JP3582255B2

JP3582255B2 - スロットル制御装置

Info

Publication number: JP3582255B2
Application number: JP27967196A
Authority: JP
Inventors: 英夫中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH10122012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクセルペダルから機械的な連結機構を介さずにスロットルバルブの開閉を行なうスロットルアクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクセルペダルから機械的な連結機構を介さずにスロットルバルブの開閉を行なうスロットルアクチュエータの制御装置が知られている（例えば、特開平３−２７１５３７号公報参照）。
【０００３】
自動車には、アクセルペダルを踏込んだ時または開放した時に、ドライブシャフトのねじれなどに起因して駆動系にガクガクとした振動が発生することがある。従来のスロットル制御装置では、アクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両の前後方向の加速度の速応性を損わずにこのようなガクガク振動を抑制し、アクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の収束性と応答性を両立させている。
【０００４】
この制御技術をさらに具体的に説明すると、実験により求めたスロットル開度θｔに対する駆動軸トルクＴｄの伝達特性Ｇｐ（ｓ）と、アクセル開度θａに対する駆動軸トルクＴｄの目標伝達特性Ｇｍ（ｓ）はそれぞれ、
【数１】

ここで、ωｐ、ωｍは駆動系の固有振動数、ζｐ、ζｍは減衰係数、ｓはラプラス演算子、Ｈは定常特性、Ｌは無駄時間要素である。また、伝達特性Ｇｐ（ｓ）は自車両の固有の伝達特性である。
【０００５】
さらに、数式１の伝達特性Ｇｐ（ｓ）とＧｍ（ｓ）を用いて、アクセル開度に対する駆動軸トルクの収束性と応答性を改善した位相補償特性Ｗ（ｓ）を求める。
【数２】

【０００６】
この特性Ｗ（ｓ）によりアクセル開度θａの位相補償を行なってスロットル開度指令値θｔ−ｃｏｍを求め、実際のスロットル開度θｔが指令値θｔ−ｃｏｍに一致するようにスロットルアクチュエータを制御している。位相補償特性Ｗ（ｓ）は、駆動系の実際の振動特性を示す伝達特性Ｇｐ（ｓ）を打消し、アクセル開度θａに対する駆動軸トルクＴｄまたは車両前後加速度の伝達特性が目標特性Ｇｍ（ｓ）となるように働くので、収束性と応答性を両立できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のスロットル制御装置をロックアップ機構付トルクコンバータを備えた駆動系（自動変速機構）に用いると、ロックアップ解除中にアクセル操作に対する駆動軸トルク（車両前後加速度）の応答性が緩慢になり過ぎるという問題がある。
【０００８】
一般に車両には、ロックアップ締結中はアクセル操作に対して駆動軸トルクにガクガクとした振動が発生しやすく、ロックアップ解除中はトルクコンバータがダンパーとなるのでガクガクとした振動が発生しにくいという特性がある。したがって、従来装置による制御をロックアップ機構の締結／解除状態に関わらず常に作動させると、ロックアップ締結中はガクガク振動が抑制されて速い応答性を実現できるが、ロックアップ解除中は位相補償器の効果によりアクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の応答性が緩慢になり過ぎる。
【０００９】
本発明の目的は、ロックアップ機構の締結／解除状態に関わらず、アクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の高収束性と高応答性を両立させたスロットル制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、スロットル開度に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の自車両固有の伝達特性を打消して、アクセル開度に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の伝達特性を目標伝達特性とするための位相補償器を有し、アクセル開度検出値に位相補償処理を施してスロットル開度指令値を演算するスロットル開度指令値演算手段と、スロットル開度検出値がスロットル開度指令値に一致するようにスロットルアクチュエータを制御するスロットル制御手段とを備えたスロットル制御装置に適用され、ロックアップ機構付トルクコンバータのロックアップ締結／解除状態に応じて位相補償器を有効状態または無効状態にする位相補償器制御手段を備える。
