JP5741596B2 - 車両運動制御装置 - Google Patents
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Description
なお、本実施形態では、車両運動制御装置が実行する運動制御は、車輪軸トルクの変化によって車両に生じる各種振動の制振であり、また、制振の対象となる振動には、車体の振動(1〜5Hz)、エンジン−マウント系の振動(7〜15Hz)、シャシやタイヤの振動(10Hz〜)等がある。
図1に示すように、車両運動制御装置が適用される車両は、走行用エンジン(内燃機関)1と、指令値(目標スロットル開度SL)に従って、エンジン1への吸入空気量を制御する電動スロットルバルブ2と、エンジン1により回転駆動される発電機3と、指令値(目標電圧Va)に従って、発電機3の発電電圧が目標電圧Vaと一致するように、発電機3の励磁巻線に流れるフィールド電流をデューティ制御する電圧レギュレータ4と、発電機3による発電電力を充電するバッテリ5と、発電機3による発電電力又はバッテリ5の充電電力によって駆動される電気負荷6と、電動スロットルバルブ2及び電圧レギュレータ4に対する指令値(目標スロットル開度SL,目標電圧Va)を生成することで、エンジン1及び発電機3の作動を制御する制御装置(ECU)7を備えている。
電圧レギュレータ4は、ECU7から供給される指令値Vaに従って、発電機3の発電電圧が指令値Vaと一致するように、発電機3の励磁巻線に流れるフィールド電流をデューティ制御する周知のものである。
ECU7は、アクセル開度Acc及びエンジン回転数Neに基づいてドライバ要求エンジン出力軸トルクTr及びドライバ要求車輪軸トルクTwを演算するドライバ要求トルク推定部20と、電圧レギュレータ4から提供されるフィールド電流のデューティ値Fduty及びエンジン回転数Neに基づいてセンサ11〜14から直接的に得られない発電機3に関する情報を推定すると共に、発電機3が運動制御に利用できる状態であるか否かを判定する発電機状態推定部30と、電気負荷6(電力を消費する各種車載機器)へ電力を供給するためのトルク(負荷消費トルク)Tdを演算する負荷消費トルク演算部40と、負荷消費トルクTdに基づき目標スロットル開度SLを演算する目標スロットル開度演算部50とを備えている。
<ドライバ要求トルク推定部>
ドライバ要求トルク推定部20は、図2に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、ドライバ要求エンジン出力軸トルクTr及びドライバ要求車輪軸トルクTwを繰り返し算出する。
続くS22では、取得したアクセル開度Accからスロットル開度を算出し、続くS23では、算出したスロットル開度と取得したエンジン回転数Neから吸入空気量を推定し、続くS24では、推定された吸入空気量からドライバ要求エンジン出力軸トルクTrを推定する。なお、これらS22〜S24の処理は、予め用意(メモリに記憶)された各種のマップを使用して推定する。但し、これらの処理の内容は公知であるため、その詳細についての説明は省略する。
発電機状態推定部30は、図3に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、負荷消費トルク演算部40や目標電圧演算部90での処理に必要な各種情報を生成する。
続くS32では、(2)式に従い、エンジン−発電機変速比RRを用いて、エンジン回転数Neを発電機回転数Naに変換する。
発電効率マップは、図4(a)に示すように、発電機回転数Naと発電効率ηの関係を実験により求めたものである。なお、発電効率ηは、エンジン1から発電機3に供給される動力[W]に対する発電電力[W]の割合に相当する。
続くS35では、発電機3が発電中であり、かつ発電量が上限未満であるか否かを判断し、肯定判断した場合はS36に、否定判断した場合はS37に進む。
続くS38では、制御可否フラグFを目標電圧演算部90に出力すると共に、発電効率η,発電電流Ia,発電機回転数Naを負荷消費トルク演算部40に出力して、本手順を終了する。
負荷消費トルク演算部40は、図5に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、電気負荷6へ電力を供給するためのトルク(負荷消費トルクTd)を繰り返し算出する。
続くS43では、算出した負荷消費電流Id、バッテリ電圧Vb、発電機回転数Na、発電効率η、及びエンジン−発電機変速比RRに基づき、発電機3にて負荷消費電流Idを発生させるのに必要なエンジン出力軸でのトルクである負荷消費トルクTdを(3)式に従って算出する。
<目標スロットル開度演算部>
目標スロットル開度演算部50は、図6に示す手順を、所定周期で繰り返し実行することにより、目標スロットル開度SLを繰り返し算出し、その算出結果を指令値とした電動スロットルバルブの制御を実行する。
車両振動状態推定部60は、図7に示す手順を所定周期で繰り返し実行することにより、制振の対象となる対象振動の振動状態Yoscを繰り返し推定する。
<車輪軸トルク補正量演算部>
