JP2001282304A - スライディングモード制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライディングモード制御において、ハンチ
ングを防止するとともに外乱の影響を抑制する。 【解決手段】 変速機の入力軸回転速度の変化率制御に
おいて、スライディングモード制御部１０で非線形フィ
ードバック値を算出し変速クラッチ制御系１２に供給す
る。スライディングモード制御部１０は、位相空間にお
ける切換変数σの値によりフィードバックゲインαの符
号を切り換えるとともに、切換変数σの符号の時間的パ
ターンに応じてゲインαの値を増減調整する。切換変数
σの符号が交互に切り換わる場合にはハンチングが生じ
たとみなしてゲインを小さくし、切換変数σの符号が所
定時間継続する場合には外乱が印加されたとみなしてゲ
インを大きくする。ハンチングと外乱を識別すること
で、適切なゲイン調整が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスライディングモー
ド制御装置、特にスライディングモード制御における非
線形フィードバックゲインの調整に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、無段変速機の変速比制御にお
いて、油圧変動による変速ショックを抑制するため等に
スライディングモード制御が用いられている。一方、ス
ライディングモード制御においては、比較的制御量のハ
ンチングが生じやすいため、制御ゲインをどのように調
整するかが重要な課題となっている。

【０００３】例えば、特開平１１−１９４８０１号公報
には、無段変速機の変速比制御においてスライディング
モード制御を適用した場合が示されている。プライマリ
プーリの目標位置と実位置との偏差ｅと偏差の時間積分
で定義される位相空間（状態切換平面）でプライマリ油
圧フィードバックゲインＫの符号を切り換えるととも
に、実プライマリ回転数と平均回転数との分散を算出
し、この分散値が基準値以上となった場合に変速ハンチ
ングが生じたと判定してフィードバックゲインＫの値を
所定値分あるいは所定割合小さくしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、ハンチングの有無を平均値からの分
散で評価しているため、必ずしも適切なゲイン調整を行
うことができない問題があった。すなわち、仮に制御の
ハンチングが生じた場合には、確かにその分散値が増大
することとなり、分散値によりハンチングの発生を検出
することが可能であるが、制御系に何らかの外乱が印加
された場合、例えば変速比制御中にドライバが急激なア
クセル操作をした場合、平均値に対して実値は正負いず
れかの方向にシフトすることとなる。この状態はハンチ
ングではなく、一時的な平均値からのずれであるが、従
来技術においては分散で評価しているため、このような
場合にもハンチングが生じていると誤検出し、本来であ
ればフィードバックゲインを増大させて外乱を抑制しな
ければならないところ、逆にフィードバックゲインを下
げてしまう問題があった。

【０００５】図８〜図１０には、従来のスライディング
モード制御による制御の様子が示されている。図８は、
基準時（ハンチングや外乱が存在していないとき）の時
間応答であり、（ａ）は指令値、すなわち初期油圧指令
値にフィードバックゲイン量を付加した量であり、
（ｂ）はスライディングモード制御における切換変数σ
であり、（ｃ）は制御量である速度変化率ΔＮｔであ
る。基準時においては、制御のハンチングが生じていな
いため、分散も比較的小さく、フィードバックゲインは
ある一定値に維持される。

【０００６】図９は制御のハンチング（あるいはチャタ
リング）が生じた場合であり、この場合、分散値が増大
して基準値を超えるため、指令値を小さくして（図では
ゲインを１／３に小さくしている）ハンチングを収束さ
せる。

【０００７】一方、図１０は制御途中で外乱が印加され
た場合であり、約０．３秒の時点で外乱が印加される
と、分散が増大するため指令値をハンチング時と同様に
小さくして（ゲインを１／３に小さくして）しまう。す
ると、図に示されるように外乱の影響を抑制することが
できす、切換変数σや速度変化率ΔＮｔも収束しなくな
ってしまう。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、ハンチングのみな
らず、外乱が印加された場合においても適切にフィード
バックゲインを調整することができ、これによりハンチ
ングのみならず外乱も確実に抑制して制御の安定性を一
層高めることができる装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、制御対象をスライディングモード制御す
る制御装置であって、スライディングモード制御におけ
る切換変数の時間的履歴を記憶する手段と、前記時間的
履歴のパターンに応じて前記スライディングモード制御
による非線形フィードバックゲインを調整するゲイン調
整手段とを有することを特徴とする。

