JP2002036917A - 無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィードバック制御系の制御性能を安定に保
ちながら、状態フィードバックゲインを制御途中で切り
換える。 【解決手段】 状態空間法を用いたモデルフォローイン
グ制御手法により加速度推定値αwfを目標加速度αw^*に
一致させるための操作量を演算し、エンジンと無段変速
機を制御する場合に、状態フィードバックゲインＫを切
り換えるときに、切り換え前後で操作量が連続的に変化
するように、規範モデル出力の加速度指令値αrefと加
速度推定値αwfの偏差積分器の初期値を設定する。これ
により、状態フィードバックゲインの切り換え前後にお
いても操作量が連続的に変化し、フィードバック制御系
の応答が乱れることがない。したがって、状態フィード
バックゲインの切り換えを比較的自由にできるので、非
線形な制御対象であっても、広い運転領域において安定
でかつ応答の速い制御性能を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無段変速機を備え
た車両の加減速度を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】状態空間法を用いたモデルフォローイン
グ制御装置として、図１３に示すように、制御対象の状
態量ｘ(t)、規範モデルの状態量ｘm(t)、および規範モ
デルの出力ｙm(t)と制御対象の出力ｙ(t)との偏差ｅ(t)
の積分値のすべてを状態量とした拡大システムを定義
し、状態フィードバックを施すことによってロバスト性
を改善したモデル追従型サーボコントローラーが知られ
ている（例えば、「航空宇宙における誘導と制御」西
村、金井、村田共著 コロナ社 pp１０１〜pp１０３参
照）。

【０００３】また、線形制御理論に基づく線形コントロ
ーラーを実際の非線形な制御対象に適用する際に、”モ
デル化誤差”に起因した”安定性劣化”を解消するため
に、制御途中で制御ゲインを切り換える”ゲインスケジ
ューリング”がよく行われる。

【０００４】さらに、モデルフォローイング制御の具体
的な応用例として、ＣＶＴなどの無段変速機を備えた車
両の駆動力制御装置がある。この装置では、エンジンの
最適燃費（効率）運転線、あるいは燃料カット時のエン
ジンブレーキ特性線に基づいて決定したエンジン運転点
拘束条件、すなわちエンジントルクとエンジン回転速度
との関係を満たしながら、第１目標である目標駆動力に
推定駆動力を一致させるために必要なエンジントルク指
令値と無段変速機の変速比指令値を演算し、それぞれ別
個に制御して二つの指令値を同時に達成するフィードバ
ック補償器を構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置では、サー
ボコントローラーの内部状態量と無関係に、状態フィー
ドバックゲインを制御途中で切り換えているので、切り
換え前後において操作量（コントローラーの出力値）が
急変し、応答が乱れたりして制御性能が悪化するという
問題がある。

【０００６】本発明の目的は、フィードバック制御系の
制御性能を安定に保ちながら、状態フィードバックゲイ
ンを制御途中で切り換えことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明の一実施の形態を示
す図１および図８に基づいて本発明を説明すると、 （１） 請求項１の発明は、車速を検出する車速検出手
段８と、車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する
加速度推定手段４と、車両の目標加速度αw^*を設定する
目標加速度設定手段４と、状態空間法を用いたモデルフ
ォローイング制御手法により加速度推定値αwfを目標加
速度αw^*に一致させるための操作量を演算してエンジン
１と無段変速機３を制御する制御手段４であって、目標
加速度αw^*を入力し加速度指令値αrefを出力する規範
モデル手段４ａと、加速度指令値αrefと加速度推定値
αwfとの偏差を積分する積分手段４ｂと、積分手段４ｂ
の出力を用いて操作量を演算する状態フィードバック手
段４ｃとを有する制御手段４と、状態フィードバックゲ
インＫを切り換えるときに、切り換え前後で操作量が連
続的に変化するように積分手段の初期値を設定する初期
値設定手段４とを備え、これにより上記目的を達成す
る。 （２） 請求項２の発明は、車速を検出する車速検出手
段８と、車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する
加速度推定手段４と、車両の目標加速度αw^*を設定する
目標加速度設定手段４と、無段変速機入力軸の回転速度
を検出する回転速度検出手段１１と、無段変速機入力軸
の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段４と、
状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法によ
り加速度推定値αwfを目標加速度αw^*に一致させるため
の無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*
を演算してエンジン１と無段変速機３を制御する制御手
段４であって、目標加速度αw^*を入力し加速度指令値α
refを出力する規範モデル手段４ａと、加速度指令値αr
efと加速度推定値αwfとの偏差を積分する第１の積分手
段４ｂと、無段変速機入力軸の目標回転速度と回転速度
検出値との偏差を積分する第２の積分手段４ｅと、第１
および第２の積分手段４ｂ、４ｅの出力を用いて無段変
速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*を演算す
る状態フィードバック手段４ｃとを有する制御手段４
と、状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切
り換え前後で無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比
指令値Ｉp^*が連続的に変化するように第１および第２の
積分手段４ｂ、４ｅの各初期値を設定する初期値設定手
段４とを備え、これにより上記目的を達成する。 （３） 請求項３の無段変速機を備えた車両の加減速度
制御装置は、車速検出値と無段変速機入力トルクとに基
づいて状態フィードバックゲインＫを切り換えるように
したものである。

