(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実車速を車速指令値に一致させるための駆動力指令値を演算する駆動力演算手段と、
車両の制御系モデルを有し、駆動力指令値と実車速とを入力して走行抵抗を含む外乱を推定する外乱推定手段と、
外乱推定値により駆動力指令値を補正する駆動力補正手段と、
駆動力指令値にしたがってエンジンの出力トルクおよび無段変速機の変速比を制御する制御手段とを備えた車速制御装置であって、
エンジントルクの飽和状態を判定するトルク飽和状態判定手段と、
無段変速機が車速に応じた許容最大変速比に達している状態を判定する最大変速比状態判定手段と、
エンジントルクが飽和状態で且つ無段変速機が許容最大変速比の状態にあると判定されると、前記外乱推定手段へ入力される駆動力指令値をリミットするリミット手段とを備えることを特徴とする車速制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車速制御装置において、
前記トルク飽和状態検出手段は、少なくともスロットル開度、エンジン回転速度および燃焼モードに基づいて判定することを特徴とする車速制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車速制御装置において、
前記最大変速比状態判定手段は、少なくとも変速比、車速およびエンジン回転速度に基づいて判定することを特徴とする車速制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行速度を制御する車速制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
車両の制御系モデルを用いて駆動力指令値と実車速とにより走行抵抗などの外乱を推定する外乱推定器を備え、外乱推定値により駆動力指令値を補正する車速制御装置が知られている（例えば、特開平８−２０７６１９号公報参照）。
この種の車速制御装置では、外乱推定器へ入力される駆動力指令値を、エンジントルクの上下限値と変速比とにより定まる駆動力の上下限値でリミットしている。これは、線形モデルを用いた外乱推定器をそのまま用いると、登坂時や急加速時に駆動力が飽和した場合に誤差がコントローラー内に蓄積され、駆動力の飽和状態が解消されて通常の負荷状態に戻った時に車速収束性が悪化するためである。
【０００３】
図１０、図１１により、駆動力飽和時に外乱推定器への駆動力指令値をリミットした場合とリミットしない場合の車速収束特性の違いを説明する。
図１０（ａ）は定速制御モード時に勾配が急な登りになって正の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示し、（ｂ）は定速制御モード時に勾配が急な下りになって負の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示す。また、図１１（ａ）は加速制御モード時に正の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示し、（ｂ）は減速制御モード時に負の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示す。これらの図において、破線が駆動力指令値をリミットしない場合の特性を示し、実線が駆動力指令値をリミットした場合の特性を示す。
これらの図から明らかなように、駆動力飽和時に外乱推定器への駆動力指令値をリミットしないと、駆動力の飽和状態が解消されて通常の負荷状態に戻った時に大きな車速オーバーシュートが発生し、目標車速への収束特性が悪くなる。
【０００４】
