(57)【要約】【課題】未来の運転者操作量（換言すれば運転負担）と未来の燃料消費量を予測し、状況の変化に応じてそれらを同時に最小化あるいは最適化することを可能とするようにした車両の駆動力制御装置を提供する。【解決手段】エンジンでフューエルカットが実行されるときと否とに分けてモデリングされると共に、状態方程式で記述された、エンジンから車体までを制御対象として変速比とエンジン回転数を車速に基づいて算出される代表目標変速比と燃費最適作動線に従って算出される目標エンジン回転数にフィードバック制御する変速比制御系とを備え、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度の現時刻からｎステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する運転者操作量評価関数などに従って状態ｘの変化が最適となるように予めオフラインで生成された最適解群を検索して代表変速比を修正し、操作量として制御対象に加える。【選択図】図９
2010012889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンの出力を変速する変速機と、前記エンジンと変速機が搭載される車体とを少なくとも備え、運転者によるアクセルペダル操作を示すアクセルペダル開度とブレーキペダル操作を示すブレーキペダル開度に応じて車両の駆動力を制御する装置において、
ａ．前記エンジンでフューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされると共に、少なくとも目標変速比と前記アクセルペダル開度とブレーキペダル開度とを入力ｕとし、少なくともエンジン回転数と変速比とを状態ｘとする状態方程式で記述された、前記エンジンから前記車体までを制御対象として前記変速比と前記エンジン回転数を、車速に基づいて算出される代表目標変速比と、前記エンジンの出力トルクに対して燃費が最適となるように設定された燃費最適作動線に従って算出される目標エンジン回転数とにフィードバック制御する変速比制御系と、
ｂ．少なくとも前記アクセルペダル開度とブレーキペダル開度の現時刻からｎステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する運転者操作量評価関数と、前記目標エンジン回転数について現時刻からｎステップ未来までの前記燃費最適作動線と実際のエンジン運転点との差の総和を評価する燃費評価関数に従って前記状態ｘの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された入力ｕの最適解群を前記状態ｘから検索自在に格納する格納手段と、
ｃ．前記入力ｕの最適解群を前記状態ｘから検索して前記代表目標変速比を修正した目標変速比を算出し、前記制御系から前記制御対象に操作量として印加させる操作量印加手段と、
を備えたことを特徴とする車両の駆動力制御装置。
【請求項２】
前記格納手段は、前記入力ｕの最適解群を、前記入力ｕを状態ｘと最適ゲインＫの積からなるｕ＝Ｋｘで記述されるコントローラ群からなることを特徴とする請求項１記載の車両の駆動力制御装置。
【請求項３】
前記評価関数Ｊは、前記評価関数に重みＱ，Ｒを乗じて得た積ＱＪ，ＲＪの総和として定義されることを特徴とする請求項１または２記載の車両の駆動力制御装置。
【請求項４】
前記エンジン回転数と前記変速比と前記目標変速比とに制約条件が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両の駆動力制御装置。
【請求項５】
前記操作量印加手段は、前記アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を除く、前記目標変速比を前記制御系から前記制御対象に操作量として印加させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両の駆動力制御装置。
【請求項６】
前記操作量印加手段は、前記状態ｘが予め設定された拘束条件内にあるときは、前記コントローラに基づいて前記目標変速比を算出すると共に、前記状態ｘが前記拘束条件外にあるときは、前記状態ｘを前記拘束条件に復帰させる第２のコントローラに基づいて前記目標変速比を算出することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の車両の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両の駆動力制御装置に関し、より詳しくは未来の燃料消費量および未来の運転者の操作量、即ち、運転負担を予測し、状況の変化に応じてそれらを最小にすることを可能とする車両の駆動力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の駆動力制御装置としては、下記の特許文献１，２記載の技術が知られている。特許文献１記載の技術は、運転者を特定し、過去の同状況における運転者の不満足度、即ち、運転者の修正操作情報に基づいて今回の駆動力制御を修正する技術を開示する。
【０００３】
特許文献２記載の技術は、ＡＣＣ（Adaptive Auto Cruise。適応定速走行あるいは車間制御）においてモデル予測制御を適用する場合に制御誤差を抑制するための手法と、その手法に伴う応答時間の劣化を抑えるオンライン計算手法を開示すると共に、制御目的を表現した一つの標準的な評価関数と、実際の操作量算出に用いられる参照評価関数とを有し、この参照評価関数に基づいてシステムの動作に適した候補解に対する補正を行う技術を開示する。
【特許文献１】特開２００７−３１３９２５号公報
【特許文献２】特開２００５−３３９２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両の駆動力制御装置において、運転者の運転特性や走行環境の変化に自動的に適応し、運転者の運転負担を低減する制御が求められている。従来は開発者が様々な走行環境や運転者特性のサンプルデータを計測し、経験と知識に基づき発見的な手法でマップコントローラの設定を行ってきた。この手法では開発に膨大な工数が必要である上に運転者と状況の変化に応じた適応的な制御が困難であった。
【０００５】
その問題を解決するため、上記した特許文献１記載のような手法が提案されている。この手法では、過去の状況と運転者操作に対する記録と今回の状況と運転者操作の比較によって今回の制御を決定するため、初めて運転する運転者や初めて走る場所（状況）のように比較対象がない場合には初期値が用いられることになり、データの蓄積が十分でない場合には期待される性能が発揮できない。
【０００６】
また、上記した特許文献１記載の手法以外では、特許文献２記載の技術のようにモデル予測制御を用いる手法が提案されているが、モデル予測制御はオンラインで最適解を算出する必要があり、状況の変化に応じた迅速な対応、即ち、制約条件を常に満足する解を得るのが困難なため、車両への応用例としても比較的ダイナミクスの遅いシステムであるＡＣＣへの適用に限られ、駆動力、例えば変速比制御への適用は実現されていない。
【０００７】
更に、いずれの手法においても、運転者の運転負担低減と、環境負担の低減、具体的には低燃費性の実現を同時に考慮することは実現されていない。
【０００８】
