CN101130364A

CN101130364A - 车辆行驶控制装置

Info

Publication number: CN101130364A
Application number: CNA2006101213208A
Authority: CN
Inventors: 鹈川洋; 李克强; 宾洋
Original assignee: Tsinghua University; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: CN101130364B

Abstract

在搭载了发动机和具有多个变速档的变速器的车辆中，为了实现作为目标的车辆行驶状态，控制发动机以使燃料消耗率最佳化。在车辆行驶控制装置(5)中，设置利用根据车间距离信息等运算的目标驱动力来控制发动机(1)的发动机最佳运算装置(5B)、和控制变速器(2)的变速点修正运算装置(5C)。发动机最佳运算装置(5B)具备具有最佳燃料消耗率图的最佳燃费点算出装置，算出燃料消耗率为最佳的最佳发动机转速和油门开度相当信号。将最佳发动机转速输入变速点修正运算装置(5C)，这里，根据目标变速比与实际变速比的偏差来执行PID运算，算出车速修正量。根据将车速与车速修正量相加的信号来控制变速器(2)的变速档。

Description

车辆行驶控制装置

技术领域

本发明涉及一种车辆行驶控制装置，对搭载了发动机和具有多个变速档的变速器的车辆，自动控制发动机和变速器的变速档，以实现作为目标的车辆的行驶状态。

背景技术

最近的车辆倾向于将各种装置自动化，搭载自动变速器的所谓自动(AT)车正得到普及。AT车的自动变速器是使转矩转换器与行是齿轮机构组合的变速器，但在为了使驾驶容易化的自动车辆用动力传递装置中，有的使用与所谓的手动(MT)车一样的平行轴齿轮机构式变速器，自动切换其变速档。自动变速器的转矩转换器难以大型化，伴随着流体的利用，存在动力传递损失，在燃料经济性方面不利。因此，在承载重量大、重视燃料经济性的大型卡车等中，多数情况下采用平行轴齿轮机构式变速器，其使用电子控制装置，对应于车辆的行驶状态来自动切换变速档。

在自动化的车辆行驶控制装置中，为了提高行驶安全性，存在边与前车保持一定距离边进行追踪来行驶的前车追踪控制(Adaptive CruiseControl)。在该前车追踪控制中，利用雷达等测定与前车的距离，当与前车的距离拉开时，增大发动机的输出，加速车辆，相反，当接近时，使刹车作用，使发动机的输出减少，减速车辆。因此，在前车追踪控制中，必需控制发动机的输出，以成为与前车的距离保持一定的目标加速度。发动机的输出尽管通常由驾驶者操作的加速踏板控制，但在前车追踪控制中，车辆行驶控制装置运算与加速踏板开度相当的信号，对应于该油门开度相当信号来控制发动机。对应于与驾驶者操作的加速踏板独立的油门开度相当信号来控制发动机输出的方法，即便在控制使得行驶时的车速保持一定的自动巡航控制中也被实施。

但是，车辆通常要求燃料经济性，要求以燃料消耗量尽可能少的状态使发动机动作。即便在前车追踪控制中，也期望控制发动机，以在燃料消耗量少的发动机动作状态下，得到实现目标加速度的输出。鉴于这种情况，就前车追踪控制而言，边将发动机的燃料消耗量保持在最佳边实现目标加速度的车辆行驶控制装置已为众所周知，并例如在特开2002-52951号公报中公开。

用图9的示意图来说明该公报所示的前车追踪控制的构成。图9的车辆用动力传递装置搭载发动机101、转矩转换器102和无级变速器103，无级变速器103的输出轴经最终减速机(最后齿轮)104连结于车辆的驱动轮105上。车辆行驶控制装置具备发动机控制装置106和变速器控制装置107，发动机控制装置106根据基于驾驶者的操作的油门开度(节流阀108的开度)、发动机转速、车速(无级变速器103的输出轴转速)等信号，控制发动机101，另一方面，变速器控制装置107根据发动机转速和油门开度、无级变速器的输入轴转速、车速等信号，控制转矩转换器102和无级变速器103。并且，车辆行驶控制装置为了执行前车追踪控制，具备由车速控制器109与车间距离控制器110构成的车辆控制器111，向车辆控制器111输入与前车的车间距离的信号和关于道路坡度等前方道路环境的信号。