【０００８】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。

【０００９】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、状態
空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加
速度推定値を目標加速度に一致させるための操作量を演
算してエンジンと無段変速機を制御する場合に、状態フ
ィードバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後
で操作量が連続的に変化するように、規範モデル出力の
加速度指令値と加速度推定値の偏差積分手段の初期値を
設定するようにしたので、状態フィードバックゲインの
切り換え前後においても操作量が連続的に変化し、フィ
ードバック制御系の応答が乱れることがない。したがっ
て、状態フィードバックゲインの切り換えを比較的自由
にできるので、非線形な制御対象であっても、広い運転
領域において安定でかつ応答の速い制御性能を実現する
ことができる。 （２） 請求項２の発明によれば、状態空間法を用いた
モデルフォローイング制御手法により加速度推定値を目
標加速度に一致させるための無段変速機入力トルク指令
値と変速比指令値を演算してエンジンと無段変速機を制
御する場合に、状態フィードバックゲインを切り換える
ときに、切り換え前後で無段変速機入力トルク指令値と
変速比指令値が連続的に変化するように、規範モデル出
力の加速度指令値と加速度推定値の偏差を積分する第１
の積分手段の初期値と、無段変速機入力軸の目標回転速
度と回転速度検出値の偏差を積分する第２の積分手段の
初期値とを設定するようにしたので、状態フィードバッ
クゲインの切り換え前後においても無段変速機入力トル
ク指令値と変速比指令値が連続的に変化し、フィードバ
ック制御系の応答が乱れることがない。したがって、状
態フィードバックゲインの切り換えを比較的自由にでき
るので、無段変速機を備えた車両のような非線形な制御
対象であっても、広い運転領域において安定でかつ応答
の速い制御性能を実現することができる。 （３） 請求項３の発明によれば、車速検出値と無段変
速機入力トルクとに基づいて状態フィードバックゲイン
を切り換えるようにしたので、無段変速機を備えた車両
のような非線形な制御対象であっても、広い車速域と広
いトルク域において安定でかつ応答の速い制御性能を実
現することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の構成を示す
図である。一実施の形態の車両のパワートレインはエン
ジン１、ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター
２および無段変速機（ＣＶＴ）３から構成される。エン
ジン１は、電子制御式スロットルバルブアクチュエータ
ー（不図示）による吸入空気量制御と、インジェクター
（不図示）による燃料噴射制御と、点火装置（不図示）
による点火時期制御とにより、エンジントルクが制御さ
れる。

【００１１】ロックアップクラッチ付きトルクコンバー
ター２のロックアップクラッチは、極低速域でのみ開放
して停車と発進とを可能にし、さらに振動をダンピング
する。一方、中高速域ではロックアップクラッチを締結
して伝達効率を向上させる。無段変速機３は、ベルトを
張るプライマリープーリーとセカンダリープーリーの有
効半径を油圧機構（不図示）で調節して変速比を可変に
する。なお、無段変速機３はベルト式に限定されず、例
えばトロイダル式でもよい。

【００１２】加減速度コントローラー４、エンジントル
クコントローラー５およびＣＶＴ＆クラッチコントロー
ラー６はそれぞれ、マイクロコンピューターとＲＯＭ、
ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーター、各種タイマーなどの周辺
回路や、通信回路、各種アクチュエーターの駆動回路な
どを備え、互いに高速通信線１３を介して通信を行う。