ところが、上述した従来の車速制御装置は有段変速機を備えた車両を対象にしたものであり、無段変速機付き車両に適用すると次のような問題が生じる。すなわち、駆動力指令値に応じてエンジントルクと無段変速機の変速比とを制御する場合に、エンジントルクの飽和タイミングだけで外乱推定器への駆動力指令値をリミットすると、シフトダウンによって得られるはずの最大駆動力が得られなくなり、図１０、図１１に実線で示すように車速偏差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、無段変速機付き車両に対して、駆動力飽和時の車速偏差を抑制するとともに通常の負荷状態に戻った時に目標車速へ速やかに収束させるようにした車速制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、実車速を車速指令値に一致させるための駆動力指令値を演算する駆動力演算手段と、車両の制御系モデルを有し、駆動力指令値と実車速とを入力して走行抵抗を含む外乱を推定する外乱推定手段と、外乱推定値により駆動力指令値を補正する駆動力補正手段と、駆動力指令値にしたがってエンジンの出力トルクおよび無段変速機の変速比を制御する制御手段とを備えた車速制御装置であって、エンジントルクの飽和状態を判定するトルク飽和状態判定手段と、無段変速機が車速に応じた許容最大変速比に達している状態を判定する最大変速比状態判定手段と、エンジントルクが飽和状態で且つ無段変速機が許容最大変速比の状態にあると判定されると、外乱推定手段へ入力される駆動力指令値をリミットするリミット手段とを備える。
（２）  請求項２の車速制御装置は、トルク飽和状態検出手段によって、少なくともスロットル開度、エンジン回転速度および燃焼モードに基づいてトルク飽和状態を判定するようにしたものである。
（３）  請求項３の車速制御装置は、最大変速比状態判定手段によって、少なくとも変速比、車速およびエンジン回転速度に基づいて最大変速比状態を判定するようにしたものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジントルクが飽和状態で且つ無段変速機が許容最大変速比の状態にあると判定されると、外乱推定手段へ入力される駆動力指令値をリミットするようにしたので、登坂時や急加減速時などの駆動力飽和時に誤った外乱推定を行うことがない。つまり、コントローラー内部に推定誤差が蓄積されない。したがって、駆動力の飽和状態が解消した時にコントローラー内部に蓄積誤差がないので、外乱推定器が速やかに作用して車速が設定車速に速やかに収束する。また、エンジントルクが飽和状態に達し、且つ許容最大変速比に達するまで、駆動指令値をリミットしないので、最大駆動力を確実に得ることができ、駆動力飽和時の車速偏差を最小に抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す。
セットスイッチ１は、現在の車速を車速指令値に設定して車速制御を開始するためのスイッチである。アクセラレートスイッチ２は設定車速を増加するためのスイッチ、コーストスイッチ３は設定車速を低減するためのスイッチである。キャンセルスイッチ４は定速走行制御を解除するためのスイッチ、ブレーキスイッチ５はフットブレーキが操作された時に作動するスイッチである。このブレーキスイッチ５が作動したら、キャンセルスイッチ４が操作された場合と同様に定速走行制御を解除する。
【０００９】
クランク角センサー６はエンジン回転速度に応じた周期のパルス列信号を出力し、車速センサー７は車速に応じた周期のパルス列信号を出力する。また、アクセルセンサー８はアクセルペダルの踏み込み量を検出する。
【００１０】
希薄燃焼型エンジン９は、スロットルアクチュエータによる吸入空気量制御と、インジェクターによる燃料噴射制御と、点火プラグによる点火時期制御とにより、エンジントルクが指令値に一致するように制御される。この希薄燃焼型エンジン９では、理想空燃比（ストイキ）状態と希薄燃焼用空燃比状態の切り換えが行なわれるととに、低回転用カムと高回転用カムの切り換えにより吸排気バルブの開閉タイミングが不連続的に切り換えられる。さらにまた、フューエルカット／リカバーの切り換えが行なわれる。これらの切り換えによってエンジン９の運転状態は不連続的に切り換えられる。
【００１１】
