JP4914682B2

JP4914682B2 - 車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置

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Publication number: JP4914682B2
Application number: JP2006248649A
Authority: JP
Inventors: 茂森本; 哲寺山; 博彦戸塚; 雅之岡本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: JP2008069851A

Description

この発明は車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置に関し、より詳しくは車両に搭載された無段変速機の発進クラッチが伝達するトルクを推定すると共に、推定された伝達トルクに基づいて発進クラッチの伝達トルクを目標値に制御するようにした制御装置に関する。

車両用の無段変速機は、通例、出力側に発進クラッチを備え、その発進クラッチの動作を制御することで円滑な発進や停車を図っており、その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。

特許文献１記載の技術にあっては、トルクセンサを用いることなく、弾性カップリング（デュアルマスフライホイール）の前後の回転数を検出し、そのねじれ位相角を求めることで、演算によってクラッチトルクを算出すると共に、算出値に基づいて発進クラッチのクリープトルクを目標値に制御している。
特開平０９−１４５５０２号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術は回転数算出用のハードウェアを必要とすると共に、デュアルマスフライホイールの使用を前提とし、さらにトルク算出が可能な範囲はデュアルマスフライホイールのバネ特性が線形な範囲に限られるため、微小トルク領域でしかトルクを算出できない不都合があった。

またフライホイールの回転は、本来の使用目的から自明なように振動的であるため、トルク算出の際、強度の平均化が必要となって検出の応答性に欠けることから、特許文献１記載の技術は動的な制御には用いることができず、静的な微小トルク範囲、例えばクリープ領域を制御対象とするしかなかった。

従って、この発明の目的は上記した不都合を解消し、追加のハードウェアを必要とすることなく、使用領域の全域にわたって発進クラッチが伝達するトルクを精度良く高応答に推定するようにした車両用発進クラッチのトルク推定装置を提供することにある。

この発明の第２の目的は、推定された伝達トルクに基づき、使用領域の全域において発進クラッチが伝達するトルクを目標値に追従させるフィードバック制御を行うようにした車両用発進クラッチの制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１項にあっては、内燃機関と、前記内燃機関に接続される無段変速機と、前記無段変速機に接続される駆動輪と、前記無段変速機と駆動輪の間に介挿されて前記無段変速機から前記駆動輪へのトルク伝達を断接する発進クラッチとを備えると共に、前記発進クラッチが伝達するトルクを推定する車両用発進クラッチのトルク推定装置において、前記内燃機関から前記駆動輪に至るドライブトレインにおいて前記内燃機関から前記無段変速機に至るまでの前記発進クラッチの上流側の要素の運動と、前記発進クラッチの下流側の前記駆動輪に至るまでの要素の運動は前記発進クラッチが接続されるまでは釣り合うとみなし、前記発進クラッチの上流側の要素の運動を記述すると共に、前記内燃機関の出力トルクと前記発進クラッチの伝達トルクが入力されるとき、前記内燃機関の回転数と前記無段変速機の出力回転数とを出力するモデルと、および前記モデルから出力される前記機関回転数および変速機出力回転数と、前記内燃機関の出力トルクとを入力し、前記モデルに基づいて前記発進クラッチが伝達するトルクの推定値を算出する推定器とを備える如く構成した。

請求項２に係る車両用発進クラッチのトルク推定装置にあっては、前記ドライブトレインが、前記内燃機関からフライホイールを経て前記無段変速機に至るまでの発進クラッチの上流側の要素と、セカンダリシャフトから前記駆動輪を経て前記駆動輪が取り付けられる車体に至るまでの前記発進クラッチの下流側の要素からなると共に、前記発進クラッチの上流側の要素の運動を記述するモデルは、前記内燃機関と前記フライホイールと前記無段変速機の運動を記述するモデルからなる如く構成した。

請求項３にあっては、内燃機関と、前記内燃機関に接続される無段変速機と、前記無段変速機に接続される駆動輪と、前記無段変速機と駆動輪の間に介挿されて前記無段変速機から前記駆動輪へのトルク伝達を断接する発進クラッチとを備えると共に、前記発進クラッチが伝達するトルクを制御する車両用発進クラッチの制御装置において、前記内燃機関から前記駆動輪に至るドライブトレインにおいて前記内燃機関から前記無段変速機に至るまでの前記発進クラッチの上流側の要素の運動と、前記発進クラッチの下流側の前記駆動輪に至るまでの要素の運動は前記発進クラッチが接続されるまでは釣り合うとみなし、前記発進クラッチの上流側の要素の運動を記述すると共に、前記内燃機関の出力トルクと前記発進クラッチの伝達トルクが入力されるとき、前記内燃機関の回転数と前記無段変速機の出力回転数とを出力するモデルと、前記モデルから出力される前記機関回転数および変速機出力回転数と、前記内燃機関の出力トルクとを入力し、前記モデルに基づいて前記発進クラッチが伝達するトルクの推定値を算出する推定器と、少なくとも前記機関回転数に基づいて前記発進クラッチが伝達すべきトルクの目標値を算出する伝達トルク目標値算出手段と、および前記算出される伝達トルクの目標値と推定値を入力し、前記目標値と推定値の偏差が減少するように操作量を出力する制御器とを備える如く構成した。

請求項４に係る車両用発進クラッチの制御装置にあっては、前記制御器は、前記目標値と前記推定値の偏差が常に零となるように動作するトルクサーボ系として構成される如く構成した。

請求項１項に係る車両用発進クラッチのトルク推定装置にあっては、内燃機関から駆動輪に至るドライブトレインにおいて内燃機関から無段変速機に至るまでの発進クラッチの上流側の要素の運動と、発進クラッチの下流側の駆動輪に至るまでの要素の運動は発進クラッチが接続されるまでは釣り合うとみなし、発進クラッチの上流側の要素の運動を記述すると共に、内燃機関の出力トルクと発進クラッチの伝達トルクが入力されるとき、機関回転数と変速機出力回転数とを出力するモデルと、および出力される機関回転数と変速機出力回転数と内燃機関の出力トルクとを入力し、モデルに基づいて発進クラッチが伝達するトルクの推定値を算出する推定器とを備える如く構成したので、トルクセンサなどの追加のハードウェアを必要とすることなく、発進クラッチの使用領域の全域で伝達トルクを精度良く高応答に推定することができる。また、回転情報を平均化することなく使用するので、推定トルクの応答性が速く、過渡領域でも推定することができる。上記した２つの理由から、後で請求項２に関して述べる如く、発進クラッチの使用領域の全域において伝達トルクを目標値に追従させるフィードバックが可能となる。