従って、この発明の目的は上記した不都合を解消し、未来の運転者操作量（換言すれば運転負担）と未来の燃料消費量を予測し、状況の変化に応じてそれらを同時に最小化あるいは最適化することを可能とするようにした車両の駆動力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１項にあっては、エンジンと、前記エンジンの出力を変速する変速機と、前記エンジンと変速機が搭載される車体とを少なくとも備え、運転者によるアクセルペダル操作を示すアクセルペダル開度とブレーキペダル操作を示すブレーキペダル開度に応じて車両の駆動力を制御する装置において、前記エンジンでフューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされると共に、少なくとも目標変速比と前記アクセルペダル開度とブレーキペダル開度とを入力ｕとし、少なくともエンジン回転数と変速比とを状態ｘとする状態方程式で記述された、前記エンジンから前記車体までを制御対象として前記変速比と前記エンジン回転数を、車速に基づいて算出される代表目標変速比と、前記エンジンの出力トルクに対して燃費が最適となるように設定された燃費最適作動線に従って算出される目標エンジン回転数とにフィードバック制御する変速比制御系と、少なくとも前記アクセルペダル開度とブレーキペダル開度の現時刻からｎステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する運転者操作量評価関数と、前記目標エンジン回転数について現時刻からｎステップ未来までの前記燃費最適作動線と実際のエンジン運転点との差の総和を評価する燃費評価関数に従って前記状態ｘの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された入力ｕの最適解群を前記状態ｘから検索自在に格納する格納手段と、前記入力ｕの最適解群を前記状態ｘから検索して前記代表目標変速比を修正した目標変速比を算出し、前記変速比制御系から前記制御対象に操作量として印加させる操作量印加手段とを備える如く構成した。
【００１０】
請求項２に係る車両の駆動力制御装置にあっては、前記格納手段は、前記入力ｕの最適解群を、前記入力ｕを状態ｘと最適ゲインＫの積からなるｕ＝Ｋｘで記述されるコントローラ群からなる如く構成した。
【００１１】
請求項３に係る車両の駆動力制御装置にあっては、前記評価関数Ｊは、前記評価関数に重みＱ，Ｒを乗じて得た積ＱＪ，ＲＪの総和として定義される如く構成した。
【００１２】
請求項４に係る車両の駆動力制御装置にあっては、前記エンジン回転数と前記変速比と前記目標変速比とに制約条件が設けられる如く構成した。
【００１３】
請求項５に係る車両の駆動力制御装置にあっては、前記操作量印加手段は、前記アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を除く、前記目標変速比を前記変速比制御系から前記制御対象に操作量として印加させる如く構成した。
【００１４】
請求項６に係る車両の駆動力制御装置にあっては、前記操作量印加手段は、前記状態ｘが予め設定された拘束条件内にあるときは、前記コントローラに基づいて前記目標変速比を算出すると共に、前記状態ｘが前記拘束条件外にあるときは、前記状態ｘを前記拘束条件に復帰させる第２のコントローラに基づいて前記目標変速比を算出する如く構成した。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１項に係る車両の駆動力制御装置にあっては、エンジンでフューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされ、目標変速比とアクセルペダル開度とブレーキペダル開度などを入力ｕとし、エンジン回転数と変速比などを状態ｘとする状態方程式で記述されたエンジンから前記車体までを制御対象として変速比とエンジン回転数を代表目標変速比と燃費最適作動線に従って算出される目標エンジン回転数とにフィードバック制御する変速比制御系を備えると共に、現時刻からｎステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する運転者操作量評価関数と燃費最適作動線と実際のエンジン運転点との差の総和を評価する燃費評価関数などに従って状態ｘの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された入力ｕの最適解群を前記状態ｘから検索して代表目標変速比を修正した目標変速比を算出して制御系から制御対象に操作量として印加させる如く構成したので、例えばモデル予測制御を用いて評価関数を介して未来の運転者操作量（換言すれば運転負担）と未来の燃料消費量を予測することができると共に、例えばマルチパラメトリック計画法などの系統的な解法を適用し、予めオフラインで入力ｕの最適解群を生成しておくことで計算時間が短縮され、状況の変化に応じてそれらを同時に最小化あるいは最適化することができる。
【００１６】
従って、運転者の運転負担を低減すると共に、環境負担の低減、具体的には低燃費性を実現することができる。
【００１７】
また、制御対象は、エンジンでフューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされる如く構成したので、エンジンの特性を正確に把握することができ、制御対象を的確にモデリングすることができる。
【００１８】
請求項２に係る車両の駆動力制御装置にあっては、前記入力ｕの最適解群は入力ｕを状態ｘと最適ゲインＫの積からなるｕ＝Ｋｘで記述されるコントローラ群として格納される如く構成したので、上記した効果に加え、入力ｕの最適解群を容易に格納することができる。
【００１９】
請求項３に係る車両の駆動力制御装置にあっては、評価関数Ｊは、評価関数に重みＱ，Ｒを乗じて得た積ＱＪ，ＲＪの総和として定義される如く構成したので、上記した効果に加え、トレードオフの関係にある目標量、即ち、未来の運転者操作量と燃料消費量を状況の変化に応じて同時かつ最適に調整することができる。
【００２０】
即ち、例えば長時間にわたって加速しようとした場合、運転者操作量を低減させるには、変速比を減少させて駆動力を確保する必要があるが、燃費最適作動線から離れたエンジン運転点で運転し続けると、燃費が悪化する。このように目標量が相反する関係にあるときも、それらを同時にかつ最適に調整することができる。
【００２１】
請求項４に係る車両の駆動力制御装置にあっては、エンジン回転数と変速比と目標変速比とに制約条件が設けられる如く構成したので、かかる制約条件を設けることで、エンジン回転数がレブリミットを超えないなどの機械的な保護のための制限、あるいは乗り心地を確保するために変速比を急激に変化させないなどの制限を容易に追加することができる。
【００２２】
請求項５に係る車両の駆動力制御装置にあっては、操作量印加手段は、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を除く、目標変速比を変速比制御系から制御対象に操作量として印加させる如く構成したので、上記した効果に加え、制御対象をモデル化して状態方程式で表現するときの入力にアクセルペダル開度とブレーキペダル開度からなる運転者操作量を含めることで、運転者操作量評価関数に組み込んで最適解を求めることで、運転者操作量を低減することができる。
【００２３】
他方、運転者操作量は運転者が行う行為であって制御対象とはならないことから、運転者操作量を制御対象への入力から除去することで、運転者の行為を装置の動作から除外することができる。
【００２４】
請求項６に係る車両の駆動力制御装置にあっては、状態ｘが予め設定された拘束条件内にあるときは、コントローラに基づいて目標変速比を算出すると共に、拘束条件外にあるときは、状態ｘを拘束条件に復帰させる第２のコントローラに基づいて目標変速比を算出する如く構成したので、上記した効果に加え、状態ｘが拘束条件内にないときの不都合を回避することができる。
【００２５】
即ち、例えば一般的な最適制御設計によってコントローラを求めた場合、操作量は無限時間区間における最適解となるので、コントローラが生成した操作量を両方とも制御対象に反映しないと、最適性が保証されないことはおろか、安定性も保てないおそれがある。
【００２６】
しかし、予測制御の場合、最適化の範囲は無限時間区間ではなく有限のホライゾン区間であり、有限のホライゾン区間の各ステップにおける操作量ベクトルが得られるが、実際には現在時刻の操作量のみを使用し、次ステップ以降の操作量は次ステップに進んでから再度算出し直して求めるというように、逐次最新の情報に応じて最適な操作量を求め直すアルゴリズムとなっている。
【００２７】
この考え方を拡張すれば、コントローラが生成したアクセルペダル開度とブレーキペダル開度は制御対象には反映しないことが可能となる。ただし、設定した拘束条件を破らずに制御できることが保証されるのは双方の操作量を使用した場合であり、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を使用しなかった場合は拘束条件を破るおそれがあるため、拘束条件外の領域に状態を拘束条件内に戻すための別のコントローラを配置することで、破綻のない制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面に即してこの発明に係る車両の駆動力制御装置を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例】
