CN101349891B - 车辆控制器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆控制器及控制方法。ECU执行包括以下步骤的程序：基于由加速器位置传感器(8010)传送的信号来检测加速器位置(S100)；计算当前由车辆实际输出的驱动力(S102)；根据加速器位置和当前由车辆实际输出的驱动力，估计驾驶员所期望的驱动力(S104)；确定目标节气门开启位置，使得驾驶员所期望的驱动力与当前由车辆实际输出的驱动力之间的差值变小(S106)；以及控制电子节气门(8016)(S108)。

Description

车辆控制器及控制方法
此非临时申请基于2007年7月18日向日本特许厅提交的日本专利申请No.2007-186548，该申请的全部内容结合在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种车辆控制器及控制方法，更具体地，涉及一种用于控制车辆驱动力的技术。
背景技术
传统上已经公知被控制成使得输出对应于加速器踏板的操作(加速器位置)的驱动力的车辆驱动源和自动变速器。例如，调节发动机来实现根据加速器踏板的操作量确定的目标节气门开启位置。此外，调节自动变速器来获得根据加速器踏板的操作量确定的档位。
由于进气系统中发动机工作的延迟响应和驱动力传递系统中的延迟响应，实际的驱动力伴有延迟地跟随加速器踏板操作。在发动机和自动变速器经由两者之间的变矩器相连的车辆中，由于变矩器的转矩放大作用，相对于加速器踏板操作被延迟的转矩可能会增大。在这种情况下，当驾驶员踩踏加速器踏板时，他/她可能判定为驱动力不充足，并且他/她可能比必要时踩踏加速器踏板更多。在那种情况下，驱动力最终将过大。从而，输出与驾驶员所期望的驱动力不同的驱动力。考虑到上述问题，已提出了一种用于通过计算驾驶员所期望的驱动力来控制车辆驱动力的技术。
日本专利特开02-138561号公报公开了一种用于自动变速器的控制装置，其中，由节气门开启位置计算驾驶员所期望的驱动力，由节气门开启位置和发动机转速计算车辆实际输出的驱动力，并根据驾驶员所期望的驱动力与车辆实际输出的驱动力之间的比值来换档。
驾驶员操作加速器踏板(节气门)，以便消除(平衡，balance)实际驱动力相对于所期望的驱动力的过量和不足。因此，即使加速器位置(节气门开启位置)相同，所期望的驱动力也可能不同。在日本专利特开02-138561号公报所公开的控制装置中，在计算驾驶员所期望的驱动力时，没有考虑车辆实际输出的驱动力。因此，尚存在进一步进行改进以得到驾驶员所期望的驱动力的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够以更高的精度获得反映驾驶员所期望的驱动力的车辆控制器及控制方法。
根据一方面，车辆控制器包括检测加速器踏板的操作量的传感器，以及控制单元。所述控制单元计算从车辆输出的第一驱动力，根据所述第一驱动力和加速器踏板的操作量来估计驾驶员所期望的第二驱动力，并根据所述第二驱动力来控制车辆的驱动力。
在这种设置下，加速器踏板的操作量(加速器位置)被检测出。此外，从车辆输出的第一驱动力被计算出。驾驶员操作加速器踏板来消除所期望的驱动力与实际驱动力之间的过量和不足。从而，驾驶员所期望的驱动力被认为将加速器踏板的操作量反映在车辆实际输出的驱动力上。因此，根据作为车辆实际输出的驱动力的第一驱动力以及加速器踏板的操作量，来估计驾驶员所期望的第二驱动力。因而，能够更精确地估计驾驶员所期望的驱动力。根据被估计为驾驶员所期望的驱动力的第二驱动力，来控制车辆的驱动力。例如，调节车辆驱动力，使得驾驶员所期望的第二驱动力与车辆输出的第一驱动力之间的差值变小。因此，能够得到更好地反映驾驶员所期望驱动力的驱动力。
优选地，所述控制单元控制所述车辆的驱动力，使得所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值变小。
在这种设置下，车辆驱动力被调节成使得驾驶员所期望的第二驱动力与车辆输出的第一驱动力之间的差值变小。因此，能够得到更好地反映驾驶员所期望驱动力的驱动力。
