JP3832205B2 - 無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機を備えた車両の加減速度を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
状態空間法を用いたモデルフォローイング制御装置として、図１３に示すように、制御対象の状態量ｘ(t)、規範モデルの状態量ｘm(t)、および規範モデルの出力ｙm(t)と制御対象の出力ｙ(t)との偏差ｅ(t)の積分値のすべてを状態量とした拡大システムを定義し、状態フィードバックを施すことによってロバスト性を改善したモデル追従型サーボコントローラーが知られている（例えば、「航空宇宙における誘導と制御」西村、金井、村田共著 コロナ社 pp１０１〜pp１０３参照）。
【０００３】
また、線形制御理論に基づく線形コントローラーを実際の非線形な制御対象に適用する際に、”モデル化誤差”に起因した”安定性劣化”を解消するために、制御途中で制御ゲインを切り換える”ゲインスケジューリング”がよく行われる。
【０００４】
さらに、モデルフォローイング制御の具体的な応用例として、ＣＶＴなどの無段変速機を備えた車両の駆動力制御装置がある。この装置では、エンジンの最適燃費（効率）運転線、あるいは燃料カット時のエンジンブレーキ特性線に基づいて決定したエンジン運転点拘束条件、すなわちエンジントルクとエンジン回転速度との関係を満たしながら、第１目標である目標駆動力に推定駆動力を一致させるために必要なエンジントルク指令値と無段変速機の変速比指令値を演算し、それぞれ別個に制御して二つの指令値を同時に達成するフィードバック補償器を構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置では、サーボコントローラーの内部状態量と無関係に、状態フィードバックゲインを制御途中で切り換えているので、切り換え前後において操作量（コントローラーの出力値）が急変し、応答が乱れたりして制御性能が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、フィードバック制御系の制御性能を安定に保ちながら、状態フィードバックゲインを制御途中で切り換えことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明の一実施の形態を示す図１および図８に基づいて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、車速を検出する車速検出手段８と、車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段４と、車両の目標加速度αw^*を設定する目標加速度設定手段４と、状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加速度推定値αwfを目標加速度αw^*に一致させるための操作量を演算してエンジン１と無段変速機３を制御する制御手段４であって、目標加速度αw^*を入力し加速度指令値αrefを出力する規範モデル手段４ａと、加速度指令値αrefと加速度推定値αwfとの偏差を積分する積分手段４ｂと、積分手段４ｂの出力を用いて操作量を演算する状態フィードバック手段４ｃとを有する制御手段４と、状態フィードバックゲインＫを切り換えるときに、切り換え前後で操作量が連続的に変化するように積分手段の初期値を設定する初期値設定手段４とを備え、これにより上記目的を達成する。
（２） 請求項２の発明は、車速を検出する車速検出手段８と、車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段４と、車両の目標加速度αw^*を設定する目標加速度設定手段４と、無段変速機入力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段１１と、無段変速機入力軸の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段４と、状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加速度推定値αwfを目標加速度αw^*に一致させるための無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*を演算してエンジン１と無段変速機３を制御する制御手段４であって、目標加速度αw^*を入力し加速度指令値αrefを出力する規範モデル手段４ａと、加速度指令値αrefと加速度推定値αwfとの偏差を積分する第１の積分手段４ｂと、無段変速機入力軸の目標回転速度と回転速度検出値との偏差を積分する第２の積分手段４ｅと、第１および第２の積分手段４ｂ、４ｅの出力を用いて無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*を演算する状態フィードバック手段４ｃとを有する制御手段４と、状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後で無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*が連続的に変化するように第１および第２の積分手段４ｂ、４ｅの各初期値を設定する初期値設定手段４とを備え、これにより上記目的を達成する。
（３） 請求項３の無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置は、車速検出値と無段変速機入力トルクとに基づいて状態フィードバックゲインＫを切り換えるようにしたものである。
