KR20100125386A - 자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 추정 차속 2의 추정 응답성을 확보하면서, 정밀도가 높은 상태로 빠르게 수렴하는 것이 가능한 자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다. 적분기와 지연 요소를 이용하여 예측 차속을 산출할 때에, 적분 연산 결과가 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는, 적분 연산에 이용되는 소정 게인을 작게 하는 것으로 하였다.

Description

자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING AUTOMATIC TRANSMISSION}
본 발명은, 소정 시간 후의 차속 추정값에 기초하여 변속비를 제어하는 자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
변속 제어시의 기계적 구성 요소의 지연에 의해, 변속 제어시에 엔진의 회전수 상승 등이 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고, 소정 시간 후의 추정 차속을 이용한 변속 제어를 행하는 기술로서 일본 특허 출원 공개 공보 평9-210159호(이것은 미국 특허 제5,857,937호에 대응)에 기재된 기술이 알려져 있다. 이 공보에는, 단순히 차속 미분값 등을 이용한 경우의 노이즈의 영향을 배제하기 위해, 적분기와 소정의 지연 요소로 차속 추정 수단을 구성하고 있다. 구체적으로는, 적분 연산값에 기초하여 추정된 추정 차속 2에 지연 요소를 작용시켜 추정 차속 1을 연산하고, 실 차속과 추정 차속 1의 편차를 적분 연산함으로써 상기 적분 연산값을 연산하도록 구성하고 있다.
상기 종래 기술의 구성에 있어서는, 예를 들어 일정속 주행시에 운전자가 큰 각도로 액셀러레이터 페달을 크게 답입하면, 우선 실 차속이 상승하고, 실차속의 상승에 따라 발생하는 적분 연산값에 기초하여 추정 차속 2가 연산된다. 이때, 추정 차속은 실 차속보다 비교적 낮게 연산된 후, 서서히 적분 연산 결과가 겹쳐짐으로써, 추정 차속 2가 실 차속에 따라붙고, 그 후 소정 시간 후의 추정 차속 2가 고정밀도로 추정된다. 따라서, 추정 차속 2의 연산 결과를 빠르게 추종시키기 위해, 적분 연산에 이용되는 게인을 크게 설정해야 한다.
그러나 이 게인을 큰 값으로 설정하면, 추정 차속 2가 정밀도가 높은 상태로 수렴될 때까지 크게 오버슈트를 반복하는 것이 판명되었다.
본 발명의 목적은, 추정 차속 2의 추정 응답성을 확보하면서, 추정 차속 2를 정밀도가 높은 상태로 빠르게 수렴시키는 것이 가능한 자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 적분 연산 결과가 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는, 적분 연산에 이용되는 소정 게인을 작은 값으로 설정하였다.
구체적으로는, 청구항 1항에 기재된 발명에서는, 차량의 엔진측에 접속되는 입력축과 차량의 구동계에 접속되는 출력축 사이의 속도비를 변경하는 자동 변속기의 제어 장치를 제공하며, 이 제어 장치는 차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하는 차속 검출 수단과, 상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하는 차속 추정 수단과, 상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하는 목표 변속비 연산 수단과, 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하는 변속 제어 수단을 포함하고, 상기 차속 추정 수단은, 상기 실 차속과 후술하는 추정 차속 1의 편차를 연산하는 차속 편차 연산부와, 상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분한 적분 연산 결과에 기초하여 추정 차속 2를 연산하는 추정 차속 2 연산부와, 상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하는 추정 차속 1 연산부와, 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 하는 게인 변경부를 구비한다.
또한, 청구항 3항에 기재된 발명에서는, 자동 변속기의 제어 장치이며, 상기 자동 변속기는, 차량의 엔진측에 접속되는 입력축과 차량의 구동계에 접속되는 출력축 사이의 속도비를 변경하도록 구성되고, 상기 제어 장치는, 차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하도록 구성된 차속 검출 섹션과, 제어기를 포함하고,
상기 제어기는, 상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하고, 상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하고, 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하도록 구성되고,
상기 제어기는, 상기 추정 차속 2를 연산할 때에는, 상기 실 차속과 추정 차속 1의 편차를 연산하고, 상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 상기 추정 차속 2를 추정하고, 상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하고, 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 하도록 구성된다.
또한, 청구항 5항에 기재된 발명에서는, 자동 변속기의 제어 방법이 제공되며, 상기 자동 변속기는, 차량의 엔진측에 접속되는 입력축과 차량의 구동계에 접속되는 출력축 사이의 속도비를 변경하도록 구성되고, 상기 제어 방법은, 차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하는 단계와, 상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하는 단계와, 상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하는 단계와, 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 추정 차속 2를 연산할 때에는, 상기 실 차속과 추정 차속 1의 편차를 연산하고, 상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 상기 추정 차속 2를 추정하고, 상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하고, 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 하도록 구성된다.