（２）請求項２のスロットル制御装置は、位相補償器制御手段によって、ロックアップ締結中は位相補償器を有効状態とし、ロックアップ解除中は位相補償器を無効状態とする。
（３）請求項３のスロットル制御装置は、位相補償器制御手段によて、位相補償器の入出力差が所定値以下になってから位相補償器を有効状態から無効状態に切り換える。
（４）請求項４のスロットル制御装置は、位相補償器をコンピュータのソフトウエア形態で構成したディジタルフィルタとし、位相補償器制御手段によってディジタルフィルタの定数を変更して位相補償器を有効状態または無効状態に切り換える。
【００１１】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、ロックアップ機構の締結／解除状態に応じて、アクセル開度に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の伝達特性を目標伝達特性とするための位相補償器を有効状態または無効状態にするようにしたので、ロックアップ機構の締結／解除状態に関わらず、駆動系がガクガクとする振動が抑止されるとともに、駆動軸トルクまたは車両前後加速度の速応性が向上し、アクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の高収束性と高応答性を両立させることができる。
（２）請求項２の発明によれば、ロックアップ締結中は位相補償器を有効状態とし、ロックアップ解除中は位相補償器を無効状態としたので、ロックアップ締結中のみならずロックアップ解除中にもアクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の高収束性と高応答性を両立させることができる。
（３）請求項３の発明によれば、位相補償器の入出力差が所定値以下になってから位相補償器を有効状態から無効状態に切り換えるようにしたので、切換時の位相補償器出力に段差が発生せず、駆動軸トルクおよび車両前後加速度を滑らかに推移させることができる。
（４）請求項４の発明では、位相補償器をコンピュータのソフトウエア形態で構成したディジタルフィルタとし、ディジタルフィルタの定数を変更して位相補償器を有効状態または無効状態に切り換えるようにした。無効状態ではディジタルフィルタの定数が初期化されており、その状態から定数を変更して有効状態に切り換えると位相補償器出力に段差が発生せず、連続的に速やかに切り換えることができるので、駆動軸トルクおよび車両前後加速度を滑らかに推移させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す。
アクセルセンサ１は乗員が操作するアクセルペダルの開度θａを検出し、エンジン回転数センサ２はエンジン回転数Ｎｅを検出する。スロットルアクチュエータ３は、エンジン４の吸入空気量を調節するためのスロットルバルブをＤＣモータなどにより開閉する。このスロットルアクチュエータ３には、スロットルバルブ開度θｔを検出するスロットルセンサ３ａが設置されている。トルクコンバータ５はロックアップ機構付であり、燃費向上のために低負荷域でロックアップ締結状態とされる。ロックアップ完全締結中はロックアップクラッチのみから自動変速機６にトルクが伝達され、ロックアップ完全解除中はトルクコンバータのみから自動変速機６にトルクが伝達される。そして、ドライブシャフトを介して駆動輪７が駆動される。
【００１３】
自動変速機コントローラ８は、トルクコンバータ５の変速機構とロックアップ機構を駆動制御するとともに、ロックアップ機構の締結／解除状態と変速ギア位置の情報をスロットルコントローラ９へ送る。
【００１４】
スロットルコントローラ９は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、スロットルアクチュエータ３を駆動制御する。このスロットルコントローラ９は、マイクロコンピュータのソフトウエア形態により演算制御ブロック９Ａ〜９Ｆを構成する。９Ａは変換部であり、エンジン回転数Ｎｅとエンジン非線形定常特性マップにより、アクセル開度θａをエンジントルク指令値Ｔｅ１に変換する。９Ｂは上述したロックアップ締結時のガクガク振動を防止するための位相補償器であり、マイクロコンピュータによるディジタルフィルタで構成され、エンジントルク指令値Ｔｅ１を位相補償処理してエンジントルク指令値Ｔｅ２を出力する。９Ｃは変換部であり、エンジン回転数Ｎｅとエンジン非線形定常特性マップにより、エンジントルク指令値Ｔｅ２をスロットル開度指令値θｔ−ｃｏｍに変換する。
