JP2007232097A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクコンバータを備えた自動変速機を搭載した車両において、トルクコンバータの状態に影響を受けないで、的確な駆動力制御を実行する。
【解決手段】エンジン回転数ＮＥに対するタービン回転数ＮＴの比率である速度比Ｅ（＝ＮＴ／ＮＥ）が１以下であると、速度比Ｅの増加に伴いトルク比が１まで低下する駆動用トルクコンバータ静特性に基づいて設定された駆動用トルクコンバータ動特性モデル１１１０を採用して、速度比Ｅが１より大きいと、速度比Ｅと関係なくトルク比が１である被駆動用トルクコンバータ静特性に基づいて設定された被駆動用トルクコンバータ動特性モデル１２１０を採用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンと自動変速機とを有するパワートレーンが搭載された車両の制御装置に関し、特に、運転者の要求駆動力に対応する駆動力を的確に出力する駆動力制御装置に関する。

運転者のアクセルペダル操作とは独立にエンジン出力トルクを制御することが可能なエンジンと自動変速機とを備えた車両において、運転者のアクセルペダル操作量や車両の運転条件等に基づいて算出された正負の目標駆動力を、エンジントルクと自動変速機の変速ギヤ比で実現する「駆動力制御」という考え方がある。また、「駆動力要求型」や「駆動力ディマンド型」と呼ばれる制御手法もこれに類する。

このような制御手法の制御装置は、アクセル操作量とエンジン回転数と外部負荷とクルーズコントロールシステムからの要求等に基づいて、車両に発生させる目標駆動力を設定して、自動変速機のギヤ比等を考慮して、目標駆動力を目標トルクに変換して、この目標トルクを発生できるようにエンジンを制御する。

このような駆動力制御方式の制御装置によると、車両の制御に直接作用する物理量である駆動力を目標値とすることにより、常に一定の操縦感覚を維持できる等、運転性を向上させることができる。

特開２００５−１８０３４４号公報（特許文献１）は、運転者の要求を含む上位制御階層からアクチュエータ（アクチュエータは車両の駆動源および変速機構を操作する）を含む下位制御階層への演算が行なわれるように階層的に構築された車両の統合制御システムにおける駆動系制御装置を開示する。この駆動系制御装置は、駆動源に対する要求出力を算出するための要求出力算出手段と、変速機構における目標ギヤ比を算出するための目標ギヤ比判定手段と、変速機構を制御するための変速制御手段と、車両に発生する駆動トルクを算出するための発生トルク算出手段とを含む。そして、変速機構はトルクコンバータを含み、要求出力算出手段は、トルクコンバータ逆モデルを用いて、要求駆動トルクから駆動源において発生させるトルクを逆演算するための手段を含む。

この駆動系制御装置によると、階層化された車両の統合システムにおける駆動系制御装置において必要な構成を明確にできる。すなわち、要求出力算出手段により、駆動源に対する要求トルクや要求回転数を算出して、目標ギヤ比判定手段により、変速機構における目標ギヤ比を算出して、変速制御手段により変速機構を制御するパラメータを算出して、発生トルク算出手段により、車両に発生する駆動トルクを算出するようにした。このように構成を特定して、この駆動系制御装置より算出された制御パラメータを下位制御階層のアクチュエータ制御装置に出力したり、上位制御階層にアベイラビリティとして出力したりすることができる。このようにすると、上位制御階層により算出された各種車速やトルクに関するパラメータに基づいて駆動系制御装置で要求トルクや要求回転数を算出したり、目標ギヤ比を判定して目標となる自動変速機の出力軸トルクや変速時間からクラッチ分担トルクを算出して、エンジン制御装置と自動変速機制御装置とに制御パラメータを出力することができる。特に、トルクコンバータ逆モデルを用いて、要求駆動力から駆動トルクの逆演算を行なうことができるので、現実に、要求駆動トルクから駆動源制御パラメータを算出することができるようになる。
特開２００５−１８０３４４号公報

ところで、このトルクコンバータは、駆動源であるエンジンと、たとえば歯車式の有段変速機構との間に設けられ、変速機構の出力軸がディファレンシャルギヤを介して駆動輪に接続されている。このトルクコンバータにおいては、一般的に車両が駆動状態、つまり入力軸回転数（エンジン側）が出力軸回転数（変速機構側）に対して先行して回転する状態での性能を確保するように設計されている。したがって、上記のトルクコンバータのモデルも（このモデルの逆関数となる逆モデルも）、基本的な動作態様である駆動状態を模擬して設定される。

