転数も考慮して目標変速比を生成する。   Further, as will be described later, in order to improve fuel efficiency by appropriately controlling the speed ratio, the engine speed obtained from the fuel efficiency optimum operating line is also given as a target value, and the target speed ratio is also considered in consideration of the target engine speed. Is generated.

変速比制御系に対する要求仕様について説明する。   The required specifications for the gear ratio control system will be described.

まず、変速比をフィードバックする構成であることから、代表目標変速比ρpulley-refと変速比ρpulleyの差を評価する評価関数Jρpulleyを設定する。   First, since the transmission ratio is fed back, an evaluation function Jρpulley for evaluating the difference between the representative target transmission ratio ρpulley-ref and the transmission ratio ρpulley is set.

変速比制御への要求の一つとして、運転者操作量の低減がある。例えば大きく加速したい時に、変速比が変わらないままアクセルペダルだけで加速しようとすると、アクセルペダルを大きく踏込まなければならないが、一時的に変速比をロー側に変化させることで、少ないアクセルペダルの踏込みで同じ加速力を得ることができる。このように、変速比を適切に変化させることで、運転者操作量の低減、すなわち運転負担の低減を図ることができる。   One of the requirements for speed ratio control is a reduction in the amount of driver operation. For example, when you want to accelerate greatly, if you want to accelerate with only the accelerator pedal without changing the gear ratio, you must depress the accelerator pedal greatly, but by temporarily changing the gear ratio to the low side, you can reduce the number of accelerator pedals. The same acceleration force can be obtained by stepping on. Thus, by appropriately changing the gear ratio, it is possible to reduce the amount of driver operation, that is, reduce the driving burden.

これを実現するため、つぎのような運転者操作量に対する評価関数JAPBRKを設定する。   In order to realize this, an evaluation function JABPRK for the driver operation amount is set as follows.

ここでΔAP(k+1|k)あるいはΔBRK(k+1|k)は、現時刻をkとしたときのiステップ未来の予測値を表す。従って、上式は、現時刻kのΔAPあるいはΔBRKからHu−1ステップ未来までの各ステップのΔAPあるいはΔBRKの予測値の二乗和を求めることを意味する。つまり、現時刻からHu−1ステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する関数であり、この値を最小化するように変速比を制御することにより、運転者操作量、つまり運転負担の低減を可能とする。   Here, ΔAP (k + 1 | k) or ΔBRK (k + 1 | k) represents an i-step future predicted value when the current time is k. Therefore, the above equation means that the sum of squares of the predicted values of ΔAP or ΔBRK of each step from ΔAP or ΔBRK at the current time k to the future of Hu−1 steps is obtained. That is, it is a function that evaluates the sum of driver operation amounts from the current time to the Hu-1 step future. By controlling the gear ratio so as to minimize this value, the driver operation amount, that is, the driving burden is reduced. Reduction is possible.

また、別の要求として、燃費の向上が挙げられる。良好な燃費効率とするためには、変速比を適切に制御することにより、エンジンを図10に示すような燃費最適作動線に沿って運転させれば良いことが知られている。   Another requirement is an improvement in fuel consumption. In order to achieve good fuel efficiency, it is known that the engine may be operated along a fuel efficiency optimum operating line as shown in FIG. 10 by appropriately controlling the speed ratio.

そのための一つの手法として、現在のエンジントルクに応じて、燃費最適作動線の特性から目標とする燃費最適なエンジン回転数を求め、実エンジン回転数がそれに一致するように変速比を制御することが考えられる。しかし、常に燃費最適作動線に追従させようとすると、乗り心地に違和感が生じる不都合があり、加速要求があっても十分な加速力が得られないなどの別の問題が生じてしまう。   One method for this is to obtain the optimal engine speed for the target fuel economy from the characteristics of the optimal fuel efficiency line according to the current engine torque, and to control the gear ratio so that the actual engine speed matches it. Can be considered. However, always trying to follow the fuel efficiency optimum operating line has a disadvantage that the ride comfort is uncomfortable, and another problem arises such that a sufficient acceleration force cannot be obtained even if acceleration is requested.

そこで、常に燃費最適作動線に追従させようとするのではなく、燃費最適作動線と実際のエンジンの運転点との差が、ある時間範囲での総和としてなるべく小さくなるように制御する。このようにすることで、例えば加速要求があった場合は一時的に燃費最適作動線から離れた運転点で運転させ、加速が終了次第、速やかに燃費最適作動線近傍に戻すことにより、運転者の要求を満足しつつ燃費も向上させることを可能とする。これを実現するため、次のような評価関数JENGを設定する。   Therefore, instead of always trying to follow the optimum fuel consumption operating line, control is performed so that the difference between the optimum fuel consumption operating line and the actual operating point of the engine is as small as possible as a sum in a certain time range. In this way, for example, when there is an acceleration request, the driver is temporarily operated at a driving point away from the optimum fuel consumption operating line, and immediately after the acceleration is completed, the driver is quickly returned to the vicinity of the optimum fuel consumption operating line. This makes it possible to improve fuel efficiency while satisfying these requirements. In order to realize this, the following evaluation function JENG is set.

上式は、現時刻からHp−1ステップ未来までの燃費最適作動線と実際のエンジン運転点の差ωENG-refの総和を評価する関数JENGであり、この評価関数を最小化するように変速比を制御することにより、先の要求を実現することを可能とする。   The above equation is a function JENG that evaluates the sum of the difference ωENG-ref between the fuel efficiency optimum operating line from the current time to the Hp-1 step future and the actual engine operating point, and the gear ratio is set to minimize this evaluation function. By controlling the above, it becomes possible to realize the previous request.

また、不用意に変速比を変化させることは、乗り心地などの観点から好ましくない。そこで、目標変速比ρpulleytgtに対しても評価関数Jρpulleyを設定する。   Further, inadvertently changing the gear ratio is not preferable from the viewpoint of riding comfort. Therefore, the evaluation function Jρpulley is also set for the target gear ratio ρpulleytgt.

以上により、変速比、運転者操作量、燃費(エンジン回転数)、目標変速比のそれぞれを評価する評価関数を設定した。しかし、例えば長時間にわたり加速しようとした場合、運転者操作量を低減するためには変速比をロー側に保って駆動力を確保する必要があるが、一方で燃費最適作動線から離れた運転点で作動し続けると燃費が大きく悪化してしまうため、変速比をロー側にし続けることはできない。   As described above, the evaluation function for evaluating each of the gear ratio, the driver's operation amount, the fuel consumption (engine speed), and the target gear ratio is set. However, for example, when accelerating over a long period of time, to reduce the amount of driver operation, it is necessary to maintain the gear ratio on the low side to ensure driving force, but on the other hand, driving away from the optimal fuel consumption operating line If the operation is continued at a point, the fuel efficiency is greatly deteriorated, so the gear ratio cannot be kept low.

このように、それぞれの評価関数はトレードオフの関係となるケースがある。そこで、個々の評価関数を評価するのではなく、それぞれの評価関数に重み付けをして足し合わせた評価関数を新たに設定する。   Thus, there are cases where each evaluation function has a trade-off relationship. Therefore, instead of evaluating individual evaluation functions, a new evaluation function is set by weighting and adding each evaluation function.

このようにして、重みQ,Rの調整によってどの特性をより重視したいかを考慮しつつ、それぞれの評価関数を同時に最適化することを可能とする。   In this way, it is possible to simultaneously optimize the respective evaluation functions while considering which characteristics are more important by adjusting the weights Q and R.

変速比を変化させると同じ車速に対してエンジン回転数が変化する。例えば車速が非常に高いときに変速比をロー側へ変化させると、エンジン回転数は非常に高くなってしまう。しかしエンジン回転数にはレブリミット回転数が設けられており、この回転数を超える運転はエンジン保護のため避けなければならない。   When the gear ratio is changed, the engine speed changes for the same vehicle speed. For example, if the gear ratio is changed to the low side when the vehicle speed is very high, the engine speed becomes very high. However, the engine speed has a rev limit speed, and operation exceeding this speed must be avoided to protect the engine.

逆に、車速が非常に低いときに変速比をハイ側へ変化させたとき、エンジンからタイヤまでが直結したままである場合、エンジン回転数は非常に低くなり、エンジンストールの恐れがあるので、これも避けなければならない。   Conversely, when the gear ratio is changed to the high side when the vehicle speed is very low, if the engine to the tire remains directly connected, the engine speed will be very low, which may cause engine stall. This must also be avoided.

また変速比自体も、変速可能な範囲が限られており、その範囲内で変速させる必要がある。   Also, the speed ratio itself has a limited range in which the speed can be changed, and it is necessary to shift within the range.