추정 차속 2는 실 차속과 추정 차속 1의 편차가 발생한 경우에만, 산출되는 값임을 주목해야 한다. 예를 들어, 일정속 주행 상태로부터의 가속시에 있어서, 추정 차속 2의 정밀도가 높은 상태로 추이할 때까지의 동안에는, 추정 차속 2는, 실 차속에 대해 작은 상태로부터 큰 상태로 이행하고, 그 후, 실제의 소정 시간 후의 차속(이하, 미래 차속)에 가까운 상태로 이행해 간다. 바꾸어 말하면, 적분 연산 결과가 실 차속에 근접하였을 때에, 추정 차속 2는 추정 차속 2가 미래 차속에 가까워지는 상태에 있게 된다. 이러한 결과에 따르면, 적분 연산 결과가 실 차속에 근접할 때까지는, 소정 게인을 크게 함으로써, 추정 차속 2가 미래 차속에 근접할 때까지는 응답성을 확보한다. 한편, 추정 차속 2가 미래 차속에 근접한 후에는 소정 게인을 작게 함으로써, 과잉의 오버슈트를 회피하면서 미래 차속에 빠르게 수렴할 수 있다.
도 1은 제1 실시예의 자동 변속기의 제어 장치를 구비한 차량의 전체 시스템도이다.
도 2는 제1 실시예의 변속 제어부 내에 설정된 변속 맵이다.
도 3은 제1 실시예의 차속 추정부에 있어서의 예측 차속 추정 처리를 나타내는 제어 블록도이다.
도 4는 제1 실시예의 피드백 게인 설정 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 제1 실시예의 피드백 게인을 변경하는 이유를 설명하는 개략도이다.
도 6은 도 5의 타임차트의 각 구간에 있어서의 실 차속(VSP)과, 추정 차속(VSP1)과, 예측 차속(VSP2)과, 실제 미래 차속(VSP*)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시예의 피드백 게인 설정 처리를 실시하였을 때의 타임차트이다.
이하, 본 발명에 따른 자동 변속기의 제어 장치를 실현하는 최량의 형태를, 도면에 도시하는 제1 실시예에 기초하여 설명한다.
(제1 실시예)
우선, 구성을 설명한다. 도 1은 제1 실시예의 자동 변속기의 제어 장치를 구비한 차량의 전체 시스템도이다. 제1 실시예의 차량은 후륜 구동 차량을 예로 설명하지만, 전륜 구동 차량이나 4륜 구동 차량이라도 좋다.
제1 실시예의 차량은, 엔진(E)과, 토크 컨버터(TC)와, 자동 변속기(AT)를 구비한다. 엔진(E)으로부터 출력된 구동력은 토크 컨버터(TC)를 통해 자동 변속기(AT)의 입력축(IN)에 전달된다. 자동 변속기(AT) 내에는 복수의 유성 기어 세트와 복수의 체결 요소가 구비되어 있다. 이 체결 요소의 조합에 의해 결정된 변속단에 의해 변속된 구동력은, 출력축(OUT)으로부터 차동 기어(DF)로 전달된다. 차동 기어(DF)에서는, 좌우 후륜(RR, RL)의 드라이브 샤프트로부터 구동력이 전달된다.
자동 변속기(AT)는, 주행 상태에 따라서 변속비를 설정 가능하게 구성되어 있고, 입력축(IN)의 단위 시간 당 회전수를 증감속하여 출력축(OUT)에 출력한다. 제1 실시예의 자동 변속기(AT)로서, 전진 5속 후퇴 1속의 유단 자동 변속기가 차량에 탑재되어 있다.
이 자동 변속기(AT)는, 복수의 체결 요소와, 원웨이 클러치와, 오일 펌프를 내장하고 있다. 컨트롤 밸브(C/V) 내에 있어서 압력 조절된 체결압을 각 체결 요소에 공급한다. 이 체결 요소의 조합에 의해 유성 기어 세트의 기어비를 결정하고, 원하는 변속단을 달성한다.
또한, 변속시에는, 변속 전 변속단을 달성하는 체결 요소인 해방측 체결 요소를 서서히 해방하고, 변속 후 변속단을 달성하는 체결 요소인 체결측 체결 요소를 서서히 체결하는 이른바 절환 제어에 의해 변속을 행한다.
자동 변속기 컨트롤러(ATCU)는, 각종 입력 정보에 기초하여 자동 변속기(AT)의 변속단을 결정하고, 각 변속단(혹은 변속비)을 달성하기 위한 액추에이터에 대해 제어 지령 신호를 출력한다. 또한, 자동 변속기 컨트롤러(ATCU)는, 소정 시간 미래의 차속인 예측 차속(VSP2)을 추정하는 차속 추정부(4)와, 각종 입력 정보에 기초하여 체결 요소의 체결ㆍ해방 상태를 제어하는 변속 제어부(5)를 포함한다.
자동 변속기 컨트롤러(ATCU)에는, 운전자가 선택한 시프트 레버의 위치를 나타내는 인히비터 스위치(ISW)의 레인지 위치 신호, 차속 센서(1)로부터의 실 차속, 운전자가 조작한 액셀러레이터 페달 개방도(APO)를 검출하는 APO 센서(2)로부터의 액셀러레이터 개방도 신호, 차량의 가속도를 검출하는 가속도 센서(3)로부터의 가속도 신호가 입력된다.
