JP2010274868A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４輪駆動機構におけるビスカスカップリングによる引き摺り抵抗をハードウエアの変更に依存することなく、解消するようにした車両の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン（内燃機関）の出力をＣＶＴ（変速機）で変速して前後輪をそれぞれ駆動すると共に、ＶＣ（ビスカスカップリング）をプロペラシャフトに介挿した車両において、ＶＣの前後の回転差を算出し（Ｓ１２）、算出された回転差からＮＮ（モデル）を用いてＶＣが発生すると推定されるトルクを算出し（Ｓ１４）、算出されたトルクを打ち消すためにエンジンに要求される要求トルクを算出し、算出された要求トルクを出力するようにエンジンの運転を制御する（Ｓ１６）。
【選択図】図２

Description

この発明は車両の制御装置に関し、より具体的にはビスカスカップリングを駆動系に介挿した４輪駆動の車両においてそれによって発生するトルクの引き摺りを解消するようにした装置に関する。

流体の粘性抵抗によって動力を伝達するビスカスカップリングを駆動系に介挿した４輪駆動の車両においては、旋回中に前輪と後輪に差回転が発生するため、ビスカスカップリングによって発生するトルクが大きな引き摺りとなり、ドライバビリティを損なう場合がある。この現象は、特に低負荷かつ低速度で大舵角時に顕著であり、運転者は車両の状態に合わせた操作を要求される。

そこで、例えば特許文献１に記載される如く、最小回転半径に応じてトランスファのレシオを設定する技術が提案されている。さらにはビスカスカップリングの特性を物理的に変更して対策することも行われている。

特開平２−１５８４２６号公報

上記したように、従来技術はハードウエアの変更に依存して４輪駆動機構におけるビスカスカップリングによる引き摺り抵抗を解消するものであり、対策が大掛かりとなる不都合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、４輪駆動機構におけるビスカスカップリングによる引き摺り抵抗をハードウエアの変更に依存することなく、解消するようにした車両の制御装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、内燃機関の出力を変速機で変速して前後輪をそれぞれ駆動すると共に、流体の粘性抵抗によって動力を伝達するビスカスカップリングを前記駆動系に介挿した車両において、前記駆動系の前記ビスカスカップリングの前後の回転差を算出する回転差算出手段と、前記算出された回転差からモデルを用いて前記ビスカスカップリングが発生すると推定されるトルクを算出する推定トルク算出手段と、前記算出されたトルクを打ち消すために前記内燃機関に要求される要求トルクを算出するトルク算出手段と、前記算出された要求トルクを出力するように前記内燃機関の運転を制御する制御手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る車両の制御装置にあっては、前記モデルは所定の走行条件で得られる情報に基づいて修正される如く構成した。

請求項１に係る車両の制御装置にあっては、駆動系のビスカスカップリングの前後の回転差を算出し、算出された回転差からモデルを用いてビスカスカップリングが発生すると推定されるトルクを算出し、算出されたトルクを打ち消すために内燃機関に要求される要求トルクを算出し、算出された要求トルクを出力するように内燃機関の運転を制御する如く構成したので、ハードウエアの変更に依存することのない簡易な構成でありながら、ビスカスカップリングによる引き摺り抵抗を効果的に解消することができる。

即ち、内燃機関の出力トルクを増加させることで、引き摺りによるクリープ力の低下を打ち消すことができ、車両の旋回時に運転者に良好なドライバビリティを与えることができる。

特に、変速機として無段変速機を用いると、低速での車輪・ギヤの慣性によるイナーシャの変化を最小にすることができるため、耐久性が上がるという副次的な効果を得ることもできる。

さらには、低速度での４輪駆動機構の特性への配慮を軽減することができるので、車両のスタビリティをよりニュートラルな方向に設定することも可能となる。

請求項２に係る車両の制御装置にあっては、モデルは所定の走行条件で得られる情報に基づいて修正される如く構成したので、ビスカスカップリングの特性が車両の状態や経年劣化などから変化した場合も、推定トルクの算出精度を上げることができ、引き摺り抵抗をより正確に推定でき、一層良好なドライバビリティを与えることができる。

この発明の実施例に係る車両の制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す車両の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。 図２に示すフロー・チャートの推定ＶＣ（ビスカスカップリング）トルクの算出などの処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図３に示す処理で使用されるシグモイド関数を示す説明グラフである。 図２に示す処理で使用されるＶＣ初期特性を示す説明グラフである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る車両の制御装置を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係る車両の制御装置を全体的に示す概略図である。