さらに、乗り心地や変速機保護などの観点から、あまり急激に変速比を変化させるのも好ましくない。以上のことを実現するため、エンジン回転数ωENG、変速比ρpulley、目標変速比の変化速度Δρpulleytgtのそれぞれに制約条件を設けることとする。   Furthermore, it is not preferable to change the gear ratio too rapidly from the viewpoint of ride comfort and transmission protection. In order to realize the above, constraint conditions are provided for each of the engine speed ωENG, the speed ratio ρpulley, and the target speed ratio change speed Δρpulleytgt.

即ち、目標変速比ρpulleyは、現在の変速比とエンジン回転数に依存して与える制限値(目標変速比の変化速度)Δρpulleytgtによって制限するものとする。このようにすることで、上記問題を考慮した変速比制御を可能とする。   That is, the target speed ratio ρpulley is limited by a limit value (target speed change speed) Δρpulleytgt given depending on the current speed ratio and the engine speed. By doing so, it is possible to perform gear ratio control in consideration of the above problems.

この実施例における変速比制御系の設計上の特徴を整理すると、以下のようになる。
1.未来の操作量および状態を予測できるようにする。
2.操作量や状態の動作範囲などに拘束が設けられる。
3.制御対象はフューエルカットOFF/ONによって切替わるハイブリッドシステムとする。
The design characteristics of the gear ratio control system in this embodiment are summarized as follows.
1. It will be possible to predict the future operation amount and condition.
2. Constraints are provided on the operation amount and the operating range of the state.
3. The control target is a hybrid system that is switched by fuel cut OFF / ON.

1.に対する適当な手段の一つとして、モデル予測制御がある。モデル予測制御は、図11に示すように逐次未来の状態軌道を予測し、ある評価指標の基で予測軌道をオンラインで最適化しながら操作量を生成する手法であり、拘束条件も陽に考慮することができる。   1. One suitable means for this is model predictive control. As shown in FIG. 11, model predictive control is a technique for predicting future state trajectories sequentially and generating manipulated variables while optimizing the predicted trajectory online based on a certain evaluation index. be able to.

しかし、オンラインで最適制御問題を解く必要があるため計算時間の問題で適用が困難な場合が多くあり、主に化学プラントの操業などの利用に限定されている。車両への適用としても、特許文献2に見られる車両の車間制御のように比較的ダイナミクスの遅いシステムが対象である。   However, since it is necessary to solve the optimal control problem online, it is often difficult to apply due to the problem of calculation time, and it is mainly limited to the use of operation of chemical plants. As an application to a vehicle, a system with relatively slow dynamics, such as the inter-vehicle control of the vehicle found in Patent Document 2, is a target.

近年、これに代わる制御手法として、マルチパラメトリック計画法という最適化手法によって、オフラインで最適制御問題を解く手法が注目されている。最適解は、初期状態に依存した形で陽に得ることができるため、実装の際にはサンプリング時刻おきに状態を得るだけで、ただちに最適値を生成することができる。   In recent years, attention has been focused on a method for solving an optimal control problem offline by using an optimization method called multiparametric programming as an alternative control method. Since the optimum solution can be obtained explicitly in a form depending on the initial state, the optimum value can be generated immediately by simply obtaining the state at every sampling time when mounting.

この実施例においては、マルチパラメトリック計画法を用いることによって、先に述べた拘束条件や評価関数を考慮したシフトコントローラ74を設計する。   In this embodiment, the shift controller 74 is designed in consideration of the constraint conditions and the evaluation function described above by using the multiparametric programming method.

また、マルチパラメトリック計画法の枠組みによりハイブリッドシステムを取り扱うことも可能であるため、フューエルカットOFF/ONによるモデルの切替わりも考慮に入れてコントローラを設計することとする。   In addition, since it is possible to handle a hybrid system by the framework of the multiparametric programming method, the controller is designed in consideration of the model switching by the fuel cut OFF / ON.

マルチパラメトリック計画法によるハイブリッド予測制御は、線形離散モデルに対してコントローラを設計する手法である。先に導出した状態方程式は非線形項を含むため、線形化を行う必要がある。線形化は元の非線形方程式の平衡点周りにおいて行うため、まず平衡状態における各変数の対応関係を求める必要がある。   Hybrid predictive control based on multiparametric programming is a method of designing a controller for a linear discrete model. Since the previously derived equation of state includes nonlinear terms, it must be linearized. Since linearization is performed around the equilibrium point of the original nonlinear equation, it is necessary to first obtain the correspondence of each variable in the equilibrium state.

平衡状態においては各入力、状態は変化しないため、非線形方程式の左辺は各状態の微分値であることから、0となる。例えば変速比ρpulleyについて見ると、以下のようにして、実変速比ρpulleyと目標変速比ρpulleytgtの対応関係を求める。   Since each input and state do not change in the equilibrium state, the left side of the nonlinear equation is 0 because it is the differential value of each state. For example, regarding the gear ratio ρpulley, the correspondence between the actual gear ratio ρpulley and the target gear ratio ρpulleytgt is obtained as follows.

尚、添え字のeは平衡状態における値であることを意味する。他の式についても同様にして対応関係を求めて整理すると、車速と変速比の平衡点を与えれば、他の状態、入力は一意に決定できる。   The subscript e means a value in an equilibrium state. Similarly, when the correspondence relations are obtained and arranged for other formulas, the other states and inputs can be uniquely determined by providing an equilibrium point between the vehicle speed and the gear ratio.

次に、車速と変速比の平衡点の与え方について説明する。すでに説明したように、参照車速に対応する代表変速比を求めているので、これを利用し、参照車速を車速の平衡点として与えることで対応する変速比の平衡点を決定する。以上のようにして、車速の平衡点のみを与えて他の全ての平衡点を一意に決める。   Next, how to give an equilibrium point between the vehicle speed and the gear ratio will be described. As already described, the representative speed ratio corresponding to the reference vehicle speed is obtained, and this is used to determine the corresponding speed ratio equilibrium point by giving the reference vehicle speed as the vehicle speed equilibrium point. As described above, only the equilibrium point of the vehicle speed is given and all other equilibrium points are uniquely determined.

平衡点周りの線形モデル導出について説明すると、先の変速比を例にとれば、δρpulley=ρpulley-ρpulleyeとし、平衡点ρpulleyeからの変化分δρpulleyについての線形モデルを求める。他の変数についても同様である。 The linear model derivation around the equilibrium point will be described. Taking the above transmission ratio as an example, δρpulley = ρpulley-ρpulley e is set, and a linear model for the change δρpulley from the equilibrium point ρpulley e is obtained. The same applies to other variables.

以上より、フューエルカットOFF/ONそれぞれの線形モデルを求める。また、フューエルカットOFFのときはエンジンが回す側であることからωENG≧ωTCであり、フューエルカットONのときはエンジンが回される側であることからωENG<ωTCであるので、ωENGとωTCの大小関係からフューエルカットOFF/ONの切替わりを判断し、以下のような線形モデルを得る。   From the above, the respective linear models of fuel cut OFF / ON are obtained. Also, when the fuel cut is OFF, the engine is on the rotating side, so ωENG ≧ ωTC. When the fuel cut is ON, the engine is on the rotating side, so ωENG <ωTC, so the magnitude of ωENG and ωTC From the relationship, the fuel cut OFF / ON switching is determined, and the following linear model is obtained.

ここで、a11a〜a44a,b21a,b42a,a11b〜a44b,b11b,b42bは物理パラメータおよび平衡点周りでの線形化による線形化係数によって与えられる。さらにハイブリッド予測制御は離散系の設計手法であるので、上記線形モデルを離散化する。 Here, a 11a ~a 44a, b 21a , b 42a, a 11b ~a 44b, b 11b, b 42b is given by linearization coefficients by linearization around the physical parameters and equilibrium. Furthermore, since the hybrid predictive control is a discrete design method, the linear model is discretized.

以上の設定に基づき、シフトコントローラ74としてマルチパラメトリック計画法によるハイブリッド予測コントローラを求める。いま扱っている問題は、時変な目標値に追従させるサーボ系のコントローラを設計することであり、そのままではマルチパラメトリック計画法に適用できないため、問題をマルチパラメトリック計画法に適用可能な形式に変更する。   Based on the above settings, a hybrid predictive controller based on multiparametric programming is obtained as the shift controller 74. The problem we are dealing with now is to design a servo controller that follows a time-varying target value, and it cannot be applied to multiparametric programming as it is, so the problem has been changed to a format that can be applied to multiparametric programming. To do.

