JPH10333703A - 制御装置およびその制御装置の設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 むだ時間の大きく、かつ特性が変化しやすい
制御対象、例えばクラッチのスリップ回転数などを、応
答性良くかつ安定に制御する。 【解決手段】 制御対象をむだ時間部分とダイナミクス
部分に分け、ダイナミクス部分を２次の線形モデルによ
り近似し、サーボ系であることを加味して、離散時間系
の３次のモデルに拡張する。この３次モデルおよびむだ
時間から、状態予測制御器１１０を設計し、他方、３次
モデルをもとにスライディングモード制御器１２０のパ
ラメータを設定する。制御対象をむだ時間部分とダイナ
ミクス部分に分けることにより、低次のモデルを用いる
ことができ、スライディングモード制御の特性を充分に
引き出して、むだ時間が大きくかつ特性が変化すること
のある制御対象を、応答性と安定性を満足させつつ制御
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御装置およびそ
の制御装置の設計方法に関し、詳しくは一般的な制御対
象についてその状態を目標状態に一致させるよう操作量
指令値を出力し、制御対象の状態を制御する制御装置お
よびかかる制御装置を設計する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】制御理論の発展と共に、種々の制御装置
が設計され、製造されているが、その一つをクラッチの
スリップ制御装置を例に挙げて説明する。クラッチのス
リップ制御装置は、例えばトルクコンバータのロックア
ップクラッチの滑りを制御するものが種々知られてい
る。これらのスリップ制御装置は、トルクコンバータの
入力，出力を直結したのでは低エンジン回転域ではエン
ジンの振動が直接変速機側に伝わって乗り心地を悪化
し、他方回転数の広い範囲で入力，出力の結合を解放し
たのでは、燃費低減作用が有効に活用されないという相
反した問題を解決するものである。

【０００３】従来、こうしたスリップ制御装置は、高い
応答性と制御の安定性とをいかに両立させるかという点
を中心に改良が続けられ、例えば現時刻の操作量指令値
を目標スリップ回転速度と実際のスリップ回転速度との
差である制御偏差量と、この偏差量の微分量および積分
量もしくはこの偏差の微分量と更にその二階の微分量か
ら算出するものが提案されている（特公平２−５８６
号）。あるいは、これらの量を時系列量に展開して操作
量の増分量を算出するものも提案されている（特開昭６
４−３０９６６号）。これらの制御装置では、十分な合
わせ込みがなされていれば、所定の作動を行ない、スリ
ップ量を目標値に安定に維持・制御すると共に、安定性
を損なうことなく目標値に対する高い追従性を実現する
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の制御装置では、制御特性が変動する制御対象、例えば
クラッチのスリップ状態を制御する系などに対して、十
分な制御が実現できないという問題があった。ロックア
ップクラッチならびにスリップ量を制御する油圧制御系
の固体間の差が大きい場合、あるいは制御系が設計され
た初期状態から摩擦材および作動油の劣化によりロック
アップクラッチの摩擦特性、即ちクラッチのμ−ｖ特性
がスリップ速度の安定性を損なうような変化をきたした
場合には、スリップ量を目標値に安定かつ高速に制御す
ることができないのである。この点を図を用いて簡明に
説明する。

【０００５】スリップ制御系の特性の変化を操作量指令
値からスリップ速度までの伝達関数のゲインと位相によ
り図示する。図２８は、設計時の特性の固体間のバラツ
キを示すグラフである。クラッチの特性は、摩擦材の不
安定さや摩擦材の押しつけ方などにより、固体間で、特
に高周波域でばらつく。また、図２９に示すように、摩
擦材がすり減ったり、作動油が経時的，熱的に劣化する
と、特性は、ゲイン・位相特性とも設計時の特性から下
がってくる。従来の制御装置では、こうした制御対象の
特性の大きな変化に対応して、高い応答性と安定性とを
両立させることはできなかった。

【０００６】更に、こうした制御特性の変化という問題
に加えて、こうした制御対象では、制御に大きなむだ時
間が存在するという問題があった。例えば、自動変速機
のクラッチの制御を考えると、実際にクラッチを駆動す
る高い油圧を直接制御しようとすると、制御バルブが大
型化することから、コントローラは、駆動油圧より低圧
・低流量で済むパイロット油圧をソレノイドバルブによ
り制御し、このパイロット油圧の変化によりクラッチの
作動油圧を制御するという手法を採るのが一般的であ
る。この場合には、ソレノイドバルブを制御してから実
際にクラッチが動作してその出力側の回転数が変化する
までにはかなりの遅れが存在する。この遅れが、制御上
のむだ時間となり、制御性を向上する上での問題となっ
ていた。

【０００７】こうした特性変化の問題は、現実の装置で
は常に存在するので、実際に用いられる制御装置では、
制御の安定性を優先するあまり、制御系の応答性を緩や
かなものとすることが多い。この結果、定常的な運転状
態が長く続くような状況下では、目標スリップ回転速度
を安定に維持するが、入力側であるエンジンのトルク変
動を遮断したり、目標スリップ回転速度が変動する過渡
運転状態に追従してトルクの伝達効率を高めることがで
きなかった。

【０００８】本発明の制御装置は、こうした問題を解決
し、制御対象に特性変化が生じた場合にも安定性を損な
うことがなく、かつ制御における高い応答性を実現する
ことを目的している。かかる制御装置法の好適な適用例
として、クラッチのスリップ制御装置をあげることがで
きる。本発明は、こうした目的を達成するために、次の
構成を採った。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の制御装置は、制御特性上大きなむだ時間を有する
制御対象の操作量指令値を求め、該操作量指令値を該制
御対象に出力することにより、該制御対象の状態を目標
状態に一致させる制御装置であって、前記制御対象の制
御状態を検出する制御状態検出手段と、該検出された制
御状態から、前記むだ時間後の該制御対象の状態量を予
測する状態予測手段と、前記制御対象を低次の線形モデ
ルにより同定して得られたモデルを用い、かつ前記予測
された状態量を入力としてスライディングモード制御を
行なって、前記操作量指令値を出力するスライディング
モード制御手段とを備えたことを要旨とする。

【００１０】こうした制御装置によれば、制御特性上大
きなむだ時間を有する制御対象に対して、これを直接制
御の対象とするのではなく、制御状態からむだ時間後の
制御対象の状態量を予測し、これを用いてスライディン
グモード制御を行なう。したがって、スライディングモ
ード制御を低次の線形モデルにより同定して得られたモ
デルを用いて行なうことができ、制御特性上大きなむだ
時間を有する制御対象に対しても、スライディングモー
ド制御の特性を十分に引き出すことができる。従って、
制御対象の特性が大きく変化したり、大きな外乱が存在
する場合やむだ時間が変動するような場合でも、スライ
ディングモード制御による制御の安定性、応答性の良さ
を十分に享受することができる。こうした利点は、制御
対象を、単に高次のモデルにより同定した場合には、得
られないものである。

【００１１】制御特性上の大きなむだ時間としては、該
制御対象の応答時間と同じオーダーもしくは応答時間よ
り大きいものを考えることができる。もとより、むだ時
間は、応答時間より短いものを制御対象としても差し支
えない。こうした制御装置は、例えば、自動変速機のク
ラッチを制御対象とするものなどを考えることができ、
直接はスリップ回転数を制御するものを考えることがで
きるが、こうした制御対象では、制御対象の応答時間は
数十ミリ秒、むだ時間としても同じ程度のオーダーとな
ることが多い。本発明の制御装置は、こうした長いむだ
時間を持つ系を制御対象とするとき、特に好適である。

【００１２】こうした構成では、むだ時間後の制御対象
の状態量の予測を、制御対象の内部状態量および過去の
操作量指令値を用いて行なうものとすることができる。
また、スミス法によりむだ時間後の状態量を予測する構
成も好適である。

【００１３】こうした制御装置を設計する本発明の設計
方法は、制御特性上大きなむだ時間を有する制御対象の
操作量指令値を求め、該操作量指令値を該制御対象に出
力することにより、該制御対象の状態を目標状態に一致
させる制御装置を設計する方法であって、（ａ）前記制
御対象の操作量指令値と制御状態との関係から該制御対
象のモデルを同定する工程、（ｂ）該モデルを、むだ時
間部分とダイナミクス部分とに分離する工程、（ｃ）該
ダイナミクス部分については、低次の線形モデルにより
近似する工程、（ｄ）該線形モデルおよび前記むだ時間
に基づいて状態予測制御器を設計する工程、（ｅ）前記
線形モデルに基づいて、前記状態予測制御器の出力を制
御入力とするスライディングモード制御の設計パラメー
タを設定する工程を備えたことを要旨としている。

【００１４】この設計方法によれば、制御対象のモデル
を同定した後、このモデルをむだ時間部分とダイナミク
ス部分とに分離し、ダイナミクス部分については、低次
の線形モデルにより近似する。その後、この線形モデル
およびむだ時間に基づいて状態予測制御器を設計し、こ
の状態予測制御器の出力を制御入力とするスライディン
グモード制御の設計パラメータを設定する。