【００２９】
図１は、この発明の実施例に係る車両の駆動力制御装置を全体的に示す概略図である。
【００３０】
図１において、符号１０はエンジン（内燃機関）を示す。エンジン１０は４気筒などの複数の気筒を備える火花点火式の水冷ガソリンエンジンであり、車両（駆動輪Ｗなどで部分的に示す）１４の車体（図示せず）に搭載される。
【００３１】
エンジン１０の吸気系に配置されたスロットルバルブ（図示せず）は車両運転席に配置されるアクセルペダル（図示せず）との機械的な接続が絶たれ、電動モータなどのアクチュエータからなるＤＢＷ（Drive By Wire）機構１６が接続されて駆動される。
【００３２】
スロットルバルブで調量された吸気はインテークマニホルド（図示せず）を通って流れ、各気筒の吸気ポート付近でインジェクタ（燃料噴射弁）２０から噴射された燃料と混合して混合気を形成し、吸気バルブ（図示せず）が開弁されたとき、当該気筒の燃焼室（図示せず）に流入する。燃焼室において混合気は点火されて燃焼し、ピストン（図示せず）を駆動してクランクシャフト２２を回転させた後、排気となってエンジン１０の外部に放出される。
【００３３】
エンジン１０のクランクシャフト２２の回転は、トルクコンバータ２４を介して変速機２６に入力される。変速機２６はエンジン１０の出力を変速する。
【００３４】
即ち、クランクシャフト２２はトルクコンバータ２４のポンプインペラ２４ａに接続される一方、それに対向配置されて流体（作動油）を収受するタービンランナ２４ｂはメインシャフト（ミッション入力軸）ＭＳに接続される。トルクコンバータ２４はロックアップクラッチ（図示せず）を備える。
【００３５】
変速機２６はＣＶＴ（Continuous Variable Transmission）からなり、メインシャフトＭＳに配置されたドライブプーリ２６ａと、メインシャフトＭＳに平行なカウンタシャフトＣＳに配置されたドリブンプーリ２６ｂと、その間に掛け回される金属製のベルト２６ｃと、可動プーリ半体（後述）のピストン室に作動油を供給する油圧機構２６ｄとからなる。
【００３６】
ドライブプーリ２６ａは、メインシャフトＭＳに配置された固定プーリ半体２６ａ１と、固定プーリ半体２６ａ１に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体２６ａ２からなる。ドリブンプーリ２６ｂは、カウンタシャフトＣＳに固定された固定プーリ半体２６ｂ１と、固定プーリ半体２６ｂ１に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体２６ｂ２からなる。
【００３７】
ＣＶＴ２６は、前後進切換装置３０に接続される。前後進切換装置３０は、フォワード（前進）クラッチ３０ａと、後進ブレーキ３０ｂと、その間に配置されるプラネタリギヤ機構３０ｃからなる。
【００３８】
プラネタリギヤ機構３０ｃにおいて、サンギヤ３０ｃ１はメインシャフトＭＳに固定されると共に、リングギヤ３０ｃ２はフォワードクラッチ３０ａを介してドライブプーリ２６ａの固定プーリ半体２６ａ１に固定される。
【００３９】
サンギヤ３０ｃ１とリングギヤ３０ｃ２の間には、ピニオン３０ｃ３が配置される。ピニオン３０ｃ３は、キャリア３０ｃ４でサンギヤ３０ｃ１に連結される。キャリア３０ｃ４は、後進ブレーキ３０ｂが作動させられると、それによって固定（ロック）される。
【００４０】
カウンタシャフトＣＳの回転は減速ギヤ３４，３６を介してセカンダリシャフトＳＳに伝えられると共に、セカンダリシャフトＳＳの回転はギヤ４０とディファレンシャルＤを介して左右の駆動輪（タイヤ。右側のみ示す）Ｗに伝えられる。駆動輪Ｗの付近にはディスクブレーキ４２が配置される。
【００４１】
フォワードクラッチ３０ａと後進ブレーキ３０ｂの切換は、車両運転席に設けられた、例えばＰ，Ｒ，Ｎ，Ｄ，Ｓ，Ｌのポジションを備えるシフトレバー４４を運転者が操作することによって行われる。即ち、運転者によってシフトレバー４４のいずれかのポジションが選択されたとき、その選択動作は油圧機構（図示せず）のマニュアルバルブ（図示せず）に伝えられる。
【００４２】
例えばＤ，Ｓ，Ｌポジションが選択されると、それに応じてマニュアルバルブのスプールが移動し、後進ブレーキ３０ｂのピストン室から作動油（油圧）が排出される一方、フォワードクラッチ３０ａのピストン室に油圧が供給されてフォワードクラッチ３０ａが締結される。フォワードクラッチ３０ａが締結されると、全ギヤがメインシャフトＭＳと一体に回転し、ドライブプーリ２６ａはメインシャフトＭＳと同方向（前進方向）に駆動される。
【００４３】
他方、Ｒポジションが選択されると、フォワードクラッチ３０ａのピストン室から作動油が排出される一方、後進ブレーキ３０ｂのピストン室に油圧が供給されて後進ブレーキ３０ｂが作動する。それによってキャリア３０ｃ４が固定されてリングギヤ３０ｃ２はサンギヤ３０ｃ１とは逆方向に駆動され、ドライブプーリ２６ａはメインシャフトＭＳとは逆方向（後進方向）に駆動される。
【００４４】
また、ＰあるいはＮポジションが選択されると、両方のピストン室から作動油が排出されてフォワードクラッチ３０ａと後進ブレーキ３０ｂが共に開放され、前後進切換装置３０を介しての動力伝達が断たれ、エンジン１０とＣＶＴ２６のドライブプーリ２６ａとの間の動力伝達が遮断される。
【００４５】
ＣＶＴ２６においては油圧機構２６ｄから可動プーリ半体２６ａ２，２６ｂ２のピストン室に作動油が供給され、可動プーリ半体２６ａ２，２６ｂ２を軸方向に移動させるプーリ側圧（ベルト伝達トルク）が発生させられると、ドライブプーリ２６ａとドリブンプーリ２６ｂのプーリ幅が変化し、ベルト２６ｃの巻掛け半径が変化する。
【００４６】
このように、プーリ側圧を調整、換言すればベルト伝達トルク指令値を変更することで、エンジン１０の出力を駆動輪Ｗに伝達する変速比を無段階に変化させることができる。
【００４７】
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４８が設けられ、ピストンの所定クランク角度位置ごとにエンジン回転数ＮＥを示す信号を出力する。吸気系においてスロットルバルブの下流の適宜位置には絶対圧センサ５０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。
【００４８】
ＤＢＷ機構１６のアクチュエータにはスロットル開度センサ５２が設けられ、アクチュエータの回転量を通じてスロットル開度ＴＨＬに比例した信号を出力すると共に、アクセルペダル付近にはアクセル開度センサ５４が設けられ、運転者のアクセルペダル操作量（アクセルペダル踏み込み量）に相当するアクセルペダル開度ＡＰに比例する信号を出力する。
【００４９】
さらに、エンジン１０の冷却水通路（図示せず）の付近には水温センサ５６が設けられ、エンジン冷却水温ＴＷ、換言すればエンジン１０の温度に応じた出力を生じると共に、吸気系には吸気温センサ５８が設けられ、エンジン１０に吸入される吸気温（外気温）に応じた出力を生じる。
【００５０】
上記したクランク角センサ４８などの出力は、エンジンコントローラ６０に送られる。エンジンコントローラ６０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータを備え、それらセンサ出力に基づいて燃料噴射量を決定してインジェクタ２０を駆動すると共に、アクセルペダル開度ＡＰに応じてスロットルバルブの開度ＴＨＬを制御する。
【００５１】
メインシャフトＭＳにはＮＴセンサ（回転数センサ）６２が設けられ、タービンランナ２４ｂの回転数、具体的にはメインシャフトＭＳの回転数、より具体的にはフォワードクラッチ３０ａの入力軸回転数を示すパルス信号を出力する。
【００５２】
ＣＶＴ２６のドライブプーリ２６ａの付近の適宜位置にはＮＤＲセンサ（回転数センサ）６４が設けられてドライブプーリ２６ａの回転数、換言すればフォワードクラッチ３０ａの出力軸回転数に応じたパルス信号を出力すると共に、ドリブンプーリ２６ｂの付近の適宜位置にはＮＤＮセンサ（回転数センサ）６６が設けられ、ドリブンプーリ２６ｂの回転数を示すパルス信号を出力する。
【００５３】
