JP2021024334A - 車両の駆動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブフィーリングを向上し、より快適な走行を実現する。【解決手段】ドライバーの運転で走行する車両に搭載される駆動制御システムである。出力センサＳ１によって検出される要求駆動力に基づいて、駆動力を出力するアクチュエータ２，３，１４の作動を制御する制御装置２５を備える。制御装置２５が、要求駆動力に対応して設定される要求出力値に、所定の遅れ時間ｔｄを付加することによって目標出力値を設定し、アクチュエータ２，３，１４の応答特性に基づいて目標出力値で出力するよう、アクチュエータ２，３，１４を制御する。【選択図】図１

Description

開示する技術は、車両の駆動制御システムに関し、その中でも特に、ドライブフィーリングを向上させる技術に関する。

エンジンおよびモータで駆動するハイブリッド車において、ＥＣＵが、加速度を駆動モータで進み補償制御することにより、運転者の加速感を向上させる技術が、特許文献１に開示されている。

具体的には、ＥＣＵは、アクセル操作に合わせて目標車両加速度を設定し、その目標車両加速度の加速度波形に沿うように追従制御を行う。エンジンの出力は応答性が低いため、追従の遅れが発生して加速度が不足する。そこで、応答性の高い駆動モータでトルクアシストすることにより、その加速の不足分を補って、運転者の加速感を向上させる。

特開２０１０−１６７９８２号公報

特許文献１の技術の場合、目標車両加速度となるように追従制御するので、アクセル操作が同じであっても、外因によりドライブフィーリングがばらつく場合がある。例えば、駆動モータの温度が変化すると、出力される加速度にズレが発生して、ドライブフィーリングがばらつく。

感覚として、時間的に緩やかな変化は、多少大きく変化しても気にならないが、時間的に急な変化は、僅かであっても気づき易い。そのため、このようなドライブフィーリングのばらつきは、ドライバーに違和感を与えるおそれがある。

開示する技術の主たる目的は、ドライブフィーリングを向上し、より快適な走行が実現できる車両の制御システムを提供することにある。

開示する技術は、ドライバーの運転で走行する車両に搭載される駆動制御システムに関する。

前記駆動制御システムは、前記車両が走行するための駆動力を出力するアクチュエータと、前記ドライバーの操作によって要求される駆動力を検出する出力センサと、前記出力センサによって検出される要求駆動力に基づいて、前記アクチュエータの作動を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置が、前記要求駆動力に対応して設定される要求出力値に、所定の遅れ時間を付加することによって目標出力値を設定し、前記アクチュエータの応答特性に基づいて前記目標出力値で出力するよう、前記アクチュエータを制御する。

人の認知能力には、時間的な限界（認知限界）がある。認知限界の範囲内では、上述したようなドライブフィーリングのばらつきは認知できない（ズレの有無がわからない）。本発明者らは、この点に着目し、このような人の感覚を、駆動制御システムに利用した。

すなわち、その駆動制御システムでは、要求駆動力に対応して設定される要求出力値を、そのまま目標出力値とするのではなく、その要求出力値に、所定の遅れ時間を付加する。そうすることにより、アクセル等の操作タイミングから遅れた目標出力値を設定する。

遅れ時間を認知限界の範囲内に設定すれば、遅れ時間に伴う操作タイミングからの遅れは認知できない。従って、遅れが無いのと同じにできる。また、認知限界の範囲外であっても、操作タイミングからの遅れが常に同じであれば、ドライバーは、その遅れに違和感を感じ難い。従って、その場合にも、ズレ量が相当大きくならない限り、良好なドライブフィーリングを維持できる。

そこで、この駆動制御システムでは、アクチュエータの応答特性に基づいて目標出力値が常に一定になるように、後れ時間を利用して、エンジン等のアクチュエータを制御する。その結果、ドライブフィーリングのばらつきが効果的に抑制される。従って、より快適な走行が実現できる。

前記アクチュエータが複数である場合には、前記制御装置が、所定の条件に基づく優先順位に従って、順番に前記制御を実行する、としてもよい。

すなわち、制御対象とされるアクチュエータが複数ある場合には、優先順位を設定し、その順番に従って、制御を実行する。そうすることで、演算処理の負担が軽減できるので、制御が簡素化できる。その結果、制御装置を安価でコンパクトにできるので、実用化が容易になる。

前記駆動制御システムはまた、次のように構成してもよい。すなわち、前記アクチュエータは、前記車両が走行するための駆動力を発生させる第１のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータで発生した駆動力を調整する第２のアクチュエータと、を含む。

前記制御装置は、前記要求駆動力に対応した出力値を設定する要求出力設定部と、前記要求出力設定部で設定される要求出力値に、所定の遅れ時間を付加することにより、制御の目標とする出力値を設定する目標出力設定部と、第１および第２の前記アクチュエータの各々に対応した応答特性を有する装置モデルを記憶し、これら装置モデルを用いて、第１および第２の前記アクチュエータの各々に対応した入出力演算を行うモデル予測部と、第１および第２の前記アクチュエータの各々の作動を制御する実機制御部と、を有している。前記実機制御部が、前記モデル予測部で逆演算して得られる入力値に基づいて、第１および第２の前記アクチュエータの各々に、前記目標出力設定部で設定される目標出力値に対応した駆動力を出力させる。

この場合、第１および第２の前記アクチュエータの各々は、所定の条件に基づいて、作動する優先順位が予め設定されていて、前記実機制御部が、その優先順位に従って、順番に前記入出力演算を実行する、としてもよい。

前記駆動制御システムはまた、前記所定の条件が、前記アクチュエータの制約、前記アクチュエータの応答性、前記アクチュエータの実行精度、前記アクチュエータの実行能力のうち、少なくともいずれか１つに基づいて設定されている、としてもよい。