【００１５】工程（ｃ）における低次の線形モデルとし
ては、二次の線形モデルを用いることができる。また、
工程（ｃ）の後で、前記線形モデルを、制御対象の状態
とその目標値との偏差を積分する積分器を加えて該モデ
ルを拡大する工程を備えるものとし、工程（ｄ）（ｅ）
では、拡大されたこの線形モデルを用いることも可能で
ある。こうした制御装置の設計方法は、自動変速機のク
ラッチを制御対象とし、直接的にはスリップ回転数を制
御する制御装置の設計方法に適用することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。図１は、本発明の一実施例としての
自動変速機１０におけるクラッチ制御装置の全体構成を
示す概略構成図である。自動変速機１０の制御は、エン
ジンＥＧの制御と関連しているため、図１では、エンジ
ン制御コンピュータ５０を、自動変速制御コンピュータ
３０と共に示している。なお、自動変速機１０は、アク
セルペダルＡＰにより開度が調整されるスロットルバル
ブＴＨＶにより吸入空気量が調整されるエンジンＥＧと
一体に構成されており、内部には後述する油圧を制御す
る油圧制御装置２０が組み込まれている。また、エンジ
ン回転速度を検出するセンサなどのセンサ群が、エンジ
ンＥＧや自動変速機１０およびその周辺に設けられてお
り、これらのセンサ群からの信号が、自動変速制御コン
ピュータ３０やエンジン制御コンピュータ５０に接続さ
れている。実施例のクラッチ制御装置は、後述するよう
に、各種のセンサ群４０からの信号を入力しつつ、自動
変速機１０の変速点においてスリップ速度Ｎｆｕｋｉを
目標回転数Ｎ＊に一致させるよう制御を行なう。

【００１７】このスリップ制御装置には、種々のセンサ
群４０が設けられている。センサ群４０からの信号を列
記すると、エンジン制御コンピュータ５０に入力されて
いる信号としては、エンジン回転速度、吸入空気流量、
吸入空気温度等がある。また、エンジン制御コンピュー
タ５０および自動変速制御コンピュータ３０に入力され
ている信号としては、スロットル開度、車速、エンジン
水温、ブレーキスイッチなどがある。更に、自動変速制
御コンピュータ３０に入力されている信号としては、シ
フトポジション、パターンセレクトスイッチ、オーバド
ライブスイッチ、油圧制御装置２０内の後述するＣ０セ
ンサ，Ｃ２センサの出力、トランスミッション油温、マ
ニュアルシフトスイッチなどがある。

【００１８】エンジン制御コンピュータ５０は、吸入空
気通路に設けられた第２スロットルバルブの開度を制御
するスロットルモータＭやエンジンＥＧに設けられた燃
料噴射弁あるいはイグナイタなどに接続されており、燃
料噴射量や点火時期の制御を行なっている。自動変速制
御コンピュータ３０は、油圧制御装置２０に設けられた
ソレノイドバルブを制御することにより、ソレノイドバ
ルブにより制御される各油圧の制御を介して、自動変速
機１０を制御する。なお、自動変速制御コンピュータ３
０からソレノイドバルブへの制御信号は、エンジン制御
コンピュータ５０にも入力されており、エンジン制御コ
ンピュータ５０は、自動変速機１０の動作状態を知るこ
とができる。エンジン制御コンピュータ５０と自動変速
制御コンピュータ３０とは、このほか、現在の変速段の
情報や、現在のエンジンＥＧの負荷を示す信号（Ｑ／
Ｎ）などをやり取りしている。したがって、エンジン制
御コンピュータ５０は、自動変速機１０の動作状態を知
って、エンジンＥＧの燃料噴射量や点火時期を制御する
ことができるし、自動変速制御コンピュータ３０は、現
在のエンジンＥＧの動作状態を知って、変速段の切り換
え制御等を行なうことができる。

【００１９】実施例のクラッチ制御装置は、自動変速制
御コンピュータ３０の内部に実現される装置である。こ
のクラッチ制御装置は、自動変速機のＢ３コントロール
バルブと呼ばれるバルブの開度を制御することによりク
ラッチの解放側の回転数Ｎｆｕｋｉを目標回転数Ｎ＊に
制御するものである。このクラッチ制御装置の設計方法
および内部構成について説明する前に、自動変速機１０
の構造について、簡略に説明する。図２は、自動変速機
１０の構造を示す模式図である。また、図３は、各変速
壇にいて、各コントロールバルブやスイッチがどのよう
に状態になっているかを示す説明図である。

【００２０】図２に示すように、自動変速機１０の機構
部は、前置式オーバドライブプラネタリギヤユニットか
らなる副変速機構Ｄと、単純連結３プラネタリギヤトレ
インからなる前進４速・後進１速の主変速機構Ｍとを組
み合わせた５速構成となっており、この機構部がロック
アップクラッチＬ付きのトルクコンバータＴに連結され
ている。

【００２１】副変速機構Ｄは、前置式オーバドライブプ
ラネタリギヤユニットを構成するサンギヤＳ０，キャリ
アＣ０，リングギヤＲ０に関連してワンウェイクラッチ
Ｆ−０、これに並列に結合された多板クラッチＣ−０お
よびこれと直列に結合された多板ブレーキＢ−０を備え
ている。主変速機構Ｍは、サンギヤＳ１〜Ｓ３、キャリ
アＣ１〜Ｃ３、リングギヤＲ１〜Ｒ３をそれぞれ一つず
つ備えたギヤユニットＰ１からＰ３を備え、これらのギ
ヤユニットＰ１〜Ｐ３を、変速要素として適宜直結し
て、単純連結３プラネタリギヤトレインを構成してい
る。各ギヤユニットＰ１〜Ｐ３の変速要素に関連して、
多板クラッチＣ１〜Ｃ３、バンドブレーキＢ−１、多板
ブレーキＢ−２〜Ｂ−４、ワンウェイクラッチＦ−１，
Ｆ−２が配設されている。これらのギヤユニットの連結
構成やクラッチおよびブレーキの配置などは、周知のも
のである。なお、自動変速機１０には、クラッチＣ−０
のドラムの回転を検出するＣ０センサＳＮ１、クラッチ
Ｃ−２のドラムの回転を検出するＣ２センサＳＮ２、多
板クラッチＣ１〜Ｃ３の解放側の回転数であるスリップ
速度Ｎｆｕｋｉを検出するスリップ速度センサＳＮ３な
ども設けられている。また、図２には示していないが、
各クラッチおよびブレーキには、それらの摩擦材を係合
・解放操作するピストン・シリンダ機構からなる油圧サ
ーボ機構が設けられている。

【００２２】この自動変速機１０では、図１に示したエ
ンジンＥＧの出力軸の回転は、トルクコンバータＴを介
して副変速機構Ｄの入力軸ＩＮに伝達され、入力軸ＩＮ
に連結するキャリアＣ０を常時回転させている。このキ
ャリアＣ０の回転は、上記油圧制御装置２０による制御
の下で各摩擦係合要素を解放した状態、あるいはブレー
キＢ−０のみ係合させた状態とすることにより、出力軸
ＯＵに対して遮断され、いわゆるニュートラル状態とな
る。

【００２３】自動変速機１０を第１速の変速状態とする
には、クラッチＣ−０を係合させて副変速機構Ｄを直結
とし、主変速機構ＭのクラッチＣ−１を係合し、ワンウ
ェイクラッチＦ−２を係合状態とする他は、他の摩擦係
合要素を全て解放とする。このとき、入力軸ＩＮの回転
は、リングギヤＲ０，上記クラッチＣ−１経由でギヤユ
ニットＰ３のサンギヤＳ３に入る。ギヤユニットＰ３の
リングギヤＲ３は、ワンウェイクラッチＦ−２により逆
回転が阻止されているので、入力軸ＩＮの回転は、最終
的には、キャリアＣ３から出力軸ＯＵに、第１速回転と
して出力される。

【００２４】自動変速機１０を第２速、第３速・・に各
々設定する場合の各摩擦係合要素の状態を図３に示し
た。図３では、○印はクラッチおよびブレーキについて
は係合状態にあることを示し、ワンウェイクラッチにつ
いてはロック状態にあることを示している。また、●印
は、エンジンブレーキ時のみの係合を示し、△印は、係
合または解放状態にあることを示す。更に、◎印は、動
力伝達に関与しない係合を示している。図３に示すよう
に、各係合要素の状態を制御することにより、自動変速
機１０の出力軸ＯＵは、ニュートラル状態、逆転状態
（車輌は後退）、第１，第２，第３，第４，第５速回転
を出力する状態の変速状態となる。各速回転を出力する
場合の副変速機構Ｄや主変速機構Ｍの動作状態は、上述
した第１速回転の場合と同様に考えればよいので、詳細
な説明は省略する。

【００２５】ここで、本実施例のクラッチ制御装置が直
接制御する対象について詳しく説明する。図４は、実施
例のクラッチ制御装置が制御する対象であるＢ−３コン
トロールバルブ２５と、このＢ−３コントロールバルブ
２５のパイロット圧を調整するソレノイドバルブＳＬ３
と、Ｂ−３コントロールバルブ２５から出力される作動
油圧により駆動されるブレーキＢ−３を示す模式図であ
る。ここで、ブレーキＢ−３は、その摩擦状態が可変さ
れることでギヤユニットＰ１を経由して出力される回転
数を変更するから、全体としては滑り回転数の制御がな
されるクラッチとして機能していると言える。ソレノイ
ドバルブＳＬ３を制御するとにより、このＢ−３コント
ロールバルブ２５、ひいてはこのクラッチにより制御さ
れる第２速回転における出力軸ＯＵの回転数を調整する
ことができる。