通常，发动机的燃料消耗量、即产生单位量输出的燃料量由发动机的转速与输出转矩来确定，但该车辆行驶控制装置中的发动机控制装置106具有对应于发动机转速与输出转矩来确定最佳燃料消费率的最佳燃料消耗率图。在前车追踪控制中，车辆控制器111利用输入的与前车的车间距离的信号等，运算车辆的目标加速度，将该目标加速度输出到发动机控制装置106和变速器控制装置107。发动机控制装置106利用最佳燃料消耗率图，求出以最佳燃料消耗率来实现目标加速度的发动机的工作点，与驾驶者操作的油门开度独立，设定节流阀108的开度。另外，变速器控制装置107使用检测到的车辆信号来控制无级变速器103的变速比，以成为对应于构成最佳燃料消费率的发动机工作点的发动机转速。

专利文献1：特开2002-52951号公报

在前车追踪控制中，当为了实现车辆的目标加速度而控制发动机时，使用专利文献1所示的最佳燃料消耗率图来确定作为最佳工作点的发动机转速与输出转矩，将其作为发动机的油门开度相当信号，来控制节流阀等燃料提供量调整装置时，可实现燃料消耗量少的前车追踪控制，大幅度提高车辆行驶的燃料经济性。但是，执行该前车追踪控制的车辆以具备无级变速器、搭载可无级变更变速比的动力传递装置为前提。即，必需可将对应于此时的车速之变速比设定为任意值，以构成最佳工作点的发动机转速。

尽管作为无级变速器，已知具有各种机构的变速器，但为了无级变更变速比，机构变复杂，作为大型卡车等传递动力或传递转矩大的车辆的动力传递装置，事实上不能使用。大型卡车等中使用的变速器是有级的平行轴齿轮机构式变速器，具有构成多个变速档的始终啮合式的齿轮列。虽然在具备这种变速器的车辆中，也可利用电子控制装置与变速致动器根据行驶状态来自动切换变速档，但在前车追踪控制中时，如上所述，不可能将变速比设定为无级的任意值，以与最佳工作点的发动机转速一致。

另一方面，大型卡车等的变速器例如12级那样具备比轿车等多的变速档。因此，在前车追踪控制中，期望边进行控制以便以尽可能少的燃料消耗量的状态使发动机工作，边细微地切换变速档，在燃料经济性方面实现最佳的行驶状态。

发明内容

本发明的课题在于构成车辆行驶控制装置，在搭载了发动机和具有多个变速档的变速器的车辆中，控制发动机和变速器，使燃料消耗率最佳化，不产生伴随行驶状态的变动的不稳定现象，实现作为目标的车辆的行驶。

鉴于上述课题，本发明的车辆行驶控制装置为了实现目标的车辆行驶状态，基本上使用最佳燃料消耗率图，控制发动机动作状态，并控制变速器，以适当移动到对应于发动机动作状态的变速档。即，

本发明是一种车辆的车辆行驶控制装置，车辆具备发动机和具有多个变速档的变速器，其特征在于：

所述发动机具备发动机控制装置，对应于所述车辆行驶控制装置输出的油门开度相当信号，控制发动机，

所述变速器具备具有变速档决定装置的变速器控制装置，所述变速档决定装置对应于表示车速的车速信号和所述油门开度相当信号，决定变速档，

所述车辆行驶控制装置具备：最佳燃费点算出装置，具有表示成为最佳燃料消费率的所述发动机转速与所述发动机的输出转矩的关系之最佳燃料消费率图；油门开度算出装置，通过所述最佳燃费点算出装置的输出，算出所述油门开度相当信号；和目标变速比算出装置，通过所述最佳燃费点算出装置的输出，算出作为目标的变速比，

所述最佳燃费点算出装置利用作为目标的驱动力与车速，使用所述最佳燃料消费率图，决定最佳发动机转速和最佳发动机输出转矩，所述油门开度算出装置决定所述油门开度相当信号，目标变速比算出装置根据车速和所述最佳发动机转速，决定目标变速比，

