JP2002286125A

JP2002286125A - 制動力制御方法

Info

Publication number: JP2002286125A
Application number: JP2001087882A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Hasuda; 康彦蓮田; Hiroharu Yoshinami; 弘治吉浪
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンブレーキを十分に活用し得る制動力
制御方法を提供する。【解決手段】エンジンに接続されたトロイダル型無段
変速機のリアクション力を変化させることによりトルク
制御を行い、エンジンブレーキを可変に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両に
おいて制動力を制御する方法に関し、特にエンジンブレ
ーキを制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例え
ば、特開平７−８１４６３号公報には、自動車の制動時
にエンジンブレーキを活用すべく、実際のエンジン回転
数がエンジンブレーキ用目標エンジン回転数と一致する
ように無段変速機（ＣＶＴ）の変速比を制御する技術が
開示されている。しかしながら、ＣＶＴにおける変速比
の制御には、変速開始から終了までの間に制動トルクが
得られないロスタイムが存在する。そのため、エンジン
ブレーキを十分に活用しきれない。

【０００３】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、エンジンブレーキを十分に活用し得る制動力制御方
法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の制動力制御方法
は、エンジンに接続されたトロイダル型無段変速機のト
ルク制御によりエンジンブレーキを可変に制御すること
を特徴とする（請求項１）。上記の制動力制御方法で
は、トロイダル型無段変速機のトルク制御により、無段
階に制動トルクが変化しつつ、迅速に所定の制動トルク
が生じてエンジンブレーキが発揮される。

【０００５】また、上記制動力制御方法（請求項１）に
おいて、トルク制御は、リアクション力を変化させるこ
とにより行ってもよい（請求項２）。この場合、リアク
ション力を変化させることによってエンジンブレーキを
可変に制御することができる。

【０００６】また、上記制動力制御方法（請求項１）に
おいて、ブレーキ操作に応じて、前記トルク制御による
エンジンブレーキと、他の機械ブレーキとを併用しても
よい（請求項３）。この場合、必要とする制動力が比較
的小さい場合にはエンジンブレーキを機械ブレーキと同
等に用いてショックの少ない滑らかな制動を行い、必要
とする制動力が比較的大きい場合には、機械ブレーキを
主とした強力な急制動を行うことができる。従って、エ
ンジンブレーキを広範囲に活用した制動が可能である。
また、エンジンブレーキの活用により機械ブレーキの負
担が減少する。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本
発明の一実施形態による制動力制御方法を実施するため
のトロイダル型無段変速機の一種であるＩＶＴ（Infini
tely Variable Transmission）のバリエータ１部分を示
す概略図である。図において、バリエータ１には、車両
のエンジンＥにより回転駆動される入力軸２が設けられ
ており、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク３が支
持されている。

【０００８】各入力ディスク３の一側面には、凹湾曲状
の軌道面３ｂが形成されており、その内周には複数条の
溝を切ったスプライン穴３ａが形成されている。入力デ
ィスク３は、そのスプライン穴３ａを、入力軸２に設け
られたスプライン軸２ａに結合させることによって、入
力軸２と一体回転可能に組み付けられている。右側の入
力ディスク３は、入力軸２に一体に設けられた係止部２
ｂによって図示の状態から右方への移動が規制されてい
る。また、左側の入力ディスク３の軌道面３ｂと反対側
の背面には、当該背面全体を覆うケーシング４と、ケー
シング４の内周に内接したバックアップ板５と、入力軸
２に固定され、入力ディスク３及びバックアップ板５が
軸方向の左方に移動することを規制する係止リング６及
び止め輪７と、係止リング６の外周に装着され、バック
アップ板５に予圧を付与するワッシャ８とが設けられて
いる。