【００２６】ソレノイドバルブＳＬ３は、デューティ制
御される電磁弁であり、コイルに印加される電圧信号の
パルスのデューティを制御することにより、スプール弁
開度調整され、このスプール弁開度により定まるパイロ
ット圧がＢ−３コントロールバルブ２５に供給される。
Ｂ−３コントロールバルブ２５は、バネ２２により一方
向に付勢されたスプール２４を備え、ソレノイドバルブ
ＳＬ３を介して第１ポート２５Ａに供給されたパイロッ
ト圧と、スプール２４のバネ２２による付勢力との釣り
合いにより、スプール２４を動作させる構造となってい
る。スプール２４は、バネ２２の付勢力とパイロット圧
とが釣り合う位置で停止するから、自動変速制御コンピ
ュータ３０は、ソレノイドバルブＳＬ３に印加する動作
電圧のデューティを制御することにより、パイロット圧
を調整して、スプール２４の位置を自由に制御すること
ができる。なお、パイロット圧によりスプール２４を上
向きに駆動しようとする力（制御力）ＦＶが作用する
と、スプール２４は、Ｂ−３コントロールバルブ２５の
シリンダ２５Ｄとの間の摩擦により、摩擦力ＦＲＤを生
じる。この摩擦は、スプール２４が動き始めるまでは静
摩擦係数による摩擦力であり、一旦移動し始めると動摩
擦係数による摩擦力となるが、システムの設計を簡略化
するため、本実施例では、図５に示すように、パイロッ
ト圧とバネ２２の付勢力との差圧によりスプール２４に
作用する制御力に対して、摩擦力ＦＲＤは、駆動力ＦＶ
が所定範囲ではこれに比例し、所定範囲により大きい場
合には一定になるものとして近似した。

【００２７】Ｂ−３コントロールバルブ２５の第２ポー
ト２５Ｂには、自動変速機１０の作動用の元圧が供給さ
れている。ソレノイドバルブＳＬ３を介して供給された
パイロット圧が上昇し、スプール２４がバネ２２の付勢
力に抗して押し上げられると、元圧の一部が第３ポート
２５Ｃを介して出力され、主変速機構ＭのブレーキＢ−
３に供給される。この結果、ブレーキＢ３は供給された
元圧に応じた制動力を発生し、プラネタリギヤユニット
Ｐ１の動作状態を変更する。したがって、ソレノイドバ
ルブＳＬ３のデューティｄｕを変更してから、実際にプ
ラネタリギヤユニットＰ１が動作して、軸の回転数が変
換するまでには、大きな遅れが存在する。本実施例では
この遅れ（むだ時間）はおよそ５０〜７０［msec］程度
であった。

【００２８】次に、本実施例における制御上の構成につ
いて説明する。図６は、本実施例の対象となっているク
ラッチの制御システムのブロック構成図である。図示す
るように、制御の直接の対象となっているのは、Ｂ−３
コントロールバルブ２５であり、このＢ−３コントロー
ルバルブ２５から主変速機構Ｍに供給されるＢ３油圧が
調整され、この油圧によりギヤトレインとクラッチパッ
クが制御され、自動変速機１０内のスリップ速度Ｎｆｕ
ｋｉが変化することになる。もっともスリップ速度Ｎｆ
ｕｋｉは、Ｂ３油圧のみでは決まらず、スロットル開度
θに基づいて運転されるエンジンＥＧの出力軸の回転に
より回転するトルクコンバータＴの出力回転数によって
も影響を受ける。本実施例では、スリップ回転速度Ｎｆ
ｕｋｉを制御入力として受け取り、Ｂ−３コントロール
バルブ２５をソレノイドバルブＳＬ３に印加される電圧
のデューティにより制御するコントローラ１００が、自
動変速制御コンピュータ３０内に構成されている。コン
トローラ１００の出力ｕがＢ−３コントロールバルブ２
５に対する操作量指令値に該当し、ソレノイドバルブＳ
Ｌ３のデューティ信号として出力される。

【００２９】次に、このコントローラ１００の設計手法
と、設計されたコントローラの内部構成などについて説
明する。最初に、コントローラ１００の内部構成につい
て大まかに説明する。このコントローラ１００は、図７
に示すように、状態予測制御器１１０、スライディング
モード制御器１２０、フィードフォワード制御器１３
０、積分器１４０、および差分器１５０を備える。コン
トローラ１００に対する制御入力であるスリップ速度Ｎ
ｆｕｋｉは、主変速機構Ｍ内部に設けられたセンサＳＮ
３から入力される。このスリップ速度Ｎｆｕｋｉの目標
値Ｎ＊は、自動変速制御コンピュータ３０の内部で、現
在のエンジンＥＧや自動変速機１０の動作状態、車速な
どから決定される。

【００３０】積分器１４０は、この実際のスリップ速度
Ｎｆｕｋｉと目標値Ｎ＊との偏差を累積するものであ
り、その出力ｘ３（ｋ）は、コントローラ１００が扱う
状態量の一つとして状態予測制御器１１０に出力されて
いる。他方、差分器１５０は、所定のサンプリング時間
Ｔ以前と現在との間のスリップ速度Ｎｆｕｋｉの偏差を
求めるものである。即ち、差分器１５０は、スリップ速
度Ｎｆｕｋｉの微分値を求める手段であり、この差分器
１５０の出力ｘ２（ｋ）も、状態量の一つとして状態予
測制御器１１０に出力されている。状態予測制御器１１
０は、これらの状態量ｘ３（ｋ），ｘ２（ｋ）と共に、
スリップ速度Ｎｆｕｋｉ自体も、状態量ｘ１（ｋ）とし
て入力している。これらの状態量ｘ１（ｋ）等は、サン
プリングタイム△Ｔで繰り返される制御のｋ回目におけ
る量として、即ち離散化されたものとして示した。

【００３１】状態予測制御器１１０は、これら３つの状
態量ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ），ｘ３（ｋ）に基づいて、
むだ時間後の内部状態量ｘｘ１（ｋ），ｘｘ２（ｋ），
ｘｘ３（ｋ）を求めるものである。ここで、ｘｘ（ｋ）
とは、現在の制御タイミング（ｋ）からサンプリングタ
イム△Ｔでｎ回後の時点の状態量の予測値を示してい
る。即ち、状態予測制御器１１０の出力する内部状態量
ｘｘ１（ｋ）等は、むだ時間が経過した後の制御対象の
内部状態を先取りした予測値となっている。状態予測制
御器１１０の設計方法およびその内容については、後で
詳しく説明する。

【００３２】次にスライディングモード制御器１２０に
ついて簡単に説明する。スライディングモード制御器１
２０は、いわゆるスライディングモード制御理論に基づ
いてＢ−３コントロールバルブ２５を制御するソレノイ
ドバルブＳＬ３のデューティを制御する制御器である。
スライディングモード制御の理論については、「スライ
ディングモード制御」（コロナ社、野波健蔵・田宏奇共
著）に詳しいが、制御対象に対して用意した切り換え関
数により位相空間を二つの領域に切り分けて考察する
と、システムの位相空間上での挙動は、全く異なる二つ
の挙動から成り立っているとの知見に基づく可変構造制
御系の理論である。二つの異なる挙動の一つは、到達モ
ード（非スライディングモード）であり、位相平面上の
任意の場所から出発して軌跡は、切換線に向かって動
き、有限時間で切換線に到達する。もう一つの挙動は、
スライディングモードであり、この軌跡は位相平面上の
原点に漸近的に近づく。

【００３３】スライディングモード制御を実現するため
には、次の手法による。先ず制御対象が次式（１）によ
り表わされるものとする。

【００３４】

【数１】

【００３５】ここで、ｘは内部状態量を示すｎ次元のベ
クトルであり、ｕは系の制御入力を示すｍ次元のベクト
ルである。この時、σ（ｘ）のようなベクトル表現でｍ
個の切換関数が表わされ、可変制御構造は、次式（２）
により表わされる。

【００３６】

【数２】

【００３７】この結果、次の条件を満たすように切換面
σ（ｘ）と可変構造制御入力を設計すれば、スライディ
ングモード制御が実現される。 与えられた制御対象の次数より低次数のシステムダイ
ナミクスを表わす切換面σ（ｘ）を設計する 切換面の外にあるどのような状態ｘも、有限時間内に
切換面に到達するような可変構造制御入力ｕ（ｘ，ｔ）
を設計する。 なお、で設計する低次数のシステムは、一般的にはｎ
−ｍ次元とすることが望ましい。このように設計すれ
ば、切換面上では望ましいシステムダイナミクスに追従
するようにスライディングモードか発生する。この場
合、システム全体はグローバルに見て漸近安定となる。
なお、本実施例で用いるスライディングモード制御器１
２０は、スリップ速度の目標値Ｎｆｕｋｉが変化するサ
ーボ系であり、スライディングモード制御のサーボ制御
系の設計は、同書第１４１頁第１行目から第１４４頁第
２行目までに詳しい。