Δu(k)=u(k)−u(k−1)を新たな入力とし、状態を[δx(k);δu(k−1);δyref(k)]とする拡大系を構成する。   Δu (k) = u (k) −u (k−1) is set as a new input, and an expanded system having a state [δx (k); δu (k−1); δyref (k)] is configured.

この拡大系に対し、先に述べた評価関数と拘束条件を設定した上で、マルチパラメトリック計画問題を解くことにより、ホライゾン区間にわたる操作量のベクトルを得る。ハイブリッド予測制御の場合、得られた操作量ベクトルのうち初期ステップの操作量Δu(k)のみをシステムへ加えるが、これは以下のように陽に得ることができる。   By setting the above-described evaluation function and constraint conditions for this extended system, the multiparametric programming problem is solved to obtain a vector of manipulated variables over the horizon interval. In the case of hybrid predictive control, only the operation amount Δu (k) at the initial step among the obtained operation amount vectors is added to the system. This can be obtained explicitly as follows.

ここでFi,Giはそれぞれコントローラゲインである。Δu(k)は現在時刻における前ステップからの入力の差分なので、実際にシステムへ加える操作量は以下の通りとする。   Here, Fi and Gi are controller gains, respectively. Since Δu (k) is the input difference from the previous step at the current time, the operation amount actually added to the system is as follows.

フューエルカットOFFのとき、制御対象の入力は[AP,ρpulleytgt]であるため、先の操作量算出式に当てはめると、以下のようになり、目標変速比だけでなくアクセルペダル開度も算出される。   When the fuel cut is OFF, the input to be controlled is [AP, ρpulleytgt], so when applied to the previous operation amount calculation formula, the following is obtained, and not only the target gear ratio but also the accelerator pedal opening is calculated. .

同様に、フューエルカットONのとき、制御対象の入力は[BRK,ρpulleytgt]であるため、目標変速比だけでなくブレーキペダル開度も算出される。   Similarly, when the fuel cut is ON, since the input to be controlled is [BRK, ρpulleytgt], not only the target gear ratio but also the brake pedal opening is calculated.

入力にアクセルペダル開度とブレーキペダル開度を含んでいる理由は、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を入力として扱い、これを評価関数に組み込んで最小化することにより、運転者操作量を低減するような変速比制御を可能とするためである。しかし、この実施例においてアクセルペダル操作とブレーキペダル開度は運転者が行うため、コントローラが生成したアクセルペダル開度とブレーキペダル開度を実際に制御対象に反映させることはしない。   The reason for including the accelerator pedal opening and the brake pedal opening in the input is that the accelerator pedal opening and the brake pedal opening are treated as inputs, and this is incorporated into the evaluation function to minimize the amount of driver operation. This is to enable reduction gear ratio control. However, in this embodiment, since the accelerator pedal operation and the brake pedal opening are performed by the driver, the accelerator pedal opening and the brake pedal opening generated by the controller are not actually reflected in the controlled object.

例えば一般的な最適制御設計によってコントローラを求めた場合、操作量は無限時間区間における最適解となるので、コントローラが生成した操作量を両方とも制御対象に反映しないと、最適性が保証されないことはおろか、安定性も保てないおそれがある。   For example, when a controller is obtained by a general optimal control design, the operation amount is an optimal solution in an infinite time interval, so if both the operation amounts generated by the controller are not reflected in the control target, the optimality cannot be guaranteed. Of course, stability may not be maintained.

しかし、予測制御の場合、最適化の範囲は無限時間区間ではなく有限のホライゾン区間であり、有限のホライゾン区間の各ステップにおける操作量ベクトルΔU=[Δu(k),Δu(k+1),…,Δu(k+Hu−1)]が得られるが、実際には現在時刻の操作量Δu(k)のみを使用し、次ステップ以降の操作量は次ステップに進んでから再度算出し直して求めるというように、逐次最新の情報に応じて最適な操作量を求め直すアルゴリズムとなっている。   However, in the case of predictive control, the optimization range is not an infinite time interval but a finite horizon interval, and an operation amount vector ΔU = [Δu (k), Δu (k + 1),..., At each step of the finite horizon interval. Δu (k + Hu−1)] is obtained, but actually, only the operation amount Δu (k) at the current time is used, and the operation amount after the next step proceeds to the next step, and is calculated again and obtained. In addition, an algorithm for recalculating the optimum operation amount according to the latest information sequentially.

この考え方を拡張し、コントローラが生成したアクセルペダル開度とブレーキペダル開度は制御対象には反映しないこととする。従って、実際のアクセルペダル操作とブレーキペダル開度は運転者が行うが、次ステップには運転者の操作による状態の変化も含めた最新の情報に応じて最適な操作量を算出し直すことが可能であり、これを逐次繰り返せば良い。   By extending this concept, the accelerator pedal opening and the brake pedal opening generated by the controller are not reflected in the controlled object. Therefore, the actual accelerator pedal operation and the brake pedal opening are performed by the driver, but the next step is to recalculate the optimal operation amount according to the latest information including the change in state due to the driver's operation. This is possible and should be repeated sequentially.

ただし、設定した拘束条件を破らずに制御できることが保証されるのは双方の操作量を使用した場合であり、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を使用しなかった場合は拘束条件を破るおそれがある。   However, it is guaranteed that the control can be performed without breaking the set constraint conditions when both operating amounts are used, and the constraint conditions may be broken if the accelerator pedal opening and the brake pedal opening are not used. There is.

しかし、マルチパラメトリック計画法では、拘束条件内の領域にしかコントローラを配置できず、拘束条件外の領域にはコントローラが存在しない。従って、ひとたび拘束条件外の領域に出てしまうと、操作量は0となり、発散してしまうおそれがある。   However, in the multiparametric programming method, the controller can be arranged only in the region within the constraint condition, and there is no controller in the region outside the constraint condition. Therefore, once it comes out of the area outside the constraint condition, the operation amount becomes 0 and there is a possibility that it may diverge.

そこで、拘束条件外の領域に別の(第2の)安定化コントローラを配置する。このコントローラは、あくまで状態を拘束条件内に戻すためのものであるので単純なもので良い。例えば、変速比を操作量とし、各状態を原点に戻す最適レギュレータを配置すれば良い。   Therefore, another (second) stabilization controller is arranged in a region outside the constraint condition. Since this controller is only for returning the state to the constraint condition, it may be simple. For example, an optimal regulator that sets the speed ratio as the operation amount and returns each state to the origin may be arranged.

従って、拘束条件内ではハイブリッド予測コントローラを使用し、拘束条件外に出たら別の安定化コントローラに切り替えて制御を続行する。安定化コントローラによって再び拘束条件内に戻ったら、再びハイブリッド予測コントローラを使用する。このようにすることで、破綻のない制御を可能とする。   Therefore, the hybrid predictive controller is used within the constraint condition, and when the condition is outside the constraint condition, the control is continued by switching to another stabilization controller. When the stabilization controller returns to the constraint condition again, the hybrid prediction controller is used again. In this way, control without failure is possible.

以上により、運転者操作量の低減を考慮した変速比制御を可能とする。   As described above, it is possible to perform gear ratio control in consideration of reduction of the driver's operation amount.

ここからは、具体的な数値例を用いて説明する。ここでは、車速と対応する変速比の平衡点を(20,0.60)と設定する。この平衡点周りの線形モデルを導出し、さらに離散化をおこなった結果、以下のようになる。ここでは0次ホールドを用いて離散化したが、1次ホールドや双1次変換などを用いても良い。   From here, it demonstrates using a specific numerical example. Here, the balance point of the gear ratio corresponding to the vehicle speed is set to (20, 0.60). As a result of deriving a linear model around this equilibrium point and further discretizing it, the following is obtained. Although the discretization is performed using the 0th-order hold here, a primary hold, bilinear transformation, or the like may be used.

次に、評価関数に対する重みQ,Rの設定を行う。ここでは次のように設定する。
=10,R=1000,Q=1,Q=300
Next, the weights Q and R for the evaluation function are set. Here, it sets as follows.
R 1 = 10, R 2 = 1000, Q 1 = 1, Q 2 = 300

また、制御ホライゾンHc、予測ホライゾンHpを次のように設定する。
Hc=Hp=3
Further, the control horizon Hc and the predicted horizon Hp are set as follows.
Hc = Hp = 3

更に、拘束条件の設定を以下の通り行う。   Further, the constraint conditions are set as follows.

以上の設定のもとで、マルチパラメトリック計画法によって求めたハイブリッド予測コントローラを示す。ハイブリッド予測コントローラは、各状態の組み合わせによって得られる多面体領域に定義される。   Based on the above settings, a hybrid predictive controller obtained by multiparametric programming is shown. The hybrid prediction controller is defined in a polyhedral region obtained by a combination of each state.