所述车辆行驶控制装置算出所述目标变速比与实际变速比的变速比差，并将所述变速比差变换为车速差，算出对应于所述变速比差的车速修正量，并且，将使车速与所述车速修正量相加的信号作为表示车速的车速信号，输入到所述变速档决定装置。

在本发明中，对应于所述变速比差的车速修正量，包含与所述变速比差成比例的量与对所述变速比差进行时间积分的量。

发明效果

在适用本发明的车辆中，装备发动机和发动机控制装置、有级的变速器、即具有多个变速档的变速器和变速档决定装置，当执行前车追踪控制时，车辆行驶控制装置向发动机控制装置和变速档决定装置输出指令。车辆行驶控制装置具有表示构成最佳燃料消费率的发动机转速与输出转矩的关系之最佳燃料消费率图，根据车间距离等运算必需的加速度和目标驱动力，利用最佳燃料消耗率图，算出最佳发动机转速和最佳发动机输出转矩，由此决定油门开度相当信号。将油门开度相当信号输出到发动机控制装置，用作决定燃料提供量的基本参数。

这样，在本发明的车辆行驶控制装置执行的前车追踪控制中，利用最佳燃料消耗率图，算出为了得到目标驱动力而使燃料消耗量最小的发动机的工作点，与之对应来实现发动机控制。因此，大幅度提高前车追踪控制时的燃料经济性。

由车辆行驶控制装置算出的最佳发动机转速还用于选择决定变速档。即，车辆行驶控制装置的目标变速比算出装置根据车速与最佳发动机转速，决定目标变速比，算出目标变速比与实际变速比的变速比差，同时，将该变速比差变换为车速差，算出对应于变速比差的车速修正量。变速器的变速档决定装置执行对应于车速信号与油门开度相当信号来选择决定变速档的控制，但本发明的车辆行驶控制装置输入将使车速与车速修正量相加的信号作为该车速信号，决定变速档。在本发明中，通过使用加上车速修正量的信号，对应于车速信号与油门开度相当信号，修正例如以图的形式来设定的变速档的切换点(变速点)。结果，在当前变速档下的实际发动机转速与最佳发动机转速相差规定量的情况下，切换变速档，移动到燃料消耗量小的更佳变速档。另外，变速点的修正不必准备其它图等、对变速器的变速档决定装置施加变更就可执行。

另外，由于车速修正量作为对应于相当于车速差的变速比差的量被运算，所以通过适当设定其运算方法，可使变速器控制的控制过程等最佳化。适用本发明的车辆的变速器是有级变速器，若切换变速器的变速档，则变速比以步进状变化，同时，发动机转速也以步进状变动，易于损害控制的稳定性，而若适当设定车速修正量作为对应于变速比差的量，则可使变速器控制稳定化。

本发明中，运算对应于变速比差的车速修正量，以包含与变速比差成比例的量和时间积分变速比差的量，根据情况也可加上对变速比差进行了时间微分的量。将基于这种运算的控制称为PID控制，通过调整与变速比差成比例的量的比例常数、即增益等，相对于变速比差的车速修正量大小变化，可变更为响应性或稳定性适当的控制动作。另外，通过包含对变速比差进行了时间积分的量，可去除控制系统的一定偏差。

在本发明的变速档的控制中，当产生变速器的变速档切换时，发动机转速以步进状变动。与之相伴，控制系统变得不稳定，产生重复变速档的切换之脉动，发动机转速的收敛有可能产生时间延迟，但在方案2的发明中，可调整PID控制的增益等，防止不稳定的控制动作。

附图说明

图1是表示本发明的车辆行驶控制装置和动力传递装置等的概要的示意图。

图2是表示本发明的变速档决定装置的动作特性的图。

图3是表示本发明中使用的最佳燃料消耗率图的图。

图4是表示本发明的前车追踪控制的示意图。

图5是表示本发明的车辆行驶控制装置中的处理步骤等的图。

图6是表示求出发动机的最佳工作点的过程图。

图7是表示发动机工作点与油门开度相当信号的关系图。

图8是表示本发明的变速器控制装置的动作的图。

图9是表示现有车辆行驶控制装置一例的图。

符号说明

1 发动机

11 发动机控制装置

2 变速器

21 变速器控制装置

3 离合器

31 离合器控制装置

4 车速传感器

5 车辆行驶控制装置

51 最佳燃费点算出装置

52 油门开度算出装置

53 目标变速比算出装置

54 实际变速比算出装置

55 减法处理装置

56 PID控制器

57 加法处理装置

6 车辆距离传感器

具体实施方式

下面，参照附图来说明实施本发明的车辆行驶控制装置。图1表示搭载于适用本发明的车辆中的动力传递装置的概要和控制各设备的控制装置的整体关联，图2是表示变速器控制装置中的变速档决定装置的动作特性(换档规律)的曲线。