また、ドライブトレインにおいて内燃機関から無段変速機に至るまでの発進クラッチの上流側の要素の運動と、発進クラッチの下流側の駆動輪に至るまでの要素の運動は前記発進クラッチが接続されるまでは釣り合うとみなし、発進クラッチの上流側の要素の運動を記述するモデルをもって前記したモデルとする如く構成したので、モデルは内燃機関や無段変速機などの運動を記述すれば足りることから、換言すれば、走行路の勾配や走行抵抗などの走行状態や車重の変化などの影響を受けることがないことから、構成が簡易となると共に、推定精度を上げることができる。

請求項２に係る車両用発進クラッチのトルク推定装置にあっては、ドライブトレインが、内燃機関からフライホイールを経て無段変速機に至るまでの発進クラッチの上流側の要素と、セカンダリシャフトから駆動輪を経て駆動輪が取り付けられる車体に至るまでの発進クラッチの下流側の要素からなると共に、発進クラッチの上流側の要素の運動を記述するモデルは、内燃機関とフライホイールと無段変速機の運動を記述するモデルからなる如く構成したので、上記した効果に加え、ドライブトレインの運動を良く記述できるモデルを用いることで、推定精度を上げることができる。

請求項３に係る車両用発進クラッチの制御装置にあっては、請求項１で述べたと同様のモデルと推定器に加え、少なくとも機関回転数に基づいて発進クラッチが伝達すべきトルクの目標値を算出する伝達トルク目標値算出手段と、および算出される伝達トルクの目標値と推定値を入力し、目標値と推定値の偏差が減少するように操作量を出力する制御器とを備える如く構成したので、推定された伝達トルクに基づき、使用領域の全域において発進クラッチの伝達トルクを目標値に追従させるフィードバック制御を行うことができる。

請求項４に係る車両用発進クラッチの制御装置にあっては、制御器は目標値と推定値の偏差が常に零となるように動作するトルクサーボ系として構成される如く構成したので、上記した効果に加え、発進クラッチが伝達するトルクを目標値に迅速に制御することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、その車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置を全体的に示す概略図である。図において、符号１０は内燃機関（以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０は吸気管１２およびその途中の配置されたスロットルバルブ１４を備える。エンジン１０の出力軸（クランク軸）２０はベルト式の無段変速機（Continuously Variable Transmission。以下「ＣＶＴ」という）２４に接続される。

より詳しくは、エンジン１０の出力軸２０は、デュアルマスフライホイール２６を介してＣＶＴ２４のメインシャフト２８に接続される。エンジン１０およびＣＶＴ２４は、車両（図示せず）に搭載される。

ＣＶＴ２４は、メインシャフト２８とカウンタシャフト３０との間に配設された金属製のＶベルト機構３２と、メインシャフト２８とドライブ側可動プーリ（以下「ドライブプーリ」という）３４との間に配設された遊星歯車式の前後進切換機構３６と、カウンタシャフト３０とセカンダリシャフト３８との間に配設された、湿式多板クラッチからなる発進クラッチ４２とから構成される。セカンダリシャフト３８と左右の駆動輪（タイヤ）Ｗの間にはディファレンシャル機構４４が配置される。

Ｖベルト機構３２は、前記したドライブプーリ３４と、カウンタシャフト３０上に配設されたドリブン側可動プーリ（以下「ドリブンプーリ」という）４６と、両プーリ３４，４６の間に巻掛けられた金属製のＶベルト４８とからなる。ドライブプーリ３４は、メインシャフト２８上に配置された固定プーリ半体５０と、この固定プーリ半体５０に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体５２とからなる。

可動プーリ半体５２の側方には、固定プーリ半体５０に結合されたシリンダ壁５０ａにより囲まれてドライブ側シリンダ室５４が形成されており、ドライブ側シリンダ室５４内に油路５４ａを介して供給される油圧により可動プーリ半体５２を軸方向に移動させる側圧が発生する。

ドリブンプーリ４６は、カウンタ軸３０に配置された固定プーリ半体５６と、この固定プーリ半体５６に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体５８とからなる。可動プーリ半体５８の側方には固定プーリ半体５６に結合されたシリンダ壁５６ａにより囲まれてドリブン側シリンダ室６０が形成され、ドリブン側シリンダ室６０内に油路６０ａを介して供給される油圧により可動プーリ半体５８を軸方向に移動させる側圧が発生する。

上記したドライブ側シリンダ室５４とドリブン側シリンダ室６０に供給するプーリ制御油圧を決定するレギュレータバルブ群６４と、各シリンダ室５４，６０へのプーリ制御油圧を供給する変速制御バルブ群６６とが設けられ、それらによってＶベルト４８の滑りが発生することがない適切なプーリ側圧が設定されると共に、両プーリ３４，４６のプーリ幅を変化させ、Ｖベルト４８の巻掛け半径を変化させて変速比を無段階に変化させる。

前後進切換機構３６は、メインシャフト２８に結合されたサンギヤ６８と、固定プーリ半体５０に結合されたキャリア７０と、後進用ブレーキ７２により固定保持可能なリングギヤ７４と、サンギヤ６８とキャリア７０とを連結可能な前進用クラッチ７６とからなる。

前進用クラッチ７６が係合されると、全ギヤがメインシャフト２８と一体に回転し、ドライブプーリ３４はメインシャフト２８と同方向（前進方向）に駆動される。後進用ブレーキ７２が係合されると、リングギヤ７４が固定保持されるため、キャリア７０はサンギヤ６８とは逆方向に駆動され、ドライブプーリ３４はメインシャフト２８とは逆方向（後進方向）に駆動される。また、前進用クラッチ７６と後進用ブレーキ７２が共に解放されると、前後進切換機構３６を介しての動力伝達が断たれ、エンジン１０とドライブプーリ３４との間の動力伝達が遮断される。