【０００８】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加速度推定値を目標加速度に一致させるための操作量を演算してエンジンと無段変速機を制御する場合に、状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後で操作量が連続的に変化するように、規範モデル出力の加速度指令値と加速度推定値の偏差積分手段の初期値を設定するようにしたので、状態フィードバックゲインの切り換え前後においても操作量が連続的に変化し、フィードバック制御系の応答が乱れることがない。したがって、状態フィードバックゲインの切り換えを比較的自由にできるので、非線形な制御対象であっても、広い運転領域において安定でかつ応答の速い制御性能を実現することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加速度推定値を目標加速度に一致させるための無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算してエンジンと無段変速機を制御する場合に、状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後で無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値が連続的に変化するように、規範モデル出力の加速度指令値と加速度推定値の偏差を積分する第１の積分手段の初期値と、無段変速機入力軸の目標回転速度と回転速度検出値の偏差を積分する第２の積分手段の初期値とを設定するようにしたので、状態フィードバックゲインの切り換え前後においても無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値が連続的に変化し、フィードバック制御系の応答が乱れることがない。したがって、状態フィードバックゲインの切り換えを比較的自由にできるので、無段変速機を備えた車両のような非線形な制御対象であっても、広い運転領域において安定でかつ応答の速い制御性能を実現することができる。
（３） 請求項３の発明によれば、車速検出値と無段変速機入力トルクとに基づいて状態フィードバックゲインを切り換えるようにしたので、無段変速機を備えた車両のような非線形な制御対象であっても、広い車速域と広いトルク域において安定でかつ応答の速い制御性能を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。
一実施の形態の車両のパワートレインはエンジン１、ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター２および無段変速機（ＣＶＴ）３から構成される。エンジン１は、電子制御式スロットルバルブアクチュエーター（不図示）による吸入空気量制御と、インジェクター（不図示）による燃料噴射制御と、点火装置（不図示）による点火時期制御とにより、エンジントルクが制御される。
【００１１】
ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター２のロックアップクラッチは、極低速域でのみ開放して停車と発進とを可能にし、さらに振動をダンピングする。一方、中高速域ではロックアップクラッチを締結して伝達効率を向上させる。無段変速機３は、ベルトを張るプライマリープーリーとセカンダリープーリーの有効半径を油圧機構（不図示）で調節して変速比を可変にする。なお、無段変速機３はベルト式に限定されず、例えばトロイダル式でもよい。
【００１２】
加減速度コントローラー４、エンジントルクコントローラー５およびＣＶＴ＆クラッチコントローラー６はそれぞれ、マイクロコンピューターとＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーター、各種タイマーなどの周辺回路や、通信回路、各種アクチュエーターの駆動回路などを備え、互いに高速通信線１３を介して通信を行う。
【００１３】
加減速度コントローラー４は、車速検出値にバンドパスフィルター処理を施して車両の加速度αwfを推定し、目標加速度αw^*に対して加速度推定値αwfをフィードバックして加速度フィードバック制御を行う。加減速度コントローラー４には、アクセルペダルの踏み込み量（以下、アクセル開度と呼ぶ）Ａpoを検出するアクセルセンサー７と、駆動輪１４の周速（以下、車輪速と呼ぶ）Ｖwを検出するための車輪速センサー８とが接続される。なお、車輪速Ｖwは車速に等しい。
【００１４】
エンジントルクコントローラー５は、吸入空気量制御、燃料噴射制御および点火時期制御によりエンジン１のトルクを制御する。エンジントルクコントローラー５には、エンジン１の回転速度ωeを検出するためのクランク角センサー９が接続される。ＣＶＴ＆クラッチコントローラー６は、油圧機構（不図示）を制御して無段変速機３の変速比を制御する。ＣＶＴ＆クラッチコントローラー６には無段変速機３のプライマリープーリーの回転速度ωpを検出するためのプライマリー速度センサー１０と、セカンダリープーリーの回転速度ωsを検出するためのセカンダリー速度センサー１１とが接続される。
【００１５】
図２は、一実施の形態の加速度制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
加減速度コントローラー４のマイクロコンピューターは、所定の時間間隔、例えば１０msecごとにこの制御プログラムを実行する。
【００１６】
ステップ１において、アクセルセンサー７からアクセル開度Ａpoを読み込む。ステップ２では、車輪速センサー８からのパルス信号を計測してタイヤの有効半径Ｒに対する駆動輪１４の周速、すなわち車輪速Ｖwを検出する。なお、この車輪速Ｖwは車速に等しい。続くステップ３で、ＣＶＴ＆クラッチコントローラー６から高速通信線１３を介して無段変速機３のプライマリープーリー（入力軸）の回転速度ωp、セカンダリープーリー（出力軸）の回転速度ωsおよび変速比Ｉp（＝ωp／ωs）を読み込むとともに、エンジントルクコントローラー５から高速通信線１３を介してエンジン１の回転速度ωeを読み込む。
【００１７】
ステップ４において、アクセル開度Ａpoと車輪速Ｖwとに基づいて目標加速度αw^*を演算する。具体的には、図３に示すようなアクセル開度Ａpoと車輪速Ｖwに対する目標加速度αw^*のマップを設定しておき、検出したアクセル開度Ａpoと車輪速Ｖwに対する目標加速度αw^*を表引き演算する。なお、目標加速度αw^*の設定方法はこの実施の形態の設定方法に限定されず、例えばアクセル開度Ａpoのみに応じて目標加速度αw^*を設定するようにしてもよい。
【００１８】
ステップ５では、車輪速Ｖwにバンドパスフィルター処理を施して加速度推定値αwfを演算する。以下、加速度推定値αwfの演算方法を説明する。
【００１９】
まず、車輪速Ｖwを入力とし加速度推定値αwfを出力とする連続時間系の伝達関数Ｇbp(s)を次のように記述する。
【数１】