【００１３】加減速度コントローラー４は、車速検出値
にバンドパスフィルター処理を施して車両の加速度αwf
を推定し、目標加速度αw^*に対して加速度推定値αwfを
フィードバックして加速度フィードバック制御を行う。
加減速度コントローラー４には、アクセルペダルの踏み
込み量（以下、アクセル開度と呼ぶ）Ａpoを検出するア
クセルセンサー７と、駆動輪１４の周速（以下、車輪速
と呼ぶ）Ｖwを検出するための車輪速センサー８とが接
続される。なお、車輪速Ｖwは車速に等しい。

【００１４】エンジントルクコントローラー５は、吸入
空気量制御、燃料噴射制御および点火時期制御によりエ
ンジン１のトルクを制御する。エンジントルクコントロ
ーラー５には、エンジン１の回転速度ωeを検出するた
めのクランク角センサー９が接続される。ＣＶＴ＆クラ
ッチコントローラー６は、油圧機構（不図示）を制御し
て無段変速機３の変速比を制御する。ＣＶＴ＆クラッチ
コントローラー６には無段変速機３のプライマリープー
リーの回転速度ωpを検出するためのプライマリー速度
センサー１０と、セカンダリープーリーの回転速度ωs
を検出するためのセカンダリー速度センサー１１とが接
続される。

【００１５】図２は、一実施の形態の加速度制御プログ
ラムを示すフローチャートである。このフローチャート
により、一実施の形態の動作を説明する。加減速度コン
トローラー４のマイクロコンピューターは、所定の時間
間隔、例えば１０msecごとにこの制御プログラムを実行
する。

【００１６】ステップ１において、アクセルセンサー７
からアクセル開度Ａpoを読み込む。ステップ２では、車
輪速センサー８からのパルス信号を計測してタイヤの有
効半径Ｒに対する駆動輪１４の周速、すなわち車輪速Ｖ
wを検出する。なお、この車輪速Ｖwは車速に等しい。続
くステップ３で、ＣＶＴ＆クラッチコントローラー６か
ら高速通信線１３を介して無段変速機３のプライマリー
プーリー（入力軸）の回転速度ωp、セカンダリープー
リー（出力軸）の回転速度ωsおよび変速比Ｉp（＝ωp
／ωs）を読み込むとともに、エンジントルクコントロ
ーラー５から高速通信線１３を介してエンジン１の回転
速度ωeを読み込む。

【００１７】ステップ４において、アクセル開度Ａpoと
車輪速Ｖwとに基づいて目標加速度αw^*を演算する。具
体的には、図３に示すようなアクセル開度Ａpoと車輪速
Ｖwに対する目標加速度αw^*のマップを設定しておき、
検出したアクセル開度Ａpoと車輪速Ｖwに対する目標加
速度αw^*を表引き演算する。なお、目標加速度αw^*の設
定方法はこの実施の形態の設定方法に限定されず、例え
ばアクセル開度Ａpoのみに応じて目標加速度αw^*を設定
するようにしてもよい。

【００１８】ステップ５では、車輪速Ｖwにバンドパス
フィルター処理を施して加速度推定値αwfを演算する。
以下、加速度推定値αwfの演算方法を説明する。

【００１９】まず、車輪速Ｖwを入力とし加速度推定値
αwfを出力とする連続時間系の伝達関数Ｇbp(s)を次の
ように記述する。

【数１】 （１）式において、ｓはラプラス演算子、ωnは固有角
周波数、ζnは減衰率であり、ωnとζnは車輪速検出値
Ｖwに含まれるノイズレベルに応じて決定する。

【００２０】次に、この伝達関数Ｇbp(s)を状態ベクト
ルによる表現に変換すると、図４に示すブロック線図で
表され、状態変数ベクトルｘfを用いた状態方程式と出
力方程式は次のように記述される。

【数２】 （２）式において、Ａf、Ｂf、Ｃf、Ｄfは固有角周波数
ωnや減衰率ζnから決まる定数行列である。

【００２１】バンドパスフィルターの出力である加速度
推定値αwf以外に、バンドパスフィルターの内部状態変
数ベクトルｘfを算出するために、（２）式に示す連続
時間系の状態方程式と出力方程式の形で演算を行う。ま
た、加速度制御用状態フィードバック補償器の設計を連
続時間系で行うために積分演算をオイラー積分とする
と、上記（２）式の状態方程式と出力方程式を、実際に
マイクロコンピューターのソフトウエアで実行可能な差
分方程式として次のように表すことができる。