すなわち、これらは、所定の条件として好適なものである。これらのうち、少なくともいずれか１つの条件に基づいて優先順位を決定することで、適切な優先順位が設定できる。

前記駆動制御システムはまた、前記要求出力値および前記目標出力値の各々は、駆動力の時間変化に対応して傾斜する出力波形を有し、前記要求出力値と前記目標出力値とで、前記出力波形の傾斜が略一致している、としてもよい。

すなわち、目標出力値は、遅れ時間のタイムラグがあるだけで、出力される駆動力の変化は要求出力値と略同じになっている。従って、アクセル操作の操作量に応じた走行が行えるので、良好なドライブフィーリングが得られる。

前記駆動制御システムはまた、前記遅れ時間が、駆動力を変化させる温度条件および気圧条件の少なくともいずれか１つの変化に応じて変更される、としてもよい。

認知限界は短時間であるため、それを基準に遅れ時間を設定することは、制御負担が大きく、駆動制御が不安定になるおそれがある。従って、制御の観点からは、遅れ時間は大きい方が好ましいが、大き過ぎると、ドライバーが違和感を感じるおそれがある。また、遅れ時間が短時間で変化したときも、駆動差を認知し易いため、ドライバーが違和感を感じるおそれがある。

特に、温度条件や気圧条件により、駆動力は変化し易い。そこで、遅れ時間をこれらの変化に応じて変更することで、更にいっそうドライブフィーリングを向上できるようになる。

開示する技術を適用した車両の制御システムによれば、ドライブフィーリングを向上できるので、より快適な走行が実現できる。

（ａ）は、従来の加速時の駆動制御の一例である（比較例）。（ｂ）は、開示する駆動制御システムでの加速時の駆動制御の一例である。 開示する駆動制御システムの概略を説明するための概念図である。 開示する駆動制御システムを適用した自動車の主な構成を示す図である。 制御装置とその主な周辺装置を示すブロック図である。 駆動制御のフローチャート（第１具体例）である。 図５の駆動制御に対応した、アクチュエータ等の出力波形を示す図である。 駆動制御のフローチャート（第２具体例）である。 図７の駆動制御に対応した、アクチュエータ等の出力波形を示す図である。 遅れ時間変更制御の部分フローチャート（第３具体例）である。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

＜開示する技術の概要＞
自動車（車両）は、ドライバーが、ハンドルを操縦しながらアクセルやブレーキを操作することで走行する。アクセルを踏み込めば自動車は加速し、ブレーキを踏み込めば自動車は減速する。これらの操作量に応じて自動車は加速または減速するため、操作量と自動車の加速または減速との間にズレや応答の遅れなどがあると、ドライバーに違和感を与える。

一方、ドライバーのこれら操作に応じて自動車が適切に加速または減速すると、ドライバーは、自動車との一体感により、爽快な気分になる。そのため、ドライブフィーリングの向上は、自動車の駆動制御において重要な課題であり、様々な検討が行われている。

自動車の駆動制御では、通常、アクセル等の操作量に応じて、制御において目標とされる加速度等の制御量が設定される。そして、アクセル等の操作タイミングに合わせて、それに応じた駆動力が出力されるように、その制御量に応じて、エンジン等の駆動装置が制御される。

それに対し、特許文献１の技術では、エンジンの出力の遅れを駆動モータで補完し、ドライブフィーリングの向上を図っている。図１の（ａ）に、加速時の駆動制御の概略を示す。

図１の（ａ）における実線のグラフは、出力が要求される駆動力（総力）の時間変化を示す、トルクの出力波形（要求出力値に相当）である。要求出力値はまた、制御の目標とされる出力値（目標出力値）とされており、時間ｔｓでトルクの出力が開始するように制御される。

それに対し、エンジンの出力だけでは、一点鎖線のように、応答の遅れが生じる。そのため、その遅れ分を、矢印で示すように、応答性に優れた駆動モータで補完することで、目標とする出力波形に沿った駆動制御を実現している。

ところが、駆動モータの場合、モータ内の温度が上昇すると、磁力低下によってモータ出力が低下する。駆動モータに限らず、自動車が走行するための駆動力を出力する装置（アクチュエータともいう）は、同じ条件で制御しても、外因により、その出力に差が生じる場合があり得る。そうした場合、図１の（ａ）に破線で示すように、出力されるトルクにズレが発生する。

人の感覚として、操作に対するアクチュエータの応答性にズレがあっても、そのズレが常に一定である場合や、時間的に緩やかに変化するような場合は、ズレ量が多少大きくても、認知するのは難しい。一方、短時間での変化は、ズレ量が僅かであっても気づき易い。従って、出力されるトルクにばらつきが生じると、ドライバーは、違和感を感じるおそれがある。

また、このようなズレに対する人の認知能力には、時間的な限界（認知限界）がある。レースドライバーなどの特殊な人を除き、一般的な人では、１５０ｍｓ以下の時間では、このようなズレは、その大小に関係なく認知できない（ズレの有無がわからない）。

そこで、本実施形態の駆動制御システムでは、開示する技術の適用により、このような人の感覚を利用し、ドライブフィーリングが向上できるように工夫されている。図１の（ｂ）に、その加速時の駆動制御の概略を示す。一点鎖線が、要求される駆動力（要求駆動力）の時間変化であり、時間ｔｓでトルクの出力が開始するように設定されている。

駆動制御システムでは、要求駆動力に対応して設定される要求出力値を、そのまま目標出力値とするのではなく、その要求出力値に、所定の遅れ時間ｔｄを付加する。そうすることにより、アクセル等の操作タイミングから遅れた目標出力値を設定する。すなわち、従来のように、アクセル等の操作タイミングに合わせて駆動制御するのではなく、敢えて所定時間遅らせ、時間ｔｓ’でトルクの出力が開始するように駆動制御する。

