JP5915548B2 - 車両運動制御装置 - Google Patents
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Description
このように構成された車両運動制御装置では、制御系を構成するデバイスである発電機、バッテリ、レギュレータ等の状況に応じて、運動制御指令値が制限されるため、デバイスの故障や劣化に応じた適切な制御を実行することができる。その結果、制御系を構成するデバイスの劣化を助長してしまったり、他の車載機器の動作に悪影響を与えてしまうったりすることを防止でき、装置の信頼性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、車両運動制御装置が実行する運動制御は、車輪軸トルクの変化によって車両に生じる各種振動の制振であり、また、制振の対象となる振動には、車体の振動(1〜5Hz)、エンジン−マウント系の振動(7〜15Hz)、シャシやタイヤの振動(10Hz〜)等がある。
図1に示すように、車両運動制御装置が適用される車両は、走行用エンジン(内燃機関)1と、指令値(目標スロットル開度SL)に従って、エンジン1への吸入空気量を制御する電動スロットルバルブ2と、エンジン1により回転駆動される発電機3と、指令値(目標電圧Va)に従って、発電機3の発電電圧が目標電圧Vaと一致するように、発電機3の励磁巻線に流れるフィールド電流をデューティ制御する電圧レギュレータ4と、発電機3による発電電力を充電するバッテリ5と、発電機3による発電電力又はバッテリ5の充電電力によって駆動される電気負荷6と、電動スロットルバルブ2及び電圧レギュレータ4に対する指令値(目標スロットル開度SL,目標電圧Va)を生成することで、エンジン1及び発電機3の作動を制御する制御装置(ECU)7を備えている。
電圧レギュレータ4は、ECU7から供給される指令値Vaに従って、発電機3の発電電圧が指令値Vaと一致するように、発電機3の励磁巻線に流れるフィールド電流をデューティ制御する周知のものである。
ECU7は、アクセル開度Acc及びエンジン回転数Neに基づいてドライバ要求エンジン出力軸トルクTr及びドライバ要求車輪軸トルクTwを演算するドライバ要求トルク推定部20と、電圧レギュレータ4から提供されるフィールド電流のデューティ値Fduty及びエンジン回転数Neに基づいてセンサ11〜14から直接的に得られない発電機3に関する情報を推定すると共に、発電機3が運動制御に利用できる状態であるか否かを判定する発電機状態推定部30と、電気負荷6(電力を消費する各種車載機器)へ電力を供給するためのトルク(負荷消費トルク)Tdを演算する負荷消費トルク演算部40と、負荷消費トルクTdに基づき目標スロットル開度SLを演算する目標スロットル開度演算部50とを備えている。
<ドライバ要求トルク推定部>
ドライバ要求トルク推定部20は、図2に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、ドライバ要求エンジン出力軸トルクTr及びドライバ要求車輪軸トルクTwを繰り返し算出する。
続くS22では、取得したアクセル開度Accからスロットル開度を算出し、続くS23では、算出したスロットル開度と取得したエンジン回転数Neから吸入空気量を推定し、続くS24では、推定された吸入空気量からドライバ要求エンジン出力軸トルクTrを推定する。なお、これらS22〜S24の処理は、予め用意(メモリに記憶)された各種のマップを使用して推定する。但し、これらの処理の内容は公知であるため、その詳細についての説明は省略する。
発電機状態推定部30は、図3に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、負荷消費トルク演算部40や目標電圧演算部90での処理に必要な各種情報を生成する。
続くS32では、(2)式に従い、エンジン−発電機変速比RRを用いて、エンジン回転数Neを発電機回転数Naに変換する。
発電効率マップは、図4(a)に示すように、発電機回転数Naと発電効率ηの関係を実験により求めたものである。なお、発電効率ηは、エンジン1から発電機3に供給される動力[W]に対する発電電力[W]の割合に相当する。
続くS35では、発電機3が発電中であり、かつ発電量が上限未満であるか否かを判断し、肯定判断した場合はS36に、否定判断した場合はS37に進む。