【数３】 （３）式において、Ｔsmpはサンプリング周期であり、
この実施の形態では１０msecである。また、（ｋ）は現
在値、（ｋ−ｎ）はｎサンプリング周期前の値を示す。
この数式３を実行して加速度推定値αwfを求める。

【００２２】ステップ６では、エンジントルク指令値Ｔ
e^*から実際のエンジントルクＴeまでを簡易な一次遅れ
モデルとし、エンジントルク指令値Ｔe^*に対する実際の
エンジントルクＴeを推定する。まず、エンジントルク
指令値Ｔe^*から実際のエンジントルクＴeまでの連続時
間系の伝達関数Ｇengを次のように記述する。

【数４】 （４）式において、Ｔengは時定数である。

【００２３】（４）式をタスティン近似などで離散化
し、実際にマイクロコンピューターのソフトウエアで実
行可能な差分方程式を求めて実行する。

【数５】 （５）式において、TEN０、TEN１、TED１は、時定数Ｔe
ngおよびサンプリング周期Ｔsmpから決まる定数であ
る。

【００２４】ステップ７では、図５に示すような予め設
定したエンジン運転点拘束線マップから、エンジントル
ク推定値Ｔeに対応するエンジン回転速度ωeを表引き演
算する。エンジン運転点拘束線マップ図５において、正
のトルク域ではエンジン最適燃費（効率）運転線を拘束
線として用い、負のトルク域ではエンジンブレーキ特性
線を拘束線として用いる。なお、エンジン最適燃費運転
線はエンジン等出力線上の最も燃料消費量が少ないエン
ジン運転点を連ねた特性線である。また、エンジンブレ
ーキ特性線はスロットルバルブ全閉で、且つ燃料カット
時のエンジン運転点であり、このエンジンブレーキ特性
線に沿って制御することにより、無段変速機３のダウン
シフト時のエンジンブレーキ制御を可能にする。

【００２５】この実施の形態では、トルクコンバーター
２のロックアップクラッチが締結された状態のみを考え
るので、エンジン回転速度ωeは無段変速機３のプライ
マリープーリー（入力軸）の回転速度ωpに等しい。そ
こで、図５のマップから表引き演算して求めたエンジン
回転速度ωeを目標プライマリープーリー回転速度（無
段変速機入力軸回転速度）ωp^*とする。そして、目標プ
ライマリープーリー回転速度ωp^*と実際のプライマリー
プーリーの回転速度ωpとの偏差を積分した値Ｚを算出
する。

【数６】

【００２６】ステップ８において、加速度フィードバッ
ク制御でゲイン切り換えを行うための運転領域判定を行
う。この実施の形態では、図６に示すように、車輪速Ｖ
wの値と無段変速機３の入力トルクＴpの符号とに基づい
て運転領域を６分割し、ゲイン切り換えを行う。なお、
この一実施の形態ではトルクコンバーター２のロックア
ップクラッチが締結された状態のみを考えるので、無段
変速機３の入力トルクＴpはエンジントルクＴeに等し
い。１サンプル周期前の運転領域と今回の運転領域とが
同一領域の場合はステップ１０へ進み、異なる場合はス
テップ９へ進む。

【００２７】ステップ９では、状態フィードバックゲイ
ンの切り換えの準備として、加速度制御用フィードバッ
ク補償器内の２個の積分器の初期値を算出する。具体的
には、予めＲＯＭに記憶した各運転領域に対応した状態
フィードバックゲイン定数行列の中から、１サンプル周
期前の運転領域に対応したＫold、今回の運転領域に対
応したＫnewを選択する。ゲイン切り換え前後で補償器
出力Ｕが連続的に変化するように、後述する状態フィー
ドバック演算の（１４）式を解いた次式を用いて、加速
度偏差積分器の初期値ｘi_iniと、プライマリープーリ
ー回転速度偏差積分器の初期値Ｚiniを算出する。

【数７】 （７）式において、（ｋ）は現在値を、（ｋ−１）は１
サンプル周期前の値を示す。

【００２８】ステップ１０において、加速度制御用フィ
ードバック補償器の演算を行う。この実施の形態では、
実用的な線形制御手法の一つである、状態空間法を用い
たモデルフォローイング制御手法を用いる。以下にその
制御系設計手法を説明する。

