JP2002283879A - 無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低μ路から高μ路へ復帰したときの加速度の
初期応答を向上させる。 【解決手段】 状態空間法を用いたモデルフォローイン
グ制御手法により加速度推定値αwfを目標加速度αw^*に
一致させるための操作量を演算し、エンジンと無段変速
機を制御する場合に、駆動輪のスリップ状態を検出し
（４ｆ）、駆動輪のスリップ状態に応じて状態フィード
バックゲインを切り換えるとともに、駆動輪がスリップ
状態から非スリップ状態へ変化したときは積分手段４ｂ
の初期値を０にリセットする。これにより、低μ路走行
で積分手段４ｂの積分値が増加しているときに高μ路へ
変化しても、無用な積分値が０にリセットされ、高μ路
進入後の制御量（例えば加速度やプライマリープーリー
回転速度）の応答性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無段変速機を備え
た車両の加減速度を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】状態空間法を用いたモデルフォローイン
グ制御装置として、図１７に示すように、制御対象の状
態量ｘ(t)、規範モデルの状態量ｘm(t)、および規範モ
デルの出力ｙm(t)と制御対象の出力ｙ(t)との偏差ｅ(t)
の積分値のすべてを状態量とした拡大システムを定義
し、状態フィードバックを施すことによってロバスト性
を改善したモデル追従型サーボコントローラーが知られ
ている（例えば、「航空宇宙における誘導と制御」西
村、金井、村田共著 コロナ社 pp１０１〜pp１０３参
照）。

【０００３】さらに、モデルフォローイング制御の具体
的な応用例として、ＣＶＴなどの無段変速機を備えた車
両の駆動力制御装置がある（例えば、特開平１１−１０
５５８４号公報参照）。この装置では、エンジンの最適
燃費（効率）運転線、あるいは燃料カット時のエンジン
ブレーキ特性線に基づいて決定したエンジン運転点拘束
条件、すなわちエンジントルクとエンジン回転速度との
関係を満たしながら、第１目標である目標駆動力に推定
駆動力を一致させるために必要なエンジントルク指令値
と無段変速機の変速比指令値を演算し、それぞれ別個に
制御して二つの指令値を同時に達成するフィードバック
補償器を構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のシステムを用いて高μ路から低μ路へ進入した場合
に、駆動輪速度や加速度が大きくハンチングすることが
考えられる。この対策として、スリップ状態を検出した
場合はスリップ用（低μ路用）の状態フィードバックゲ
インへ切り換えることが考えられるが、低μ路走行時は
高μ路走行時に比べて達成可能な最大加速度が低下する
ため、目標加速度と実際の加速度との偏差積分値が増加
しやすく、次に高μ路へ復帰した際の加速度の初期応答
を悪化させることになる。

【０００５】本発明の目的は、低μ路から高μ路へ復帰
したときの加速度の初期応答を向上させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明の一実施の形態を示
す図１および図９に基づいて本発明を説明すると、 （１） 請求項１の発明は、車速を検出する車速検出手
段８と、車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する
加速度推定手段４と、車両の目標加速度αw^*を設定する
目標加速度設定手段４と、状態空間法を用いたモデルフ
ォローイング制御手法により加速度推定値αwfを目標加
速度αw^*に一致させるための操作量を演算してエンジン
１と無段変速機３を制御する制御手段４であって、目標
加速度αw^*を入力し加速度指令値αrefを出力する規範
モデル手段４ａと、加速度指令値αrefと加速度推定値
αwfとの偏差を積分する積分手段４ｂと、積分手段４ｂ
の出力を用いて操作量を演算する状態フィードバック手
段４ｃとを有する制御手段４と、駆動輪のスリップ状態
を検出するスリップ状態検出手段４ｆとを備え、駆動輪
のスリップ状態に応じて状態フィードバックゲインを切
り換えるとともに、駆動輪がスリップ状態から非スリッ
プ状態へ変化したときは積分手段４ｂの初期値を０にリ
セットする。 （２） 請求項２の発明は、車速を検出する車速検出手
段８と、車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する
加速度推定手段４と、車両の目標加速度αw^*を設定する
目標加速度設定手段４と、無段変速機入力軸の回転速度
を検出する回転速度検出手段１１と、無段変速機入力軸
の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段４と、
状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法によ
り加速度推定値αwfを目標加速度αw^*に一致させるため
の無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*
を演算してエンジン１と無段変速機３を制御する制御手
段４であって、目標加速度αw^*を入力し加速度指令値α
refを出力する規範モデル手段４ａと、加速度指令値αr
efと加速度推定値αwfとの偏差を積分する第１の積分手
段４ｂと、無段変速機入力軸の目標回転速度と回転速度
検出値との偏差を積分する第２の積分手段４ｅと、第１
および第２の積分手段４ｂ、４ｅの出力を用いて無段変
速機入力トルク指令値Ｔp^*と変速比指令値Ｉp^*を演算す
る状態フィードバック手段４ｃとを有する制御手段４
と、駆動輪のスリップ状態を検出するスリップ状態検出
手段４ｆとを備え、駆動輪のスリップ状態に応じて状態
フィードバックゲインを切り換えるとともに、駆動輪が
スリップ状態から非スリップ状態へ変化したときは第１
および第２の積分手段４ｂ、４ｅの初期値を０にリセッ
トする。 （３） 請求項３の無段変速機を備えた車両の加減速度
制御装置は、状態フィードバックゲインを切り換えると
きに、切り換え前後で操作量が連続的に変化するように
積分手段４ｂの初期値を設定する初期値設定手段４を備
える。 （４） 請求項４の無段変速機を備えた車両の加減速度
制御装置は、状態フィードバックゲインを切り換えると
きに、切り換え前後で操作量が連続的に変化するように
第１および第２の積分手段４ｂ、４ｅの初期値を設定す
る初期値設定手段４を備える。 （５） 請求項５の無段変速機を備えた車両の加減速度
制御装置は、車速検出値と無段変速機入力トルクとに基
づいて状態フィードバックゲインＫを切り換えるように
したものである。