（１）式において、ｓはラプラス演算子、ωnは固有角周波数、ζnは減衰率であり、ωnとζnは車輪速検出値Ｖwに含まれるノイズレベルに応じて決定する。
【００２０】
次に、この伝達関数Ｇbp(s)を状態ベクトルによる表現に変換すると、図４に示すブロック線図で表され、状態変数ベクトルｘfを用いた状態方程式と出力方程式は次のように記述される。
【数２】

（２）式において、Ａf、Ｂf、Ｃf、Ｄfは固有角周波数ωnや減衰率ζnから決まる定数行列である。
【００２１】
バンドパスフィルターの出力である加速度推定値αwf以外に、バンドパスフィルターの内部状態変数ベクトルｘfを算出するために、（２）式に示す連続時間系の状態方程式と出力方程式の形で演算を行う。また、加速度制御用状態フィードバック補償器の設計を連続時間系で行うために積分演算をオイラー積分とすると、上記（２）式の状態方程式と出力方程式を、実際にマイクロコンピューターのソフトウエアで実行可能な差分方程式として次のように表すことができる。
【数３】

（３）式において、Ｔsmpはサンプリング周期であり、この実施の形態では１０msecである。また、（ｋ）は現在値、（ｋ−ｎ）はｎサンプリング周期前の値を示す。この数式３を実行して加速度推定値αwfを求める。
【００２２】
ステップ６では、エンジントルク指令値Ｔe^*から実際のエンジントルクＴeまでを簡易な一次遅れモデルとし、エンジントルク指令値Ｔe^*に対する実際のエンジントルクＴeを推定する。まず、エンジントルク指令値Ｔe^*から実際のエンジントルクＴeまでの連続時間系の伝達関数Ｇengを次のように記述する。
【数４】

（４）式において、Ｔengは時定数である。
【００２３】
（４）式をタスティン近似などで離散化し、実際にマイクロコンピューターのソフトウエアで実行可能な差分方程式を求めて実行する。
【数５】

（５）式において、TEN０、TEN１、TED１は、時定数Ｔengおよびサンプリング周期Ｔsmpから決まる定数である。
【００２４】
ステップ７では、図５に示すような予め設定したエンジン運転点拘束線マップから、エンジントルク推定値Ｔeに対応するエンジン回転速度ωeを表引き演算する。エンジン運転点拘束線マップ図５において、正のトルク域ではエンジン最適燃費（効率）運転線を拘束線として用い、負のトルク域ではエンジンブレーキ特性線を拘束線として用いる。なお、エンジン最適燃費運転線はエンジン等出力線上の最も燃料消費量が少ないエンジン運転点を連ねた特性線である。また、エンジンブレーキ特性線はスロットルバルブ全閉で、且つ燃料カット時のエンジン運転点であり、このエンジンブレーキ特性線に沿って制御することにより、無段変速機３のダウンシフト時のエンジンブレーキ制御を可能にする。
【００２５】
この実施の形態では、トルクコンバーター２のロックアップクラッチが締結された状態のみを考えるので、エンジン回転速度ωeは無段変速機３のプライマリープーリー（入力軸）の回転速度ωpに等しい。そこで、図５のマップから表引き演算して求めたエンジン回転速度ωeを目標プライマリープーリー回転速度（無段変速機入力軸回転速度）ωp^*とする。そして、目標プライマリープーリー回転速度ωp^*と実際のプライマリープーリーの回転速度ωpとの偏差を積分した値Ｚを算出する。
【数６】