その遅れ時間ｔｄは、認知限界の範囲内、つまり１５０ｍｓ以下で設定するのが好ましい。そうすれば、遅れ時間ｔｄに伴う操作タイミングからの遅れは、通常のドライバーであれば認知できない。従って、遅れが無いのと同じにできる。

また、遅れ時間ｔｄが認知限界の範囲外であっても、操作タイミングからの遅れが常に同じであれば、ドライバーは、その遅れに違和感を感じ難い。従って、その場合にも、ズレ量が相当大きくならない限り、良好なドライブフィーリングを維持できる。

駆動制御システムでは、モデル予測制御により、目標出力値が常に一定になるように、遅れ時間ｔｄを利用して、エンジンや駆動モータ等のアクチュエータを制御する。駆動制御システムが行う、その駆動制御の概要について、図２を参照しながら説明する。

図２は、駆動制御システムが行う、加速時の駆動制御の概要を示す概念図である。自動車には、アクチュエータとして実機Ａ〜Ｃが設置されている。駆動制御システムが、これら実機Ａ〜Ｃを制御することで、ドライバーの要求する駆動力が出力されて自動車が走行する。

駆動制御システムには、ソフトウエアとして、実機Ａ〜Ｃの各々に対応したモデルＡ〜Ｃが実装されている。これらモデルＡ〜Ｃの各々は、対応する実機Ａ〜Ｃと同じ応答特性を有しており、自動車に設置されている各種センサが検出する様々な動作情報に基づいて、ソフトウエア上で、実機Ａ〜Ｃと同様に作動するように構成されている。

すなわち、モデルに入力される入力値がその実機と同じである場合、モデルは、その実機と同じ動作情報を用いて、所定の演算処理を実行することにより、その実機と略同じ出力値を出力する。モデルを用いれば、出力値から入力値を算出することも可能になる（逆演算処理）。

従って、この駆動制御システムでは、ドライバーがアクセルを踏み込み操作すると、それによって要求される駆動力（要求駆動力）がアクセルセンサによって検出される。アクセルセンサの検出値に基づいて、その要求駆動力に対応したトルクの出力値（要求出力値）が設定される。この駆動制御システムでは、その要求出力値に、予め設定されている所定の遅れ時間ｔｄ（例えば、１００ｍｓ）が付加される。それにより、制御の目標とされる出力値（目標出力値）が設定される。

そうして、各モデルに、所定の条件の下で、その目標出力値の出力が可能になると予測される個別のトルクの出力値Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃが入力される。それにより、各モデルで個別の出力値（要素出力値）が逆演算される。こうして得られる要素出力値の各々を、対応する実機に入力することにより、実機の制御が実行される。

その結果、各実機から出力される個々の駆動力が総合されることにより、目標出力値の駆動力が出力される。モデル予測制御により、逆演算した入力値で実機を制御するので、常に、一定の目標出力値で出力することが可能になる。

＜開示する技術の具体的な適用例＞
図３に、開示する技術の具体的な適用例を示す。図３は、駆動制御システムを搭載した４輪の自動車１（車両）の主な構成を示している。

この自動車１は、ハイブリッド車である。自動車１の駆動源には、エンジン２および駆動モータ３が搭載されている。ドライバーが自動車１を運転することにより、これらが協働して、４つの車輪４Ｆ，４Ｆ，４Ｒ，４Ｒのうち、左右対称状に位置する２輪（駆動輪４Ｒ）を駆動する。それにより、自動車１は移動（走行）する。すなわち、エンジン２および駆動モータ３の各々は、自動車１が走行するための駆動力を発生させるアクチュエータ（第１のアクチュエータ）を構成している。

この自動車１の場合、エンジン２は車体の前側に配置されており、駆動輪４Ｒは車体の後側に配置されている。すなわち、この自動車１は、いわゆるＦＲ車である。更にこの自動車１の場合、駆動源としては、駆動モータ３よりもエンジン２が主体となっており、駆動モータ３は、エンジン２の駆動をアシストする形で利用される（いわゆるマイルドハイブリット）。駆動モータ３はまた、駆動源としてだけでなく、回生時には発電機としても利用される。

自動車１にはまた、エンジン２および駆動モータ３で発生した駆動力を調整するアクチュエータ（第２のアクチュエータ）として、第１クラッチ５、第２クラッチ７、変速機８、デファレンシャルギア９、ブレーキ１４などが備えられている。駆動モータ３には、インバータ６およびバッテリ１０が付設されている。

自動車１にはまた、これらアクチュエータの作動を制御する制御装置として、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）２１、変速機コントロールユニット（ＴＣＵ）２２、ブレーキコントロールユニット（ＢＣＵ）２３、総合コントロールユニット（ＧＣＵ）２４などが備えられている。

（アクチュエータ）
エンジン２は、例えばガソリンを燃量にして燃焼を行う内燃機関である。エンジン２はまた、吸気、圧縮、膨張、排気の各サイクルを繰り返すことで回転動力を発生させる、いわゆる４サイクルエンジンである。エンジン２には、ディーゼルエンジン等、様々な種類や形態があるが、開示する技術では、特にエンジン２の種類や形態は限定しない。

この自動車１では、エンジン２は、回転動力を出力する出力軸を、車体の前後方向に向けた状態で、車幅方向の略中央部に配置されている。自動車１には、吸気システム、排気システム、燃量供給システムなど、エンジン２に付随した様々な装置や機構が設置されているが、これらの図示および説明は省略する。

