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JP3762821B2 - 自動車の駆動系制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動車の駆動系制御装置であって、該制御装置によってアクセルペダルの位置が運転者による希望車輪トルクとしてまたは希望伝動装置出力トルクとして解釈され、自動車の機関および伝動装置に対する目標値を計算するために使用される形式の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の機関、伝動装置および付随機器に対する公知の制御装置はほぼ独立的に動作する。すなわちこれら制御装置は、被制御機器の動作点と動作モードをほとんど相互に依存しないで調整する。自動車の駆動系の個々の構成部材間の通信を行うための手段もある。これは例えばＣＡＮバス等である。しかしこれらの手段はもっぱらセンサデータを交換して多重利用するために使用されるに過ぎない。さらに通信を用いて所定の過程で制御されることがある。これは例えば、伝送装置の変速比変化の際に機関トルクを低減することによって切り替え快適性を向上させるためである。
【０００３】
別の例は、制動時のエンジンブレーキトルク制御、制動制御、または駆動スリップが発生した際の機関トルク低減である。自動車でシステムを効率的に利用するための提案が公知である。ここでは自動車に対して統合的な駆動系制御が得られるように努められる。これによりアクセルペダルの位置が運転者による所望の車輪トルクと解釈され、自動車の機関および伝動装置に対して目標値を計算するのに使用される（Ｆ＆Ｍ101(1993)3,８７から９０頁）。そこに提案された、部分系、機関制御、電子アクセルペダルおよび伝動装置制御の上位最適化の目的は、燃料消費を低減し、自動車の走行性を向上させることである。このことはとくにアクセルペダル運動の自然な応答に関する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、自動車の運転性を全般的に改善することである。ここでは炭化水素、窒化酸化物等の排出を低減する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、分類装置が設けられており、該分類装置によって駆動系からのセンサ信号が評価され、自動車の動作パラメータが分類され、
計算装置が設けられており、該計算装置ではアクセルペダルおよびブレーキペダルの位置を指示する別のセンサ信号が受信され、前記計算装置によって前記センサ信号と、分類された動作パラメータとから、中央制御パラメータが駆動系の駆動源および制動ユニットに対して形成されるように構成して解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
このことは機関制御、機関出力調整ユニットおよび伝動装置制御に対するストラテジーを中央で、有害物質の排出がとくに市街地走行時に最小になるように行う。中央ストラテジーは自動車の走行出力指向モードを目的とすることもできる。すべての分散機能ユニットはこのストラテジーでは、最大の加速力が得られ、運転者の希望に対して機関が迅速に応答するように調整する。このようなモードはスポーツ走行時および山岳走行時に必要である。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例を以下、図面に基づき詳細に説明する。
【０００８】
統合された駆動系制御部１は後で説明するように構成された構成部を有する（図１）。読みやすくするために以下、個々の回路またはプログラム構成部分はしばしば−回路、−ブロックを省略して表す（例えば選択回路の代わりに選択部）。
【０００９】
構成部は象徴的に、１つのブロックにまとめられたセンサ１．０１、中央分類および基準形成部１．０２、中央動作パラメータ検出部１．０３（ここに自動車のアクセルペダルおよびブレーキペダルの信号が供給される）、走行ストラテジー選択部１．０４、１つのブロックにまとめられた分散制御ユニット１．０５、および駆動系の制御機器１．０６、例えば自動車の機関、伝動装置およびブレーキである。