更优选地，所述控制单元利用所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量对得到与所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值相应的所述加速器踏板的操作量的预定运算进行反算，来估计所述第二驱动力。
在这种设置下，实际的驱动力对所期望的驱动力的反馈结果被驾驶员作为加速器踏板的操作量而输出。因此，能够事先定义得到与驾驶员所期望的第二驱动力和车辆输出的第一驱动力之间的差值相应的加速器踏板操作量的运算。例如，事先通过试验、仿真等定义得到加速器踏板操作量的运算。通过使用第一驱动力和加速器踏板操作量对该运算进行反算，能够估计出第二驱动力。因而，能够更精确地估计驾驶员所期望的驱动力。
由以下结合附图对本发明的详细说明，本发明的前述及其他目的、特征、方面和优点将更为显而易见。
附图说明
图1是示出车辆结构的示意图。
图2是ECU的功能框图。
图3是示出驾驶员所期望的驱动力、实际输出的驱动力和加速器位置的(第一)曲线图。
图4示出了驾驶员思维的模型。
图5示出了用于估计驾驶员所期望的驱动力的模型。
图6示出了用于确定节气门开启位置的目标值的模型。
图7示出了由ECU执行的程序的控制结构。
图8是示出驾驶员所期望的驱动力、实际输出的驱动力和加速器位置的(第二)曲线图。
图9是示出驾驶员所期望的驱动力、实际输出的驱动力和加速器位置的(第三)曲线图。
图10是示出驾驶员所期望的驱动力、实际输出的驱动力和加速器位置的(第四)曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。在以下的说明中，相同的部件用相同的标记标示。它们的名称和功能也相同。因此，将不再重复说明。
参照图1，将说明设有根据本发明一实施例的控制器的车辆。该车辆是FF(发动机前置前轮驱动)车辆。注意该车辆还可以是FF车辆之外的车辆，例如FR(发动机前置后轮驱动)车辆。
车辆包括发动机1000、变矩器2000、自动变速器3000、差动齿轮4000、驱动轴5000、前轮6000以及ECU(电子控制单元)7000。
发动机1000为在气缸的燃烧室内燃烧由从喷射器(图未示)喷射出的燃料和空气组成的混合物的内燃机。气缸内的活塞通过燃烧被向下推动，从而转动曲轴。根据进入发动机1000的空气量来确定从喷射器喷射的燃料的量，从而获得期望的空燃比(例如，理论空燃比)。可以使用电动机代替发动机而作为驱动源。
自动变速器3000与发动机1000经由介于两者之间的变矩器2000相连接。从而，变矩器2000的输出轴转速(涡轮转速NT)等于自动变速器3000的输入轴转速。
自动变速器3000具有行星齿轮单元。自动变速器3000通过实现期望的档位而将曲轴的转速转变为期望的转速。取代自动变速器实现档位，可以安装连续地改变变速比的CVT(无级变速器)。可替代地，可以安装包括借助于液压作动器来转换的常啮合齿轮的自动变速器。
自动变速器3000的输出齿轮与差动齿轮4000相啮合。驱动轴5000与差动齿轮4000通过花键配合等相连接。动力经由驱动轴5000传递至左右前车轮6000。
轮速传感器8002、变速杆8004的位置传感器8006、加速器踏板8008的加速器踏板位置传感器8010、制动器踏板8012的行程传感器8014、电子节气门8016的节气门开启位置传感器8018、发动机转速传感器8020、输入轴转速传感器8022以及输出轴转速传感器8024经由导线等连接至ECU 7000。
轮速传感器8002分别检测车辆的四个车轮的车轮转速，并将表示检测结果的信号传送至ECU 7000。变速杆8004的位置由位置传感器8006检测，并且表示检测结果的信号被传送至ECU 7000。自动地选择与变速杆8004的位置相应的自动变速器3000的档位。另外，可以采用驾驶员能够选择手动变速模式以根据驾驶员的操作来任意选择档位的构型。
加速器踏板位置传感器8010检测由驾驶员操作的加速器踏板8008的踩踏量(加速器位置)，并将表示检测结果的信号传送至ECU 7000。行程传感器8014检测由驾驶员操作的制动器踏板8012的行程量，并将表示检测结果的信号传送至ECU 7000。