【００１５】
さらに、９Ｄはスロットル開度制御部であり、スロットルセンサ３ａにより検出されたスロットルバルブ開度θｔがその指令値θｔ−ｃｏｍに一致するようにフィードバック制御し、制御結果に基づいてスロットルアクチュエータ３のＤＣモータのＰＷＭデューティー比を演算する。９Ｅはモータ駆動回路であり、演算結果のＰＷＭデューティー比にしたがってスロットルアクチュエータ３のＤＣモータを駆動する。９Ｆは演算部であり、位相補償器９Ｂの入力と出力の差を演算する。９Ｇは制御部であり、ロックアップの締結／解除状態と位相補償器９Ｂの入出力差とに基づき、位相補償器９Ｂのディジタルフィルタの定数を変更することによって、位相補償器９Ｂを有効状態と無効状態に切り換える。
【００１６】
次に、図２により、一実施の形態の動作を説明する。スロットルコントローラ９のマイクロコンピュータは、所定時間間隔、この実施の形態では１０ｍｓごとに図２に示す処理を実行する。
ステップ１において、アクセルセンサ１によりアクセル開度θａを、エンジン回転数センサ２によりエンジン回転数Ｎｅを、スロットルセンサ３ａからスロットルバルブ開度θｔをそれぞれ計測する。続くステップ２で、自動変速機コントローラ８から変速ギア位置情報とロックアップ締結／解除情報を入力する。なお、自動変速機コントローラ８では、アクセル開度と車速に基づいて変速ギア位置とロックアップ機構の締結／解除を制御する。
【００１７】
図３にロックアップ制御例を示す。
図において、横軸は車速を表わし、縦軸はアクセル開度を表わす。また、３は変速ギアの第３速におけるロックアップ解除位置を表わし、４は第４速におけるロックアップ解除位置を表わす。さらに３Ｌ／Ｕは第３速におけるロックアップ締結位置を表わし、４Ｌ／Ｕは第４速におけるロックアップ締結位置を表わす。ロックアップ機構の締結と解除は変速ギア位置の第３速と第４速において行ない、第３速ではアクセル開度に対して締結／解除の切り換えヒステリシスを設け、第４速ではアクセル開度と車速に対して締結／解除の切り換えヒステリシスを設ける。なお、この実施の形態では第４速をオーバードライブ（ＯＤ）とする。
【００１８】
次にステップ３において、図４ａに示すように、メモリ内に予め記憶したエンジン非線形定常特性マップ（図４ｃ）とエンジン回転数Ｎｅとを用いて、アクセル開度θａをエンジントルク指令値Ｔｅ１に変換する。ステップ４では次の基準に基づいて位相補償の実施判断を行なう。実施の判断基準は基本的にロックアップ締結中は位相補償器９Ｂを有効状態として位相補償を行ない、ロックアップ解除中は位相補償器９Ｂを無効状態として位相補償を行なわない。ただし、位相補償器９Ｂの１サンプル周期前の入出力差の絶対値が所定値α以下の場合にのみ、有効状態から無効状態への切り換えを許可する。この所定値αには、切り換え時に位相補償器９Ｂの出力が大きく不連続にならない値を設定する。位相補償制御を行なう場合はステップ５へ進み、位相補償制御を行なわない場合はステップ８へ進む。
【００１９】
位相補償制御を行なう場合は、ステップ５で変速ギア位置を確認し、オーバードライブ（ＯＤ）であればステップ６へ進み、第３速であればステップ７へ進む。オーバードライブの場合は、ステップ６で離散時間系で記述された位相補償特性Ｗ（ｚ^−１）の各定数にＯＤ用の定数を設定する。まず、上記数式２に示す連続時間系の位相補償特性Ｗ（ｓ）において、各定数に例えば次の値を設定する。
【数３】

自車両の固有振動数ωｐは変速ギア位置に応じて異なるので、ギアシフトにともなって位相補償器９Ｂの特性を切り換える必要がある。なお、自車両の固有振動数ωｐは実験により予め定めておく。
【００２０】
マイクロコンピュータで処理するために、数式２の特性Ｗ（ｓ）を離散化した位相補償器特性Ｗ（ｚ^−１）は、
【数４】
Ｗ（ｚ^−１）＝（ｋ１＋ｋ２・ｚ^−１＋ｋ３・ｚ^−２）／（１＋ｋ４・ｚ^−１＋ｋ５・ｚ^−２）
となる。これをさらにプログラミング可能な漸化式に変形したものが次式である。ただし、位相補償器９Ｂの入力をエンジントルク指令値Ｔｅ１（ｋ）、出力をＴｅ２（ｋ）とする。また、（ｋ）は現在値を示し、（ｋ−ｎ）はｎサンプル前の値を示す。
【数５】
Ｔｅ２（ｋ）＝ｋ１・Ｔｅ１（ｋ）＋ｋ２・Ｔｅ１（ｋ−１）＋ｋ３・Ｔｅ１（ｋ−２）−ｋ４・Ｔｅ２（ｋ−１）−ｋ５・Ｔｅ２・（ｋ−２）
この位相補償特性Ｗ（ｚ^−１）の各定数ｋ１〜ｋ５を変速ギア位置に応じて変更する。
【００２１】