ベルト式無段変速機１１は、プライマリー・プーリーとセカンダリー・プーリーの半径を油圧制御で変えることによって、変速比が指令値に一致するように制御される。また、ベルト式無段変速機１１は発進用のロックアップクラッチ付きトルクコンバーター１０を備えている。
【００１２】
車速制御コントローラー１２、エンジントルクコントローラー１３および変速比コントローラー１４はそれぞれ、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータの駆動回路などを備え、互いに通信回路を介して通信を行なう。車速制御コントローラー１２は、車速指令値の設定と変更、トルク指令値と変速比の演算などを行なう。トルクコントローラー１３は、エンジン９のエンジントルク指令値に基づくスロットル開度制御と、空燃比、吸排気バルブ開閉タイミング、フューエルカット／リカバーなどのエンジン運転状態の切り換え制御を行なう。さらに、変速比コントローラー１４は変速比指令値に基づいて無段変速機１１の変速比を制御する。
【００１３】
図２は車速制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
車速制御コントローラー１０は、１０ｍｓごとにこの車速制御プログラムを実行する。ステップ１において、車速センサー７のパルス幅（ｎ周期分）の逆数から実車速Ｖspを演算する。続くステップ２で、キャンセルスイッチ４またはブレーキスイッチ５がオン状態にあるか、すなわち定速走行制御が解除されたかどうかを確認する。定速走行制御が解除されたらステップ６へ進み、各種制御フラグやパラメーター変数の初期化を行なって車速制御を終了する。
【００１４】
定速走行制御が解除されていない場合はステップ３へ進み、セットスイッチ１が操作されたかどうかを確認する。セットスイッチ１が操作されたら定速走行制御を開始するためにステップ４へ進み、現在の実車速Ｖspを車速指令値Ｖsprに設定して記憶する。さらにステップ５で、定速走行制御中を示すフラグ（ＡＳＣＤ作動フラグ）をセットしていったん車速制御を終了する。
【００１５】
セットスイッチ１が操作されていない場合はステップ７へ進み、定速走行制御中フラグにより定速走行制御中かどうかを確認する。定速走行制御中でなければステップ６へ進み、各種制御フラグやパラメーター変数の初期化を行なって車速制御を終了する。定速走行制御中の場合はステップ８へ進み、アクセラレートスイッチ２が操作されていれば加速制御モードと判断し、車速指令値Ｖsprに所定値ΔＶを加算する。また、アクセラレートスイッチ２がオフされた時には、その時の実車速Ｖspを車速指令値Ｖsprとして記憶する。続くステップ９では、コーストスイッチ３が操作されていれば減速制御モードと判断し、車速指令値ＶsprからΔＶを減算する。また、コーストスイッチ３がオフされた時には、その時の実車速Ｖspを車速指令値Ｖsprとして記憶する。
【００１６】
ステップ１０において、エンジントルクコントローラ１３から入力したエンジントルク飽和フラグを確認する。このエンジントルクの飽和状態はスロットル開度、エンジン回転速度、燃焼モード、冷却水温度、燃料カット状況などに基づいてエンジントルクコントローラー１３により判断され、飽和状態であればフラグがセットされる。次に、ステップ１１で変速比コントローラー１４から入力したシフトダウン飽和フラグを確認する。シフトダウン飽和状態とは、無段変速機が車速に応じた許容最大変速比に達している状態であり、変速比、車速、エンジン回転速度などに基づいて変速比コントローラーにより判断され、飽和状態であればフラグがセットされる。ステップ１２では、車速指令値Ｖsprに実車速Ｖspを一致させるための最終駆動力指令値ｙ１を演算する。
【００１７】
最終駆動力指令値ｙ１の演算方法を説明する。