如图1所示，适用本发明的车辆中，搭载发动机1、变速器(T/M)2，在其中间配置离合器3。本实施例的发动机1是具备燃料喷射泵的柴油发动机，具有控制燃料喷射泵来变更燃料提供量的发动机控制装置(发动机ECU)11。另外，变速器2是可自动操作的平行轴齿轮机构式有级变速器，设置了由变速器控制装置(TMECU)21控制、切换多个变速档的变速单元22。将变速器2的输出轴最终连结于车轮上，在连结轴上设置检测其转速的车速传感器4。配置在变速器2前方的离合器3具备在变速档切换时自动断开离合器的离合器致动器31。

变速器控制装置21具有在自动变速器操作时使用的变速档决定装置，该变速档决定装置如图2所示，决定12档的变速器的变速档，基本上根据车速信号与发动机的油门开度信号来决定变速档，若车辆的行驶状态达到切换变速档的变速点，则变速器控制装置21向变速单元22输出指令，变更变速器2的变速档。另外，本实施例的动力传递装置构成为还可由驾驶者的操作来执行手动驾驶，将对应于驾驶者的操作之油门开度(加速踏板踏入量)、变速器变速杆、离合器踏板踏入量的信号输入变速器控制装置21，在手动驾驶时，对应于这些信号，变速器控制装置21向发动机控制装置11和变速单元22输出指令。

并且，在适用本发明的车辆中，设置在执行前车追踪驾驶等的自动驾驶时控制动力传递装置的车辆行驶控制装置(车辆控制ECU)5。向车辆行驶控制装置5输入来自为了执行前车追踪控制而检测与前车的车间距离之车间距离传感器6的信号，并输入来自车速传感器4的车速信号和变速器的变速档信号，车辆行驶控制装置5根据这些信号，算出目标油门开度等指令值，并由此控制变速器控制装置21和发动机控制装置11。车辆行驶控制装置5的计算机例如以100ms的短时间周期重复用于执行指令值算出的运算。

在该车辆中设置切换自动驾驶与手动驾驶的手动/自动开关，当自动驾驶时，将与驾驶者操作的油门开度独立、车辆行驶控制装置5运算的油门开度相当信号替代油门开度，输入到变速器控制装置21和发动机控制装置11。在自动巡航控制的情况下，将作为目标的设定车速输入到车辆行驶控制装置5中。

本发明的车辆行驶控制装置5具有图3所示的最佳燃料消耗率图，其以图的形式存储于车辆行驶控制装置5的存储装置中。对应于发动机转速与输出转矩、即发动机的工作点来确定发动机的燃料消耗率，但最佳燃料消耗率图表示对发动机的一定的输出成为最佳燃料消耗率的发动机转速与输出转矩的关系，为每个发动机特有的图3的虚线曲线所示的特性。

下面，用图4来说明本发明的车辆行驶控制装置5执行的前车追踪控制的概要。在车辆行驶控制装置5中设置目标驱动力运算装置5A、发动机最佳运算装置5B和变速点修正运算装置5C。目标驱动力运算装置5A根据由来自车间距离传感器4的车间距离信息确定的目标加速度a_des与车速V_f，算出目标驱动力F_des。发动机最佳运算装置5B如后所述(图5)，具有最佳燃费点算出装置51和油门开度算出装置52，根据目标驱动力F_des与车速V_f，确定油门开度相当信号α_des。将油门开度相当信号α_des输入发动机控制装置，构成确定发动机1的燃料提供量的参数。另外，由发动机最佳运算装置5B的最佳燃费点算出装置51确定的最佳发动机转速ω_des被输入到变速点修正运算装置5C。

