JP4167805B2 - 自動車のドライブラインの管理方法及びこれを実施する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、ＣＶＴ変速機を備えた自動車のドライブラインを管理する方法、特にオンラインで使用するためドライブラインを管理する方法と、この方法を実施する装置に関する。
【０００２】
最近の自動車ではエンジンと変速機を分離して別々に制御している。その場合、エンジン側ではドライバーの出力要請時に制御される動作点に対して或る特性図中で適当な対応パラメータを選択し、エンジン制御装置で調整している。変速機側では連続調整可能な変速機（ＣＶＴ変速機）を備えた自動車の場合、所要出力に合わせた回転数に調整される。エンジンと変速機の間のフィードバックは、例えばガス放出、燃費、乗り心地、粒子放出、音響等のような性能特性に関して相互に最適化するために行われていない。更に、自動車の走行中もしくは運転中にエンジンあるいは変速機の対応を変更することは不可能である。
【０００３】
それ故、この発明の課題はドライブラインを管理する動的な方法およびそれに応じたドライブライン管理ユニットを提供することにある。
【０００４】
この課題は請求項１および９の特徴構成により解決されている。この発明の有利な構成は従属請求項の対象である。
【０００５】
ＣＶＴ変速機を備えた自動車のドライブラインをオンライン管理するためのこの発明による方法では、性能特性を出力と回転数の関数として示している予め定めた性能特性図内で所要出力の時に回転数を調整するため、所定の最適判定基準に関して性能特性図により最適な経路を求めている。
【０００６】
その場合、性能特性図は多数の特性図を合成したものであり、特性図の各々は最適化すべき性能特性を記述するものである。これ等の特性図が規格化された特性図であると有利であり、各特性図には固有な規格化関数がある。言い換えれば、異なった特性図に対して異なった規格化関数を使用できるが、共通の規格化関数を使用することも可能である。
【０００７】
更に、各特性図に重み関数を乗算することができる。その場合、重み関数は時間に依存する係数である。これにより、例えばエンジンの劣化のような時間的効果を最適化すべき性能特性図の中に導入できる可能性が開ける。
【０００８】
更に、特性図を同じ量の異なった特性図から合成できる。これにより劣化効果も検出できる。
【０００９】
予め定めた特性図は走行運転時に個々の性能特性を測定して有利に補足される。これにより、使用される特性図が自動車の実際の状況に、より適合されることになる。
【００１０】
例えばドライバーが入力により最適化戦略を決めて、最適化戦略をオンラインで有利に選択できる。
【００１１】
最適化量としては、例えば燃費、ＮＯX 放出量、粒子放出量、音響及び出力が考えられる。
【００１２】
走行試験により所定の時間サイクル当たりの出力の可能な最大調節可能性と時間サイクル当たりのできる限り最大の変速機の調整可能性が主に求まる。その場合、求めたこれ等の値は最適化の時に考慮される。
【００１３】
上に説明した方法を実施するこの発明による装置には、燃焼エンジン用の制御装置、ＣＶＴ変速機用の制御装置およびオンライン管理用の制御装置があり、これ等の制御装置は好ましくは一つのバス、主にＣＡＮバスを介して互いに接続されている。
【００１４】
その場合、ドライブラインの動作点を制御するドライブライン制御装置は制御量、つまり噴射量をエンジン制御装置に、また制御量、つまり変速比を変速機制御装置に出力する。
【００１５】
以下、この発明の有利な実施態様および詳細を図面に基づき説明する。
【００１６】
