车辆集成控制设备和方法

专利名称：车辆集成控制设备和方法
技术领域：
本发明涉及安装在设置有动力传动系统(其包括驱动源和变速器)的 车辆中的车辆集成控制设备和用于控制，以及用于以集成方式控制动力源 和变速器的车辆集成控制方法。
背景技术：
例如，日本专利申请公开号JP-A-2002-180860揭示了一种用于根据基 于加速器踏板操作量、车速等计算的目标车轴转矩，来计算目标发动机转 矩和目标换挡速度的技术。
为了以合适的协调和集成的方式来控制发动机和变速器，对于发动机 和变速器的最终控制目标值(例如，目标发动机转矩和目标换挡速度)需 要基于例如根据加速器踏板操作等确定的相同目标值来确定。
但是，发动机转矩与换挡速度在响应性等方面不同。因此，对于上述 根据相同的目标车轴转矩计算目标发动机转矩和目标换挡速度两者的结 构，难以在适当的时间单独地控制发动机和变速器。例如，如果使控制目 标值平滑以防止驱动力的迅速改变，则换挡容易被延迟。

发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆集成控制设备和方法，其可以在考虑 到发动机转矩和换挡速度之间诸如响应性之类的属性的不同的情况下在合 适的时间单独地控制驱动源和变速器。
本发明的第一方面涉及一种车辆集成控制设备，其安装在设置有包括 驱动源和变速器的动力传动系统的车辆中，并以集成方式控制所述驱动源 和所述变速器。所述车辆集成控制设备包括第一目标值获得装置，其用 于基于由驾驶员或者自动操作装置提供的指令来首先获得控制目标值；第二目标值获得装置，其用于基于所述控制目标值来中间地获得由与所述控 制目标值相同的物理量单位表达的、并且互相不同的两个控制目标值；第 三目标值获得装置，其用于基于中间获得的所述控制目标值来分别最终获 得由适用于对所述驱动源的控制和对所述变速器的控制的物理量单位或模 式所表达的控制目标；和控制器，其控制所述驱动源和所述变速器以实现
所述最终获得的控制目标。
本发明的第二方面涉及一种车辆集成控制方法，其应用于设置有包括 驱动源和变速器的动力传动系统的车辆，并被执行而以集成方式控制所述
驱动源和所述变速器。所述车辆集成控制方法包括基于由驾驶员或者自 动操作装置提供的指令来首先获得控制目标值；基于所述控制目标值来中
间地获得由与所述控制目标值相同的物理量单位表达的、并且互相不同的
两个控制目标值；基于中间获得的所述控制目标值来分别最终获得由适用 于对所述驱动源的控制和对所述变速器的控制的物理量单位或模式所表达 的控制目标；并且控制所述驱动源和所述变速器以实现所述最终获得的控 制目标。
车辆集成控制设备可以包括第一信号传递系统，其将表示基于由所述 驾驶员或所述自动操作装置提供的所述指令所首先获得的所述控制目标的 信号传递到控制所述驱动源的驱动源控制单元；和第二信号传递系统，其 将所述信号传递到控制所述变速器的变速器控制单元。此外，所述车辆集 成控制设备可以通过修正由所述第一信号传递系统传递的所述信号使得由 所述第一信号传递系统传递的所述信号具有与通过所述第二信号传递系统 传递的所述信号的波形不同的波形，来中间地获得所述控制目标值。


通过结合附图阅读对本发明优选实施例的以下详细说明，将更好地理 解本发明特征及其优点、以及技术和工业意义，附图中
图1图示了设置有根据本发明的车辆集成控制设备的车辆的俯视图， 其中嵌入了驱动力控制装置；
图2图示了根据本发明实施例的车辆集成控制设备的系统图；图3图示了曲线图，其示出了界定加速踏板操作量(％)、车轮转数
(rpm)和目标加速度G (m/s2)之间关系的三维图的示例； 图4A图示了改变目标驱动力F1的方式的示例；并且 图4B图示了通过修正目标驱动力Fl (由虚线表示)获得的、用于发
动机控制的目标驱动力FlEGN (由实线表示)的示例。