【０００７】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。

【０００８】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、状態
空間法を用いたモデルフォローイング制御手法により加
速度推定値を目標加速度に一致させるための操作量を演
算してエンジンと無段変速機を制御する場合に、駆動輪
のスリップ状態を検出し、駆動輪のスリップ状態に応じ
て状態フィードバックゲインを切り換えるとともに、駆
動輪がスリップ状態から非スリップ状態へ変化したとき
は積分手段の初期値を０にリセットするようにしたの
で、低μ路走行で積分手段の積分値が増加しているとき
に高μ路へ変化しても、無用な積分値が０にリセットさ
れ、高μ路進入後の制御量（例えば加速度やプライマリ
ープーリー回転速度）の応答性を向上させることができ
る。 （２） 請求項２の発明によれば、状態空間法を用いた
モデルフォローイング制御手法により加速度推定値を目
標加速度に一致させるための無段変速機入力トルク指令
値と変速比指令値を演算してエンジンと無段変速機を制
御する場合に、駆動輪のスリップ状態を検出し、駆動輪
のスリップ状態に応じて状態フィードバックゲインを切
り換えるとともに、駆動輪がスリップ状態から非スリッ
プ状態へ変化したときは第１および第２の積分手段の初
期値を０にリセットするようにしたので、低μ路走行で
積分手段の積分値が増加しているときに高μ路へ変化し
ても、無用な積分値が０にリセットされ、高μ路進入後
の制御量（例えば加速度やプライマリープーリー回転速
度）の応答性を向上させることができる。 （３） 請求項３および４の発明によれば、状態フィー
ドバックゲインを切り換えるときに、切り換え前後で操
作量が連続的に変化するように積分手段の初期値を設定
するようにしたので、状態フィードバックゲインの切り
換え前後においても操作量が連続的に変化し、フィード
バック制御系の応答が乱れることがない。 （４） 請求項５の発明によれば、車速検出値と無段変
速機入力トルクとに基づいて状態フィードバックゲイン
を切り換えるようにしたので、無段変速機を備えた車両
のような非線形な制御対象であっても、広い車速域と広
いトルク域において安定でかつ応答の速い制御性能を実
現することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の構成を示す
図である。一実施の形態の車両のパワートレインはエン
ジン１、ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター
２および無段変速機（ＣＶＴ）３から構成される。エン
ジン１は、電子制御式スロットルバルブアクチュエータ
ー（不図示）による吸入空気量制御と、インジェクター
（不図示）による燃料噴射制御と、点火装置（不図示）
による点火時期制御とにより、エンジントルクが制御さ
れる。

【００１０】ロックアップクラッチ付きトルクコンバー
ター２のロックアップクラッチは、極低速域でのみ開放
して停車と発進とを可能にし、さらに振動をダンピング
する。一方、中高速域ではロックアップクラッチを締結
して伝達効率を向上させる。無段変速機３は、ベルトを
張るプライマリープーリーとセカンダリープーリーの有
効半径を油圧機構（不図示）で調節して変速比を可変に
する。なお、無段変速機３はベルト式に限定されず、例
えばトロイダル式でもよい。

【００１１】加減速度コントローラー４、エンジントル
クコントローラー５およびＣＶＴ＆クラッチコントロー
ラー６はそれぞれ、マイクロコンピューターとＲＯＭ、
ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーター、各種タイマーなどの周辺
回路や、通信回路、各種アクチュエーターの駆動回路な
どを備え、互いに高速通信線１３を介して通信を行う。

【００１２】加減速度コントローラー４は、車速検出値
にバンドパスフィルター処理を施して車両の加速度αwf
を推定し、この加速度推定値αwfを加速度検出値とし
て、目標加速度αw^*に対する加速度推定値αwfの望まし
い応答を演算する規範モデル出力αrefにフィードバッ
クし、加速度フィードバック制御を行う。加減速度コン
トローラー４には、アクセルペダルの踏み込み量（以
下、アクセル開度と呼ぶ）Ａpoを検出するアクセルセン
サー７と、駆動輪１４および従動輪（不図示）の周速
（以下、車輪速および車体速と呼ぶ）Ｖw、Ｖbを検出す
るための車輪速センサー８とが接続される。

【００１３】エンジントルクコントローラー５は、吸入
空気量制御、燃料噴射制御および点火時期制御によりエ
ンジン１のトルクを制御する。エンジントルクコントロ
ーラー５には、エンジン１の回転速度ωeを検出するた
めのクランク角センサー９が接続される。ＣＶＴ＆クラ
ッチコントローラー６は、油圧機構（不図示）を制御し
て無段変速機３の変速比を制御する。ＣＶＴ＆クラッチ
コントローラー６には無段変速機３のプライマリープー
リーの回転速度ωpを検出するためのプライマリー速度
センサー１０と、セカンダリープーリーの回転速度ωs
を検出するためのセカンダリー速度センサー１１とが接
続される。

【００１４】図２は、一実施の形態の加速度制御プログ
ラムを示すフローチャートである。このフローチャート
により、一実施の形態の動作を説明する。加減速度コン
トローラー４のマイクロコンピューターは、所定の時間
間隔、例えば１０msecごとにこの制御プログラムを実行
する。

【００１５】ステップ１において、アクセルセンサー７
からアクセル開度Ａpoを読み込む。ステップ２では、車
輪速センサー８からのパルス信号を計測してタイヤの有
効半径Ｒに対する駆動輪１４および従動輪の周速、すな
わち車輪速Ｖwおよび車体速Ｖbを検出する。なお、高μ
路走行時には車輪速Ｖwと車体速Ｖbは等しい。