【０００９】上記バックアップ板５の外周にはＯリング
９が装着されており、ケーシング４の内面と、入力ディ
スク３の背面と、バックアップ板５とによって囲まれた
入力軸２の周りの空間に油室Ａが形成されている。油室
Ａは、入力軸２の中心軸方向に設けられた油路２ｃ及び
その右端部近傍から径方向に設けられた油路２ｄと連通
している。この油路２ｃに、外部から油圧が供給され
る。このようにして、ケーシング４及びバックアップ板
５をシリンダＣとし、入力ディスク３をピストンとする
油圧シリンダ装置が構成されている。

【００１０】上記入力軸２の軸方向中央部には、バリエ
ータ１の出力部１０が入力軸２に対して相対回転自在に
支持されている。この出力部１０は、出力部材１１と、
この出力部材１１にそれぞれ一体回転可能に支持された
一対の出力ディスク１２とを備えている。各出力ディス
ク１２の、入力ディスク３の軌道面３ｂに対向する一側
面には、凹湾曲状の軌道面１２ｂが形成されている。ま
た、上記出力部材１１の外周には、動力伝達用のチェー
ン１３と噛み合うスプロケットギヤ１１ａが形成されて
いる。

【００１１】上記各入力ディスク３の軌道面３ｂと、こ
れに対向する出力ディスク１２の軌道面１２ｂとの間
は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイ
ド状隙間には、各軌道面３ｂ，１２ｂと圧接して回転す
る円盤状のローラ１４が円周等配に３個（１個のみ図
示）設けられている。従って、ローラ１４は左右一対の
トロイド状隙間に計６個配置されている。各ローラ１４
はキャリッジ１５によって回転軸１４ａ周りに回転自在
に支持されているとともに、当該キャリッジ１５によっ
て各軌道面３ｂ，１２ｂとの相対位置を調整できるよう
になっている。

【００１２】上記バリエータ１において、油路２ｃから
油室Ａに、端末負荷としての油圧が付与されると、左側
の入力ディスク３が右方に付勢され、ローラ１４を介し
て左側の出力ディスク１２が右方に付勢される。これに
より、左側の出力ディスク１２から出力部材１１を介し
て、右側の出力ディスク１２が右方に付勢される。さら
に、右側の出力ディスク１２からローラ１４を介して右
側の入力ディスク３が押圧されるが、この入力ディスク
３は係止部２ｂにより止められているため、上記端末負
荷がバリエータ１全体に付与され、左右の各ローラ１４
が両ディスク３，１２間に所定の圧力で挟持された状態
となる。この状態において、入力軸２にエンジンＥから
動力が付与されると、入力ディスク３から出力ディスク
１２に対して、上記６個のローラ１４を介してトルクが
伝達される。

【００１３】図２は、上記バリエータ１における油圧制
御装置の基本構成を示す図である。説明の簡略化のた
め、１個のローラ１４に関しての回路構成を示している
が、実際には、シリンダ１６が各ローラ１４ごとに設け
られている。図において、ローラ１４には前述のキャリ
ッジ１５が接続されている。キャリッジ１５には、シリ
ンダ１６の油室１６ａ及び１６ｂにそれぞれ供給される
油圧Ｐ２及びＰ１の差圧（Ｐ１−Ｐ２）により、前進又
は後退方向に駆動力（以下、リアクション力という。）
が付与される。

【００１４】一方、第１ポンプ１７、第１圧力制御弁１
８及びタンク１９により構成される油圧発生回路におい
て、第１圧力制御弁１８によって制御された油圧は、シ
リンダ１６の油室１６ａ及びシリンダＣに供給される。
また、第２ポンプ２０、第２圧力制御弁２１及びタンク
１９により構成される油圧発生回路において、第２圧力
制御弁２１によって制御された油圧は、シリンダ１６の
油室１６ｂに供給される。