여기서, 인히비터 스위치(ISW)는, 전진 주행 레인지 위치(D, L, 1, 2 등), 후퇴 주행 레인지 위치(R), 뉴트럴 레인지 위치(N), 파킹 레인지 위치(P) 중 하나를 나타내는 신호를 출력하는 것임을 주목해야 한다. 제1 실시예에 있어서, 주행 레인지는 전진 주행 레인지와 후퇴 주행 레인지의 양 레인지를 포함한다.
도 2는 변속 제어부(5) 내에 설정된 변속 맵이다. 이 변속 맵은, 횡축에 차속(VSP), 종축에 액셀러레이터 페달 개방도(APO)를 설정하고 있다. 여기서, 차속과 액셀러레이터 페달 개방도에 의해 결정되는 점을 운전점이라 기재한다. 이 운전점이 변속 맵 내에 설정된 영역에 따른 변속단이 선택된다.
도 2의 변속 맵 중, 굵은 실선은, 실제로 변속이 행해지는 데 이상적인 타이밍을 나타내는 이상 변속선이다. 또한, 각 굵은 실선의 도 2 중 좌측에 설정된 가는 실선은, 이상 변속선에 있어서 실제 변속이 완료되기 위해 변속 지령을 출력하는 변속선이다. 운전점이 차속(VSP)의 증감이나 액셀러레이터 페달 개방도(APO)의 증감에 따라 이동한다. 예를 들어 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 3/8일 때에 운전점이 차속의 상승에 수반하여 1→2 변속선을 넘어, 1속의 영역으로부터 2속의 영역으로 이동하면, 업 시프트 변속이 행해진다. 그 후에, 1→2 이상 변속선에 있어서 변속이 완료된다. 실제로는 다운 시프트선이나 코스트 주행 제어선이나, 슬립 로크업 제어선 등이 변속 맵에 설정되어 있지만, 이의 상세한 설명은 생략하고 있음을 주목해야 한다.
변속 맵은, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)축에 있어서 3개의 영역으로 분할되어 있다. 개방도 1/8 내지 4/8의 사이는, 차속 센서(1)에 의해 검출된 실 차속을 그대로 이용하여 변속 제어를 행하는 통상 제어 영역이다. 개방도 7/8 내지 8/8의 사이는, 후술하는 예측 차속을 이용하여 변속 제어가 행해진다. 개방도 4/8 내지 7/8의 사이는, 예측 차속과 실 차속에 가중치를 부여한 가중치 부여 차속을 이용하여 변속 제어를 행하는 가중치 부여 제어 영역이 제공된다.
통상 제어 영역에 있어서는, 실 차속이 변속선을 넘었을 때에 변속 지령을 출력한다. 이 때, 운전점이 변속선에 도달하는 타이밍에 변속이 완료된다. 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 0 내지 1/8의 사이에서는, 변속 지령으로부터 변속 완료까지의 시간 지연이 근소하므로, 변속선과 이상 변속선이 동일한 위치로 설정되어 있다.
가중치 부여 제어 영역에서는, 가중치 부여 차속이 변속선을 넘었을 때에 변속 지령을 출력한다. 가중치 부여 차속이라 함은, 예측 차속(VSP2)과 실 차속(VSP)을 액셀러레이터 페달 개방도(APO)에 따라서 가중치를 부여하여 산출한 값이다. 구체적으로는, 가중치 부여 차속을 VSP0로 하면,
Figure pct00001
에 의해 산출된다. 이 가중치 부여 차속(VSP0)이 변속선을 넘었을 때에 변속 지령을 출력한다. 그러면, 운전점이 변속선에 도달하는 타이밍에 변속이 완료된다.
예측 제어 영역에서는, 예측 차속이 이상 변속선을 넘었을 때에 변속 지령을 출력한다. 이 때, 운전점이 변속선에 도달하는 타이밍에 변속이 완료된다.
〔변속선과 이상 변속선의 관계〕
여기서, 변속선과 이상 변속선 사이의 관계에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 자동 변속기(AT)는 체결 요소의 체결ㆍ해방에 의해 변속 동작이 행해진다. 이때, 해방측 체결 요소를 해방하고, 체결측 체결 요소를 체결한다.
일반적인 변속 동작은, 체결측 체결 요소의 느슨함을 방지하는 프리차지 페이즈, 해방측 체결 요소의 체결압을 약간 제거하면서 체결측 체결 요소에 체결압을 공급하는 토크 페이즈, 해방측 체결 요소의 체결압을 감소시키면서 체결측 체결 요소의 체결압을 증대시켜 기어비의 변화를 촉진하는 이너셔 페이즈, 그리고 변속의 완료에 의해 체결측 체결 요소의 체결압을 완전 체결압으로 하는 변속 종료 페이즈를 거침으로써 행해진다. 입력 토크가 큰 경우, 특히 이너셔 페이즈 등에 있어서 변속의 진행을 촉진하는 것이 어려워, 엔진 토크 다운 제어 등에 의해 변속 속도를 제어하는 기술 등도 알려져 있다.
그러나 일반적으로 입력 토크가 클수록 변속 시간이 길어지는 경향이 있다. 바꾸어 말하면, 기계적인 동작 응답성이나, 입력 토크에 기초하는 지연 요소가 존재한다.