車輪軸トルク補正量演算部70は、対象振動の振動状態Yoscが算出される毎に、図8に示した手順を繰り返し実行することにより、車輪軸トルク補正量ΔTwを繰り返し算出する。
続くS72では、対象振動の振動状態Yoscに基づき、対象振動の振動状態Yoscを零に近づけるために必要な車輪軸トルク補正量ΔTwを算出する。例えば、対象振動の振動状態Yoscに対するフィードバック制御により車輪軸トルク補正量ΔTwを算出する場合、フィードバックのゲインをKとして、(4)式を用いて算出する。
続くS73では、算出した車輪軸トルク補正量ΔTwを、目標電圧演算部90へ出力して、本手順を終了する。
バッテリ状態推定部80は、図9に示す手順を所定周期で繰り返し実行することにより、バッテリの充電状態を表すバッテリ状態量としてSOC(State Of Charge )を繰り返し推定する。なお、SOCとは、満充電容量に対する残存容量の比を100分率で表したものである。
続くS82では、バッテリ電流Ibを積算することでSOCの推定値(以下「累積推定値」という)SOCintを算出する。具体的には、バッテリ容量上限値(満充電容量)をQmax[As]、バッテリ状態推定部80の動作周期をΔt[s]として、(5)式に従って算出する。
続くS84では、S81で取得したバッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ibに基づき、予め用意されたSOC推定マップを利用してSOCの推定値(以下「マップ推定値」という)SOCmapを求める。
具体的には、図10(a)に示すように、バッテリ電圧Vbが一定である場合、Ib−SOC特性は、バッテリ電流Ibが充電電流(正極性の電流)であれば、SOCが100%に近づくほどバッテリ電流Ibの絶対値は小さくなり、バッテリ電流Ibが放電電流(負極性の電流)であれば、SOCが100%から離れるほどバッテリ電流Ibの絶対値は小さくなる。また、充電も放電もしないときのバッテリ電圧Vbを規定電圧として、バッテリ電圧Vbが規定電圧に近いほど、グラフの傾きは急峻になる。
<目標電圧演算部>
目標電圧演算部90は、図11に示す手順を所定周期で繰り返し実行することにより、目標電圧Vaを繰り返し算出する。
続くS94では、求められた運動制御成分ΔVaをデバイスの状況によって制限する補正値制限処理を実行する。
続くS96では、算出した目標電圧Vaを指令値として、通信手段15を介して電圧レギュレータ4に提供して、本手順を終了する。
先のS93で実行する運動制御成分演算処理では、図13に示す手順を実行することにより、車輪軸トルク補正量ΔTwに応じた運動制御成分ΔVaを算出する。
続くS102では、制御可否フラグFに基づき、発電機3が運動制御を可能な状態にあるか否かを判断し、運動制御が可能な状態(F=1)であればS103に進み、運動制御が不能な状態(F=0)であればS104に進む。
つまり、発電機3が運動制御を不能な状態にあるときには、運動制御成分ΔVaを零に設定することにより、発電機駆動トルクによる運動制御を禁止し、容量維持成分Vaveによるバッテリ残容量を所定範囲に維持する制御のみを実行するようにされている。
ここで、目標電圧Vaから発電機駆動トルクTaを発生させる制御系の制御モデル(順方向モデル)について説明する。制御モデルは、図14(a)に示すように、目標電圧Vaと発電電圧との差分を求める減算器と、減算器の出力をフィールド電流デューティ値Fdutyに変換する特性によって定義された電圧レギュレータモデルM1と、フィールド電流デューティ値Fdutyと発電機3にて発生する駆動トルクとの関係を示すFduty−トルク特性M21、及び駆動トルクと発電電流Iaの関係を示すトルク−電流次元変換特性M22によって定義された発電機モデルM2と、バッテリ5に供給される発電電流Iaと発電電圧との関係を示す特性によって定義されたバッテリモデルM3とで構成される。なお、これらモデルの特性には、時間の要因を考慮した動特性が用いられている。
<補正値制限処理>
先のS94で実行する補正値制限処理では、図19に示す手順を実行することにより、デバイスの状況に応じて運動制御成分ΔVaを制限する。
具体的には、バッテリ電圧Vbが許容制御範囲外の値である状態が所定時間以上続いた場合、又は、フィールド電流デューティ値Fdutyが100%である状態が所定時間以上続いた場合に主要デバイスのいずれかが故障していると判断する。
一方、S111で否定判断された場合、S113では、バッテリ電流センサ13が故障しているか否かを判断する。
具体的には、初期の満充電容量に対する劣化時の満充電容量の比を100分率で表したSOH(残存劣化状況)を推定し、このSOHが所定の下限閾値を下回るか否かによって判断する。なお、SOHの推定方法は公知(例えば、特開2003−129927号公報を参照)のものであるため、ここでは説明を省略する。また、SOHの推定は、例えば、バッテリ状態推定部80で行ってもよい。
S117で肯定判断された場合、運動制御成分ΔVaの制限を加えることなく、そのまま本処理を終了する。
