JP2009108828A - ディーゼルエンジン車両の制振制御を行う駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の駆動制御装置は、エンジンの駆動トルクを制御してピッチ・バウンス制振を行う制振制御部と、車両の定常走行時に気筒間の回転ばらつきを抑制する気筒間補正制御部とを含み、気筒間補正制御部による気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いては、制振制御部により算出される車輪トルクを補償する補償成分のうちの少なくとも一部がエンジンの駆動出力を制御するための制御指令としてエンジンに与えられないよう構成される。
【選択図】 図2
Description
図1は、本発明の制振制御を実行する駆動制御装置の好ましい実施形態が搭載される自動車等の車両を模式的に示している。同図に於いて、左右前輪12FL、12FRと、左右後輪12RL、12RRを有する車両10には、通常の態様にて、運転者によるアクセルペダル14の踏込みに応じて後輪に駆動力又は駆動トルクを発生する駆動装置20が搭載される。駆動装置20は、図示の例では、エンジン22から、トルクコンバータ24、自動変速機26、差動歯車装置28等を介して、駆動トルク或いは回転駆動力が後輪12RL、12RRへ伝達されるよう構成される。エンジン22は、公知の態様のディーゼルエンジンであり、燃料装置22aの作動が、アクセルペダルの踏み込み量及び下記に説明する制御量に応じて決定される要求駆動トルクを達成するよう、エンジンの各気筒の燃料噴射装置22bからの燃料噴射量及び/又はその他のパラメータ(噴射時期、噴射率(単位時間当たりの燃料噴射量)、噴射圧力など。以下、総じて「燃料噴射制御量」と称する。)を調節すべく制御される。また、簡単のため図示していないが、車両10には、通常の車両と同様に各輪に制動力を発生する制動装置と前輪又は前後輪の舵角を制御するためのステアリング装置が設けられる。なお、車両は、四輪駆動車又は前輪駆動車であってもよい。
(i)ピッチ・バウンス制振制御
上記の構成に於いて、フィードフォワード制振制御部52a及びフィードバック制振制御部52bによるピッチ・バウンス制振制御は、以下の如き態様にて行われる。
車両に於いて、運転者の駆動要求に基づいて駆動装置が作動して車輪トルクの変動が生ずると、図3(A)に例示されている如き車体10に於いて、車体の重心Cgの鉛直方向(z方向)のバウンス振動と、車体の重心周りのピッチ方向(θ方向)のピッチ振動が発生し得る。また、車両の走行中に路面から車輪上に外力又はトルク(外乱)が作用すると、その外乱が車両に伝達され、やはり車体にバウンス方向及びピッチ方向の振動が発生し得る。そこで、ここに例示するピッチ・バウンス振動制振制御に於いては、車体のピッチ・バウンス振動の運動モデルを構築し、そのモデルに於いて要求駆動トルク(を車輪トルクに換算した値)又は現在の車輪トルク(の推定値)とを入力した際の車体の変位z、θとその変化率dz/dt、dθ/dt、即ち、車体振動の状態変数を算出し、モデルから得られた状態変数が0に収束するように、即ち、ピッチ/バウンス振動が抑制されるよう駆動装置(エンジン)の駆動トルクが調節される(要求駆動トルクが修正される。)。なお、要求駆動トルクを入力した場合に算出される駆動トルクの調節量がフィードフォワード制振制御部からの補償成分であり、現在の車輪トルクを入力した場合に算出される駆動トルクの調節量がフィードバック制振制御部からの補償成分である。
dX(t)/dt=A・X(t)+B・u(t) …(2a)
ここで、X(t)、A、Bは、それぞれ、
a1=-(kf+kr)/M、a2=-(cf+cr)/M、
a3=-(kf・Lf-kr・Lr)/M、a4=-(cf・Lf-cr・Lr)/M、
b1=-(Lf・kf-Lr・kr)/I、b2=-(Lf・cf-Lr・cr)/I、
b3=-(Lf2・kf+Lr2・kr)/I、b4=-(Lf2・cf+Lr2・cr)/I
である。また、u(t)は、
u(t)=T
であり、状態方程式(2a)にて表されるシステムの入力である。従って、式(1b)より、行列Bの要素p1は、
p1=h/(I・r)
である。
u(t)=−K・X(t) …(2b)
とおくと、状態方程式(2a)は、
dX(t)/dt=(A−BK)・X(t) …(2c)
となる。従って、X(t)の初期値X0(t)をX0(t)=(0,0,0,0)と設定して(トルク入力がされる前には振動はないものとする。)、状態変数ベクトルX(t)の微分方程式(2c)を解いたときに、X(t)、即ち、バウンス方向及びピッチ方向の変位及びその時間変化率、の大きさを0に収束させるゲインKが決定されれば、ピッチ・バウンス振動を抑制するトルク値u(t)が決定されることとなる。かかるトルク値u(t)をエンジン駆動トルクの単位に変換した値が制振制御による補償成分である。