駆動モータ３は、第１クラッチ５を介してエンジン２の後方に直列に配置されている。駆動モータ３は、三相の交流によって駆動する永久磁石型の同期モータである。

駆動モータ３とエンジン２との間に介在するように、第１クラッチ５が設置されている。第１クラッチ５は、駆動モータ３とエンジン２とが連結された状態（締結状態）と、駆動モータ３とエンジン２とが分離した状態（非締結状態）とに切り替え可能に構成されている。

駆動モータ３と変速機８との間に介在するように、第２クラッチ７が設置されている。第２クラッチ７は、駆動モータ３と変速機８とが連結された状態（締結状態）と、駆動モータ３と変速機８とが分離した状態（非締結状態）とに切り替え可能に構成されている。

駆動モータ３は、インバータ６を介して、車載されているバッテリ１０と接続されている。この自動車１の場合、バッテリ１０は、定格電圧が５０Ｖ以下、具体的には４８Ｖの直流バッテリが用いられている。

従って、高電圧ではないので、バッテリ自体を軽量かつコンパクトにできる。しかも、高度な感電対策が不要なため、絶縁部材等も簡素化でき、よりいっそう軽量かつコンパクトに構成できる。従って、自動車１の車両重量を抑制できるので、燃費や電力消費を抑制できる。

力行時には、バッテリ１０は、インバータ６に直流電力を供給する。インバータ６は、その直流電力を、制御された三相の交流に変換し、駆動モータ３に出力する。それにより、自動車１は、駆動モータ３の駆動力で走行する。一方、回生時には、駆動モータ３は発電機として利用される。それにより、バッテリ１０は必要に応じて充電される。

この自動車１の場合、変速機８は、多段式自動変速機（いわゆるＡＴ）である。変速機８は、一方の端部に入力軸を有し、他方の端部に出力軸を有している。これら入力軸と出力軸との間に、複数の遊星歯車機構、クラッチ、ブレーキなどの変速機構が組み込まれている。

これら変速機構を切り替えることにより、前進または後進の切り替えや、変速機８の入力と出力との間で、異なる回転数に変更できるように構成されている。変速機８の出力軸は、車体の前後方向に延びて出力軸と同軸に配置されているプロペラシャフト１１を介してデファレンシャルギア９に連結されている。

デファレンシャルギア９には、車幅方向に延びて、左右の駆動輪４Ｒ，４Ｒに連結された一対の駆動シャフト１３，１３が連結されている。プロペラシャフト１１を通じて出力される回転動力は、デファレンシャルギア９で振り分けられた後、これら一対の駆動シャフト１３，１３を通じて各駆動輪４Ｒに伝達される。各車輪４Ｆ，４Ｆ，４Ｒ，４Ｒには、その回転を制動するために、ブレーキ１４が取り付けられている。

（制御装置２５）
自動車１には、ドライバーの運転操作に応じて、その走行をコントロールするために、上述した、ＥＣＵ２０、ＭＣＵ２１、ＴＣＵ２２、ＢＣＵ２３、およびＧＣＵ２４の各ユニットが設置されている。これらユニットの各々は、ＣＰＵやメモリ、インターフェースなどのハードウエアと、データベースや制御プログラムなどのソフトウエアとで構成されている。

ＥＣＵ２０は、エンジン２の作動を主に制御するユニットである。ＭＣＵ２１は、駆動モータ３の作動を主に制御するユニットである。ＴＣＵ２２は、変速機８の作動を主に制御するユニットである。ＢＣＵ２３、ブレーキ１４の作動を主に制御するユニットである。ＧＣＵ２４は、これらＥＣＵ２０、ＭＣＵ２１、ＴＣＵ２２、ＢＣＵ２３と電気的に接続されていて、これらを総合的に制御する上位ユニットである。

ＥＣＵ２０、ＭＣＵ２１、ＴＣＵ２２、ＢＣＵ２３、およびＧＣＵ２４の構成は、仕様に応じて変更できる。例えば、これらのハードウエアは、１つのユニットで構成してもよいし、各ユニットを部分的に組み合わせたり分離したりしてもよい。便宜上、これらユニットを包括して、制御装置２５ともいう。

図４に、制御装置２５と、これの主な周辺装置を示す。制御装置２５には、その機能的な構成として、要求出力設定部２５ａ、目標出力設定部２５ｂ、モデル予測部２５ｃ、および実機制御部２５ｄが設けられている。制御装置２５には更に、優先順位設定部２５ｅ、遅れ時間変更部２５ｆなどを設けてもよい。

要求出力設定部２５ａは、アクセルペダル１５の踏み込み等、ドライバーの操作によって駆動力が要求された場合に、その要求駆動力に対応した出力値（要求出力値）を設定する。目標出力設定部２５ｂは、その要求出力値に、所定の遅れ時間ｔｄを付加することにより、制御の目標とする出力値（目標出力値）を設定する。

モデル予測部２５ｃには、エンジン２や駆動モータ３等、アクチュエータの各々に対応した応答特性を有する装置モデルが記憶されている。装置モデルは、実験等により予め設定された所定の演算式などで構成されている。装置モデルに実機と同じ入力値を導入すれば、実機と同様に各センサから入力される情報に基づいて、実機と同じ出力値を得ることができる。

モデル予測部２５ｃでは、これら装置モデルを用いることにより、アクチュエータの各々に対応した入出力演算が行われる。特に、この駆動制御システムの場合、モデル予測部２５ｃで逆演算が行われ、モデル予測制御が行われる。

実機制御部２５ｄは、実際に各アクチュエータの作動を制御する。詳細には、実機制御部２５ｄは、モデル予測部２５ｃで逆演算して得られる入力値に基づいて、各アクチュエータの作動を制御する。それにより、各アクチュエータが協働して、目標出力値に対応した駆動力が出力させるようにする。なお、優先順位設定部２５ｅおよび遅れ時間変更部２５ｆについては別途後述する。