図13は、状態のうちエンジン回転数、トルクコンバータ出力軸回転数、車速の3つの状態に関して、領域がどのように分割されているかを表した図である。図13を見ると、状態に応じて領域が細かく分割されていることが分かる。図示例では、3397の領域に分割されている。また図14の表に示すように、コントローラは各領域毎に設定される。   FIG. 13 is a diagram showing how the region is divided with respect to three states of the engine speed, the torque converter output shaft speed, and the vehicle speed among the states. FIG. 13 shows that the area is finely divided according to the state. In the illustrated example, it is divided into 3397 areas. As shown in the table of FIG. 14, the controller is set for each area.

従って、フューエルカットのOFF/ONや、他の状態変化に応じてコントローラを適宜切り替えることにより、設定した評価関数や拘束条件を考慮した最適な変速比制御を行うことが可能となる。   Therefore, it is possible to perform optimum gear ratio control in consideration of the set evaluation function and constraint conditions by appropriately switching the controller in accordance with the fuel cut OFF / ON or other state changes.

尚、図示の如く、コントローラの制御則は入力uの最適解群を、入力uが状態xと最適ゲインKの積(u=Kx)で与えられるように記載される。図14に示すコントローラの制御則は、図13に示す状態空間領域から検索自在に、シフトコントローラ74のマイクロコンピュータのROMに格納される。   As shown in the figure, the control law of the controller is described so that the optimal solution group of the input u is given by the product of the state x and the optimal gain K (u = Kx). The control law of the controller shown in FIG. 14 is stored in the ROM of the microcomputer of the shift controller 74 so as to be searchable from the state space area shown in FIG.

ここで、この発明の課題を再説すると、先にも述べたように、モデル予測制御は、逐次未来の状態軌道を予測し、ある評価指標の基で予測軌道をオンラインで最適化しながら操作量を生成する手法であり、拘束条件も陽に考慮することができる。ただし、オンラインで最適制御問題を解く必要があるため計算時間の問題で適用が困難な場合が多くあり、車両制御のような比較的速いシステムへの適用は困難である。   Here, to reiterate the problem of the present invention, as described above, the model predictive control sequentially predicts the future state trajectory, and optimizes the predicted trajectory online based on a certain evaluation index, while reducing the manipulated variable. This is a technique to generate, and the constraint conditions can be taken into account explicitly. However, since it is necessary to solve the optimal control problem online, it is often difficult to apply due to the problem of calculation time, and it is difficult to apply to a relatively fast system such as vehicle control.

それに対し、マルチパラメトリック計画法によってオフラインで最適制御問題を解いた場合、最適解は初期状態に依存した形で陽に得ることができるため、実装の際にはサンプリング時刻おきに状態を得るだけで、ただちに最適値を生成することができる。従って、車両制御への適用も計算時間という観点では可能である。   On the other hand, when the optimal control problem is solved off-line by multiparametric programming, the optimal solution can be obtained explicitly in a form that depends on the initial state. The optimal value can be generated immediately. Therefore, application to vehicle control is also possible from the viewpoint of calculation time.

しかしながら、予測区間(ホライゾン)を長くとったり、拘束条件を多く設定するなどして予測問題が複雑になるほど、コントローラを切り替える領域数が急激に増大することが知られており、その結果ゲインを保持する記憶領域が肥大してしまう。また、領域を探索するための演算量も増大する。特に車両制御などの組み込み系システムへの適用を考えた場合、使用可能な記憶領域は限られていることから、(最適)ゲインの記憶領域が肥大することは望ましくない。   However, it is known that as the prediction problem becomes complicated by taking a longer prediction interval (horizon) or setting more constraint conditions, the number of regions for switching the controller increases rapidly, and as a result, the gain is maintained. The storage area will be enlarged. In addition, the amount of calculation for searching for the region also increases. In particular, when considering application to an embedded system such as vehicle control, it is not desirable that the (optimal) gain storage area is enlarged because the usable storage area is limited.

そこでマルチパラメトリック計画法に従ってコントローラを状態空間領域毎に設けると共に、領域数の増大を抑制すると共に、ゲインを削減して記憶領域の肥大化を防止し、あわせて演算量の増加を可能な限り抑制するようにした。   Therefore, a controller is provided for each state space area according to the multiparametric programming method, and the increase in the number of areas is suppressed, and the gain is reduced to prevent the storage area from being enlarged, and the increase in the calculation amount is suppressed as much as possible. I tried to do it.

以下、それについて説明する。   This will be described below.

マルチパラメトリック計画法によるコントローラ設計では、各状態や入力等に拘束条件を課して設計することが可能である。ここで、その単純な例を考える。   In the controller design by the multiparametric programming method, it is possible to design the controller by imposing constraint conditions on each state and input. Now consider a simple example.

例えば図15に示すように、x1,x2の2つの状態を持つモデルがあり、それぞれの可動範囲がx1min≦x1≦x1max,x2min≦x2≦x2maxであるとする。従って、コントローラ設計においてはこの範囲を拘束条件として設定すれば良い。   For example, as shown in FIG. 15, there is a model having two states of x1 and x2, and the movable ranges thereof are assumed to be x1min ≦ x1 ≦ x1max and x2min ≦ x2 ≦ x2max. Therefore, this range may be set as a constraint condition in the controller design.

ただし、実際には、図15の斜線部は物理的に取り得ない組み合わせであったとする。その場合でも、コントローラ設計段階では各状態に対する制約しかないため、斜線部も含めて各格子に対してコントローラが割り当てられてしまい、設計後に削除することになる。   However, in actuality, it is assumed that the hatched portion in FIG. 15 is a combination that cannot be physically obtained. Even in that case, since there is only a restriction on each state at the controller design stage, a controller is assigned to each grid including the hatched portion, and is deleted after the design.

前記した実施例では状態として車速、エンジン回転数、トルクコンバータ回転数、プーリ変速比を選んでいるので、これらの値の組み合わせに応じてコントローラを切り替えることとなる。   In the above-described embodiment, the vehicle speed, the engine speed, the torque converter speed, and the pulley gear ratio are selected as the states. Therefore, the controller is switched according to the combination of these values.

例えば車速、エンジン回転数の関係は、エンジン10から駆動輪(タイヤ)Wが直結している場合、図16に示すように変速比によって決まる。変速比の可変範囲は有限であるため、図16の斜線領域には入ることができない。   For example, when the drive wheel (tire) W is directly connected from the engine 10, the relationship between the vehicle speed and the engine speed is determined by the gear ratio as shown in FIG. 16. Since the variable range of the gear ratio is finite, it cannot enter the shaded area in FIG.

従って、この実施例においては、図15の斜線部のように物理的に取り得ない組み合わせであり、そこに割り当てられたコントローラは状態空間領域において物理的に生じ得ない状態xを記述するコントローラとし、削除するようにした。   Therefore, in this embodiment, a combination that cannot be physically taken as indicated by the shaded portion in FIG. 15 is a controller that describes a state x that cannot be physically generated in the state space area. Removed.

この実施例にあっては以上の如く、少なくともエンジン10を備えた車両14の制御装置、より具体的には変速比を介して車両14の駆動力を制御する制御装置(シフトコントローラ74)において、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジン10を制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系(変速比制御系、図9)と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数J(数19から図22)に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段(シフトコントローラ74のマイクロコンピュータのROM)と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段(数28から数31に従って行なわれる処理)とを備えると共に、前記状態空間領域において物理的に生じ得ない状態xを記述するコントローラを削除する如く構成したので、領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   In this embodiment, as described above, in the control device for the vehicle 14 provided with at least the engine 10, more specifically, in the control device (shift controller 74) for controlling the driving force of the vehicle 14 through the gear ratio, A control system (speed ratio control system, FIG. 9) that is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x and that controls at least the engine 10 and performs feedback control so that the output y matches the input u. ) And at least off-line generated in advance so that the change in the state x is optimal according to an evaluation function J (from Equation 19 to FIG. 22) that evaluates at least the change from the current time of the state x to n steps in the future. A controller group in which the optimal solution group of the input u is described by u = Kx, which is the product of the state x and the optimal gain K, is stored in the state space region including the state x. Storage means (ROM of the microcomputer of the shift controller 74) and the corrected value of the input u obtained by searching the optimum solution group of the input u from the state x as the manipulated variable from the control system to the control object. And an operation amount applying means for applying (processing performed in accordance with Equations 28 to 31) and a controller that describes a state x that cannot physically occur in the state space region is deleted. An increase and an increase in calculation amount can be suppressed as much as possible.