この演算は、図３に示すように、線形制御手法であるモデルマッチング手法と近似ゼロイング手法による車速フィードバック補償器を用いて行なう。車速フィードバック補償器に組み込まれた制御対象の車両モデルは、駆動力指令値を操作量とし、車速を制御量としてモデル化することによって、相対的に応答性の速いエンジンやトルクコンバータの過渡特性、およびトルクコンバータの非線形定常特性を省略することができる。そして、例えば図４に示すような、予め計測されたエンジン非線形定常特性マップを用いて駆動力指令値に実駆動力が一致するようなスロットル開度指令値を算出し、スロットル開度をサーボコントロールすることにより、エンジン非線形定常特性を線形化することができる。したがって、駆動力指令値を入力とし、車速を出力とする車両モデルは積分特性となり、補償器ではこの車両モデルの伝達特性をパルス伝達関数Ｐ（ｚ-1）とおくことができる。
【００１８】
図３において、ｚは遅延演算子であり、ｚ-1を乗ずると１サンプル周期前の値となる。また、Ｃ１（ｚ-1）、Ｃ２（ｚ-1）は近似ゼロイング手法による外乱推定器であり、外乱やモデル化誤差による影響を抑制する。さらに、Ｃ３（ｚ-1）はモデルマッチング手法による補償器であり、図５に示すように、車速指令値Ｖsprを入力とし実車速Ｖspを出力とした場合の制御対象の応答特性を、予め定めた一次遅れとむだ時間要素を持つ規範モデルＨ（ｚ-1）の特性に一致させる。
【００１９】
制御対象の伝達特性は、パワートレインの遅れであるむだ時間を考慮する必要がある。駆動力指令値を入力とし実車速を出力とする制御対象のパルス伝達関数Ｐ（ｚ-1）は、次式に示す積分要素Ｐ１（ｚ-1）とむだ時間要素Ｐ２（ｚ-1）（＝ｚ-n）の積で表わすことができる。
【数１】
Ｐ１（ｚ-1）＝Ｔ・ｚ-1／｛Ｍ・（１−ｚ-1）｝
ここで、Ｔはサンプル周期（この実施形態では１０ｍｓｅｃ）、Ｍは平均車重である。
【００２０】
このとき、補償器Ｃ１（ｚ-1）は次式で表わされる。
【数２】
Ｃ１（ｚ-1）＝（１−γ）・ｚ-1／（１−γ・ｚ-1），
γ＝ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔｂ）
すなわち、補償器Ｃ１（ｚ-1）は時定数Ｔｂのローパスフィルタである。
【００２１】
さらに、補償器Ｃ２（ｚ-1）はＣ１／Ｐ１として次式で表わされる。
【数３】
Ｃ２（ｚ-1）＝Ｍ・（１−γ）・（１−ｚ-1）／｛Ｔ・（１−γ・ｚ-1）｝
なお、補償器Ｃ２は、車両モデルの逆系にローパスフィルタをかけたものであり、実車速Ｖspから逆算される外乱（走行抵抗）の影響を受けた駆動力、すなわち駆動力から走行抵抗を差し引いた駆動力を逆算することができる。
【００２２】
また、制御対象のむだ時間を無視して、規範モデルＨ（ｚ-1）を時定数Ｔａの１次ローパスフィルタとすると、補償器Ｃ３は次のような定数となる。
【数４】
Ｃ３＝Ｋ＝｛１−ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔａ）｝・Ｍ／Ｔ
【００２３】
次に、モデルマッチング補償器Ｃ３（ｚ-1）に相当する部分の演算を行ない、実車速Ｖspから車速指令値Ｖsprまで加速するための駆動力指令値ｙ４を求める。データｙ（ｋ−１）は１サンプル周期前のデータｙ（ｋ）を表わすものとすると、
【数５】
ｙ４（ｋ）＝Ｋ・｛Ｖspr（ｋ）−Ｖsp（ｋ）｝
【００２４】
また、図３に示す外乱推定器の一部のロバスト補償器Ｃ２（ｚ-1）に相当する部分の演算を行ない、実車速Ｖspに基づいて外乱（走行抵抗など）の影響を受けた駆動力ｙ３を逆算する。
【数６】
ｙ３（ｋ）＝γ・ｙ３（ｋ−１）＋（１−γ）・Ｍ・｛Ｖsp（ｋ）−Ｖsp（ｋ−１）｝／Ｔ
【００２５】
駆動力指令値ｙ４を走行抵抗推定値Ｆｒで補正して最終駆動力指令値ｙ１（ｋ）を求める。
【数７】
0003669122.tif 000002
ここで、ｙ２（ｋ−２）は駆動力ｙ２（ｋ）の２サンプル周期前の値であり、駆動力ｙ２（補償器Ｃ１の出力）の演算は上述した積分要素Ｐ１（ｚ-1）の演算に相当し、その２サンプル周期前の値を用いることはむだ時間要素Ｐ２（ｚ-1）の演算に相当する。ｙ３（ｋ）は実車速Ｖspから求めた走行抵抗の影響を受けた駆動力であり、駆動力ｙ２（ｋ−２）は補償器内で求めた走行抵抗の影響を受けない駆動力であるから、両者の差が走行抵抗推定値（外乱推定値）Ｆｒとなる。このように、近似ゼロイング手法で構成された外乱推定器は、制御対象モデルの出力と実際の制御対象の出力との差に基づいて走行抵抗などの外乱を正確に推定することができる。