【００２９】まず、制御系設計用のプラントモデルの導
出を行う。この実施の形態では、実際の車両モデルに対
して、上述したバンドパスフィルターモデルと、上述し
たエンジン運転点拘束条件に関する偏差積分モデル（状
態変数Ｚ）とを結合した拡大系モデルを制御系設計用プ
ラントモデルとする。なお、エンジン運転点拘束条件に
関する偏差積分モデルは、非線形マップを特定点で線形
近似した次式を用いる。

【数８】 （８）式において、ｋaは図５に示すエンジン運転点拘
束線マップの傾きである。

【００３０】拡大系のプラントモデルを、図７に示す状
態ベクトルを用いたブロック線図で表し、連続時間系の
状態方程式および出力方程式の形で次のように記述す
る。なお、上述したようにこの実施の形態ではトルクコ
ンバーター２のロックアップクラッチの締結状態のみを
考えるので、無段変速機３の入力トルクＴpはエンジン
トルクＴeに等しいとする。

【数９】 （９）式において、入力数２、出力数１、状態数６であ
り、Ａp、Ｂp、Ｃp、Ｄpは定数行列である。また、Ｔp^*
は無段変速機３の入力トルク指令値、Ｉp^*は無段変速機
３の変速比指令値である。さらに、ｘf1、ｘf2は、数式
１に示す二次式で表したバンドパスフィルターの内部状
態変数ベクトルｘfの要素である。

【００３１】目標加速度αw^*に対する推定加速度αwfの
望ましい応答性を示す規範モデルを一次遅れとし、その
伝達関数、状態方程式および出力方程式を次のように表
す。

【数１０】 （１０）式において、Ｔαwは時定数である。

【００３２】以上の拡大系プラントモデルと規範モデル
に、状態フィードバック（状態空間法）によるモデルフ
ォローイング制御手法を用いて加速度フィードバック制
御系を構築した場合の制御ブロック図を図８に示す。な
お、図８において太線はベクトルを表し、細線はスカラ
ーを表す。

【００３３】このような加速度フィードバック補償器を
構築することによって、規範モデル出力の加速度指令値
αrefに推定加速度αwfが定常偏差なく追従する。また
同時に、状態フィードバックによってすべての状態変数
が安定化される。つまり、状態変数の一つである無段変
速機３のプライマリープーリー（入力軸）の回転速度偏
差積分値Ｚも安定化されるため、結果として無段変速機
３のプライマリープーリーの目標回転速度ωp^*に実回転
速度ωpが定常偏差なく追従する。

【００３４】図８に示す状態フィードバックゲインＫ
（定数行列）は、上述した拡大系プラントモデルと規範
モデルをさらに結合した図９に示す結合モデルに対し
て、一般的な最適レギュレーター手法などを用いて求め
る。ただし、規範モデル出力の加速度指令値αrefと推
定加速度αwfの偏差積分量をｘiとする。

【数１１】

【００３５】次に、実際の処理をマイクロコンピュータ
ーのソフトウエアで実行可能な差分方程式の形に表す。
まず、規範モデルの演算は次の差分方程式により実行す
る。

【数１２】 （１２）式において、MAN０、MAN１、MAD１は上記（１
０）式をタスティン近似などで離散化して得られた定数
である。次に、加速度の偏差積分演算は次の差分方程式
により実行する。

【数１３】 さらに、状態フィードバック演算は次式により実行す
る。

【数１４】 ただし、状態フィードバックゲイン行列は、現在の運転
領域に対応したＫnewを用いる。また、上述したように
この実施の形態ではトルクコンバーター２のロックアッ
プクラッチが締結されている状態のみを考えるので、

【数１５】 とする。

【００３６】ステップ１１において、加速度制御用モデ
ルフォローイング補償器で演算されたエンジントルク指
令値Ｔe^*、変速比指令値Ｉp^*に上下限リミッター処理を
施し、エンジントルクコントローラー５およびＣＶＴ＆
クラッチコントローラー６で達成可能な値にそれぞれ制
限し、最終的なエンジントルク指令値Ｔe^*および変速比
指令値Ｉp^*とする。続くステップ１２では、エンジント
ルク指令値Ｔe^*をエンジントルクコントローラー５へ、
変速比指令値Ｉp^*をＣＶＴ＆クラッチコントローラー６
へそれぞれ高速通信線１３を介して出力する。エンジン
トルクコントローラー５はエンジントルクＴeが指令値
Ｔe^*となるように制御し、ＣＶＴ＆クラッチコントロー
ラー６は無段変速機３の変速比Ｉpが目標値Ｉp^*となる
ように制御する。