即ち、ハイブリッド予測制御によって得られるコントローラは、状態の組み合わせに応じて最適なコントローラを切り替える形式となるが、状態の組み合わせは網羅的に生成されるため、物理的には存在しない領域も含まれる。このような領域のコントローラを削除することにより、ゲインを保持する記憶領域を削減し、演算量を低減することができる。   That is, the controller obtained by the hybrid predictive control is in a form of switching the optimum controller according to the combination of states, but the combination of states is generated exhaustively, and therefore includes a region that does not physically exist. By deleting the controller in such an area, it is possible to reduce the storage area for holding the gain and reduce the amount of calculation.

また、車両の制御装置の開発においては、運転特性や走行環境の変化に対応しようとすると、膨大な工数が必要である上に、状況の変化に応じた適応的な制御が困難であったが、そのような不都合も解消することができる。   In addition, in developing a vehicle control device, it was difficult to perform adaptive control according to changes in the situation, in addition to requiring a huge amount of man-hours in order to respond to changes in driving characteristics and driving environments. Such inconvenience can also be eliminated.

図17と図18は、この発明の第2実施例に係る車両の制御装置の構成を示す説明図である。   17 and 18 are explanatory views showing the configuration of the vehicle control apparatus according to the second embodiment of the present invention.

第1実施例で述べたように、マルチパラメトリック計画法によるコントローラ設計では最適化問題を解くため、数学的な最適性を満足させるためにわずかに値が異なるだけのコントローラが生成されることがある。   As described in the first embodiment, the controller design based on multiparametric programming solves the optimization problem, so that a controller having slightly different values may be generated in order to satisfy mathematical optimization. .

しかしながら、そのようなわずかな値の違いでは実際の制御対象はほとんど反応しないことが多い。あるいは、オンボードマイクロコンピュータなどに実装する際に桁数の制限で丸められてしまうこともある。   However, in many cases, the actual controlled object hardly reacts with such a slight difference. Or it may be rounded by the restriction | limiting of the number of digits, when mounting in an on-board microcomputer etc.

そこで、第2実施例においては、隣接する領域の(最適)ゲインとの比が十分小さい場合には、同一と見做してゲインの平均値に置換することにより、領域数を削減し、ゲインを記憶するための記憶領域を削減するようにした。また、領域数の削減により、領域の検索時間も削減するようにした。   Therefore, in the second embodiment, when the ratio to the (optimal) gain of adjacent regions is sufficiently small, the number of regions is reduced by replacing the average value of gains by assuming that they are the same. The storage area for storing was reduced. Also, the search time for the area is reduced by reducing the number of areas.

簡単のため、図17に示すような2次元の例を考える。   For simplicity, consider a two-dimensional example as shown in FIG.

図17において、太線で囲まれた部分は隣接するゲインの比が所定値(例えば100±1%)以内に収まっているため、ほぼ同一と見做すことができる。尚、図示例では1領域に対してゲインが複数個存在するため、全てのゲインについて比が十分小さい場合に同一と見做すこととする。   In FIG. 17, since the ratio of adjacent gains is within a predetermined value (for example, 100 ± 1%), the portion surrounded by the thick line can be regarded as almost the same. In the illustrated example, since there are a plurality of gains for one region, it is assumed that the gains are the same when the ratios of all the gains are sufficiently small.

そこで、第2実施例においては、図18に示す如く、それらの領域を結合し、結合前の各ゲインの平均値を割り当てるようにした。その結果、元のゲイン16個に対して5個削減することができたので、ゲインを記憶するための記憶領域を約30%削減できたことになる。また、領域数が減るため、領域の検索時間も削減することができる。   Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 18, these areas are combined and an average value of each gain before the combination is assigned. As a result, since the original gain of 16 was reduced by five, the storage area for storing the gain could be reduced by about 30%. In addition, since the number of areas is reduced, the area search time can also be reduced.

このように、第2実施例にあっては、少なくともエンジン10を備えた車両14の(駆動力を制御する)制御装置(シフトコントローラ74)において、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジン10を制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系(変速比制御系、図9)と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数J(数19から図22)に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段(シフトコントローラ74のマイクロコンピュータのROM)と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段(数28から数31に従って行なわれる処理)とを備えると共に、前記状態空間領域において隣接する領域間の最適ゲインK1,K2の比が所定値(例えば100±1%)以下のとき、前記2つの領域を結合して1つの領域とする、より具体的には前記2つの領域を結合して1つの領域とすると共に、最適ゲインK1,K2の平均値を割り当てる如く構成したので、同様に領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   As described above, in the second embodiment, a state equation which is modeled and includes the input u and the state x in the control device (shift controller 74) (controlling the driving force) of the vehicle 14 including at least the engine 10. And a control system (gear ratio control system, FIG. 9) that performs feedback control so that at least the engine 10 is to be controlled and the output y matches the input u, and at least n from the current time of the state x The optimal solution group of the input u generated in advance offline is set as the state x so as to optimize the change of the state x according to the evaluation function J (Equation 19 to FIG. 22) for evaluating the change to the step future. Storage means for storing a controller group described by u = Kx consisting of the product of the optimum gain K in the state space area consisting of the state x (the shift controller 74 (ROM of the microcomputer) and an operation amount applying means (several number) for applying the corrected value of the input u obtained by searching the optimum solution group of the input u from the state x to the control target from the control system as an operation amount When the ratio of the optimum gains K1 and K2 between adjacent regions in the state space region is equal to or smaller than a predetermined value (for example, 100 ± 1%), the two regions are Combined to form one region, more specifically, the two regions are combined into one region, and the average value of the optimum gains K1 and K2 is assigned. And an increase in calculation amount can be suppressed as much as possible.

即ち、ハイブリッド予測コントローラは、上記の通り切替コントローラとして得られるが、数学的な最適性を満足するため、実質的にはほぼ同一のコントローラと見做せる場合でも、わずかに値の異なるコントローラを生成することが多々ある。そこで、隣接する領域の(最適)ゲインとの比が十分小さい場合は、同一と見做すことにより、ゲインを保持する記憶領域を削減し、演算量を低減することができる。   In other words, the hybrid predictive controller can be obtained as a switching controller as described above. However, in order to satisfy mathematical optimality, a controller with a slightly different value is generated even if it can be regarded as substantially the same controller. There are many things to do. Therefore, when the ratio with the (optimal) gain of adjacent areas is sufficiently small, the storage area for holding the gain can be reduced and the amount of calculation can be reduced by assuming that the ratio is the same.

尚、上記においてゲインK1,K2の比が所定値以下のときと記載したが、ゲインK1,K2の差が設定値、例えば1%以下のときとしても良い。   In the above description, the ratio of the gains K1 and K2 is described as being a predetermined value or less. However, the difference between the gains K1 and K2 may be a set value, for example, 1% or less.

図19と図20は、この発明の第3実施例に係る車両の制御装置の構成を示す説明図である。   19 and 20 are explanatory views showing the configuration of the vehicle control apparatus according to the third embodiment of the present invention.

状態フィードバックコントローラはu=Kxという形をしており、複数の状態x=[x1,x2,…xn]に対し、それぞれ対応するゲインK=[k1,k2,…,kn]を乗じて和をとることにより出力(操作量)uを記述する。即ち、u=k1 x1+k2 x2+ … +kn xnである。   The state feedback controller has a form u = Kx, and a plurality of states x = [x1, x2,... Xn] are multiplied by corresponding gains K = [k1, k2,. As a result, the output (operation amount) u is described. That is, u = k1 x1 + k2 x2 +... + Kn xn.

この場合、ある状態と対応するゲインの積kpi・ xiの絶対値が他の全ての項に比べて小さい場合、制御効果としては影響がないものとして、ゲインを0としても問題ない。しかしながら、一般的な状態フィードバックコントローラについてこれを行うのは問題がある。   In this case, if the absolute value of the gain product kpi · xi corresponding to a certain state is small compared to all other terms, there is no problem even if the gain is set to 0 because the control effect is not affected. However, doing this for a typical state feedback controller is problematic.

簡単のため2次元の例を考える。いま、2つのゲインがそれぞれk1=500,k2=1であるとする。まず状態がx1=1,x2=1のときを考える。この場合はk2x2=1であり、k1x1=500に対して十分小さいので無視しても良いように思える。   For simplicity, consider a two-dimensional example. Assume that the two gains are k1 = 500 and k2 = 1, respectively. First, consider the case where the state is x1 = 1 and x2 = 1. In this case, k2 × 2 = 1, which is sufficiently smaller than k1 × 1 = 500, so it seems to be negligible.