【００１６】ステップ２０では、ステップ２で検出され
た車輪速Ｖwおよび車体速Ｖbを用いてスリップ状態の判
断を行う。スリップ状態の判断は次のようにして行う。
スリップ率（＝｜Ｖb−Ｖw｜／Ｖb）が所定値α1より大
きい状態が所定時間以上Ｔon1継続したらスリップ状態
にあると判断し、スリップ率が所定値β1（＜α1）より
小さい状態が所定時間Ｔoff1（＞Ｔon1）以上継続した
らスリップ状態が解消されたと判断する。なお、スリッ
プ率の代わりにスリップ量（＝｜Ｖb−Ｖw｜）を用いて
スリップ状態の判断を行ってもよい。すなわち、スリッ
プ量が所定値α2より大きい状態が所定時間Ｔon2以上継
続したらスリップ状態にあると判断し、スリップ量が所
定値β2（＜α2）より小さい状態が所定時間Ｔoff2（＞
Ｔon2）以上継続したらスリップ状態が解消されたと判
断する。スリップ状態の判断方法はこの実施の形態の判
断方法に限定されず、他の多くの方法を用いることがで
きる。スリップ時にはスリップフラグｆsに１をセット
し、非スリップ時には０をセットする。

【００１７】続くステップ３で、ＣＶＴ＆クラッチコン
トローラー６から高速通信線１３を介して無段変速機３
のプライマリープーリー（入力軸）の回転速度ωp、セ
カンダリープーリー（出力軸）の回転速度ωsおよび変
速比Ｉp（＝ωp／ωs）を読み込むとともに、エンジン
トルクコントローラー５から高速通信線１３を介してエ
ンジン１の回転速度ωeを読み込む。

【００１８】ステップ４において、アクセル開度Ａpoと
車輪速Ｖwとに基づいて目標加速度αw^*を演算する。具
体的には、図３に示すようなアクセル開度Ａpoと車輪速
Ｖwに対する目標加速度αw^*のマップを設定しておき、
検出したアクセル開度Ａpoと車輪速Ｖwに対する目標加
速度αw^*を表引き演算する。なお、自動車速制御中の場
合はセットスイッチ、アクセラレートスイッチ、コース
トスイッチなどの目標車速の設定操作に応じて目標加速
度αw^*を設定する。

【００１９】ステップ５では、車輪速Ｖwにバンドパス
フィルター処理を施して加速度推定値αwfを演算する。
以下、加速度推定値αwfの演算方法を説明する。

【００２０】まず、車輪速Ｖwを入力とし加速度推定値
αwfを出力とする連続時間系の伝達関数Ｇbp(s)を次の
ように記述する。

【数１】 （１）式において、ｓはラプラス演算子、ωnは固有角
周波数、ζnは減衰率であり、ωnとζnは車輪速検出値
Ｖwに含まれるノイズレベルに応じて決定する。

【００２１】次に、この伝達関数Ｇbp(s)を状態ベクト
ルによる表現に変換すると、図４に示すブロック線図で
表され、状態変数ベクトルｘfを用いた状態方程式と出
力方程式は次のように記述される。

【数２】 （２）式において、Ａf、Ｂf、Ｃf、Ｄfは固有角周波数
ωnや減衰率ζnから決まる定数行列である。

【００２２】バンドパスフィルターの出力である加速度
推定値αwf以外に、バンドパスフィルターの内部状態変
数ベクトルｘfを算出するために、（２）式に示す連続
時間系の状態方程式と出力方程式の形で演算を行う。ま
た、加速度制御用状態フィードバック補償器の設計を連
続時間系で行うために積分演算をオイラー積分とする
と、上記（２）式の状態方程式と出力方程式を、実際に
マイクロコンピューターのソフトウエアで実行可能な差
分方程式として次のように表すことができる。

【数３】 （３）式において、Ｔsmpはサンプリング周期であり、
この実施の形態では１０msecである。また、（ｋ）は現
在値、（ｋ−ｎ）はｎサンプリング周期前の値を示す。
この（３）式を実行して加速度推定値αwfを求める。

【００２３】ステップ６では、エンジントルク指令値Ｔ
e^*から実際のエンジントルクＴeまでを簡易な一次遅れ
モデルとし、エンジントルク指令値Ｔe^*に対する実際の
エンジントルクＴeを推定する。まず、エンジントルク
指令値Ｔe^*から実際のエンジントルクＴeまでの連続時
間系の伝達関数Ｇeng(s)を次のように記述する。

【数４】 （４）式において、Ｔengは時定数である。

【００２４】（４）式をタスティン近似などで離散化
し、実際にマイクロコンピューターのソフトウエアで実
行可能な差分方程式を求めて実行する。

【数５】 （５）式において、TEN０、TEN１、TED１は時定数Ｔeng
およびサンプリング周期Ｔsmpから決まる定数である。

【００２５】ステップ７では、図５に示すような予め設
定したエンジン運転点拘束線マップから、エンジントル
ク推定値Ｔeに対応するエンジン回転速度ωeを表引き演
算する。エンジン運転点拘束線マップ図５において、正
のトルク域ではエンジン最適燃費運転線を拘束線として
用い、負のトルク域ではエンジンブレーキ特性線を拘束
線として用いる。なお、エンジン最適燃費運転線はエン
ジン等出力線上の最も燃料消費量が少ないエンジン運転
点を連ねた特性線である。また、エンジンブレーキ特性
線はスロットルバルブ全閉で、且つ燃料カット時のエン
ジン運転点であり、このエンジンブレーキ特性線に沿っ
て制御することにより、無段変速機３のダウンシフト時
のエンジンブレーキ制御を可能にする。

【００２６】ここで、トルクコンバーター２のロックア
ップクラッチが締結された状態を考えると、エンジン回
転速度ωeは無段変速機３のプライマリープーリー（入
力軸）の回転速度ωpに等しい。そこで、図５のマップ
から表引き演算して求めたエンジン回転速度ωeを目標
プライマリープーリー回転速度（無段変速機入力軸回転
速度）ωp^*とする。そして、目標プライマリープーリー
回転速度ωp^*と実際のプライマリープーリーの回転速度
ωpとの偏差を積分した値Ｚを算出する。