しかしながら、車両が被駆動状態、つまり出力軸回転数（変速機構側）が入力軸回転数（エンジン側）に対して先行して回転する状態では、特性が駆動状態とは異なる。このため、この被駆動状態におけるモデル（逆モデルも）は、駆動状態のモデル（逆モデルも）とは異なり、駆動状態と被駆動状態とを区別しない特許文献１においては、要求駆動力から駆動トルクの逆演算を正確に行なうことができない可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、トルク増幅機能を有する流体継手を備えた自動変速機を搭載した車両において、流体継手の状態に影響を受けないで、的確な駆動力制御を実行することができる、駆動力制御装置を提供することである。

第１の発明に係る車両の駆動力制御装置は、駆動源の出力を流体継手を介して駆動輪に伝達する車両の駆動力を制御する。この駆動力制御装置は、駆動輪を介して車両に発生させる目標駆動力を設定するための設定手段と、流体継手の入力軸回転と出力軸回転との関係が、入力軸回転が先行している状態における第１の特性と、出力軸回転が先行している状態における第２の特性のいずれであるかを判定するための判定手段と、目標駆動力と流体継手のいずれかの特性とに基づいて、駆動源を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、たとえば、流体継手として広く用いられるトルクコンバータはトルク増幅機能を有する。ところが、入力軸回転が先行している状態における第１の特性においてはこのトルク増幅機能が発現するが、出力軸回転が先行している状態における第２の特性においてはトルク増幅機能が発現しない。そのため、制御手段は、駆動源であるエンジン等を制御するにあたり、目標駆動力を発生させるために必要なエンジントルクを算出する過程でこの第１の特性および第２の特性を区別する。これにより、エンジンから出力されたトルクが増幅されて駆動輪に伝達される場合と増幅されないで駆動輪に伝達される場合とを区別して駆動力制御を実行できる。その結果、トルク増幅機能を有する流体継手を備えた自動変速機を搭載した車両において、流体継手の状態に影響を受けないで、的確な駆動力制御を実行することができる、駆動力制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る車両の駆動力制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、駆動源の目標トルクを演算するための手段を含む。

第２の発明によると、目標駆動力から目標エンジントルクを演算する場合において、流体継手（トルクコンバータ）の特性を考慮して、目標エンジントルクを算出できる。このため、加速度制御系における制御特性を向上させることができる。

第３の発明に係る車両の駆動力制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、判定手段は、流体継手の入力軸回転数と出力軸回転数とに基づいて、第１の特性と第２の特性のいずれであるかを判定するための手段を含む。

第３の発明によると、流体継手の入力軸回転数が出力軸回転数以上であると第１の特性であると、その逆であると第２の特性であると判定することができる。

第４の発明に係る車両の駆動力制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、流体継手はトルク増幅機能を有するトルクコンバータであって、第１の特性はトルク増幅機能を有する特性であって、第２の特性はトルク増幅機能を有さない特性である。

第４の発明によると、駆動源であるエンジン等を制御するにあたり、エンジントルクがトルクコンバータにより、増幅されて駆動輪に伝達される場合と増幅されないで駆動輪に伝達される場合とを区別して駆動力制御を実行できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、本発明における駆動源は、以下に示すエンジンのみならず、モータ（モータジェネレータを含む）であってもよい。

図１に、本実施の形態に係るエンジンの駆動力制御装置（以下、単に制御装置と記載する場合がある）が適用される車両のパワートレーンについて説明する。

図１に示すように、この車両には、エンジン１００と、自動変速機２００（トルクコンバータ２１０および変速機構２２０）と、これらを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００とを含む。ＥＣＵ１０００には、アクセルペダルの開度を示す信号がアクセルペダル開度センサから入力されたり、ブレーキスイッチ（フットブレーキが踏まれていることを検知するスイッチ）からの信号が入力される。

自動変速機２００は、流体継手であるトルクコンバータ２１０と、変速機構である（１）歯車式の有段変速機構、（２）ベルト式の無段変速機構、（３）トラクション式の無段変速機構等とから構成される。以下においては、変速機構２２０は、歯車式の変速機構として説明する。なお、本発明は、変速機構２２０が歯車式の変速機構に限定されるものではない。

この流体継手であるトルクコンバータ２１０は、エンジン１００側の部材であるポンプ２１２（ポンプインペラー）と、変速機構２２０側の部材であるタービン２１４（タービンランナ）とから構成される。なお、このトルクコンバータ２１０の構造は一般的なものであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