しかし状態がx1=0.01,x2=5の場合を考えた場合、k1x1=1、k2x2=1と同値になり、無視することはできない。一般的な状態フィードバックの場合、全ての状態に対して同じゲインが適用されるので、ゲインの大きさと逆になるような状態の組み合わせを考えた場合、各項が近い値となり、無視できないことになる。   However, considering the case where the state is x1 = 0.01 and x2 = 5, it becomes the same value as k1x1 = 1 and k2x2 = 1, and cannot be ignored. In the case of general state feedback, the same gain is applied to all states, so when considering a combination of states that is opposite to the magnitude of the gain, each term is close and cannot be ignored. Become.

マルチパラメトリック計画法によるハイブリッド予測コントローラも状態フィードバックコントローラの一種であるが、常に同一のゲインではなく、状態に応じて対応するゲインを選択するという点が異なる。従って、操作量の各項の絶対値|knxn|の比の最大値、最小値を領域ごとに事前に求めることが可能である。特に領域が零軸を含まない場合、領域の端点にて最大値および最小値を得ることができる。   A hybrid predictive controller based on multiparametric programming is also a kind of state feedback controller, but differs in that a corresponding gain is always selected according to the state, not the same gain. Therefore, the maximum value and the minimum value of the ratio of the absolute value | knxn | of each term of the manipulated variable can be obtained in advance for each region. In particular, when the region does not include the zero axis, the maximum value and the minimum value can be obtained at the end points of the region.

従って、各領域内について状態と対応するゲインの積の絶対値が、その領域内の他の全ての状態と対応するゲインの積の絶対値に対して常に所定値(例えば100分の1)以下となる場合、そのゲインは領域内において十分に小さいので無視しても問題ないと考え、0とする。こうすることで、ゲインの記憶領域を削減できると共に、ゲインが0の項についての演算をなくすことにより演算量を削減することができる。   Therefore, the absolute value of the product of the gain corresponding to the state in each region is always less than or equal to a predetermined value (for example, 1/100) with respect to the absolute value of the product of the gain corresponding to all other states in the region. In this case, the gain is sufficiently small in the region, so it can be safely ignored and is set to zero. In this way, the gain storage area can be reduced, and the amount of calculation can be reduced by eliminating the calculation for the term having a gain of zero.

図19に示す2次元の数値例を使用して具体的に説明すると、図示例ではx1,x2の2つの状態があり、領域の端点は(1,2),(2,2),(1,3),(2,3)である。   Specifically, using the two-dimensional numerical example shown in FIG. 19, there are two states x1 and x2 in the illustrated example, and the end points of the regions are (1, 2), (2, 2), (1 , 3), (2, 3).

この領域は零軸を含まないので、各端点における操作量の各項の絶対値を求めると、(|k1x1|,|k2x2|)=(500,2),(1000,2),(500,3),(1000,3)となる。比を求めると(250,500,166.7,333.3)であり、この中で最小の比でも166.7である。従って、|k2x2|はこの領域において常に|k1x1|よりも十分に小さいので、ゲインk2=0とする。他の領域についても、同様に繰り返せば良い。   Since this area does not include the zero axis, the absolute value of each term of the manipulated variable at each end point is calculated as (| k1x1 |, | k2x2 |) = (500, 2), (1000, 2), (500, 3), (1000, 3). The ratio is (250, 500, 166.7, 333.3), and the smallest ratio is 166.7. Accordingly, | k2 × 2 | is always sufficiently smaller than | k1 × 1 | in this region, and therefore the gain k2 = 0 is set. What is necessary is just to repeat similarly about another area | region.

図20を参照してゲインを零にする設計手法を説明する。   A design method for reducing the gain to zero will be described with reference to FIG.

まず、領域の各端点において各項の絶対値を算出し、その比を求める(S10)。   First, the absolute value of each term is calculated at each end point of the region, and the ratio is obtained (S10).

次いでS10で求めた比において(1)から(4)の全ての値が1より大きいか否か判断し(S12)、肯定される場合は最小値となる端点を選択する(S14)。   Next, it is determined whether or not all the values (1) to (4) are larger than 1 in the ratio obtained in S10 (S12). If the result is affirmative, the end point having the minimum value is selected (S14).

他方、S12で否定されるときは、S10で求めた比において(1)から(4)の全ての値が1より小さいか否か判断し(S16)、肯定される場合は最大値となる端点を選択する(S18)。尚、S16でも否定される場合は、ゲインを無視することはできないので、終了する。   On the other hand, when the result in S12 is negative, it is determined whether or not all the values (1) to (4) are smaller than 1 in the ratio obtained in S10 (S16). Is selected (S18). If the result in S16 is negative, the gain cannot be ignored, and the process ends.

S14で最小値となる端点を選択した場合、その点の比が100以上か否か判断し(S20)、肯定される場合、小さいほうの項に対応するゲインは無視しても問題ないと考え、ゲインを0とする(S22)。   When the end point having the minimum value is selected in S14, it is determined whether the ratio of the points is 100 or more (S20). If the result is affirmative, the gain corresponding to the smaller term can be ignored. The gain is set to 0 (S22).

また、S18で最大値となる端点を選択した場合、その点の比が1/100以下か否か判断し(S24)、肯定される場合、小さいほうの項に対応するゲインは無視しても問題ないと考え、ゲインを0とする(S22)。上記した処理を他の領域についても同様に繰り返す。   Further, when the end point having the maximum value is selected in S18, it is determined whether or not the ratio of the points is 1/100 or less (S24). If the result is affirmative, the gain corresponding to the smaller term is ignored. Considering no problem, the gain is set to 0 (S22). The above processing is repeated in the same manner for other areas.

このように、第3実施例にあっては、少なくともエンジン10を備えた車両14の(駆動力を制御する)制御装置(シフトコントローラ74)において、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジン10を制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系(変速比制御系、図9)と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数J(数19から図22)に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段(シフトコントローラ74のマイクロコンピュータのROM)と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段(数28から数31に従って行なわれる処理)とを備えると共に、前記状態xと最適ゲインKの積が所定値、より正確には各領域内について状態と対応する最適ゲインの積の絶対値が、その領域内の他の全ての状態と対応する最適ゲインの積の絶対値に対して100分の1以下のとき、前記最適ゲインKを零とする如く構成したので、同様に領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   As described above, in the third embodiment, a state equation that is modeled and includes the input u and the state x in the control device (shift controller 74) (controlling the driving force) of the vehicle 14 including at least the engine 10. And a control system (gear ratio control system, FIG. 9) that performs feedback control so that at least the engine 10 is to be controlled and the output y matches the input u, and at least n from the current time of the state x The optimal solution group of the input u generated in advance offline is set as the state x so as to optimize the change of the state x according to the evaluation function J (Equation 19 to FIG. 22) for evaluating the change to the step future. Storage means for storing the controller group described by u = Kx, which is the product of the optimum gain K, in the state space area consisting of the state x (the shift controller 74 (ROM of the microcomputer) and an operation amount applying means (several number) for applying the corrected value of the input u obtained by searching the optimum solution group of the input u from the state x to the control target from the control system as an operation amount 28), and the product of the state x and the optimum gain K is a predetermined value, more precisely the absolute value of the product of the optimum gain corresponding to the state in each region. Since the optimum gain K is set to zero when the absolute value of the product of the optimum gains corresponding to all other states is 1/100 or less, the increase in the number of regions and the calculation amount are similarly performed. Can be suppressed as much as possible.

即ち、ハイブリッド予測コントローラは複数の(最適)ゲインと状態の積和によって操作量が与えられるため、ある状態と対応するゲインの積が小さい場合、制御効果としては影響がないものとし、0として扱うことにより、ゲインを保持する記憶領域を削減し、演算量を低減することができる。   In other words, since the hybrid predictive controller is given an operation amount by the product sum of a plurality of (optimum) gains and states, if the product of a gain corresponding to a certain state is small, it is assumed that the control effect has no effect and is treated as 0 As a result, it is possible to reduce the storage area for holding the gain and reduce the amount of calculation.

図21と図22は、この発明の第4実施例に係る車両の制御装置の構成を示す説明図である。   21 and 22 are explanatory views showing the configuration of the vehicle control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.

前記した如く、ハイブリッド予測制御の設計においては、ホライゾンと呼ばれる予測区間を設定する。そして、サンプリング時間にホライゾンを乗じた予測区間において、各状態を予測しながら操作量を逐次決定することとなる。   As described above, in the design of hybrid predictive control, a prediction section called horizon is set. Then, in the prediction section obtained by multiplying the sampling time by the horizon, the operation amount is sequentially determined while predicting each state.