発進クラッチ４２はカウンタシャフト３０とセカンダリシャフト３８との間に配置され、その間の動力伝達を断接する。発進クラッチ４２は、後述する如く、供給される油圧力に応じてＶベルト機構３２により変速されたエンジン出力（トルク）を伝達する。

発進クラッチ４２によって伝達されるエンジン出力はギヤ７８からセカンダリシャフト３８に固定されたギヤ８０，８２を介してギヤ８４に伝達され、ディファレンシャル機構４４により左右の駆動輪Ｗに振り分けられる。発進クラッチ４２への油圧供給が停止され、発進クラッチ４２が解放されると、ＣＶＴ２４は中立状態となる。

発進クラッチ４２の制御は発進クラッチ用のバルブ群８８（後述）を介して行われる。また前後進切換機構３６の後進用ブレーキ７２と前進用クラッチ７６の制御は、図示しないマニュアルシフトレバーの操作に応じてマニュアルシフトバルブ９０を介して行われる。

それらバルブ群の制御は、マイクロコンピュータよりなるミッションコントローラ１００からの制御信号に基づいて行われる。

エンジン１０のカム軸（図示せず）付近などの適宜位置にはクランク角センサ１０２が設けられ、所定クランク角度ごとに信号を出力する。吸気管１２においてスロットルバルブ１４の下流の適宜位置には絶対圧センサ１０４が設けられ、吸気管内絶対圧（エンジン負荷）ＰＢＡに比例した信号を出力する。

シリンダブロック（図示せず）の適宜位置には水温センサ１０６が設けられ、エンジン冷却水温ＴＷに比例した信号を出力する。スロットルバルブ１４の付近にはスロットル開度センサ１０８が設けられ、スロットル開度ＴＨに比例した信号を出力する。

メインシャフト２８の付近には回転数センサ１１４が設けられ、メインシャフト２８の回転数（ＣＶＴ２４の入力回転数）ＮＤＲに比例した信号を出力すると共に、ドリブンプーリ４６の付近には回転数センサ１１６が設けられ、ドリブンプーリ４６の回転数（ＣＶＴ２４の出力回転数あるいは発進クラッチ４２の入力回転数、即ち、カウンタシャフト３０の回転数）ＮＤＮに比例した信号を出力する。ギヤ７８の付近には回転数センサ１１８が設けられ、ギヤ７８の回転数、即ち、発進クラッチ４２の出力軸の回転数ＮＯＵＴに比例した信号を出力する。

さらに、ドライブシャフトの付近には車速センサ１２２が設けられ、ドライブシャフトの所定回転ごとに信号を出力する。また、運転席床面のシフトレバー（図示せず）の付近にはシフトレバーポジションスイッチ１２４が設けられ、運転者によって選択されたレンジ位置（Ｄ，Ｎ，Ｐ，．．など）に比例した信号を出力する。

この装置はミッションコントローラ１００に加え、同様にマイクロコンピュータよりなり、エンジン１０の燃料噴射などを制御するエンジンコントローラ１２６を備える。

前記したセンサ群のうち、クランク角センサ１０２、絶対圧センサ１０４、水温センサ１０６、スロットル開度センサ１０８の出力は、エンジンコントローラ１２６に入力される。同様に、クランク角センサ１０２、絶対圧センサ１０４、スロットル開度センサ１０８および回転数センサ１１４，１１６，１１８ならびに車速センサ１２２の出力は、ミッションコントローラ１００に入力される。

ミッションコントローラ１００あるいはエンジンコントローラ１２６は、クランク角センサ１０２と車速センサ１２２の出力をカウントしてエンジン回転数ＮＥと車速Ｖを算出（検出）する。

ミッションコントローラ１００は、目標変速比（レシオ）、即ち、前記したＣＶＴ２４の入力回転数ＮＤＲの目標値を決定し、決定した目標ＮＤＲとなるように、可動プーリ３４，４６を駆動し、変速比を制御する。ここで、目標ＮＤＲはＣＶＴ２４のドライブプーリ３４の目標回転数であり、車速Ｖに対して目標ＮＤＲを定義することで変速比（レシオ）が一義的に決定され、制御される。

次いで、上記した発進クラッチ４２用のバルブ群８８およびそれらと発進クラッチ４２の間の油路に配置されるアキュムレータなどの油圧構成要素を説明する。

図２はそれら油圧構成要素の詳細を示す油圧回路図である。

図示の如く、リザーバ（タンク）１３０から、エンジン１０によって回転させられるオイルポンプ１３２で汲み上げられた作動油（ＡＴＦ。オイル）は、ＰＨ制御バルブおよびＰＨ調圧バルブ（共に図示せず）によって所定の高圧ＰＨに調圧された後、クラッチ減圧バルブ（図示せず）に供給され、そこでＰＨより低圧のクラッチ圧（ＰCR）に減圧される。減圧された作動油は、発進クラッチ制御バルブ１３４にその入力ポート１３４ａから供給される。

発進クラッチ制御バルブ１３４は、リニアソレノイド（電磁ソレノイド）１３４ｂを備えた電磁ソレノイドバルブとして構成され、バルブボディ１３４ｃの内部には変位自在なスプール１３４ｄが配置される。ミッションコントローラ１００によって後述するように電流指令値ＩＣＭＤが決定され、図示しない車載バッテリから入力端子１３４ｂ１を介して通電されると、リニアソレノイド１３４ｂのプランジャ１３４ｂ２が同図で左方向に移動してスプール１３４ｄを押圧してバルブボティ１３４ｃの内部で変位させる。

発進クラッチ制御バルブ１３４の出力ポート１３４ｅは油路１３６に接続される。油路１３６は中途で分岐してフィードバックポート１３４ｆを介して発進クラッチ制御バルブ１３４に帰還させられると共に、他方ではシフトインヒビタバルブ１４０を介して発進クラッチ４２に接続されて制御油圧（クラッチ圧）ＰSCを供給する。