【００１０】スライディングモード制御では、目標値と
の偏差ｅ及び偏差時間積分∫ｅｄｔで形成される位相空
間における切換変数σの値の関数に係数（フィードバッ
クゲイン）を乗じて非線形フィードバック項を算出する
が、切換変数σの符号、すなわち切換超平面における切
換面（σ＝０）に対して＋側、−側のいずれに位置する
かは制御系の状態に応じて変化する。すなわち、制御目
標に対して過不足を繰り返すハンチングが生じた場合、
制御目標との偏差の周期的変化に応じて切換変数σの符
号も＋側と−側で周期的に切り換わる。また、制御系に
対して一方向の外乱が印加された場合、一時的に制御目
標に対して過分あるいは不足状態となり、切換変数σの
符号も＋側あるいは−側のいずれかに偏る。そこで、本
発明では、切換変数σの時間的履歴のパターン、より具
体的には、切換変数σの符号の変化パターンに応じてハ
ンチングの発生と外乱の印加を確実に識別し、ゲインの
増大調整を適切に行う。

【００１１】ここで、切換変数σの符号が略等間隔で交
互に切り換わるパターンである場合には非線形フィード
バックゲインの値を小さくし、切換変数σの符号が所定
時間同一となるパターンである場合には非線形フィード
バックゲインを大きく調整することが好適である。フィ
ードバックゲインを小さくすることでハンチングを収束
させ、フィードバックゲインを大きくすることで外乱の
影響を迅速に抑制できる。

【００１２】なお、符号が略等間隔で交互に切り換わる
とは、符号が＋から−に切り換わるときに＋である時間
と−である時間が所定の許容範囲内で同一であることを
意味し、切換変数σを所定のサンプリングタイミングで
算出する場合には＋の個数と−の個数がほぼ同数である
ことと技術的に均等である。また、符号が所定時間同一
となるとは、切換変数σを所定のサンプリングタイミン
グで算出する場合には＋あるいは−の連続数が一定値と
なることと技術的に等価である。

【００１３】本発明では、切換変数σの時間履歴のパタ
ーンに応じてゲインを増減調整するが、その調整量も時
間的履歴のパターンに応じて決定してもよい。例えば、
符号が所定時間同一となるときにゲインを大きくする場
合において、同一符号の継続時間の長短に応じてゲイン
の増大度を変化させる（継続時間が長いほどゲインをよ
り大きくする）などである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について、変速機の制御を例にとり説明する。

【００１５】変速機は、クラッチ・ブレーキなどの摩擦
係合装置とクラッチ・ブレーキ圧を制御するためのリニ
アソレノイドバルブ、アキュムレータコントロールバル
ブなどの油圧回路を含んで構成され、スロットル開度等
の運転条件に基づいて、目標入力軸回転速度の変化率を
設定し、この目標値となるようにクラッチ・ブレーキ圧
を制御する。本実施形態では、スライディングモード制
御により、アクセル外乱などによる変速ショックを抑制
すべく、入力軸回転速度の変化率を目標値に一致させる
ためにスライディングモード制御を適用する。