車両の制御、特に車両のパワープラントの制御系では、一般的にミリ秒オーダの制御周期(サンプリング時間)で制御を行っている。従って、秒オーダの予測区間を設定しようとすると、100倍以上のホライゾンが必要となるが、そのような長いホライゾンを設定した場合、非常に複雑な予測問題となり、極めて大きな領域数のコントローラとなったり、あるいは数値計算上予測問題を解くことができないことさえある。   In vehicle control, particularly in a control system for a vehicle power plant, control is generally performed at a control cycle (sampling time) on the order of milliseconds. Therefore, when trying to set a prediction interval of the second order, a horizon of 100 times or more is required. However, when such a long horizon is set, it becomes a very complicated prediction problem, resulting in a controller having an extremely large number of regions. Or even numerical prediction problems cannot be solved.

そこで、第4実施例においては、ハイブリッド予測制御の制御周期(サンプリング時間)を延長し、少ないホライゾンで同じ長さの予測区間を得ることができるようにした。ホライゾンを少なくすることにより予測問題を簡単にし、領域数を大幅に削減することができる。   Therefore, in the fourth embodiment, the control cycle (sampling time) of the hybrid predictive control is extended so that a prediction section having the same length can be obtained with a small number of horizons. By reducing the number of horizons, the prediction problem can be simplified and the number of regions can be greatly reduced.

一方、予測制御の制御周期(サンプリング時間)を延長することにより、操作量の更新頻度も低下するため、制御性能の低下が懸念される。   On the other hand, by extending the control cycle (sampling time) of predictive control, the update amount of the manipulated variable is also lowered, and there is a concern that the control performance is lowered.

従って、第4実施例においては、図21(a)に示すようなハイブリッド予測コントローラの出力を直接制御対象に与える入力(操作量)とする構成に代え、同図(b)に示す如く、ハイブリッド予測コントローラに与えた元の目標値(入力)を、そのときの状態や拘束条件、あるいは前記した評価関数Jなどを鑑みて修正した修正目標値として扱うようにした。   Therefore, in the fourth embodiment, instead of a configuration in which the output of the hybrid prediction controller as shown in FIG. 21A is an input (operation amount) that is directly given to the control target, as shown in FIG. The original target value (input) given to the prediction controller is handled as a corrected target value corrected in view of the state and constraint conditions at that time or the evaluation function J described above.

そして、その操作量を目標値としてフィードバックを行う下層のコントローラ(ローカルコントローラ。第2の制御系)を配置し、このコントローラによって本来のサンプリング時間で制御を行わせるようにした。   Then, a lower-layer controller (local controller, second control system) that performs feedback with the operation amount as a target value is arranged, and this controller performs control in the original sampling time.

この下層のコントローラは単純なもので良く、例えばPIDコントローラなどを用いれば良い。こうすることで、ハイブリッド予測制御の予測頻度の低減による領域数の削減および演算量の低減と、操作量の更新頻度を両立させることが可能となる。   This lower layer controller may be simple, for example, a PID controller may be used. By doing so, it is possible to achieve both the reduction in the number of regions and the reduction in the amount of calculation due to the reduction in the prediction frequency of the hybrid prediction control, and the update frequency of the operation amount.

上記を図22に示す簡単な例を用いて説明する。   The above will be described using a simple example shown in FIG.

図22(a)に示す例は、制御周期(サンプリング時間)=1秒、ホライゾン=6とし、予測区間=6秒として制御を行う例である。この場合、1秒毎に予測と操作量の更新を行うので、制御性能は向上するが、1秒毎に6ステップ分の予測を行う必要があるため、ハイブリッド予測コントローラの領域数は増大する。   The example shown in FIG. 22A is an example in which control is performed with a control cycle (sampling time) = 1 second, horizon = 6, and prediction interval = 6 seconds. In this case, since the prediction and the operation amount are updated every second, the control performance is improved. However, since it is necessary to perform prediction for six steps every second, the number of regions of the hybrid prediction controller increases.

それに対し、図22(b)に示す例は、制御周期(サンプリング時間)=3秒、ホライゾン=2とし、予測区間は同じ6秒としながら、サンプリング時間を長くすることによってホライゾンを少なくした例である。この場合、予測区間を保ちつつ領域数を低減できるが、操作量の更新も3秒毎となるため、制御性能の低下が懸念される。   On the other hand, the example shown in FIG. 22B is an example in which the control period (sampling time) = 3 seconds and horizon = 2, the prediction interval is the same 6 seconds, and the horizon is reduced by increasing the sampling time. is there. In this case, the number of regions can be reduced while maintaining the prediction interval, but since the amount of operation is updated every 3 seconds, there is a concern about a decrease in control performance.

そこで、図22(c)に示すように、(b)と同様に制御周期(サンプリング時間)=3秒、ホライゾン=2として予測区間は同じ6秒とすると共に、ハイブリッド予測コントローラの出力自体は3秒毎に更新する。   Therefore, as shown in FIG. 22 (c), similarly to (b), the control period (sampling time) = 3 seconds, horizon = 2, the prediction interval is set to 6 seconds, and the output of the hybrid prediction controller itself is 3 Update every second.

ただし、操作量ではなく元の目標値に対する修正目標値として扱い、ローカルコントローラによって実軌道をフィードバックし、1秒毎に操作量を更新する。これにより、予測頻度は秒としてハイブリッド予測コントローラの領域数を低減しつつ、操作量の更新頻度は1秒毎に行うことができる。   However, instead of the operation amount, it is treated as a corrected target value for the original target value, the actual trajectory is fed back by the local controller, and the operation amount is updated every second. Thereby, the update frequency of the operation amount can be performed every second while the number of regions of the hybrid prediction controller is reduced with the prediction frequency being seconds.

第1実施例で述べた変速比制御の場合、車速などから求めた代表変速比に対しハイブリッド予測コントローラによる変速比制御系によって修正後の目標変速比を求める、という構成としており、上記の考えによって予測頻度の低減と演算量の低減が可能である。   In the case of the gear ratio control described in the first embodiment, the target gear ratio after correction is obtained by the gear ratio control system by the hybrid predictive controller with respect to the representative gear ratio obtained from the vehicle speed or the like. It is possible to reduce the prediction frequency and the amount of calculation.

このように、第4実施例にあっては、少なくともエンジン10を備えた車両14の(駆動力を制御する)制御装置(シフトコントローラ74)において、モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するように制御周期kT(例えば3秒)ごとにフィードバック制御する第1の制御系(図9)と、少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数J(数19から図22)に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段(シフトコントローラ74のマイクロコンピュータのROM)と、前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を算出する修正値算出手段(数28から数31に従って行なわれる処理)と、前記制御系と前記制御対象との間に介挿されると共に、前記出力yが前記入力uの修正値に一致するように前記制御周期kTを1/k(例えばk:3)倍してなる制御周期T(例えば1秒)ごとにフィードバック制御する第2の制御系(図21(b)。ローカルコントローラ)とを備える如く構成したので、同様に領域数の増大や演算量の増加を可能な限り抑制することができる。   As described above, in the fourth embodiment, the state equation that is modeled and includes the input u and the state x in the control device (shift controller 74) (controlling the driving force) of the vehicle 14 that includes at least the engine 10. And a first control system (FIG. 9) that performs feedback control every control cycle kT (for example, 3 seconds) so that at least the engine is a control target and the output y matches the input u, Optimum of the input u generated in advance offline so that the change of the state x is optimized according to the evaluation function J (Equation 19 to FIG. 22) that evaluates the change of the state x from the current time to the future n steps. Storage means for storing a controller group in which a solution group is described by u = Kx, which is a product of the state x and the optimum gain K, in a state space region consisting of the state x (shift A microcomputer ROM of the controller 74) and a correction value calculation means for calculating a correction value of the input u obtained by searching the optimum solution group of the input u from the state x (processing performed according to equations 28 to 31) ) And the control system and the control target, and the control cycle kT is multiplied by 1 / k (for example, k: 3) so that the output y matches the correction value of the input u. Since the second control system (FIG. 21B, local controller) that performs feedback control every control cycle T (for example, 1 second) is configured, the increase in the number of regions and the increase in the calculation amount are performed in the same manner. It can be suppressed as much as possible.

尚、上記において車両の制御装置として変速比を介して車両の駆動力を制御する装置を例にとって説明したが、それに限られるものではなく、定速走行制御装置などであっても良い。   In the above description, the device for controlling the driving force of the vehicle via the gear ratio is described as an example of the vehicle control device. However, the present invention is not limited to this and may be a constant speed traveling control device or the like.

また、変速機としてCVT26を使用したが、有段変速機であっても良い。   Moreover, although CVT26 was used as a transmission, a stepped transmission may be used.