発進クラッチ４２は、制御油圧ＰSCでそのピストン４２ａが移動自在に構成される。具体的には、ピストン４２ａが制御油圧ＰSCを供給されて押圧され、図で左側に移動してクラッチ４２ｂと係合すると、変速されたエンジントルクが、供給された制御油圧ＰSCの油圧力に応じたトルクだけ、セカンダリシャフト３８とディファレンシャル機構４４を介して左右の駆動輪Ｗに伝達される。他方、制御油圧ＰSCが排出（ドレン）されると、ピストン４２ａはスプリング力によって図で右側に後退してクラッチ４２ｂを開放し、動力伝達が遮断される。

発進クラッチ制御バルブ１３４と発進クラッチ４２の間の油路１３６には、アキュムレータ１４２が配置される。アキュムレータ１４２は、発進クラッチ制御バルブ１３４のリニアソレノイド１３４ｂが励磁されるときＰＷＭ駆動されることで、スプール１３４ｄが振動して出力される制御油圧が脈動するため、その脈動を除去する意図で配置される。

アキュムレータ１４２は、図示の如く、スプール（ピストン）１４２ａと、スプール１４２ａを閉じ方向（不飽和方向）に付勢するスプリング１４２ｂとからなる。アキュムレータ１４２は油路１３６から供給される制御油圧の上昇につれてスプール１４２ａがスプリング１４２ｂのバネ力に抗して後退し、その容積が変化する。スプール１４２ａが壁面に突き当たった時点で、アキュムレータ１４２の容積は最大となる（飽和する）。

油路１３６においてアキュムレータ１４２の付近には油圧センサ１４４が配置され、油路１３６の油圧（制御油圧）に応じた出力を生じる。油圧センサ１４４の出力は、ミッションコントローラ１００に送出される。

次いで、図３の制御ブロック図を参照し、この実施例に係る車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置の動作を説明する。その動作はより具体的には、ミッションコントローラ１００の動作である。尚、図示のプログラムは、例えば、１０［msec］ごとに実行される。

図示の如く、トルク推定および制御装置は、発進クラッチ４２が伝達するトルクの推定値Ｔｃハットを出力するオブザーバ（状態観測器）１００ａを備えると共に、制御量である、伝達トルクの推定値Ｔｃハットを目標値Ｔｒに追従させるトルクサーボ系として構築される。尚、この明細書でＴｃの頭部に付される推定値を示す記号を「ハット」という。

発進クラッチ４２は、温度変化、製造バラツキ、経年変化によって応答性が変化することから、それらに対するロバスト性を有する制御装置が望まれる。従って、制御系はフィードバック制御系によって閉ループを安定化すると共に、フィードフォワード制御系によって閉ループ系の応答を修正する２自由度制御系１００ｂから構成した。

そのフィードバック制御系にはロバストコントローラを用い、構造的な不確かさを考慮してμ―シンセシスによる制御系を設計した。フィードフォワード制御系はＨ_２制御を用いて設計した。発進クラッチ４２が伝達するトルクは、実機においては特別な計測装置なしには計測不能であると共に、この発明の目的の１つはトルクセンサなどの追加のハードウェアを不要にすることにあるので、上記した如く、オブザーバ１００ａを構築し、それが出力する伝達トルクの推定値Ｔｃハットを用いてフィードバック系を構成した。

図３の構成を概説すると、ブロック１００ｃにおいてエンジン回転数ＮＥ、車速Ｖ、およびスロットル開度ＴＨなどからトルコン規範モデル（マップ化されたデータ）を検索し、発進クラッチ４２が伝達すべきトルクの目標値Ｔｒが算出される。

算出された伝達トルクの目標値Ｔｒは、２自由度制御系１００ｂに入力され、そこでオブザーバ１００ａから出力される伝達トルクの推定値（発進クラッチ４２が伝達すると推定されるトルク）Ｔｃハットとの偏差が算出され、その偏差が減少するように、前記した電流指令値ＩＣＭＤが算出されて定電流ドライバ１００ｄ以下のプラントに送られる。

図４は、そのプラントをより詳細に示すブロック図である。

図３と図４を参照して説明すると、２自由度制御系１００ｂは、トルクＴと圧力（油圧）Ｐの換算式１００ｅから圧力ＰSCrを算出し、電流Ｉと圧力Ｐの変換テーブル１００ｆを検索して電流指令値ＩＣＭＤを算出して定電流ドライバ１００ｄに送る。定電流ドライバ１００ｄは、電流指令値ＩＣＭＤを制御油圧相当電流指令値ＩSCに変換し、油圧回路（図２に示す発進クラッチ制御バルブ１３４、シフトインヒビタバルブ１４０、アキュムレータ１４２など）のリニアソレノイド（発進クラッチ制御バルブ１３４のリニアソレノイド）１３４ｂを通電する。油圧回路１３４などはリニアソレノイド１３４ｂへの通電量、即ち、プランジャ１３４ｂ２の推力ＦSCに比例して動作し、制御油圧ＰSCを発進クラッチ４２に供給する。

発進クラッチ４２は、ＣＶＴ２４によって変速されたエンジン１０の出力（トルク）を、供給された制御油圧ＰSCに応じたクラッチトルクＴｃでドライブトレイン１００ｇを介して伝達する。ドライブトレイン１００ｇは、図３に示す如く、エンジン１０、デュアルマスフライホイール２６、ＣＶＴ２４（プーリ）、発進クラッチ４２、セカンダリシャフト３８、タイヤ（駆動輪）Ｗ、および車体からなる。

ドライブトレイン１００ｇの後段で走行抵抗や車重が加算段１００ｈで加算され、加速度Ｇが算出される。次いで、加速度Ｇは積分ブロック１００ｉで積分され、速度（車速Ｖ）に変換される。

図５は、２自由度制御系１００ｂの詳細を示すブロック図である。

２自由度制御系１００ｂは具体的には、フィードフォワードコントローラ１００ｂ１と、フィードバックコントローラ１００ｂ２とからなる。

フィードフォワードコントローラ１００ｂ１は、時間領域で制御入力の大きさを考慮しながら、過渡応答の特性の最適化を図るべく、Ｈ_２制御を用いて設計した。目標値応答の特性に対する評価関数としては、図５の下部の式に示す、Ｈ_２ノルムを採用する。