セカンダリシャフトＳＳのギヤ３６の付近にはＶＥＬセンサ（回転数センサ）６８が設けられ、ギヤ３６の回転数を通じてＣＶＴ２６の出力回転数あるいは車速ＶＥＬを示すパルス信号を出力する。前記したシフトレバー４４の付近にはシフトレバーポジションセンサ７０が設けられ、運転者によって選択されたＲ，Ｎ，Ｄなどのポジションに応じたＰＯＳ信号を出力する。
【００５４】
またブレーキペダル付近にはブレーキ開度センサ７２が設けられ、運転者のブレーキペダル操作量（ブレーキペダル踏み込み量）に相当するブレーキペダル開度ＢＲＫに比例する信号を出力する。
【００５５】
上記したＮＴセンサ６２などの出力（ならびに前記したアクセル開度センサ５４の出力）は、図示しないその他のセンサの出力も含め、シフトコントローラ７４に送られる。シフトコントローラ７４もＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータを備えると共に、エンジンコントローラ６０と通信自在に構成される。
【００５６】
入力されたセンサ出力のうち、ＮＴセンサ６２とＮＤＲセンサ６４とＶＥＬセンサ６８の出力はシフトコントローラ７４において波形整形回路に入力される。シフトコントローラ７４は波形整形回路の出力をカウントして回転数と車速Ｖを検出する。
【００５７】
シフトコントローラ７４はそれら検出値に基づき、油圧機構の電磁ソレノイド（図示せず）を励磁・非励磁してトルクコンバータ２４とＣＶＴ２６の動作を制御すると共に、フォワードクラッチ３０ａの締結を判断して操作量を決定する。
【００５８】
ＣＶＴ２６の動作の制御については、シフトコントローラ７４は、目標変速比（レシオ）を決定し、決定した目標変速比となるように、可動プーリ半体２６ａ２，２６ｂ２を駆動し、変速比を制御する。
【００５９】
以下、シフトコントローラ７４およびエンジンコントローラ６０の設計について説明する。
【００６０】
シフトコントローラ７４を制御理論に基づいたコントローラとして設計するため、まず制御対象の物理モデリングを行い、状態方程式を導出する。
【００６１】
後述するように、変速比を適切に制御することによる運転者操作の低減も目的の一つであるので、アクセルペダル開度ＡＰ、ブレーキペダル開度ＢＲＫも含め、図２に示すように、車両１４の全体、即ち、車両システム全体を制御対象としてモデリングする。
【００６２】
また、エンジン１０とトルクコンバータ２４については、フューエルカットＯＦＦ（フューエルカット（燃料供給停止）が実行されない）の場合とＯＮ（フューエルカットが実行される）場合で特性が異なるので、それぞれの場合についてモデリングを行う。
【００６３】
以下、エンジンコントローラ６０、エンジン１０、トルクコンバータ２４、変速機（ＣＶＴ）２６、車体のそれぞれのモデリングについて説明する。
【００６４】
エンジンコントローラ６０のモデリングについて説明する。
【００６５】
前記した如く、エンジンコントローラ６０は、図３に示すように運転者が操作するアクセルペダル開度ＡＰを基に、ＤＢＷマップに従い、スロットルバルブの開度ＴＨＬを制御する。ＤＢＷマップの特性の図示は省略するが、ＡＰとＴＨＬの関係は概ね線形と見做せるので、数１に示すようにアクセルペダル開度ＡＰに係数ｋaを乗じることで線形近似して扱う。
【００６６】
【数１】
2010012889.tif 000003
【００６７】
エンジン１０のモデリングについて説明する。
【００６８】
エンジン１０はフューエルカットがＯＦＦのときとＯＮのときとで特性が異なるので、それぞれの場合についてモデリングする。まず、フューエルカットがＯＦＦのときは、図４に示すように、スロットル開度ＴＨＬとエンジン回転数ωENGに依存して、エンジントルクＴENGを出力するものとしてモデル化する。数２に示すようにフューエルカットがＯＦＦのときのエンジントルクをNormalTrqと示す。
【００６９】
【数２】
2010012889.tif 000004
【００７０】
フューエルカットがＯＮのときは、図５に示すようにエンジン回転数ωENGに依存してフリクショントルクFrictionTrqを出力するものとしてモデル化する。
【００７１】
【数３】
2010012889.tif 000005
【００７２】
トルクコンバータ２４のモデリングについて説明する。
【００７３】
トルクコンバータ２４は、図６に示すように、エンジントルクＴENGとトルクコンバータの出力軸回転数ωTCを入力とし、トルクコンバータ２４の出力トルクＴTCとエンジン回転数ωENG（＝トルクコンバータ２４の入力軸回転数）を出力とするモデルとしてモデリングする。
【００７４】
トルクコンバータ２４の入力軸回転数、即ち、エンジン回転数ωENGは次のようにして求める。
【００７５】
即ち、トルクコンバータ２４のポンプインペラ２４ａへの入力トルクはエンジントルクであり、出力トルクはポンプトルクＴpumpとロックアップクラッチトルクＴLCである。従って、入出力トルクの差をエンジン１０とポンプインペラ２４ａのイナーシャＩENG_pumpで除すことによってエンジン回転加速度ωENGdotが求まるので、それを積分することでエンジン回転数ωENGを得る。
【００７６】
【数４】
2010012889.tif 000006
【００７７】
また、ポンプトルクＴpumpとタービントルクＴturbineはフューエルカットがＯＦＦのときとＯＮのときとで特性が異なるので、それぞれの場合についてモデル化する。
【００７８】
まずフューエルカットＯＦＦのときは、ポンプトルクＴpumpはエンジン回転数ωENGの２乗とトルクコンバータ２４の容量係数τTCの積で与えられる。またタービントルクＴturbineは、ポンプトルクＴpumpにトルク比ＫTCを乗じることで得られる。尚、容量係数τTCとトルク比ＫTCは、トルクコンバータ２４の速度比ｅに依存することから、速度ｅを乗じて求める。
【００７９】
【数５】
2010012889.tif 000007
【００８０】
ここで速度比ｅとは、次式に示す如く、トルクコンバータの出力軸回転数ωTCを入力軸回転数ωENGで除した値である。
【００８１】
【数６】
2010012889.tif 000008
【００８２】
次に、フューエルカットＯＮのときは、ポンプインペラ２４ａとタービンランナ２４ｂの関係が逆になる。即ち、タービントルクＴturbineは、出力軸回転数ωTCの２乗とトルクコンバータ容量係数τTCと速度比ｅの積にマイナス１を乗じたもので与えられ、ポンプトルクＴpumpはタービントルクＴturbineにトルク比ＫTCと速度比ｅを乗じることで得られる。
【００８３】
【数７】
2010012889.tif 000009
【００８４】
また、ロックアップクラッチトルクは、ロックアップクラッチの最大伝達トルクＴLCMAXに、トルクコンバータ２４の入出力軸回転数ωENGとωTCの差を乗じ、係数λLCを掛けることで与えられるものとしてモデル化する。
【００８５】
【数８】
2010012889.tif 000010
【００８６】
トルクコンバータ２４の出力トルクＴTCは、タービントルクＴturbineとロックアップクラッチトルクＴLCの和により与えられる。
【００８７】
【数９】
2010012889.tif 000011
【００８８】
変速機（ＣＶＴ）２６のモデリングについて説明する。
【００８９】
ここでは、変速機２６は、（前後進切換装置３０の）フォワードクラッチ３０ａ、プーリ（ドライブ・ドリブンプーリ）２６ａ，２６ｂ、セカンダリギヤ（減速ギヤ３４，３６）、ファイナルギヤ（ギヤ４０）によって構成されるものとする。図７に示すように、変速機２６は、トルクコンバータ２４の出力トルクとタイヤ（駆動輪）Ｗの回転数を入力とし、ドライブシャフトトルクＴDSとトルクコンバータ回転数ωTCを出力するモデルとしてモデリングする。
【００９０】
トルクコンバータ２４の出力軸回転数ωTCは、以下のようにして求める。
【００９１】
まず、タービン回転数はフォワードクラッチ回転数に等しいと仮定する。フォワードクラッチ３０ａへの入力トルクは、トルクコンバータ２４の出力トルクＴTCからオイルポンプによるフリクションロストルクＴpumploss（＝Oilpumploss）を引き去り、フォワードギヤ効率ηFWDRVSを乗じたものである。尚、オイルポンプによるフリクションロストルクOilpumplossは、トルクコンバータ２４の出力軸回転数ωTCに依存して与えられるものとする。
【００９２】
