JP2012108776A - フィードバック制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御開始時の値付近での実制御量の停滞による応答遅れの増大が発生したときの実制御量のオーバーシュートを好適に抑制することのできるフィードバック制御装置を提供する。
【解決手段】第２ピストンの実変位ＲＹを含むＣＳＣ２の状態量の検出及び推定を行うオブザーバー６と、目標軌道に追従して実変位ＲＹが推移するように上記状態量に基づきマスターシリンダー１の供給電流を操作するとともに、実変位ＲＹと目標軌道との偏差Ｅの累積値である誤差積分値Ｚに応じて供給電流を操作する積分器５を有したスライディングモードコントローラー４と、を備えるフィードバック制御装置において、実変位ＲＹが制御開始時の値付近で停滞しているか否かを判定するとともに、停滞有りと判定されたときに、目標軌道及び推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２の初期化を指示する停滞監視部７を備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、実制御量の検出を行う検出器と、その検出器により検出される実制御量を目標制御量へと制御すべく制御対象の操作量を操作するコントローラーと、前記目標制御量と前記実制御量との偏差の累積値に応じて前記操作量を操作する積分器と、を備えるフィードバック制御装置に関する。

一般に、マニュアルトランスミッション車でのギア変速は、運転者がクラッチペダルを踏んでクラッチを開放した上で、シフトレバーを操作して変速ギアを切り換えた後、クラッチペダルを踏み離してクラッチを再締結することで行われる。しかしながら、円滑なギア変速を行うには、微妙なクラッチペダルの操作が必要であり、運転初心者には、容易ならざるものとなっている。そこで、ギア変速時のクラッチ操作を自動で行う自動クラッチが提案され、実用されている。

こうした自動クラッチは、マスターシリンダーの発生するクラッチ作動油圧に基づき動作するコンセントリックスレーブシリンダー（ＣＳＣ）を備えている。そして従来、そうしたＣＳＣとして、特許文献１に見られるような、２分割構成のピストンを備えるものが知られている。

図４に示すように、略円管形状のインナーハウジング５１の外周には、略円管形状のアウターハウジング５２が配設されている。インナーハウジング５１とアウターハウジング５２との間には、共に円環形状に形成された第１ピストン５３及び第２ピストン５４が当該ＣＳＣの軸方向に往復摺動可能に配設されている。第１ピストン５３の図中右側には、上記マスターシリンダーの発生したクラッチ作動油圧が供給される圧力室５５が区画形成されている。

第２ピストン５４は、ダイアフラムスプリングを介して摩擦クラッチ（共に図示略）に連結されており、ダイアフラムスプリングによって図中右方に付勢されている。また第２ピストン５４は、スプリング５６によって図中左方に付勢されている。そして圧力室５５のクラッチ作動油圧が除荷されたときの第２ピストン５４は、ダイアフラムスプリング及びスプリング５６のばね力の釣り合う位置に位置される。

以上のように構成されたＣＳＣでは、圧力室５５にクラッチ作動油圧が導入されると、第１ピストン５３は、図中左方に変位されるようになる。そしてこうした第１ピストン５３に押されて第２ピストン５４が図中左方に変位され、それにより摩擦クラッチが解放される。

一方、自動クラッチのフィードバック制御装置としては、特許文献２に記載の装置が知られている。同文献に記載のフィードバック制御装置は、ＣＳＣのピストン変位の目標値と実値との偏差の累積値に応じてフィードバック制御を行う積分器を備えている。また特許文献３には、ピストン変位の比例積分制御を行うとともに、フィードバック積分値が規定値以上となると制御を停止して、必要以上の油圧が作用することを防止する自動クラッチのフィードバック制御装置が開示されている。