【００１０】
図１の構成部の機能と作用を図面の説明と関連して説明する。
【００１１】
統合駆動系制御部１の詳細が図２に示されている。この制御部は中央分類および基準形成部１．０２の次の構成部を有する。すなわち、運転者タイプおよび希望検出部２、環境および道路形式位置決め部（例えばＧＰＳを介して）、走行様式および走行状況識別部４および情報チャネル５（例えば無線電話または衛生受信器）。回路２から５、およびさらに後で説明する駆動系制御部１の回路構成部には、自動車の種々のセンサ（ここではＳにより示されている）からの信号が相応の信号線路を介して供給される。信号線路は図には多重線路として示されており、これらはデータバス（例えばＣＡＮバス）として構成することができる。
【００１２】
一次走行ストラテジー選択部６は線路１４〜１８を介してすでに説明した回路２〜５の出力信号を受信する。線路１９を介して選択部は車輪トルク計算部１２の出力信号を受信する。車輪トルク計算部はブレーキペダル２０の信号と、アクセルペダル２１の信号を受信する。
【００１３】
一次走行ストラテジー選択部の出力信号は基本動作パラメータ検出部７と電子機関制御および機関出力調整ユニット９に供給される。基本動作パラメータ検出部７の出力信号は走行情報表示部１６、電子パワーステアリング部（ＥＰＡＳ）８、電子機関制御および機関出力調整ユニット（ＥＭＳ／ＥＴＣ）９，電子伝動装置制御部（ＥＧＳ）１０および制動制御部１１に供給される。制動制御部は、ＡＢＳ装置、駆動スリップ制御部ＴＣＳおよび走行安定性制御部ＦＳＲを含むことができる。
【００１４】
基本動作パラメータ検出部（またはブロック）７はブロック６からのストラテジー設定に従って、全駆動系の中央動作パラメータを調整計算する。ブロック７では例えばトランスミッション変速比と目標機関トルクが設定される。しかし液圧式伝動装置の場合は動作形式とその個々の動作点が設定される。このことにより従来よりも格段に包括的に機関および伝動装置の制御が可能である。機関トルクをトランスミッション変速比に依存して調整することができる。このことにより自動車の走行性が向上する。なぜなら、運転者はシフトアップの際に機関トルクの損失を調整する必要がないからである。有害物質排出も効果的に低減することができる（以下に説明する）。
【００１５】
機関と伝動装置の動作パラメータを調整設定することはここでは定常的に行われるだけでなく、すなわちブロック１２からの車輪トルク要求が一定のときに行われるだけでなく、例えばカーブ走行またはエンジンブレーキ動作への移行（車両速度がこの場合は減少する）といったダイナミック過程についての、ブロック７からの情報も考慮される。これは後置された機能ユニット８〜１１を調整するためである。従ってエンジンブレーキ動作の場合は、瞬時のギヤ変速比を検出することも、同時に推力遮断を作動することも可能である。極端なカーブ走行の場合は相応安定性を得るために、変速比を固定し（→ＥＧＣ）、駆動時の負荷変化を減衰するか、または緩慢に経過するようにすると有利である（→ＥＭＳ／ＥＴＣ）。
【００１６】
中央化は走行性および有害物質排出の点から必要なだけ行う（ストラテジー設定またはストラテジー委任）。他の機能はすべて、可能である限り独立的に分散型制御ユニットのレベルで行われる。
【００１７】
制御回路または機器８〜１１は調整信号を形成し、この調整信号によって自動車の個々の機器または駆動系２４の構成部が制御される。すなわち、自動車の機関（スロットルバルブを介して）、伝動装置およびブレーキが制御される。調整信号は線路Ａを介して回路９〜１１から駆動系の機器に達し、センサ信号Ｓは相応の線路を介して前記の回路に供給される。制御回路または機器８〜１１は例えば、それぞれ制御すべき機器を備えたいわゆる現位置ユニットとして組み込むことも、またはこれに統合することもできる。例えば、制御部１１を電子ブレーキアクチュエータの場合はブレーキアクチュエータとまとめると有利である。これにより制御機能は変化しない。
【００１８】