【００３８】以上の構成を前提として、次に、本実施例
のクラッチ制御装置の設計方法と、その結果得られる制
御装置の内容について説明する。図８は、実施例のクラ
ッチ制御装置の設計方法を示す工程図である。この工程
図に従って、設計方法を説明する。 （１）工程Ｓ１０−制御対象のうち油圧制御系のモデル
を同定する 最初に、制御対象のモデルを同定する作業を行なう。制
御対象は、図９に示すように、ソレノイドバルブＳＬ３
のデューティｕを操作量指令値として受け、このデュー
ティｕにより油圧制御装置２０内のＢ−３コントロール
バルブ２５が動作し、Ｂ−３コントロールバルブ２５か
ら供給される制御油圧ＰＢ３により自動変速機１０のギ
ヤトレーン部が動作し、最終的に解放側のクラッチのス
リップ速度Ｎｆｕｋｉが変化する系である。この系に対
して、操作指令値であるｕ，Ｂ−３コントロールバルブ
２５の制御圧力ＰＢ３の関係を多数得て、クラッチ油圧
制御系のモデル同定する作業を行なう。

【００３９】（２）工程Ｓ２０−制御対象のうちギヤト
レーン部のモデルを同定する 次に、制御対象の後段であるギヤトレーン部のモデル
を、制御油圧ＰＢ３を入力とし、スリップ速度Ｎｆｕｋ
ｉを出力として、多数のデータを取り、これらの入出力
データからギヤトレーン部のモデルを同定する作業を行
なう。

【００４０】（３）工程Ｓ３０−工程Ｓ１０，Ｓ２０で
求めたモデルを結合する 上記の二つの工程で求めたモデルを直列結合し、制御対
象全体を表わす同定モデルを作成する。

【００４１】（４）工程Ｓ４０−モデルの分離 工程Ｓ４０で得たモデルを、むだ時間部分とダイナミク
ス部分に分離し、ダイナミクス部分は２次の線形モデル
で近似する処理を行なう。この工程で分離されたダイナ
ミクス部分は、連続時間系では次式（３）のように表わ
される。

【００４２】

【数３】

【００４３】（５）工程Ｓ５０−系の拡大 次に、この系を、目標値に追従してスリップ速度Ｎｆｕ
ｋｉが変化するサーボ系とするため、スリップ速度の目
標値Ｎ＊と検出されたスリップ速度Ｎｆｕｋｉとの偏差
を時間積分したものであるｘ３を用いて拡大する。即
ち、図７に示した積分器１４０の出力を付け加えるので
ある。拡大された系は次式（４）により表わされる。

【００４４】

【数４】

【００４５】（６）工程Ｓ６０−制御周期の決定 この制御系を、次の工程Ｓ７０で離散時間モデルに変換
するために、制御周期（サンプリングタイム）△Ｔを決
定する処理を行なう。制御周期は、必要な行列演算を自
動変速制御コンピュータ３０が行なうのに要する時間を
基礎として決定される。本実施例では、後述するよう
に、制御周期△Ｔは、約５ミリセカンドに決定された。

【００４６】（７）工程Ｓ７０−離散時間モデルへの変
換 次に、工程Ｓ６０で決定された制御周期△Ｔを用いて、
式（４）を離散時間モデルに変換し、次式（５）の状態
方程式を得る。この式（５）は、制御周期△Ｔで繰り返
し制御される場合を示し、ｋは現在の制御のタイミング
を示す変数であり、ｋ＋１は次回の制御タイミングを示
す。また、Ｘ（ｋ）は、ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ），ｘ３
（ｋ）からなるベクトルである。更に、Ａｄ，Ｂｄ，Ｃ
ｄは、式（４）で表わされた連続時間モデルを３次の離
散時間モデルへ変換した場合の係数ベクトルである。

【００４７】

【数５】

【００４８】式（５）の状態方程式において扱われる状
態量は、スリップ速度Ｎｆｕｋｉに相当する量ｘ１
（ｋ），スリップ速度Ｎｆｕｋｉの微分値ｘ２（ｋ），
およびこの実スリップ速度Ｎｆｕｋｉと目標値Ｎ＊との
偏差の積分値ｘ３（ｋ）であり、微分値ｘ２（ｋ）と積
分値ｘ３（ｋ）とは次のように定義される。 ｘ２（ｋ）＝｛ｘ１（ｋ）−ｘ１（ｋ−１）｝／△Ｔ ｘ３（ｋ）＝ｘ３（ｋ−１）＋｛Ｎ＊−ｘ１（ｋ）｝・
△Ｔ 以上でダイナミクス部分の設計が完了した。

【００４９】（８）工程Ｓ８０−状態予測制御器１１０
の設計 以上の工程により得られた３次モデルとこの制御対象の
むだ時間とにより状態予測制御器１１０を設計する。こ
の状態予測制御器１１０は、むだ時間Ｌに相当する時間
後の制御対象の内部状態量を予測するものであり、式
（５）の状態方程式に基づいて、むだ時間に相当する過
去のｎ回分の操作量指令値ｕ（ｋ−ｎ），ｕ（ｋ−（ｎ
−１）），・・・ｕ（ｋ−１）と現在の状態量Ｘ（ｋ）
とから、むだ時間Ｌ秒先の内部状態量の推定値ｘｘ１
（ｋ），ｘｘ２（ｋ），ｘｘ３（ｋ）を求めるものであ
る。ここで、演算に用いる過去の操作量指令値の数ｎ
は、ｎ＝Ｌ／△Ｔとして求めることができる（但し、ｎ
は正の整数）。即ち、状態予測制御器１１０は、制御対
象となっているクラッチ速度の制御系のモデルを内部に
持つことにより、このモデルに従って、予測を行なう時
点の内部状態量Ｘ（ｋ）と過去のｎ回分の操作量指令値
ｕとから、むだ時間Ｌ後の状態量を推定するものであ
る。式（５）に基づいて設計される状態予測制御器１１
０は、次式（６）により表わすことができる。

【００５０】

【数６】

【００５１】以上の工程により、状態予測制御器１１０
の設計が完了した。次にスライディングモード制御器１
２０を設計する。 （９）工程Ｓ９０−スライディングモード制御器１２０
の設計 スライディングモード制御器１２０の各パラメータは、
上述した式（５）の３次モデルを基に設定する。まず、
スライディングモード制御器１２０の設計において、切
換平面を次式（７）のように措定する。なお、以下の説
明では、記載の煩雑を避けて、制御のタイミングを示す
添え字（ｋ）は総て省略したが、スライディングモード
制御器１２０も状態予測制御器１１０と同様、離散時間
系で既述され、設計されることに変わりはない。

【００５２】

【数７】

【００５３】ここで、 σ・（ｄσ／ｄｔ）＜０ が満たされるように制御すればスライディングモードが
発生し、状態量は切換超平面σ＝０に拘束される。式
（７）を満たす操作量指令値ｕ（ｋ）は、次式（８）に
示す二つの制御入力Ｕｅｑ，Ｕｎｌの和として構成され
る。

【００５４】

【数８】

【００５５】上述した式（７）および式（８）に示した
ように、スライディングモード制御器１２０設計上のパ
ラメータは、Ｓ１，κ，ξの３つの係数がある。これら
の係数のうち、Ｓ１は閉ループ系の位相を進めるパラメ
ータであり、κはスリップ速度Ｎｆｕｋｉ（即ち状態量
ｘ１）の応答性に直接関与するパラメータである。した
がって、これらのパラメータを適宜増減することによ
り、所望の応答性と安定性の下でスライディングモード
制御を実行するようスライディングモード制御器１２０
を設定することができる。

【００５６】（１０）工程Ｓ１００−システムの結合 上述した状態予測制御器１１０とスライディングモード
制御器１２０とを結合し、全体としてコントローラ１０
０を構成する。この結果、図７に示したコントローラ１
００が構成される。なお、図７では、フィードフォワー
ド制御器１３０が記載されているが、これは目標値Ｎ＊
等が大きく変化した際、スリップ速度Ｎｆｕｋｉの目標
値Ｎ＊からのずれの検出を待つことなく、コントローラ
１００の出力である操作量指令値ｕに所定の制御量を入
れて、制御の応答性を改善するものである。上述したス
ライディングモード制御器１２０は優れた安定性を備え
るから、目標値Ｎ＊が大きく変化した場合などに、フィ
ードフォワード制御器１３０により、操作量指令値を所
定量調整しても、ハンチング等を起こすことなく、安定
な制御が実現される。

【００５７】以上の工程により得られたコントローラ１
００を用いて実際に自動変速機１０のＢ−３コントロー
ルバルブ２５を用いてスリップ速度Ｎｆｕｋｉを制御し
た。以下に、この制御例を、従来の制御装置による制御
特性と対比しつつ示す。工程Ｓ５０で求め、式（４）と
して表わされた制御対象の連続時間モデルにおける係数
として、本実施例では、 ａ１＝２６９．０ ａ２＝３８．５ ｂ＝５．１６ を得た。