한편, 각 변속단에 있어서의 차속 응답 범위와 운전성에는 상관이 있다고 일컬어지고 있다. 특히, 업시프트가 리드미컬한 변속이 되기 위해서는, 원하는 타이밍에 변속이 완료되는 것이 바람직하다. 이 변속이 완료되는 타이밍이 이상 변속선이다.
여기서, 운전점이 이상 변속선에 도달한 시점부터 변속을 개시하고 있다면, 상기 지연 요소 등에 의해 실제로 변속이 완료되는 타이밍은 변속선과는 다른 타이밍(예를 들어, 고차속측)이 되어, 예정되어 있는 운전성을 얻을 수 없음에 주목해야 한다. 따라서, 변속선을 설정하여, 실제로 변속이 완료되는 타이밍과 운전점이 서로 일치하도록 하고 있다.
〔예측 차속〕
다음에, 예측 차속에 대해 설명한다. 상술한 변속선은, 어디까지나 운전점에 의해 규정되는 것이며, 실제의 주행 환경에 의한 영향을 고려한 것이라고는 할 수 없다. 예를 들어, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 커도, 차량 부하가 큰 주행 환경에서는, 실제로 차속(VSP)이 상승하여 이상 변속선을 가로지르는 시간이 길어진다. 한편 차량 부하가 작은 주행 환경에서는 이상 변속선을 가로지르는 시간이 짧아진다.
이와 같이, 주행 환경에 따라서 타이밍을 적절하게 설정하는 것이 요구되고, 이 요구는, 변속 시간이 길어지는 경향이 있는 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 큰 영역에서 특히 요구된다.
따라서, 실제의 차속 센서 1로부터의 실 차속에 기초하여 소정 시간 미래의 차속을 추정하고, 이 추정한 차속을 예측 차속(VSP2)(＝추정 차속 2)으로 하여 변속 제어를 행하는 것으로 하였다. 구체적으로는, 추정된 예측 차속(VSP2)이 이상 변속선을 넘었을 때의 주행 환경에 따라 변화된 타이밍에서 변속 지령을 출력한다. 그러면, 실제의 차속(VSP)에 따른 운전점이 소정 시간 경과 후에 이상 변속선에 도달한 타이밍에서 변속이 완료된다.
도 3은 차속 추정부(4)에 있어서의 예측 차속 추정 처리를 나타내는 제어 블록도이다. 차속 추정부(4)는 적분기(40)와 1차 지연(406)으로 구성되어 있다. 현재의 차속인 추정 차속(VSP1)과 실 차속(VSP)이 서로 일치하면, 예측 차속(VSP2)은 지연 요소에 따른 시간만큼 미래의 차속이 된다. 이하에 제1 실시예의 각 부의 상세를 설명한다.
차속 편차 연산부(401)는, 차속 편차(Verr)를 실 차속(VSP)과 추정 차속(VSP1)으로부터 다음 식에 기초하여 연산한다.
Figure pct00002
피드백 게인 승산부(402)는 연산된 차속 편차(Verr)에 피드백 게인(kF/B)을 승산한다.
적분기(403)는 kF /BㆍVerr를 하기 식에 의해 적분하고, 적분 연산값(V)을 연산한다.
Figure pct00003
단, s는 라플라스 연산자이다.
(가속 성분)
소정 시간 승산부(407)는, 가속도 센서(3)에 의해 검출된 가속도에 추정하려고 하는 소정 시간 후의 시간(t)을 승산하여, 가속 성분(at)을 연산한다.
피드 포워드 게인 승산부(408)는 연산된 가속 성분(at)에 피드 포워드 게인(kF /F)을 승산한다.
속도 변환부(409)는, atㆍkF /F에 다음 식에 나타내는 일차 요소를 작용시켜, 가속 성분 차속(Va)을 연산한다.
Figure pct00004
단, T는 설계자가 목표로 하는 예측 시간에 상당하는 시상수이다.
차속 가산부(404)는 적분 연산값(V)과 가속 성분 차속(Va)을 다음 식에 기초하여 가산하고, 위상 보상 전 예측 차속(VSP22)을 연산한다.
Figure pct00005
위상 보상기(405)는 위상 보상 전 예측 차속(VSP22)에 다음 식에 나타내는 1차/1차 위상 보상[Gh(s)]을 실시하여, 예측 차속(VSP2)을 연산한다.
Figure pct00006
여기서, T1, T2는 위상 보상 상수이다.
이 위상 보상기(405)의 도입에 의해, 계(系)의 안정성이나 응답성을 나타내는 1차 지연극, 고유 진동수, 감쇠율이라고 하는 3개의 미지수에 대해, 위상 보상 상수(T1, T2), 피드백 게인(kF/B)의 3개의 설계 요소를 설정할 수 있다. 전술된 설정에 의해, 설계자가 희망하는 계를 설계할 수 있다. 또한, 상세에 대해서는 일본 특허 출원 공개 평9-210159호 공보(이것은, 상기와 같이 미국 특허 제5,857,937호에 대응)에 개시되어 있으므로 생략한다.
1차 지연(406)은 예측 차속(VSP2)을 입력으로 하고, 다음 식에 나타내는 바와 같은 일차 지연[G(s)]에 의해 산출된다.