駆動系の個々の構成部自体は、図２に符号で示されている。これらはここではそれ以上説明しない。なぜなら、一般的に公知だからである。ハイブリッド駆動の場合、すなわち内燃機関と電動モータが組み合わされている場合、前者は電動モータおよび発電機と結合されている。このようなハイブリッド駆動は例えばＶＤＩ-Bericht Nr.1225,1995,281-297ppから公知である。
【００１９】
本発明の全体駆動系制御または駆動系制御のコンビネーションに対する例；
１．有害物質排出低減駆動（ＨＣ，ＮＯｘ）：
−一次走行ストラテジー選択部６が駆動系全体の動作を、最小有害物質排出に設定する。
【００２０】
−中央“判断器”、すなわち一次走行ストラテジー選択部６がこの設定に従い、回路９，１０（ＥＭＳ，ＥＴＣ，ＥＧＳ）の重要な動作パラメータを、有害物質排出が最小になるように計算する（例えば市街地走行）。この設定は、下位の機能ユニットにより次のように変換することができる。
【００２１】
――ＥＴＣ（電子機関出力制御部）：内燃機関の負荷変化が減衰される（ユニット１２により要求されて）か、または動作領域が制限される。ここで不安定な過程を回避することにより、有害物質低減を目的とする制御および調整がエラー無しで動作することができる。有害物質排出の量的または質的に所望されない組成を伴う動作領域が回避される。
【００２２】
――ＥＭＳ（電子機関制御）：有害物質排出の低いモードが作動される。例えば内燃機関では加速時濃厚化が低減されるか、または
−駆動形式が変化される（例えば電動モータ、水素駆動へ）。
【００２３】
――ＥＧＳ（電子伝動装置制御）：内燃機関の場合はできるだけ安定した動作が最小の有害物質排出のモードで行われる。例えば、ＣＶＴまたは無段変速機により。
【００２４】
−駆動形式の変化（例えば、電動モータ、水素駆動、ユニット７により調整されて）の際の適合。この機能ではとくに、機関と伝動装置との良好な共働が重要である。なぜなら、運転者の加速および速度についての要求が得られた機関トルクおよび伝動装置変速比の複数の結合を許容するからである。２つの調整量の時間的変化の整合的経過も必要である。
【００２５】
２．走行出力指向モード：
有害物質排出低減動作と同じように分散機能ユニットのすべてが、可能な限りの加速、伝動装置の運転者希望（制限されない動作形式）への迅速な応答が得られるように調整される。スポーツ走行または山岳走行の際に必要。
【００２６】
図１から、このような機能部の構成が明らかである。とりわけ上位の設定を制御する比較的に深い制御レベルの決定は比較的高位の制御レベルに必要なら直ちに通報される。しかしこのことは図２に基づいてさらに説明する。図２の機能を次に詳細に説明する。
【００２７】
ブロック（または回路）２は運転者タイプ検出に用いる。すなわち、走行出力指向と燃費指向との間の分類を行う。この種の機能に対する例は、ＥＰ０５７６７０３Ａ１に記載されている。運転者の走行スタイルを表す信号が一次走行ストラテジー選択部６に線路１４を介して供給される。
【００２８】
ブロック３は道路形式（市街地／高速道路／国道）を検出する。しかし付加的なセンサを介して例えば大気汚染度の一般的程度を検出することもできる。ＧＰＳ（Global Positioning System）により、デジタル地図（ＣＤ−ＲＯＭ上の）と関連して車両の局所現在地が既知であれば、局所的大気汚染度に関するこの情報をブロック６で使用することができる。
【００２９】
ブロック４で実行される個々の運転操作の検出、例えばカーブ走行、道路勾配、エンジンブレーキ走行、並びに縦方向と横方向の安定性に関する情報は同じように走行ストラテジー選択を検出するために使用することができる。これらの情報もブロック７で、中期間および短期間の動作ストラテジーについて駆動系の適切な動作を達成するために使用することができる。ここでブロック６および７に対するこれらの情報は分散型制御ユニットからのものでも（例えば走行ダイナミック安定性についてＡＢＳ／ＴＣＳ／ＦＳＲ制御機器１１により）、または情報チャネル５からのものでも良い。このブロック５は、中央“司令所”、例えば交通監視局からの情報を受け取ることができる。このようにして、中央行政が有害物質排出の少ない動作を制御することもできる。
【００３０】