【００５８】これを工程７０において、サンプリングタ
イム△Ｔを４［msec］として離散時間のモデルに変換し
たところ、状態方程式（５）の各係数Ａｄ，Ｂｄ，Ｃｄ
は、次の通りとなった。

【００５９】

【数９】

【００６０】この３次の離散時間系モデルの係数から状
態予測制御器１１０係数Ａｄⁿ ，Ｄを求め、次の値を得
た。なお、このスリップ速度Ｎｆｕｋｉの制御系の遅れ
時間としては、初期値として６４［msec］を見込んだの
で、状態予測制御器１１０が扱うｎ回分のデータとして
は、制御周期が４［msec］であることから、６４／４＝
１６回分とした。

【００６１】

【数１０】

【００６２】更に、式（７），（８）で表わされるスラ
イディングモード制御器１２０の各係数は、実験を繰り
返し以下の値に設定した。 Ｓ１＝３５，κ＝８．７５，α１＝０，α２＝０，α３
＝３０

【００６３】次に、本実施例の自動変速制御コンピュー
タ３０が実行する処理について説明する。自動変速制御
コンピュータ３０は、内部に周知のＣＰＵ，ＲＡＭ，Ｒ
ＯＭ等を有し、予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従
って、自動変速機１０の油圧制御装置２０の各ソレノイ
ドバルブを制御している。自動変速制御コンピュータ３
０は、車速やアクセル開度開度等に基づいて、自動変速
機１０の変速点を切り換える制御を行なうが、変速点制
御の一つとして、スリップ速度Ｎｆｕｋｉを所望の値に
調整している。この制御は、上述したコントローラ１０
０による制御であって、具体的には、自動変速制御コン
ピュータ３０により行なわれる。即ち、コントローラ１
００、ひいてはその内部の状態予測制御器１１０，スラ
イディングモード制御器１２０は、自動変速制御コンピ
ュータ３０が、これらの制御器に対応するプログラムを
実行することにより実現されるものである。図１０は、
このスリップ速度Ｎｆｕｋｉの制御の一例を示すフロー
チャートである。

【００６４】図１０に示したスリップ速度Ｎｆｕｋｉ制
御ルーチンが開始されると、まずスリップ速度Ｎｆｕｋ
ｉ，スロットル開度θｔｈ等を入力する処理をおこなう
（ステップＳ２００）。次に、スロットル開度θｔｈ等
に基づいて、目標回転数Ｎ＊を求める処理を行ない（ス
テップＳ２０１）、実際のスリップ速度Ｎｆｕｋｉと目
標回転数Ｎ＊との偏差ｅを求める処理を行なう（ステッ
プＳ２０２）。更に、この偏差ｅを積分する処理（ステ
ップＳ２０３）と、スリップ速度Ｎｆｕｋｉの微分値を
求める処理（ステップＳ２０４）とを行なう。偏差ｅの
積分値が、上述した式のｘ３に、微分値がｘ２に、スリ
ップ速度Ｎｆｕｋｉがｘ１にそれぞれ相当する。そこ
で、次にこれらの状態量を上述した式（６）に算入し、
予測値ｘｘ１，ｘｘ２，ｘｘ３を求める処理を行ない
（ステップＳ２０５）、更にこれらの予測値を用いて、
スライディングモード制御の式（８）に基づいて、操作
量指令値ｕ（ｋ）であるソレノイドバルブＳＬ３のデュ
ーティを求める処理を行なう（ステップＳ２０６）。こ
の操作量指令値ｕ（ｋ）は、実際にソレノイドバルブＳ
Ｌ３に出力される（ステップＳ２０７）。この結果、ソ
レノイドバルブＳＬ３の開度の制御がなされ、Ｂ−３コ
ントロールバルブ２５の動作量を介して、スリップ速度
Ｎｆｕｋｉが目標回転数Ｎ＊に調整されることになる。

【００６５】かかる処理を繰り返し実行することによ
り、自動変速機１０のスリップ速度Ｎｆｕｋｉは常時目
標回転数Ｎ＊に調整されることになるが、変速点が切り
換えられる場合には、目標回転数Ｎ＊が変更される。こ
うした場合のスリップ速度Ｎｆｕｋｉの制御例を、従来
のＰＩＤ制御との比較において以下に示す。図１１は、
自動変速機１０のクラッチの解放側回転数、即ちスリッ
プ速度Ｎｆｕｋｉの目標値が２６ｒｐｍだけ増加した場
合の実際のスリップ速度Ｎｆｕｋｉの制御の様子を示す
グラフである。このとき、自動変速機１０の油圧制御装
置２０内の油温８０［℃］、Ｂ−３コントロールバルブ
２５の摩擦係数０．１３であった。目標回転数Ｎ＊の変
化に対して本実施例のコントローラ１００は、良好な応
答性、安定性を実現していることが分かる。これに対し
て、従来のＰＩＤ制御による制御例を図１２に示す。図
１１および図１２の比較からも、本実施例の状態予測制
御器１１０とスライディングモード制御器１２０とを備
えたコントローラ１００の優れた制御特性は諒解される
が、本実施例のコントローラ１００の優れた特性は、制
御対象であるＢ−３コントロールバルブ２５やギヤトレ
インなどの特性が変動した場合に一層明らかになる。

【００６６】図１３は、制御対象であるＢ−３コントロ
ールバルブ２５およびギヤトレインを含む系全体のむだ
時間が約３０［msec］ほど増加した場合の実施例のコン
トローラ１００による制御特性を示している。他方、同
様の条件下で、従来のＰＩＤ制御装置の制御特性を図１
４に示した。図示するように、本実施例のコントローラ
１００によれば、むだ時間が変動しても、制御特性はや
やアンダシュート，オーバシュートが大きくなった程度
であるが、従来のＰＩＤ制御では、スリップ速度Ｎｆｕ
ｋｉは大きく変動し、収束せず、ハンチングを起こして
いる。これは、ＰＩＤ制御が制御対象の特性が大きくは
変わらないことを前提として諸係数を最適に合わせ込ん
でおり、制御対象のむだ時間などが変動すると、これに
対応できないからである。同様に、油圧制御装置２０内
の作動油の温度が４０［℃］に変化した場合、図１５に
示すように、本実施例のコントローラ１００による制御
では、目標回転数Ｎ＊が変動してもスリップ速度Ｎｆｕ
ｋｉはこれに追従して制御されるのに対して、図１６に
示すように、従来のＰＩＤ制御ではスリップ速度Ｎｆｕ
ｋｉは大きく変動してしまう。更に、図１７，図１８
は、クラッチの摩擦係数が０．１１に変化した場合のコ
ントローラ１００と従来のＰＩＤ制御との制御例を示し
ている。この場合にも、本実施例のコントローラ１００
は優れた制御特性を示す。

【００６７】更に、本実施例によれば、制御対象をむだ
時間部分と２次の線形モデルとに分離して設計した。こ
の結果、ダイナミクス部分は、基本的に２次の線形モデ
ル（サーボ系にするために最終的なモデルは３次）とい
う比較的単純なモデルを用いながら、極めて優れた制御
特性を得ることができた。本来むだ時間を含む系をその
まま表現しようとすると、高次のモデルを用いざるを得
ない。しかし、スライディングモード制御は、高次のモ
デルに対してはさほど有効性を示さない。また、高次の
モデルを用いる場合、解が複雑になり、実際の制御時に
おける演算量も大きくなって制御周期を短くすることが
困難である。これに対して、本実施例では、むだ時間部
分とダイナミクス部分を分離してから、ダイナミクス部
分にスライディングモード制御を適用しているので、単
純なモデルを用いることができ、構成の簡略化、制御周
期の短縮化に寄与するところは大きい。また、スライデ
ィングモード制御の優れた特性を十二分に引き出すこと
ができるので、制御対象の特性が大きく変動する場合
（例えば、摩擦係数の大きな変動、油温の大きな変動）
にも、応答性と安定性を満足した制御を実現することが
できる。更に、むだ時間部分に対しては状態予測制御器
１１０を用いてむだ時間後の状態量を予測しているの
で、むだ時間の大きな油圧および摩擦という現象を用い
た対象に対して、応答性を確保したまま安定性に優れた
制御を行なうことができる。

【００６８】なお、むだ時間の予測は、状態予測制御器
１１０以外の構成によって行なうものとしても良い。例
えば、図１９に示すスミス法によるむだ時間補償なども
採用可能である。図１９では、スミス法補償部１１０に
よりむだ時間を補償した状態量ｘｘ１，ｘｘ２，ｘｘ３
と外乱に対する補償成分ｘＭ１，ｘＭ２，ｘＭ３とを加
算して、スライディングモード制御器１２０の状態量ｘ
ｈ１，ｘｈ２，ｘｈ３としている。スミス法によるむだ
時間補償は、伝達関数を用いて設計するものであり、む
だ時間が一定という前提で設計する周知のものである。