Figure pct00007
단, T는 예측 시간(VSP2)에 상당하는 시상수이다.
바꾸어 말하면, 예측 차속(VSP2)에 지연 요소를 작용시켜, 소정 시간 전의 상태로 복귀시킨다. 이에 의해, 예측 차속(VSP2)에 기초하여 현 시점에서의 차속을 추정한다[추정 차속(VSP1)]. 이 추정 차속(VSP1)과 실 차속(VSP)이 서로 일치하고 있을 때에는, 예측 차속(VSP2)은 정확하다. 서로 불일치일 때에는, 차속 편차(Verr)에 따라서 예측 차속(VSP2)이 수정된다.
〔피드백 게인 설정 처리〕
다음에, 피드백 게인 설정 처리에 대해 설명한다. 도 4는 피드백 게인 설정 처리를 나타내는 흐름도이다. 피드백 게인 설정 처리라 함은, 상기 차속 추정부(4)에 있어서 사용되는 피드백 게인(kF/B)을 상황에 따라서 변경하는 처리이다.
스텝 S1에서는, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 3/8보다 큰지 여부를 판단한다. 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 3/8보다 클 때에는 스텝 S2로 진행한다. 그 이외일 때에는, 스텝 S5로 진행한다.
스텝 S2에서는, 적분 연산값(V)이 실 차속(VSP)보다 큰지 여부를 판단한다. 적분 연산값(V)이 실 차속(VSP)보다 클 때에는(V>VSP) 스텝 S3으로 진행한다. 그렇지 않으면 스텝 S5로 진행한다.
스텝 S3에서는, 피드백 게인(kF/B)을 k2(＜k1)로 설정한다. 스텝 S4에서는, 변속 제어가 종료되었는지 여부를 판단한다. 변속 제어가 종료될 때까지는 스텝 S3으로 복귀되어 피드백 게인으로서 k2를 유지한다. 변속 종료시에는 본 제어 플로우를 종료한다. 여기서, 변속 제어의 종료라 함은, 현재 변속하고 있지 않은 상태에서 예측 차속이 변속선을 넘었을 때, 변속이 개시되고, 그 변속이 종료될 때까지의 시간을 나타낸다. 스텝 S5에서는, 피드백 게인(kF/B)을 k1(＞k2)로 설정한다.
도 5는 피드백 게인을 변경하는 이유를 설명하는 개략도이다. 도 6은 도 5의 타임차트의 각 구간에 있어서의 실 차속(VSP)과, 추정 차속(VSP1)과, 예측 차속(VSP2)과, 실제 미래 차속(VSP*)의 관계를 나타내는 도면이다.
또한, 논의를 간략화하기 위해, 각 구간은, 제어 주기의 시간과 일치하고 있고, 제어 주기마다 (a0)→(a1)→로 진행하는 것으로 한다(실제로는 제어 주기는, 10msec 정도임). 또한, 적분기(403)의 작용으로서, 디지털 연산기에 있어서는 전회 제어 주기에 있어서의 차속 편차(Verr)에 금회 제어 주기에 있어서의 차속 편차(Verr)를 가산함으로써 적분이 행해진다. 또한, 적분 연산값(V)에 가속 성분 차속(Va)을 가산하여, 위상 보상기를 통과시킨 값이 예측 차속(VSP2)이 되지만, 본 실시예에서는 가속도를 일정하게 하여, 예측 차속(VSP2)과 적분 연산값(V)의 움직임은 대략 동일하다고 간주한다[실제로는, 적분 연산값(V)이 예측 차속(VSP2)보다도 작은 값이 됨].
구간 (a0)에 있어서, 차량은 일정한 차속(V0)으로 주행하고 있다. 이때에는, 실 차속(VSP)과, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]과, 추정 차속(VSP1)과, 미래 차속(VSP*)은 모두 V0으로 일치하고 있다[도 6의 (a0) 참조].
구간 (a1)에 있어서, 운전자가 액셀러레이터 페달을 답입하여 가속을 시작하면, 우선 실 차속(VSP)이 상승하고, 이것에 수반하여 미래 차속(VSP*)도 상승한다. 이러한 미래 차속에서의 상승에 의해, 추정 차속(VSP1)과 실 차속(VSP) 사이에 차속 편차(Verr1)가 발생한다.
구간 (a2)에 있어서, 실 차속(VSP)이 더욱 상승하고, 이것에 수반하여 미래 차속(VSP*)도 상승한다. 또한, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]은 구간 (a1)에 있어서 발생한 차속 편차(Verr1)에 피드백 게인(k1)을 승산한 값으로서 출력된다. 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]에 기초하여 추정 차속(VSP1)도 상승한다. 이때, 추정 차속(VSP1)과 실 차속(VSP) 사이에 차속 편차(Verr2)가 발생한다.