【００２６】
ステップ８において、加速度フィードバック制御でゲイン切り換えを行うための運転領域判定を行う。この実施の形態では、図６に示すように、車輪速Ｖwの値と無段変速機３の入力トルクＴpの符号とに基づいて運転領域を６分割し、ゲイン切り換えを行う。なお、この一実施の形態ではトルクコンバーター２のロックアップクラッチが締結された状態のみを考えるので、無段変速機３の入力トルクＴpはエンジントルクＴeに等しい。１サンプル周期前の運転領域と今回の運転領域とが同一領域の場合はステップ１０へ進み、異なる場合はステップ９へ進む。
【００２７】
ステップ９では、状態フィードバックゲインの切り換えの準備として、加速度制御用フィードバック補償器内の２個の積分器の初期値を算出する。具体的には、予めＲＯＭに記憶した各運転領域に対応した状態フィードバックゲイン定数行列の中から、１サンプル周期前の運転領域に対応したＫold、今回の運転領域に対応したＫnewを選択する。ゲイン切り換え前後で補償器出力Ｕが連続的に変化するように、後述する状態フィードバック演算の（１４）式を解いた次式を用いて、加速度偏差積分器の初期値ｘi_iniと、プライマリープーリー回転速度偏差積分器の初期値Ｚiniを算出する。
【数７】

（７）式において、（ｋ）は現在値を、（ｋ−１）は１サンプル周期前の値を示す。
【００２８】
ステップ１０において、加速度制御用フィードバック補償器の演算を行う。この実施の形態では、実用的な線形制御手法の一つである、状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法を用いる。以下にその制御系設計手法を説明する。
【００２９】
まず、制御系設計用のプラントモデルの導出を行う。この実施の形態では、実際の車両モデルに対して、上述したバンドパスフィルターモデルと、上述したエンジン運転点拘束条件に関する偏差積分モデル（状態変数Ｚ）とを結合した拡大系モデルを制御系設計用プラントモデルとする。なお、エンジン運転点拘束条件に関する偏差積分モデルは、非線形マップを特定点で線形近似した次式を用いる。
【数８】

（８）式において、ｋaは図５に示すエンジン運転点拘束線マップの傾きである。
【００３０】
拡大系のプラントモデルを、図７に示す状態ベクトルを用いたブロック線図で表し、連続時間系の状態方程式および出力方程式の形で次のように記述する。なお、上述したようにこの実施の形態ではトルクコンバーター２のロックアップクラッチの締結状態のみを考えるので、無段変速機３の入力トルクＴpはエンジントルクＴeに等しいとする。
【数９】

（９）式において、入力数２、出力数１、状態数６であり、Ａp、Ｂp、Ｃp、Ｄpは定数行列である。また、Ｔp^*は無段変速機３の入力トルク指令値、Ｉp^*は無段変速機３の変速比指令値である。さらに、ｘf1、ｘf2は、数式１に示す二次式で表したバンドパスフィルターの内部状態変数ベクトルｘfの要素である。
【００３１】
目標加速度αw^*に対する推定加速度αwfの望ましい応答性を示す規範モデルを一次遅れとし、その伝達関数、状態方程式および出力方程式を次のように表す。
【数１０】

（１０）式において、Ｔαwは時定数である。
【００３２】
以上の拡大系プラントモデルと規範モデルに、状態フィードバック（状態空間法）によるモデルフォローイング制御手法を用いて加速度フィードバック制御系を構築した場合の制御ブロック図を図８に示す。なお、図８において太線はベクトルを表し、細線はスカラーを表す。
【００３３】
このような加速度フィードバック補償器を構築することによって、規範モデル出力の加速度指令値αrefに推定加速度αwfが定常偏差なく追従する。また同時に、状態フィードバックによってすべての状態変数が安定化される。つまり、状態変数の一つである無段変速機３のプライマリープーリー（入力軸）の回転速度偏差積分値Ｚも安定化されるため、結果として無段変速機３のプライマリープーリーの目標回転速度ωp^*に実回転速度ωpが定常偏差なく追従する。
【００３４】
図８に示す状態フィードバックゲインＫ（定数行列）は、上述した拡大系プラントモデルと規範モデルをさらに結合した図９に示す結合モデルに対して、一般的な最適レギュレーター手法などを用いて求める。ただし、規範モデル出力の加速度指令値αrefと推定加速度αwfの偏差積分量をｘiとする。
【数１１】