【００１６】図１には、本実施形態の構成ブロック図が
示されている。スライディングモード制御部１０は、制
御目標値Δｒとフィードバックされた速度変化率に基づ
いて計算される速度変化率の推定値との偏差ｅに基づい
てゲインαの符号及び値を増減調整してフィードバック
項を出力する。ゲインαが調整された非線形フィードバ
ック項Ｕｎｌは初期油圧指令値Ｕｌｉｎと加算され、入
力値Ｕ（Ｕ＝Ｕｌｉｎ＋Ｕｎｌ）として変速クラッチ制
御系１２に入力される。変速クラッチ制御系１２は、こ
の入力値Ｕに基づいて油圧を制御する。制御時間ｎ＋ｎ
ｋ（ｎｋは無駄時間）における速度変化率ΔＮｔ（ｎ＋
ｎｋ）は状態予測器１６に入力され、ΔＮｔ（ｎ＋ｎ
ｋ）から無駄時間ｎｋ前の時間ｎにおける速度変化率Δ
Ｎｔ（ｎ）を推定し、目標値との偏差を算出する差分器
に出力する。なお、図において＾（ハット）は推定値で
あることを示す。状態予測器１６は、無駄時間ｎｋ前の
速度変化率を推定する際に、スライディングモード制御
部１０からのフィードバック項をローパスフィルタ及び
差分器１４でフィルタ及び差分処理して用いる。

【００１７】従来においては、上述したように、偏差ｅ
＝ΔＮｔ（ｎ）（＾）−Δｒとその時間積分値∫ｅｄｔ
で構成される位相空間（切換超平面）において切換変数
が切換面（切換超平面における一点鎖線）の−側（領域
１側）にあるか＋側（領域２側）にあるかによりフィー
ドバックゲインαの符号を切り換えるとともに、平均値
からの偏差の分散と基準値とを大小比較することでゲイ
ンαの値を増減調整していたが、本実施形態では、ゲイ
ンαを増減調整する際に、分散を用いるのではなく、切
換超平面における切換変数σの時間的履歴のパターン、
より詳しくは切換変数αの符号の変化パターンに応じて
決定する。

【００１８】このため、本実施形態のスライディングモ
ード制御部１０には、切換超平面における切換変数σの
時間的履歴を記憶しそのパターンを判定する判定部、及
びそのパターンに基づいてゲインαを増減調整するゲイ
ン調整部が設けられている。パターン判定部及びゲイン
調整部は、具体的にはマイクロコンピュータで構成する
ことができる。

【００１９】図２及び図３には、切換変数σの符号の変
化パターンが例示されている。両図において、横軸は時
間、縦軸はσであり、σ＝０は切換面に対応する。ま
ず、図２においては、σの符号は＋側と−側にほぼ等し
い時間間隔で切り替わっており（＋側が連続して３個存
在し、次に−側が連続して３個存在する）、これはオー
バシュートと不足の状態が交互に繰り返されるハンチン
グが生じたことを示している。

【００２０】一方、図３においては、σの符号は一定時
間だけ−側となり、その後瞬間的に＋側に切り替わり、
その後再び−側となっている（−側に連続して５個存在
し、次に＋側の１個だけ存在する）。これは、ドライバ
が急激にアクセル操作をしたこと等により制御系に外乱
が印加され、目標値に対して速度変化率が過剰状態ある
いは不足状態となったことによるものである。

【００２１】このように、ハンチングが生じた場合と、
外乱が印加された場合では、σの符号のパターンに変化
が生じるため、パターン判定部ではσの符号の変化パタ
ーンが図２と図３のいずれであるかを判定して、パター
ン判定信号をゲイン調整部に供給する。ゲイン調整部で
は、σのパターンが図２のパターン、すなわち略等間隔
で＋と−が交互に切り換わるパターンである場合にはハ
ンチングが生じているとみなしてゲインαを現在の値か
ら所定量小さくする。また、図３のパターン、すなわち
＋あるいは−の符号が所定時間継続して存在するパター
ンである場合には外乱が印加されたとみなしてゲインα
を現在の値より所定量大きくし、外乱を抑制する。ゲイ
ン調整は、所定のサンプリングタイミング毎に行われ
る。但し、パターン判定部では切換変数σのパターンを
判定する必要があるので、当初は所定個数だけ切換変数
σが算出されるまで一定のゲインとし、その後は順次新
たな切換変数σに基づいてゲインを調整していけばよ
い。