図１において符号１０は車両を示し、車両１０には水冷式のガソリンを燃料とする内燃機関（以下「エンジン」という）１２が搭載される。エンジン１２の出力はＣＶＴ（Continuous Variable Transmission。変速機）１４に入力される。

ＣＶＴ１４は、メインシャフトＭＳに配置されたドライブプーリ１４ａと、カウンタシャフトＣＳに配置されたドリブンプーリ１４ｂと、その間に掛け回される金属製のベルト１４ｃと、それに作動油を供給する油圧機構（図示せず）とからなり、トルクコンバータ１４ｄとフォワードクラッチ１４ｅを介してメインシャフトＭＳから入力されたエンジン１２の出力を無段階の変速比で変速する。

ＣＶＴ１４で変速されたエンジン１２の出力はカウンタシャフトＣＳから減速ギヤ１６を介してトランスファ１８に入力され、そこで前輪側と後輪側に分配される。前輪側の出力は、フロントディファレンシャル機構２０を介して前輪２２に伝達される。

後輪側の出力はプロペラシャフト２４とリアディファレンシャル機構２６を介して後輪３０に伝達される。このように、車両１０はエンジン１２の出力をＣＶＴ１４で変速して前輪２２と後輪３０をそれぞれ駆動する、４輪駆動４ＷＤ型の車両として構成される。

プロペラシャフト２４上には、ビスカスカップリング（以下「ＶＣ」という）３２が介挿される。ＶＣ３２は、容器の中に多数のクラッチプレートが収納されると共に、高粘度のシリコンオイル（流体）が封入されており、プレート間に発生する回転差によって発生する剪断力によって動力を伝達する。

ＣＶＴ１４においてドライブプーリの付近にはＮＤＲセンサ３４が設けられてＣＶＴ１４の入力回転数に応じた出力を生じると共に、ドリブンプーリの付近にはＮＤＮセンサ３６が設けられてＣＶＴ１４の出力回転数に応じた出力を生じる。

左右の前輪１６と後輪３０のドライブシャフト（図示せず）の付近には車輪速センサ４０がそれぞれ設けられ、左右の前後輪の回転数に応じた出力を生じる。

車両１０の運転席床面のアクセルペダル（図示せず）の付近にはアクセル開度センサ４２が設けられてアクセル開度（運転者によるアクセルペダル踏み込み量）ＡＰに応じた出力を生じると共に、ブレーキペダル（図示せず）の付近にはブレーキ（ＢＲＫ）スイッチ４４が設けられ、運転者によってブレーキペダルが操作されるとき、オン信号を出力する。

上記したセンサの出力はＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御装置）５０に送られる。ＥＣＵ５０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力Ｉ／Ｏなどで構成されるマイクロコンピュータからなり、ＣＶＴ１４の動作を制御する。

ＥＣＵ５０は、ＣＡＮ(Controller Area Network)５２を介してエンジン１２の動作を制御するＥＣＵ５４と、トラクション制御やアンチスキッド制御などを行うＥＣＵ５６などに接続される。

次いで、この実施例に係る車両の制御装置の動作を説明する。

図２はその動作を示すフロー・チャートであり、ＥＣＵ５０によって所定時間ごとに実行される。

以下説明すると、Ｓ１０において要求トルク値算出を実施する実施条件１が成立しているか否か判断する。

実施条件１は、スキッド（過大スリップ）判定がなされていないこと（車輪速センサ４０の出力に基づく別ルーチンの処理結果から車両１０の対地速度に対して車輪２２，３０がそれ以上の回転速度を示すときにスキッドと判定）、トラクション制御やアンチスキッド制御と干渉しないこと（ＥＣＵ５６との通信結果から判定）、車輪加減速度が所定範囲内にあること（車輪速センサ４０の出力から判定）、車両１０の左右後輪速度差から推定される旋回Ｒが所定範囲内にあることからなり、かかる４つの条件が全て成立するとき、実施条件１が成立したと判断される。

Ｓ１０の処理は、車両１０がＶＣによる引き摺りを生じる走行状態にあるか否か判断することに相当する。

Ｓ１０で肯定されるときはＳ１２に進み、ＶＣ前後回転差（より一般的にはＶＣ差回転数）を算出する。

これは、左右の前輪２２の車輪速度（回転数）を２で除算した前輪平均値にトランスファ１８のギヤレシオを乗じて得た積から、左右の後輪３０の車輪速度（回転数）を２で除算した後輪平均値にディファレンシャル機構２６のギヤレシオを乗じて得た積を減算することで算出する。このＶＣ３２の前後の回転差は、プロペラシャフト２４の回転数を算出することに相当する。