続くS38では、制御可否フラグFを目標電圧演算部90に出力すると共に、発電効率η,発電電流Ia,発電機回転数Naを負荷消費トルク演算部40に出力して、本手順を終了する。
負荷消費トルク演算部40は、図5に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、電気負荷6へ電力を供給するためのトルク(負荷消費トルクTd)を繰り返し算出する。
続くS43では、算出した負荷消費電流Id、バッテリ電圧Vb、発電機回転数Na、発電効率η、及びエンジン−発電機変速比RRに基づき、発電機3にて負荷消費電流Idを発生させるのに必要なエンジン出力軸でのトルクである負荷消費トルクTdを(3)式に従って算出する。
<目標スロットル開度演算部>
目標スロットル開度演算部50は、図6に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、目標スロットル開度SLを繰り返し算出し、その算出結果を指令値とした電動スロットルバルブの制御を実行する。
車両振動状態推定部60は、図7に示す手順を所定周期で繰り返し実行することにより、制振の対象となる対象振動の振動状態Yoscを繰り返し推定する。
<車輪軸トルク補正量演算部>
車輪軸トルク補正量演算部70は、対象振動の振動状態Yoscが算出される毎に、図8に示した手順を繰り返し実行することにより、車輪軸トルク補正量ΔTwを繰り返し算出する。
続くS72では、対象振動の振動状態Yoscに基づき、対象振動の振動状態Yoscを零に近づけるために必要な車輪軸トルク補正量ΔTwを算出する。例えば、対象振動の振動状態Yoscに対するフィードバック制御により車輪軸トルク補正量ΔTwを算出する場合、フィードバックのゲインをKとして、(4)式を用いて算出する。
続くS73では、算出した車輪軸トルク補正量ΔTwを、目標電圧演算部90へ出力して、本手順を終了する。
バッテリ状態推定部80は、図9に示す手順を所定周期で繰り返し実行することにより、バッテリの充電状態を表すバッテリ状態量としてSOC(State Of Charge )を繰り返し推定する。なお、SOCとは、満充電容量に対する残存容量の比を100分率で表したものである。
続くS82では、バッテリ電流Ibを積算することでSOCの推定値(以下「累積推定値」という)SOCintを算出する。具体的には、バッテリ容量上限値(満充電容量)をQmax[As]、バッテリ状態推定部80の動作周期をΔt[s]として、(5)式に従って算出する。
続くS84では、S81で取得したバッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ibに基づき、予め用意されたSOC推定マップを利用してSOCの推定値(以下「マップ推定値」という)SOCmapを求める。
具体的には、図10(a)に示すように、バッテリ電圧Vbが一定である場合、Ib−SOC特性は、バッテリ電流Ibが充電電流(正極性の電流)であれば、SOCが100%に近づくほどバッテリ電流Ibの絶対値は小さくなり、バッテリ電流Ibが放電電流(負極性の電流)であれば、SOCが100%から離れるほどバッテリ電流Ibの絶対値は小さくなる。また、充電も放電もしないときのバッテリ電圧Vbを規定電圧として、バッテリ電圧Vbが規定電圧に近いほど、グラフの傾きは急峻になる。
<目標電圧演算部>
目標電圧演算部90は、図11に示す手順を所定周期で繰り返し実行することにより、目標電圧Vaを繰り返し算出する。
続くS94では、求められた運動制御成分ΔVaをデバイスの状況によって制限する運動制御成分制限処理を実行する。
続くS96では、算出した目標電圧Vaを指令値として、通信手段15を介して電圧レギュレータ4に提供して、本手順を終了する。
先のS93で実行する運動制御成分演算処理では、図13に示す手順を実行することにより、車輪軸トルク補正量ΔTwに応じた運動制御成分ΔVaを算出する。
続くS102では、制御可否フラグFに基づき、発電機3が運動制御を可能な状態にあるか否かを判断し、運動制御が可能な状態(F=1)であればS103に進み、運動制御が不能な状態(F=0)であればS104に進む。
つまり、発電機3が運動制御を不能な状態にあるときには、運動制御成分ΔVaを零に設定することにより、発電機駆動トルクによる運動制御を禁止し、容量維持成分Vaveによるバッテリ残容量を所定範囲に維持する制御のみを実行するようにされている。