具体实施例方式
在以下说明和附图中，将根据示例实施例来更详细地描述本发明。首 先，将参考图l描述包括根据本发明的车辆集成控制设备的车辆。
车辆设置有左右前轮IOO和左右后轮100。在图1中，"FR"表示右 前轮，"FL"表示左前轮，"RR"表示右后轮，而"RL"表示左后轮。
车辆包括作为动力源的发动机140。动力源不限于发动机。电机可以 用作动力源。用于电机的电源可以是二次电池或燃料电池。
基于由驾驶员对加速踏板200 (由驾驶员操作以控制车辆的向前运 动、向后运动、速度或加速度的输入构件之一)的操作量来电气地控制发 动机140的工作状态。在必要时，可以独立于驾驶员对加速踏板200的操 作，来自动地控制发动机140的工作状态。
通过电气地控制例如设置在发动机140的进气歧管中的节气门(未示 出)的开度(此后称作"节气门开度")、喷射到发动机140的燃烧室中 的燃料量、或者调节气门打开/关闭正时的进气凸轮轴的角位置，来电气地 控制发动机140。
示例车辆是后轮驱动式车辆，其左右前轮是从动轮，左右后轮是驱动 轮。因此，发动机140的输出轴经由变矩器220、变速器240、推进轴 260、差速齿轮单元280和与后轮一起旋转的驱动轴300连接到左右后 轮。变矩器220、变速器240、推进轴260和差速齿轮单元280是由左右 后轮共用的动力传递元件。但是，根据本实施例的车辆集成控制设备不限 于后轮驱动式车辆。车辆集成控制设备可以应用于例如前轮驱动式车辆， 其左右前轮是驱动轮，而左右后轮是从动轮。而且，车辆集成控制设备可 以应用于全部车轮是驱动轮的四轮驱动式车辆。变速器240是自动变速器。自动变速器电气地控制速比，基于该速 比，发动机140的速度被转换为变速器240的输出轴的转速。自动变速器 可以是有级变速器或无级变速器(CVT)。
车辆包括由驾驶员操作的转向盘440。转向反作用力供应装置480对 转向盘440电气地提供转向反作用力，即，与由驾驶员进行的对转向盘 440的操作(此后，有时称作"转向")相对应的反作用力。可以电气地 控制转向作用力。
由前转向装置500电气地控制左右前轮的方向，B卩，前轮的转向角。 前转向装置500基于驾驶员对转向盘400转过的角度来控制前轮的转向 角。在必要时，前转向装置500可以独立于由驾驶员对转向盘440的操作 而自动地控制前轮的转向角。换言之，转向盘440可以与左右前轮机地械
隔离开°
类似地，由后转向装置520电气地控制左右后轮的方向，即，后轮的 转向角。
车轮100设置有各自的制动器560，其被用于抑制车轮100的旋转。 基于由驾驶员对制动踏板580 (由驾驶员操作以控制车辆的向前运动、向 后运动、速度或加速度的输入构件之一)的操作量来电气地控制制动器 560。在必要时，可以单独并自动地控制车轮IOO。
在示例车辆中，车轮100经由各自的悬架620连接到车体(未示 出)。每个悬架620的悬架属性可以独立于其他悬架620而被电气地控 制。
以下致动器用于电气地控制上述对应元件
(1) 电气地控制发动机140的致动器；
(2) 电气地控制变速器240的致动器；
(3) 电气地控制转向反作用力供应装置480的致动器；
(4) 电气地控制前转向装置500的致动器；
(5) 电气地控制后转向装置520的致动器；
(6) 电气地控制制动器560的致动器；
(7) 电气地控制悬架620的致动器。以上仅列出了通常使用的致动器。是否需要以上列出的全部致动器取 决于车辆的规格。 一些车辆不包括以上列出的一个或多个致动器。可选 地，其他车轮可以包括除了以上列出的致动器之外的其他致动器，例如用 于电气地控制转向盘440的转向量与转向轮的转向量之间的比率(转向比
率)的致动器，以及用于电气地控制加速踏板200的反作用的致动器。因
此，本发明不限于上述具体致动器结构。