【００３７】次に、上記一実施の形態の中の本願発明に
係わる部分を整理して説明する。

【００３８】上述したように、従来の加減速度制御装置
では線形制御理論に基づく線形コントローラーを、無段
変速機を備えた車両のような非線形な制御対象に適用す
る際に、例えば図１３に示すように、サーボコントロー
ラーの内部状態量、すなわち規範モデルの出力ｙm(t)と
制御対象の出力ｙ(t)との偏差ｅ(t)の積分値と無関係
に、状態フィードバックゲインＫ1、Ｋ2、Ｋ3を制御途
中で切り換えているので、ゲイン切り換え前後で操作
量、すなわちコントローラーの出力ｕ(t)が急変し、応
答が乱れたりして制御性能が悪化するという問題があ
る。

【００３９】このような従来の加減速度制御装置の問題
を解決するために、この実施の形態では、目標加速度と
目標無段変速機入力軸回転速度（この実施の形態では、
目標エンジン回転速度に等しい）を同時に達成するため
の無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置に対し
て、二つの操作量（コントローラーの出力値）、すなわ
ちエンジントルク指令値Ｔe^*（＝Ｔp^*）および変速比指
令値Ｉp^*が、状態フィードバックゲインＫの切り換え前
後で連続的に変化するように、モデルフォローイングコ
ントローラー内の２個の積分器の初期値、すなわち図８
に示す規範モデル（４ａ）出力の加速度指令値αrefと
制御対象プラント（４ｄ）出力の加速度推定値αwfとの
偏差を積分する第１の積分器（４ｂ）の積分値ｘiの初
期値ｘi_iniと、無段変速機入力軸の目標回転速度ωp^*
と回転速度検出値ωpとの偏差を積分する第２の積分器
（４ｅ）の積分値Ｚの初期値Ｚiniとを、状態フィード
バックゲインＫの切り換え時に設定する。

【００４０】「モデルフォローイング制御手法を用いた
加速度制御」を行うために、ステップ１０において、図
６に示す運転領域に対応した状態フィードバックゲイン
行列Ｋnewを用いて、（１４）式に示す状態フィードバ
ック演算を行う。運転点が同一の運転領域にあり続ける
場合は、同一のフィードバックゲイン行列が用いられて
連続的な制御がなされるが、別の運転点へ移行する場合
には、フィードバックゲイン行列がＫoldからＫnewへ切
り換わるので、制御が不連続となって操作量の無段変速
機入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔ
e^*）および変速比指令値Ｉp^*が急変しないようにしなけ
ればならない。

【００４１】一実施の形態では、ステップ８で運転領域
の切り換えが判定された場合に、ステップ９で加速度フ
ィードバック補償器の出力（操作量）、すなわち無段変
速機入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔ
e^*）および変速比指令値Ｉp^*がゲイン行列Ｋの切り換え
前後で連続的に変化するように、補償器内の積分器の初
期値、すなわち加速度偏差積分値ｘiと無段変速機入力
軸回転速度偏差積分値Ｚの初期値を演算する。

【００４２】具体的には、次式を［Ｚ(k)，ｘi(k)］で
解いた（７）式で算出する。

【数１６】

【００４３】図１０および図１１に、一実施の形態の加
減速度制御装置のシュミレーション結果を示す。なお、
図１０および図１１の下部の数字は図６に示す運転領域
番号を表す。また、この実施の形態ではトルクコンバー
ター２のロックアップクラッチ締結状態のみを想定して
いるので、無段変速機（ＣＶＴ）３の入力トルク指令値
Ｔp^*はエンジントルク指令値Ｔe^*に等しい。

【００４４】図１０は、状態フィードバックゲイン切り
換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器初期値
を設定し直さなかった場合、つまり従来の加減速度制御
装置の応答結果を示す。ゲイン切り換え前後で加速度フ
ィードバック補償器出力の無段変速機３の入力トルク指
令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）および変速比
指令値Ｉp^*が大きく急変し、加速度αwfやプライマリー
プーリー回転速度ωpの応答波形が大きく乱れている。