図１は予め定めた特性図から最適運転特性線をオンラインで求める方法の模式図を示す。エンジン検査状態で言わば基礎特性量として使用できる特性図ＫＦ₁，ＫＦ₂，... ＫＦ_nを求める。その場合、一つの特性図はトルクと回転数の関数である特定の性能特性のグラフとして定義されている。つまり、例えばＫＦ₁はＮＯ_X放出に関する特性図であり、ＫＦ₂は煤の個数または粒子放出に関する特性図であり、Ｋ_nは燃費に関する特性図である。他の特性図も考えられ、例えばＫＦ₁は新しいエンジンのＮＯ_X放出量であり、ＫＦ₂は初動時（例えば１０，０００ｋｍの走行出力で）のエンジンのＮＯ_X放出に関する特性図であり、ＫＦ_nは古いエンジン（例えば１００，０００ｋｍの走行出力）のＮＯ_X特性曲線である。更に、この方法はただ例示的に３つの特性図について説明されている。使用する特性図の数ｎは１より大きい自然数である。次いで、これ等の特性図ＫＦ₁，ＫＦ₂，....ＫＦ_nを規格化する。つまり規格化関数Ｎ₁，Ｎ₂と... Ｎ_nにより規格化された特性図ＫＦ_1norm，ＫＦ_2norm，....ＫＦ_nnormへ射影する。この規格化関数は線形である必要はなく、例えば指数関数であってもよい。一般に規格化された性能特性の範囲は０と２５５の間の値であり、この場合、小さな値が「良い」値であり、大きな値が「悪い」値であると取り決める。この取決めは同じように反転させることもできる。換言すれば、性能特性の値を記述するため一般に十分である１バイトを使用する。より高い精度が必要であれば、それに応じて広い範囲、例えば２バイトを使用する。特性図の規格化の意義は性能特性の関数値を互いに比較できる点にある。次いで、規格化された特性量はトルクに対する回転数のグラフから出力に対する回転数のグラフに変換される。規格化と変換の過程の順序を互いに入れ替えられることは明らかである。変換され規格化された特性図は次の過程で共通の性能特性図に結び付く。一つの可能な結び付けは重み係数α₁，α₂，....α_nを乗算した三つの特性図を加算したものである。そのようにして求めた性能特性図ＧＫＦでは、適当な方法により最適経路がこの特性図により求まる。一つの適当な方法は、例えば小さな値で経路を求めることである。即ち、個々の値の和は常時増加する出力と回転数の場合にできる限り小さくあるべきである。
【００１７】
この計算は乗物の運転中にオンラインで行える。その場合、戦略は重み係数α1,α2,... αn及び規格化関数Ｎ1,Ｎ2,... Ｎnのうち少なくとも何れかを適当に選択して与えることができる。
【００１８】
更に、乗物の運転中にこの処理の中に入力される特性図の個々の値を適当なセンサで測定するので、それに応じて変化した特性図ＫＦ1,ＫＦ2 と .... ＫＦnでこの処理を開始させることができる。換言すれば、この方法は乗物を運転している間に適当な特性図の点を測定して実現される検査状態に関して求めた基礎特性図を用いて始まるので、乗物の運転中にオンラインで望む戦略を指定した状態で実際に最適な動作特性曲線をほぼ必ず求めることができる。
【００１９】
図２は図１で説明した方法で発生させる性能特性図による最適な経路の例を示す。この場合、性能特性図をただ一つの特性図から発生させることも当然可能である。性能特性、例えばＮＯ_x放出量の等高線が平面図にして示してある。その場合、大きな値は放出量が多いことを示し、即ち「悪い」である。上の実線ＫＬ₁は例えば仮想的な変速機特性曲線を示す。この曲線では大きな出力を発生させるため、回転数ｎがそれに応じて高くなっている。その場合、この仮想的な変速機特性曲線ＫＬ₁は、放出量の最大値にできる限り全体的に接触するように、つまりこの変速機特性曲線により悪い放出状況となるように経過する。これに反して「最適」な変速機特性曲線ＫＬ₂はより高い放出量、つまり性能特性図の大きな値を避けるので、著しく良好な放出挙動が得られる。
【００２０】
性能特性図による最適な経路を計算することは以下の方法で行われる。その場合、エンジンの応答時間が変速機の応答時間よりも早いことを前提としている。応答時間とはユニットが新しい動作点になるまでに費やす時間である。変速機の場合には、これは新しい変速比を設定するのに必要な時間であり、エンジンの場合には新しいトルクを設定するのに必要な時間である。