【００２２】図４には、スライディングモード制御部１
０の処理フローチャートが示されている。まず、スライ
ディングモード制御部１０は、制御目標値との偏差ｅ
（ｅ＝ΔＮｔ（ｎ）（＾）−Δｒ）からσの値を算出す
る。σは、例えばσ＝ｅ＋ｋ∫ｅｄｔ（ｋは定数）で算
出することができる（Ｓ１０１）。算出されたσは、パ
ターン判定部のメモリに順次記憶される。パターン判定
部のメモリは、現在から過去数個のσの時間的履歴を保
持する（Ｓ１０２）。

【００２３】次に、パターン判定部は、Ｓ１０２で求め
た時間的履歴のパターンが、σの符号が略等間隔で＋、
−交互に切り換わるパターンであるか否かを判定する
（Ｓ１０３）。σを所定のサンプリング間隔で算出する
場合には、この判定は＋の個数と−の個数がほぼ同数で
交互に切り換わるか否かを判定すればよい。例えば、＋
の個数が４個で、次に−の個数が４個である場合には、
等間隔で交互に切り替わっていると判定する。また、＋
の個数が４個、−の個数が５個あるいは３個であって
も、ほぼ等間隔で交互に切り替わっていると判定でき
る。＋の連続個数に対し、所定割合の範囲で−の個数が
変動していても略等間隔とみなすことができる。

【００２４】そして、略等間隔で切り換わると判定され
た場合には、その旨の信号がパターン判定部から供給さ
れるので、ゲイン調整部は非線形フィードバック項Ｕｎ
ｌのゲインαの値を現在の値から所定量（例えば２％）
だけ小さくする（Ｓ１０４）。

【００２５】一方、Ｓ１０３でＮＯ、すなわちσの符号
が略等間隔で交互に切り替わっていない場合には、次に
Ｓ１０２で求めた時間的履歴のパターンが、σの符号が
所定時間継続しているパターンであるか否かを判定する
（Ｓ１０５）。この判定は、＋あるいは−の個数のいず
れかが連続して一定値以上存在するか否かを判定すれば
よい。例えば、＋の個数が１０個、次に−の個数が２個
である場合には、所定時間連続していると判定する。あ
るしきい値ｔｈを設け、＋の個数あるいは−の個数がこ
のしきい値ｔｈを超えた場合に一定時間継続していると
判定することもできる。そして、σの符号が一定時間以
上＋あるいは−である場合には、その旨の信号がパター
ン判定部から供給されるので、ゲイン調整部は非線形フ
ィードバック項Ｕｎｌのゲインαの値を現在の値から所
定量（例えば１％）だけ大きくする（Ｓ１０６）。

【００２６】σの符号のパターンがいずれでもない場合
には、現在のゲインαの値をそのまま維持する。

【００２７】以上のようにして、ゲインαの値を増減調
整した後、Ｕ＝Ｕｌｉｎ＋Ｕｎｌを変速クラッチ制御系
１２に出力する（Ｓ１０７）。Ｓ１０１〜Ｓ１０７の処
理は所定の制御周期で繰り返し実行される。したがっ
て、例えばＳ１０３でＹＥＳと判定され、ゲインαの値
が所定量だけ小さく設定された後に次の制御タイミング
でも依然としてσの符号が略等間隔で交互に切り替わっ
ている場合にはさらにゲインαの値が所定量だけ小さく
設定されることになる。これにより、ゲインαが徐々に
小さくなり、フィードバック項が小さくなってハンチン
グが抑制される。σの符号が所定時間継続する場合も同
様であり、制御周期が繰り返される度にゲインが徐々に
大きくなり、外乱が抑制される。

【００２８】図５〜図７には、本実施形態のスライディ
ングモード制御の時間応答が示されている。図５〜図７
はそれぞれ従来技術の図８〜図１０に対応し、図５は基
準時の時間応答、図６はハンチング時の時間応答、図７
は外乱印加時の時間応答である。