特開２０１０−１６４１１０号公報 特開平１１−１９３８３２号公報 特開平０１−２６９７２９号公報

ところで、上記のような２分割構成のピストンを備える自動クラッチでは、通常時は、圧力室５５内のクラッチ作動油圧で第１ピストン５３が押され、第２ピストン５４と接触した状態が保たれる。ここで図５（ａ）に示すように、圧力室５５内のクラッチ作動油圧が除荷されているときに、当該ＣＳＣのシリンダー負荷となる摩擦クラッチ側から外力Ｆが作用すると、第２ピストン５４が図中右方に押され、それに伴い第１ピストン５３も図中右方に変位する。その後、外力が作用しなくなると、第２ピストン５４は、スプリング５６のばね力で、元の位置に復動するが、そうしたばね力の作用しない第１ピストン５３は、変位した位置に留まる。そしてその結果、図５（ｂ）に示すように、第１ピストン５３と第２ピストン５４との間に隙間Ｃが発生するようになる。

図６には、同図に点線で示すように第２ピストン５４の変位の目標軌道を設定したときの、ピストン間に隙間Ｃが発生していないときの第２ピストン５４の実変位の推移が実線で示されている。また同図には、ピストン間に隙間Ｃが発生したときの第２ピストン５４の実変位の推移が一点鎖線で示されている。

圧力室５５へのクラッチ作動油圧の供給を開始すると、第１ピストン５３がシリンダー負荷側に変位し始める。ここで、ピストン間に隙間Ｃが発生していなければ、そうした第１ピストン５３の変位と同時に第２ピストン５４も変位する。ところが、ピストン間に隙間Ｃが発生していれば、第１ピストン５３が移動を開始しても、隙間Ｃが詰るまでは、第２ピストン５４は変位しない。そのため、このときの第２ピストン５４の実変位の応答遅れは、ピストン間に隙間Ｃが発生していないときよりも増加する。そして応答遅れが増加すると、その間にフィードバック積分値の絶対値が増大してしまうため、実変位が目標変位を超えてオーバーシュートし易くなる。

なお、ピストンが分割されていないＣＳＣでも、一時的な固着等により、ピストン変位が制御開始点にて停滞して応答遅れが増大すれば、フィードバック積分値の絶対値が増大して、やはりオーバーシュートし易くなる。また自動クラッチのＣＳＣ以外のフィードバック制御系においても、実制御量が制御開始時の値付近で停滞することがあれば、フィードバック積分項の増大により、同様の問題が発生することがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、制御開始時の値付近での実制御量の停滞による応答遅れの増大が発生したときの実制御量のオーバーシュートを好適に抑制することのできるフィードバック制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、実制御量の検出を行う検出器と、その検出器により検出される実制御量を目標制御量へと制御すべく制御対象の操作量を操作するコントローラーと、目標制御量と実制御量との偏差の累積値に応じて操作量を操作する積分器と、を備えるフィードバック制御装置をその前提としている。そして請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するため、実制御量が制御開始時の値付近で停滞しているか否かを判定する判定部と、その判定部によって実制御量の停滞が発生していると判定されたときに、制御を初期化した上で、目標制御量への実制御量の制御のやり直しを指示する初期化部と、を備えるようにしている。

上記構成では、制御開始時の値付近での実制御量の停滞が発生して応答遅れが増大すると、制御が初期化されて、最初からフィードバック制御がやり直されるようになる。そのため、実制御量の停滞による応答遅れ期間の偏差の累積値（フィードバック積分値）の絶対値の増大が抑制されるようになる。したがって上記構成によれば、制御開始時の値付近での制御量の停滞による応答遅れの増大が発生したときの実制御量のオーバーシュートを好適に抑制することが可能となる。なお、ここでの制御の初期化とは、目標制御量や制御対象の操作量、状態量を制御開始時の値に戻すことを言う。

なお、請求項２によるような、実制御量を含む制御対象の状態量の検出及び推定を行うオブザーバーを検出器として備える構成では、オブザーバーの推定する状態量の初期化を行うように初期化部を構成することで、制御の初期化を行うことができる。

また請求項３によるような、制御開始点から制御完了点までの実制御量の目標軌道を設定する目標軌道設定部を備える構成では、目標軌道の初期化を行うように初期化部を構成することで、制御の初期化を行うことができる。