节气门开启位置传感器8018检测电子节气门8016(其位置由作动器来调整)的开度(节气门开启位置)，并将表示检测结果的信号传送至ECU7000。电子节气门8016调节发动机1000的进气量(发动机1000的输出)。发动机1000的进气量随着节气门开度的增加而增加。因而，可以使用节气门开启位置作为表示发动机1000的输出的值。可以通过改变设于气缸内的进气门(图未示)的提升量或作用角来调节进气量。这里，进气量随着所述提升量和/或作用角的增加而增加。
发动机转速传感器8020检测发动机1000的输出轴(曲轴)的转数(发动机转速NE)，并将表示检测结果的信号传送至ECU 7000。输入轴转速传感器8022检测自动变速器3000的输入轴转速NI(涡轮转速NT)，并将表示检测结果的信号传送至ECU 7000。
输出轴转速传感器8024检测自动变速器3000的输出轴转速NO，并将表示检测结果的信号传送至ECU 7000。ECU 7000基于输出轴转速NO、车轮半径等检测车速。可以通过公知的技术检测车速，因此不再重复说明。可以直接使用输出轴转速NO代替车速。
ECU 7000基于从前述传感器等传送的信号以及存储于ROM(只读存储器)内的图谱或程序来对设备进行控制，使得车辆达到所期望的运行状态。ECU 7000可以被划分为多个ECU。
在本实施例中，当变速杆8004处于D(驱动)位置从而选择了D(驱动)范围作为自动变速器3000的变速范围时，ECU 7000调整自动变速器3000来实现一档至六档中的一个档位。由于实现了一档至六档中的一个档位，自动变速器3000能够将驱动力传递至前车轮6000。注意，档位的数量不限于六个，还可以是七个或八个。根据使用节气门开启位置和车速确定的变速图来设定自动变速器3000的档位。可以使用加速器位置代替节气门开启位置。
下面将参照图2说明ECU 7000的功能。可以通过硬件或软件来实现ECU 7000的以下功能。
ECU 7000包括加速器位置检测单元7010、驱动力计算单元7020、驱动力估计单元7030、发动机控制单元7040以及变速器控制单元7050。加速器位置检测单元7010基于从加速器位置传感器8010传送的信号来检测加速器位置。
驱动力计算单元7020计算从车辆实际输出的驱动力。例如，使用具有发动机1000的输出转矩、变矩器2000的效率和转矩比、自动变速器3000的变速比、差动齿轮4000的变速比以及车轮半径作为参数的车辆模型，来计算从车辆实际输出的驱动力。发动机1000的输出转矩基于加速器位置、发动机转速NE、节气门开启位置等计算出。可以附加地利用车辆的加速度、由进气量算出的发动机1000的输出转矩以及设于车辆内的各作动器的操作量，来计算驱动力。关于从车辆实际输出的驱动力的计算方法，可以采用公知的常规技术，因此不再重复其说明。
驱动力估计单元7030根据加速器位置和从车辆实际输出的驱动力来估计驾驶员所期望的驱动力。以下将说明驾驶员所期望的驱动力的估计方法。
如图3所示，驾驶员操作加速器踏板8008来消除当前从车辆实际输出的驱动力与所期望的驱动力相比的过量和不足。作为示例，如果当前从车辆实际输出的驱动力小于所期望的驱动力，则加速器踏板8008被操作以增大加速器位置。如果当前从车辆实际输出的驱动力大于所期望的驱动力，则加速器踏板8008被操作以减小加速器位置。因此，可以认为实际的驱动力对所期望的驱动力的反馈结果被驾驶员作为加速器踏板位置而输出。
因此，驾驶员的思维可以被如图4所示制成模型。在图4中，被虚线所包围的部分表示驾驶员的思维模型。如上所述，使用该车辆模型来计算从车辆实际输出的驱动力。
在图4所示的模型中，可以看出驾驶员通过将所期望的驱动力与当前从车辆实际输出的驱动力之间的差值输入至PID(比例积分微分)控制，来输出加速器位置。
因此，使用驾驶员所期望的驱动力、加速器位置和车辆输出的驱动力，事先确定假定由驾驶员在PID控制中进行的运算。驾驶员所期望的驱动力由设计者通过实验、仿真等确定。对于加速器位置和车辆输出的驱动力，使用通过实验、仿真等得到的值。
如果在车辆行驶期间要估计驾驶员所期望的驱动力，则如图5所示，使用检测到的加速器位置和作为从车辆输出的驱动力而算出的驱动力，对上述预定的运算进行反算，从而估计出(计算出)驾驶员所期望的驱动力。具体地，在本实施例中，根据加速器位置和当前从车辆输出的驱动力，估计驾驶员所期望的驱动力。