J=1/2・∫(XTQX+uTRu)dt …(3a)
(積分範囲は、0から∞)
の値が最小になるとき、状態方程式(2a)に於いてX(t)が安定的に収束し、評価関数Jを最小にする行列Kは、
K=R−1・BT・P
により与えられることが知られている。ここで、Pは、リカッティ方程式
-dP/dt=ATP+PA+Q−PBR−1BTP
の解である。リカッティ方程式は、線形システムの分野に於いて知られている任意の方法により解くことができ、これにより、ゲインKが決定される。
上記のピッチ・バウンス制振制御のための補償成分Uを算出するフィードフォワード制振制御部52aとフィードバック制振制御部52bの制御構成は、それぞれ、図4(A)及び(B)に示されている。まず、図4(A)を参照して、フィードフォワード制振制御部52aに於いては、要求駆動トルク決定部51からの要求駆動トルク値が入力され、車輪トルクTwoに換算した後、運動モデルに於いて、そのトルク入力値Twoを用いて式(2a)の微分方程式を解くことにより、状態変数ベクトルX(t)が算出される。次いで、その状態ベクトルX(t)に、上記の如く状態変数ベクトルX(t)を0又は最小値に収束させるべく決定されたゲインKを乗じた値U(t)が算出され、そのU(t)がエンジンの駆動トルクに換算されて加算器a1へ送信される。そして、加算器a1に於いて、要求駆動トルク値から補償成分U(t)が差し引かれる。式(1a)及び(1b)からも理解される如く、車体のピッチ・バウンス振動システムは、共振システムであり、任意の入力に対して状態変数ベクトルの値は、実質的には、システムの固有振動数(1〜5Hz程度)を概ね中心とした或るスペクトル特性を有する帯域の周波数成分のみとなる。かくして、U(t)(の換算値)が要求駆動トルクから差し引かれるよう構成することにより、要求駆動トルクのうち、システムの固有振動数の成分、即ち、車体に於いてピッチ・バウンス振動を引き起こす成分が低減又は除去され、車体に於けるピッチ・バウンス振動が抑制されることとなる。
Tw=M・r2・dω/dt …(5)
と推定することができる。ここに於いて、Mは、車両の質量であり、rは、車輪半径である。[駆動輪が路面の接地個所に於いて発生している駆動力の総和が、車両の全体の駆動力M・G(Gは、加速度)に等しいとすると、車輪トルクTwは、
Tw=M・G・r …(5a)
にて与えられる。車両の加速度Gは、車輪速度r・ωの微分値より、
G=r・dω/dt …(5b)
で与えられるので、車輪トルクは、式(5)の如く推定される。]なお、車輪トルク推定値は、車輪速ではなく、エンジン回転速又は変速機回転速から推定されるようになっていてよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。
上記の駆動制御装置50aの構成に於いて、従前では、制振制御部52a、52bによる要求駆動トルクの補償制御と、気筒間回転ばらつき補正制御とは、完全に独立して実行されるようになっていた(制振制御部52a、52bは、別々に構成されていなかった。)。その場合、既に述べた如く、気筒間補正量算出部54が、各気筒の燃料噴射量の実行量と回転速度又はトルクとの関係とを参照し、その実行量に対する補正量を算出する場合に、制振制御部52による補償制御による振動的な要求駆動トルクの変動があると、ばらつき補正のための補正量が精度良く算出できないことがあった。即ち、制振制御が気筒間回転ばらつき補正制御に対して制御干渉を起こす場合があった。
N/60×1/2 …(A1)
N/60 …(A2)
N/60×n/2 …(A3)
(ここで、Nは、毎分当たりエンジン回転数、nは、気筒数である。A1は、カムによる回転速度変化、A2は、クランクによる回転速度変化、A3は、各気筒の爆発による回転速度変化にそれぞれ対応する周波数である。)
で表される周波数の近傍となるので、要求駆動トルク値に於いて、エンジン回転速度の(A1)〜(A3)にて表される周波数成分を変化させる変動成分が含まれると、気筒間補正制御の補正量が変わってくることとなる。
上記から理解される如く、気筒間回転ばらつき補正制御に対して干渉する補償成分は、フィードバック制振制御部52bからの補償成分に存在する。そこで、一つの態様に於いて、気筒間回転ばらつき補正制御が実行される期間、フィードバック制振制御部52bからの補償成分が要求駆動トルク値に重畳されることがないようなっていてよい。この場合、制御ゲイン調節器52dは、定常走行判定部54aから送信される判定情報に於いて、「定常走行中」と判定されている間は、制御ゲイン調節器52dは、補償成分の制御ゲインを0に設定するか、補償成分の送信を遮断するようになっていてよい。これにより、要求駆動トルク値の補償は、フィードフォワード制振制御部による補償成分のみにより為される。