自動車１には、様々なセンサが付設されている。図４に示すように、これらセンサは、制御装置２５と電気的に接続されており、自動車１の運転時に、操作情報、走行環境情報、各アクチュエータの動作情報など、様々な情報を検出する。

具体的には、アクセルセンサＳ１（出力センサ）は、ドライバーが操作するアクセルペダル１５に取り付けられていて、アクセルペダル１５の操作量に対応したアクセル開度を検出する。ブレーキセンサＳ２（出力センサ）は、ドライバーが操作するブレーキペダル（不図示）に取り付けられていて、ブレーキペダルの操作量に対応したブレーキ開度を検出する。アクセル開度およびブレーキ開度の各々は、自動車１の駆動に要求される出力に相当する。

カメラセンサＳ３は、自動車１の周囲の画像を出力する。ジャイロセンサＳ４は、自動車１の姿勢等を出力する。エアフローセンサＳ５は、エンジン２に導入される新気量を検出する。吸気温度センサＳ６は、新気の温度を検出する。指圧センサＳ７は、エンジン２の燃焼状態を検出する。水温センサＳ８は、エンジン２の冷却水の温度を検出する。クランク角センサＳ９は、エンジン２の回転角を検出する。

電流センサＳ１０は、駆動モータ３に供給される電流値を検出する。モータ回転センサＳ１１は、駆動モータ３の回転数、回転位置を検出する。モータ温度センサＳ１２は、駆動モータ３の温度を検出する。バッテリ容量センサＳ１３は、バッテリの充電量を検出する。

締結圧センサＳ１４は、変速機８の締結圧を検出する。ＡＴ回転センサＳ１５は、変速機８が出力する回転数を検出する。ＡＴＦ温度センサＳ１６は、変速機８の油温を検出する。ブレーキ圧センサＳ１７は、各ブレーキ１４の圧力を検出する。ブレーキ温度センサＳ１８は、各ブレーキ１４の温度を検出する。

これらセンサＳ１〜Ｓ１８で検出された情報は、随時、制御装置２５に出力される。アクセルセンサＳ１またはブレーキセンサＳ２によって検出される要求駆動力、および制御に必要な情報に基づいて、制御装置２５が、各アクチュエータの作動を制御する。それにより、駆動輪４Ｒが回転し、自動車１が走行する。

例えば、自動車１がエンジン２の駆動力で走行する時には、制御装置２５は、各センサＳ１〜Ｓ１８の検出値に基づいて、エンジン２の運転を制御する。そして、第１クラッチ５および第２クラッチ７が締結状態になるように制御する。更に、自動車１の制動時には、各ブレーキ１４を制御する。

回生による制動時には、制御装置２５は、第１クラッチ５を非締結状態ないし部分締結状態となるように制御し、第２クラッチ７を締結状態となるように制御する。そうして、駆動モータ３で発電し、その電力がバッテリ１０に回収されるように制御する。

（駆動制御の第１具体例）
図５に、加速時における駆動制御の一例を示す。開示する技術では、加速時に限らず減速時にも適用できるが、便宜上、ここでは加速時を例に説明する。

図６に、その駆動制御に対応した、アクチュエータ等の出力波形を示す。この具体例では、制御対象とするアクチュエータとして、エンジン２、駆動モータ３、ブレーキ１４を例示している。

図６には、上から順に、要求出力値および目標出力値に関する第１グラフ、エンジン２に関する第２グラフ、駆動モータ３に関する第３グラフ、ブレーキ１４に関する第４グラフ、および実出力値に関する第５グラフを例示している。これらグラフには、トルク（駆動力または制動力）の時間的変化を表した出力波形が示されている。これら出力波形が示すトルクは、駆動輪に出力される駆動力（総合駆動力）や、それを構成するために各アクチュエータが出力する駆動力（要素駆動力）などに相当する。

第１グラフの細実線は、ドライバーのアクセル操作に対応した要求出力値の出力波形を示している。第１グラフの一点鎖線は、遅れ時間ｔｄ（ｔ２とｔ１との時間差）を付加した目標出力値の出力波形を示している。なお、この具体例では、遅れ時間ｔｄは、１００ｍｓ等の所定値に設定されている。

第２グラフの長破線は、エンジン２に入力される入力値の入力波形を示している。第２グラフの短破線（点線）は、その入力波形に対応して出力が予測されるエンジン２の駆動力の出力波形を示している。第３グラフの長破線は、駆動モータ３に入力される入力値の入力波形を示している。第３グラフの短破線は、その入力波形に対応して出力が予測される駆動モータ３の駆動力の出力波形を示している。

第４グラフの長破線は、ブレーキ１４に入力される入力値の入力波形を示している。第４グラフの短破線は、その入力波形に対応して出力が予測されるブレーキ１４の制動力の出力波形を示している。第５グラフの太実線は、エンジン２、駆動モータ３、およびブレーキ１４の各々で出力が予測される駆動力および制動力を合成した出力波形である。これはまた、実際に出力される総合駆動力に相当する。

自動車１の運転中は常時、制御装置２５に、各センサＳ１〜Ｓ１８から検出値が入力されている。そして、ドライバーがアクセルペダル１５を踏み込み、自動車１を加速するように操作すると、図５に示すように、そのアクセル操作に伴うアクセル開度が、アクセルセンサＳ１によって検出されて、制御装置２５に出力される（ステップＳ１）。

制御装置２５（要求出力設定部２５ａ）は、その検出値に基づいて、要求駆動力に対応した要求出力値を設定し、第１グラフに示すように、その出力波形を取得する（ステップＳ２）。制御装置２５（目標出力設定部２５ｂ）は、その出力波形に遅れ時間ｔｄを付加することにより、目標出力値を設定し、第１グラフに示すように、その出力波形を演算する（ステップＳ３）。