【００１５】上記各圧力制御弁１８，２１は、電子制御
ユニット（以下、ＥＣＵという。）２２からの指令によ
り制御される。また、圧力制御弁１８，２１を制御する
ことにより、油室１６ａ及び１６ｂの圧力を制御して、
キャリッジ１５に前進又は後退方向の任意のリアクショ
ン力を付与することができるようになっている。ＥＣＵ
２２には、例えば、車速センサ２３、傾斜角センサ２
４、アクセルペダル２５、ブレーキペダルに対応して設
けられた圧力センサ２６、エンジン回転数センサ２７並
びにバリエータの入力回転数センサ３０及び出力回転数
センサ３１からそれぞれ、車速、車体の傾斜角、アクセ
ルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み圧
力、エンジン回転数並びにバリエータの入力回転数及び
出力回転数の情報が入力されている。

【００１６】以上の構成において、車両の運転中に、キ
ャリッジ１５のリアクション力と、出力ディスク１２を
駆動するのに必要なトルクとの間に不均衡が生じると、
ローラ１４及びキャリッジ１５は、キャリッジ１５の軸
線周りに回転軸１４ａを傾斜させることによりその不均
衡を解消する。これにより、ローラ１４の位置が図１の
二点鎖線に示すように変化し、両ディスク３，１２間の
速度比が連続的に変化する。なお、図１における左右各
３個のローラ１４は、左右対称になるように同期して回
転軸１４ａを傾斜させ、それらの傾斜角度は６個のロー
ラすべてについて一致している。例えば、リアクション
力に抗してキャリッジ１５が押し返されるような大きな
抵抗力が出力ディスク１２に発生すると、ローラ１４は
回転軸１４ａの傾斜角度を変化させて、より大きな出力
トルクを発生する。この結果、バリエータ１の変速比は
「シフトダウン」される。すなわち、バリエータ１はト
ルク制御を行って、その結果として変速比が変化してい
るのである。このようなトルク及び変速比の変化は、単
純に、リアクション力の増減又は外部抵抗（走行抵抗）
の変動に対する応答のみで実行され、極めて迅速で効率
的であることが確認されている。

【００１７】ここで、ホイールに発生するホイールトル
ク（車両トルク）と、リアクション力との関係について
説明する。ＩＶＴのドライブラインにおいて、エンジン
及び車両によるイナーシャのみを考慮し、他のイナーシ
ャは十分小さいと考えて無視する。このとき、ＩＶＴの
バリエータ１において、ローラ１４にリアクション力を
発生させるシリンダ油圧差Ｐ＝Ｐ１−Ｐ２と、ホイール
トルクＴ_Ｗとの関係は、Ｔ_Ｗ＝｛ｒ_ｔ・Ｓ_ｏ・ｃｏｓβ／Ｒ_ｏ（１−Ｒ_Ｖ）｝・Ｐ．．．（１）により表される。但し、ｒ_ｔ：トロイド半径(図１参照）Ｓ_ｏ：シリンダ断面積 β ：キャスタ角（図２参照）Ｒ_ｏ：ドライブライン中のギア比により決まる定数Ｒ_Ｖ：バリエータの変速比（＝−ω_ｏ／ω_ｉ） ω_ｏ：バリエータの出力回転数 ω_ｉ：バリエータの入力回転数である。

【００１８】従って、前述の入力回転数センサ３０及び
出力回転数センサ３１の各出力をリアルタイムに読み、
変速比Ｒ_Ｖを計算することにより、（１）式に基づい
て、Ｔ _ＷとＰとの関係を特定することができる。この関
係に基づいて、ドライバーによるアクセル踏み込み量に
応じた所定のホイールトルクＴ_Ｗから、必要なリアクシ
ョン力を発生させるＰを求めることができる。また、ト
ルク制御によるＩＶＴの特徴として、変速完了を待つこ
となく、リアクション力を与えることで瞬時に必要なホ
イールトルクが得られる。