【００２６】
次に、最終駆動力指令値ｙ１を上下限値以内に制限する。通常は、最終駆動力指令値ｙ１（ｋ）を外乱推定器の入力であるｙ５（ｋ）として記憶するが、エンジントルク飽和フラグおよびシフトダウン飽和フラグがともにセットされている場合には、下記のリミット処理を最終駆動力指令値ｙ１（ｋ）に施してｙ５（ｋ）を求める。
【数８】
ｙ１（ｋ）＞０の場合は、ｙ５（ｋ）≦ｙ１（ｋ−１）
ｙ１（ｋ）＜０の場合は、ｙ５（ｋ）≧ｙ１（ｋ−１）
さらに、外乱補償器の一部であるローパスフィルタとしての補償器Ｃ１（ｚ-1）に相当する部分の演算を行う。
【数９】
ｙ２（ｋ）＝γ・ｙ２（ｋ−１）＋（１−γ）・ｙ５（ｋ−１）
最後に、最終駆動力指令値ｙ１（ｋ）から駆動トルク指令値Ｔorを求める。
【数１０】
Ｔor＝ｙ１・Ｒｔ
ここで、Ｒｔはタイヤの有効半径である。
【００２７】
ステップ１３では駆動トルク指令値Ｔorの符号を判定し、正であればステップ１４へ進み、負であればステップ１５へ進む。ステップ１４では、正の駆動トルク指令値Ｔorと最適燃費とを両立するエンジン動作点を求める。まず、次式により出力指令値Ｌを算出する。
【数１１】
Ｌ＝Ｔor・Ｖspr／Ｒｔ  または、Ｌ＝ｙ１・Ｖspr
そして、図６に示すような等出力線、等燃費線および最適燃費運転線を表すエンジン特性マップを用いて、出力指令値Ｌ（正値）を実現しつつ燃料消費が最低となる運転点、すなわち等出力線と等燃費線との接点を連ねた最適燃費運転線上にある点を検索する。実際には、出力値（正値）に対応した目標とするエンジン運転点、すなわち等出力線と最適燃費運転線との交点で決まるエンジン回転速度指令値Ｎerを予めマップに記憶しておき、出力指令値Ｌ（正値）で表引き演算する。
【００２８】
ステップ１５では、負の駆動トルク指令値Ｔorを、スロットル全閉且つ燃料カット状態で実現するエンジン動作点を求める。まず、次式により出力指令値Ｌを演算する。
【数１２】
Ｌ＝Ｔor・Ｖspr／Ｒｔ  または、Ｌ＝ｙ１・Ｖspr
そして、図７に示すような等出力線および燃料カット且つスロットル全閉時のエンジントルク線を表すエンジン特性マップを用いて、出力指令値Ｌ（負値）を、燃料カット且つスロットル全閉状態で実現するエンジン動作点を求める。実際には、出力値（負値）に対応した目標とするエンジン運転点、すなわち等出力線と燃料カット且つスロットル全閉時のエンジントルク線との交点で決まるエンジン回転速度指令値Ｎerを予めマップに記憶しておき、出力指令値Ｌ（負値）で表引き演算する。
【００２９】
ステップ１７において、変速比指令値Ｇcvtとエンジントルク指令値Ｔerを求める。
【数１３】
Ｇcvt＝Ｎer・Ｒｔ／Ｖsp／Ｇｆ，
Ｔer＝Ｔor／Ｇcvt／Ｇｆ
続くステップ１８では、エンジントルクコントローラー１３へエンジントルク指令値Ｔerと燃料カット禁止フラグを出力し、変速機コントローラー１４へ変速比指令値Ｇcvtを出力する。
【００３０】
図８、図９により、一実施の形態の車速制御結果を説明する。図８（ａ）は定速制御モード時に勾配が急な登りになって正の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示し、（ｂ）は定速制御モード時に勾配が急な下りになって負の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示す。これらの図において、破線が従来の車速制御装置による制御結果を示し、実線がこの実施の形態による制御結果を示す。