ブロック６は、後置されたユニット７に対して一次走行ストラテジー選択を検出するのに用いる。このユニット７も分散型制御ユニットに対する中央動作パラメータを検出する。線路１４，１５，１７，１８の情報は設定された規則セットと比較される。これはファジーシステム、数学的にフォーマットされたアルゴリズム、または神経ネットワークによって実現される。
【００３１】
センサＳは必要な信号を分類と、駆動系制御部１の最上位レベル、すなわちユニット２〜５での基準形成のために送出する。また、個々の機器に対する分散型制御ユニットにも送出する。機能ブロックに関するセンサの位置は、それぞれの制御ユニット（ＥＣＵ）でのセンサ信号処理と情報必要部との間の通信が保証されていれば従属的な役割を果たす。機能アーキテクチュアに関しても、どのＥＣＵにどの機能ユニットが物理的に存在しているか、まとめられているかは重要でない。従って、運転者タイプおよび運転者希望を伝動装置制御部（ＥＧＳ）１０に統合することも可能であり、一方環境および道路形式文類をブロック１１（縦方向および横方向ダイナミック制御部）に収容することもできる。
【００３２】
中央計算器もユニット１２，６，７を共に含むことができる。重要なことは図２に示されたような、全体として改善された機能を達成する仮想アーキテクチュアである。ここで物理的ユニット（有利には例えばＣＡＮバスを介した高速のシリアルバス通信として実現される）間の通信は重要な役割を果たす。
【００３３】
運転者の設定はブロック１２で目標車輪トルク設定に変換される。すなわち、駆動輪から道路に伝達すべきトルクに変換さえる。付加的な走行抵抗（山岳走行、積載）のような環境に起因する影響は、運転者を物理的な現実から遠ざけないようにするためここでは考慮すべきでない。
【００３４】
ブロック１２は図２に別個に示されているが、分散型制御ユニット８〜１１、または１６に物理的に収容することもできる（例えば、ＥＭＳ／ＥＴＣ）。同じことがブロック１〜７に対しても当てはまる。線路１９の信号は希望車輪トルク、または目標車輪周力、または目標伝動装置出力側トルクとして出力することができる。ここでは、ブレーキペダル２０に関する連続情報によって、負の目標車輪トルクまたは周力を設定することもできる。これにより、駆動ユニット（例えば、内燃機関、電動モータ、回転車輪）、または遅延エネルギー消費ユニット（例えばエンジンブレーキ、発電機、静止車輪）の統合管理が可能である。車輪トルク設定に対して択一的に、運転者によってこれを運転速度制御器２３（ＦＧＲ）により設定することもできる。
【００３５】
ブロック７“基本動作パラメータ検出部”とユニット９，１０，１１との間の情報チャネルは双方向で使用することができる。その理由は、基本動作パラメータを計算する際に、運転者タイプ、環境および走行操作等の外部条件を基礎とするだけでなく、駆動時に制御されるユニットの内部設定動作状態も考慮されるからである。従って、コールドスタート後に内燃機関を比較的高い回転数で駆動することが重要である。これは触媒機の暖機運転を支援するためである。とりわけ付加的な熱源（例えば電気加熱式触媒機）は機関駆動部に付加的な負荷を課す。コールドスタート後の点火の遅角調整（場合により二次空気の送風）は同じ目的に対して駆動部の特性を変化させる。このことはユニット７で考慮しなければならない（例えば、切り替え点を比較的高い機関回転数にシフトすることによって）。
【００３６】
同じように伝動装置の所定の動作状態が伝動装置の変速比の計算を制御することができる（例えば、変速機の橋絡を投入接続する際に冷たいギヤオイル；伝動装置の過熱の際に機関回転数を、伝動装置のオイルポンプの、オイルクーラーを通る通過容積を高めるのが有利である。）。機関トルクへ行われる別の介入、例えばエアコンまたは伝動装置の効率損失（ＣＶＴ：変速比の調整には大きなポンプ損失が伴う）によるトルク損失を補償するために回転数を上昇させることが、制御レベルでブロック８〜１１により行われる。これはブロック７での手段によって支援する必要がない限り行われる。
【００３７】
本発明の駆動系制御によって、登坂および降坂走行時、または走行スタイルおよび走行状況に関連した走行出力要求における切り替え特性だけでなく、駆動源も含めた駆動系全体の制御が他の基準に従うようになり、これに適合される。
【００３８】
