JP5187429B2 - 車両の制振制御を行う駆動制御装置 - Google Patents
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補償成分であってよい。EGR制御に制振制御による補償成分で補償された制御指令を参照させるのは、EGR実行量をエンジンの運転状態にできるだけ追従させて変化させるためである。従って、少なくとも振幅の大きい補償成分、即ち、エンジンの運転状態を大きく変化させる補償成分を加味して制御指令を参照するようになっていることが好ましい。もっとも、過度に振幅の大きな補償成分は、EGR実行量がかかる大きな振幅に追従できなくなるおそれがあるため、参照されなくてもよい。
12FL、FR、RL、RR…車輪
14…アクセルペダル
20…駆動装置
22…ディーゼルエンジン
22a…燃料装置
22f…EGR弁装置
30FL、FR、RL、RR…車輪速センサ
50…電子制御装置
50a…駆動制御装置
50b…制動制御装置
図1は、本発明の制振制御を実行する駆動制御装置の好ましい実施形態が搭載される自動車等の車両を模式的に示している。同図に於いて、左右前輪12FL、12FRと、左右後輪12RL、12RRを有する車両10には、通常の態様にて、運転者によるアクセルペダル14の踏込みに応じて後輪に駆動力又は駆動トルクを発生する駆動装置20が搭載される。駆動装置20は、図示の例では、エンジン22から、トルクコンバータ24、自動変速機26、差動歯車装置28等を介して、駆動トルク或いは回転駆動力が後輪12RL、12RRへ伝達されるよう構成される。エンジン22は、公知の態様のディーゼルエンジンであり、燃料装置22aの作動が、アクセルペダルの踏み込み量及び下記に説明する制御量に応じて決定される要求駆動トルクを達成するよう、エンジンの各気筒の燃料噴射装置22bからの燃料噴射量及び/又はその他のパラメータ(噴射時期、噴射率(単位時間当たりの燃料噴射量)、噴射圧力など。以下、総じて「燃料噴射制御量」と称する。)を調節すべく制御される。また、エンジン22には、排気ガス再還流(EGR)装置が設けられており、エンジンの吸気マニホールド22cと排気マニホールド22dとの間には排気ガスを吸気側へ戻すための流路22eが取り付けられている。流路22eには、後に説明される電子制御装置50の制御下、排気マニホールド22dから吸気マニホールド22cの排気ガスの再還流量(EGR量)を調節するEGR弁装置22fが備えられる。これらのエンジン及びEGR装置の構成及び作動は、公知の任意の形式のものであってよい。なお、簡単のため図示していないが、車両10には、通常の車両と同様に各輪に制動力を発生する制動装置と前輪又は前後輪の舵角を制御するためのステアリング装置が設けられる。なお、車両は、四輪駆動車又は前輪駆動車であってもよい。
(i)ピッチ・バウンス制振制御
上記の構成に於いて、図2のフィードフォワード制振制御部52a及びフィードバック制振制御部52b又は図3の制振制御部52によるピッチ・バウンス制振制御は、以下の如き態様にて行われてよい。
車両に於いて、運転者の駆動要求に基づいて駆動装置が作動して車輪トルクの変動が生ずると、図4(A)に例示されている如き車体10に於いて、車体の重心Cgの鉛直方向(z方向)のバウンス振動と、車体の重心周りのピッチ方向(θ方向)のピッチ振動が発生し得る。また、車両の走行中に路面から車輪上に外力又はトルク(外乱)が作用すると、その外乱が車両に伝達され、やはり車体にバウンス方向及びピッチ方向の振動が発生し得る。そこで、ここに例示するピッチ・バウンス振動制振制御に於いては、車体のピッチ・バウンス振動の運動モデルを構築し、そのモデルに於いて要求駆動トルク(を車輪トルクに換算した値)又は現在の車輪トルク(の推定値)とを入力した際の車体の変位z、θとその変化率dz/dt、dθ/dt、即ち、車体振動の状態変数を算出し、モデルから得られた状態変数が0に収束するように、即ち、ピッチ/バウンス振動が抑制されるよう駆動装置(エンジン)の駆動トルクが調節される(要求駆動トルクが修正される。)。なお、要求駆動トルクを入力した場合に算出される駆動トルクの調節量がフィードフォワード制振制御部からの補償成分であり、現在の車輪トルクを入力した場合に算出される駆動トルクの調節量がフィードバック制振制御部からの補償成分である。
dX(t)/dt=A・X(t)+B・u(t) …(2a)
ここで、X(t)、A、Bは、それぞれ、
a1=-(kf+kr)/M、a2=-(cf+cr)/M、