こうした本発明のフィードバック制御装置は、請求項４によるような、コントローラーにより操作される操作量に応じて動作するアクチュエーターにより変位される第１の移動体と、その第１の移動体からの押圧を受けて変位する第２の移動体と、からなる系を制御対象とするとともに、第２の移動体の変位を実制御量として検出するように検出器が構成された制御系への適用が特に好適なものとなっている。

また、こうした本発明のフィードバック制御装置は、請求項５によるような、車両のトルク伝達を断接する自動クラッチのコンセントリックスレーブシリンダーのピストン変位を実制御量とする制御系に適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係るフィードバック制御装置の構成を模式的に示すブロック図。 同実施形態における第２ピストンの目標軌道及び実変位の推移を示すタイムチャート。 同実施形態に採用されるクラッチサーボ制御ルーチンのフローチャート。 自動変速機のＣＳＣの側部断面構造を示す断面図。 （ａ）、（ｂ）外力作用前後のそれぞれにおける第１及びピストンの状態を各示す断面図。 従来のフィードバック制御装置における第２ピストンの目標軌道及び実変位の推移を示すタイムチャート。

（第１の実施の形態）
以下、本発明のフィードバック制御装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態は、本発明のフィードバック制御装置を、図４に示した２分割構造のピストンを備えた自動クラッチのＣＳＣを制御対象とし、そのＣＳＣの第２ピストン５４の変位を実制御量とする制御系に適用したものとなっている。

まず図１を参照して、本実施の形態のフィードバック制御装置の構成を説明する。本実施の形態のフィードバック制御装置は、マスターシリンダー１の供給電流を制御することで、コンセントリックスレーブシリンダー（ＣＳＣ）２の第２ピストン５４（図４参照）の実変位ＲＹを目標変位ＴＹとするためのクラッチサーボ制御を実施する。

同図に示すように、このフィードバック制御装置には、目標軌道設定部３が設けられている。目標軌道設定部３は、クラッチ操作開始時の第２ピストン５４の変位である制御開始点からクラッチ操作完了時の第２ピストン５４の変位である制御完了点までの第２ピストン５４の移動軌道（目標軌道ＴＲ）を設定する。そして目標軌道設定部３は、目標軌道ＴＲから目標変位ＴＹを算出して出力する。目標変位ＴＹは、そのときどきの目標軌道ＴＲの位置を示し、時間の経過に応じて制御開始点から制御完了点に向けて目標軌道ＴＲに沿って推移する関数となっている。

一方、第２ピストン５４の実変位ＲＹは、検出器としてのオブザーバー６により検出される。オブザーバー６は、実変位ＲＹと後述する制御入力Ｕとを入力し、それらに基づいて推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２、及び推定変位ＰＹを算出する。推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２は、第２ピストン５４の動作モデルを構成する状態量のうち、実際に測定していない状態量を指している。そしてオブザーバー６は、推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２に基づいて第２ピストン５４の推定変位ＰＹを算出する。

そしてこのフィードバック制御装置では、目標軌道設定部３の設定した目標軌道ＴＲより求められる現時点の目標変位ＴＹと、オブザーバー６の算出した推定変位ＰＹとの偏差Ｅが積分器５に入力される。積分器５は、推定変位ＰＹと目標変位ＴＹとの偏差Ｅを時間で積分することで偏差Ｅの累積値である誤差積分値Ｚを算出して、スライディングモードコントローラー４に出力する。

スライディングモードコントローラー４は、積分器５の算出した誤差積分値Ｚに加え、オブザーバー６の算出した推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２、及び上記偏差Ｅを入力する。そしてスライディングモードコントローラー４は、偏差Ｅ、推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２及び誤差積分値Ｚに基づいて制御入力Ｕを算出して、入力制限のためのガード処理を行った上でマスターシリンダー１に出力する。