【００１９】上記のトルク制御は、エンジンブレーキ制
御にも適用される。すなわち、上記ホイールトルクＴ_Ｗ
は、エンジンブレーキ制御におけるブレーキトルクを表
す。従って、エンジンブレーキ制御において、ドライバ
ーによるブレーキペダル踏み込みや車両走行状態に応じ
た所定のブレーキトルクを表すＴ_Ｗから、必要なリアク
ション力を求めることができる。図３の概念図に示すよ
うに、運転手がブレーキペダル２８を踏むと、圧力セン
サ２６の信号（踏み込み圧力）がＥＣＵ２２に入力さ
れ、ＥＣＵ２２は、バリエータ１によるエンジンブレー
キ制御を行う。また、通常の機械（油圧等）ブレーキ２
９は、ＥＣＵ２２とは無関係に機械的に作動する。図４
のグラフに示すように、ＥＣＵ２２は常にエンジンブレ
ーキを活用し、ブレーキペダル２８の踏み込み圧力に基
づいて必要とされる制動力を、エンジンブレーキと機械
ブレーキ２９とによって賄う。

【００２０】次に、ＩＶＴによるエンジンブレーキにつ
いてさらに詳しく説明する。図５は、スロットル開度を
変化させたときの、エンジン回転数ω_ｅとエンジントル
クＴ_ｅとの関係を示すグラフである。図において、アク
セルペダルから足を離した状態では、スロットルは全閉
状態（スロットル開度０％）となっており、Ｔ_ｅ＝−ｆ（ω_ｅ）＜０．．．（２）が成立する。ＩＶＴの変速比をＲ_ＩＶＴ（＝ω_Ｗ／
ω_ｅ、但しω_Ｗはホイール回転数）とすると、リアクシ
ョン力によって得られるホイールトルクＴ_Ｗ ^＊に対し
て、これと均衡するエンジントルクＴ_ｅ ^＊は、Ｔ_ｅ ^＊＝Ｒ_ＩＶＴ・Ｔ_Ｗ ^＊．．．（３）と表される。ところが、アクセルペダルから足を離した
状態では、スロットルは全閉で（２）式が成立してお
り、一般に、エンジンのトルク差ΔＴ_ｅは、 ΔＴ_ｅ＝Ｔ_ｅ ^＊−Ｔ_ｅ≠０．．．（４）である。このトルク差の影響は、車両によるホイールイ
ナーシャがエンジンイナーシャに比べて格段に大きいた
め、ほとんどエンジンのみに集中する。エンジン回転数
は、エンジンイナーシャをＩ_ｅとして、 ω_ｅ＝ΔＴ_ｅ／Ｉ_ｅ．．．（５）により変化する。このシステムは、図６のブロック線図
に示すようなネガティブフィードバック系に等しい。従
って、トルク差ΔＴ_ｅは、ある減衰率でΔＴ_ｅ＝０へ収
束する。こうして、要求されるホイールトルクＴ_Ｗ ^＊を
与えれば、エンジン回転数ω_ｅは、これと均衡するエン
ジンブレーキを与える回転数まで変化し、安定する。

【００２１】次に、エンジンブレーキの負荷容量につい
て説明する。ＩＶＴの変速比Ｒ_ＩＶＴの変速レンジをＲ
_ｍ＜Ｒ_ＩＶＴ＜Ｒ_Ｍとする（Ｒ_ｍ＜０、Ｒ_Ｍ＞０）。あ
るホイール回転数ω_Ｗに対して、エンジン回転数がとり
得る値は、ω_Ｗ＝Ｒ_ＩＶＴ・ω_ｅより、（ω_Ｗ／Ｒ_Ｍ）＜ω_ｅ＜ω_ｅＭ．．．（６）である。但し、ω_ｅＭは、エンジンの最高回転数であ
る。図７は、エンジン回転数ω_ｅと、エンジントルクＴ
_ｅとの関係を示すグラフである。図７において、スロッ
トル全閉時のエンジンブレーキは、以下の領域の値をと
ることができる。すなわち、ｆ（ω_Ｗ／Ｒ_Ｍ）＞Ｔ_ｅ＞ｆ（ω_ｅＭ）．．．
（７）である。Ｔ_ｅ ^＊が（７）式の範囲を越えると、（５）式
によって変速比は変化するが、変速レンジがエンジン回
転数レンジの制限により、ΔＴ_ｅ＝０を満足することは
できず、要求されるエンジントルクは得られない。すな
わち、（７）式に基づく図７のハッチングを付した領域
がエンジンブレーキの負荷容量を表している。

