JP6020510B2

JP6020510B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP6020510B2
Application number: JP2014090024A
Authority: JP
Inventors: 前田　貴史; 貴史前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: US20150307098A1; JP2015209019A; CN105000017A; EP2937254B1; CN105000017B; US9376110B2; EP2937254A1

Description

本開示は、車両制御装置に関する。

従来から、内燃機関の出力を無段に変速する無段変速機を備えるとともに、定速走行指令に応じ、車速が所定の設定車速になるようにスロットル弁の開度を制御する定速走行制御を実行する内燃機関の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2002-029286号公報

ところで、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）を備える車両において、クルーズコントロール等の車両の速度維持を狙う制御で、車両の目標出力駆動力を微小に変化させた場合に、エンジン回転数のハンチング（例えば、周期５〜７秒、振幅１０００ｒｐｍ程度）が発生する場合がある。ＣＶＴを備える車両では、電子スロットルとＣＶＴの変速比の両方を用いて車両の出力駆動力を制御する。しかし、電子スロットルとＣＶＴは共に実現系の遅れがあり、また応答性も異なる。そのため、例えば、駆動力を増加させるように制御すると、電子スロットルにて駆動力が増加した後、遅れて変速比が駆動力を増加させ、駆動力が大きくなりすぎる場合がある。すると今度は、駆動力を減少させる側の制御となり、これが繰り返される。そのため、変速比の大小が繰り返される為、エンジン回転数のハンチングが発生する。

そこで、本開示は、無段変速機を備える車両においてエンジン回転数のハンチングを抑制することができる車両制御装置の提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、手動変速モードが選択されてない状況下で、無段階変速機を有する車両の車速が所定の目標車速になるように目標加速度を算出し、前記目標加速度に基づいて、エンジン回転数の変化量に対する閾値を設定し、前記閾値をエンジン回転数の変化量が超えないようにエンジン回転数を制御する処理装置を含む、車両制御装置が提供される。

本開示によれば、無段変速機を備える車両においてエンジン回転数のハンチングを抑制することができる車両制御装置が得られる。

一例による車両構成を概略的に示す図。処理装置１０の機能構成の一例を示す図。処理装置１０の機能構成の他の一例を示す図。エンジン４０から無段階変速機４２を介した駆動輪への動力の流れを模式的に示す図。速度制御部１２により実行される処理の一例を示すフローチャート。目標加速度に応じたエンジン回転数変化量ガードの設定方法の一例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、一例による車両構成を概略的に示す図である。車両は、処理装置１０と、車速センサ３０と、エンジン４０と、無段階変速機（ＣＶＴ）４２とを含む。尚、図１における各要素の接続態様は、任意である。例えば、接続態様は、CAN（controller area network）などのバスを介した接続であってもよいし、他のＥＣＵ等を介した間接的な接続であってもよいし、直接的な接続であってもよいし、無線通信可能な接続態様であってもよい。

処理装置１０は、ＣＰＵを含む演算処理装置により構成されてもよい。処理装置１０の各種機能（以下で説明する機能を含む）は、任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、処理装置１０の機能の任意の一部又は全部は、特定用途向けＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（digital signal processor）により実現されてもよい。また、処理装置１０は、複数の処理装置（センサ内の処理装置を含む）により実現されてもよい。

車速センサ３０は、車輪速センサである。車速センサ３０は、無段階変速機４２の出力軸の回転数を検出するセンサやＧＰＳ受信機等、車速に関連する情報を検出するセンサであってもよい。