式中、Ｇｙｒ，Ｇｕｒそれぞれ図５のＴｒからＴｃまでと、Ｔｒからｕまでの伝達関数を表わし、ρは定数の重みを示す。Ｈ_２ノルムの定義から式の第１項はステップ目標値に対する追従誤差の大きさを示し、第２項はインパルス入力に対する制御入力のエネルギを表わしていることから、第１項を小さくすれば追従性が良くなり、第２項を小さくすれば制御入力が小さくなる。ρは、そのトレードオフをとるための重みである。

フィードバックコントローラ１００ｂ２は構造的な不確かさを勘案し、図６に示すような不確かさを考慮したフィードバック構造とした。具体的には、図４のＴｒからＴｃまでのプラントを線形モデル化してＰ（ｓ）とし、Ｐ（ｓ）全体に対する不確かさを考慮して設計した。

より具体的には、図７に示すような一般化プラントを考慮して設計した。図７において、Ｗmul_r，Ｗmul_lは乗法的なモデルの不確かさを、Ｗperf_r, Ｗperf_lは性能に関する周波数重みを表わす。また、Ｗactu_r，Ｗactu_lは入力の不確かさを、Ｗsen_r，Ｗsen_lは出力の不確かさを表わす。さらに、ＤＡはＤ／Ａ変換の際に生じる位相遅れを、Ｂｆはセンサに用いるフィルタによる位相遅れを表わす。

図５に示す構成において、フィードバックコントローラ１００ｂ２は、フィードフォワードコントローラ１００ｂ１の出力の一方から測定出力（制御量）ｙを減算して得た偏差にゲインＫ（ｓ）を乗じて得た積を、フィードフォワードコントローラ１００ｂ１の他方の出力に加算する。よって得られた和は制御入力としてプラントＰ（ｓ）に与えられる。

次いで、伝達トルクの推定について説明する。

図８に示す如く、エンジン１０からデュアルマスフライホイール２６、ＣＶＴ２４のドライブプーリ３４とドリブンプーリ４６、発進クラッチ４２、セカンダリシャフト３８、タイヤ（駆動輪）Ｗおよび車体に至るまでのドライブトレインを、発進クラッチ４２を境とし、有限要素法に従って６種の要素（質量体。マス）にモデル化し、それらをイナーシャＩと加速度θツードットからなる運動方程式で示すと、同図の下部に示すようになる。

尚、運動方程式でイナーシャＩなどに付される数字は、図８の有限要素法モデルに括弧で示す通りである。また、θツードットは、角度θの２回微分値、即ち、加速度を示す。

このモデルにあっては、発進クラッチ４２が係合されるまでは、エンジン１０からプーリ３４，４６までの３種の要素（マス）で伝達されるトルクと、セカンダリシャフト３８から車体までの３種の要素（マス）で伝達されるトルクは、等しいとみなすことができる。

従って、図８に示す如く、図１の構成は、発進クラッチ４２の上下流の６種のマスは、上流側のエンジン１０からプーリ３４，４６までの３種の要素でモデル化することができ、それによって、車重や走行路の勾配などの影響を受けることなく、トルクの伝達をモデル化することができる。

従って、図８の上部に示す如く、エンジントルクＴＥやクラッチトルクＴｃが与えられると、その３マスモデル１００ｊに従ってエンジン回転数ＮＥやドリブンプーリ回転数（発進クラッチ入力回転数）ＮＤＮが変化する。しかしながら、発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃは特別なセンサがないと、観測することができない。

そこで、この実施例においては、直接観測することのできない発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃを、３マスモデル１００ｊを用いて推定するようにした。即ち、３マスモデルに関してセンサを用いて観測できるのは、エンジン回転数ＮＥ、ドリブンプーリ回転数ＮＤＮ、エンジントルクＴＥの３つである。これらの情報と３マスモデルからなるトルク推定器に基づいて発進クラッチ４２の伝達トルクを推定するようにした。

トルク推定器は、各種のモデル変化、即ち、各機構の経年変化やパラメータの温度依存性に対するロバスト性を有することが要求されることから、トルク推定器をロバストオブザーバの一種であるＨ_∞フィルタを用いて設計した。

それについて述べると、上記した通り、発進クラッチ４２が滑っている場合の６種の要素の運動方程式は、イナーシャＩと加速度θツードットとから数１に示す式で与えられる。尚、数１において乗算記号は省略する。

ただし、イナーシャＩは数２に示す式で算出される。また、ＴＥはエンジン回転数ＮＥなどからマップ検索して算出されるエンジントルクをプーリレシオρ_Ｐ倍したものである。式で用いられる諸定数の説明を図９に示す。

また、式（２．６）でＲＡは走行抵抗であり、数３に示す式で与えられる。

さらに、エンジン回転数ＮＥ、車速Ｖ、ＤＲクラッチとＤＮクラッチの回転数（発進クラッチ４２の入出力回転数）は、数４のように求められる。

次いで、トルク推定器の設計について説明する。

推定器の一般的利点についていえば、推定器とは、制御入力と測定出力から状態変数を再現するものであり、オブザーバ、状態観測器とも呼ばれる。ここでは推定器の基本的な機構、すなわち偏差システムを安定化することにより、状態変数を再現する機構について説明する。

図１０に示す構成において、プラントのダイナミクス（およびセンサの式）が数５に示す式のように記述されているとする。

ここでｘは状態、ｙは測定出力（制御量）、ｕは制御入力、μはプラント内のパラメータを表す。また、推定器のダイナミクスが以下の数６に示す式のように記述されているとする。

このとき、プラントの状態ｘを推定するシステムは、以下のように構成される。ｘ−ｘハットの偏差システムは、式（３．１）から式（３．３）を引くことにより以下の数７に示す式のように記述できる。

上式においてｏ（ｘ−ｘハット）は、ｇ（ｘ）をｘハットの近傍でテイラー展開したときの高次項である。高次項ｏ（ｘ−ｘハット）が無視できるとすると、偏差システムは以下の数８に示す式のように記述される。

この偏差システムが安定するように推定器が設計されているとすると、推定開始直後はプラントの初期値と推定器の初期値とのずれから推定誤差が生じるが、いずれ漸近的に推定器の状態ｘハットはプラントの状態ｘと一致することになる。また、評価指標としてＨ_∞ノルムを用いたり、偏差システムの極配置を行ったりすることによって、漸近していく際の軌道を考慮した設計が可能である。