例えばクリティカルな状況および走行操作において瞬時の変速比を状況に関連して適合することができる（ギヤ固定）。すなわち、ちょうど確立された一般的なストラテジーに依存しない。このようなダイナミック補正は本発明の制御コンセプトでは機関制御と機能的に結合される（例は、ギヤの固定維持および機関トルクの遮断）。
【００３９】
ブロック１２（車輪トルク計算部）でさらに機関固有パラメータを勘案しないことは有利である。なぜならハイブリッド駆動の場合は、駆動形式の選択がこの決定レベルではまだ行われていないからである。とりわけ、トラクション環境等（雪道や砂利道）の条件を勘案することは有利である。とくに機関出力の大きな車両の場合は装置感度を予防的にやや低減する（同じアクセスペダル操作で比較的に小さな車輪トルクが形成される）。一般的にはアクセルペダル位置を車輪トルクに変換することはファジーシステムによって行われる。ファジーシステムは多重の依存性を目標車輪トルクに結合する。
【００４０】
本発明の利点は、統合的車輪トルクマネージメントにもある。これは車輪トルクを負の値としても処理し、駆動源を車両を減速するユニットとしても制御する。とくに簡単には、制動装置を電子ブレーキ操作と結合する（ブレーキ・バイ・ワイヤ）。
【００４１】
ブロック７では伝動装置変速比とそれぞれの目標機関トルクだけでなく、駆動形式およびその個々の動作点も設定される。ここでは、運転者の設定による厳格な車輪トルク指向動作だけでなく、有害物質排出に関連する中央設定によって真の車輪トルクを制御または制限することが可能である。とりわけこのような介入は運転者にブロック１６によって指示されなければならず、できるだけ走行性への制限なしで行うべきである。
【００４２】
ブロック２〜７、１２および１６は独立型物理ユニット（制御装置）に収容するか、またはユニット８〜１１に集積することができる。本発明のさらなる利点はこの柔軟性である。
【００４３】
個々の制御装置間のデータ交換はトルクに基づいて行われる。“トルクに基づいて”とは、例えば伝動装置により機関トルクの低減が要求されると、パラメータが機関制御部に伝送され、これが希望トルク、すなわち所望される機関トルクを表し、例えば点火角の低減が５％だけ要求されることはない、という意味である。反対に瞬時の動作点における機関トルクを検出するために例えば伝動装置制御部にはスロットルバルブ位置や機関回転数（これらから伝動装置制御部は伝動装置制御部にファイルされたマトリクスを介して瞬時の機関トルクを検出することができる）は伝送されず、機関制御部はインターフェースを介して瞬時の機関トルクを伝動装置制御部に伝送する。
【００４４】
図３には簡略化した集積駆動系制御部１が示されている。この制御部は内燃機関と伝動装置を制御するために用いる。個々の参照符号は図２に相応するが、＊が付してある。この駆動系制御部の機能は、構成部がそれぞれ存在する限り前に説明したものに相応する。
【００４５】
図４と図５にはフローチャートが示されている。このフローは本発明の駆動系制御部１によって処理される。開始Ａの後、プログラムは次のステップＳ１からＳ１１を実行する。
【００４６】
Ｓ１：所望の場合は、走行速度ストラテジーＦＧＲを作動する。
【００４７】
Ｓ２：アクセルペダル、またはブレーキペダルに関する情報が目標車輪トルクに変換される（ブロック１２）。走行速度制御が場合により取り入れられる。
【００４８】
Ｓ３：運転者、環境およに運転操作が分類されるかまたは検出される（ブロック１，３および４で）。
【００４９】
Ｓ４：情報チャネル５が問い合わされる（ブロック６で）。
【００５０】
Ｓ５：ブロック６で一次走行ストラテジーが選択される。
【００５１】
Ｓ６：駆動系に対する基本動作パラメータが選択される（ブロック７で）。駆動源、または制動源、駆動源および整合源の動作点の計算、伝動装置の動作点の計算（ブロック７で）
Ｓ７：走行安定性が監視される：ＡＢＳ、機関出力調整ユニットＴＣＳおよび走行安定性制御部ＦＳＲにより。所望制動トルクが調整される。
【００５２】
Ｓ８：走行安定性介入を行うべきか否かが問い合わされる（ブロック７または９で）。イエスの場合はステップ９へ、ノーの場合はステップ１０へ。
【００５３】