如图1所示，安装在车辆中的车辆集成控制设备电连接到上述各种致 动器。电池(未示出)用作用于车辆集成控制设备的电源。
图2图示了根据本发明实施例的车辆集成控制设备的系统图。 如在通用ECU (电子控制单元)的情况下，下述的每个管理器(和模 组)可以是微计算机，其包括例如存储控制程序的ROM、存储计算结果 等并可以取回和/或更新数据的RAM、计时器、计数器、输入接口、输出 接口等。在以下说明中，控制单元根据功能来群组化，并被称作例如P-DRM、 VDM等。但是，P-DRM、 VDM等不需要物理上互相独立地构 造。P-DRM、 VDM等可以使用合适的软件结构而构造为互相集成。
如图2所示，在驱动控制系统的最高级别，布置了用作驱动控制系统 的驾驶员意愿判定部分(此后，称作"P-DRM" : Power-Train Driver Model,动力传动系统驾驶员模组)。在驱动控制系统的最高级别，布置 了驾驶员支持系统(此后，称作"DSS" : Driver Support System,驾驶员 支持系统)。
在高于DSS的级别，布置了车轮速度传感器。车轮速度传感器设置用 于各自的车轮100。每次车轮100转过预定角度时，每个车轮速度传感器 100就输出脉冲信号。
P-DRM接收从加速器行程传感器和车轮速度传感器输出的信号。在 P-DRM中的最高级别，目标驱动力计算部分基于由分别来自加速器行程传 感器和车轮速度传感器的电信号所表示的加速踏板操作量(％)和车轮转 数(rpm)来计算目标驱动力Fl。可以根据以下方式获得目标驱动力Fl: 1)基于例如图3中的合适三维图，使用加速踏板操作量(％)和车轮速 度(rpm)作为参数来计算目标加速度G (m/s2) ， 2)通过将目标加速度G (m/s2)转换为适用于力(N)的物理量来获得目标驱动力，3)通过使 用基于行驶阻力(N)和路面倾斜度确定的上坡补偿量(N)以修正目标 驱动力，来获得目标驱动力F1。
根据本实施例的目标驱动力计算部分基于如上所述获得的目标驱动力 Fl (N)来获得目标驱动力F1EGN (N)和目标驱动力F1TM (N)。如图2
所示，表示目标驱动力FlEGN和目标驱动力FlxM的信号分别经由从目标驱
动力计算部分延伸的两条信号线传递到发动机控制单元和T/M (变速器)
控制单元。此后，表示目标驱动力FlEGN和目标驱动力FlTM的信号所传递
经过的路径将分别被称作"发动机控制系统传递路径"和"T/M控制系统 传递路径"。
在本实施例中，从相同的目标驱动力Fl获得并互相协调的、表示目
标驱动力FlEGN和目标驱动力FlTM的信号分别经由传递路径输出到发动机
控制单元和T/M控制单元，并用于发动机控制和T/M控制。于是，能以 集成方式并以合适的协调来执行发动机控制和换挡控制。
根据本发明，由相同的目标驱动力Fl获得分别用于发动机控制和换
挡控制的目标驱动力FlEGN和目标驱动力F1tm。因此，可以对目标驱动力
进行单独的修正以进行合适的发动机控制和换挡控制，同时位置发动机控 制和换挡控制之间合适的协调。
图4A和4B图示了修正目标驱动力的方式。图4A图示了其中改变目 标驱动力Fl的方式的示例。图4B图示了用于发动机控制的目标驱动力 F1ECN (由实线表示)的示例，其通过对目标驱动力Fl (由虚线表示)进 行修正得到。
在发动机控制中，如图4B所示，需要对目标驱动力进行针对发动机 控制的各种修正处理，例如，用于补偿在驱动力传递系统中引起的驱动力 损耗的处理、用于防止驱动力的快速改变对可驱动性(可控制性)的影响 的平滑化处理、用于补偿驱动力输出中的延迟的处理、以及用于驱动力传 递系统的阻尼控制(用于减小冲击、纵倾和倾翻(tip-in))。
这些修正处理在换挡控制上的反映可以引起对换挡控制的负面效果， 这是因为发动机转矩与换挡速度在响应性上不同等。例如，如图4B所示，如果用于使目标驱动力暂时平滑化或波动化的修正反映在换挡控制