この発明の第1実施例に係る車両の制御装置を、駆動力制御装置を例にとって全体的に示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a vehicle control apparatus according to a first embodiment of the present invention as a whole by taking a driving force control apparatus as an example. 図1に示す装置のシフトコントローラなどの設計を説明する、制御対象のモデリングを全体的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram generally showing modeling of a controlled object, explaining a design of a shift controller and the like of the apparatus shown in FIG. 1. 図2に示すエンジンコントローラモデルのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the engine controller model shown in FIG. 2. 図2に示すエンジンモデルのフューエルカットOFFのときのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram when the fuel cut of the engine model shown in FIG. 2 is OFF. 図2に示すエンジンモデルのフューエルカットONのときのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram when the fuel cut of the engine model shown in FIG. 2 is ON. 図2に示すトルクコンバータモデルのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the torque converter model shown in FIG. 2. 図2に示す変速機(CVT)モデルのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the transmission (CVT) model shown in FIG. 2. 図2に示す車体モデルのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the vehicle body model shown in FIG. 2. 図2に示す構成を制御対象とする変速比制御系(シフトコントローラ)の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a transmission ratio control system (shift controller) that controls the configuration shown in FIG. 2. 図9に示す構成で使用される燃費最適作動線の特性を示す説明グラフである。10 is an explanatory graph showing characteristics of a fuel efficiency optimum operating line used in the configuration shown in FIG. 9. 図9に示す構成が適用されるモデル予測制御を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the model prediction control to which the structure shown in FIG. 9 is applied. 図9に示す構成が適用されるマルチパラメトリック計画法によるモデル予測制御を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the model prediction control by the multiparametric programming method to which the structure shown in FIG. 9 is applied. 図12に示すマルチパラメトリック計画法のコントローラの状態空間領域を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state space area | region of the controller of the multiparametric programming method shown in FIG. 図13に示すコントローラの制御則などの説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a control law of the controller shown in FIG. 13. 図13に示すコントローラの割り当て例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of allocation of the controller shown in FIG. 図15に示すコントローラの削除例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of deletion of the controller shown in FIG. この発明の第2実施例に係る車両の制御装置の構成を示す、領域と割り当てられたゲインを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the area | region and the allocated gain which show the structure of the control apparatus of the vehicle which concerns on 2nd Example of this invention. 同様に、この発明の第2実施例に係る車両の制御装置の構成を示す、領域と割り当てられたゲインを示す説明図である。Similarly, it is explanatory drawing which shows the area | region and the allocated gain which show the structure of the control apparatus of the vehicle which concerns on 2nd Example of this invention. この発明の第3実施例に係る車両の制御装置の構成を示す、ゲインの数値例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the numerical example of a gain which shows the structure of the control apparatus of the vehicle which concerns on 3rd Example of this invention. 同様に、この発明の第3実施例に係る車両の制御装置の構成を示す、ゲインを零にする設計手法を示すフロー・チャートである。Similarly, it is a flowchart showing a design method for making the gain zero, showing the configuration of the control device for a vehicle according to the third embodiment of the present invention. この発明の第4実施例に係る車両の制御装置の構成を示す、図9と同様なブロック図である。It is the same block diagram as FIG. 9 which shows the structure of the control apparatus of the vehicle which concerns on 4th Example of this invention. 同様に、この発明の第4実施例に係る車両の制御装置の構成を示す、図11と同様な説明図である。Similarly, it is explanatory drawing similar to FIG. 11 which shows the structure of the control apparatus of the vehicle which concerns on 4th Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 エンジン(内燃機関)、14 車両、16 DBW機構、24 トルクコンバータ、26 変速機(CVT)、30 前後進切換装置、30a フォワードクラッチ、60 エンジンコントローラ、74 シフトコントローラ、W 駆動輪(タイヤ)   10 engines (internal combustion engines), 14 vehicles, 16 DBW mechanisms, 24 torque converters, 26 transmissions (CVT), 30 forward / reverse switching devices, 30a forward clutches, 60 engine controllers, 74 shift controllers, W drive wheels (tires)

Claims (4)

少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、
a.モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するようにフィードバック制御する制御系と、
b.少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、
c.前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段と、
を備えると共に、前記状態空間領域において物理的に生じ得ない状態xを記述するコントローラを削除することを特徴とする車両の制御装置。
In a control device for a vehicle equipped with at least an engine,
a. A control system that is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x, and that controls at least the engine and performs feedback control so that the output y matches the input u;
b. An optimal solution group of the input u, which has been generated off-line in advance so as to optimize the change of the state x in accordance with an evaluation function that evaluates at least the change of the state x from the current time to n-step future, Storage means for storing a controller group described by u = Kx, which is a product of the optimal gain K, in a state space area consisting of the state x;
c. An operation amount applying means for applying the correction value of the input u obtained by searching the optimal solution group of the input u from the state x as an operation amount to the control object from the control system;
And a controller that describes a state x that cannot physically occur in the state space region is deleted.
少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、
a.モデリングされると共に、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とする制御系と、
b.少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、
c.前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段と、
を備えると共に、前記状態空間領域において隣接する領域間の最適ゲインK1,K2の比が所定値以下のとき、前記2つの領域を結合して1つの領域とすることを特徴とする車両の制御装置。
In a control device for a vehicle equipped with at least an engine,
a. A control system which is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x, and which controls at least the engine;
b. An optimal solution group of the input u, which has been generated off-line in advance so as to optimize the change of the state x in accordance with an evaluation function that evaluates at least the change of the state x from the current time to n-step future, Storage means for storing a controller group described by u = Kx, which is a product of the optimal gain K, in a state space area consisting of the state x;
c. An operation amount applying means for applying the correction value of the input u obtained by searching the optimal solution group of the input u from the state x as an operation amount to the control object from the control system;
The vehicle control device is characterized in that when the ratio of the optimum gains K1 and K2 between adjacent regions in the state space region is equal to or less than a predetermined value, the two regions are combined into one region. .
少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、
a.モデリングされると共に、入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とする制御系と、
b.少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、
c.前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を操作量として前記制御系から前記制御対象に印加させる操作量印加手段と、
を備えると共に、前記状態xと最適ゲインKの積が所定値以下のとき、前記最適ゲインKを零とすることを特徴とする車両の制御装置。
In a control device for a vehicle equipped with at least an engine,
a. A control system which is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x, and which controls at least the engine;
b. An optimal solution group of the input u, which has been generated off-line in advance so as to optimize the change of the state x in accordance with an evaluation function that evaluates at least the change of the state x from the current time to n-step future, And storage means for storing a controller group described by u = Kx, which is a product of the optimal gain K, in a state space area consisting of the state x,
c. An operation amount applying means for applying the correction value of the input u obtained by searching the optimal solution group of the input u from the state x as an operation amount to the control object from the control system;
And a vehicle control apparatus that sets the optimum gain K to zero when the product of the state x and the optimum gain K is equal to or less than a predetermined value.
少なくともエンジンを備えた車両の制御装置において、
a.モデリングされて入力uと状態xからなる状態方程式で記述された、少なくとも前記エンジンを制御対象とし、出力yが前記入力uに一致するように制御周期kTごとにフィードバック制御する第1の制御系と、
b.少なくとも前記状態xの現時刻からnステップ未来までの変化を評価する評価関数に従って前記状態xの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された、前記入力uの最適解群を前記状態xと最適ゲインKの積からなるu=Kxで記述するコントローラ群を前記状態xからなる状態空間領域に格納する格納手段と、
c.前記入力uの最適解群を前記状態xから検索して得た前記入力uの修正値を算出する修正値算出手段と、
d.前記制御系と前記制御対象との間に介挿されると共に、前記出力yが前記入力uの修正値に一致するように前記制御周期kTを1/k倍してなる制御周期Tごとにフィードバック制御する第2の制御系と、
を備えたことを特徴とする車両の制御装置。
In a control device for a vehicle equipped with at least an engine,
a. A first control system that is modeled and described by a state equation consisting of an input u and a state x, and that controls at least the engine and performs feedback control every control cycle kT so that the output y matches the input u; ,
b. An optimal solution group of the input u, which has been generated off-line in advance so as to optimize the change of the state x in accordance with an evaluation function that evaluates at least the change of the state x from the current time to n-step future, And storage means for storing a controller group described by u = Kx, which is a product of the optimal gain K, in a state space area consisting of the state x,
c. Correction value calculating means for calculating a correction value of the input u obtained by searching the optimal solution group of the input u from the state x;
d. Feedback control is performed every control cycle T, which is inserted between the control system and the control target, and the control cycle kT is multiplied by 1 / k so that the output y matches the correction value of the input u. A second control system to
A vehicle control apparatus comprising:
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