变速点修正运算装置5C如后所述(图5)，具有目标变速比算出装置53，在根据最佳发动机转速ω_des与车速V_f确定目标变速比Ig_des之后，根据目标变速比Ig_des与实际变速比Ig_f的变速比差，运算车速修正量ΔV_f，输出将车速V_f与车速修正量ΔV_f相加的信号V_fv。变速器2的变速档由该信号V_fv控制。这样，在前车追踪控制中，执行变速器的控制，使发动机转速收敛到接近由发动机最佳运算装置5B确定的最佳发动机转速ω_des。

图5中示出本发明的车辆行驶控制装置5中的处理步骤和信号流程。在前车追踪控制中，首先，由目标驱动力运算装置5A(图4)根据利用车间距离信息求出的目标加速度a_des与车速V_f，如下运算目标驱动力F_des。

F_des＝F_R+(m+Δm)×a_des

这里，F_R是运行阻抗等车辆的行驶阻抗，是由车辆重量或车辆的行驶状态确定的量。另外，m和Δm分别是车辆质量、旋转部分相当质量，是车辆固有的值。

将算出的目标驱动力F_des与由车速传感器4检测出的车速V_f一起输入到最佳燃费点算出装置51。最佳燃费点算出装置51以目标驱动力F_des与车速V_f的乘法来算出生成目标驱动力F_des所需的发动机的输出P_des。即，

P_des＝F_des×V_f

最佳燃费点算出装置51中具备图3所示的最佳燃料消耗率图。最佳燃料消耗率图表示对发动机的一定的输出成为最佳燃料消耗率的发动机转速与输出转矩的关系，根据该图，确定成为用于产生发动机的输出P_des的最小燃料消耗量的最佳发动机转速ω_des与最佳发动机输出转矩T_des。图6图示该确定方法，可求出最佳发动机转速ω_des与最佳发动机输出转矩T_des，作为构成产生目标驱动力F_des所需的发动机输出P_des(图6的目标输出线)与最佳燃料消耗率的曲线交点的工作点。

将由最佳燃费点算出装置51确定的最佳发动机转速ω_des与最佳发动机输出转矩T_des输入油门开度算出装置52。在油门开度算出装置52中，以图的形式存储对应于图7所示的发动机工作点来确定油门开度相当信号的特性图，油门开度算出装置52利用该特性图来算出对应于最佳发动机转速ω_des与最佳发动机输出转矩T_des的油门开度相当信号α_des。将算出的油门开度相当信号α_des经变速器控制装置21送到发动机控制装置11，用作控制发动机1的参数。因此，发动机1构成与最佳燃费点相当的油门开度，在前车追踪控制中，以燃料消耗率为最佳的状态来动作。

下面，说明本发明的车辆行驶控制装置5中的变速器控制。在车辆行驶控制装置5中具备图5的目标变速比算出装置53，将由最佳燃费点算出装置51确定的最佳发动机转速ω_des与车速V_f一起，输入到目标变速比算出装置53。通常，发动机转速ω与车速V_f成比例关系，若将变速器2的变速比设为Ig，则两者的关系由

ω＝C×Ig×V_f(C为常数)

表示。因此，为使发动机1成为最佳发动机转速ω_des的目标变速比Ig_des如下所示。

Ig_des＝(1/C)×(ω_des/V_f)

另一方面，在车辆行驶控制装置5中具备求出实际变速比Ig_r的实际变速比算出装置54，实际变速比算出装置54根据实际的发动机转速ω_r与车速V_f，如下求出。

Ig_r＝(1/C)×(ω_r/V_f)

实际变速比Ig_r对应于变速器2的变速档，但适用本发明的车辆变速器是具有多个变速档的有级变速器，Ig_r是所谓离散的固有值，未必与目标变速比Ig_des一致，实际的发动机转速ω_r不成为最佳发动机转速ω_des。因此，若计算车速修正量ΔV_f，使当向车速V_f加上车速修正量ΔV_f时，ω_r与ω_des一致，则有

C×(V_f+ΔV_f)×Ig_r＝C×V_f×Ig_des

ΔV_f＝(Ig_des-Ig_r)×(V_f/Ig_r)