上，则将发生诸如换挡的延迟和换挡振荡(shift hunting,速比的周期性波
动)之类的问题。
相反，根据上述实施例，用于发动机控制的目标驱动力F1e^和用于
换挡控制的目标驱动力FlTM由相同的目标驱动力Fl各自地获得。仅对用 于发动机控制的目标驱动力FlE(jN进行各种修正处理，因此可以避免这种 修正对用于换挡控制的目标驱动力FlxM的影响。
如图2所示，在必要时，这样获得的目标驱动力FlEGN和目标驱动力
F1tm与由来自DSS的指令所表示的驱动力相协调。
DSS基于由例如相机或雷达获得的与位于车辆周围的障碍物相关的信
息，从导航系统得到的道路信息和周围区域信息，或者经由与操作中心通 信、车辆对车辆通信或道路对车辆通信获得的各种信息，来提供合适的指 令来作为对驾驶员的输入的替代，或者提供合适的指令来对驾驶员的输入 进行修正。这些指令的示例包括在自动巡航控制或者与自动巡航控制类似
的自动或半自动行驶控制期间来自DSS的指令，以及在执行介入式减速度 控制或转向辅助控制期间以例如避开障碍物期间来自DSS的指令。
表示已经经过协调处理的目标驱动力FlEGN和目标驱动力F1tm的信号
被输出到动力传动系统管理器(此后称作"PTM" : Power-Train Manager,动力传动系统管理器)。PTM是用作驱动控制系统的指令协调 部分的管理器。
在PTM的最高级别，来自P-DRM的表示目标驱动力FlEGN和目标驱 动力F1 (N)的信号被传递到动力学行为控制系统的管理器(此后称作 "VDM" : Vehicle Dynamics Manager,车辆动力学管理器)。VDM布置
在低于用作制动控制系统的驾驶员意愿检测部分(此后，称作"B-DRM" : Brake Driver Model,制动驾驶员模组)的级别处。VDM是用作 车辆移动协调部分的管理器。使车辆的动力学行为稳定的这种系统的示例 包括牵引控制系统(抑制当车辆在较滑的道路上启动或加速时容易发生的 驱动轮的不必要的打滑的系统)，抑制当车辆进入较滑道路时容易发生的 侧滑的系统，稳定车辆的方向以防止当车辆绕曲线行进时在稳定性达到其限度的情况下车辆转出或滑出车道的系统，以及在四轮驱动式车辆中主动 产生左后轮和右后轮之间驱动力的差别以从而引起横摆矩的系统。
在低于VDM的级别，与控制用于制动器560的致动器并联地布置了 控制用于前转向装置500和后转向装置520的致动器，以及控制用于悬架 620的致动器的悬架控制单元。在B-DRM中，目标制动力计算部分将从 制动器传感器传递的电信号转换为表示目标制动力的信号。此信号接着经 由VDM传递到制动控制单元。虽然在此说明书中未详细描述，不过，由 目标制动力计算部分计算的目标制动力以与以下详细描述的目标驱动力
FlEGN和目标驱动力FlxM所经历的各种修正(协调)处理相同或相似的方
式经历各种修正(协调)处理。然后，表示修正(协调)之后的目标制动 力的信号被输出到制动控制单元。
主要基于驾驶员的输入来首先确定目标驱动力Fl。其次，VDM的驱 动力修正部分提供了指令以修正目标驱动力Fl，来稳定车辆的动力学行 为。g卩，在必要时，VDM的驱动力修正部分提供了指令以修正目标驱动 力FlEGN和目标驱动力F1tm。在此前情况下，优选地，VDM的驱动力修
正部分提供了表示应该替换目标驱动力FlEGN和目标驱动力FlxM的目标驱 动力的绝对值(而非目标驱动力FlEGN和目标驱动力FlxM的应该增大或减
小的修正量AF)的指令。此后，从目标驱动力FlEGN和目标驱动力F1tm 获得的、由来自VDM的指令所表示的目标驱动力的绝对值将分别被称作 "目标驱动力F2訓"和"目标驱动力F2m"。