구간 (a3)에 있어서, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]으로서 구간 (a2)에 있어서 산출된 차속 편차(Verr2)가 가산되어, k1(Verr1＋Verr2)이 산출된다. 이 값은, 미래 차속(VSP*)에는 아직 도달되어 있지 않지만, k1(Verr1＋Verr2)은 큰 값으로서 산출된다. 이때, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]과 미래 차속의 차는 구간 (a2)에 비해 작게 되어 있다(정밀도가 높아져 있음). 이때, 추정 차속(VSP1)과 실 차속(VSP) 사이에 차속 편차(Verr3)가 발생한다.
구간 (a4)에 있어서, 이대로 변경없이 제어를 계속하면, 다음 제어 주기에 있어서는, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]으로서 k1(Verr1＋Verr2＋Verr3)이 산출된다. 이 값은, 미래 차속(VSP*)보다도 크게 되어 있어, 오버슈트되어 버린다[도 6의 (a4)의 ②' 참조]. 특히, 구간 (a1) 내지 (a3)에 있어서의 추종 제어를 확보하기 위해, 피드백 게인(k1)이 큰 값으로 설정된다. 따라서, 이 경향은 현저해지는 것이 발견되었다.
예측 차속(VSP2)은, 애당초 이상 변속선을 원하는 타이밍에 넘기 위해 산출되는 값이다. 이 값이 오버슈트되면, 이상 변속선을 빠르게 넘어 버린다. 또한, 가속력이 불충분해져 충분한 동력 성능을 얻을 수 없다.
따라서, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]이 실 차속(VSP)을 상회하였을 때에는, 피드백 게인(k1)을 작은 값(k2)으로 변경하는 것으로 하였다. 이에 의해, 적분 연산값(V)[≒예측 차속(VSP2)]은, k2(Verr1＋Verr2＋Verr3)[＜k1(Verr1＋Verr2＋Verr3)]가 되어, 미래 차속(VSP*)에 빠르게 수렴할 수 있다.
즉, 일정속 주행시에 운전자가 액셀러레이터 페달을 크게 답입하면, 우선 실 차속(VSP)이 상승하고, 그것에 수반하여 발생하는 적분 연산값(V)에 기초하여 예측 차속(VSP2)이 연산된다. 이때, 예측 차속(VSP2)은 실 차속(VSP)보다 낮게 연산된 후, 서서히 적분 연산 결과가 겹쳐짐으로써, 예측 차속(VSP2)이 실 차속(VSP)에 따라붙고, 그 후, 소정 시간 후의 예측 차속(VSP2)이 고정밀도로 추정될 수 있다. 피드백 게인은, 상기 적분 연산값(V)이 실 차속(VSP)을 빠르게 상회하도록 설정될 필요가 있으며, 만일 그렇지 않으면 원하는 응답성을 확보할 수 없다.
상기 현상을 근거로 하여, 예측 차속이 미래 차속(VSP*)에 근접하였다고 판정할 수 있는 타이밍에, 피드백 게인을 작은 값으로 절환할 수 있으면, 응답성과 수렴성의 양립이 도모될 수 있다.
따라서, 미래 차속(VSP*)에 따라붙기 직전의 현상을 검증한 결과, 적분 연산값(V)이 실 차속(VSP)을 추월하였을 때, 예측 차속(VSP2)이 미래 차속(VSP*)에 따라붙는 것이 판명되었다. 따라서, 적분 연산값(V)이 실 차속(VSP)을 추월하는 현상을 트리거로 하여, 피드백 게인을 작은 값으로 절환하면, 응답성과 수렴성의 양립을 도모할 수 있다.
또한, 상기 논리 구성에 따르면, 위상 보상 전 예측 차속(VSP22)이나 예측 차속(VSP2)이 차속(VSP)을 상회하였을 때에 피드백 게인의 수정이 행하여 지는 것을 주목해야 한다. 그러나 위상 보상 전 예측 차속(VSP22)이나 예측 차속(VSP2)에 대해서, 실 차속(VSP)과 추정 차속(VSP1)의 편차에는 관계가 없는 요소인 가속 성분 차속(Va)이 가산되어 있다. 위상 보상 전 예측 차속(VSP22)이나 예측 차속(VSP2)의 각각은 수렴성을 평가하는 지표로서 문제가 있으므로, 적분 연산값(V)이 사용된다.
또한, 상기 오버슈트의 경향은, 가속시에 발생한다. 따라서, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 소정값 3/8보다도 클 때에만 실행하는 것으로 하였다. 즉, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 작을 때에는, 실 차속(VSP)과 추정 차속(VSP1)의 차속 편차(Verr)가 그다지 발생하는 일은 없고, 이때는 오버슈트가 작다.
도 7은 피드백 게인 설정 처리를 실시하였을 때의 타임차트이다. 액셀러레이터 페달이 답입되었을 때, 시각 t1에 있어서, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 3/8을 초과한다. 이 때, 예측 제어 처리가 개시된다. k1이 이때의 피드백 게인으로서 설정되어 있음을 주목해야 한다. 또한, 제1 실시예에서는, 예측 차속(VSP2)을 사용한 변속 제어는 4/8보다 큰 영역에서 행해지지만, 예측 차속(VSP2)의 산출 자체는 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 3/8인 때로부터 개시하고 있다.