这里，由于V_f和Ig_r被视为常数，所以车速修正量ΔV_f和目标变速比Ig_des与实际变速比Ig_r的变速比差(Ig_des-Ig_r)成为比例的量，两者可简单变换。

在本发明的车辆行驶控制装置5中，设置执行目标变速比Ig_des和实际变速比Ig_r的减法处理的减法处理装置55，算出作为两者偏差的变速比差(Ig_des-Ig_r)。将变速比差送至PID控制器56，在这里运算为对应于变速比差的适当量，再变换为车速量，作为车速修正量ΔV_f输出。算出由加法处理装置将车速修正量ΔV_f57与车速V_f进行相加后的信号V_fv(修正后车速)。将信号V_fv输入控制变速器2的变速档的变速器控制装置21，成为决定变速器2的变速档的车速信号。由此，不改变变速器控制装置21的构成来修正变速点，实质上变更变速档决定装置中的图2所示的特性。另外，在变速器控制装置21的输入侧，设置切换自动驾驶与手动驾驶的手动/自动开关，当手动驾驶时，将车速V_f原样输入变速器控制装置21。

本实施例中使用的PID控制器是执行比例动作(P动作)和积分动作(I动作)的控制器，运算对应于变速比差(Ig_des-Ig_r)的车速修正量ΔV_f，作为将与变速比差成比例的量和对变速比差时间积分的量相加的量。PID控制器通过调整P动作或I动作的增益，改变对于变速比差的车速修正量ΔV_f的大小，可使控制动作适当化。例如，若减小增益，则车速修正量ΔV_f平缓变化，成为即便产生变速比差也难以引起变速档切换的特性，可防止伴随急剧的变速档切换的变速冲击(shock)或变速档切换的重复脉动(hunting)。根据情况，也可加上微分动作(D动作)，提高控制动作的响应性。

参照图8来说明本发明的变速器控制装置21的动作。图8使表示车速与发动机转速的关系的曲线(下图)与表示变速点特性(换档规律)的图2相对应。

下图中，将实际变速比Ig_r表示为直线的斜率，实际的发动机转速ω_r变为对应于当前变速档N速的直线上的工作点A。如上所述，由于实际变速比Ig_r为离散值，所以在前车追踪控制中，由最佳燃费点算出装置51确定的最佳发动机转速ω_des有时与实际的发动机转速ω_r不同。此时，根据由ω_des确定的目标变速比Ig_des与Ig_r的偏差，由PID控制器执行运算，算出车速修正量ΔV_f。若ΔV_f的值增加，(V_f+ΔV_f)的大小超过变速点，则变速档切换为邻接的变速档、例如N+1速。由此，工作点变为B，发动机的状态移动到接近最佳发动机转速ω_des的工作点，所以改善了其燃料消耗率。

当从N速的变速档切换为N+1速时，发动机转速以步进状变化，由于车速V_f在短时间内不变化，所以实际的发动机转速ω_r有时比最佳发动机转速ω_des小。若产生这种突变，则控制系统变得不稳定，产生重复变速档的切换之脉动，有可能发动机转速的收敛产生时间延迟。在本发明中，通过调整PID控制中的P动作和I动作的增益，可变更车速修正量ΔV_f的时间增加状态，防止不稳定的控制动作。随着时间经过，车速V_f等变化，最佳发动机转速ω_des改变，实际的发动机转速ω_r与最佳发动机转速ω_des成方一致。

如上所述，本发明在搭载了发动机和具有多个变速档的变速器的车辆中，为了实现作为目标的车辆行驶状态，使用最佳燃料消耗率图来控制发动机动作状态，并控制变速器，以适当转移到对应于发动机动作状态的变速档。在上述实施例中，说明了前车追踪控制时的车辆行驶控制装置，但本发明也可适用于自动巡航控制中。另外，显而易见，不限于柴油发动机，也可适用于例如汽油发动机，可对实施例进行各种变形。

Claims

1.一种车辆的车辆行驶控制装置，车辆具备发动机和具有多个变速档的变速器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的车辆行驶控制装置，其特征在于：

对应于所述变速比差的车速修正量，包含与所述变速比差成比例的量与对所述变速比差进行时间积分的量。