【００３５】
次に、実際の処理をマイクロコンピューターのソフトウエアで実行可能な差分方程式の形に表す。まず、規範モデルの演算は次の差分方程式により実行する。
【数１２】

（１２）式において、MAN０、MAN１、MAD１は上記（１０）式をタスティン近似などで離散化して得られた定数である。次に、加速度の偏差積分演算は次の差分方程式により実行する。
【数１３】

さらに、状態フィードバック演算は次式により実行する。
【数１４】

ただし、状態フィードバックゲイン行列は、現在の運転領域に対応したＫnewを用いる。また、上述したようにこの実施の形態ではトルクコンバーター２のロックアップクラッチが締結されている状態のみを考えるので、
【数１５】

とする。
【００３６】
ステップ１１において、加速度制御用モデルフォローイング補償器で演算されたエンジントルク指令値Ｔe^*、変速比指令値Ｉp^*に上下限リミッター処理を施し、エンジントルクコントローラー５およびＣＶＴ＆クラッチコントローラー６で達成可能な値にそれぞれ制限し、最終的なエンジントルク指令値Ｔe^*および変速比指令値Ｉp^*とする。続くステップ１２では、エンジントルク指令値Ｔe^*をエンジントルクコントローラー５へ、変速比指令値Ｉp^*をＣＶＴ＆クラッチコントローラー６へそれぞれ高速通信線１３を介して出力する。エンジントルクコントローラー５はエンジントルクＴeが指令値Ｔe^*となるように制御し、ＣＶＴ＆クラッチコントローラー６は無段変速機３の変速比Ｉpが目標値Ｉp^*となるように制御する。
【００３７】
次に、上記一実施の形態の中の本願発明に係わる部分を整理して説明する。
【００３８】
上述したように、従来の加減速度制御装置では線形制御理論に基づく線形コントローラーを、無段変速機を備えた車両のような非線形な制御対象に適用する際に、例えば図１３に示すように、サーボコントローラーの内部状態量、すなわち規範モデルの出力ｙm(t)と制御対象の出力ｙ(t)との偏差ｅ(t)の積分値と無関係に、状態フィードバックゲインＫ1、Ｋ2、Ｋ3を制御途中で切り換えているので、ゲイン切り換え前後で操作量、すなわちコントローラーの出力ｕ(t)が急変し、応答が乱れたりして制御性能が悪化するという問題がある。
【００３９】
このような従来の加減速度制御装置の問題を解決するために、この実施の形態では、目標加速度と目標無段変速機入力軸回転速度（この実施の形態では、目標エンジン回転速度に等しい）を同時に達成するための無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置に対して、二つの操作量（コントローラーの出力値）、すなわちエンジントルク指令値Ｔe^*（＝Ｔp^*）および変速比指令値Ｉp^*が、状態フィードバックゲインＫの切り換え前後で連続的に変化するように、モデルフォローイングコントローラー内の２個の積分器の初期値、すなわち図８に示す規範モデル（４ａ）出力の加速度指令値αrefと制御対象プラント（４ｄ）出力の加速度推定値αwfとの偏差を積分する第１の積分器（４ｂ）の積分値ｘiの初期値ｘi_iniと、無段変速機入力軸の目標回転速度ωp^*と回転速度検出値ωpとの偏差を積分する第２の積分器（４ｅ）の積分値Ｚの初期値Ｚiniとを、状態フィードバックゲインＫの切り換え時に設定する。
【００４０】
「モデルフォローイング制御手法を用いた加速度制御」を行うために、ステップ１０において、図６に示す運転領域に対応した状態フィードバックゲイン行列Ｋnewを用いて、（１４）式に示す状態フィードバック演算を行う。運転点が同一の運転領域にあり続ける場合は、同一のフィードバックゲイン行列が用いられて連続的な制御がなされるが、別の運転点へ移行する場合には、フィードバックゲイン行列がＫoldからＫnewへ切り換わるので、制御が不連続となって操作量の無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*が急変しないようにしなければならない。
【００４１】
一実施の形態では、ステップ８で運転領域の切り換えが判定された場合に、ステップ９で加速度フィードバック補償器の出力（操作量）、すなわち無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*がゲイン行列Ｋの切り換え前後で連続的に変化するように、補償器内の積分器の初期値、すなわち加速度偏差積分値ｘiと無段変速機入力軸回転速度偏差積分値Ｚの初期値を演算する。
【００４２】
具体的には、次式を［Ｚ(k)，ｘi(k)］で解いた（７）式で算出する。
【数１６】