Ｓ９：駆動トルクまたは制動トルクが駆動部で補正される（ブロック７または９）。
【００５４】
Ｓ１０：駆動部に効率損失が存在するか否かが問い合わされる。イエスの場合はステップ１１へ、ノーの場合は終了へ。
【００５５】
Ｓ１１：駆動出力が高められる。
【００５６】
終了。
【００５７】
ステップＳ６はサブプログラムとして次のステップを実行することができる（図５）。
【００５８】
Ｓ６．１：駆動部および伝動装置の定常パラメータが計算される（アルゴリズム、ファジーシステム、またはストラテジー設定が記憶されている）。
【００５９】
Ｓ６．２：駆動部および伝動装置への一時的介入が計算される。すなわち、走行状況と運転操作に依存して、例えばエンジンブレーキ時またはブレーキアシスト時にギヤ固定維持が行われる。
【００６０】
プログラムはその後、図４に基づいて説明したようにその終了まで処理される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による統合型駆動系制御装置の階層構造およびアーキテクチュアを示すブロック回路図である。
【図２】本発明による統合型駆動系制御装置の概略図である。
【図３】本発明の駆動系制御装置の実施例の機関および伝動装置の制御部の概略図である。
【図４】図２により処理されるプログラムのフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートのサブプログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 駆動系制御装置
２ 運転者タイプおよび運転者希望検出部
３ 環境および道路形式検出部
４ 運転操作および走行スタイル識別部
５ 情報チャネル
６ 一次運転ストラテジー選択部
７ 基本動作パラメータ検出部
９ 電子機関制御および機関出力調整ユニット
１０ 電子伝動装置制御部
１１ ブレーキ制御部

Claims (7)

  1. 機関と、伝動装置と、車輪と、アクセルペダルと、ブレーキペダルとを有する自動車の駆動系制御装置において、
    該駆動系制御装置には、計算装置（１２）と、分類装置（１．０２）とが設けられており、
    前記計算装置は、アクセルペダル（２１）およびブレーキペダル（２０）の位置を表わす位置信号を受信し、
    前記計算装置はアクセルペダル位置を、自動車の運転者により希望される車輪トルクおよび伝動装置出力トルクとして、伝動装置および機関固有のパラメータに依存しないで解釈し、そこから自動車の機関および伝動装置に対する目標値を計算し、
    前記分類装置は、駆動系からのセンサ信号（Ｓ）を受信し、当該センサ信号を評価して、動作パラメータとして運転者、環境または運転操作を分類し、
    前記計算装置は、前記位置信号と分類された動作パラメータを結合し、自動車の駆動系の駆動源（９）および制動ユニット（１１）に対する中央動作パラメータを形成し、
    選択回路（６）が設けられており、該選択回路では前記分類装置（１．０２）の出力信号に基づいて走行モードが選択され、
    分散型制御ユニット（８〜１１）が設けられており、該制御ユニットで計算装置（１２）および選択回路（６）の出力信号が受信され、自動車の機関、伝動装置および制動装置に対する制御信号が形成される、
    ことを特徴とする駆動系制御装置。
  2. 計算装置（１２）によって伝動装置変速比が調整される、請求項１記載の駆動系制御装置。
  3. 計算装置（１２）によって機関トルクが調整される、請求項１記載の駆動系制御装置。
  4. 計算装置（１２）によって駆動源の形式が設定される、請求項１記載の駆動系計算装置。
  5. 計算装置（１２）によってハイブリッド駆動部の駆動形式および当該ハイブリッド駆動部の動作点が調整される、請求項４記載の駆動系制御装置。
  6. 計算装置（１２）によって機関トルクがハイブリッド駆動部の駆動変速比に依存して調整される、請求項５記載の駆動系制御装置。
  7. 個々の制御装置（８〜１１）間のデータ交換はトルクに基づいて行われる、請求項１から６までのいずれか１項記載の駆動系制御装置。
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