【００２２】例えば、車両が一定速度で走行していると
き、図２におけるＥＣＵ２２は圧力制御弁１８，２１を
制御して、油室１６ｂの油圧が油室１６ａの油圧より高
くなるように設定し、キャリッジ１５に対してこれを後
退させる方向に一定のリアクション力を付与している。
このとき出力ディスク１２に必要とされるトルクは比較
的小さく、従って、リアクション力も比較的小さい。こ
の状態において、運転者がブレーキ操作を行うと、ＥＣ
Ｕ２２は、ブレーキペダル２８の踏み込み圧力とアクセ
ルペダル２５の踏み込み解除とに基づいてブレーキ操作
が行われたことを検知し、エンジン回転数を考慮しなが
ら、エンジンブレーキを作用させるべくリアクション力
を制御する。

【００２３】例えば、運転者がブレーキペダル２８を緩
やかに踏み込んだ場合、その踏み込み圧力に基づいてＥ
ＣＵ２２は、圧力制御弁１８，２１を制御して、リアク
ション力を増大させる。リアクション力が変化した瞬間
からホイールには（１）式で表されるブレーキトルク
（ホイールトルクＴ_Ｗ）が与えられる。一方、エンジン
トルクＴ_ｅとブレーキトルク（Ｔ_Ｗ）との均衡関係によ
り、ローラ１４は即座に傾斜角度を変化させ、無段階に
「シフトダウン」が行われる。この変化中、エンジン回
転数の増大に伴ってエンジンの制動トルクは増大して
（図５参照）、結果的に、リアクション力に対応した所
定のエンジンの制動トルクを与えるポイントで変速は終
了する。これにより、十分なエンジンブレーキが発揮さ
れる。ブレーキペダル２８の踏み込み圧力が小さい場合
には、図４に示すように、機械ブレーキと同程度にエン
ジンブレーキが用いられる。また、バリエータ１が無段
変速であること、及び、エンジンブレーキが（１）式の
ようにリアクション力で自在に制御可能であることによ
り、当該エンジンブレーキは滑らかで制動のショックが
少ない。

【００２４】一方、エンジンブレーキの制御トルクは図
７に示すような使用範囲を持つので、この範囲を超える
制御要求に関して機械ブレーキを用いる。すなわち、運
転者がブレーキペダル２８を急激に踏み込んだ場合、図
４に示すように踏み込み圧力の増大に応じて機械ブレー
キ２９の制動力が増大し、強力な制動力が発揮される。
また、ＥＣＵ２２は、前述の緩やかな踏み込みの場合と
同様に、リアクション力に応じたトルク制御を行ってエ
ンジンブレーキを発生させる。このようにして、バリエ
ータ１のトルク制御によりエンジンブレーキを可変に制
御して、ショックの少ない滑らかな制動から、強力な急
制動まで広範囲にエンジンブレーキを活用することがで
きる。また、エンジンブレーキの活用により結果的に機
械ブレーキは負担が減少する。従って、機械ブレーキの
摺動部の摩耗を低下させ、寿命を延ばすことができる。