パラメータ変動に対するロバスト性についていえば、式（３．６）の偏差システムを構成する推定器を設計したとき、パラメータμがμ+Δμ に変動したとする。すると、変動後の偏差システムは以下の数９に示す式のように記述できる。

このとき、式（３．７）で記述される偏差システムの極の実部が正にならない限り、システムは安定である。つまり、ある程度のパラメータ変動が生じたとしても、ロバストに推定が可能ということである。

外乱のモデル化による外乱除去について説明すると、推定器を図１１に示すように構成したとする。ここで推定したいシステムに図１２に示すように入力外乱が入るときを考える。このような外乱が入ったときには、外乱がある初期値とあるダイナミクス（外乱発生器）から生成されると考え、外乱を生成するシステムを推定器側に付加することによって外乱の影響を除去することができる。具体的に、外乱が次の数１０に示す式のようにモデリングできるとする。

そして、図１３のブロック線図に示すように推定システムを構成すれば、推定を始めた直後は初期のずれ（ｄ_０とｄ_０ハット)が生じるが、いずれ漸近的に推定値ｘハットは真値ｘと一致することになる。

この実施例に係る設計の特徴の一つは、未知入力推定オブザーバを使用したことである。

推定器は一般的に図１４に示すように、プラントの制御入力と測定出力から状態を再現するものである。しかし、この実施例で設計された推定器は、測定出力から制御入力を推定するという特徴を持っている。

即ち、推定器は一般的には図１０に示すように構成される。また、推定した状態を用いて状態フィードバックを行う閉ループ系は一般的に図１４に示すように構成され、推定器の設計のために用いる（設計の対象となる）システムと制御器の設計のために用いるシステムが同一である。

しかしながら、この実施例で取り扱うシステムは図１５に示すように構成され、それぞれ設計のために用いるシステムが同一でないという特徴を持っている。

即ち、この実施例にあっては、エンジン１０から駆動輪Ｗに至るドライブトレインの運動を記述すると共に、エンジン１０の出力トルクＴＥと発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃが入力されるとき、エンジン１０の回転数ＮＥ（θ_１ドット）と前記ＣＶＴ（無段変速機）２４のドリブンプーリ回転数ＮＤＮ（θ_３ドット）とを出力するモデル（３マスモデル）１００ｊと、前記モデルから出力されるエンジン回転数ＮＥとドリブンプーリ回転数ＮＤＮとエンジン１０の出力トルクＴＥとを入力し、モデル１００ｊに基づいて発進クラッチ４２が伝達する（伝達）トルクの推定値Ｔｃハットを算出する推定器１００ｋと、少なくともエンジン回転数ＮＥに基づいて発進クラッチ４２が伝達すべき（伝達）トルクの目標値Ｔｒと推定値Ｔｃハットを入力し、目標値と推定値の偏差が減少するように操作量を出力する制御器１００ｍとを備える如く構成した。

次いで、Ｈ_∞フィルタを用いた設計について説明する。

Ｈ_∞フィルタ設計の初期段階で用いた一般化プラントを図１６に示す。続けて、改良した一般化プラントを図１７に示す。ここでは、ＴｃからＴｃハットまでのボード線図の帯域調整を考慮した重みＷ_４（ｓ）と油圧むだ時間を考慮した重みＷ_ｄ（ｓ）が付加されている。

図１５において、３マスモデル１００ｊは、以下の数１１に示す式のように示される。

ただし、Ａsyataiなどは、以下の数１２に示す式で示される。

なお、θ_１，θ_３のツードット値（角度θの２回微分値、即ち、加速度を示す値）を得る際には、次の数１３に示す微分器を用いるようにした。

次いで、Ｈ_∞フィルタの設計について説明すると、以下では、重み調整と評価指標として用いたＴｃからＴｃハットまでのボード線図の帯域調整との関係がわかりやすいように３つのＨ_∞フィルタの設計について説明する。まず、フィルタの名称と設計に使用した重み関数をそれぞれ説明する。

１つ目はＨ_∞フィルタｔｙｐｅ１である。重み関数を以下の数１４に示す式ように設定した。

ただし、むだ時間Ｌ＝０．１であり、設計したフィルタは１０次に低次元化（最適Ｈａｎｋｅｌノルム近似）している。

２つ目はＨ_∞フィルタｔｙｐｅ２である。このフィルタに設計した重み関数はほとんどＨ_∞フィルタｔｙｐｅ１と同じであり、Ｗ_２とＷ_４のみ以下の数１５に示す式のように変更した。

ただし、設計したフィルタは１０次に低次元化（最適Ｈａｎｋｅｌノルム近似）している。

３つ目はＨ_∞フィルタｔｙｐｅ３である。このフィルタも同様に、Ｗ_２とＷ_４のみ以下の数１６に示すように変更した。

ただし、設計したフィルタは１１次に低次元化（最適Ｈａｎｋｅｌノルム近似）している。

得られたフィルタのＴｃからＴｃハットまでのボード線図を図１８に示す。また、設定した重みＷ_２とＷ_４をそれぞれ図１９と図２０に示す。

図２１は、上記した、この実施例に係る車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置の構成を全体的に示すブロック図である。

図２１に示す構成により、伝達トルクの推定値Ｔｃハットと実トルクＴｃの偏差が零となるような、即ち、推定値Ｔｃハットを実トルクＴｃに一致させることができるトルク推定器Ｆfil（ｓ）を求めることができる。また、Ｗ_１（ｓ），Ｗ_２（ｓ）などの周波数重みを各情報に課すことで、推定器にある条件の下で所望の周波数特性を持たせることができる。