一方、出力トルクは、フォワードクラッチ３０ａの出力トルクＴFWDRVSである。従って、入出力トルクの差をフォワードクラッチ３０ａのイナーシャＩFWDRVSで除すことによってトルクコンバータ２４の出力軸回転加速度ωTCdotが求まるので、それを積分することによりトルクコンバータ２４の出力軸回転数ωTCを得る。
【００９３】
【数１０】
2010012889.tif 000012
【００９４】
フォワードクラッチトルクＴFWDRVSは、フォワードクラッチ３０ａの最大伝達トルクＴFWDMAXに、フォワードクラッチ３０ａの入出力軸回転数ωTCとωFWDRVSの差を乗じ、係数λFWDを掛けることで与えられるものとしてモデル化する。
【００９５】
【数１１】
2010012889.tif 000013
【００９６】
次に、回転数の伝達について説明する。
【００９７】
ドリブンプーリ２６ｂの回転数ωDNは、タイヤ回転数ωtireにファイナルギヤレシオρFとセカンダリギヤレシオρSを掛けることで得られる。ドライブプーリ２６ａの回転数ωDRは、ドリブンプーリ回転数ωDNにプーリ変速比ρpulleyを乗じることで得られる。フォワードクラッチ３０ａの回転数ωFWDRVSは、ドライブプーリ回転数ωDRにフォワードギヤレシオρFWDを乗ずることで求まる。
【００９８】
以上を整理すると、フォワードクラッチ回転数ωFWDRVSは、タイヤ回転数ωtireにフォワードギヤレシオρFWD、プーリ変速比ρpulley、セカンダリギヤレシオρS、ファイナルギヤレシオρFを乗ずることで得られる。
【００９９】
【数１２】
2010012889.tif 000014
【０１００】
またプーリ変速比ρpulley、より具体的には変速比ρpulleyは、目標プーリ変速比、より具体的には目標変速比ρpulleytgtに対して１次遅れで追従するものとする。
【数１３】
2010012889.tif 000015
【０１０１】
次に、トルクの伝達について説明する。
【０１０２】
ドライブプーリトルクＴDRは、フォワードクラッチトルクＴFWDRVSにフォワードギヤレシオρFWDを掛けることで得られる。ドリブンプーリトルクＴDNは、ドライブプーリトルクＴDRにプーリレシオρpulleyとＣＶＴ効率ηCVTを掛けることで得られる。ドライブシャフトトルクＴDSは、ドリブンプーリトルクＴDNにセカンダリギヤレシオρSとファイナルギヤレシオρFを乗ずることで得られる。
【０１０３】
以上を整理すると、ドライブシャフトトルクＴDRは、フォワードクラッチトルクＴFWDRVSにセカンダリギヤレシオρS、ファイナルギヤレシオρF、ＣＶＴ効率ηCVT、プーリ変速比ρpulley、フォワードギヤレシオρFWDを乗ずることで得られる。
【０１０４】
【数１４】
2010012889.tif 000016
【０１０５】
車体のモデリングについて説明する。
【０１０６】
図８に示すように、車体はドライブシャフトトルクＴDSと制動力ＦBRKを入力とし、タイヤ回転数ωtireを出力とするモデルとしてモデル化する。尚、ここでは前後方向についてのみ扱う。車体加速度Ｖdotは、駆動力から各走行抵抗と制動力ＦBRKを引き去り、車重ｍbodyで除すことで得られる。駆動力は、ドライブシャフトトルクＴDSをタイヤ半径Ｒtireで除すことで得られる。車速Ｖは車体加速度Ｖdotを積分することで得られる。
【０１０７】
走行抵抗については、ここでは勾配抵抗Ｆslope、転がり抵抗Ｆroad、空気抵抗Ｆairを考慮する。勾配抵抗Ｆslopeは、車重ｍbodyに重力加速度ｇを掛け、勾配θslopeの正弦を乗ずることで与えられる。転がり抵抗Ｆroadは、車重ｍbodyに転がり抵抗係数μroadと重力加速度ｇを掛け、勾配の余弦を乗ずることで得られる。空気抵抗Ｆairは、車速Ｖの２乗値に空気抵抗係数μairを掛けることで得られる。
【０１０８】
また制動力ＦBRKについては、簡単のためブレーキペダル開度ＢＲＫに係数Ｆbrakemaxを乗じることでブレーキペダル開度に対して線形で得られるものとする。
【０１０９】
【数１５】
2010012889.tif 000017
【０１１０】
タイヤ回転数ωtireは、車速Ｖをタイヤ半径Ｒtireで割ることにより求まる。
【０１１１】
【数１６】
2010012889.tif 000018
【０１１２】
以上でエンジン１０、トルクコンバータ２４、変速機（ＣＶＴ）２６、車体の数式モデルを記述したので、ここではそれらを結合した状態方程式を導出する。
【０１１３】
フューエルカットＯＦＦの場合、入力ｕを[ＡＰ,ρpulleytgt]、状態ｘを[Ｖdot,ωENG,ωTC,ρpulley]としてモデルを導出する。
【０１１４】
【数１７】
2010012889.tif 000019
【０１１５】
同様に、フューエルカットＯＮの場合、入力ｕを[ＢＲＫ,ρpulleytgt]、状態ｘを[Ｖdot,ωENG,ωTC,ρpulley]としてモデルを導出する。このように、状態方程式の入力ｕを目標変速比ρpulleyとアクセルペダル開度ＡＰまたは目標変速比ρpulleyとブレーキペダル開度ＢＲＫとすると共に、状態ｘを車体加速度Ｖdotとエンジン回転数ωENGとトルクコンバータ出力軸回転数ωTCと変速比ρpulleyとする。
【０１１６】
【数１８】
2010012889.tif 000020
【０１１７】
上記から明らかなように、この制御対象は、フューエルカットＯＦＦ／ＯＮによって切替わるという特徴がある。従って、この制御対象を、フューエルカットＯＦＦ／ＯＮによってモデルが切替わるハイブリッドシステムと捉える。換言すれば、この制御対象は、フューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされる。
【０１１８】
次に、変速比制御系（シフトコントローラ７４）の設計について説明する。
【０１１９】
ここでは、変速比制御系を図９に示すように構成する。まず同図下部の表に示すように、車速Ｖ、より正確には参照車速Ｖrefに基づいて代表的な目標変速比ρpulley-refを設定する。その後段に、その値に対して後述する制約条件や評価関数を考慮した、即ち、修正した目標変速比を制御対象に与える、という構成とする。
【０１２０】
ここで、目標変速比を決定するための参照車速としては、現在の車速そのものか、アクセルペダル開度あるいはブレーキペダル開度と現在の変速比を考慮した未来の目標車速を与えれば良い。
【０１２１】
また、後述するように、変速比を適切に制御することにより燃費の向上を図るため、燃費最適作動線から求められるエンジン回転数も目標値として与え、目標エンジン回転数も考慮して目標変速比を生成する。
【０１２２】
変速比制御系に対する要求仕様について説明する。
【０１２３】
まず、変速比をフィードバックする構成であることから、代表目標変速比ρpulley-refと変速比ρpulleyの差を評価する評価関数Ｊρpulleyを設定する。
【０１２４】
【数１９】
2010012889.tif 000021
【０１２５】
変速比制御への要求の一つとして、運転者操作量の低減がある。例えば大きく加速したい時に、変速比が変わらないままアクセルペダルだけで加速しようとすると、アクセルペダルを大きく踏込まなければならないが、一時的に変速比をロー側に変化させることで、少ないアクセルペダルの踏込みで同じ加速力を得ることができる。このように、変速比を適切に変化させることで、運転者操作量の低減、すなわち運転負担の低減を図ることができる。
【０１２６】
これを実現するため、つぎのような運転者操作量に対する評価関数ＪAPBRKを設定する。
【０１２７】
【数２０】
2010012889.tif 000022
【０１２８】
ここでΔＡＰ（ｋ＋１|ｋ）あるいはΔＢＲＫ（ｋ＋１|ｋ）は、現時刻をｋとしたときのｉステップ未来の予測値を表す。従って、上式は、現時刻ｋのΔＡＰあるいはΔＢＲＫからＨｕ−１ステップ未来までの各ステップのΔＡＰあるいはΔＢＲＫの予測値の二乗和を求めることを意味する。つまり、現時刻からＨｕ−１ステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する関数であり、この値を最小化するように変速比を制御することにより、運転者操作量、つまり運転負担の低減を可能とする。
【０１２９】
また、別の要求として、燃費の向上が挙げられる。良好な燃費効率とするためには、変速比を適切に制御することにより、エンジンを図１０に示すような燃費最適作動線に沿って運転させれば良いことが知られている。