なお、エンジン１００の回転数をＮＥ（以下においては、エンジン回転数またはエンジン回転数ＮＥまたは単にＮＥと記載する）、エンジン１００のトルクをＴＥ（以下においては、エンジントルクまたはエンジントルクＴＥまたは単にＴＥと記載する）、トルクコンバータ２１０の入力軸側のトルクをＴＰ（以下においては、ポンプトルクまたはポンプトルクＴＰまたは単にＴＰと記載する）、トルクコンバータ２１０の出力軸回転数をＮＴ（以下においては、タービン回転数またはタービン回転数ＮＴまたは単にＮＴと記載する）トルクコンバータ２１０の出力軸トルクをＴＴ（以下においては、タービントルクまたはタービントルクＴＴまたは単にＴＴと記載する）、自動変速機２００の出力軸回転数をＮＯＵＴ（以下においては、出力軸回転数または出力軸回転数ＮＯＵＴまたは単にＮＯＵＴと記載する）と記載する。また、変速機構のギヤ比は、タービン回転数ＮＴ／出力軸回転数ＮＯＵＴになる。なお、トルクコンバータ２１０の入力軸側のトルクであるＴＰは、入力軸を回転させるために必要なトルクとなる。また、単にエンジントルクと記載する場合であっても、エンジントルクをセンサで直接検知することができないので、推定されたエンジントルクの意味である。

図２に、本実施の形態に係る制御装置における、トルクコンバータの推定トルク比を算出するための制御ブロック図を示す。トルクコンバータ２１０の基本特性を表わす物理量について説明する。速度比Ｅ＝ＮＴ／ＮＥであり、トルク比Ｔ＝ＴＴ／ＴＥであり、効率η＝出力軸馬力／入力軸馬力であり、トルク容量Ｃ＝ＴＰ／ＮＥ²である。

図２に示すように、本実施の形態に係る制御装置（たとえば、エンジンＥＣＵ）は、速度比Ｅの大きさに対応させた２種類のトルクコンバータ動特性モデルを有する。駆動用トルクコンバータ動特性モデル１１１０と被駆動用トルクコンバータ動特性モデル１２１０とである、駆動用トルクコンバータ動特性モデル１１１０と被駆動用トルクコンバータ動特性モデル１２１０ともに、動特性は、２次遅れ系要素に無駄時間要素を加えた伝達関数で表わされる。ただし、係数Ｋ_１と係数Ｋ_２とが同じ値であるとは限らず（特段の関係はなく）、係数Ｃ_１と係数Ｃ_２とが同じ値であるとは限らず（特段の関係はなく）、係数Ｌ_１と係数Ｌ_２とが同じ値であるとは限らない（特段の関係はない）。

また、駆動用トルクコンバータ動特性モデル１１１０の前に駆動用トルクコンバータ静特性のトルク比特性線図を表わすブロック１１００と、被駆動用トルクコンバータ動特性モデル１２１０の前に被駆動用トルクコンバータ静特性のトルク比特性線図を表わすブロック１２００とがある。このトルクコンバータ静特性のトルク比と速度比との関係に基づいてそれぞれの動特性モデルが生成されている。

ブロック１１００の駆動用トルクコンバータ静特性のトルク比特性線図に示すように、トルク比Ｔは速度比Ｅの上昇に伴い、約１．５から１．０まで一様に低下する特性を有する。このとき、トルクコンバータ２１０の入力軸回転数（エンジン側）であるポンプ回転数ＮＰ（＝ＮＥ）が出力軸回転数（変速機構側）であるタービン回転数ＮＴに対して先行して回転している状態である。すなわち、速度比Ｅ≦１である。

ブロック１１００の駆動用トルクコンバータ静特性のトルク比特性線図に示すように、トルク比Ｔは速度比Ｅの上昇かかわらず、１．０で一様である（トルク増幅作用が発現されていない）。このとき、トルクコンバータ２１０の出力軸回転数（変速機構側）であるタービン回転数ＮＴが入力軸回転数（エンジン側）であるポンプ回転数ＮＰ（＝ＮＥ）に対して先行して回転している状態である。すなわち、速度比Ｅ＞１である。

いずれのトルクコンバータ動特性モデルを用いるのかについては、速度比Ｅと１との大小関係に基づいて、領域判定部１３００が判定する。領域判定部１３００は、速度比Ｅ≦１であると駆動用トルクコンバータ動特性モデル１１１０を採用するように判定して、速度比Ｅ＞１であると被駆動用トルクコンバータ動特性モデル１２１０を採用するように判定する。