次いでＳ１４に進み、推定ＶＣトルクを算出する。

これは、Ｓ１２で算出されたＶＣ前後回転差からモデルを用いてＶＣ３２が発生すると推定されるトルクを算出する処理を意味する。モデルとして３層構造のニューラルネットワーク（以下「ＮＮ」という。後記するＳ１０４に示す）を使用する。

図３はその推定ＶＣトルクの算出処理などを示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１００においてＳ１２で算出されたＶＣ前後回転差とＳ１０の実施条件１の判定で使用された左右後輪速度差を入力値とする。即ち、ＶＣ３２の特性は前後輪１６，３０の回転速度の差によって発生するからである。また、旋回時は左右後輪差が発生し、その差は旋回半径と相関があるからである。

次いでＳ１０２に進み、バイナリ変換を行う。

ＮＮのノードの中は図４に示すような標準シグモイド関数で構成され、その入力値は−１から＋１、出力値は０から＋１である。一方、Ｓ１００での入力値は物理値であるため、バイナリ変換によって物理値を−１から＋１の範囲に変換する。標準シグモイド関数のゲインは０．５に設定される。

次いでＳ１０４に進み、算出されたＶＣ前後回転差と左右後輪速度差（回転差）からＮＮを用いて推定されるトルクを算出させる。

次いでＳ１０６に進み、Ｓ１０２と逆の処理を行ってＮＮの出力値を物理値に変換し、Ｓ１０８に進み、得られた値を推定ＶＣトルクとする（推定ＶＣトルクを算出する）。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１６に進み、要求トルク値を算出する。これは、Ｓ１４で算出されたトルクを打ち消すためにエンジン１２に要求される要求トルク、即ち、算出された推定トルクに等しいエンジントルクを算出する処理を意味する。エンジントルクは具体的には、エンジン１２の回転数とスロットル開度で規定される。

それと共に、ＥＣＵ５０はＣＡＮ５２を介してＥＣＵ５４に通信し、算出された要求トルクを出力するようにエンジン回転数とスロットル開度を増加させる。換言すれば、ＥＣＵ５０は、ＣＡＮ５２とＥＣＵ５４を介して算出された要求トルクを出力するようにエンジン１２の運転を制御する。

次いでＳ１８に進み、教師を選定する。

教師には、Ｓ１２で算出されたＶＣ前後回転差と、ＶＣ初期特性−不足分を使用する。

図５はそのＶＣ初期特性を示す説明グラフである。初期値（学習初期値）としては、ＶＣ３２が車両１０の駆動系に介挿される前の、ＶＣ３２の単体としての特性を使用する。より正確には、その単体としての特性（図５に実線で示す）を、ロジスティック関数Ｙ（図５の上部に示す）で記述した値（図５に破線で示す）を初期値として設定する。即ち、机上学習値をＮＮ初期値とする。

他方、Ｓ１０で否定されるときはＳ２０に進み、前記した実施条件１と別の実施条件２が成立しているか否か判断する。

実施条件２は、アクセルペダルが操作されていないこと（アクセル開度センサ４２の出力から判定）、ブレーキペダルが操作されていないこと（ブレーキスイッチ４４の出力から判定）、出力トルク（エンジン出力とＣＶＴ１４のレシオの積）が算出されていること、車輪速度が学習許可範囲にあること、教師が選定済みであることからなり、かかる５つの条件が全て成立するとき、実施条件２が成立したと判断される。

Ｓ２０の処理はＶＣ特性モデルの学習を実施する条件が成立したか否か判断することに相当する。

Ｓ２０で否定されるときはＳ１２以降に進んで要求トルク算出を繰り返すと共に、肯定されるときはＳ２２に進み、ＶＣ特性モデル学習を実行する。

図３は、前記した推定ＶＣトルクの算出に加え、ＶＣ特性モデル学習についての処理も示すフロー・チャートである。

Ｓ１００においてＶＣ前後回転差とＳ１０の実施条件１の判定で使用された左右後輪速度差を入力値とし、Ｓ１１０に進み、実施条件２が成立したか否か判断する。

図２フロー・チャートにおいてＳ２０で実施条件２の成立が肯定されて図３フロー・チャートにジャンプしたことから、Ｓ１１０の判断は当然肯定されてＳ１１２に進み、Ｓ１０２と同様なバイナリ変換を実行する。

次いでＳ１１４に進み、ＮＮ（Ｓ１０４に示す）に教師を入力し、Ｓ１１６からＳ１１８を介してＳ１２０に進み、Ｓ１１４で入力される教師と、Ｓ１０４で出力された教師から、最急降下法に従ってＳ１１８に示すように結合子を入れ換える（ＮＮのノードを変更する）。