処理装置１０には、エンジン４０が接続される。処理装置１０は、エンジン４０の電子スロットル（図示せず）に対してスロットル開度を指示する。

処理装置１０には、無段階変速機４２が接続される。処理装置１０は、無段階変速機４２に対してギア比を指示する。

図２は、処理装置１０の機能構成の一例を示す図である。図２に示す構成は、定速走行制御（クルーズコントロール）を行う構成に好適である。

処理装置１０は、速度制御部１２と、ＣＶＴ制御部１４と、エンジン制御部１６とを含む。

速度制御部１２には、車速センサ３０から車速情報が入力される。また、速度制御部１２には、設定目標車速を表す情報が入力される。設定目標車速は、例えば一定値であり、運転者等のユーザにより設定される。設定目標車速は、ユーザにより設定される速度以外にも、デフォルト値が使用されてもよい。速度制御部１２は、車速と設定目標車速との関係に基づいて、目標加速度を算出し、算出した目標加速度に基づいて要求スロットル開度又は要求駆動力を算出する。即ち、速度制御部１２は、設定目標車速が実現されるような目標加速度を算出する。例えば、速度制御部１２は、設定目標車速と車速との偏差が０になるように目標加速度を算出する。このフィードバック制御には、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative Controller)等が使用されてもよい。このようにして算出された要求スロットル開度又は要求駆動力を表す情報は、ＣＶＴ制御部１４及びエンジン制御部１６に入力される。

速度制御部１２は、エンジン回転数変化量ガードを算出する。エンジン回転数変化量ガードは、エンジン回転数の変化量に対する閾値として機能する。エンジン回転数の変化量は、単位時間当たりの変化量であってもよいし、所定時間当たり（例えば制御周期当たり）の変化量であってもよい。エンジン回転数変化量ガードの算出方法については後述する。エンジン回転数変化量ガードを表す情報は、ＣＶＴ制御部１４に入力される。

ＣＶＴ制御部１４には、要求スロットル開度又は要求駆動力、及び、エンジン回転数変化量ガードを表す情報が入力される。ＣＶＴ制御部１４は、要求スロットル開度又は要求駆動力、及び、エンジン回転数変化量ガード等に基づいて、ギア比を決定する。例えば、ＣＶＴ制御部１４は、要求スロットル開度又は要求駆動力、現在の車速、及び、現在のエンジン回転数等に基づいて、目標エンジン回転数を決定する。尚、現在の車速は、現在の駆動輪の回転数に対応し、現在のエンジン回転数は、現在のＣＶＴ入力回転数（インプットシャフトの回転数）に対応する。ＣＶＴ制御部１４は、決定した目標エンジン回転数と及び現在のＣＶＴ入力回転数との関係に基づいて、エンジン回転数の変化量がエンジン回転数変化量ガードを超えないように、ギア比を決定する。例えば、ＣＶＴ制御部１４は、ギア比の変化に伴ってエンジン回転数変化量ガードをエンジン回転数の変化量が超えないように、現在のギア比から目標エンジン回転数を実現するためのギア比までの変化速度（変化率）を算出し、算出した変化速度に従ってギア比を変化させる。尚、目標エンジン回転数は、演算周期ごとに随時変化するので、それに応じてギア比の変化態様も変化されてよい。但し、目標エンジン回転数は、急な変化を抑制するための"なまし処理"等が実行されてもよい。

エンジン制御部１６には、要求スロットル開度又は要求駆動力を表す情報が入力される。エンジン制御部１６は、要求スロットル開度又は要求駆動力に基づいて、スロットル開度を決定する。

図３は、処理装置１０の機能構成の他の一例を示す図である。図３に示す構成は、定速走行制御に加えてＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）またはその類の制御を行う構成に好適である。

処理装置１０は、ＡＣＣ制御部１１と、速度制御部１２と、ＣＶＴ制御部１４と、エンジン制御部１６とを含む。

ＡＣＣ制御部１１には、先行車両との車間距離を表す情報が入力される。車間距離を表す情報は、例えば車両前方を監視するレーダセンサや画像センサにより取得されてよい。ＡＣＣ制御部１１は、車間距離と、車速センサ３０からの車速情報とに基づいて、目標加速度を算出し、算出した目標加速度を表す情報を出力する。尚、目標加速度の算出方法は、任意であり、例えばＡＣＣ又はその類で採用される算出方法が使用されてよい。例えば、目標加速度は、先行車と自車との間の車間距離が所定の目標距離となるように決定されてもよいし、先行車と自車との間の車間時間（＝車間距離／車速）が所定の目標車間時間となるように決定されてもよい。後者の場合、目標車間時間は、車速（自車の車速）毎に設定されてよい。