【００４３】
図１０および図１１に、一実施の形態の加減速度制御装置のシュミレーション結果を示す。なお、図１０および図１１の下部の数字は図６に示す運転領域番号を表す。また、この実施の形態ではトルクコンバーター２のロックアップクラッチ締結状態のみを想定しているので、無段変速機（ＣＶＴ）３の入力トルク指令値Ｔp^*はエンジントルク指令値Ｔe^*に等しい。
【００４４】
図１０は、状態フィードバックゲイン切り換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定し直さなかった場合、つまり従来の加減速度制御装置の応答結果を示す。ゲイン切り換え前後で加速度フィードバック補償器出力の無段変速機３の入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*が大きく急変し、加速度αwfやプライマリープーリー回転速度ωpの応答波形が大きく乱れている。
【００４５】
一方、図１１は、状態フィードバックゲイン切り換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定した場合、つまり上述した一実施の形態の加減速度制御装置の応答結果を示す。ゲイン切り換え前後で加速度フィードバック補償器出力の無段変速機３の入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*が急変することなく、連続的に推移し、加速度αwfやプライマリープーリー回転速度ωpの応答波形が乱れることなく、目標値によく追従している。
【００４６】
このように、上述した一実施の形態では、目標加速度と目標無段変速機入力軸回転速度とを同時に達成するための無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置において、２つの操作量すなわち無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*（＝エンジントルク指令値Ｔe^*）と変速比指令値Ｉp^*とが、状態フィードバックゲインＫの切り換え前後で連続的に変化するように、モデルフォローイングコントローラー内の規範モデル出力の加速度指令値αrefと制御対象出力の加速度推定値αwfとの偏差積分値ｘiの初期値ｘi_iniと、無段変速機入力軸の目標回転速度ωp^*と回転速度検出値ωpとの偏差積分値Ｚの初期値Ｚiniとを、状態フィードバックゲインＫの切り換え時に設定するようにした。これにより、状態フィードバックゲインの切り換え前後でも操作量Ｔe^*、Ｉp^*が連続的に推移するので、フィードバック制御系の応答が乱れることがない。したがって、状態フィードバックゲインの切り換えを比較的自由にできるので、ＣＶＴなどの無段変速機を備えた車両のような非線形な制御対象であっても、広い運転領域において安定で応答が速い制御性能を実現することができる。
【００４７】
また、上述した一実施の形態では、車輪速Ｖw（車速に相当）と無段変速機入力トルクＴp（＝エンジントルクＴe）に基づいて状態フィードバックゲインＫを切り換える。
【００４８】
図１２は、エンジン１と無段変速機３を含むパワートレインの非線形モデルを示す。図において、Ｔineはイナーシャトルク、Ｍは車両重量、Ｒはタイヤの有効半径、Ｉfはファイナルギア比、Ｔ1はエンジントルク系時定数、Ｔ2は変速比系時定数、Ｊ1はエンジン１から無段変速機３のプライマリープーリーまでのイナーシャである。
【００４９】
図１２に示す非線形車両モデルを、運転点（Ｔpo，Ｉpo，Ｖwo）で線形近似した簡易線形モデルを次式に示す。
【数１７】