【数６】

【００２７】ステップ８において、加速度フィードバッ
ク制御でゲイン切り換えを行うための運転領域判定を行
う。この実施の形態では、図６に示すように、車輪速Ｖ
wの値と無段変速機３の入力トルクＴpの符号とに基づい
て運転領域を６分割し、ゲインＫの切り換えを行う。な
お、トルクコンバーター２のロックアップクラッチが締
結された状態では、無段変速機３の入力トルクＴpはエ
ンジントルクＴeに等しい。

【００２８】ゲインＫにはスリップ時（フラグｆs＝
１）と非スリップ時（ｆs＝０）とで異なる値を設定す
る。この実施の形態では高μ路走行時の非スリップ用ゲ
インをＫhとし、低μ路走行時のスリップ用ゲインをＫl
（＜Ｋh）とする。そして、車輪速Ｖwと無段変速機入力
トルクＴpによる分割領域とスリップの有無によりゲイ
ンＫを選択する。これにより、スリップ時には、制御量
（加速度、プライマリープーリー回転速度）の応答性を
緩慢にしてスリップの影響を抑制することができる。

【００２９】１サンプリング周期前の運転領域と今回の
サンプリング周期における運転領域とが同一領域の場合
はステップ１０へ進み、異なる場合はステップ９へ進
む。ステップ９では、状態フィードバックゲインの切り
換えの準備として、加速度制御用フィードバック補償器
内の２個の積分器の初期値を算出する。具体的には、予
めＲＯＭに記憶した各運転領域に対応した状態フィード
バックゲイン定数行列の中から、１サンプリング周期前
の運転領域に対応したＫold、今回の運転領域に対応し
たＫnewを選択する。ゲイン切り換え前後で補償器出力
Ｕが連続的に変化するように、後述する状態フィードバ
ック演算の（１５）式を解いた次式を用いて、加速度偏
差積分器の初期値Ｘi_iniと、プライマリープーリー回
転速度偏差積分器の初期値Ｚiniを算出する。

【数７】 （７）式において、（ｋ）は今回のサンプリング周期に
おける値を示し、（ｋ−１）は１サンプリング周期前の
値を示す。

【００３０】ただし、この実施の形態では低μ路（スリ
ップ状態ｆs＝１）を走行しているときに高μ路（非ス
リップ状態ｆs＝０）へ変化した場合には、加速度偏差
積分器の初期値Ｘi_iniとプライマリープーリー回転速
度偏差積分器のＺiniをともに０にリセットする。つま
り、加速度偏差積分器の積分値Ｘiとプライマリープー
リー回転速度偏差積分器の積分値Ｚをともに０にリセッ
トする。これにより、低μ路走行で偏差積分値Ｘi、Ｚ
が増加しているときに高μ路へ変化しても、無用な偏差
積分値Ｘi、Ｚが０にリセットされ、高μ路進入後の制
御量（加速度、プライマリープーリー回転速度）の応答
性を向上させることができる。

【００３１】ステップ１０において、加速度制御用フィ
ードバック補償器の演算を行う。この実施の形態では、
実用的な線形制御手法の一つである「モデルフォローイ
ング制御」を用いる。以下にその制御系設計手法を説明
する。

【００３２】まず、制御系設計用のプラントモデルの導
出を行う。図７に示す無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*
および変速比指令値Ｉp^*を入力とし、駆動輪加速度推定
値αwfおよびプライマリー回転速度ωpを出力とする非
線形車両モデルを特定運転点（Ｔp0、Ｉp0、ωp0）で線
形近似したモデルを次式に示す。

【数８】 （８）式および図７において、Ｔeはエンジントルク、
Ｔpは無段変速機入力トルク、Ｔineはイナーシャトル
ク、Ｉpは無段変速機変速比、ωeはエンジン回転速度、
ωpは無段変速機プライマリープーリー回転速度、ωwは
駆動輪回転速度（Ｖw＝Ｒ・ωw）、Ｖwは駆動輪速度、
αwは駆動輪加速度、Ｍは車両質量、Ｒはタイヤの有効
半径、Ｉfはファイナルギア比、Ｔ1はエンジントルク系
の時定数（＝Ｔeng）、Ｔ2は変速比サーボ系の時定数、
Ｊ1はエンジン１から無段変速機３のプライマリープー
リーまでのイナーシャである。

【００３３】（８）式に示す線形近似車両モデルに対し
て、（２）式に示すバンドパスフィルターモデルと、下
記（９）式に示すエンジン運転点拘束条件に関する偏差
積分モデルとを結合した拡大系モデルを制御系設計用プ
ラントモデルとする。

【数９】 （９）式において、ｋaは定数であり、エンジン運転点
拘束条件に関する非線形マップを特定点で線形近似した
ものである。

【００３４】拡大系のプラントモデルを図８に示す状態
ベクトルを用いたブロック線図で表し、連続時間系の状
態方程式および出力方程式の形で次のように記述する。
ただし、トルクコンバーター２のロックアップクラッチ
締結状態の場合は、無段変速機３の入力トルクＴpはエ
ンジントルクＴeに等しい。

【数１０】 （１０）式において、入力数２、出力数１、状態数６で
あり、Ａp、Ｂp、Ｃp、Ｄpは定数行列である。また、Ｔ
p^*は無段変速機３の入力トルク指令値、Ｉp^*は無段変速
機３の変速比指令値である。さらに、ｘf1、ｘf2は、
（１）式に示す二次式で表したバンドパスフィルターの
内部状態変数ベクトルｘfの要素である。

【００３５】目標加速度αw^*に対する加速度推定値αwf
の望ましい応答性を示す規範モデルを一次遅れとし、そ
の伝達関数、状態方程式および出力方程式を次のように
表す。