なお、制御入力Ｕは、マスターシリンダー１への供給電流に対応し、ＣＳＣ２の第１ピストン５３（図４参照）の変位速度を、ひいては同ＣＳＣ２の第２ピストン５４の変位速度を決定するものとなっている。すなわち、制御入力Ｕの値が増大すれば、マスターシリンダー１からＣＳＣ２の圧力室５５に供給される油量が増大され、第１ピストン５３の、ひいては第２ピストン５４の変位速度が増大するようになる。一方、制御入力Ｕの値が減少すれば、マスターシリンダー１からＣＳＣ２の圧力室５５に供給される油量が減少され、第１ピストン５３の、ひいては第２ピストン５４の変位速度が減少するようになる。ちなみに本実施の形態では、こうした制御入力Ｕであるマスターシリンダー１への供給電流が、制御対象の操作量に相当するパラメーターとなっている。

更に本実施の形態のフィードバック制御装置には、判定部及び初期化部としての停滞監視部７が設けられる。停滞監視部７は、第２ピストン５４の実変位ＲＹを入力し、実変位ＲＹがその制御開始点の近傍で停滞していないか監視する。そして停滞監視部７は、実変位ＲＹの停滞が確認されると、推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２及び推定変位ＰＹの初期化（リセット）をオブザーバー６に指示する。またこのときの停滞監視部７は、目標軌道ＴＲの初期化を目標軌道設定部３に指示してもいる。

図２に示すように、こうした本実施の形態においても、上述したような第１ピストン５３、第２ピストン５４間の隙間が発生していれば、制御開始後の実変位ＲＹの応答遅れが増大するようになる。ただし、本実施の形態では、こうして応答遅れが増大しても、実変位ＲＹの制御開始点付近での停滞が確認されると（時刻Ｔ１）、推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２及び目標軌道ＴＲが初期化され、制御が最初からやり直されるようになる。そのため、目標変位ＴＹと実変位ＲＹとの偏差Ｅの累積値である誤差積分値Ｚの、応答遅れの増大に応じた増大が抑えられるようになり、オーバーシュートの発生が回避されるようになる。

図３は、こうした本実施の形態に採用されるクラッチサーボ制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンは、クラッチサーボ制御の開始と共にフィードバック制御装置により実施されるものとなっている。

さてクラッチサーボ制御が開始されると、まずステップＳ１００において、第２ピストン５４の実変位ＲＹが制御開始時の値（制御開始点）付近で停滞しているか否かが判定される。ここでの判定では、下記（イ）〜（ハ）の仮停滞判定条件の全てが成立し、更に下記（ニ）の停滞判定条件が成立することで、停滞有りとの判定がなされるようになっている。

（イ）マスターシリンダー１の供給電流がヌル電流±電流閾値αの範囲にない。
（ロ）目標変位ＴＹと実変位ＲＹとの偏差Ｅが偏差閾値β以上である。
（ハ）制御開始後の経過時間が判定値γ以上である。

（二）規定時間内の実変位ＲＹの変化量が変化量閾値ε以下の状態が規定の判定時間以上継続している。
なお、上記仮停滞判定条件（イ）は、マスターシリンダー１への供給電流が過大とならないようにするため、及び第２ピストン５４を微速変位させようとしているときに停滞有りと誤判定しないために設定されている。また上記仮停滞判定条件（ロ）は、第２ピストン５４を微速変位させようとしているときに停滞有りと誤判定しないために設定されている。更に上記仮停滞判定条件（ハ）は、制御開始後の無応答状態を、停滞有りと誤判定しないために設定されている。

ここで停滞無しとの判定がなされれば（Ｓ１００：ＮＯ）、ステップＳ１０３においてクラッチサーボ制御の通常処理が実施される。この通常処理においては、予め設定された目標軌道ＴＲに沿って推移する目標変位ＴＹに実変位ＲＹが追従するように、マスターシリンダー１への供給電流がフィードバック調整される。