定速制御モードで走行中に道路勾配が急な登りになった場合には、外乱推定値が上昇して駆動力指令値が増加する。車両の駆動力を駆動力指令値に一致させるために、エンジントルクが増加し、無段変速機がシフトダウンする。この実施の形態では、エンジントルクと変速比がともに飽和した場合に限って、外乱推定器へ入力される駆動力指令値がそれ以上増加しないようにリミットするようにしたので、誤った外乱推定を行うことがない。つまり、コントローラー内部に推定誤差が蓄積されない。したがって、緩やかな勾配に復帰した時に、コントローラー内部に蓄積誤差がないので、外乱推定器が速やかに作用して車速が設定車速に速やかに収束する。また、エンジントルクおよび変速比の両方が飽和するまで、上述したリミット機能が作用しないので、最大駆動力を確実に得ることができ、登り坂での車速偏差を最小に抑制することができる。なお、下り坂において、負の駆動力つまりエンジンブレーキ力が飽和した場合も同様な作用効果が得られる。
【００３１】
図９（ａ）は加速制御モード時に正の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示し、（ｂ）は減速制御モード時に負の駆動力が飽和した場合の車速の変化を示す。これらの図において、破線が従来の車速制御装置による制御結果を示し、実線が一実施の形態による制御結果を示す。
加速制御モード時は駆動力を駆動力指令値に一致させるために、エンジントルクが増加し、無段変速機がシフトダウンする。高速域ではエンジントルクと変速比がともに飽和する場合があり、この場合に限って外乱推定器へ入力される駆動力指令値がそれ以上増加しないようにリミットするようにしたので、誤った外乱推定を行うことがない。つまり、コントローラー内部に推定誤差が蓄積されない。したがって、定速制御モードに復帰した時に、コントローラー内部に蓄積誤差がないので、外乱推定器が速やかに作用して車速が加速制御モード終了時の設定車速に速やかに収束する。また、エンジントルクおよび変速比の両方が飽和するまで、上述したリミット機能が作用しないので、最大駆動力を確実に得ることができ、加速制御中の車速偏差を最小に抑制することができる。なお、減速制御モードにおいて、負の駆動力つまりエンジンブレーキ力が飽和した場合も同様な作用効果が得られる。
【００３２】
以上の一実施の形態の構成において、車速コントローラー１２が駆動力演算手段、外乱推定手段、駆動力補正手段およびリミット手段を、エンジントルクコントローラー１３が制御手段およびトルク飽和状態判定手段を、変速比コントローラー１４が制御手段および最大変速比状態判定手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態の車速制御プログラムを示すフローチャートである。
【図３】一実施の形態の車速制御系を示す図である。
【図４】エンジン非線形定常特性マップを示す図である。
【図５】制御対象の規範モデルを示す図である。
【図６】等出力線、等燃費線および最適燃費運転線を表すエンジン特性マップ図である。
【図７】等出力線および燃料カット且つスロットル全閉時のエンジントルク線を表すエンジン特性マップ図である。
【図８】一実施の形態の車速制御結果を示す図である。
【図９】一実施の形態の車速制御結果を示す図である。
【図１０】従来の車速制御装置による車速制御結果を示す図である。
【図１１】従来の車速制御装置による車速制御結果を示す図である。
【符号の説明】
１  セットスイッチ
２  アクセラレートスイッチ
３  コーストスイッチ
４  キャンセルスイッチ
５  ブレーキスイッチ
６  クランク角センサー
７  車速センサー
８  アクセルセンサー
９  希薄燃料型エンジン
１０  トルクコンバーター
１１  無段変速機
１２  車速コントローラー
１３  エンジントルクコントローラー
１４  変速比コントローラー
【図１】
0003669122.tif 000003
【図２】
0003669122.tif 000004
【図３】
0003669122.tif 000005
【図４】
0003669122.tif 000006
【図５】
0003669122.tif 000007
【図６】
0003669122.tif 000008
【図７】
0003669122.tif 000009
【図８】
0003669122.tif 000010
【図９】
0003669122.tif 000011
【図１０】
0003669122.tif 000012
【図１１】
0003669122.tif 000013