ステップ６では、これらの定数ｋ１〜ｋ５にＯＤ状態の固有振動数ωｐ（この実施の形態では４０ｒａｄ／ｓ）に対応する値を設定する。一方、ステップ７では定数ｋ１〜ｋ５に第３速状態の固有振動数ωｐ（この実施の形態では３４ｒａｄ／ｓ）に対応する値を設定する。なお、位相補償制御を行なわない場合は、ステップ８で位相補償器９Ｂを無効状態にするために位相補償特性Ｗ（ｚ^−１）の定数［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５］に［１，０，０，０，０］を設定し、Ｔｅ２（ｋ）＝Ｔｅ１（ｋ）とする。
【００２２】
ステップ９で、ステップ６〜８で設定された定数ｋ１〜ｋ５を用いて数式５のディジタルフィルタ演算を行ない、エンジントルク指令値Ｔｅ２を算出する。続くステップ１０では、図４ｂに示すように、エンジン非線形定常特性マップ（図４ｃ）とエンジン回転数Ｎｅとを用いて、エンジントルク指令値Ｔｅ２をスロットル開度指令値θｔ−ｃｏｍに変換する。ステップ１１において、実スロットル開度θｔがスロットル開度指令値θｔ−ｃｏｍに一致するようにフィードバック制御を行ない、制御結果に基づいてスロットルアクチュエータ３のＤＣモータを駆動するためのＰＷＭデューティー比を演算する。そして、演算したＰＷＭデューティー比でスロットルアクチュエータ３のＤＣモータを駆動制御する。
【００２３】
図５は、ロックアップ締結状態においてアクセル開度をステップ状に変化させた時のスロットル制御結果を示す。図において、（ａ）はアクセル開度とスロットル開度ＴＶＯの時間変化を示し、（ｂ）は車両の前後加速度Ｇの時間変化を示す。また、図中の特性曲線１は従来のスロットル制御装置による制御結果を示し、特性曲線２はこの実施の形態による制御結果を示す。さらに、特性曲線３は参考までに位相補償制御なしの場合の特性を示す。
ロックアップ締結中にアクセルペダルを０度から１０度までステップ状に踏込んだ場合、位相補償制御を行なわないと車両前後加速度Ｇの立上がりが急俊になり、乗員に衝撃を与えるとともに、車両前後加速度Ｇが大きく振動する。この実施の形態および従来の装置では、位相補償器により車両前後加速度Ｇの立上がりが緩やかになって衝撃がなくなるとともに、振動が抑止される。
なお、図５にはアクセル操作に対する車両前後加速度Ｇの特性を示したが、アクセル操作に対する駆動軸トルクＴｄの特性も車両前後加速度Ｇと同様な変化となる。
【００２４】
図６は、ロックアップ解除状態においてアクセル開度をステップ状に変化させた時のスロットル制御結果を示す。図において、（ａ）はアクセル開度とスロットル開度ＴＶＯの時間変化を示し、（ｂ）は車両の前後加速度Ｇの時間変化を示す。また、図中の特性曲線１は従来のスロットル制御装置による制御結果を示し、特性曲線２はこの実施の形態による制御結果を示す。
ロックアップ解除中にアクセルペダルを１０度から２０度までステップ状に踏込んだ場合、車両前後加速度は位相補償制御なしでもトルクコンバータのダンパー効果によって緩やかに立上がり、振動しないので、上述した位相補償制御を行なう必要はない。しかし、ロックアップ機構付トルクコンバータを備えた自動変速機に従来のスロットル制御装置を用いると、ロックアップ解除中も締結中と全く同じ位相補償制御を行なうので、スロットル開度ＴＶＯおよび車両前後加速度Ｇの立ち上がりが緩慢になり過ぎ、加速フィーリングを悪化させる。これに対しこの実施の形態では、ロックアップ解除中は位相補償器を無効状態として位相補償制御を行なわないようにしたので、スロットル開度ＴＶＯおよび車両前後加速度Ｇの立ち上がりが速くなり、良好な加速特性が得られる上に、車両前後加速度Ｇの振動が発生しない。
なお、図６にはアクセル操作に対する車両前後加速度Ｇの特性を示したが、アクセル操作に対する駆動軸トルクＴｄの特性も車両前後加速度Ｇと同様な変化となる。
【００２５】
このように、この実施の形態ではロックアップの締結／解除状態に関わらず、アクセル操作に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の高収束性と高応答性を両立させることができ、良好な加速特性を実現できる。
【００２６】
図７は、ロックアップ機構の締結／解除の切り換え時の位相補償器の有効／無効の切り換え制御を示す図であり、（ａ）は位相補償器に台形状の信号（エンジントルクＴｅ１に相当）を入力した時の出力（エンジントルクＴｅ２に相当）の時間変化を示し、（ｂ）はロックアップ機構の締結（Ｌ）と解除（Ｒ）を示し、（ｃ）は位相補償器の有効状態（ｏｎ）と無効状態（ｏｆｆ）を示す。