【００２９】基準時においては、図５（ｂ）に示される
ようにσはほぼ０を維持するため（ａ）に示されるよう
に指令値もほぼ一定である。なお、従来の基準時と比較
した場合、本実施形態のゲイン値は従来よりも小さく設
定される。これは、本実施形態では外乱印加時にも確実
にゲインを大きくすることができるためであり、ゲイン
を小さく設定することでハンチングの発生を効果的に防
止することができる。

【００３０】仮にハンチング（チャタリング）が発生し
た場合、図６（ｂ）に示されるようにσの符号が交互に
切り替わり、（ａ）に示されるようにゲイン調整部がゲ
インを徐々に小さくする。このため、（ｃ）に示される
ように短時間で速度変化率ΔＮｔ（ｎ）も目標値に収束
する。

【００３１】また、図７に示されるように、制御途中
（図では０．３秒後）に外乱が印加された場合、（ｂ）
に示されるようにこの外乱の影響によりσの符号が一定
時間−となり、（ａ）に示されるようにゲイン調整部が
ゲインを徐々に大きく設定する。このため、（ｃ）に示
されるように、外乱印加後短時間の内に速度変化率ΔＮ
ｔ（ｎ）を目標値に収束させることができる。

【００３２】なお、図７において、外乱の程度によりσ
の符号が−となる時間が増大し、あるいは−の符号の連
続個数が増大するから、ゲインの増大量を一定とするの
ではなく、継続時間あるいは連続個数によってゲインの
増大量を可変とすることもできる。これにより、さらに
迅速に外乱が抑制される。

【００３３】以上、本発明の実施形態について、変速機
の制御に適用する場合について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、スライディングモードで
制御する任意の制御対象に用いることが可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、スライディングモード
制御においてハンチングを防止するとともに、制御系に
外乱が印加された場合にも確実にこの外乱を抑制し、制
御の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の構成ブロック図である。

【図２】 切換変数σの符号が交互に変化する場合の説
明図である。

【図３】 切換変数σの符号が−側に偏る場合の説明図
である。

【図４】 実施形態の処理フローチャートである。

【図５】 実施形態の基準時における時間応答を示す図
である。

【図６】 実施形態のハンチング発生時の時間応答を示
す図である。

【図７】 実施形態の外乱印加時の時間応答を示す図で
ある。

【図８】 従来技術の基準時の時間応答を示す図であ
る。

【図９】 従来技術のハンチング発生時の時間応答を示
す図である。

【図１０】 従来技術の外乱印加時の時間応答を示す図
である。

【符号の説明】

１０ スライディングモード制御部、１２ 変速クラッ
チ制御系、１４ ローパスフィルタおよび差分器、１６
状態予測器。

フロントページの続き (72)発明者 大澤 正敬 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 河野 克己 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 鈴木 俊成 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3J552 MA02 MA06 PA56 RA02 SA07 TA02 TA17 VA17Y VA32Y VC03Z 5H004 GA06 GB12 HA08 HB08 JB21 KA72 KA74 KC53 LA05 LB07 LB10 MA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象をスライディングモード制御す
   る制御装置であって、 スライディングモード制御における切換変数の時間的履
   歴を記憶する手段と、 前記時間的履歴のパターンに応じて前記スライディング
   モード制御による非線形フィードバックゲインを調整す
   るゲイン調整手段と、 を有することを特徴とするスライディングモード制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記時間的履歴のパターンは、前記切換変数の符号の変
   化パターンであることを特徴とするスライディングモー
   ド制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、 前記ゲイン調整手段は、前記切換変数の符号が略等間隔
   で交互に切り換わるパターンである場合には前記非線形
   フィードバックゲインを小さくすることを特徴とするス
   ライディングモード制御装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の装置において、 前記ゲイン調整手段は、前記切換変数の符号が所定時間
   同一となるパターンである場合には前記非線形フィード
   バックゲインを大きくすることを特徴とするスライディ
   ングモード制御装置。