【００６９】次に本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例は、発明の制御装置をロックアップクラ
ッチのスリップ制御装置が適用したものである。図２０
は、このスリップ制御装置が適用される車両用動力伝達
装置を示す図である。まず、実施例におけるクラッチの
スリップ制御装置のハードウェア構成について説明す
る。図２０に示すように、エンジン２１０の動力は、ロ
ックアップクラッチ付トルクコンバータ２１２および３
組の遊星歯車ユニットなどから構成された有段式自動変
速機２１４、更には図示しない差動歯車装置などを経て
駆動輪へ伝達されるようになっている。トルクコンバー
タ２１２は、エンジン２１０のクランク軸２１６と連結
されているポンプ翼車２１８と、自動変速機２１４の入
力軸２２０とに固定されている。このトルクコンバータ
２１２は、ポンプ翼車２１８からのオイルを受けて回転
するタービン翼車２２２と、非回転部材であるハウジン
グ２２６に一方向クラッチ２２４を介して固定されたス
テータ翼車２２８と、ダンパ２３０を介して上記入力軸
２２０に連結されたロックアップクラッチ２３２とを備
えている。ロックアップクラッチ２３２は、トルクコン
バータ２１２の入出力部材、すなわちクランク軸２１６
および入力軸２２０を直結状態とするものである。トル
クコンバータ２１２の係合側油室２３５内の油圧が解放
側油室２３３よりも高められると、ロックアップクラッ
チ２３２が係合状態とされ、クランク軸２１６の回転は
そのまま入力軸２２０に伝達される。他方、トルクコン
バータ２１２内の解放側油室２３３内の油圧が係合側油
室２３５よりも高められると、ロックアップクラッチ２
３２が非係合状態とされ、トルクコンバータ２１２は、
その本来の働き、即ち入出力回転速度比に応じた増幅率
でトルクを変換し、クランク軸２１６の回転を入力軸２
２０に伝達する。

【００７０】自動変速機２１４は、この入力軸２２０と
出力軸２３４とを備え、複数の油圧式摩擦係合装置の作
動の組み合わせにより、複数の前進ギヤ段および後進ギ
ヤ段のうちの１つが選択的に噛み合った状態とされる有
段式遊星歯車装置として構成されている。この自動変速
機２１４のギヤ段を制御するための変速制御用油圧制御
回路２４４と、ロックアップクラッチ２３２の係合を制
御するための係合制御用油圧制御回路２４６とが設けら
れている。変速制御用油圧制御回路２４４は、よく知ら
れているようにソレノイドＮｏ．１およびソレノイドＮ
ｏ．２によってそれぞれオンオフ駆動される第１電磁弁
２４８および第２電磁弁２５０を備えており、それら第
１電磁弁２４８および第２電磁弁２５０の作動の組み合
わせによって、クラッチおよびブレーキが選択的に作動
させられ、第１速ないし第４速のうちのいずれかの変速
が実現される。

【００７１】係合制御用油圧制御回路２４６は、リニア
ソレノイド弁２５２と、切換弁２５４とスリップ制御弁
２５６とを備える。このリニアソレノイド弁２５２は、
変速制御用油圧制御回路２４４内で発生させられる一定
のモジュレータ圧Ｐmoduを元圧としており、リニアソレ
ノイドであるソレノイドＮｏ．３に流される電流に応じ
てリニアに作動する。即ち、リニアソレノイド弁２５２
は、電子制御装置（ＥＣＴ）２４２からの駆動電流Ｉso
1 の大きさに応じた大きさの出力圧Ｐlin を連続的に発
生させる。この出力圧Ｐlin は切換弁２５４およびスリ
ップ制御弁２５６に供給される。切換弁２５４は、ロッ
クアップクラッチ２３２を解放状態とする解放側位置と
ロックアップクラッチ２３２を係合状態とする係合側位
置とを有する。また、スリップ制御弁２５６は、変速制
御用油圧制御回路２４４内の図示しないクラッチ圧調圧
弁によりスロットル弁開度に応じて発生させられるレギ
ュレータ圧Ｐclを元圧として動作する。

【００７２】上記切換弁２５４は、図示しないスプール
弁子を解放側位置へ向かって付勢するスプリング２５８
と、前記レギュレータ圧Ｐclが供給される第１ポート２
６０と、スリップ制御弁２５６の出力圧が供給される第
２ポート２６２と、解放側油室２３３に接続された第３
ポート２６４と、係合側油室２３５に接続された第４ポ
ート２６６と、ドレンに接続された第５ポート２６８と
を備えている。切換弁２５４は、それに供給されるリニ
アソレノイド弁２５２の出力圧Ｐlin が予め定められた
一定の値を下回ると、そのスプール弁子がスプリング２
５８の付勢力に従って上記解放側位置（図２０の状態）
とし、第２ポート２６２を閉塞させるとともに第１ポー
ト２６０と第３ポート２６４、および第４ポート２６６
と第５ポート２６８の間をそれぞれ連通する。このた
め、切換弁２５４のスプール弁子に作用するリニアソレ
ノイド弁２５２の出力圧Ｐlin が予め定められた一定の
値を下回ると、切換弁２５４のスプール弁子がスプリン
グ２５８の付勢力に従って解放側位置に位置させられ
て、解放側油室２３３内の油圧Ｐoff がレギュレータ圧
Ｐclとされると同時に係合側油室２３５内の油圧Ｐonが
大気圧とされてロックアップクラッチ２３２が解放され
る。従って、この時、トルクコンバータ２１２はトルク
を変換して伝達するトルクコンバータ本来の動作を行な
う。

【００７３】他方、切換弁２５４のスプール弁子に作用
されるリニアソレノイド弁２５２の出力圧Ｐlin が予め
定められた一定の値を超えると、切換弁２５４のスプー
ル弁子がスプリング２５８の付勢力に抗して係合側位置
へ切り換えられて、第５ポート２６８を閉塞するととも
に、第１ポート２６０と第４ポート２６６、および第２
ポート２６２と第３ポート２６４の間をそれぞれ連通す
る。このため、係合側油室２３５内の油圧Ｐonがレギュ
レータ圧Ｐclとされると同時に、解放側油室２３３内の
油圧Ｐoff がスリップ制御弁２５６により圧力制御さ
れ、ロックアップクラッチ２３２がスリップ制御されあ
るいは係合される。

【００７４】上記スリップ制御弁２５６は、図示しない
スプール弁子を出力圧増加側へ付勢するためのスプリン
グ２７０を備えている。このスプール弁子には、出力圧
増加側へ向かう推力を発生させるために係合側油室２３
５内の油圧Ｐonが作用させられているとともに、出力圧
減少側へ向かう推力を発生させるために解放側油室２３
３内の油圧Ｐoff およびリニアソレノイド弁２５２の出
力圧Ｐlin がそれぞれ作用させられている。このため、
スリップ制御弁２５６は、式（１１）に示すように、ス
リップ量に対応する差圧△Ｐ（＝Ｐon−Ｐoff ）がリニ
アソレノイド弁２５２の出力圧Ｐlin に対応した値とな
るように作動する。ここで、式（１１）において、Ｆは
スプリング２７０の付勢力、Ａ1 はスプール弁子におけ
る油圧Ｐonの受圧面積、Ａ2 （但しＡ1 ＝Ａ2 ）は油圧
Ｐoff の受圧面積、Ａ3 は出力圧Ｐlin の受圧面積であ
る。

【００７５】

【数１１】

【００７６】したがって、上記のように構成されている
係合制御用油圧制御回路２４６では、係合側油室２３５
内の油圧Ｐonおよび解放側油室２３３内の油圧Ｐoff
は、図２１に示すように、リニアソレノイド弁２５２の
出力圧Ｐlin に応じて変化させられるので、リニアソレ
ノイド弁２５２の出力圧Ｐlin によって切換弁２５４の
切換制御と、その切換弁２５４が係合位置へ切り換えら
れた後のロックアップクラッチ２３２のスリップ制御と
がそれぞれ行なわれ得るのである。

【００７７】次に、スリップ制御の処理を司る電子制御
装置２４２の構成およびその設計について詳細に説明す
る。電子制御装置２４２は、周知のＣＰＵ２８２、ＲＯ
Ｍ２８４、ＲＡＭ２８６、図示しないインターフェース
回路などから成るいわゆるマイクロコンピュータであ
る。本実施例では、この電子制御装置２４２のインタフ
ェース回路には、エンジン２１０の吸気配管に設けられ
たスロットル弁開度を検出するスロットルセンサ２８
８、エンジン２１０の回転速度を検出するエンジン回転
速度センサ２９０、自動変速機２１４の入力軸２２０の
回転速度を検出する入力軸回転センサ２９２、自動変速
機２１４の出力軸２３４の回転速度を検出する出力軸回
転センサ２９４、シフトレバー２９６の操作位置、すな
わちＬ、Ｓ、Ｄ、Ｎ、Ｒ、Ｐレンジのいずれかを検出す
るための操作位置センサ２９８が接続されている。電子
制御装置２４２は、これらのセンサから、インタフェー
ス回路を介して、スロットル弁開度θth、エンジン回転
速度Ｎｅ（ポンプ翼車回転速度ＮP ）、入力軸回転速度
Ｎin（タービン翼車回転速度Ｎｔ ）、出力軸回転速度
Ｎout 、シフトレバー２９６の操作位置Ｐs をそれぞれ
入力する。