【００２５】なお、上記実施形態においてＥＣＵ２２
は、ブレーキペダル２８の踏み込み圧力とアクセルペダ
ル２５の踏み込み解除とに基づいてブレーキ操作が行わ
れたことを検知するため、ブレーキペダル２８が踏まれ
ていないときはトルク制御が行われず、エンジンブレー
キを積極的に作用させることができない。しかしなが
ら、必要により、ブレーキペダル２８が踏まれていない
ときでもエンジンブレーキが活用されるように構成する
ことができる。例えば、図２において、アクセルペダル
２５及び圧力センサ２６が共にオフの状態においては、
図示しないギヤレバーや操作スイッチの操作に基づいて
バリエータ１がトルク制御を行い、エンジンブレーキが
活用されるようにしてもよい。また、車速や車体の傾斜
角（すなわち下り坂の傾斜角）に基づいてエンジンブレ
ーキが必要であると判断される場合に、ブレーキ操作の
有無に関わらず、エンジンブレーキを活用するように構
成してもよい。例えば、下り傾斜においては、アクセル
ペダル及びブレーキペダルが共にオフの場合、一定速度
以上になると、エンジンブレーキが働き、上限速度を維
持するなどの方法がある。

【００２６】なお、本実施形態においては、ブレーキペ
ダルの踏み込み程度や状態を検知するために、圧力セン
サ２６を利用しているが、これに限られることなく、ペ
ダルの移動速度や加速度等、踏み込みの程度や状態を定
量的に検知できれば他のどのようなセンサ手段を用いて
もよい。アクセルペダルに関しても同様に各種センサ手
段を適用することができる。また、本実施形態では、キ
ャリッジ１５のリアクション力を油圧で制御するトルク
制御方法を示したが、これに代えて、ギヤやリンク機構
を用いた機械式のキャリッジにおけるリアクション力制
御にも同様のトルク制御方法が適用可能である。この場
合には、油を介さず、構造部材によって直接キャリッジ
に作用する力を制御できるので、より高速な応答ができ
る円滑なトルク制御が可能となり、エンジンブレーキ制
御性も向上する。また、トルク制御による制動力制御の
技術は、トロイダル型無段変速機を用いた電気自動車
や、電動力とエンジンとを併用したハイブリッド自動車
の回生制動装置にも適用可能である。また、これと機械
式ブレーキとを併用した最適配分制御も同等に適用可能
である。

【００２７】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の制動力制御方法によれば、ト
ロイダル型無段変速機のトルク制御により、無段階に制
動トルクが変化しつつ、迅速に所定の制動トルクが生じ
てエンジンブレーキが発揮されるので、エンジンブレー
キを十分に活用することができる。

【００２８】請求項２の制動力制御方法によれば、リア
クション力を変化させることによってエンジンブレーキ
を可変に制御することができるので、制御が簡単であ
る。

【００２９】請求項３の制動力制御方法によれば、エン
ジンブレーキを広範囲に活用した制動が可能であり、エ
ンジンブレーキの活用により機械ブレーキの負担が減少
する。従って、ブレーキの摩耗を低下させ、寿命を延ば
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による制動力制御方法を実
施するためのトロイダル型無段変速機のバリエータ部分
を示す概略図である。

【図２】図１のバリエータにおける油圧制御装置の基本
構成を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態による制動力制御方法にお
ける機械ブレーキとエンジンブレーキとの併用を示す概
念図である。

【図４】本発明の一実施形態による制動力制御方法にお
ける、ブレーキペダルの踏み込み圧力と制動力との関係
を示すグラフである。

【図５】スロットル開度を変化させたときの、エンジン
回転数ω_ｅとエンジントルクＴ _ｅとの関係を示すグラフ
である。

【図６】ネガティブフィードバック系を示すブロック線
図である。

【図７】エンジン回転数ω_ｅと、エンジントルクＴ_ｅと
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１バリエータ１５キャリッジ１６シリンダ１７第１ポンプ１８第１圧力制御弁２０第２ポンプ２１第２圧力制御弁２２ＥＣＵ２９機械ブレーキＥエンジン

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンに接続されたトロイダル型無段変
速機のトルク制御によりエンジンブレーキを可変に制御
することを特徴とする制動力制御方法。
【請求項２】前記トルク制御は、リアクション力を変化
させることにより行う請求項１記載の制動力制御方法。
【請求項３】ブレーキ操作に応じて、前記トルク制御に
よるエンジンブレーキと、他の機械ブレーキとを併用す
る請求項１記載の制動力制御方法。