以上述べた如く、この実施例にあっては、エンジン（内燃機関）１０と、前記エンジン（内燃機関）１０に接続されるＣＶＴ（無段変速機）２４と、前記ＣＶＴ（無段変速機）２４に接続される駆動輪（タイヤ）Ｗと、前記ＣＶＴ（無段変速機）２４と駆動輪Ｗの間に介挿されて前記ＣＶＴ（無段変速機）２４から前記駆動輪Ｗへのトルク伝達を断接する発進クラッチ４２とを備えると共に、前記発進クラッチ４２が伝達するトルクＴｃを推定する車両用発進クラッチのトルク推定装置において、前記エンジン（内燃機関）１０から前記駆動輪Ｗに至るドライブトレインにおいて前記エンジン（内燃機関）１０から前記ＣＶＴ（無段変速機）２４に至るまでの発進クラッチ４２の上流側の要素の運動と、前記発進クラッチ４２の下流側の駆動輪Ｗに至るまでの要素の運動は発進クラッチ４２が接続されるまでは釣り合うとみなし、発進クラッチ４２の上流側の要素の運動を記述すると共に、前記エンジン（内燃機関）１０の出力トルクＴＥと前記発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃが入力されるとき、前記エンジン（内燃機関）１０の回転数ＮＥと前記ＣＶＴ（無段変速機）２４のドリブンプーリ回転数（出力回転数）ＮＤＮとを出力するモデル１００ｊと、および前記モデルから出力される前記エンジン（機関）回転数ＮＥおよびドリブンプーリ（変速機出力）回転数ＮＤＮと、前記エンジン（内燃機関）１０の出力トルクＴＥとを入力し、前記モデルに基づいて前記発進クラッチ４２が伝達する（伝達）トルクの推定値Ｔｃハットを算出する推定器１００ｋとを備える如く構成した。

このように、エンジン１０から駆動輪Ｗに至るドライブトレインの運動を記述すると共に、エンジン１０の出力トルクＴＥと発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃが入力されるとき、エンジン回転数ＮＥとドリブンプーリ回転数（変速機出力回転数）ＮＤＮとを出力するモデル（３マスモデル）１００ｊと、および出力されるエンジン回転数ＮＥとドリブンプーリ回転数ＮＤＮとエンジン１０の出力トルクＴＥとを入力し、モデルに基づいて発進クラッチ４２が伝達する伝達トルクの推定値Ｔｃハットを算出する推定器１００ｋとを備える如く構成したので、トルクセンサなどの追加のハードウェアを必要とすることなく、発進クラッチ４２の使用領域の全域で伝達トルクを精度良く高応答に推定することができる。また、回転情報を平均化することなく使用するので、推定トルクの応答性が速く、過渡領域でも推定することができる。上記した２つの理由から、後で述べる如く、発進クラッチ４２の使用領域の全域において伝達トルクを目標値に追従させるフィードバックが可能となる。

このように、ドライブトレインにおいてエンジン（内燃機関）からＣＶＴ（無段変速機）２４に至るまでの発進クラッチ４２の上流側の要素の運動と、発進クラッチ４２の下流側の駆動輪に至るまでの要素の運動は発進クラッチ４２が接続されるまでは釣り合うとみなし、発進クラッチ４２の上流側の要素の運動を記述するモデルをもって前記したモデルとする如く構成したので、上記した効果に加え、モデルはエンジン（内燃機関）１０やＣＶＴ（無段変速機）２４などの運動を記述すれば足りることから、換言すれば、走行路の勾配や走行抵抗などの走行状態や車重の変化などの影響を受けることがないことから、構成が簡易となると共に、推定精度を上げることができる。

また、前記ドライブトレインが、前記エンジン（内燃機関）１０から（デュアルマス）フライホイール２６を経て前記ＣＶＴ（無段変速機）２４に至るまでの発進クラッチ４２の上流側の要素と、セカンダリシャフト３８から前記駆動輪Ｗを経て前記駆動輪Ｗが取り付けられる車体に至るまでの前記発進クラッチ４２の下流側の要素からなると共に、前記発進クラッチ４２の上流側の要素の運動を記述するモデルは、前記エンジン（内燃機関）１０と前記フライホイール２６と前記ＣＶＴ（無段変速機）２４の運動を記述するモデルからなる如く構成した。これにより、上記した効果に加え、ドライブトレインの運動を良く記述できるモデルを用いることで、推定精度を上げることができる。

また、この実施例にあっては、エンジン（内燃機関）１０と、前記エンジン（内燃機関）１０に接続されるＣＶＴ（無段変速機）２４と、前記ＣＶＴ（無段変速機）２４に接続される駆動輪Ｗと、前記ＣＶＴ（無段変速機）２４と駆動輪Ｗの間に介挿されて前記ＣＶＴ（無段変速機）２４から前記駆動輪Ｗへのトルク伝達を断接する発進クラッチ４２とを備えると共に、前記発進クラッチ４２が伝達するトルクＴｃを制御する車両用発進クラッチの制御装置において、前記エンジン（内燃機関）１０から前記駆動輪Ｗに至るドライブトレインにおいて前記エンジン（内燃機関）１０から前記ＣＶＴ（無段変速機）２４に至るまでの発進クラッチ４２の上流側の要素の運動と、前記発進クラッチ４２の下流側の駆動輪Ｗに至るまでの要素の運動は発進クラッチ４２が接続されるまでは釣り合うとみなし、発進クラッチ４２の上流側の要素の運動を記述すると共に、前記エンジン（内燃機関）１０の出力トルクＴＥと前記発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃが入力されるとき、前記エンジン（内燃機関）の回転数ＮＥと前記ＣＶＴ（無段変速機）２４のドリブンプーリ回転数（出力回転数）ＮＤＮとを出力するモデル（３マスモデル）１００ｊと、前記モデルから出力される前記エンジン（機関）回転数ＮＥおよびドリブンプーリ（変速機出力）回転数ＮＤＮと、前記エンジン（内燃機関）１０の出力トルクＴＥとを入力し、前記モデルに基づいて前記発進クラッチ４２が伝達する（伝達）トルクの推定値Ｔｃハットを算出する推定器１００ｋと、少なくとも前記エンジン（機関）回転数ＮＥに基づいて前記発進クラッチ４２が伝達すべき（伝達）トルクの目標値Ｔｒを算出する伝達トルク目標値算出手段（トルコン規範モデル１００ｃ）と、および前記算出される伝達トルクの目標値Ｔｒと推定値Ｔｃハットを入力し、前記目標値と推定値の偏差が減少するように操作量を出力する制御器１００ｍとを備える如く構成した。

これにより、推定された伝達トルクＴｃハットに基づき、使用領域の全域において発進クラッチの伝達トルクＴｃを目標値Ｔｒに追従させるフィードバック制御を行うことができる。