【００７８】電子制御装置２４２のＣＰＵ２８２は、Ｒ
ＡＭ２８６をワークエリアとして利用しつつ、予めＲＯ
Ｍ２８４に記憶されたプログラムに従って入力信号を処
理し、自動変速機２１４の変速制御およびロックアップ
クラッチ２３２の係合制御を実行するために第１電磁弁
２４８、第２電磁弁２５０およびリニアソレノイド弁２
５２を適宜制御する。上記変速制御では、予めＲＯＭ２
８４に記憶された複数種類の変速線図から実際の変速ギ
ヤ段に対応した変速線図を選択し、その変速線図から車
両の走行状態、たとえばスロットル弁開度θthと出力軸
回転速度Ｎoutから算出された車速ＳＰＤとに基づいて
変速ギヤ段を決定し、その変速ギヤ段が得られるように
第１電磁弁２４８、第２電磁弁２５０を駆動する。こう
して、自動変速機２１４のクラッチおよびブレーキの作
動が制御され、前進４段のうちのいずれかの噛み合わせ
が成立させ、所望の変速が実現される。

【００７９】以上説明したハードウェア構成を前提とし
て、ロックアップクラッチのスリップ回転速度ＮSLP
を、むだ時間＋スライディングモード制御により制御す
ることローラが構成される。このコントローラ３００
は、実際には電子制御装置２４２が実行する処理により
実現されるものであるが、理解の便を図って、図２２に
制御ブロックとして図示した。このコントローラ３００
は、第１実施例のコントローラ１００に対応したもので
あり、第２実施例では、直接的にはリニアソレノイド弁
２５２を制御することにより、トルクコンバータ２１２
のスリップ回転速度ＮSLP を制御する。制御対象である
スリップ回転速度ＮSLP を可変する系は、リニアソレノ
イド２５２の印加電圧のデューティが変化すると、この
ソレノイド２５２からの出力圧Ｐｌｉｎが変化し、この
油圧により切換弁２５４が切り換えられ、切換弁２５４
が係合位置へ切り換えられた後、ロックアップクラッチ
２３２のスリップ制御が行なわれる系であり、極めて大
きなむだ時間（本実施例では、３００［msec］程度）を
有する。

【００８０】そこで、コントローラ３００内には、第１
実施例と同様、状態予測制御器３１０とスライディング
モード制御器３２０と、これら付随する積分器３４０，
差分器３５０などが設けられている。これらの状態予測
制御器３１０，スライディングモード制御器３２０の設
計方法は、第１実施例と同様であり、図８に示したよう
に、制御量指令値ｕおよびリニアソレノイド２５２の出
力圧Ｐｌｉｎとから、リニアソレノイド２５２のモデル
を同定し（工程Ｓ１０）、次にこの出力圧Ｐｌｉｎとス
リップ回転速度ＮSLP とから、ロックアップクラッチ２
３２のモデルを同定し（工程Ｓ２０）、両者を結合して
システム全体を表わすモデルを求める（工程Ｓ３０）。

【００８１】その後、モデルをむだ時間部分とダイナミ
クス部分とに分子、ダイナミクス部分は２次線形モデル
で近似し（工程Ｓ４０）、これを連続時間モデルとして
サーボ系にするための積分器を加えて３次のモデルに拡
大する（工程Ｓ５０）。３次モデルを得た上で、一方で
は、制御周期の決定（工程Ｓ６０）、離散時間モデルへ
の変換（工程Ｓ７０）、状態予測制御器３１０の設計
（工程８０）を行なって、状態予測制御器３１０を得
る。他方、この３次モデルに基づいて、スライディング
モード制御器３２０の各パラメータを設定する（工程９
０）。その上で、状態予測制御器３１０とスライディン
グモード制御器３２０を結合し、コントローラ３００を
完成する（工程Ｓ１００）。

【００８２】こうして得られた状態予測制御器３１０、
スライディングモード制御器３２０の各パラメータの一
例を以下に示す。状態予測制御器３１０は、第１実施例
同様、次式（１２）の演算を、サンプリングタイム（制
御周期）３２［msec］で繰り返し実行する。制御対象の
むだ時間は、およそ３００［msec］であったので、状態
予測制御器３１０は、制御周期で９回後の状態量を予測
することになる。即ち、以下の式において、ｎ＝９であ
る。

【００８３】

【数１２】

【００８４】本実施例では、各係数の値は次の通りであ
った。

【数１３】

【００８５】スライディングモード制御器３２０の出力
する操作量指令値ｕ（ｋ）は、第１実施例同様、次式に
示す二つの制御入力Ｕｅｑ，Ｕｎｌの和として構成され
る。

【００８６】

【数１４】

【００８７】本実施例における各係数は、 Ｓ１＝１．１８６，κ＝０．７５，α１＝０，α２＝
０，α３＝２ であった。

【００８８】電子制御装置２４２の内部では、図２３に
示す処理が実行される。図２３は、電子制御装置２４２
が実行するスリップ制御処理ルーチンを示すフローチャ
ートである。電子制御装置２４２は、車両の運転状況か
ら、スリップ制御を行なう領域にあると判断すると、こ
のスリップ制御処理ルーチンを、数ミリセカンド程度の
インターバルで、この処理を繰り返し実行する。スリッ
プ制御を行なう条件か否かは、出力軸回転速度Ｎout と
スロットル弁開度θthとから判断されるが、この条件の
一例を図２４に示す。

【００８９】図２４に示すスリップ制御領域に入ってい
ると判断され場合、実施例では、図２３に示すスリップ
制御処理ルーチンを起動し、まずインタフェース回路を
介してエンジン回転速度Ｎｅ，入力軸回転速度Ｎin，ス
ロットル弁開度θthを入力する処理を行なう（ステップ
Ｓ４００）。続いて、入力した入力軸回転速度Ｎinとス
ロットル弁開度θthとから、目標スリップ回転速度ＮSL
P*を求める処理を行なう（ステップＳ４１０）。目標ス
リップ回転速度ＮSLP*は、予め３次元のマップとして、
三者の関係を記憶しておき、このマップを参照すること
により求めることができる。

【００９０】図２５は、入力軸回転数Ｎinとスロットル
弁開度θthとから、目標スリップ回転速度ＮSLP*を定め
るためのマップである。この例では、目標スリップ回転
速度ＮSLP*は、スロットル弁開度θthと入力軸回転速度
Ｎinとから、５０ｒｐｍもしくは１５０ｒｐｍとなる。
こうして目標スリップ回転速度ＮSLP*を定めた後（ステ
ップＳ４１０）、実際のトルクコンバータ２１２のスリ
ップ回転速度ＮSLP を求める処理を行なう（ステップＳ
４２０）。実際のスリップ回転速度ＮSLP は、エンジン
回転速度Ｎｅと入力軸回転速度Ｎinとの偏差として求め
ることができる。その後、目標スリップ回転速度ＮSLP*
と実際のスリップ回転速度ＮSLP との差を制御偏差量ｅ
として求める処理を行なう（ステップＳ４３０）。

【００９１】次に、この偏差ｅを積分して積分値ｘ３を
求め、かつスリップ回転速度ＮSLPの微分値ｘ２を求め
る処理を行なう（ステップＳ４４０）。これで、スリッ
プ回転速度ＮSLP を状態量ｘ１として、第１実施例同
様、３つの状態量が得られたことになる。そこで、次に
これらの状態量ｘ１，ｘ２，ｘ３を用いて、上述した式
（１２）に従い、制御周期で９回先の状態量ｘｘ１，ｘ
ｘ２，ｘｘ３を予測する処理をおこなう（ステップＳ４
５０）。

【００９２】以上の説明では、この処理ルーチンが繰り
返し実行される際の回数（何番目の処理か）という点は
特に説明しなかったが、実際の処理は、３２ミリセカン
ドのインターバルで実行されており、何回目の処理であ
るかを区別可能な離散的な処理になっている。電子制御
装置２４２は、演算に必要な値については、現在起動さ
れた処理からｎ回前までの処理における各値を、ＲＡＭ
２８６に保存している。電子制御装置２４２は、その
後、この予測値ｘｘ１，ｘｘ２，ｘｘ３を用い、上述し
たスライディングモード制御の式（１４）に従い、リニ
アソレノイド弁２５２の印加電圧のデューティを制御量
指令値ｕ（ｋ）として求める処理を行ない（ステップＳ
４６０）、こうして求めた操作量指令値ｕ（ｋ）を、イ
ンタフェース回路を介して、リニアソレノイド弁２５２
に出力した後、「ＮＥＸＴ」に抜けて本処理ルーチンを
終了する。

【００９３】以上説明した第２実施例のロックアップク
ラッチのスリップ制御装置による制御例を図２６に示
す。図において、上欄は、目標スリップ回転速度ＮSLP*
が、５０ｒｐｍから１５０ｒｍｐまで変化した場合のス
リップ回転速度ＮSLP の制御の様子を示し、下欄は、こ
の場合のリニアソレノイド弁２５２に出力される操作量
指令値ｕ（ｋ）を示している。図２６上欄において、実
線ＪＪは、本実施例の制御装置による制御特性を示し、
破線ＢＢは、従来のＰＩＤ制御と状態予測制御器とを組
み合わせた場合の制御特性を示す。また、比較のため
に、図２７に、状態予測制御器３１０を設けない場合の
制御例を示した。図２７では、スライディングモード制
御の場合の制御特性を実線ＪＮとして、従来のＰＩＤ制
御の場合の制御特性を破線ＢＮとして、各々示した。