図21は、本実施形態において、エンジン出力軸トルクに含まれる成分を一覧にしたものであり、図中の(a)〜(e)はそれぞれドライバ要求成分(Tr相当)、負荷消費成分(発生:Td相当)、SOC管理成分(Vave相当)、負荷消費成分(消費:Td相当)、車輪軸トルク補正成分(ΔVa相当)である。
以上説明したように、本実施形態では、ドライバの要求トルクから車両振動を推定し、その推定結果から求めた運動制御成分ΔVaに従って発電機3の発電量、ひいては発電機駆動トルクを変化させ、これによって車輪軸トルクを補正することにより車両振動を抑制している。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく様々な態様にて実施することが可能である。
上記実施形態では、ドライバ要求エンジン出力軸トルクTrに基づいて、目標スロットル開度演算部50が指令値として目標スロットル開度SLを算出しているが、指令値はこれに限るものではなく、目標スロットル開度SLに加えて又は目標スロットル開度SLの代わりに、燃料噴射量や点火時期を算出するように構成してもよい。
Claims (6)
- 内燃機関(1)により駆動され発電する発電機(3)、前記発電機の発電電圧が指定された目標電圧になるように前記発電機の励磁巻線に流れるフィールド電流を制御する電圧レギュレータ(4)、前記発電機の発電電力を充電するバッテリ(5)を備える車両に適用される車両運動制御装置であって、
前記バッテリの充電状態を表すバッテリ状態量を所定範囲に維持するのに必要な供給電力が得られるように前記電圧レギュレータを動作させるための前記目標電圧の成分である容量維持成分を生成する容量維持成分生成手段(90,S92)と、
予め指定された車両運動の制御に必要なトルクである運動制御用トルクが前記発電機にて発生するように前記電圧レギュレータを動作させるための前記目標電圧の成分である運動制御成分を生成する運動制御成分生成手段(90,S93と、
前記容量維持成分に前記運動制御成分を重畳することで前記目標電圧を生成する目標電圧生成手段(90,S95)と、
を備え、
前記運動制御成分生成手段は、前記目標電圧に応じて前記発電機の駆動トルクを発生させる制御系を該制御系が有する動特性を考慮してモデル化したものを制御モデルとして、該制御モデルの逆モデルである制御逆モデル(RM1,RM2,M3)を用いて、前記運動制御用トルクから前記運動制御成分を求めるものであって、
前記制御逆モデルは、
前記電圧レギュレータにて、前記目標電圧と前記発電電圧の差が前記フィールド電流のデューティに変換される際の変換特性を表す電圧レギュレータモデルの逆モデル(RM1)、前記発電機にて、前記フィールド電流のデューティが前記駆動トルクに変換される際の変換特性、及び前記駆動トルクと前記発電機が出力する発電電流との対応関係を表す発電機モデルの逆モデル(RM2)、前記発電電流が前記発電電圧に変換される際の変換特性を表すバッテリモデル(M3)からなるデバイス単位のモデルのうち、
少なくとも、前記電圧レギュレータの逆モデルと前記発電機モデルの逆モデルを用いて構成されるか、又は少なくとも前記バッテリモデルを用いて構成されていること、
を特徴とする車両運動制御装置。 - 前記制御逆モデルを構成する前記デバイス単位のモデルの少なくとも一つに動特性が反映されていることを特徴とする請求項1に記載の車両運動制御装置。
- 前記車両運動は、ドライバの要求に応じた要求トルクを前記内燃機関が実現することによって前記車両に発生する振動であり、
前記運動制御用トルクは、前記振動を抑制するためのトルクであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両運動制御装置。 - 前記要求トルクを前記内燃機関に実現させるための指令値から、抑制の対象となる振動の周波数成分を除去する成分除去手段(40,S44)を備えることを特徴とする請求項3に記載の車両運動制御装置。
- 前記容量維持成分生成手段は、
前記バッテリ状態量として、前記バッテリの満充電容量に対する残存容量の比を表すSOC(State Of Charge )を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の車両運動制御装置。 - 前記容量維持成分生成手段は、
前記バッテリに流れるバッテリ電流を累積することにより前記SOCの推定値である第1推定値を生成する第1推定手段(80,S82)と、
前記第1推定値の誤差である第1誤差を求める第1誤差推定手段(80,S83)と、
前記バッテリの端子間電圧であるバッテリ電圧及び前記バッテリ電流から、予め用意された特性マップに従って前記SOCの推定値である第2推定値を生成する第2推定手段(80,S84)と、
前記第2推定値の誤差である第2誤差を求める第2誤差推定手段(80,S85)と、
前記第1誤差及び前記第2誤差を重みとして使用する前記第1推定値及び前記第2推定値の重み付き演算を実行する実行手段(80,S86)と、
を備え、前記実行手段による演算結果を用いて前記容量維持成分を生成することを特徴とする請求項5に記載の車両運動制御装置。
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