一方、停滞有りとの判定がなされれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１において、推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２の初期化処理が行われ、推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２の値が初期値に戻される。また続くステップＳ１０２において、目標軌道ＴＲの初期化処理が行われ、その時点を制御開始点とするように目標軌道ＴＲが設定し直される。そしてこの場合には、こうして制御の初期化を行った上で、ステップＳ１０３におけるクラッチサーボ制御の通常処理が実施される。

クラッチサーボ制御の通常処理が実施されると、ステップＳ１０４において、クラッチサーボ制御が完了したか否かの判定が、すなわち第２ピストン５４の実変位ＲＹが制御完了点に到達したか否かの判定が行われる。ここで、クラッチサーボ制御が完了していれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、その時点で今回の本ルーチンの処理が終了され、そうでなければ（Ｓ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１００に処理が戻される。

なお、以上説明した本実施の形態では、マスターシリンダー１が、操作量に応じて動作する上記アクチュエーターに、第１ピストン５３が、そのアクチュエーターにより変位される上記第１の移動体に、第２ピストン５４が、第１の移動体の押圧を受けて変位する上記第２の移動体に、それぞれ相当する構成となっている。

以上の本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、制御量である第２ピストン５４の実変位ＲＹが制御開始時の値付近で停滞しているか否かを判定し、実変位ＲＹの停滞が発生していると判定されたときに、目標軌道ＴＲ及び推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２を初期化するようにしている。こうした本実施の形態では、第１ピストン５３、第２ピストン５４間の隙間の発生等により、制御開始時の値付近での実変位ＲＹの停滞が発生して応答遅れが増大すると、目標軌道ＴＲ及び推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２が初期化され、最初から制御がやり直されるようになる。そのため、実変位ＲＹの停滞による応答遅れ期間の誤差積分値Ｚの絶対値の増大が抑制されるようになる。したがって上記構成によれば、制御開始時の値付近での実変位ＲＹの停滞による応答遅れの増大が発生したときの実変位ＲＹのオーバーシュートを好適に抑制することが可能となる。

（２）第１ピストン５３と第２ピストン５４との間に隙間が発生して応答遅れが増大する虞のある制御系においても、その応答遅れの増大によるオーバーシュートの発生を好適に抑えることができる。そのため、そうした制御系においても、好適にフィードバック制御を行うことができる。

（３）オーバーシュートが発生しないため、ピストン間の隙間の発生時にも、クラッチ係合に際して正常時と同様の制御性能が得られる。
（４）オーバーシュートが発生しないため、アクチュエーター（マスターシリンダー１）のストッパー当り等を防ぐことができ、アクチュエーターを保護することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、コントローラーとしてスライディングモードコントローラー４を採用していたが、スライディングモードコントローラー以外のコントローラーを採用する制御系にも、その制御系が積分器を備えるものであれば、本発明は、上記実施の形態と同様あるいはそれに準じた態様で適用することが可能である。

・上記実施の形態では、実変位ＲＹを含むＣＳＣ２の状態量の検出及び推定を行うオブザーバー６を検出器として備え、そうしたオブザーバー６の推定する推定状態量Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２を初期化することで、制御の初期化を行うようにしていた。オブザーバー６による制御対象の状態量の推定やその推定した状態量を用いたフィードバック制御を行わない制御系にも、本発明は適用することができる。そうした場合にも、目標軌道ＴＲや目標制御量を初期化すれば、制御開始点での実制御量の停滞による誤差積分値Ｚの絶対値の増大を抑え、オーバーシュートを抑制することが可能となる。

・上記実施の形態では、目標軌道設定部３の設定する、制御開始点から制御完了点までの目標軌道ＴＲに追従して実変位ＲＹが推移するようにフィードバック制御を行うようにしていた。そうした目標軌道ＴＲの設定を行わない制御系にも、本発明は適用することができる。そうした場合にも、目標制御量や制御対象の状態量を初期化すれば、制御開始点での実制御量の停滞による誤差積分値Ｚの絶対値の増大を抑え、オーバーシュートを抑制することが可能となる。