この簡易線形モデルは（９）式に示す制御系設計用モデルに利用される。
【００５０】
車輪速Ｖwと無段変速機入力トルクＴpは大きく値が変化するので、非線形車両モデルを線形近似した場合のモデル化誤差による影響が大きくならないように、上述した一実施の形態ではこれら２つの車両状態量Ｖw、Ｔpに基づいて線形補償器のゲイン切り換えを行う。
【００５１】
さらに、（９）式に示す制御系設計用モデルには、（６）式に示すプライマリープーリー回転速度偏差積分モデルも包含している。つまり、図５に示すエンジン運転点拘束線マップの傾きｋa（（８）式参照）を含んでいるので、最適効率運転線を用いる正トルク域と、エンジンブレーキ特性線を用いる負トルク域では、必ず傾きｋaの符号が切り換わる。したがって、これに起因した線形モデル化誤差の影響は大きく、無段変速機入力トルクＴpの符号に対応した状態フィードバックゲインＫの切り換えが必須となる。
【００５２】
このように、この一実施の形態によれば、車輪速Ｖwと無段変速機入力トルクＴp（＝エンジントルクＴe）に基づいて状態フィードバックゲインＫを切り換えるようにしたので、無段変速機を備えた車両などの非線形な制御対象であっても、広い車速域、広いトルク域において安定で応答が速い制御性能を実現することができる。
【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】 一実施の形態の加速度制御プログラムを示すフローチャートである。
【図３】 目標加減速度を設定するためのマップ例を示す図である。
【図４】 車輪速を入力とし加速度推定値を出力とする連続時間系の伝達関数を状態ベクトルにより表現したブロック図である。
【図５】 エンジン運転点拘束線マップを示す図である。
【図６】 車速と無段変速機入力トルクとに基づいて分割した運転領域例を示す図である。
【図７】 一実施の形態の制御系設計用拡大モデルを状態ベクトルにより表現したブロック図である。
【図８】 一実施の形態のモデルフォローイング制御手法を用いた加速度フィードバック制御系を示すブロック図である。
【図９】 拡大系プラントモデルと規範モデルを結合したモデルを示すブロック図である。
【図１０】 状態フィードバックゲイン切り換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定し直さなかった場合、つまり従来の加減速度制御装置の応答結果を示す図である。
【図１１】 状態フィードバックゲイン切り換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定した場合、つまり上述した一実施の形態の加減速度制御装置の応答結果を示す図である。
【図１２】 非線形車両モデルを示す図である。
【図１３】 従来のモデル追従型サーボコントローラーの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター
３ 無段変速機
４ 加減速度コントローラー
４ａ 規範モデル
４ｂ 第１の積分器
４ｃ 状態フィードバック
４ｄ 制御対象のプラント
４ｅ 第２の積分器
５ エンジントルクコントローラー
６ ＣＶＴ＆クラッチコントローラー
７ アクセルセンサー
８ 車輪速センサー
９ クランク角センサー
１１ プライマリー速度センサー
１２ セカンダリー速度センサー
１３ 高速通信線
１４ 駆動輪

Claims (3)

1. 車速を検出する車速検出手段と、
   車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段と、
   車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、
   状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加速度推定値を目標加速度に一致させるための操作量を演算してエンジンと無段変速機を制御する制御手段であって、前記目標加速度を入力し加速度指令値を出力する規範モデル手段と、前記加速度指令値と前記加速度推定値との偏差を積分する積分手段と、前記積分手段の出力を用いて前記操作量を演算する状態フィードバック手段とを有する制御手段と、
   状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後で操作量が連続的に変化するように前記積分手段の初期値を設定する初期値設定手段とを備えることを特徴とする無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置。
2. 車速を検出する車速検出手段と、
   車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段と、
   車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、
   無段変速機入力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   無段変速機入力軸の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
   状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加速度推定値を目標加速度に一致させるための無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算してエンジンと無段変速機を制御する制御手段であって、前記目標加速度を入力し加速度指令値を出力する規範モデル手段と、前記加速度指令値と前記加速度推定値との偏差を積分する第１の積分手段と、無段変速機入力軸の目標回転速度と回転速度検出値との偏差を積分する第２の積分手段と、前記第１および第２の積分手段の出力を用いて前記無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算する状態フィードバック手段とを有する制御手段と、
   状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後で無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値が連続的に変化するように前記第１および第２の積分手段の各初期値を設定する初期値設定手段とを備えることを特徴とする無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置において、
   車速検出値と無段変速機入力トルクとに基づいて状態フィードバックゲインを切り換えることを特徴とする無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置。

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