速度制御部１２は、ＡＣＣ制御部１１から目標加速度を表す情報が入力されているときは、かかる目標加速度に基づいて、要求スロットル開度又は要求駆動力を算出する。即ち、ＡＣＣ中は、速度制御部１２は、ＡＣＣ制御部１１からの目標加速度に基づいて、要求スロットル開度又は要求駆動力を算出する。他方、定速走行制御中は、速度制御部１２は、上述の如く車速と設定目標車速との関係に基づいて算出した目標加速度に基づいて、要求スロットル開度又は要求駆動力を算出する。

ＣＶＴ制御部１４及びエンジン制御部１６の各機能は、図２を参照して説明した通りであってよい。

図４は、エンジン４０から無段階変速機４２を介した駆動輪への動力の流れを模式的に示す図である。図４では、回転数の伝達態様がＲ１，Ｒ２で示され、トルク（パワー）の伝達態様がＴ１，Ｔ２で示されている。

エンジン制御部１６によるエンジン制御では、トルクまでしか決まらない。従って、回転数Ｒ１及びトルクＴ１の配分は未決定である。回転数Ｒ１及びトルクＴ１の配分は、ギア比が決まることで決まる。この場合、無段階変速機４２にて回転数Ｒ２及びトルクＴ２に変換され、駆動輪へと伝達される。

図５は、速度制御部１２により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図６は、目標加速度に応じたエンジン回転数変化量ガードの設定方法の一例を示す図である。図６において、（Ａ）は、エンジン回転数が増加する方向に対するエンジン回転数変化量ガードの設定方法の一例を示し、（Ｂ）は、エンジン回転数が減少する方向に対するエンジン回転数変化量ガードの設定方法の一例を示す。図６において、縦軸は、エンジン回転数変化量ガードを示し、横軸は、目標加速度を示す。また、図６において、エンジン回転数変化量ガードは、エンジン回転数が減少する方向に対しても"正"の値であるとする。即ち、エンジン回転数変化量ガードとエンジン回転数の変化量との比較は、絶対値で行われるものとする。以下では、エンジン回転数が増加する方向に対するエンジン回転数変化量ガードを、「増加方向ガード値」と称し、エンジン回転数が減少する方向に対するエンジン回転数変化量ガードを、「減少方向ガード値」と称する。

図５に示す処理ルーチンは、例えば、定速走行制御やＡＣＣ等のような、車速制御中に、所定周期毎に実行される。

ステップ５００では、速度制御部１２は、目標加速度を算出する。目標加速度の算出方法は上述した通りであってよい。

ステップ５０２では、速度制御部１２は、目標加速度が所定の減速判定閾値未満であるか否かを判定する。減速判定閾値は、車両の減速状態をもたらす目標加速度であり、車両の減速状態をもたらす目標加速度範囲の上限値に対応してよい。減速判定閾値は、０よりも小さい値であってよく、図６に示すように、定速状態（定常走行状態）をもたらす目標加速度範囲の下限値に対応してよい。目標加速度が所定の減速判定閾値未満である場合は、ステップ５０４に進み、それ以外の場合は、ステップ５０６に進む。

ステップ５０４では、速度制御部１２は、後述する他の走行状態（定常走行状態、緩加速状態、加速状態）に比べて、増加方向ガード値及び減少方向ガード値を共に大きい値に設定する。これは、減速中は、不要な増速につながる可能性のある制約を可能な限り無くすことが有用であるためである。例えば、増加方向ガード値及び減少方向ガード値は、図６に示すように、共に上限値（ガード値の最大値）に設定されてよい。これにより、エンジン回転数の減少方向及び増加方向の変化に対する制約が最小化される。尚、減速中において例えばエンジンブレーキを用いる構成では、減速中にエンジン回転数が増加しうる。上限値に設定される増加方向ガード値は、かかる構成に対して好適となる。