・上記実施の形態では、２分割構造のピストンを備えるＣＳＣを制御対象としていたが、非分割構造のピストンを備えるＣＳＣにおいても、そのピストンの一時的な固着などにより、ピストン変位が制御開始時の値付近で停滞して応答遅れが増大することがある。そしてそうした場合にも、その応答遅れの間に誤差積分値の絶対値が過大となって、オーバーシュートが発生することがある。こうした場合にも、そうした停滞の確認に応じて状態量や目標軌道を初期化すれば、オーバーシュートの発生を抑制することができる。

・上記実施の形態では、車両のトルク伝達を断接する自動クラッチのＣＳＣを制御対象としていたが、本発明のフィードバック制御装置及びフィードバック制御方法は、それ以外の制御系にも同様に適用することができる。すなわち、本発明は、実制御量の検出を行う検出器と、その検出器により検出される実制御量を目標制御量へと制御すべく制御対象の操作量を操作するコントローラーと、目標制御量と実制御量との偏差の累積値に応じて操作量を操作する積分器と、を備えるフィードバック制御装置であれば、その適用が可能である。

なお、本発明は、コントローラーの操作する操作量に応じて動作するアクチュエーターにより変位される第１の移動体と、その第１の移動体からの押圧を受けて変位する第２の移動体と、からなる系を制御対象とするとともに、第２の移動体の変位を制御量として検出するように検出器が構成された制御系への適用が特に好適となっている。すなわち、本発明は、アクチュエーターによって直接変位される第１の移動体ではなく、その第１の移動体の押圧を通じて、アクチュエーターにより間接的に変位される第２の移動体の変位を検出してフィードバック制御を行う制御系への適用がより好適なものとなっている。

１…マスターシリンダー（アクチュエーター）、２…コンセントリックスレーブシリンダー（ＣＳＣ：制御対象）、３…目標軌道設定部、４…スライディングモードコントローラー（コントローラー）、５…積分器、６…オブザーバー（検出器）、７…停滞監視部（判定部、初期化部）、５０…シリンダーハウジング、５１…インナーハウジング、５２…アウターハウジング、５３…第１ピストン（第１の移動体）、５４…第２ピストン（第２の移動体）、５５…圧力室、５６…スプリング。

Claims (5)

1. 実制御量の検出を行う検出器と、その検出器により検出される実制御量を目標制御量へと制御すべく制御対象の操作量を操作するコントローラーと、前記目標制御量と前記実制御量との偏差の累積値に応じて前記操作量を操作する積分器と、を備えるフィードバック制御装置において、
   前記実制御量が制御開始時の値付近で停滞しているか否かを判定する判定部と、
   その判定部によって前記実制御量の停滞が発生していると判定されたときに、制御を初期化した上で、前記目標制御量への前記実制御量の制御のやり直しを指示する初期化部と、
   を備えることを特徴とするフィードバック制御装置。
2. 前記検出器は、前記実制御量を含む前記制御対象の状態量の検出及び推定を行うオブザーバーであって、前記初期化部は、前記制御の初期化に際して、前記オブザーバーの推定する状態量の初期化を行う
   請求項１に記載のフィードバック制御装置。
3. 制御開始点から制御完了点までの前記実制御量の目標軌道を設定する目標軌道設定部を備え、前記初期化部は、前記制御の初期化に際して、前記目標軌道の初期化を行う
   請求項１又は２に記載のフィードバック制御装置。
4. 当該フィードバック制御装置は、前記コントローラーの操作する前記操作量に応じて動作するアクチュエーターにより変位される第１の移動体と、その第１の移動体からの押圧を受けて変位する第２の移動体と、からなる系を前記制御対象とするとともに、前記第２の移動体の変位を前記実制御量として検出するように前記検出器が構成された制御系に適用されてなる
   請求項１に記載のフィードバック制御装置。
5. 当該フィードバック制御装置は、車両のトルク伝達を断接する自動クラッチのコンセントリックスレーブシリンダーのピストン変位を前記実制御量とする制御系に適用されてなる
   請求項１又は２に記載のフィードバック制御装置。

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