【００４５】一方、図１１は、状態フィードバックゲイ
ン切り換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器
初期値を設定した場合、つまり上述した一実施の形態の
加減速度制御装置の応答結果を示す。ゲイン切り換え前
後で加速度フィードバック補償器出力の無段変速機３の
入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）
および変速比指令値Ｉp^*が急変することなく、連続的に
推移し、加速度αwfやプライマリープーリー回転速度ω
pの応答波形が乱れることなく、目標値によく追従して
いる。

【００４６】このように、上述した一実施の形態では、
目標加速度と目標無段変速機入力軸回転速度とを同時に
達成するための無段変速機を備えた車両の加減速度制御
装置において、２つの操作量すなわち無段変速機入力ト
ルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）と変速
比指令値Ｉp^*とが、状態フィードバックゲインＫの切り
換え前後で連続的に変化するように、モデルフォローイ
ングコントローラー内の規範モデル出力の加速度指令値
αrefと制御対象出力の加速度推定値αwfとの偏差積分
値ｘiの初期値ｘi_iniと、無段変速機入力軸の目標回転
速度ωp^*と回転速度検出値ωpとの偏差積分値Ｚの初期
値Ｚiniとを、状態フィードバックゲインＫの切り換え
時に設定するようにした。これにより、状態フィードバ
ックゲインの切り換え前後でも操作量Ｔe^*、Ｉp^*が連続
的に推移するので、フィードバック制御系の応答が乱れ
ることがない。したがって、状態フィードバックゲイン
の切り換えを比較的自由にできるので、ＣＶＴなどの無
段変速機を備えた車両のような非線形な制御対象であっ
ても、広い運転領域において安定で応答が速い制御性能
を実現することができる。

【００４７】また、上述した一実施の形態では、車輪速
Ｖw（車速に相当）と無段変速機入力トルクＴp（＝エン
ジントルクＴe）に基づいて状態フィードバックゲイン
Ｋを切り換える。

【００４８】図１２は、エンジン１と無段変速機３を含
むパワートレインの非線形モデルを示す。図において、
Ｔineはイナーシャトルク、Ｍは車両重量、Ｒはタイヤ
の有効半径、Ｉfはファイナルギア比、Ｔ1はエンジント
ルク系時定数、Ｔ2は変速比系時定数、Ｊ1はエンジン１
から無段変速機３のプライマリープーリーまでのイナー
シャである。

【００４９】図１２に示す非線形車両モデルを、運転点
（Ｔpo，Ｉpo，Ｖwo）で線形近似した簡易線形モデルを
次式に示す。

【数１７】 この簡易線形モデルは（９）式に示す制御系設計用モデ
ルに利用される。

【００５０】車輪速Ｖwと無段変速機入力トルクＴpは大
きく値が変化するので、非線形車両モデルを線形近似し
た場合のモデル化誤差による影響が大きくならないよう
に、上述した一実施の形態ではこれら２つの車両状態量
Ｖw、Ｔpに基づいて線形補償器のゲイン切り換えを行
う。

【００５１】さらに、（９）式に示す制御系設計用モデ
ルには、（６）式に示すプライマリープーリー回転速度
偏差積分モデルも包含している。つまり、図５に示すエ
ンジン運転点拘束線マップの傾きｋa（（８）式参照）
を含んでいるので、最適効率運転線を用いる正トルク域
と、エンジンブレーキ特性線を用いる負トルク域では、
必ず傾きｋaの符号が切り換わる。したがって、これに
起因した線形モデル化誤差の影響は大きく、無段変速機
入力トルクＴpの符号に対応した状態フィードバックゲ
インＫの切り換えが必須となる。

【００５２】このように、この一実施の形態によれば、
車輪速Ｖwと無段変速機入力トルクＴp（＝エンジントル
クＴe）に基づいて状態フィードバックゲインＫを切り
換えるようにしたので、無段変速機を備えた車両などの
非線形な制御対象であっても、広い車速域、広いトルク
域において安定で応答が速い制御性能を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】 一実施の形態の加速度制御プログラムを示す
フローチャートである。

【図３】 目標加減速度を設定するためのマップ例を示
す図である。

【図４】 車輪速を入力とし加速度推定値を出力とする
連続時間系の伝達関数を状態ベクトルにより表現したブ
ロック図である。

【図５】 エンジン運転点拘束線マップを示す図であ
る。

【図６】 車速と無段変速機入力トルクとに基づいて分
割した運転領域例を示す図である。

【図７】 一実施の形態の制御系設計用拡大モデルを状
態ベクトルにより表現したブロック図である。

【図８】 一実施の形態のモデルフォローイング制御手
法を用いた加速度フィードバック制御系を示すブロック
図である。

【図９】 拡大系プラントモデルと規範モデルを結合し
たモデルを示すブロック図である。

【図１０】 状態フィードバックゲイン切り換え時に加
速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定し直
さなかった場合、つまり従来の加減速度制御装置の応答
結果を示す図である。