ステップ５０６では、速度制御部１２は、目標加速度が所定の定速判定閾値未満であるか否かを判定する。定速判定閾値は、車両の定常（定速）走行状態をもたらす目標加速度であり、車両の定常走行状態をもたらす目標加速度範囲の上限値に対応してよい。定速判定閾値は、０よりも大きい値であってよく、図６に示すように、緩加速状態をもたらす目標加速度範囲の下限値に対応してよい。目標加速度が所定の定速判定閾値未満である場合は、ステップ５０８に進み、それ以外の場合は、ステップ５１０に進む。

ステップ５０８では、速度制御部１２は、増加方向ガード値については小さい値に設定し、減少方向ガード値については大きい値に設定する。これにより、エンジン回転数の減少方向への変化が、増加方向の変化に比べて促進される。これは、例えばクルーズコントロール中に、運転者がアクセルペダルを踏み込むことによってクルーズコントロールが中断した場合（アクセルオーバーライドが発生した場合）等に、その後、運転者がアクセルペダルを離してクルーズコントロール状態に復帰した際に、エンジン回転数が中々落ちてこない状態になるのを抑制するためである。図６に示す例では、増加方向ガード値は、下限値（ガード値の最小値）に設定され、減少方向ガード値は、減速中と同様の上限値に設定される。ガード値の最小値は、図６に示すように、０よりも大きい値であってよい。

ステップ５１０では、速度制御部１２は、目標加速度が所定の加速判定閾値未満であるか否かを判定する。加速判定閾値は、車両の緩加速状態をもたらす目標加速度であり、図６に示すように、車両の加速状態をもたらす目標加速度範囲の下限値に対応してよい。目標加速度が所定の加速判定閾値未満である場合は、ステップ５１２に進み、それ以外の場合は、ステップ５１４に進む。

ステップ５１２では、速度制御部１２は、増加方向ガード値については目標加速度範囲の増加に伴って徐々に大きくなる値に設定し、減少方向ガード値については目標加速度範囲の増加に伴って徐々に小さくなる値に設定する。これは、緩加速状態は、加速状態と定常走行状態との間のつなぎの意味合いが強く、可能な限り増加方向ガード値及び減少方向ガード値を滑らかに（段差なく）変化させることが有用であるためである。図６に示す例では、増加方向ガード値は、目標加速度範囲の増加に比例して下限値から上限値に向けて増加し、減少方向ガード値は、目標加速度範囲の増加に比例して上限値から下限値に向けて減少する。但し、変形例では、増加方向ガード値は、目標加速度範囲の増加に応じて非線形的に下限値から上限値に向けて増加し、減少方向ガード値は、目標加速度範囲の増加に応じて非線形的に上限値から下限値に向けて減少する。或いは、別の変形例では、増加方向ガード値は、上限値と下限値の中間値であってもよいし、及び／又は、減少方向ガード値は、上限値と下限値の中間値であってもよい。

ステップ５１４では、速度制御部１２は、増加方向ガード値については大きな値に設定し、減少方向ガード値については小さい値に設定する。これにより、エンジン回転数の増加方向への変化が、減少方向の変化に比べて促進される。これは、加速中は大きな加速が必要なときに該当し、加速の応答性を高くすることが有用であるためである。図６に示す例では、増加方向ガード値は、上限値に設定され、減少方向ガード値は、下限値に設定される。これにより、加速時のエンジン回転のフィーリング悪化を抑制することができ、また、特に登坂路での車速の維持性能を高めることができる。

ところで、上述の如く、無段変速機を備える車両において、クルーズコントロール等の車両の速度維持を狙う制御で、車両の目標出力駆動力を微小に変化させた場合に、エンジン回転数のハンチングが発生しやすい傾向にある。

この点、本実施例によれば、上述の如く、エンジン回転数変化量ガードを設定するので、エンジン回転数変化量ガードを超えるようなエンジン回転数の変化が禁止される。これにより、駆動力の増減に伴って変速比の大小が繰り返されるのが抑制され、ハンチングの発生を抑制することができる。また、エンジン回転数変化量ガードは、車両の走行状態に応じて可変に設定されるので、アクセルオーバライド後の回転数戻りの遅れ等の背反や加速時のエンジン回転のフィーリング悪化などを抑制することができる。