【数１１】 （１１）式において、Ｔαwは時定数である。

【００３６】以上の拡大系プラントモデルと規範モデル
に、「状態フィードバックによるモデルフォローイング
制御手法」を用いて加速度サーボ系を構成した場合の制
御ブロック図を図９に示す。なお、図９において太線は
ベクトルを表し、細線はスカラーを表す。

【００３７】このような補償器を構成することによっ
て、規範モデル出力の加速度指令値αrefに加速度推定
値αwfが定常偏差なく一致する。また同時に、状態フィ
ードバックによってすべての状態変数が安定化される。
つまり、状態変数の一つである無段変速機３のプライマ
リープーリー（入力軸）の回転速度偏差積分値Ｚも安定
化されるため、結果として無段変速機３のプライマリー
プーリーの目標回転速度ωp^*に実回転速度ωpが定常偏
差なく一致する。

【００３８】図９に示す状態フィードバックゲインＫ
（定数行列）は、上述した拡大系プラントモデルと規範
モデルをさらに結合した図１０に示す結合モデルに対し
て、一般的な「最適レギュレーター手法」などを用いて
求める。ただし、規範モデル出力の加速度指令値αref
と推定加速度αwfの偏差積分量をＸiとする。

【数１２】

【００３９】次に、実際の処理をマイクロコンピュータ
ーのソフトウエアで実行可能な差分方程式の形に表す。
まず、規範モデルの演算は次の差分方程式により実行す
る。

【数１３】 （１３）式において、MAN０、MAN１、MAD１は上記（１
１）式をタスティン近似などで離散化して得られた定数
である。次に、加速度の偏差積分演算は次の差分方程式
により実行する。

【数１４】 さらに、状態フィードバック演算は次式により実行す
る。

【数１５】 そして、次式によりエンジントルク指令値Ｔe^*を決定す
る。

【数１６】 （１６）式において、Ｌは無段変速機３のロックアップ
クラッチ非締結時のトルクコンバーターのスリップ率の
関数である。なお、ロックアップクラッチの締結状態と
非締結状態はＣＶＴ＆クラッチコントローラー６により
検出され、エンジンコントローラー５へ送信される。

【００４０】ステップ１１において、加速度制御用モデ
ルフォローイング補償器で演算されたエンジントルク指
令値Ｔe^*、変速比指令値Ｉp^*に上下限リミッター処理を
施し、エンジントルクコントローラー５およびＣＶＴ＆
クラッチコントローラー６で達成可能な値にそれぞれ制
限し、最終的なエンジントルク指令値Ｔe^*および変速比
指令値Ｉp^*とする。続くステップ１２では、エンジント
ルク指令値Ｔe^*をエンジントルクコントローラー５へ、
変速比指令値Ｉp^*をＣＶＴ＆クラッチコントローラー６
へそれぞれ高速通信線１３を介して出力する。エンジン
トルクコントローラー５はエンジントルクＴeが指令値
Ｔe^*となるように制御し、ＣＶＴ＆クラッチコントロー
ラー６は無段変速機３の変速比Ｉpが目標値Ｉp^*となる
ように制御する。

【００４１】次に、上記一実施の形態の中の本願発明に
係わる部分を整理して説明する。まず、説明を簡単にす
るために、スリップ状態と非スリップ状態でゲインを切
り換えず、Ｋl＝Ｋh＝Ｋとして説明する。

【００４２】上述したように、従来の加減速度制御装置
では線形制御理論に基づく線形コントローラーを、無段
変速機を備えた車両のような非線形な制御対象に適用す
る際に、例えば図１７に示すように、サーボコントロー
ラーの内部状態量、すなわち規範モデルの出力ｙm(t)と
制御対象の出力ｙ(t)との偏差ｅ(t)の積分値と無関係
に、状態フィードバックゲインＫ1、Ｋ2、Ｋ3を制御途
中で切り換えているので、ゲイン切り換え前後で操作
量、すなわちコントローラーの出力ｕ(t)が急変し、応
答が乱れたりして制御性能が悪化するという問題があ
る。

【００４３】このような従来の加減速度制御装置の問題
を解決するために、この実施の形態では、目標加速度と
目標無段変速機入力軸回転速度（この実施の形態では、
目標エンジン回転速度に等しい）を同時に達成するため
の無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置に対し
て、二つの操作量（コントローラーの出力値）、すなわ
ちエンジントルク指令値Ｔe^*（ロックアップクラッチ締
結時はＴe^*＝Ｔp^*）および変速比指令値Ｉp^*が、状態フ
ィードバックゲインＫの切り換え前後で連続的に変化す
るように、モデルフォローイングコントローラー内の２
個の積分器の初期値、すなわち図９に示す規範モデル
（４ａ）出力の加速度指令値αrefと制御対象プラント
（４ｄ）出力の加速度推定値αwfとの偏差を積分する第
１の積分器（４ｂ）の積分値Ｘiの初期値Ｘi_iniと、無
段変速機入力軸の目標回転速度ωp^*と回転速度検出値ω
pとの偏差を積分する第２の積分器（４ｅ）の積分値Ｚ
の初期値Ｚiniとを、状態フィードバックゲインＫの切
り換え時に設定する。

【００４４】「モデルフォローイング制御手法を用いた
加速度制御」を行うために、ステップ１０において、図
６に示す運転領域に対応した状態フィードバックゲイン
行列Ｋnewを用いて、（１４）式に示す状態フィードバ
ック演算を行う。運転点が同一の運転領域にあり続ける
場合は、同一のフィードバックゲイン行列が用いられて
連続的な制御がなされるが、別の運転点へ移行する場合
には、フィードバックゲイン行列がＫoldからＫnewへ切
り換わるので、制御が不連続となって操作量の無段変速
機入力トルク指令値Ｔp^*（無段変速機ロックアップクラ
ッチ締結時はＴp^*＝Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*が急
変しないようにしなければならない。