要求出力値と目標出力値とで、出力波形の傾斜は略一致するように演算される。すなわち、要求出力値と目標出力値とでは、制御の開始時間が遅れるだけで、駆動力は同じように制御される。

制御装置２５は、各センサＳ１〜Ｓ１８から入力される情報に基づいて、エンジン２、駆動モータ３、ブレーキ１４、およびこれらの関連装置の作動状態を検出する（ステップＳ４）。例えば、クランク角センサＳ９からの入力値に基づいてエンジン２の回転数を算出したり、モータ回転センサＳ１１からの入力値に基づいて駆動モータ３の回転数を算出したりする。

制御装置２５は、予め設定されている所定の条件に基づき、目標出力値の出力波形を、アクチュエータの各々で制御の目標とする出力値（要素別目標出力値）の出力波形に分配する（ステップＳ５）。例えば、図６の第２グラフ、第３グラフ、第４グラフの各々において短破線で示す出力波形が、その出力波形に相当する。

制御装置２５（モデル予測部２５ｃ）は、各アクチュエータの装置モデルを用いて、各要素別目標出力値から逆演算する。そうして、制御装置２５は、実機で目標とする入力値を取得する（ステップＳ６）。例えば、図６の第２グラフ、第３グラフ、第４グラフの各々において長破線で示す波形が、その入力値の入力波形に相当する。

制御装置２５（実機制御部２５ｄ）は、そうして得られた入力値の各々を、実機である各アクチュエータに入力する（ステップＳ７）。その結果、各アクチュエータで出力される駆動力および制動力が合成されて、図６の第５グラフに示すように、目標出力値に沿った総合駆動力が出力される。

要求出力値と目標出力値とで出力波形が略一致していて、アクセル操作の操作量に応じた総合駆動力が出力されるので、良好なドライブフィーリングが得られる。遅れ時間ｔｄは、ドライバーの認知限界の範囲内なので、ドライバーは認知できない。従って、遅れ時間ｔｄによってドライバーが違和感を感じることもない。

遅れ時間ｔｄを利用したモデル予測制御により、目標出力値が常に一定になるように、アクチュエータを制御するので、ドライブフィーリングのばらつきを抑制できる。従って、ドライバーに自動車１との一体感を与えることができ、ドライバーは快適に走行できる。

なお、ブレーキ１４による制動力は、加速時の駆動制御に必須ではない。ドライバーはアクセル操作しかしていないので、このブレーキ１４の制御は、ドライバーの操作から独立して行われる。例えば、駆動モータ３の駆動制御では、オーバーシュートしたりアンダーシュートしたりする場合がある。ブレーキ１４の制御は、このようなオーバーシュート等を抑制するのに有効であり、駆動モータ３の駆動制御を補完している。

（駆動制御の第２具体例）
第１具体例では、予め設定されている所定の条件に基づいて、各アクチュエータを、個別に制御するように構成されていた。それに対し、第２具体例では、優先順位に従って、順番にアクチュエータを制御するように構成されている。

具体的には、図４に示すように、制御装置２５に、そのような制御を行う優先順位設定部２５ｅが設けられている。アクチュエータの各々が作動する優先順位は、所定の条件に基づいて、優先順位設定部２５ｅに予め設定されている。その所定の条件は、例えば、アクチュエータの制約、アクチュエータの応答性、アクチュエータの実行精度、アクチュエータの実行能力などである。

アクチュエータの制約の具体例としては、例えば、バッテリ１０の容量（充電量）の低下が挙げられる。バッテリ１０の容量低下により、バッテリ１０からの駆動モータ３への電力供給が所定値以下に制限される場合がある。

駆動モータ３、変速機８、またはブレーキ１４が過度に温度上昇した場合も駆動が制限されるため、これらアクチュエータの制約となり得る。アクチュエータの制約に基づく優先順位は、通常、制約が大きいアクチュエータほど高くなるように設定される。そうすることで、制約により一部のアクチュエータで出力が不足するような場合でも、他のアクチュエータによって出力を補完できる。

アクチュエータの応答性に基づく優先順位は、制御に対する応答性に優れるアクチュエータほど高くなるように設定される。例えば、駆動モータ３は、エンジン２よりも応答性に優れるのが一般的であるし、ブレーキ１４や変速機８も、その構造によって応答性が定まるので比較できる。応答性に優れたアクチュエータを優先的に用いることで、時間的に、より高精度な駆動制御が実現できる。

アクチュエータの実行精度に基づく優先順位は、実行精度の高いアクチュエータほど高くなるように設定される。実行精度は、入力値に対する出力値のばらつきの程度に相当する。出力値のばらつきが小さいものほど実行精度は高い。実行精度の高いアクチュエータを優先的に用いることで、より安定した駆動制御が実現できる。

アクチュエータの実行能力に基づく優先順位は、実行能力の低いアクチュエータほど高くなるように設定される。ここでいう実行能力は、目標出力値の出力（詳細には、その最大となる駆動力）を実行する能力である。目標出力値を単独で出力した場合に、能力的に余裕の無いアクチュエータほど実行能力は低い。実行能力の低いアクチュエータを優先的に用いることで、実行能力の高いアクチュエータで、余裕をもってその出力を補完できるので、より安定した駆動制御が実現できる。

図７に、第２具体例の駆動制御の一例を示す。図８に、その駆動制御に対応した、アクチュエータ等の出力波形を示す。便宜上、第２具体例の駆動制御は、第１具体例と同じ加速時を例示している。図８は図６と同様に表してあるので、同じ内容には同じ符号を用いてその説明は省略する。