发动机控制单元7040控制车辆的驱动力，使得驾驶员所期望的驱动力与从车辆实际输出的驱动力之间的差值变小。更具体地，如图6所示，通过PID控制来确定节气门开启位置的目标值，使得驾驶员所期望的驱动力与从车辆实际输出的驱动力之间的差值变小。
作为示例，假定当前从车辆实际输出的驱动力小于所期望的驱动力。在那种情况下，驾驶员所期望的驱动力与从车辆实际输出的驱动力之间的差值(差值的绝对值)越大，设定的目标值越大。如果当前从车辆实际输出的驱动力大于所期望的驱动力，则驾驶员所期望的驱动力与从车辆实际输出的驱动力之间的差值(差值的绝对值)越大，设定的目标值越小。考虑发动机1000和驱动力传递系统的滞后时间、响应延迟以及变矩器2000的转矩增幅，来设定节气门开启位置的目标值。设定节气门开启位置的方法不限于此。
控制电子节气门8016，使得实际的节气门开启位置与目标值相匹配。通过控制电子节气门8016，来控制发动机1000的输出转矩。结果，车辆的驱动力被控制成使得驾驶员所期望的驱动力与从车辆实际输出的驱动力之间的差值变小。代替节气门开启位置，也可以确定进气量、输出转矩、燃料喷射量等的目标值。
变速器控制单元7050使用驾驶员所期望的驱动力来控制自动变速器3000的变速。更具体地，驾驶员所期望的驱动力被转换为用于判定变速必要性的节气门开启位置，即档位。例如，驾驶员所期望的驱动力根据预定的图谱而被转换为节气门开启位置。节气门开启位置可以不同于由发动机控制单元7040计算出的节气门开启位置的目标值。
变速器控制单元7050利用通过转换驾驶员所期望的驱动力而得到的节气门开启位置，根据变速图来确定档位。控制自动变速器3000，使得达到所确定的档位。
代替将驾驶员所期望的驱动力转换为节气门开启位置，可以将驱动力转换为加速器位置来确定档位。可替代地，可以直接使用驾驶员所期望的驱动力来确定档位。
下面将参照图7说明由作为根据本实施例的控制器的ECU 7000执行的程序的控制结构。以下将说明的程序在预定期间内重复执行。此外，由ECU 7000执行的程序还可以记录在CD(光盘)、DVD(数字多用途光盘)等上并在市场上流通。
在步骤(下文中简写为“S”)100中，ECU 7000基于由加速器位置传感器8010传送的信号来检测加速器位置。在S102中，ECU 7000计算当前由车辆实际输出的驱动力。在S104中，ECU 7000根据当前由车辆实际输出的驱动力和加速器位置来估计驾驶员所期望的驱动力。
在S106中，ECU 7000确定目标节气门开启位置，使得驾驶员所期望的驱动力与当前车辆实际输出的驱动力之间的差值变小。在S108中，ECU7000控制电子节气门8016，使得实际的节气门开启位置达到目标值。
在S110中，ECU 7000将驾驶员所期望的驱动力转换为用于确定档位的节气门开启位置。在S112中，ECU 7000使用通过转换驾驶员所期望的驱动力而获得的节气门开启位置，根据变速图来确定档位。在S114中，ECU 7000控制自动变速器3000以实现所确定的档位。
下面将基于上述结构和流程图来说明ECU 7000的工作。
在车辆运行时，基于从加速器位置传感器8010传送的信号，检测加速器位置(S100)。此外，还计算当前从车辆实际输出的驱动力(S102)。根据当前从车辆实际输出的驱动力和加速器位置，来估计驾驶员所期望的驱动力(S104)。
确定目标节气门开启位置，使得驾驶员所期望的驱动力与当前由车辆实际输出的驱动力之间的差值变小(S106)。控制电子节气门8016，使得实际的节气门开启位置达到目标值(S108)。
结果，如图8中的单点划线所示，能够减小实际的驱动力相对于驾驶员所期望的驱动力的不足。从而，如图8中的双点划线所示，能够减小加速器踏板8008的过多操作量。结果，能够防止驱动力的超调(overshoot)，并且能够迅速达到驾驶员所期望的驱动力。
当确定档位时，如果使用了由加速器位置转换而得到的节气门开启位置，则操作加速器踏板8008以补偿从车辆实际输出的驱动力的响应延迟，因此，可能发生节气门开启位置的超调。节气门开启位置的超调会引起不必要的降档。