【００４５】一実施の形態では、ステップ８で運転領域
の切り換えが判定された場合に、ステップ９で加速度フ
ィードバック補償器の出力（操作量）、すなわち無段変
速機入力トルク指令値Ｔp^*および変速比指令値Ｉp^*がゲ
イン行列Ｋの切り換え前後で連続的に変化するように、
補償器内の積分器の初期値、すなわち加速度偏差積分値
Ｘiと無段変速機入力軸回転速度偏差積分値Ｚの初期値
を演算する。

【００４６】具体的には、次式を［Ｚ(k)，Ｘi(k)］で
解いた（７）式で算出する。

【数１７】

【００４７】図１１および図１２に、一実施の形態の加
減速度制御装置のシュミレーション結果を示す。なお、
図１１および図１２の下部の数字は図６に示す運転領域
番号を表す。また、トルクコンバーター２のロックアッ
プクラッチ締結時は無段変速機（ＣＶＴ）３の入力トル
ク指令値Ｔp^*はエンジントルク指令値Ｔe^*に等しい。

【００４８】図１１は、状態フィードバックゲイン切り
換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器初期値
を設定し直さなかった場合、つまり従来の加減速度制御
装置の応答結果を示す。ゲイン切り換え前後で加速度フ
ィードバック補償器出力の無段変速機３の入力トルク指
令値Ｔp^*（無段変速機ロックアップクラッチ締結時Ｔp^*
＝Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*が大きく急変し、加速
度αwfやプライマリープーリー回転速度ωpの応答波形
が大きく乱れている。

【００４９】一方、図１２は、状態フィードバックゲイ
ン切り換え時に加速度フィードバック補償器内の積分器
初期値を設定した場合、つまり上述した一実施の形態の
加減速度制御装置の応答結果を示す。ゲイン切り換え前
後で加速度フィードバック補償器出力の無段変速機３の
入力トルク指令値Ｔp^*（無段変速機ロックアップクラッ
チ締結時Ｔp^*＝Ｔe^*）および変速比指令値Ｉp^*が急変す
ることなく連続的に推移し、加速度αwfやプライマリー
プーリー回転速度ωpの応答波形が乱れることなく、目
標値によく追従している。

【００５０】このように、上述した一実施の形態では、
目標加速度と目標無段変速機入力軸回転速度とを同時に
達成するための無段変速機を備えた車両の加減速度制御
装置において、２つの操作量すなわち無段変速機入力ト
ルク指令値Ｔp^*（無段変速機ロックアップクラッチ締結
時Ｔp^*＝Ｔe^*）と変速比指令値Ｉp^*とが、状態フィード
バックゲインＫの切り換え前後で連続的に変化するよう
に、モデルフォローイングコントローラー内の規範モデ
ル出力の加速度指令値αrefと制御対象出力の加速度推
定値αwfとの偏差積分値Ｘiの初期値Ｘi_iniと、無段変
速機入力軸の目標回転速度ωp^*と回転速度検出値ωpと
の偏差積分値Ｚの初期値Ｚiniとを、状態フィードバッ
クゲインＫの切り換え時に設定するようにした。これに
より、状態フィードバックゲインの切り換え前後でも操
作量Ｔe^*、Ｉp^*が連続的に推移するので、フィードバッ
ク制御系の応答が乱れることがない。したがって、状態
フィードバックゲインの切り換えを比較的自由にできる
ので、ＣＶＴなどの無段変速機を備えた車両のような非
線形な制御対象であっても、広い運転領域において安定
で応答が速い制御性能を実現することができる。

【００５１】また、上述した一実施の形態では、車輪速
Ｖw（車速に相当）と無段変速機入力トルクＴp（無段変
速機ロックアップクラッチ締結時Ｔp＝Ｔe）に基づいて
状態フィードバックゲインＫを切り換える。車輪速Ｖw
と無段変速機入力トルクＴpは大きく値が変化するの
で、図７に示す非線形車両モデルを（８）式に示すよう
に線形近似した場合の、モデル化誤差による影響が大き
くならないように、上述した一実施の形態ではこれら２
つの車両状態量Ｖw、Ｔpに基づいて線形補償器のゲイン
切り換えを行う。

【００５２】さらに、（１０）式に示す制御系設計用モ
デルには、（６）式に示すプライマリープーリー回転速
度偏差積分モデルも包含している。つまり、図５に示す
エンジン運転点拘束線マップの傾きｋa（（９）式参
照）を含んでいるので、最適効率運転線を用いる正トル
ク域と、エンジンブレーキ特性線を用いる負トルク域で
は、必ず傾きｋaの符号が切り換わる。したがって、こ
れに起因した線形モデル化誤差の影響は大きく、無段変
速機入力トルクＴpの符号に対応した状態フィードバッ
クゲインＫの切り換えが必須となる。

【００５３】このように、この一実施の形態によれば、
車輪速Ｖwと無段変速機入力トルクＴp（＝エンジントル
クＴe）に基づいて状態フィードバックゲインＫを切り
換えるようにしたので、無段変速機を備えた車両などの
非線形な制御対象であっても、広い車速域、広いトルク
域において安定で応答が速い制御性能を実現することが
できる。

【００５４】《スリップ判断によるゲイン切り換え》次
に、スリップ状態または非スリップ状態の判断（図９の
４ｆ）に基づいて、スリップ状態ゲインＫlと非スリッ
プ状態ゲインＫhを切り換える場合について説明する。

【００５５】上述したように、状態フィードバックゲイ
ンＫの切り換え前後でプラント操作量（Ｔe^*、Ｉp^*）が
連続的に変化するように、状態フィードバックゲインＫ
の切り換え時にモデルフォローイングコントローラー内
の積分器（４ｂ、４ｅ）の初期値（Ｘi_ini、Ｚini）を
設定するだけでは、路面の状態を考慮していないので次
のような問題が残る。