上述したように、この実施の形態では、基本的にロックアップ締結中は位相補償器を有効状態にして位相補償制御を行ない、ロックアップ解除中は位相補償器を無効状態にして位相補償制御を行なわない。ただし、位相補償器を有効状態から無効状態に切り換える際には、位相補償器の入出力差が所定値α以下になったら切り換える。図７の例では、ロックアップ機構が解除された後、位相補償器の入出力差が所定値以下になった時点ｔ１において、位相補償器を有効状態から無効状態に切り換えている。ロックアップ機構の解除直後の過渡時には位相補償器の入出力差が大きいので、この状態で無効状態（出力＝入力）に切り換えると出力に大きな段差が生じて制御が不連続になり、駆動軸トルクおよび車両前後加速度が急激に変化して乗員に衝撃を与える。この実施の形態では位相補償器の入出力差が所定値以下になってから無効状態に切り換えるので、位相補償器の出力に段差が発生せず、駆動軸トルクおよび車両前後加速度が滑らかに変化する。
【００２７】
また、この実施の形態ではマイクロコンピュータのソフトウエア形態で位相補償器のディジタルフィルタを構成している。この位相補償器は、無効状態では出力＝入力であるからディジタルフィルタの内部変数がすべて初期化されており、その状態から定数を変更して有効状態に切り換えるので、位相補償器出力に段差が発生せず、連続的に速やかに切り換えることができる。
【００２８】
なお、エンジン非線形定常特性マップ（図４ｃ）を用いて、アクセル開度をエンジントルクに変換した後に位相補償制御を施すのは、エンジンの動作点（スロットル開度、エンジン回転数）に無関係に振動抑制効果を発揮させるためである。上述した位相補償器は線形補償器であり、駆動軸トルクおよび車両前後加速度とできるだけ線形な関係にあるエンジントルクなどの信号に位相補償制御を施すことによって、常に上記と同様な効果が得られる。
【００２９】
以上の一実施形態の構成において、アクセルセンサ１がアクセル開度検出手段を、スロットルセンサ３ａがスロットル開度検出手段を、スロットルコントローラ９の演算制御部９Ａ〜９Ｃがスロットル開度指令値演算手段を、位相補償器９Ｂが位相補償器を、スロットルコントローラ９の演算制御部９Ｆおよび９Ｇが位相補償器制御手段をそれぞれ構成する。
【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】一実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】ロックアップ制御例を示す図である。
【図４】エンジン非線形定常特性マップとエンジン回転数とを用いてスロットル開度からエンジントルクへ変換する方法と、エンジントルクからスロットル開度へ変換する方法を説明する図である。
【図５】ロックアップ締結状態においてアクセル開度をステップ状に変化させた時のスロットル制御結果を示す図である。
【図６】ロックアップ解除状態においてアクセル開度をステップ状に変化させた時のスロットル制御結果を示す図である。
【図７】位相補償器へ台形状の信号を入力した時の位相補償器出力、ロックアップ機構の締結／解除状態および位相補償器の有効／無効状態を示す図である。
【符号の説明】
１アクセルセンサ
２エンジン回転数センサ
３スロットルアクチュエータ
３ａスロットルセンサ
４エンジン
５ロックアップ機構付トルクコンバータ
６自動変速機
７駆動輪
８自動変速機コントローラ
９スロットルコントローラ

Claims

アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、
スロットル開度に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の自車両固有の伝達特性を打消して、アクセル開度に対する駆動軸トルクまたは車両前後加速度の伝達特性を目標伝達特性とするための位相補償器を有し、前記アクセル開度検出値に位相補償処理を施してスロットル開度指令値を演算するスロットル開度指令値演算手段と、
前記スロットル開度検出値が前記スロットル開度指令値に一致するようにスロットルアクチュエータを制御するスロットル制御手段とを備えたスロットル制御装置において、
ロックアップ機構付トルクコンバータのロックアップ締結／解除状態に応じて前記位相補償器を有効状態または無効状態にする位相補償器制御手段を備えることを特徴とするスロットル制御装置。
請求項１に記載のスロットル制御装置において、
前記位相補償器制御手段は、ロックアップ締結中は前記位相補償器を有効状態とし、ロックアップ解除中は前記位相補償器を無効状態とすることを特徴とするスロットル制御装置。
請求項２に記載のスロットル制御装置において、
前記位相補償器制御手段は、前記位相補償器の入出力差が所定値以下になってから前記位相補償器を有効状態から無効状態に切り換えることを特徴とするスロットル制御装置。
請求項１〜３のいずれかの項に記載のスロットル制御装置において、
前記位相補償器をコンピュータのソフトウエア形態で構成したディジタルフィルタとし、前記位相補償器制御手段は前記ディジタルフィルタの定数を変更して前記位相補償器を有効状態または無効状態に切り換えることを特徴とするスロットル制御装置。