考虑到上述问题，在本实施例中，驾驶员所期望的驱动力被转换为用于确定档位的节气门开启位置(S110)。利用通过转换驾驶员所期望的驱动力而得到的节气门开启位置，根据变速图确定档位(S112)。控制自动变速器3000以实现所确定的档位(S114)。因此，如图10所示，能够防止用于确定档位的节气门开启位置的超调。因而，能够减小不必要的降档的次数。
如上所述，根据本发明的控制器，根据加速器位置和当前由车辆实际输出的驱动力来估计驾驶员所期望的驱动力。驾驶员操作加速器踏板来调节实际驱动力相对于所期望的驱动力的过量和不足。因此，驾驶员所期望的驱动力被认为将加速器踏板的操作量反映在由车辆实际输出的驱动力上。因此，使用加速器位置和当前从车辆实际输出的驱动力，能够更精确地估计驾驶员所期望的驱动力。目标节气门开启位置被确定为使得驾驶员所期望的驱动力与当前从车辆实际输出的驱动力之间的差值变小。电子节气门被控制成使得实际的节气门开启位置达到目标值。因此，能够实现精确地反映驾驶员所期望驱动力的驱动力。
可以使用转矩或加速度来代替驱动力。
尽管已详细说明和图示了本发明，但应当清楚地理解，所述说明和图示仅作为例述和示例给出，而不应被认为是限制，本发明的范围由所附权利要求的术语来解释。

Claims (6)

1.一种车辆控制器，包括：
传感器，所述传感器检测加速器踏板的操作量；以及
控制单元；
所述控制单元
计算从车辆输出的第一驱动力，
根据所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量估计驾驶员所期望的第二驱动力，并且
根据所述第二驱动力控制所述车辆的驱动力，其中
所述控制单元通过利用所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量对得到与所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值相应的所述加速器踏板的操作量的预定运算进行反算，来估计所述第二驱动力。
2.根据权利要求1所述的车辆控制器，其中
所述控制单元控制所述车辆的驱动力，使得所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值变小。
3.一种车辆控制方法，包括以下步骤：
检测加速器踏板的操作量；
计算从车辆输出的第一驱动力；
根据所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量，估计驾驶员所期望的第二驱动力；以及
根据所述第二驱动力控制所述车辆的驱动力，其中
估计所述第二驱动力的步骤包括：通过利用所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量对得到与所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值相应的所述加速器踏板的操作量的预定运算进行反算，来估计所述第二驱动力的步骤。
4.根据权利要求3所述的车辆控制方法，其中
所述根据所述第二驱动力控制所述车辆的驱动力的步骤包括控制所述车辆的驱动力使得所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值变小的步骤。
5.一种车辆控制器，包括：
用于检测加速器踏板的操作量的装置；
用于计算由车辆输出的第一驱动力的装置；
用于根据所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量估计驾驶员所期望的第二驱动力的估计装置；以及
用于根据所述第二驱动力控制所述车辆的驱动力的控制装置，其中
所述估计装置包括用于通过利用所述第一驱动力和所述加速器踏板的所述操作量对得到与所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值相应的所述加速器踏板的操作量的预定运算进行反算，来估计所述第二驱动力的装置。
6.根据权利要求5所述的车辆控制器，其中
所述控制装置包括用于控制所述车辆的驱动力，使得所述第二驱动力和所述第一驱动力之间的差值变小的装置。
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