【００２１】
目標点計算処理の最大プログラム経過時間で与えられる時間サイクルＴxが定まる。走行試験により時間サイクルＴx当たりのエンジンの最大出力調整可能性（Ｐvst-max）を一度求める。更に、走行試験で時間サイクルＴx当たり変速機の最大調整可能性（ｎvst-max）も一度求める。
【００２２】
実際値ＡＰ_istから目標値ＡＰ_zielへの性能特性図による経路はａ_nの回転数ステップに分割される。ＬＬはアイドリング値を表す。回転数ステップの数ａ_nは実際値ＡＰ_istと静止目標値ＡＰ_zielの間の間隔と最大変速機調整可能性ｎ_vst-maxで与えられる。走行特性あるいは乗り心地の調整可能な戦略に合わせて適当な最適化方法により性能特性の最小変化の経路を算出して、出力変更の特性を合わせる可能性が与えられる。最大出力調整可能性Ｐ_vst-maxは境界条件を決める。ｉ番目のステップで出力変化Ｐ_vst-iが最大出力調整可能性Ｐ_vst-maxより大きいなら、変速機調整間隔ｎ_vstは新しいｉ番目の出力調整可能性Ｐ_vst-i-neuが最大出力調整可能性Ｐ_vst-maxに等しくなるまで短くする。しかし、ｉ番目の間隔Ｐ_vst-iの出力調整可能性が最大出力調整可能性より小さいなら、変速機調整間隔ｎ_vst-iが最大間隔ｎ_vst-maxに等しく調整される。当該間隔の番号ｉは回転数ステップの個数ａ_nより小さいか等しい自然数である。
【００２３】
性能特性による最適な経路を算出するため、異なったエンジン状態及び走行状態のうち少なくとも何れかに対する異なった性能特性図を当然使用できる。例えば、冷気エンジンを記述する性能特性図あるいはエンジンを運転温度で記述する性能特性図を使用できる。
【００２４】
図３はドライブラインの管理を実施する装置の機能的な構成を記述している。この装置には三つの制御ユニット、つまりドライブライン管理制御装置ＴＢＭ−ＳＧ，エンジン制御装置ＭＳＧおよび変速機制御装置ＧＳＧがある。ドライブライン管理制御装置ＴＳＭ−ＳＧにはドライバーの希望Ｆと製造メーカーの希望Ｈを入力する。ドライバーの希望Ｆはペダル位置変換器（アクセルペダル）の対応する位置による出力要請である。製造メーカーの希望Ｈは、例えば排気ガス、燃費、乗り心地等に関する戦略を含む。更に、ドライブライン管理制御装置ＴＳＭ−ＳＧには、例えば特性図を補足するセンサの測定値ＭＷとドライバーの戦略ＦＳが入力される。ドライブライン管理制御装置ＴＳＭ−ＳＧはドライバーの或る出力要請でそれに応じた性能特性図による最適値を計算し、対応する調整量、即ち噴射量Ｍ＿Ｅと回転数ｎをエンジン制御装置ＭＳＧまたは変速機制御装置ＧＳＧに出力する。エンジン制御装置ＭＳＧと変速機制御装置ＧＳＧにはエンジンＭまたは変速機Ｇに対して対応する調整パラメータが出力される。この変速機Ｇは連続調整可能な変速機（ＣＶＴ変速機）である。エンジン制御装置と変速機制御装置の間には安全機能として情報交換Ｉが行われる。更に、エンジン制御装置ＭＳＧでは安全機能ＭＳＦも実現される。例えばドライバーの希望により直接変換できるペダル位置変換器（アクセルペダル）のキックダウン機能も実現される（破線を参照）。この変速機制御装置ＧＳＧでは予備戦略の形の安全機能ＧＳＦも行われる。
【００２５】
ＴＳＭ−ＳＧの機能性をエンジン制御装置の中あるいは変速機装置の中にも導入できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 最適変速特性曲線を求める方法の模式図を示す。
【図２】 性能特性図内の変速機特性線の一例を示す。
【図３】 ドライブライン管理を行う装置の機能的な構成を示す。
【符号の説明】
ＡＰist 実際の点
ＡＰziel 目標の点
Ｆ ドライバーの希望
ＦＳ ドライバーの戦略
Ｇ 変速機
ＧＳＦ 変速機の安全機能
ＧＳＧ 変速機制御装置
Ｈ 製造メーカーの希望
ＫＬ1 特性曲線
ＫＬ2 特性曲線
ＬＬ アイドリング
Ｍ エンジン
ＭＳＦ エンジン安全機能