시각 t2에 있어서, 적분 연산값(V)이 실 차속(VSP)을 상회하면, 피드백 게인이 k1로부터 k2로 전환된다. 이 때, 적분 연산값(V)은 작은 값으로서 산출되므로, 적분 연산값(V)은 한 번 저하된다. 그러나 변속 제어가 종료될 때까지는, 피드백 게인은 k2로 유지된다.
이와 같이 피드백 게인이 k1로부터 k2로 전환하지 않는 경우는, 도 7의 가는 실선으로 나타내는 바와 같이 예측 차속(VSP2)이 크게 오버슈트된다. 이에 대해, 제1 실시예에서는 도 7의 굵은 실선으로 나타내는 바와 같이 예측 차속(VSP2)은 미래 차속(VSP*)에 대해 고정밀도로 추종하고 있는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예에서는, 하기에 열거하는 작용 효과를 얻을 수 있다.
(1) 차량의 엔진(E)측에 접속되는 입력축(IN)과 차량의 구동계에 접속되는 출력축(OUT) 사이의 속도비를 변경하는 자동 변속기(AT)의 제어 장치에 있어서, 차량의 주행 속도인 실 차속(VSP)을 검출하는 차속 검출 수단(차속 검출 섹션)으로서의 차속 센서(1)와, 실 차속(VSP)에 기초하여 목표로 하는 소정 시간 미래의 차속인 예측 차속(VSP2)(추정 차속 2)을 연산하는 차속 추정 수단으로서의 차속 추정부(4)와, 예측 차속(VSP2)을 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하는 목표 변속비 연산 수단으로서의 변속 맵과, 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하는 변속 제어 수단으로서의 변속 제어부(5)를 갖고, 차속 추정부(4)는, 실 차속(VSP)과 후술하는 추정 차속(VSP1)의 편차(Verr)를 연산하는 차속 편차 연산부(401)와, 차속 편차(Verr)를 소정 게인(kF/B)에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 예측 차속(VSP2)을 추정하는 연산부[피드백 게인 승산부(402), 적분기(403), 차속 가산부(404), 위상 보상기(405) 등]와, 예측 차속(VSP2)에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속(VSP1)을 연산하는 추정 차속 연산부(406)와, 적분 연산 결과(V)가 상기 실 차속에 기초하는 소정값[제1 실시예에서는 실 차속(VSP)]을 초과하였을 때에는 소정 게인(kF/B)을 작게 하는 게인 변경부(스텝 S2)를 구비하였다.
즉, 적분 연산 결과(V)가 실 차속(VSP)에 근접할 때까지는, 소정 게인(kF/B)을 크게 함(＝k1)으로써, 예측 차속(VSP2)이 미래 차속(VSP*)에 근접할 때까지는 응답성을 확보할 수 있다. 한편, 예측 차속(VSP2)이 미래 차속(VSP*)에 근접한 후에는 소정 게인(kF/B)을 작게 한다(＝k2). 과잉의 오버슈트를 회피하면서 예측 차속(VSP2)이 미래 차속(VSP*)에 빠르게 수렴할 수 있다.
(2) 게인 변경부는, 액셀러레이터 페달 개방도가 소정값 이상일 때에만 작동하는 것으로 하였다(스텝 S1). 따라서, 오버슈트가 과잉일 때에만 게인을 변경함으로써, 제어의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 실 차속에 기초하는 소정값으로서 실 차속(VSP)을 사용하고, 적분 연산값(V)과 실 차속(VSP)의 관계에 기초하여 피드백 게인(kF/B)을 설정하였지만, 예를 들어 실 차속(VSP)에 소정의 값을 가산 혹은 감산한 값과 적분 연산값(V)을 비교하여 판단하는 것으로 해도 좋다. 예를 들어, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 클 때에는, 오버슈트되기 쉽다고 판단할 수 있다. 따라서, 실 차속(VSP)으로부터 소정의 값(VSP)을 감산한 값을 적분 연산값(V)과 비교하는 것으로 해도 좋다.
또한, 제1 실시예에서는, 피드백 게인(kF/B)을 변경하였지만, 적분기(403) 내에서 가산되어 있었던 값을 리셋하거나, 혹은 소정량 감산할 수 있다. 따라서, 적분 연산값(V)을 작은 값으로 설정하는 것으로 해도 좋다.
또한, 제1 실시예에서는, 가속도 센서(3)의 값에 기초하여 가속 성분을 가산하였다. 그러나, 가속 성분을 가산하는 일 없이, 큰 피드백 게인(k1)을 사용하여 제어해도 좋다. 또한, 제1 실시예에서는, 위상 보상기(405)를 사용하였지만, 위상 보상기가 없는 구성으로 해도 좋다.
또한, 가속도 센서(3)를 구비하고 있지 않은 경우에는, 엔진의 운전 상태나, 자동 변속기의 변속단으로부터 구동력을 구하여, 실 차속 등으로부터 주행 저항을 연산한다. 그 후에, 이들에 기초하여 차량 가속도를 연산하도록 해도 좋다.
다음에, 그 밖의 기술 사상을 이하에 나타낸다. 또한, 작용 효과는, 상기 (1) 및 (2)와 동일하다.