【０１３０】
そのための一つの手法として、現在のエンジントルクに応じて、燃費最適作動線の特性から目標とする燃費最適なエンジン回転数を求め、実エンジン回転数がそれに一致するように変速比を制御することが考えられる。しかし、常に燃費最適作動線に追従させようとすると、乗り心地に違和感が生じる不都合があり、加速要求があっても十分な加速力が得られないなどの別の問題が生じてしまう。
【０１３１】
そこで、常に燃費最適作動線に追従させようとするのではなく、燃費最適作動線と実際のエンジンの運転点との差が、ある時間範囲での総和としてなるべく小さくなるように制御する。このようにすることで、例えば加速要求があった場合は一時的に燃費最適作動線から離れた運転点で運転させ、加速が終了次第、速やかに燃費最適作動線近傍に戻すことにより、運転者の要求を満足しつつ燃費も向上させることを可能とする。これを実現するため、次のような評価関数ＪENGを設定する。
【０１３２】
【数２１】
2010012889.tif 000023
【０１３３】
上式は、現時刻からＨｐ−１ステップ未来までの燃費最適作動線と実際のエンジン運転点の差ωENG-refの総和を評価する関数ＪENGであり、この評価関数を最小化するように変速比を制御することにより、先の要求を実現することを可能とする。
【０１３４】
また、不用意に変速比を変化させることは、乗り心地などの観点から好ましくない。そこで、目標変速比ρpulleytgtに対しても評価関数Ｊρpulleyを設定する。
【０１３５】
【数２２】
2010012889.tif 000024
【０１３６】
以上により、変速比、運転者操作量、燃費（エンジン回転数）、目標変速比のそれぞれを評価する評価関数を設定した。しかし、例えば長時間にわたり加速しようとした場合、運転者操作量を低減するためには変速比をロー側に保って駆動力を確保する必要があるが、一方で燃費最適作動線から離れた運転点で作動し続けると燃費が大きく悪化してしまうため、変速比をロー側にし続けることはできない。
【０１３７】
このように、それぞれの評価関数はトレードオフの関係となるケースがある。そこで、個々の評価関数を評価するのではなく、それぞれの評価関数に重み付けをして足し合わせた評価関数を新たに設定する。
【０１３８】
【数２３】
2010012889.tif 000025
【０１３９】
このようにして、重みＱ，Ｒの調整によってどの特性をより重視したいかを考慮しつつ、それぞれの評価関数を同時に最適化することを可能とする。
【０１４０】
変速比を変化させると同じ車速に対してエンジン回転数が変化する。例えば車速が非常に高いときに変速比をロー側へ変化させると、エンジン回転数は非常に高くなってしまう。しかしエンジン回転数にはレブリミット回転数が設けられており、この回転数を超える運転はエンジン保護のため避けなければならない。
【０１４１】
逆に、車速が非常に低いときに変速比をハイ側へ変化させたとき、エンジンからタイヤまでが直結したままである場合、エンジン回転数は非常に低くなり、エンジンストールの恐れがあるので、これも避けなければならない。
【０１４２】
また変速比自体も、変速可能な範囲が限られており、その範囲内で変速させる必要がある。
【０１４３】
さらに、乗り心地や変速機保護などの観点から、あまり急激に変速比を変化させるのも好ましくない。以上のことを実現するため、エンジン回転数ωENG、変速比ρpulley、目標変速比の変化速度Δρpulleytgtのそれぞれに制約条件を設けることとする。
【０１４４】
【数２４】
2010012889.tif 000026
【０１４５】
即ち、目標変速比ρpulleyは、現在の変速比とエンジン回転数に依存して与える制限値（目標変速比の変化速度）Δρpulleytgtによって制限するものとする。このようにすることで、上記問題を考慮した変速比制御を可能とする。
【０１４６】
この実施例における変速比制御系の設計上の特徴を整理すると、以下のようになる。
１．未来の操作量および状態を予測できるようにする。
２．操作量や状態の動作範囲などに拘束が設けられる。
３．制御対象はフューエルカットＯＦＦ／ＯＮによって切替わるハイブリッドシステムとする。
【０１４７】
１．に対する適当な手段の一つとして、モデル予測制御がある。モデル予測制御は、図１１に示すように逐次未来の状態軌道を予測し、ある評価指標の基で予測軌道をオンラインで最適化しながら操作量を生成する手法であり、拘束条件も陽に考慮することができる。
【０１４８】
しかし、オンラインで最適制御問題を解く必要があるため計算時間の問題で適用が困難な場合が多くあり、主に化学プラントの操業などの利用に限定されている。車両への適用としても、特許文献２に見られる車両の車間制御のように比較的ダイナミクスの遅いシステムが対象である。
【０１４９】
近年、これに代わる制御手法として、マルチパラメトリック計画法という最適化手法によって、オフラインで最適制御問題を解く手法が注目されている。最適解は、初期状態に依存した形で陽に得ることができるため、実装の際にはサンプリング時刻おきに状態を得るだけで、ただちに最適値を生成することができる。
【０１５０】
この実施例においては、マルチパラメトリック計画法を用いることによって、先に述べた拘束条件や評価関数を考慮したシフトコントローラ７４を設計する。
【０１５１】
また、マルチパラメトリック計画法の枠組みによりハイブリッドシステムを取り扱うことも可能であるため、フューエルカットＯＦＦ／ＯＮによるモデルの切替わりも考慮に入れてコントローラを設計することとする。
【０１５２】
マルチパラメトリック計画法によるハイブリッド予測制御は、線形離散モデルに対してコントローラを設計する手法である。先に導出した状態方程式は非線形項を含むため、線形化を行う必要がある。線形化は元の非線形方程式の平衡点周りにおいて行うため、まず平衡状態における各変数の対応関係を求める必要がある。
【０１５３】
平衡状態においては各入力、状態は変化しないため、非線形方程式の左辺は各状態の微分値であることから、０となる。例えば変速比ρpulleyについて見ると、以下のようにして、実変速比ρpulleyと目標変速比ρpulleytgtの対応関係を求める。
【０１５４】
【数２５】
2010012889.tif 000027
【０１５５】
尚、添え字のｅは平衡状態における値であることを意味する。他の式についても同様にして対応関係を求めて整理すると、車速と変速比の平衡点を与えれば、他の状態、入力は一意に決定できる。
【０１５６】
次に、車速と変速比の平衡点の与え方について説明する。すでに説明したように、参照車速に対応する代表変速比を求めているので、これを利用し、参照車速を車速の平衡点として与えることで対応する変速比の平衡点を決定する。以上のようにして、車速の平衡点のみを与えて他の全ての平衡点を一意に決める。
【０１５７】
平衡点周りの線形モデル導出について説明すると、先の変速比を例にとれば、δρpulley=ρpulley-ρpulleyeとし、平衡点ρpulleyeからの変化分δρpulleyについての線形モデルを求める。他の変数についても同様である。
【０１５８】
以上より、フューエルカットＯＦＦ／ＯＮそれぞれの線形モデルを求める。また、フューエルカットＯＦＦのときはエンジンが回す側であることからωENG≧ωTCであり、フューエルカットＯＮのときはエンジンが回される側であることからωENG<ωTCであるので、ωENGとωTCの大小関係からフューエルカットＯＦＦ／ＯＮの切替わりを判断し、以下のような線形モデルを得る。
【０１５９】
【数２６】
2010012889.tif 000028
【数２７】
2010012889.tif 000029
【０１６０】
ここで、a11a〜a44a，b21a，b42a，a11b〜a44b，b11b，b42bは物理パラメータおよび平衡点周りでの線形化による線形化係数によって与えられる。さらにハイブリッド予測制御は離散系の設計手法であるので、上記線形モデルを離散化する。
【０１６１】
以上の設定に基づき、シフトコントローラ７４としてマルチパラメトリック計画法によるハイブリッド予測コントローラを求める。いま扱っている問題は、時変な目標値に追従させるサーボ系のコントローラを設計することであり、そのままではマルチパラメトリック計画法に適用できないため、問題をマルチパラメトリック計画法に適用可能な形式に変更する。