ここで、目標電圧Vaから発電機駆動トルクTaを発生させる制御系の制御モデル(順方向モデル)について説明する。制御モデルは、図14(a)に示すように、目標電圧Vaと発電電圧との差分を求める減算器と、減算器の出力をフィールド電流デューティ値Fdutyに変換する特性によって定義された電圧レギュレータモデルM1と、フィールド電流デューティ値Fdutyと発電機3にて発生する駆動トルクとの関係を示すFduty−トルク特性M21、及び駆動トルクと発電電流Iaの関係を示すトルク−電流次元変換特性M22によって定義された発電機モデルM2と、バッテリ5に供給される発電電流Iaと発電電圧との関係を示す特性によって定義されたバッテリモデルM3とで構成される。なお、これらモデルの特性には、時間の要因を考慮した動特性が用いられている。
<補正値制限処理>
先のS94で実行する補正値制限処理では、図19に示す手順を実行することにより、デバイスの状況に応じて運動制御成分ΔVaを制限する。
具体的には、バッテリ電圧Vbが許容制御範囲外の値である状態が所定時間以上続いた場合、又は、フィールド電流デューティ値Fdutyが100%である状態が所定時間以上続いた場合に主要デバイスのいずれかが故障していると判断する。
一方、S111で否定判断された場合、S113では、バッテリ電流センサ13が故障しているか否かを判断する。
具体的には、初期の満充電容量に対する劣化時の満充電容量の比を100分率で表したSOH(残存劣化状況)を推定し、このSOHが所定の下限閾値を下回るか否かによって判断する。なお、SOHの推定方法は公知(例えば、特開2003−129927号公報を参照)のものであるため、ここでは説明を省略する。また、SOHの推定は、例えば、バッテリ状態推定部80で行ってもよい。
S117で肯定判断された場合、運動制御成分ΔVaの制限を加えることなく、そのまま本処理を終了する。
図21は、本実施形態において、エンジン出力軸トルクに含まれる成分を一覧にしたものであり、図中の(a)〜(e)はそれぞれドライバ要求成分(Tr相当)、負荷消費成分(発生:Td相当)、SOC管理成分(Vave相当)、負荷消費成分(消費:Td相当)、車輪軸トルク補正成分(ΔVa相当)である。
以上説明したように、本実施形態では、ドライバの要求トルクから車両振動を推定し、その推定結果から求めた運動制御成分ΔVaに従って発電機3の発電量、ひいては発電機駆動トルクを変化させ、これによって車輪軸トルクを補正することにより車両振動を抑制している。
例えば、図14(b)に示した制御逆モデルにおいて、発電機逆モデルRM2(トルク−Fduty特性RM21)と電圧レギュレータ逆モデルRM1を通過する経路は、トルク補正量ΔTaの変動周波数が高い場合に高い効果を発揮し、発電機逆モデルRM2(トルク−電流次元変換特性M22)とバッテリモデルM3を通過する経路は、変動周波数が低い場合に高い効果を発揮する。このため、対象振動の周波数帯が限定されている場合は、効果が相対的に低くなる経路を省略する等の簡略化を図ってもよい。
上記実施形態では、ドライバ要求エンジン出力軸トルクTrに基づいて、目標スロットル開度演算部50が指令値として目標スロットル開度SLを算出しているが、指令値はこれに限るものではなく、目標スロットル開度SLに加えて又は目標スロットル開度SLの代わりに、燃料噴射量や点火時期を算出するように構成してもよい。
Claims (9)
- 内燃機関(1)により駆動され発電する発電機(3)、指令値に従って前記発電機の励磁巻線に流れるフィールド電流を制御するレギュレータ(4)、前記発電機の発電電力を充電するバッテリ(5)を少なくとも含んだ制御系を備える車両に適用される車両運動制御装置であって、
前記バッテリの充電状態を表すバッテリ状態量を所定範囲に維持するのに必要な供給電力が得られるように前記レギュレータを動作させるための前記指令値である容量維持指令値を生成する容量維持指令値生成手段(90,S92)と、
予め指定された車両運動の制御に必要なトルクである運動制御用トルクが前記発電機にて発生するように前記レギュレータを動作させるための前記指令値である運動制御指令値を生成する運動制御指令値生成手段(90,S93)と、
を備え、
前記運動制御指令値生成手段は、前記制御系を構成するデバイス(3,4,5,13,14)の状況に応じて、前記運動制御指令値を制限する制限手段(90,S94)を備え、
前記制限手段は、
前記デバイスの状況として、バッテリ電流を検出する電流センサ(13)の故障の有無を判定する電流センサ故障判定手段(90,S115)と、