(3) 자동 변속기의 제어 장치이며, 상기 자동 변속기(AT)는, 차량의 엔진(E)측에 접속되는 입력축(IN)과 차량의 구동계에 접속되는 출력축(OUT) 사이의 속도비를 변경하도록 구성되고, 상기 제어 장치는, 차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하도록 구성된 차속 검출 섹션(1)과, 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하고(4), 상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하고〔변속 맵〕, 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 추정 차속 2를 연산할 때에는, 상기 실 차속과 추정 차속 1의 편차(Verr)를 연산하고(401), 상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 상기 추정 차속 2를 추정하고(402, 403, 404, 405), 상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하고(406), 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인(KF/B)을 작게 하도록(스텝 S2) 구성되어 있다.
(4) 상기 항목 (3)에 기재된 자동 변속기의 제어 장치에 있어서, 제어 장치는 액셀러레이터 페달 개방도가 소정값 이상일 때에만 상기 소정 게인을 작게 하도록 상기 소정 게인을 변경한다.
(5) 자동 변속기의 제어 방법이며, 상기 자동 변속기(AT)는, 차량의 엔진(E)측에 접속되는 입력축(IN)과 차량의 구동계에 접속되는 출력축(OUT) 사이의 속도비를 변경하도록 구성되고, 상기 제어 방법은, 차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하고(1), 상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하고(ATCU, 4), 상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하고(ATCU, 변속 맵), 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하고(ATCU, 5), 상기 추정 차속 2를 연산할 때에는, 상기 실 차속과 추정 차속 1의 편차(Verr)를 연산하고(ATCU, 401), 상기 차속 편차를 소정 게인(KF/B)에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 상기 추정 차속 2를 추정하고(ATCU, 402, 403, 404, 405), 상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하고(ATCU, 406), 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 한다(ATCU, 스텝 S2).
(6) 액셀러레이터 페달 개방도가 소정값 이상일 때에만 상기 소정 게인을 작게 하는 구성으로 하는 상기 항목 (5)에 기재된 자동 변속기의 제어 방법.

Claims (3)

  1. 차량의 엔진측에 접속되는 입력축과 차량의 구동계에 접속되는 출력축 사이의 속도비를 변경하는 자동 변속기의 제어 장치에 있어서,
    차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하는 차속 검출 수단과,
    상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간의 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하는 차속 추정 수단과,
    상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하는 목표 변속비 연산 수단과,
    상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하는 변속 제어 수단을 포함하고,
    상기 차속 추정 수단은,
    상기 실 차속과 후술하는 추정 차속 1의 편차를 연산하는 차속 편차 연산부와,
    상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 추정 차속 2를 연산하는 추정 차속 2 연산부와,
    상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하는 추정 차속 1 연산부와,
    상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 하는 게인 변경부를 포함하고,
    상기 게인 변경부는, 액셀러레이터 페달 개방도가 소정값 이상일 때에만 작동하는 것을 특징으로 하는, 자동 변속기의 제어 장치.
  2. 자동 변속기의 제어 장치이며,
    상기 자동 변속기는, 차량의 엔진측에 접속되는 입력축과 차량의 구동계에 접속되는 출력축 사이의 속도비를 변경하도록 구성되고, 상기 제어 장치는, 차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하도록 구성된 차속 검출 섹션과, 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간의 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하고, 상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하고, 상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하도록 구성되고,
    상기 제어기는, 상기 추정 차속 2를 연산할 때에는, 상기 실 차속과 추정 차속 1의 편차를 연산하고, 상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 상기 추정 차속 2를 추정하고, 상기 추정 차속 2에 기초하여, 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하고, 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 하도록 구성되고,
    상기 제어기는 액셀러레이터 페달 개방도가 소정값 이상일 때에만 상기 소정 게인을 작게 하도록 상기 소정 게인을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 자동 변속기의 제어 장치.
  3. 자동 변속기의 제어 방법이며,
    상기 자동 변속기는, 차량의 엔진측에 접속되는 입력축과 차량의 구동계에 접속되는 출력축 사이의 속도비를 변경하도록 구성되고,
    상기 제어 방법은,
    차량의 주행 속도인 실 차속을 검출하는 단계와,
    상기 실 차속에 기초하여 목표로 하는 소정 시간의 미래의 차속인 추정 차속 2를 연산하는 단계와,
    상기 추정 차속 2를 포함하는 소정의 운전 상태 신호에 기초하여 목표 변속비를 연산하는 단계와,
    상기 목표 변속비에 기초하여 상기 자동 변속기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 추정 차속 2를 연산할 때에는, 상기 실 차속과 추정 차속 1의 편차를 연산하고, 상기 차속 편차를 소정 게인에 의해 적분 연산한 적분 연산 결과에 기초하여 상기 추정 차속 2를 추정하고, 상기 추정 차속 2에 기초하여 소정의 지연 동작을 행하는 지연 요소에 의해 추정 차속 1을 연산하고, 상기 적분 연산 결과가 상기 실 차속에 기초하는 소정값을 초과하였을 때에는 상기 소정 게인을 작게 하도록 하고,
    액셀러레이터 페달 개방도가 소정값 이상일 때에만 상기 소정 게인을 작게 하도록 하는 것을 특징으로 하는, 자동 변속기의 제어 방법.
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