第２具体例では、アクチュエータの制約（バッテリ１０の容量低下）に基づく優先順位に従って、各アクチュエータを制御する駆動制御を例示している。ステップＳ１１〜ステップＳ１４は、第１具体例と同じ内容である。

すなわち、ドライバーがアクセルペダル１５を踏み込むことで、図７に示すように、そのアクセル開度が制御装置２５に出力される（ステップＳ１１）。制御装置２５（要求出力設定部２５ａ）は、要求出力値を設定し、図８の第１グラフに示すように、その出力波形を取得し、制御装置２５（目標出力設定部２５ｂ）は、その出力波形に遅れ時間ｔｄを付加することにより、目標出力値を設定してその出力波形を演算する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。

制御装置２５は、各センサＳ１〜Ｓ１８から入力される情報に基づいて、エンジン２、駆動モータ３、ブレーキ１４、およびこれらの関連装置の作動状態を検出する（ステップＳ１４）。この駆動制御では、制御装置２５は、バッテリ容量センサＳ１３から入力される情報から、バッテリ１０の容量低下により、駆動モータ３へ出力される電力が所定値以下に制限されることを検出する。その制限により、駆動モータ３は、図８の第３グラフに示すように、出力トルクが所定値（Ｔ１）以下に制限される。

制御装置２５（優先順位設定部２５ｅ）は、検出したアクチュエータ等の作動状態に基づいて、各アクチュエータの優先順位を決定する（ステップＳ１５）。それにより、制御装置２５（優先順位設定部２５ｅ）は、駆動モータ３の優先順位をエンジン２よりも高く設定する。第２具体例での優先順は、駆動モータ３、エンジン２、ブレーキ１４の順に決定される。そして、その順に、各アクチュエータに番号が付与される。優先順位のカウンタには、初期値として「１」が設定される（ステップＳ１６）。

制御装置２５（モデル予測部２５ｃ）は、優先順位のカウンタに設定されている番号のアクチュエータの装置モデルを用いて、各要素別目標出力値から逆演算する。そうして、制御装置２５は、実機で目標とする入力値を取得する（ステップＳ１８）。

第２具体例では、まず、駆動モータ３の装置モデルを用いて、図８の第３グラフに示すように、短破線で示す要素別目標出力値の出力波形から、長破線で示す入力値の入力波形を取得する。アクチュエータのモデル予測制御が終わる度に、優先順位のカウンタに「１」が加算される（ステップＳ１９）。そうして、優先順位のカウンタ値が、制御対象とするアクチュエータの総数Ｎに達するまで、各アクチュエータのモデル予測制御が、優先順位の順番で実行される（ステップＳ２０）。

すなわち、優先順位が２番目のエンジン２の装置モデルを用いて、図８の第２グラフに短破線で示す要素別目標出力値の出力波形から長破線で示す入力値の入力波形を取得する。第２具体例では、駆動モータ３の出力が制限されているため、オーバーシュートが発生しない。そのため、ブレーキ１４の出力は不要となる。従って、ブレーキ１４のモデル予測制御自体が省略されるか、ブレーキ１４のモデル予測制御を実行しても、その入力値はゼロとなる。

制御装置２５（実機制御部２５ｄ）は、そうして得られた入力値の各々を、実機である各アクチュエータに入力する（ステップＳ２１）。その結果、各アクチュエータで出力される駆動力および制動力が合成されて、図８の第５グラフに示すように、目標出力値に沿った総合駆動力が出力される。

（駆動制御の第３具体例）
上述した第１具体例および第２具体例では、遅れ時間ｔｄに、認知限界の範囲内に設定された一定値が用いられていた。

認知限界の範囲内に遅れ時間ｔｄを設定しておけば、ドライブフィーリングへの影響は無い。しかし、認知限界は短時間であるため、認知限界の範囲内に遅れ時間ｔｄを設定することは、制御負担が大きく、駆動制御が不安定になるおそれがある。

従って、制御の観点からは、遅れ時間ｔｄは大きい方が好ましいが、遅れ時間ｔｄが大きくなると、駆動の遅れの認知により、ドライバーが違和感を感じるおそれがある。また、遅れ時間ｔｄが短時間で変化したときも、駆動差を認知し易いため、ドライバーが違和感を感じるおそれがある。例えば、峠越えなどで、比較的短時間で走行路に大きな高低差が生じた場合、入力値が同じであっても、気圧差により、エンジン２の出力に差が生じ得る。

そこで、第３具体例では、外因によって遅れ時間ｔｄが変化する場合などには、その変化に応じて遅れ時間ｔｄを変更する。

具体的には、図４に示すように、制御装置２５に、そのような制御を行う遅れ時間変更部２５ｆが設けられている。遅れ時間ｔｄを変更した方が好ましい外因としては、駆動力を変化させる条件であれば該当するが、特に、気圧条件および温度条件が挙げられる。

具体的には、気圧が変化すれば、駆動制御が同じでも、燃焼室に導入される吸気量が変化するため、出力が変化し得る。また、外気温が変化する場合も、吸気導入量は変化するし、燃焼状態が変化するので、出力が変化し得る。更には、エンジン２または駆動モータ３の温度が変化する場合も、燃焼状態が変化するので、出力が変化し得る。

図９に、制御装置２５（遅れ時間変更部２５ｆ）が行う制御（遅れ時間変更制御）を例示する。遅れ時間変更制御は、第１具体例または第２具体例に適用できる。

すなわち、第１具体例に遅れ時間変更制御を適用する場合には、図５に示したフローチャートのうち、ステップＳ２とステップＳ３との間に、図９に示すフローチャートを挿入すればよい。第２具体例に遅れ時間変更制御を適用する場合には、図７に示したフローチャートのうち、ステップＳ１２とステップＳ１３との間に、図９に示すフローチャートを挿入すればよい。