即ち、ＮＮの入出力に教師信号を与え、入出力が教師と同じ解となる結合子の重みを修正することでＶＣ特性モデルを学習する。具体的には誤差逆伝播学習（Back Propagation。ＢＰ則）を用いる。尚、誤差逆伝播学習あるいは最急降下法（最速降下法）などは公知な概念なので、説明は省略する。

即ち、この実施例においてはＶＣ単体の物バラツキ、タイヤ（車輪）・ギヤ特性の変化を吸収するため、特定の走行条件で得られる情報に基づいて選定された教師により、ＶＣ特性モデル（図５）を修正するようにした。

修正に必要な教師が、図５に示すＶＣ特性の横軸の全領域で得られるとは限らないため、非線形処理を得意とするＮＮを用いると共に、その学習はＮＮ分野で広く使用されるＢＰ則を用いるようにした。図３フロー・チャートのＳ１０４に示す３層構造のＮＮは、ＮＮの中でも単純な構造であることから、ＢＰ則を用いた学習が比較的容易となる。

これにより、ＶＣ３２の特性が車両１０の状態あるいは経年劣化などから変化したときも、その変化に応じてＶＣ３２の特性を変化させることができ、ＶＣ３２による引き摺りの推定精度を向上させることができ、良好なドライバビリティを運転者に与えることができる。

この実施例は上記した如く、エンジン（内燃機関）１２の出力をＣＶＴ（変速機）１４で変速して前後輪２２，３０をそれぞれ駆動すると共に、流体の粘性抵抗によって動力を伝達するＶＣ（ビスカスカップリング）３２をプロペラシャフト（駆動系）２４に介挿した車両１０において、駆動系のＶＣ３２の前後の回転差を算出する回転差算出手段（ＥＣＵ５０，Ｓ１２）と、算出された回転差からＮＮ（モデル）を用いてＶＣ３２が発生すると推定されるトルクを算出する推定トルク算出手段（ＥＣＵ５０，Ｓ１４）と、算出されたトルクを打ち消すためにエンジン１２に要求される要求トルクを算出するトルク算出手段（ＥＣＵ５０，Ｓ１６）と、算出された要求トルクを出力するようにエンジン１２の運転を制御する制御手段（ＥＣＵ５０，Ｓ１６）とを備える如く構成したので、ハードウエアの変更に依存することのない簡易な構成でありながら、ＶＣ３２による引き摺り抵抗を効果的に解消することができる。

即ち、エンジン１２の出力トルクを増加させることで、引き摺りによるクリープ力の低下を打ち消すことができ、車両１０の旋回時に運転者に良好なドライバビリティを与えることができる。

特に、変速機としてＣＶＴ１４を用いるため、低速でのタイヤ（車輪）・ギヤの慣性によるイナーシャの変化を最小にすることができるため、耐久性が上がるという副次的な効果を得ることもできる。

さらには、低速度での４輪駆動機構の特性への配慮を軽減することができるので、車両１０のスタビリティをよりニュートラルな方向に設定することも可能となる。

また、ＮＮ（モデル）は所定の走行条件で得られる情報に基づいて修正される（Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ１００からＳ１２０）如く構成したので、ＶＣ３２の特性が車両１０の状態や経年劣化などから変化した場合も、推定トルクの算出精度を上げることができ、引き摺り抵抗をより正確に推定でき、一層良好なドライバビリティを与えることができる。

１０ 車両、１２ 内燃機関（エンジン）、１４ 変速機（ＣＶＴ）、１８ トランスファ、２２ 前輪、２４ プロペラシャフト（駆動系）、３０ 後輪、３２ ビスカスカップリング（ＶＣ）、４０ 車輪速センサ、４２ アクセル開度センサ、４４ ブレーキスイッチ、５０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (2)

1. 内燃機関の出力を変速機で変速して前後輪をそれぞれ駆動すると共に、流体の粘性抵抗によって動力を伝達するビスカスカップリングを前記駆動系に介挿した車両において、前記駆動系の前記ビスカスカップリングの前後の回転差を算出する回転差算出手段と、前記算出された回転差からモデルを用いて前記ビスカスカップリングが発生すると推定されるトルクを算出する推定トルク算出手段と、前記算出されたトルクを打ち消すために前記内燃機関に要求される要求トルクを算出するトルク算出手段と、前記算出された要求トルクを出力するように前記内燃機関の運転を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記モデルは所定の走行条件で得られる情報に基づいて修正されることを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。

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