このように、車両が駆動状態であるのか被駆動状態であるのをトルクコンバータ２１０の速度比に基づいて判断して、目標駆動力から目標エンジントルクに逆変換するときのトルクコンバータ動特性モデルを変更している。すなわち、トルクコンバータ動特性モデルとして表わされた伝達関数をＰ（ｓ）として、その逆関数Ｐ（ｓ）^−１を用いて駆動力制御が行なわれる。この駆動力制御の概要について説明する。

図３は、パワートレーン全体の制御ブロック図を示す。この図３は、上述した図２のように駆動状態と被駆動状態とでトルクコンバータ動特性モデルを変更して、車両加速度制御系に適用した場合を示すための図であって、実際の制御システムにおける詳細部分についての説明は記載していない。

図３に示すように、アクセルペダル開度から伝達関数Ｍ（ｓ）を用いて目標加速度が算出される。算出された目標加速度は、ＰＩＤ要素を含むフィードバック制御系の伝達関数Ｃ（ｓ）を用いて目標加速度からトルクの次元に変換（加速度→トルク変換）される。

一方、アクセルペダル開度から伝達関数Ｍ（ｓ）Ｐ（ｓ）^−１を用いて、トルクコンバータ２１０の動特性に基づくトルクが算出される。伝達関数Ｃ（ｓ）を用いて算出されたトルクと、伝達関数Ｍ（ｓ）Ｐ（ｓ）^−１を用いて算出されたトルクとが加算されて、その加算値が、伝達関数Ｐ（ｓ）を用いて車両加速度に変換される。車両加速度は、フィードバック制御系における偏差算出のために、伝達関数Ｃ（ｓ）の手前に帰還される。

このような図３に示す加速度制御系に伝達関数Ｐ（ｓ）^−１を用いる際に、図２に示すように、トルクコンバータ２１０が駆動状態であるのか被駆動状態であるのかを区別して伝達関数Ｐ（ｓ）が設定され、その結果、トルクコンバータ２１０が駆動状態であるのか被駆動状態であるのかを区別して伝達関数Ｐ（ｓ）^−１が設定されることになる。この結果、伝達関数Ｍ（ｓ）Ｐ（ｓ）^−１を用いて算出されたトルクに生じる誤差が少なくなり、加速度制御系の制御精度が向上する。より具体的には、運転者の要求（アクセルペダルにより制御系に伝えられる）に対する車両加速度の収束性が向上したり、フィードバック制御系の操作量を小さくすることができる。

以上のようにして、本実施の形態においては、トルクコンバータが駆動状態であるのか被駆動状態であるのかを区別して、トルクコンバータの動特性モデルを変更した。このようにトルクコンバータが駆動状態であるのか被駆動状態であるのかを区別した動特許性モデルを表わす伝達関数の逆関数を用いて、制御系を構成することにより、精度高く駆動力制御系を構成することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態に係る制御装置が適用される車両のパワートレーンの制御ブロック図である。 トルクコンバータの推定トルク比を算出するための制御ブロック図である。 パワートレーン全体の制御ブロック図である。

符号の説明

１００ エンジン、２００ 自動変速機、２１０ トルクコンバータ、２２０ 変速機構、１０００ ＥＣＵ。

Claims (4)

1. 駆動源の出力を流体継手を介して駆動輪に伝達する車両の駆動力制御装置であって、
   前記駆動輪を介して前記車両に発生させる目標駆動力を設定するための設定手段と、
   前記流体継手の入力軸回転と出力軸回転との関係が、前記入力軸回転が先行している状態における第１の特性と、前記出力軸回転が先行している状態における第２の特性のいずれであるかを判定するための判定手段と、
   前記目標駆動力と前記流体継手のいずれかの特性とに基づいて、前記駆動源を制御するための制御手段とを含む、車両の駆動力制御装置。
2. 前記制御手段は、前記駆動源の目標トルクを演算するための手段を含む、請求項１に記載の車両の駆動力制御装置。
3. 前記判定手段は、前記流体継手の入力軸回転数と出力軸回転数とに基づいて、前記第１の特性と前記第２の特性のいずれであるかを判定するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の駆動力制御装置。
4. 前記流体継手はトルク増幅機能を有するトルクコンバータであって、
   前記第１の特性はトルク増幅機能を有する特性であって、
   前記第２の特性はトルク増幅機能を有さない特性である、請求項１〜３のいずれかに記載の車両の駆動力制御装置。

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