【００５６】すなわち、高μ路から低μ路へ進入したと
きに、駆動輪速や加速度が大きくハンチングするおそれ
がある。そこで、駆動輪のスリップを判断し、スリップ
しているときは非スリップ用状態フィードバックゲイン
Ｋhよりも小さいスリップ用状態フィードバックゲイン
Ｋlへ切り換える。これにより、制御量（加速度、プラ
イマリープーリー回転速度）の応答性を緩慢にしてスリ
ップの影響を抑制することができる。

【００５７】ところが、低μ路走行時には路面状態に応
じて達成可能な最大加速度が制限されるので、高μ路走
行時に比べて目標加速度を達成することが困難な状況に
あり、目標加速度と実際の加速度との偏差積分値Ｘiが
増加しやすい状況にある。そして、この増加した偏差積
分値Ｘiが、次に高μ路へ復帰したときの加速度、プラ
イマリープーリー回転速度の初期応答を悪化させる。

【００５８】そこで、上述したようにこの実施の形態で
は、低μ路（スリップ状態ｆs＝１）を走行していると
きに高μ路（非スリップ状態ｆs＝０）へ変化した場合
には、加速度偏差積分器の初期値Ｘi_iniとプライマリ
ープーリー回転速度偏差積分器のＺiniをともに０にリ
セットする。つまり、加速度偏差積分器の積分値Ｘiと
プライマリープーリー回転速度偏差積分器の積分値Ｚを
ともに０にリセットする。これにより、低μ路走行で偏
差積分値Ｘi、Ｚが増加しているときに高μ路へ変化し
ても、無用な偏差積分値Ｘi、Ｚが０にリセットされ、
高μ路進入後の制御量（加速度、プライマリープーリー
回転速度）の応答性を向上させることができる。

【００５９】状態空間法を用いたモデルフォローイング
制御により実現されたＣＶＴ搭載車両用の加速度制御シ
ステムでは、高μ路走行時（ｆs＝０）に路面が低μ路
へ変化した場合、車輪速、加速度ともに大きくハンチン
グするという問題点がある。さらには、高μ路走行時に
比べて低μ路走行時には目標加速度αw^*の実現は困難で
あり、目標加速度αw^*と加速度推定値αwfとの偏差積分
値が増加しやすい状況にある。偏差積分値が増加してい
る状況で路面が高μ路へ変化した場合、高μ路へ移行し
た直後の加速度応答性が悪化するといった問題点もあ
る。

【００６０】上述した一実施の形態では、高μ路用状態
フィードバックゲインＫhと低μ路用の状態フィードバ
ックゲインＫlとを用意し、駆動輪のスリップが検出さ
れたときは高μ路ゲインＫhから低μ路ゲインＫlへ切り
換える。さらには、低μ路から高μ路へと走行する場合
には制御量（加速度、プライマリー回転速度）のそれぞ
れに関する偏差積分値を０クリアすることにより、これ
らの問題点の対策とした。

【００６１】図１３〜図１６は一実施の形態のシミュレ
ーションの結果を示す。高μ路から低μ路へ変化したと
きの加速度、プライマリープーリー回転数、プライマリ
ートルク、変速比、駆動輪速および車体速の変化を示
し、図１３は低μ路用状態フィードバックゲインＫlへ
の切り換えなしの場合、図１４は低μ路用状態フィード
バックゲインＫlへの切り換え有りの場合を示す。図１
３と図１４を比較してみると、高μ路から低μ路へ変化
したときに高μ路用ゲインＫhよりも小さい低μ路用ゲ
インＫlへ切り換えることによって、車速、加速度に見
られるハンチングを低減できることが確認できる（１０
秒以降）。

【００６２】また、図１５、図１６は、低μ路から高μ
路へ変化したときに、各制御量に関する偏差積分値を０
リセットしない場合（図１５）と、０リセットする場合
（図１６）を示す。これらの図を比較すると、高μ路移
行後の加速度の応答が改善されていることが確認できる
（１５〜２５秒）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】 一実施の形態の加速度制御プログラムを示す
フローチャートである。

【図３】 アクセル開度Ａpoと車輪速Ｖwに対する目標
加速度αw^*のマップ例を示す図である。

【図４】 車輪速Ｖwを入力とし加速度推定値αwfを出
力とする連続時間系の伝達関数Ｇbp(s)を状態ベクトル
で表した図である。

【図５】 エンジン運転点拘束線マップ例を示す図であ
る。

【図６】 車輪速Ｖwと無段変速機入力トルクＴpの符号
とに基づいて運転領域を分割した例を示す図である。

【図７】 無段変速機入力トルク指令値Ｔp^*および変速
比指令値Ｉp^*を入力とし、駆動輪加速度推定値αwfおよ
びプライマリープーリー回転速度ωpを出力とする非線
形車両モデルを示す図である。

【図８】 拡大系の制御系設計用プラントモデルを示す
図である。

【図９】 拡大系プラントモデルと規範モデルに状態フ
ィードバックによるモデルフォローイング制御手法を用
いて加速度サーボ系を構成した場合の制御ブロック図で
ある。

【図１０】 拡大系プラントモデルと規範モデルを結合
したモデルを示す図である。

【図１１】 状態フィードバックゲイン切り換え時に加
速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定し直
さなかった場合、つまり従来の加減速度制御装置の応答
結果を示す図である。

【図１２】 状態フィードバックゲイン切り換え時に加
速度フィードバック補償器内の積分器初期値を設定した
場合、つまり上述した一実施の形態の加減速度制御装置
の応答結果を示す図である。

【図１３】 高μ路から低μ路へ変化したときに、低μ
路用状態フィードバックゲインＫlへの切り換えなしの
場合の一実施の形態のシミュレーション結果を示す図で
ある。