a3=-(kf・Lf-kr・Lr)/M、a4=-(cf・Lf-cr・Lr)/M、
b1=-(Lf・kf-Lr・kr)/I、b2=-(Lf・cf-Lr・cr)/I、
b3=-(Lf2・kf+Lr2・kr)/I、b4=-(Lf2・cf+Lr2・cr)/I
である。また、u(t)は、
u(t)=T
であり、状態方程式(2a)にて表されるシステムの入力である。従って、式(1b)より、行列Bの要素p1は、
p1=h/(I・r)
である。
u(t)=−K・X(t) …(2b)
とおくと、状態方程式(2a)は、
dX(t)/dt=(A−BK)・X(t) …(2c)
となる。従って、X(t)の初期値X0(t)をX0(t)=(0,0,0,0)と設定して(トルク入力がされる前には振動はないものとする。)、状態変数ベクトルX(t)の微分方程式(2c)を解いたときに、X(t)、即ち、バウンス方向及びピッチ方向の変位及びその時間変化率、の大きさを0に収束させるゲインKが決定されれば、ピッチ・バウンス振動を抑制するトルク値u(t)が決定されることとなる。かかるトルク値u(t)をエンジン駆動トルクの単位に変換した値が制振制御による補償成分である。
J=1/2・∫(XTQX+uTRu)dt …(3a)
(積分範囲は、0から∞)
の値が最小になるとき、状態方程式(2a)に於いてX(t)が安定的に収束し、評価関数Jを最小にする行列Kは、
K=R−1・BT・P
により与えられることが知られている。ここで、Pは、リカッティ方程式
-dP/dt=ATP+PA+Q−PBR−1BTP
の解である。リカッティ方程式は、線形システムの分野に於いて知られている任意の方法により解くことができ、これにより、ゲインKが決定される。
上記のピッチ・バウンス制振制御のための補償成分Uを算出するフィードフォワード制振制御部52aとフィードバック制振制御部52b(図2)、及び、制振制御部52(図3)の制御構成は、それぞれ、図5(A)、(B)及び(C)に示されている。まず、図5(A)を参照して、図2のフィードフォワード制振制御部52aに於いては、要求駆動トルク決定部51からの要求駆動トルク値が入力され、車輪トルクTwoに換算した後、運動モデルに於いて、そのトルク入力値Twoを用いて式(2a)の微分方程式を解くことにより、状態変数ベクトルX(t)が算出される。次いで、その状態ベクトルX(t)に、上記の如く状態変数ベクトルX(t)を0又は最小値に収束させるべく決定されたゲインKを乗じた値u(t)が算出され、そのu(t)がエンジンの駆動トルク単位の補償成分U(t)に換算されて加算器a1へ送信される。そして、加算器a1に於いて、要求駆動トルク値から補償成分U(t)が差し引かれる。式(1a)及び(1b)からも理解される如く、車体のピッチ・バウンス振動システムは、共振システムであり、任意の入力に対して状態変数ベクトルの値は、実質的には、システムの固有振動数(1〜5Hz程度)を概ね中心とした或るスペクトル特性を有する帯域の周波数成分のみとなる。かくして、U(t)が要求駆動トルクから差し引かれるよう構成することにより、要求駆動トルクのうち、システムの固有振動数の成分、即ち、車体に於いてピッチ・バウンス振動を引き起こす成分が低減又は除去され、車体に於けるピッチ・バウンス振動が抑制されることとなる。
Tw=M・r2・dω/dt …(5)
と推定することができる。ここに於いて、Mは、車両の質量であり、rは、車輪半径である。[駆動輪が路面の接地個所に於いて発生している駆動力の総和が、車両の全体の駆動力M・G(Gは、加速度)に等しいとすると、車輪トルクTwは、
Tw=M・G・r …(5a)
にて与えられる。車両の加速度Gは、車輪速度r・ωの微分値より、
G=r・dω/dt …(5b)
で与えられるので、車輪トルクは、式(5)の如く推定される。]なお、車輪トルク推定値は、車輪速ではなく、エンジン回転速又は変速機回転速から推定されるようになっていてよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。