フィードバック制振制御部52aの出力と加算器a2との間に設けられる制御ゲイン調節器52dに於いて、BCF機能を設け、気筒間回転ばらつき補正制御が実行される期間、即ち、定常走行判定部54aから送信される判定情報に於いて、「定常走行中」と判定されている間、フィードバック制振制御部52aからの補償成分から、上記の表式(A1)〜(A3)により与えられる周波数を含む、気筒間回転ばらつき補正制御の補正量の値に影響を与える周波数帯域の成分を除去するようになっていてよい。ここで、BCFは、除去周波数帯域が可変の「可変バンドカットフィルタ」であり、公知の任意の形式のディジタルフィルタ技術又はアナログフィルタ技術を用いて当業者に於いて任意に構成されてよい。除去周波数の帯域幅は、実験的に又は理論的に適宜設定されよい。表式(A1)〜(A3)のようにエンジン回転数依存の周波数帯域は、複数あるので、これに対応して、除去周波数帯域も複数設定されてよい。また、除去周波数帯域の算出のために、制御ゲイン調節器(BCF)52dには、エンジン回転数の計測値が入力される。
フィードバック制振制御部の補償成分の遮断又はBCF処理に換えて、気筒間補正量演算部へのパラメータの入力に於いて、気筒間補正量演算部の参照する周波数成分のみを透過するBPF55が設けられ、気筒間補正量演算部が精度よく燃料噴射制御量の補正量を算出できるようになっていてもよい。ただし、この場合でも、エンジン回転数の大きさによって、フィードバック制振制御部の補償成分の周波数帯域と気筒間補正量演算部の参照する周波数帯域とが重複する場合がある。従って、制御ゲイン調節器52dに於いて、エンジン回転数を監視し、表式(A1)〜(A3)にて表される周波数値が、フィードバック制振制御部の補償成分の周波数帯域と重複する場合には、制御ゲイン調節器52dに於いて、制御ゲインを0にするよう構成されてよい。典型的には、ピッチ・バウンス振動の固有周波数は、1〜5Hzの範囲であるので、表式(A1)〜(A3)で表される周波数が、かかるピッチ・バウンス振動の固有周波数帯域の入ったとき、制御ゲインが0又は1よりも十分に小さい正数に設定されてよい。或いは、フィードバック制振制御部の補償成分を即時的に周波数解析し(FFT解析等)、表式(A1)〜(A3)で表される周波数を含む任意に設定された帯域幅の周波数帯域の振動強度が大きいときに、制御ゲインが0又は1よりも十分に小さい正数に設定されてよい。
λ・U …(6)
として加算器a2へ渡される。制御ゲインλは、通常時は、
λ=1 …(7)
に設定されるが、上記の(a)又は(c)の場合に、制御ゲインが変更される場合には、
λ=λo(<1) (7a)
に設定される。「制御ゲインが0」とは、λoは、λo=0に設定されることである。
既に触れたように、定常走行判定部54aが、要求駆動トルク値が安定しているか否かを、定常走行状態の判定基準の一つとしている場合には、燃料噴射制御指令決定部へ与えられる要求駆動トルク値が、制振制御部による補償制御により振動的に変動すると、車速等が略一定で、本来であれば、車両が定常走行状態であると判定されるべきときでも、「定常走行中」との判定がなされないこととなり、従って、気筒間回転ばらつき補正制御が実行されにくくなっていた。かかる事態を回避するために、本発明の装置に於いては、好ましくは、上記の如く、制振制御部をフィードフォワード制振制御部とフィードバック制振制御部とに分割し、定常走行判定部54aに、フィードフォワード制振制御部による補償成分により補償された要求駆動トルク値が入力されるよう構成される。
12FL、FR、RL、RR…車輪
14…アクセルペダル
20…駆動装置
22…ディーゼルエンジン
22a…燃料装置
30FL、FR、RL、RR…車輪速センサ
50…電子制御装置
50a…駆動制御装置
50b…制動制御装置
Claims (10)
- 車両の駆動出力を制御して前記車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する制振制御を実行する車両のディーゼルエンジンの駆動制御装置であって、前記車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する前記車輪に作用する車輪トルクに基づいて前記ピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記エンジンの駆動トルクを制御する制振制御部と、前記車両の定常走行時に前記エンジンの気筒間の回転速度又は出力のばらつきを抑制する気筒間補正制御部とを含み、前記気筒間補正制御部による気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いては、前記制振制御部により算出される前記制振制御のための前記車輪トルクを補償する補償成分のうちの少なくとも一部が前記エンジンの駆動出力を制御するための制御指令として前記エンジンに与えられないことを特徴とする車両の駆動制御装置。