【図１４】 高μ路から低μ路へ変化したときに、低μ
路用状態フィードバックゲインＫlへの切り換え有りの
場合の一実施の形態のシミュレーション結果を示す図で
ある。

【図１５】 低μ路から高μ路へ変化したときに、各制
御量に関する偏差積分値を０クリアしない場合の一実施
の形態のシミュレーション結果を示す図である。

【図１６】 低μ路から高μ路へ変化したときに、各制
御量に関する偏差積分値を０クリアする場合の一実施の
形態のシミュレーション結果を示す図である。

【図１７】 従来のモデルフォローイング制御を示す制
御ブロック図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ ロックアップクラッチ付きトルクコンバーター ３ 無段変速機 ４ 加減速度コントローラー ４ａ 規範モデル ４ｂ 第１の積分器 ４ｃ 状態フィードバック ４ｄ 制御対象のプラント ４ｅ 第２の積分器 ５ エンジントルクコントローラー ６ ＣＶＴ＆クラッチコントローラー ７ アクセルセンサー ８ 車輪速センサー ９ クランク角センサー １０ プライマリー速度センサー １１ セカンダリー速度センサー １３ 高速通信線 １４ 駆動輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２５Ｇ 41/10 ３２５ 41/10 ３２５ 45/00 ３１４ 45/00 ３１４Ｅ ３７０ ３７０Ｂ Ｆ１６Ｈ 61/02 Ｆ１６Ｈ 61/02 // Ｆ１６Ｈ 59:06 59:06 59:18 59:18 59:44 59:44 59:66 59:66 63:06 63:06 (72)発明者 松山 昌史 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D041 AA32 AA48 AB01 AC01 AC15 AC19 AD01 AD02 AD10 AD31 AD47 AD51 AE03 AE31 AF01 3G084 BA02 CA04 CA06 DA05 DA17 DA25 EA11 EB08 EB12 EB13 EB24 EC04 FA05 FA10 FA33 3G093 AA05 AA06 BA01 CB06 CB07 DA01 DA06 DB03 DB05 DB17 DB18 DB21 EA02 FA05 FA11 3G301 JA03 JA38 KA12 KA16 NA04 NA08 NA09 NB02 NB04 NB15 NC02 NC08 ND02 ND05 ND06 ND45 PE01A PE01Z PE06Z PF01Z PF02A PF02Z PF03Z PG00Z 3J552 MA07 MA09 MA12 NA01 NB04 PA32 RA27 RB26 SA34 SA44 SB01 TA02 TA10 TB17 UA02 UA08 VA11W VA12Z VA22Z VA32W VA32Y VA34W VA37Z VA74Z VA76Z VB01W VB03W VB04W VC01Z VC02Z VC03Z VC05Z VC06Z VD02Z VE05Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車速を検出する車速検出手段と、 車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推
   定手段と、 車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、 状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法によ
   り加速度推定値を目標加速度に一致させるための操作量
   を演算してエンジンと無段変速機を制御する制御手段で
   あって、前記目標加速度を入力し加速度指令値を出力す
   る規範モデル手段と、前記加速度指令値と前記加速度推
   定値との偏差を積分する積分手段と、前記積分手段の出
   力を用いて前記操作量を演算する状態フィードバック手
   段とを有する制御手段と、 駆動輪のスリップ状態を検出するスリップ状態検出手段
   とを備え、 駆動輪のスリップ状態に応じて状態フィードバックゲイ
   ンを切り換えるとともに、駆動輪がスリップ状態から非
   スリップ状態へ変化したときは前記積分手段の初期値を
   ０にリセットすることを特徴とする無段変速機を備えた
   車両の加減速度制御装置。
2. 【請求項２】車速を検出する車速検出手段と、 車速検出値に基づいて車両の加速度を推定する加速度推
   定手段と、 車両の目標加速度を設定する目標加速度設定手段と、 無段変速機入力軸の回転速度を検出する回転速度検出手
   段と、 無段変速機入力軸の目標回転速度を設定する目標回転速
   度設定手段と、 状態空間法を用いたモデルフォローイング制御手法によ
   り加速度推定値を目標加速度に一致させるための無段変
   速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算してエンジ
   ンと無段変速機を制御する制御手段であって、前記目標
   加速度を入力し加速度指令値を出力する規範モデル手段
   と、前記加速度指令値と前記加速度推定値との偏差を積
   分する第１の積分手段と、無段変速機入力軸の目標回転
   速度と回転速度検出値との偏差を積分する第２の積分手
   段と、前記第１および第２の積分手段の出力を用いて前
   記無段変速機入力トルク指令値と変速比指令値を演算す
   る状態フィードバック手段とを有する制御手段と、 駆動輪のスリップ状態を検出するスリップ状態検出手段
   とを備え、 駆動輪のスリップ状態に応じて状態フィードバックゲイ
   ンを切り換えるとともに、駆動輪がスリップ状態から非
   スリップ状態へ変化したときは前記第１および第２の積
   分手段の初期値を０にリセットすることを特徴とする無
   段変速機を備えた車両の加減速度制御装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の無段変速機を備えた車両
   の加減速度制御装置において、 状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換
   え前後で操作量が連続的に変化するように前記積分手段
   の初期値を設定する初期値設定手段を備えることを特徴
   とする無段変速機を備えた車両の加減速度制御装置。
4. 【請求項４】請求項２に記載の無段変速機を備えた車両
   の加減速度制御装置において、 状態フィードバックゲインを切り換えるときに、切り換
   え前後で操作量が連続的に変化するように前記第１およ
   び第２の積分手段の初期値を設定する初期値設定手段を
   備えることを特徴とする無段変速機を備えた車両の加減
   速度制御装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかの項に記載の無段
   変速機を備えた車両の加減速度制御装置において、 車速検出値と無段変速機入力トルクとに基づいて状態フ
   ィードバックゲインを切り換えることを特徴とする無段
   変速機を備えた車両の加減速度制御装置。