如图2所示，表示目标驱动力F2EGN和目标驱动力F2tm的信号被瑜入 在PTM中。此时，表示目标驱动力F2EGN和目标驱动力F2tm的信号分別 沿发动机控制系统传递路径和T/M控制系统传递路径输入。然后，目标驱
动力F2EGN和目标驱动力F2TM在传递路径的输入部分分别与目标驱动力 FlEGN和目标驱动力FlTM协调。在此协调处理中，优选地，相比目标驱动 力FlEGN和目标驱动力F1tm，将更高的优先级给予目标驱动力F2egn和目
标驱动力F2TM，以将更高的优先级给予使车辆的动力学行为稳定。通过这 种协调处理获得的目标驱动力将被称作"目标驱动力F3EGN"和"目标驱 动力F3TM"。在T/M控制系统传递路径中，目标驱动力F3^被转换为节气门开度
Pa (%)，并且表示节气门开度Pa (%)的信号被传递到目标换挡速度设 定部分，如图2所示。目标换挡速度设定部分基于预定的换挡图(表示节 气门开度与车轮速度之间关系的换挡图)设定最终目标换挡速度。也可以 不将目标驱动力F3TM转化为节气门开度Pa (%)基于预定换挡图(表示 驱动力和车轮速度之间关系的换档图)直接设定最终目标换挡速度。
在PTM中这样设定的表示目标换挡速度的信号被输出到布置在低于 PTM的级别处的T/M控制单元。T/M控制单元控制用于变速器240的致 动器以实现目标换挡速度Nth。
在发动机控制系统传递路径，Te转换部分"将目标驱动力 F3E(3N的表达模式从由驱动力(N)表达的模式转换为由发动机转矩 (Nm)表达的模式，如图2所示。发动机转矩协调部分将目标发动机转 矩T3e^与由从T/M控制单元传递到PTM的信号所表示的指令发动机转 矩(Nm)相协调。于是，设定了最终发动机转矩T4EGN (Nm)。目标发 动机转矩T3ECN与指令发动机转矩(Nm)协调的方式不受具体限制。例 如，更高的优先级可以给予由来自T/M控制单元的信号所表示的指令发动 机转矩(Nm)。
表示已经在发动机转矩协调部分处经历了协调处理的最终目标发动机 转矩T4e^的信号被瑜出到布置在低于PTM的级别处的发动机控制单元。 发动机控制单元和T/M控制单元控制用于发动机140的致动器以实现由来 自PTM的信号表示的目标发动机转矩。
根据至此描述的实施例，由P-DRM的目标驱动力计算部分所计算的
目标驱动力FlEGN和目标驱动力FlxM经历了各种修正(协调)处理，且表
示已经经历了各种修正(协调)处理的目标驱动力的信号被分别输出到发 动机控制单元和T/M控制单元。这些控制单元控制用于发动机140的致动 器和变速器240，从而实现目标驱动力FlEGN和目标驱动力F1TM (如果目
标驱动力FlEGN和目标驱动力FlTM已经经历了协调处理，则为目标驱动力
F2和目标驱动力F3)。
已经在说明书中描述的本发明的实施例在全部方面都应被认为是解释性的而非限制性的。本发明的技术范围由权利要求界定，并且因此意图将 落在权利要求等同方案的含义和范围内的全部改变都包含在内。
例如，在上述实施例中，图4A和4B图示了针对发动机控制的修正处 理，其执行以从目标驱动力Fl获得目标驱动力F1EGN。但是，目标驱动力 FlTM可以在不经历任何修正的情况下输出到T/M控制系统传递路径(即，
目标驱动力FlTM等于目标驱动力Fl)。可选地，目标驱动力FlTM可以在
经历了针对换挡控制的修正之后输出。
在本实施例中，发动机140包括电子节气门，并用作动力源。但是，
本发明可以应用于不具有电子节气门的电机用作动力源的结构。
权利要求