また、本実施例によれば、上述の如く、エンジン回転数変化量ガードを設定するので、例えばスロットル開度の変化量に対してガードを設定するような比較構成に比べて、制御性が良好となる。具体的には、比較構成では、ガードが機能するときはエンジン４０のパワーの変化量を抑制することになるので、下流側のエンジン回転数の変化は結局のところ成り行き任せとなる。即ち、比較構成では、エンジン４０のパワーまでしか制御できないので（図４参照）、エンジン回転数のハンチングを適切に抑制できない可能性がある。これに対して、本実施例によれば、エンジン回転数変化量ガードが機能するときはギア比の変化率を抑制することになるので、エンジン回転数の変化量を比較的正確に（成り行きでなく）制御することができる。これにより、本実施例によれば、ハンチングの発生を適切に抑制することができる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例では、増加方向ガード値及び減少方向ガード値の双方を用いているが、車両の走行状態によっては、増加方向ガード値及び減少方向ガード値の一方のみが利用されてもよい。例えば、上限値に設定される場合の増加方向ガード値、及び／又は、上限値に設定される場合の減少方向ガード値は、省略されてもよい。例えば、加速中は、増加方向ガード値が省略され、減少方向ガード値のみが適用されてもよい。

また、上述した実施例では、図５に示す処理は、定速走行制御やＡＣＣ等のような、車速制御中に実行されているが、ＡＳＬ（Adjustable Speed Limiter）やＩＳＡ（Intelligent Speed Assistance）のような他の速度制御中に実行されてもよい。ＡＳＬでは、運転者により設定されたセット車速に基づいて、セット車速を超えないように速度が制御される。ＩＳＡでは、セット車速は、車載カメラ等を用いて画像認識されてよい道路標識の制限速度情報に基づいて、自動的に設定される。

１０処理装置
３０車速センサ
４０エンジン
４２ＣＶＴ

Claims

手動変速モードが選択されてない状況下で、無段階変速機を有する車両の車速が所定の目標車速になるように目標加速度を算出し、前記目標加速度に基づいて、エンジン回転数の変化量に対する閾値を設定し、前記閾値をエンジン回転数の変化量が超えないようにエンジン回転数を制御する処理装置を含む、車両制御装置。
前記閾値は、エンジン回転数が増加する方向の変化量に対する第１閾値と、エンジン回転数が減少する方向の変化量に対する第２閾値とを含む、請求項１に記載の車両制御装置。
無段階変速機を有する車両の車速が所定の目標車速になるように目標加速度を算出し、前記目標加速度に基づいて、エンジン回転数の変化量に対する閾値を設定し、前記閾値をエンジン回転数の変化量が超えないようにエンジン回転数を制御する処理装置を含み、
前記閾値は、エンジン回転数が増加する方向の変化量に対する第１閾値と、エンジン回転数が減少する方向の変化量に対する第２閾値とを含み、
前記処理装置は、前記目標加速度が車両の加速状態を表す場合は、前記第１閾値を前記第２閾値よりも大きく設定する、車両制御装置。
前記処理装置は、前記目標加速度が車両の定常走行状態を表す場合は、前記第１閾値を前記第２閾値よりも小さく設定する、請求項２又は３に記載の車両制御装置。
前記処理装置は、前記目標加速度が車両の減速状態を表す場合は、前記第１閾値を、前記目標加速度が車両の定常走行状態を表す場合の前記第１閾値よりも大きく設定する、請求項４に記載の車両制御装置。
前記処理装置は、前記目標加速度が車両の定常走行状態を表す値から車両の加速状態を表す値への増加するときは、前記第１閾値を徐々に増加する態様で設定し、前記第２閾値を徐々に減少する態様で設定する、請求項４に記載の車両制御装置。
前記処理装置は、前記目標加速度に基づいて目標エンジン回転数を算出し、前記閾値をエンジン回転数の変化量が超えないように、前記無段階変速機の現在の変速比から、前記目標エンジン回転数を実現するための前記無段階変速機の変速比への変化速度を調整する、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の車両制御装置。