- 請求項1の装置であって、前記制振制御部が前記車両に対する加減速要求により発生する車輪トルクにより発生するピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記エンジンの駆動トルクを制御する補償成分を算出するフィードフォワード制振制御部と、前記車輪に於いて現に発生している車輪トルクにより発生するピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記エンジンの駆動トルクを制御する補償成分を算出するフィードバック制振制御部とを有することを特徴とする装置。
- 請求項2の装置であって、前記気筒間補正制御部による気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いて、前記フィードバック制振制御部により算出される前記車輪トルクを補償する補償成分の全てが前記エンジンへ与えられる前記制御指令から除去されることを特徴とする装置。
- 請求項2の装置であって、前記気筒間補正制御部による気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いて、前記制振制御部から前記エンジンへ与えられる制御指令が前記フィードフォワード制振制御部により算出される前記補償成分のみであることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記気筒間補正制御部による気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いて、前記制振制御部により算出される前記車輪トルクを補償する補償成分が、そのうちの前記エンジンの回転速の関数である周波数成分を含む周波数帯域の成分が除去されて前記制御指令として前記エンジンへ与えられることを特徴とする装置。
- 請求項2の装置であって、前記気筒間補正制御部による気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いて、前記フィードバック制振制御部により算出される前記車輪トルクを補償する補償成分が、そのうちの前記エンジンの回転速の関数である周波数成分を含む周波数帯域の成分が除去されて前記制御指令として前記エンジンへ与えられることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記気筒間補正制御部が前記エンジンの各気筒の回転速度に基づいて前記各気筒の燃料噴射量を学習補正することを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、更に、前記車両が前記定常走行状態であるか否かを判定する定常走行判定部を含み、該定常走行判定部が、前記車両に対する加減速要求に基づいて決定される前記エンジンの駆動出力を制御するための制御指令を参照し、前記車輪に於いて現に発生している車輪トルクにより発生するピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記エンジンの駆動トルクを制御する補償成分を参照せずに前記車両が前記定常走行状態であるか否かを判定することを特徴とする装置。
- 請求項2の装置であって、更に、前記車両が前記定常走行状態であるか否かを判定する定常走行判定部を含み、該定常走行判定部が、前記車両に対する加減速要求及び前記フィードフォワード制振制御部により算出される前記補償成分から決定される前記エンジンの駆動出力を制御するための前記制御指令に基づいて前記車両が前記定常走行状態であるか否かを判定することを特徴とする装置。
- ディーゼルエンジン車両の駆動出力を制御して前記車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する車輪トルクを制御することにより前記車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する車両の制振制御装置であって、前記車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する前記車輪に作用する車輪トルクに基づいて前記ピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記エンジンの駆動トルクを制御する制振制御部を含み、前記ディーゼルエンジンの気筒間の回転速度又は出力のばらつきの補正処理が実行されている間に於いては、前記制振制御部により算出される前記制振制御のための前記車輪トルクを補償する補償成分のうちの少なくとも一部が前記エンジンの駆動出力を制御するための制御指令として前記エンジンに与えられないことを特徴とする装置。
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