【０１６２】
Δｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ）−ｕ（ｋ−１）を新たな入力とし、状態を[δｘ（ｋ）；δｕ（ｋ−１）;δｙref（ｋ）]とする拡大系を構成する。
【０１６３】
【数２８】
2010012889.tif 000030
【０１６４】
この拡大系に対し、先に述べた評価関数と拘束条件を設定した上で、マルチパラメトリック計画問題を解くことにより、ホライゾン区間にわたる操作量のベクトルを得る。ハイブリッド予測制御の場合、得られた操作量ベクトルのうち初期ステップの操作量Δｕ（ｋ）のみをシステムへ加えるが、これは以下のように陽に得ることができる。
【０１６５】
【数２９】
2010012889.tif 000031
【０１６６】
ここでＦi，Ｇiはそれぞれコントローラゲインである。Δｕ（ｋ）は現在時刻における前ステップからの入力の差分なので、実際にシステムへ加える操作量は以下の通りとする。
【０１６７】
【数３０】
2010012889.tif 000032
【０１６８】
フューエルカットＯＦＦのとき、制御対象の入力は[ＡＰ,ρpulleytgt]であるため、先の操作量算出式に当てはめると、以下のようになり、目標変速比だけでなくアクセルペダル開度も算出される。
【０１６９】
【数３１】
2010012889.tif 000033
【０１７０】
同様に、フューエルカットＯＮのとき、制御対象の入力は[ＢＲＫ,ρpulleytgt]であるため、目標変速比だけでなくブレーキペダル開度も算出される。
【０１７１】
【数３２】
2010012889.tif 000034
【０１７２】
入力にアクセルペダル開度とブレーキペダル開度を含んでいる理由は、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を入力として扱い、これを評価関数に組み込んで最小化することにより、運転者操作量を低減するような変速比制御を可能とするためである。しかし、この実施例においてアクセルペダル操作とブレーキペダル開度は運転者が行うため、コントローラが生成したアクセルペダル開度とブレーキペダル開度を実際に制御対象に反映させることはしない。
【０１７３】
例えば一般的な最適制御設計によってコントローラを求めた場合、操作量は無限時間区間における最適解となるので、コントローラが生成した操作量を両方とも制御対象に反映しないと、最適性が保証されないことはおろか、安定性も保てないおそれがある。
【０１７４】
しかし、予測制御の場合、最適化の範囲は無限時間区間ではなく有限のホライゾン区間であり、有限のホライゾン区間の各ステップにおける操作量ベクトルΔＵ＝[Δｕ（ｋ），Δｕ（ｋ＋１），…，Δｕ（ｋ＋Ｈｕ−１）]が得られるが、実際には現在時刻の操作量Δｕ（ｋ）のみを使用し、次ステップ以降の操作量は次ステップに進んでから再度算出し直して求めるというように、逐次最新の情報に応じて最適な操作量を求め直すアルゴリズムとなっている。
【０１７５】
この考え方を拡張し、コントローラが生成したアクセルペダル開度とブレーキペダル開度は制御対象には反映しないこととする。従って、実際のアクセルペダル操作とブレーキペダル開度は運転者が行うが、次ステップには運転者の操作による状態の変化も含めた最新の情報に応じて最適な操作量を算出し直すことが可能であり、これを逐次繰り返せば良い。
【０１７６】
ただし、設定した拘束条件を破らずに制御できることが保証されるのは双方の操作量を使用した場合であり、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を使用しなかった場合は拘束条件を破るおそれがある。
【０１７７】
しかし、マルチパラメトリック計画法では、拘束条件内の領域にしかコントローラを配置できず、拘束条件外の領域にはコントローラが存在しない。従って、ひとたび拘束条件外の領域に出てしまうと、操作量は０となり、発散してしまうおそれがある。
【０１７８】
そこで、拘束条件外の領域に別の（第２の）安定化コントローラを配置する。このコントローラは、あくまで状態を拘束条件内に戻すためのものであるので単純なもので良い。例えば、変速比を操作量とし、各状態を原点に戻す最適レギュレータを配置すれば良い。
【０１７９】
従って、拘束条件内ではハイブリッド予測コントローラを使用し、拘束条件外に出たら別の安定化コントローラに切り替えて制御を続行する。安定化コントローラによって再び拘束条件内に戻ったら、再びハイブリッド予測コントローラを使用する。このようにすることで、破綻のない制御を可能とする。
【０１８０】
以上により、運転者操作量の低減を考慮した変速比制御を可能とする。
【０１８１】
ここからは、具体的な数値例を用いて説明する。ここでは、車速と対応する変速比の平衡点を（２０,０．６０）と設定する。この平衡点周りの線形モデルを導出し、さらに離散化をおこなった結果、以下のようになる。ここでは０次ホールドを用いて離散化したが、１次ホールドや双１次変換などを用いても良い。
【０１８２】
【数３３】
2010012889.tif 000035
【０１８３】
【数３４】
2010012889.tif 000036
【０１８４】
次に、評価関数に対する重みＱ，Ｒの設定を行う。ここでは次のように設定する。
Ｒ１＝１０，Ｒ２＝１０００，Ｑ１＝１，Ｑ２＝３００
【０１８５】
また、制御ホライゾンＨc、予測ホライゾンＨpを次のように設定する。
Ｈc＝Ｈp＝３
【０１８６】
更に、拘束条件の設定を以下の通り行う。
【０１８７】
【数３５】
2010012889.tif 000037
【０１８８】
以上の設定のもとで、マルチパラメトリック計画法によって求めたハイブリッド予測コントローラを示す。ハイブリッド予測コントローラは、各状態の組み合わせによって得られる多面体領域に定義される。
【０１８９】
図１３は、状態のうちエンジン回転数、トルクコンバータ出力軸回転数、車速の３つの状態に関して、領域がどのように分割されているかを表した図である。図１３を見ると、状態に応じて領域が細かく分割されていることが分かる。図示例では、３３９７の領域に分割されている。また図１４の表に示すように、コントローラは各領域毎に設定される。
【０１９０】
従って、フューエルカットのＯＦＦ／ＯＮや、他の状態変化に応じてコントローラを適宜切り替えることにより、設定した評価関数や拘束条件を考慮した最適な変速比制御を行うことが可能となる。
【０１９１】
尚、図示の如く、コントローラの制御則は入力ｕの最適解群を、入力ｕが状態ｘと最適ゲインＫの積（ｕ＝Ｋｘ）で与えられるように記載される。図１４に示すコントローラの制御則は、図１３に示す状態空間領域から検索自在に、シフトコントローラ７４のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納される。
【０１９２】
以上述べた如く、この実施例にあっては、エンジン１０と、前記エンジンの出力を変速する変速機（ＣＶＴ）２６と、前記エンジンと変速機が搭載される車体とを少なくとも備え、運転者によるアクセルペダル操作を示すアクセルペダル開度ＡＰとブレーキペダル操作を示すブレーキペダル開度ＢＲＫに応じて車両１４の駆動力を制御する装置（シフトコントローラ７４）において、前記エンジン１０でフューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされると共に、少なくとも目標変速比ρpulleyと前記アクセルペダル開度ＡＰとブレーキペダル開度ＢＲＫとを入力ｕとし、少なくともエンジン回転数ωENGと変速比ρpulley、より具体的には前記車体の前後方向の車体加速度Ｖdotとエンジン回転数ωENGとトルクコンバータ出力軸回転数ωTCと変速比ρpulleyとを状態ｘとする状態方程式（数１７，１８）で記述された、前記エンジンから前記車体までを制御対象として前記変速比と前記エンジン回転数を、車速、より具体的には参照車速に基づいて算出される代表目標変速比と、前記エンジンの出力トルクに対して燃費が最適となるように設定された燃費最適作動線（図１０）に従って算出される目標エンジン回転数とにフィードバック制御する変速比制御系（図９）と、前記変速比と前記代表変速比の差を評価する変速比評価関数Ｊpulley（数１９）と、少なくとも前記アクセルペダル開度の現時刻からｎステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する運転者操作量評価関数Ｊapbrk（数２０）と、前記アクセルペダル開度と前記ブレーキペダル開度の現時刻からｎステップ未来までの運転者操作量の総和を評価する運転者操作量評価関数Ｊapbrk（数２０）と、前記目標エンジン回転数について現時刻からｎステップ未来までの前記燃費最適作動線と実際のエンジン運転点との差の総和を評価する燃費評価関数ＪENG（数２１）（さらには目標変速比に対する評価関数Ｊρpulley（数２２））に従って前記状態ｘの変化が最適となるように、予めオフラインで生成された入力ｕの最適解群（図１４のコントローラの制御則）を前記状態ｘから検索自在に格納する格納手段（シフトコントローラ７４のマイクロコンピュータのＲＯＭ）と、前記入力ｕの最適解群を前記状態ｘから検索して前記代表目標変速比を修正した目標変速比を算出し、前記変速比制御系から前記制御対象に操作量として印加させる操作量印加手段（数２８から数３１に従って行なわれる処理）と、を備える如く構成した。