また、前記制御器は、前記目標値Ｔｒと前記推定値Ｔｃハットの偏差が常に零となるように動作するトルクサーボ系として構成される如く構成した。これにより、発進クラッチ４２の伝達トルクＴｃを目標値Ｔｒに迅速に制御することができる。

また、前記制御器がフィードフォワードコントローラ（制御器）１００ｂ１とフィードバックコントローラ（制御器）１００ｂ２とを備えると共に、前記フィードバックコントロール（制御器）とフィードフォワードコントローラ（制御器）１００ｂ１が目標値応答の特性に対する評価関数として所定のＨ_∞ノルムとＨ_２ノルムからなる評価関数を備える如く構成した。これにより、追従性と応答性とを最適にバランスさせることができる。

この発明の実施例に係る車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置を全体的に示す概略図である。図１に示す装置の中の発進クラッチ用のバルブ群などの油圧構成要素の詳細を示す油圧回路図である。図１に示す装置の動作を示す制御ブロック図である。図３中のプラントの構成をより詳細に示す制御ブロック図である。図３の中の２自由度制御系の構成を詳細に示すブロック図である。図５の中のフィードバックコントローラが設計時に前提とする構造的な不確かさを示すブロック図である。図５の中のフィードバックコントローラが設計時に前提とする一般化プラントの構成を示すブロック図である。図１の構成を有限要素法に従ってモデル化してブロック図である。図８に示す運動方程式で使用される定数の諸元を示す表である。オブザーバによる状態推定を一般的に示すブロック図である。同様に、オブザーバによる状態推定を一般的に示すブロック図である。外乱が加わったときのシステムの状態推定を示すブロック図である。外乱のモデル化による外乱除去を示すブロック図である。一般的な併合系を示すブロック図である。この実施例における併合系を示すブロック図である。Ｈ_∞一般化プラントの初期型を示すブロック図である。Ｈ_∞一般化プラントの改良型を示すブロック図である。図１７のフィルタＴｃからＴｃハットまでのボード線図である。図１７の重みＷ_２のプロットを示すグラフである。図１７の重みＷ_４のプロットを示すグラフである。この実施例に係る車両用発進クラッチのトルク推定および制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０内燃機関（エンジン）、２４無段変速機（ＣＶＴ）、３４ドライブ側可動プーリ（ドライブプーリ）、３８セカンダリシャフト、４２発進クラッチ、４６ドリブン側可動プーリ（ドリブンプーリ）、１００ミッションコントローラ、１２６エンジンコントローラ、１３４発進クラッチ制御バルブ、１３４ｂリニアソレノイド、１４０シフトインヒビタバルブ、１４２アキュムレータ、Ｗ駆動輪（タイヤ）

Claims

内燃機関と、前記内燃機関に接続される無段変速機と、前記無段変速機に接続される駆動輪と、前記無段変速機と駆動輪の間に介挿されて前記無段変速機から前記駆動輪へのトルク伝達を断接する発進クラッチとを備えると共に、前記発進クラッチが伝達するトルクを推定する車両用発進クラッチのトルク推定装置において、
ａ．前記内燃機関から前記駆動輪に至るドライブトレインにおいて前記内燃機関から前記無段変速機に至るまでの前記発進クラッチの上流側の要素の運動と、前記発進クラッチの下流側の前記駆動輪に至るまでの要素の運動は前記発進クラッチが接続されるまでは釣り合うとみなし、前記発進クラッチの上流側の要素の運動を記述すると共に、前記内燃機関の出力トルクと前記発進クラッチの伝達トルクが入力されるとき、前記内燃機関の回転数と前記無段変速機の出力回転数とを出力するモデルと、
および
ｂ．前記モデルから出力される前記機関回転数および変速機出力回転数と、前記内燃機関の出力トルクとを入力し、前記モデルに基づいて前記発進クラッチが伝達するトルクの推定値を算出する推定器と、
を備えたことを特徴とする車両用発進クラッチのトルク推定装置。
前記ドライブトレインが、前記内燃機関からフライホイールを経て前記無段変速機に至るまでの発進クラッチの上流側の要素と、セカンダリシャフトから前記駆動輪を経て前記駆動輪が取り付けられる車体に至るまでの前記発進クラッチの下流側の要素からなると共に、前記発進クラッチの上流側の要素の運動を記述するモデルは、前記内燃機関と前記フライホイールと前記無段変速機の運動を記述するモデルからなることを特徴とする請求項１記載の車両用発進クラッチのトルク推定装置。
内燃機関と、前記内燃機関に接続される無段変速機と、前記無段変速機に接続される駆動輪と、前記無段変速機と駆動輪の間に介挿されて前記無段変速機から前記駆動輪へのトルク伝達を断接する発進クラッチとを備えると共に、前記発進クラッチが伝達するトルクを制御する車両用発進クラッチの制御装置において、
ａ．前記内燃機関から前記駆動輪に至るドライブトレインにおいて前記内燃機関から前記無段変速機に至るまでの前記発進クラッチの上流側の要素の運動と、前記発進クラッチの下流側の前記駆動輪に至るまでの要素の運動は前記発進クラッチが接続されるまでは釣り合うとみなし、前記発進クラッチの上流側の要素の運動を記述すると共に、前記内燃機関の出力トルクと前記発進クラッチの伝達トルクが入力されるとき、前記内燃機関の回転数と前記無段変速機の出力回転数とを出力するモデルと、
ｂ．前記モデルから出力される前記機関回転数および変速機出力回転数と、前記内燃機関の出力トルクとを入力し、前記モデルに基づいて前記発進クラッチが伝達するトルクの推定値を算出する推定器と、
ｃ．少なくとも前記機関回転数に基づいて前記発進クラッチが伝達すべきトルクの目標値を算出する伝達トルク目標値算出手段と、
および
ｄ．前記算出される伝達トルクの目標値と推定値を入力し、前記目標値と推定値の偏差が減少するように操作量を出力する制御器と、
を備えたことを特徴とする車両用発進クラッチの制御装置。
前記制御器は、前記目標値と前記推定値の偏差が常に零となるように動作するトルクサーボ系として構成されることを特徴とする請求項３記載の車両用発進クラッチの制御装置。