1.一种车辆集成控制设备，其安装在设置有包括驱动源(140)和变速器(240)的动力传动系统的车辆中，并以集成方式控制所述驱动源(140)和所述变速器(240)，其特征在于包括第一目标值获得装置，其用于基于由驾驶员或者自动操作装置提供的指令来首先获得控制目标值(F1)；第二目标值获得装置，其用于基于所述控制目标值(F1)在中间获得由与所述控制目标值(F1)相同的物理量单位表达的、并且彼此不同的两个控制目标值(F1EGN、F3EGN；F1TM、F3TM)；第三目标值获得装置，其用于基于在中间获得的所述控制目标值(F1EGN、F3EGN；F1TM、F3TM)来分别最终获得由适合于对所述驱动源(140)的控制和对所述变速器(240)的控制的物理量单位或模式所表达的控制目标(T4EGN，Nth)；和控制器，其控制所述驱动源(140)和所述变速器(240)以实现所述最终获得的控制目标(T4EGN；Nth)。
2. 根据权利要求1所述的车辆集成控制设备，其特征在于还包括 第一信号传递系统，其将表示基于由所述驾驶员或所述自动操作装置提供的所述指令而首先获得的所述控制目标(Fl)的信号传递到控制所述 驱动源(140)的驱动源控制单元；和第二信号传递系统，其将所述信号传递到控制所述变速器(240)的 变速器控制单元。
3. 根据权利要求2所述的车辆集成控制设备，其特征在于，通过对传 递通过所述第一信号系统的所述信号进行修正，使得传递通过所述第一信 号传递系统的所述信号具有与传递通过所述第二信号传递系统的所述信号 的波形不同的波形，来在中间获得所述控制目标值(F1EGN、 F3EGN; F1tm、 F3tm)。
4. 一种车辆集成控制方法，其应用于设置有包括驱动源(140)和变 速器(240)的动力传动系统的车辆，并被执行以便以集成方式控制所述驱动源(140)和所述变速器(240)，其特征在于包括基于由驾驶员或者自动操作装置提供的指令来首先获得控制目标值 (Fl);基于所述控制目标值(Fl)在中间获得由与所述控制目标值(Fl)相 同的物理量单位表达的、并且彼此不同的两个控制目标值(F1ECN、 F3egn; F1tm、 F3丁m);基于在中间获得的所述控制目标值(Flegn、 F3egn; F1丁m、 F3jm)来 分别最终获得由适合于对所述驱动源(140)的控制和对所述变速器 (240)的控制的物理量单位或模式所表达的控制目标(T4ECN， Nth);并且控制所述驱动源(140)和所述变速器(240)以实现所述最终获得的 控制目标(T4EGN; Nth)。
5. 根据权利要求4所述的车辆集成控制方法，其特征在于还包括 将表示基于由所述驾驶员或所述自动操作装置提供的所述指令而首先获得的所述控制目标(Fl)的信号传递到控制所述驱动源(140)的驱动 源控制单元；并且将所述信号传递到控制所述变速器(240)的变速器控制单元。
6. 根据权利要求5所述的车辆集成控制方法，其特征在于， 通过对传递至所述驱动源控制单元的所述信号进行修正，使得传递至所述驱动源控制单元的所述信号具有与传递至所述变速器控制单元的所述 信号的波形不同的波形，来在中间获得所述控制目标值(F1E(3N、F1tm)。
全文摘要
在应用于设置有包括驱动源和变速器的动力传动系统的车辆的车轮集成控制设备和方法中，基于由驾驶员或者自动操作装置提供的指令来首先获得控制目标值(F1)；基于该控制目标值(F1)来中间地获得由与该控制目标值(F1)相同的物理量单位表达的、并且互相不同的两个控制目标值(F1_EGN、F3_EGN；F1_TM、F3_TM)；基于中间获得的控制目标值(F1_EGN、F3_EGN；F1_TM、F3_TM)来分别最终获得由适用于对驱动源的控制和对变速器的控制的物理量单位或模式所表达的控制目标(目标发动机转矩T4_EGN，目标换挡速度Nth)；并且控制驱动源和变速器以实现所述最终获得的控制目标(T4_EGN；Nth)。
文档编号F02D29/00GK101309823SQ200680005894
公开日2008年11月19日 申请日期2006年3月27日 优先权日2005年3月31日
发明者桑原清二, 甲斐川正人 申请人:丰田自动车株式会社