【０１９３】
これにより、モデル予測制御を用いて評価関数を介して未来の運転者操作量（換言すれば運転負担）と未来の燃料消費量を予測することができると共に、マルチパラメトリック計画法などの系統的な解法を適用し、予めオフラインで入力ｕの最適解群を生成しておくことで計算時間が短縮され、状況の変化に応じてそれらを同時に最小化あるいは最適化することができる。
【０１９４】
従って、運転者の運転負担を低減すると共に、環境負担の低減、具体的には低燃費性を実現することができる。
【０１９５】
図１５と図１６は、上記した構成のシミュレーション結果を示すデータ図である。シミュレーションにおいては、同一の車速パターンで走行し、従来のシフトスケジューリングマップによる変速比制御と比較した。
【０１９６】
図１５はそれぞれのアクセルペダル開度を示しているが、青い点線の部分で示す如く、アクセルペダル操作（運転負担）を低減できていることが分かる。
【０１９７】
また、図１６はブレーキペダル開度を示しているが、同様に青い点線の部分で示す如く、ブレーキペダル操作（運転負担）を低減できていることが理解できよう。
【０１９８】
また、前記制御対象は、前記エンジン１０でフューエルカットが実行されるときと実行されないときとに分けてモデリングされる如く構成したので、エンジン１０の特性を正確に把握することができ、制御対象を的確にモデリングすることができる。
【０１９９】
また、前記格納手段は、前記入力ｕの最適解群を、前記入力ｕを状態ｘと最適ゲインＫの積からなるｕ＝Ｋｘで記述されるコントローラ群（図１４）からなる如く構成したので、上記した効果に加え、入力ｕの最適解群を容易に格納することができる。
【０２００】
また、前記評価関数Ｊは、前記評価関数に重みＱ，Ｒを乗じて得た積ＱＪ，ＲＪの総和として定義される（数２３）如く構成したので、上記した効果に加え、トレードオフの関係にある目標量、即ち、未来の運転者操作量と燃料消費量を状況の変化に応じて同時かつ最適に調整することができる。
【０２０１】
また、前記エンジン回転数と前記変速比と前記目標変速比とに制約条件が設けられる如く構成したので、かかる制約条件を設けることで、エンジン回転数がレブリミットを超えないなどの機械的な保護のための制限、あるいは乗り心地を確保するために変速比を急激に変化させないなどの制限を容易に追加することができる。
【０２０２】
また、前記操作量印加手段は、前記アクセルペダル開度と前記ブレーキペダル開度を除く、前記目標変速比を前記変速比制御系から前記制御対象に操作量として印加させる如く構成したので、上記した効果に加え、制御対象をモデル化して状態方程式で表現するときの入力にアクセルペダル開度とブレーキペダル開度からなる運転者操作量を含めることで、運転者操作量評価関数に組み込んで最適解を求めることで、運転者操作量を低減することができる。
【０２０３】
また、前記操作量印加手段は、前記状態ｘが予め設定された拘束条件内にあるときは、前記コントローラに基づいて前記目標変速比を算出すると共に、前記状態ｘが前記拘束条件外にあるときは、前記状態ｘを前記拘束条件に復帰させる第２のコントローラに基づいて前記目標変速比を算出する如く構成したので、上記した効果に加え、状態ｘが拘束条件内にないときの不都合を回避することができる。
【０２０４】
即ち、例えば長時間にわたって加速しようとした場合、運転者操作量を低減させるには、変速比を減少させて駆動力を確保する必要があるが、燃費最適作動線から離れたエンジン運転点で運転し続けると、燃費が悪化する。このように目標量が相反する関係にあるときも、それらを同時にかつ最適に調整することができる。
【０２０５】
他方、運転者操作量は運転者が行う行為であって制御対象とはならないことから、運転者操作量を制御対象への入力から除去することで、運転者の行為を装置の動作から除外することができる。
【０２０６】
例えば一般的な最適制御設計によってコントローラを求めた場合、操作量は無限時間区間における最適解となるので、コントローラが生成した操作量を両方とも制御対象に反映しないと、最適性が保証されないことはおろか、安定性も保てないおそれがある。
【０２０７】
しかし、予測制御の場合、最適化の範囲は無限時間区間ではなく有限のホライゾン区間であり、有限のホライゾン区間の各ステップにおける操作量ベクトルが得られるが、実際には現在時刻の操作量のみを使用し、次ステップ以降の操作量は次ステップに進んでから再度算出し直して求めるというように、逐次最新の情報に応じて最適な操作量を求め直すアルゴリズムとなっている。
【０２０８】
この考え方を拡張すれば、コントローラが生成したアクセルペダル開度は制御対象には反映しないことが可能となる。ただし、設定した拘束条件を破らずに制御できることが保証されるのは双方の操作量を使用した場合であり、アクセルペダル開度とブレーキペダル開度を使用しなかった場合は拘束条件を破るおそれがあるため、拘束条件外の領域に状態を拘束条件内に戻すための別のコントローラを配置することで、破綻のない制御が可能となる。
【０２０９】
尚、上記において変速機としてＣＶＴ２６を使用したが、有段変速機であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】この発明の実施例に係る車両の駆動力制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す装置のシフトコントローラなどの設計を説明する、制御対象のモデリングを全体的に示すブロック図である。
【図３】図２に示すエンジンコントローラモデルのブロック図である。
【図４】図２に示すエンジンモデルのフューエルカットＯＦＦのときのブロック図である。
【図５】図２に示すエンジンモデルのフューエルカットＯＮのときのブロック図である。
【図６】図２に示すトルクコンバータモデルのブロック図である。
【図７】図２に示す変速機（ＣＶＴ）モデルのブロック図である。
【図８】図２に示す車体モデルのブロック図である。
【図９】図２に示す構成を制御対象とする変速比制御系（シフトコントローラ）の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す構成で使用される燃費最適作動線の特性を示す説明グラフである。
【図１１】図９に示す構成が適用されるモデル予測制御を説明する説明図である。
【図１２】図９に示す構成が適用されるマルチパラメトリック計画法によるモデル予測制御を示す説明図である。
【図１３】図１２に示すマルチパラメトリック計画法のコントローラの状態空間領域を示す説明図である。
【図１４】図１３に示すコントローラの制御則などの説明図である。
【図１５】図９などに示す構成のシミュレーション結果を示すデータ図である。
【図１６】同様に、図９などに示す構成のシミュレーション結果を示すデータ図である。
【符号の説明】
【０２１１】
１０  エンジン（内燃機関）、１４  車両、１６  ＤＢＷ機構、２４  トルクコンバータ、２６  変速機（ＣＶＴ）、３０  前後進切換装置、３０ａ  フォワードクラッチ、６０  エンジンコントローラ、７４  シフトコントローラ、Ｗ  駆動輪（タイヤ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１３】
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