ＭＳＧ エンジン制御装置
ＭＷ 測定値
ｎ 回転数
Ｐ 出力
ＴＳＭ−ＳＧ ドライブライン管理制御装置

Claims (12)

1. 性能特性である燃費、ＮＯ _X 放出量及び粒子放出量を出力（Ｐ）と回転数（ｎ）の関数として示した性能特性図（ＧＫＦ）内で所要出力（Ｐ）の時に回転数（ｎ）を調整するため、所定の最適判定基準に関する性能特性図（ＧＫＦ）による最適な経路が算出される、ＣＶＴ変速機を備えた自動車のドライブラインをオンライン管理する方法において、
   各特性図が最適にすべき性能特性を記述するとともに、各特性図に重み関数（α₁，α₂, ... α_n）を乗算し、
   自動車の運転中に最適化判定基準として音響を選んで多数の前記特性図（ＫＦ ₁ ，ＫＦ ₂ ， ... ＫＦ _n ）を合成し性能特性図（ＧＫＦ）を算出する
   ことを特徴とする方法。
2. 特性図は規格化された特性図（ＫＦ_1-norm，ＫＦ_2-norm, ... ＫＦ_n-norm）であり、各特性図は固有な規格化関数（Ｎ₁，Ｎ₂, ... Ｎ_n）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 重み関数（α₁，α₂, ... α_n）は時間に依存することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 性能特性図は同じ性能特性についての複数の特性図から算出されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
5. 性能特性図は異なった複数の性能特性についての特性図から算出されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
6. 個々のあるいは多数の特性図（ＫＦ₁，ＫＦ₂，... ＫＦ_n）は走行運転での個々の性能特性を測定して補足されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
7. 最適化は燃費、ＮＯ_x放出量、粒子放出量及び乗り心地のうち少なくとも何れかに関して行われることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
8. ドライバーの希望により所定の時間サイクル（Ｔ_x）当たりの出力（Ｐ_vst-max）のできる限り最大の調整可能性と時間サイクル（Ｔ_x）当たりのできる限り最大の変速機調整可能性（ｎ_vst-max）を算出することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
9. エンジン（Ｍ）用の制御装置（ＭＳＧ），ＣＶＴ変速機（Ｇ）用の制御装置（ＧＳＧ）およびドライブライン管理用の制御装置（ＴＳＭ−ＳＧ）を有し、これ等の制御装置（ＭＳＧ，ＧＳＧ，ＴＳＭ−ＳＧ）は互いに接続されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の方法を実施するための装置。
10. ドライブラインの動作点を調整するドライブライン制御装置（ＴＭＳ−ＳＧ）は、調整パラメータである噴射量（Ｍ Ｅ）あるいはトルクをエンジン制御装置（ＭＳＧ）に、また調整パラメータである回転数（ｎ）あるいは変速比（Ｕ）を変速機制御装置（ＧＳＧ）に出力することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 制御装置（ＭＳＧ，ＧＳＧ，ＴＳＭ−ＳＧ）は一つのバスを介して互いに接続されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。
12. 前記バスはＣＡＮバスにより形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。

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