図９に示すように、遅れ時間変更制御では、ステップＳ２やステップＳ１２に引き続いて、制御装置２５（遅れ時間変更部２５ｆ）が、温度情報や気圧情報を取得する（ステップＳ３１）。例えば、吸気温度センサＳ６や水温センサＳ８、モータ温度センサＳ１２などの検出値を用いて、エンジン２や駆動モータ３の温度情報を取得する。また、アクセルセンサＳ１やジャイロセンサＳ４の検出値を用いて高度差を演算し、気圧情報を取得する。

そうして、制御装置２５は、これら温度情報や気圧情報に基づいて、エンジン２や駆動モータ３での出力の変化量（遅れ時間ｔｄの変化量に相当）を算出する（ステップＳ３２）。その結果から、制御装置２５は、遅れ時間ｔｄの変更が必要か否かを判定する（ステップＳ３３）。例えば、遅れ時間ｔｄの変化量が大き過ぎることで、ドライバーが遅れを認知して違和感を感じるおそれがあるような場合、遅れ時間ｔｄの変更が必要であると判定する。判定条件は、制御装置２５に予め設定しておく。

その結果、制御装置２５は、遅れ時間ｔｄの変更が必要と判定した場合は、遅れ時間ｔｄを変更する（ステップＳ３４）。そして、遅れ時間ｔｄの変更は不要と判定した場合は、遅れ時間ｔｄは変更しない。そうして、制御装置２５は、目標出力値を演算する処理（ステップＳ３、ステップＳ１３）を実行する。

このように、遅れ時間変更制御を行えば、更にいっそうドライブフィーリングを向上できるようになる。

なお、開示する技術にかかる車両の制御システムは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、上述した実施形態では、ハイブリッド車を例に説明したが、それに限らない。エンジンのみで駆動する自動車や、駆動モータのみで駆動する電気自動車にも適用できる。制御対象とするアクチュエータの種類や数は、車両の構成に応じて設定できる。

１ 自動車（車両）
２ エンジン（アクチュエータ）
３ 駆動モータ（アクチュエータ）
５ 第１クラッチ（アクチュエータ）
７ 第２クラッチ（アクチュエータ）
８ 変速機（アクチュエータ）
９ デファレンシャルギア（アクチュエータ）
１４ ブレーキ（アクチュエータ）
２５ 制御装置
２５ａ 要求出力設定部
２５ｂ 目標出力設定部
２５ｃ モデル予測部
２５ｄ 実機制御部
２５ｅ 優先順位設定部
２５ｆ 遅れ時間変更部
ｔｄ 遅れ時間
Ｓ１ アクセルセンサ（出力センサ）
Ｓ２ ブレーキセンサ（出力センサ）

Claims (7)

1. ドライバーの運転で走行する車両に搭載される駆動制御システムであって、
   前記車両が走行するための駆動力を出力するアクチュエータと、
   前記ドライバーの操作によって要求される駆動力を検出する出力センサと、
   前記出力センサによって検出される要求駆動力に基づいて、前記アクチュエータの作動を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置が、前記要求駆動力に対応して設定される要求出力値に、所定の遅れ時間を付加することによって目標出力値を設定し、前記アクチュエータの応答特性に基づいて前記目標出力値で出力するよう、前記アクチュエータを制御する、駆動制御システム。
2. 請求項１に記載の駆動制御システムにおいて、
   前記アクチュエータは複数であり、
   前記制御装置が、所定の条件に基づく優先順位に従って、順番に前記制御を実行する、駆動制御システム。
3. 請求項１に記載の駆動制御システムにおいて、
   前記アクチュエータは、
   前記車両が走行するための駆動力を発生させる第１のアクチュエータと、
   前記第１のアクチュエータで発生した駆動力を調整する第２のアクチュエータと、
   を含み、
   前記制御装置は、
   前記要求駆動力に対応した出力値を設定する要求出力設定部と、
   前記要求出力設定部で設定される要求出力値に、所定の遅れ時間を付加することにより、制御の目標とする出力値を設定する目標出力設定部と、
   第１および第２の前記アクチュエータの各々に対応した応答特性を有する装置モデルを記憶し、これら装置モデルを用いて、第１および第２の前記アクチュエータの各々に対応した入出力演算を行うモデル予測部と、
   第１および第２の前記アクチュエータの各々の作動を制御する実機制御部と、
   を有し、
   前記実機制御部が、前記モデル予測部で逆演算して得られる入力値に基づいて、第１および第２の前記アクチュエータの各々に、前記目標出力設定部で設定される目標出力値に対応した駆動力を出力させる、駆動制御システム。
4. 請求項３に記載の駆動制御システムにおいて、
   第１および第２の前記アクチュエータの各々は、所定の条件に基づいて、作動する優先順位が予め設定されていて、前記モデル予測部が、その優先順位に従って、順番に前記入出力演算を実行する、駆動制御システム。
5. 請求項２または請求項４に記載の駆動制御システムにおいて、
   前記所定の条件が、前記アクチュエータの制約、前記アクチュエータの応答性、前記アクチュエータの実行精度、前記アクチュエータの実行能力のうち、少なくともいずれか１つに基づいて設定されている、駆動制御システム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の駆動制御システムにおいて、
   前記要求出力値および前記目標出力値の各々は、駆動力の時間変化に対応して傾斜する出力波形を有し、
   前記要求出力値と前記目標出力値とで、前記出力波形の傾斜が略一致している、駆動制御システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の駆動制御システムにおいて、
   前記遅れ時間が、駆動力を変化させる温度条件および気圧条件の少なくともいずれか１つの変化に応じて変更される、駆動制御システム。

Images