EGR制御では、EGR実行量は、既に触れたように、エンジンに対して要求される駆動出力(ディーゼルエンジンの場合は、要求駆動トルクに対応する燃料噴射量)とエンジン回転数及びその他の運転条件(エンジン冷却水又は潤滑油温度等)を参照して制御される。従って、ピッチ・バウンス制振制御が実行される場合には、EGR制御部に対してもピッチ・バウンス制振制御による補償が反映された制御指令が入力される必要がある。しかしながら、EGRは、図1に模式的に記載されている如く、排気ガスを排気マニホールドから吸気マニホールドへ引き回すという構成により為されるため、EGR実行量が、ピッチ・バウンス制振制御の補償成分により補償されたエンジンに対する要求駆動出力の振動的な変動に追従し切れない状況が生じ得る(EGR制御の応答遅れ)。かかるEGR制御の応答遅れが生ずると、実際のエンジンの運転状態に対して、EGR実行量が過少又は過大となり、NOxの低減効果の悪化、或いは、燃焼状態の不安定化、HC・PM・黒煙等の排気物質の増加及び燃費の悪化などの問題が生ずることとなる。
「発明の開示」に於いて述べた如く、制振制御による補償成分のうち、フィードフォワード制振制御部により算出される補償成分、即ち、車両に対する加減速要求に対応して生成される振動成分は、一般的に、周波数帯域が低く、振幅が大きく、又、変化の方向も一方向に偏倚していることが多い。従って、かかる補償成分をEGR制御に反映させない場合、EGR制御に於いて適合させるエンジンの運転状態と、実際のエンジンの運転状態との乖離が大きくなる一方、かかる補償成分の変動は、変化速度が比較的小さいので、EGR実行量を追従させ易い。他方、フィードバック制振制御部により算出される補償成分、即ち、車輪トルクの外乱、例えば、路面の凹凸、タイヤの状態のアンバランス、横風等の、車体又は車輪に作用する外力に対応して生成される振動成分は、ダイナミックレンジが広く、より多様な振動成分を含み得るので、高い周波数の振動成分も含まれる場合がある。
これまでの記載から理解される如く、制振制御の実行時に、その駆動トルクの補償作用をEGR制御に於いて反映させてもEGR制御の良好な効果が得られない場合が生ずる原因の一つは、EGR実行量の応答が比較的遅いという点である。そこで、図3の実施形態に於いては、既に述べた如く、EGR制御部にエンジンの要求駆動出力の制御指令(要求駆動トルク値)を入力するのに先立って、位相進み補償部54aにて、要求駆動出力の制御指令に対して位相進み補償を施すことにより、前記の如きEGR実行量又はEGR制御の応答遅れを改善することが試みられる。なお、この場合は、第一の実施形態の如く、補償成分の算出を、フィードフォワード制振制御部とフィードバック制振制御部とに分けて行う必要はないので、図3の如く、制振制御部は一つに統合されてよい。
Treq・[1+(dTreq/dt)・τ] …(A)
により与えられてよい。ここで、τは、任意に設定されてよい時定数である。また、位相進み補償部54a内にて、要求駆動トルクからEGR率(Regr)を決定し、EGR率に対して位相進み補償処理を施してもよい。その場合、位相進み補償後のEGR率は、
Regr・[1+(dRegr /dt)・τ] …(B)
により与えられてよい。
λ・U …(6)
として加算器a1又はa2へ渡される。制御ゲインλは、通常時は、
λ=1 …(7)
に設定されるが、EGR制御に於いてその効果が制振制御の作用により悪化する場合には、
λ=λo(<1) (7a)
に設定されるようになっていてよい。
Claims (1)
- 車両の駆動出力を制御して前記車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する制振制御を実行する車両のエンジンの駆動制御装置であって、前記車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する前記車輪に作用する車輪トルクに基づいて前記ピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記エンジンの駆動トルクを制御する制振制御部と、前記エンジンの排気ガス再還流装置に於ける排気ガス再還流量を制御する排気ガス再還流制御部と、前記制振制御部により算出される前記制振制御のための前記車輪トルクを補償する補償成分により補償された前記エンジンに対する要求駆動出力を表す制御指令に前記補償成分により補償された前記エンジンに対する要求駆動出力の時間微分値の項を加算することにより前記制御指令の位相進み補償を行う位相進み補償部とを含み、前記エンジンの駆動出力を前記制振制御部による前記補償成分により補償された要求駆動出力を表す前記制御指令に基づいて制御し、前記排気ガス再還流制御部が前記位相進み補償部により位相進み補償が為された制御指令に基づいて決定された前記排気ガス再還流量の目標値に基づいて前記排気ガス再還流量を制御することを特徴とする車両の駆動制御装置。
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