【００９４】これらの比較から明確なように、第２実施
例のロックアップクラッチのスリップ制御装置によれ
ば、むだ時間の極めて大きな制御対象（この例では、む
だ時間は数百［msec］）であっても、良好な安定性、応
答性を得ることができる。

【００９５】更に、本実施例でも、第１実施例同様、制
御対象をむだ時間部分と２次の線形モデルとに分離して
設計した。この結果、ダイナミクス部分は、基本的に２
次の線形モデル（サーボ系にするために最終的なモデル
は３次）という比較的単純なモデルを用いながら、極め
て優れた制御特性を得ることができた。実施例では、む
だ時間部分とダイナミクス部分を分離してから、ダイナ
ミクス部分にスライディングモード制御を適用している
ので、単純なモデルを用いることができ、構成の簡略
化、制御周期の短縮化を実現している。また、むだ時間
部分に対しては状態予測制御器３１０を用いてむだ時間
後の状態量を予測しているので、むだ時間の大きな油圧
および摩擦という現象を用いた対象に対して、応答性を
確保したまま安定性に優れた制御を行なう制御装置を容
易に設計することができる。

【００９６】また、これら２つの実施例の制御装置の設
計方法によれば、こうした制御性能を、合わせ込みやカ
ットアンドエラーを繰り返すことなく達成することがで
き、しかも外乱や摩擦係数の変動といった特性変化など
に対しても安定に制御する制御装置を設計することがで
きるという利点が得られる。従来のコントローラでは、
動作条件や外乱が異なる複数の動作点での制御特性を考
慮した合わせ込みは、経験者の勘や試行錯誤程度では対
処することができず、ほとんど対応することができなか
った。本発明の制御装置の設計方法は、こうした問題を
定式的に解決できるので、設計工数や調整工数を短縮
し、開発の手間を格段に低減することができる。

【００９７】また、この実施例では、エンジン２１０の
動力を自動変速機２１４に伝達するクラッチのスリップ
制御に適用しており、エンジン２１０からのトルク変動
分を遮断しかつトルクの伝達効率を高めるという効果
を、定常状態はもとより、過渡運転状態、更には経年変
化により特性が変化した状態においても達成することが
できる。この結果、燃費向上といった効果も得られる。
こうした高い応答性と安定性との両立は、従来のスリッ
プ制御装置が安定性を維持した上で特性変化に対処する
ために、制御系の応答性を緩やかなものとし、定常的な
運転状態が長く続いた状態下でのみ、スリップ状態を目
標状態にできたに過ぎないものと較べて、際だってい
る。また、様々な運転条件が考えられるクラッチのスリ
ップ制御において、これらの運転条件の下での応答性を
一層改善することができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例としてのクラッチのスリップ制御装
置の概略構成図である。

【図２】自動変速機１０の構成を模式的に示した説明図
である。

【図３】油圧制御装置２０の各要素の動作状態を示す説
明図である。

【図４】Ｂ−３コントロールバルブ２５を介してスリッ
プ速度Ｎｆｕｋｉを制御する油圧系を示す説明図であ
る。

【図５】Ｂ−３コントロールバルブ２５におけるスプー
ル２４の駆動力ＦＶと摩擦力との関係を示すグラフであ
る。

【図６】スリップ速度Ｎｆｕｋｉを制御する系を示すブ
ロック図である。

【図７】コントローラ１００の内部構成を例示するブロ
ック線図である。

【図８】実施例のコントローラ１００を設計する工程を
示す工程図である。

【図９】制御対象のモデルを同定するためのブロック図
である。

【図１０】第１実施例における自動変速制御コンピュー
タ３０の制御処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図１１】本実施例のコントローラ１００による制御例
を示すグラフである。

【図１２】図１１に示す制御例と同一の条件下における
ＰＩＤ制御の制御例を示すグラフである。

【図１３】実施例においてむだ時間が変動した場合の制
御例を示すグラフである。

【図１４】図１３に示す制御例と同一の条件下における
ＰＩＤ制御の制御例を示すグラフである。

【図１５】実施例において油圧制御装置２０の油圧系の
油温が変動した場合の制御例を示すグラフである。

【図１６】図１４に示す制御例と同一の条件下における
ＰＩＤ制御の制御例を示すグラフである。

【図１７】実施例においてＢ−３コントロールバルブ２
５のスプールの摩擦係数が変動した場合の制御例を示す
グラフである。

【図１８】図１７に示す制御例と同一の条件下における
ＰＩＤ制御の制御例を示すグラフである。

【図１９】状態予測制御器１１０に代えるスミス法によ
る予測器の構成例を示すブロック線図である。

【図２０】第２実施例としてのロックアップクラッチの
スリップ回転数の制御装置の全体構成を示す概略構成図
である。

【図２１】リニアソレノイド弁２５２と出力圧Ｐlin と
油圧Ｐoff およびＰonとの関係を例示するグラフであ
る。

【図２２】第２実施例におけるコントローラ３００の構
成を示すブロック図である。

【図２３】第２実施例における電子制御装置２４２が実
行するスリップ制御処理ルーチンを示すフローチャート
である。

【図２４】スリップ制御領域に入っているか否かを判断
するためのマップを示す説明図である。

【図２５】目標スリップ回転速度ＮSLP*を求めるための
グラフである。

【図２６】第２実施例のコントローラ３００による制御
例を示すグラフである。

【図２７】図２６に示す制御例と同一の条件下における
ＰＩＤ制御の制御例を示すグラフである。

【図２８】設計時の特性の固体間のバラツキを示すグラ
フである。

【図２９】クラッチにおけるゲイン・位相特性の経時的
な変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…自動変速機 ２０…油圧制御装置 ２２…バネ ２４…スプール ２５Ａ…第１ポート ２５Ｂ…第２ポート ２５Ｃ…第３ポート ２５Ｄ…シリンダ ３０…自動変速制御コンピュータ ４０…センサ群 ５０…エンジン制御コンピュータ １００…コントローラ １１０…スミス法補償部 １１０…状態予測制御器 １２０…スライディングモード制御器 １３０…フィードフォワード制御器 １４０…積分器 １５０…差分器 ２１０…エンジン ２１２…ロックアップクラッチ付トルクコンバータ ２１４…有段式自動変速機 ２１６…クランク軸 ２１８…ポンプ翼車 ２２０…入力軸 ２２２…タービン翼車 ２２４…一方向クラッチ ２２６…ハウジング ２２８…ステータ翼車 ２３０…ダンパ ２３２…ロックアップクラッチ ２３３…解放側油室 ２３４…出力軸 ２３５…係合側油室 ２４２…電子制御装置 ２４４…変速制御用油圧制御回路 ２４６…係合制御用油圧制御回路 ２４８…第１電磁弁 ２５０…第２電磁弁 ２５２…リニアソレノイド弁 ２５４…切換弁 ２５６…スリップ制御弁 ２５８…スプリング ２６０…第１ポート ２６２…第２ポート ２６４…第３ポート ２６６…第４ポート ２７０…スプリング ２８２…ＣＰＵ ２８４…ＲＯＭ ２８６…ＲＡＭ ２８８…スロットルセンサ ２９０…エンジン回転速度センサ ２９２…入力軸回転センサ ２９４…出力軸回転センサ ２９６…シフトレバー ２９８…操作位置センサ ３００…コントローラ ３１０…状態予測器 ３２０…スライディングモード制御器 ３４０…積分器 ３５０…差分器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日比野 良一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大澤 正敬 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 河野 克己 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中村 泰也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御特性上大きなむだ時間を有する制御
   対象の操作量指令値を求め、該操作量指令値を該制御対
   象に出力することにより、該制御対象の状態を目標状態
   に一致させる制御装置であって、 前記制御対象の制御状態を検出する制御状態検出手段
   と、 該検出された制御状態から、前記むだ時間後の該制御対
   象の状態量を予測する状態予測手段と、 前記制御対象を低次の線形モデルにより同定して得られ
   たモデルを用い、かつ前記予測された状態量を入力とし
   てスライディングモード制御を行なって、前記操作量指
   令値を出力するスライディングモード制御手段とを備え
   た制御装置。
2. 【請求項２】 制御特性上大きなむだ時間を有する制御
   対象の操作量指令値を求め、該操作量指令値を該制御対
   象に出力することにより、該制御対象の状態を目標状態
   に一致させる制御装置を設計する方法であって、 （ａ）前記制御対象の操作量指令値と制御状態との関係
   から該制御対象のモデルを同定する工程、 （ｂ）該モデルを、むだ時間部分とダイナミクス部分と
   に分離する工程、 （ｃ）該ダイナミクス部分については、低次の線形モデ
   ルにより近似する工程、 （ｄ）該線形モデルおよび前記むだ時間に基づいて状態
   予測制御器を設計する工程、 （ｅ）前記線形モデルに基づいて、前記状態予測制御器
   の出力を制御入力とするスライディングモード制御の設
   計パラメータを設定する工程を備えた制御装置の設計方
   法。