【図１１】 状態フィードバックゲイン切り換え時に加
速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定した
場合、つまり上述した一実施の形態の加減速度制御装置
の応答結果を示す図である。

【図１２】 非線形車両モデルを示す図である。

【図１３】 従来のモデル追従型サーボコントローラー
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター ３ 無段変速機 ４ 加減速度コントローラー ４ａ 規範モデル ４ｂ 第１の積分器 ４ｃ 状態フィードバック ４ｄ 制御対象のプラント ４ｅ 第２の積分器 ５ エンジントルクコントローラー ６ ＣＶＴ＆クラッチコントローラー ７ アクセルセンサー ８ 車輪速センサー ９ クランク角センサー １１ プライマリー速度センサー １２ セカンダリー速度センサー １３ 高速通信線 １４ 駆動輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０Ｂ Ｆ１６Ｈ 61/04 Ｆ１６Ｈ 61/04 // Ｆ１６Ｈ 59:06 59:06 59:18 59:18 59:44 59:44 63:06 63:06 Ｆターム(参考） 3D041 AA66 AB01 AC01 AC09 AC15 AC20 AD02 AD04 AD10 AD18 AD23 AD31 AD51 AE03 AE04 AE07 AE09 AE22 AE31 AE36 AF01 3G084 BA05 BA13 BA17 BA32 CA08 DA05 DA07 DA25 EA05 EA08 EB13 EB14 EB24 EB25 EC04 FA05 FA06 FA10 FA32 FA33 FA38 3G093 AA06 BA15 CB08 DA01 DA06 DA07 DB02 DB05 DB10 DB11 EA02 EA05 EA09 EA13 EB03 EC01 FA02 FA05 FA12 3J552 MA07 MA09 MA12 NA01 NB04 RA01 RB12 RB14 SA32 SB02 TA01 TA02 TA17 UA08 VA17Z VA22Z VA32W VA34Y VA37Z VA43Z VA74Y VA76Z VB01W VB04W VB18Z VC01Z VC02Z VC03Z VC05Z VC06Z VD02Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車速を検出する車速検出手段と、 車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推
   定手段と、 車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、 状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法によ
   り加速度推定値を目標加速度に一致させるための操作量
   を演算してエンジンと無段変速機を制御する制御手段で
   あって、前記目標加速度を入力し加速度指令値を出力す
   る規範モデル手段と、前記加速度指令値と前記加速度推
   定値との偏差を積分する積分手段と、前記積分手段の出
   力を用いて前記操作量を演算する状態フィードバック手
   段とを有する制御手段と、 状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換
   え前後で操作量が連続的に変化するように前記積分手段
   の初期値を設定する初期値設定手段とを備えることを特
   徴とする無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置。
2. 【請求項２】車速を検出する車速検出手段と、 車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推
   定手段と、 車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、 無段変速機入力軸の回転速度を検出する回転速度検出手
   段と、 無段変速機入力軸の目標回転速度を設定する目標回転速
   度設定手段と、 状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法によ
   り加速度推定値を目標加速度に一致させるための無段変
   速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算してエンジ
   ンと無段変速機を制御する制御手段であって、前記目標
   加速度を入力し加速度指令値を出力する規範モデル手段
   と、前記加速度指令値と前記加速度推定値との偏差を積
   分する第１の積分手段と、無段変速機入力軸の目標回転
   速度と回転速度検出値との偏差を積分する第２の積分手
   段と、前記第１および第２の積分手段の出力を用いて前
   記無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算す
   る状態フィードバック手段とを有する制御手段と、 状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換
   え前後で無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値が
   連続的に変化するように前記第１および第２の積分手段
   の各初期値を設定する初期値設定手段とを備えることを
   特徴とする無段変速機を備えた車両の加減速度制御装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の無段変速
   機を備えた車両の加減速度制御装置において、 車速検出値と無段変速機入力トルクとに基づいて状態フ
   ィードバックゲインを切り換えることを特徴とする無段
   変速機を備えた車両の加減速度制御装置。