前記電流センサ故障判定手段により前記電流センサが故障していると判定された場合に、前記運動制御指令値のうち前記バッテリを充電する方向に作用する成分を零に設定することで前記運動制御の一部を禁止する部分禁止手段(90,S116)と、
を備えることを特徴とする車両運動制御装置。 - 前記制限手段は、
前記デバイスの状況として前記バッテリの劣化状態を判定する劣化状態判定手段(90,S113)と、
前記劣化状態判定手段での判定結果に応じて、前記運動制御の対象となる周波数帯が限定されるように、前記運動制御指令値を制限する対象制限手段(90,S116)と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の車両運動制御装置。 - 内燃機関(1)により駆動され発電する発電機(3)、指令値に従って前記発電機の励磁巻線に流れるフィールド電流を制御するレギュレータ(4)、前記発電機の発電電力を充電するバッテリ(5)を少なくとも含んだ制御系を備える車両に適用される車両運動制御装置であって、
前記バッテリの充電状態を表すバッテリ状態量を所定範囲に維持するのに必要な供給電力が得られるように前記レギュレータを動作させるための前記指令値である容量維持指令値を生成する容量維持指令値生成手段(90,S92)と、
予め指定された車両運動の制御に必要なトルクである運動制御用トルクが前記発電機にて発生するように前記レギュレータを動作させるための前記指令値である運動制御指令値を生成する運動制御指令値生成手段(90,S93)と、
を備え、
前記運動制御指令値生成手段は、前記制御系を構成するデバイス(3,4,5,13,14)の状況に応じて、前記運動制御指令値を制限する制限手段(90,S94)を備え、 前記制限手段は、
前記デバイスの状況として前記バッテリの劣化状態を判定する劣化状態判定手段(90,S113)と、
前記劣化状態判定手段での判定結果に応じて、前記運動制御の対象となる周波数帯が限定されるように、前記運動制御指令値を制限する対象制限手段(90,S116)と、
を備えることを特徴とする車両運動制御装置。 - 前記制限手段は、
前記デバイスの状況として前記デバイスの中で予め指定された主要デバイス(3,4,5,14)の故障の有無を判定する主要デバイス故障判定手段(90,S111)と、
前記主要デバイス故障判定手段により前記主要デバイスが故障していると判定された場合に、前記運動制御指令値を零に設定することで前記運動制御を禁止する禁止手段(90,S119)と、
を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両運動制御装置。 - 前記制限手段は、
前記デバイスの状況として前記バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段(90,S117)と、
前記充電状態判定手段での判定結果に応じて、前記運動制御指令値の上限又は下限を制限する上下限制限手段(90,S118)と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の車両運動制御装置。 - 前記上下限制限手段は、上記運動制御指令値に基づいて発生する発電電流が、前記バッ
テリの充電状態によって決まる前記発電電流の受け入れ可能量を上回ることがないように前記運動制御指令値を制限することを特徴とする請求項5に記載の車両運動制御装置。 - 前記上下限制限手段は、前記運動制御指令値に基づいて発生する発電電流によって、前記バッテリの充電状態が、電気負荷に対する電力供給を維持するのに必要な下限の状態を下回ることがないように前記運動制御指令値を制限することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の車両運動制御装置。
- 前記制限手段によって前記運動制御指令値が制限された場合に、その旨を報知する報知手段(90,S119)を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の車両運動制御装置。
- 前記運動制御指令値は、前記運動制御のために車輪軸に加える車輪軸トルク補正量に基づいて生成され、
前記制限手段は、前記車輪軸トルク補正量を制限の対象とすることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の車両運動制御装置。
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