JP2004340030A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性の良い吸入空気量制御装置を備え、変速時に出力軸側回転速度と入力軸側回転速度とをほぼ同期させ得る車両用制御装置を得る。
【解決手段】車両に搭載される複数気筒の内燃機関１と、内燃機関１の出力をＯＮ−ＯＦＦするクラッチ２と、クラッチ２の出力軸に結合された歯車式変速機３と、内燃機関１の気筒毎に設けられた吸気量制御手段４と、内燃機関１の気筒毎に設けられた燃料噴射弁７と、吸気量制御手段４による吸入空気量と、この吸入空気量に対応して燃料噴射弁７による燃料噴射量とを制御すると共に、クラッチ２と歯車式変速機３とを制御し、変速時において、クラッチ２がＯＦＦしている期間中に内燃機関の回転速度が変速後のギヤ比に基づく回転速度となるように吸気量制御手段４を制御する制御手段１２とを備えた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クラッチと歯車式変速機とを電子制御する自動変速機を搭載した車両における車両用制御装置に関し、特に、変速時における内燃機関の回転速度を吸気量制御により応答性良く行うようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦クラッチと歯車式変速機とを電子制御して自動化した歯車式自動変速機が開発され、変速時に内燃機関の回転速度を制御する制御装置についても種々提案されている。例えば特許文献１に開示された技術もその一つである。この公報に開示された技術は、変速時におけるスロットル弁の目標開度を開度変化率基準値に基づいて設定し、この開度変化率基準値をアクセル開度に応じて設定することにより、スロットル弁の戻しをアクセル開度に応じた速度で行うようにしたもので、これにより、アクセル開度が小さいときには緩慢に、アクセル開度が大きいときには迅速にスロットル弁が戻され、変速制御を迅速に行うことができるとされている。
【０００３】
また、特許文献２に開示された技術は、噛み合いジョークラッチの連結時における回転速度制御として、連結時に出力軸側の回転速度と減速比との積を入力軸側（内燃機関側）の回転速度に合致させるとき、内燃機関に対する燃料供給量の制御を行うと共に、アップシフトブレーキの操作を行い、入力軸の回転を制御して迅速に両回転速度を合致させるものであり、アップシフト及びダウンシフトの両方に対して入力軸の回転を同期回転より高めることが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、電磁クラッチと同期噛合式変速機とを用いた自動変速装置において、制御手段がアップシフト開始と判定したとき、クラッチが開位置になったときに吸気量を制御するスロットル弁が全閉位置となるように、スロットルの閉速度を制御する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８９０８２号公報（第３〜６頁、第６図）
【特許文献２】
特開平７−１６７２８１号公報（第９頁、第４図）
【特許文献３】
特開２００１−３５４０４９号公報（第４〜５頁、第６図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例にも開示されているように、自動変速機を有する内燃機関の変速時における回転速度制御法としては、スロットル弁による吸入空気量制御や、燃料噴射弁による燃料噴射量制御や、さらには点火制御などが知られているが、これらの内、燃料噴射量制御は排気ガスの悪化につながるものであり、また、点火制御においても、点火時期の制御や点火の間引きによるものであり、これまた排気ガスの悪化につながるものである。
【０００７】
スロットル弁により吸気制御を行い、吸気量により燃料噴射量を制御するのが排気ガスの悪化に対しては最善であるが、従来の吸気制御ではスロットル弁から内燃機関の燃焼室までの容積が大であるため、スロットル弁が絞られても蓄積された空気が消費されるまでは内燃機関の回転速度はすぐには低下せず、この間に変速のためにクラッチが遮断されると内燃機関の回転速度が吹きあがってしまうという問題があった。また、クラッチの出力軸側回転速度と入力軸側の回転速度とをほぼ同期させておかないとクラッチ接続時にショックが生じ、乗員に不快感を与えるものである。従って、応答性の良好な吸入空気量制御が必要とされるものであった。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その第一の目的は、応答性の良い吸入空気量制御装置を備えた車両用制御装置を得ることであり、第二の目的は、クラッチ遮断時における出力軸側回転速度と入力軸側回転速度とをほぼ同期させ得る車両用制御装置を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用制御装置は、車両に搭載される複数気筒の内燃機関と、内燃機関の出力をＯＮ−ＯＦＦ制御するクラッチと、クラッチの出力軸に結合され、内燃機関の回転速度を変速して伝達する歯車式変速機と、内燃機関の気筒毎に設けられた吸気量制御手段と、内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、吸気量制御手段による吸入空気量と、この吸入空気量に対応して燃料噴射弁による燃料噴射量とを制御すると共に、クラッチと歯車式変速機とを制御し、変速時において、クラッチがＯＦＦしている期間中に内燃機関の回転速度が変速後のギヤ比に基づく回転速度となるように吸気量制御手段を制御する制御手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図４は、この発明の実施の形態１による車両用制御装置を説明するもので、図１は、構成を説明するブロック図、図２は、吸気系の構成を説明する構成図、図３は、アクセル踏み込み状態における変速動作を説明するタイムチャート、図４は、アクセル戻し状態における変速動作を説明するタイムチャートであり、図では四気筒の内燃機関の場合を一例として示している。
【００１１】
図１において、車両に搭載される内燃機関１の動力は、摩擦クラッチ、あるいは、電磁クラッチなどから構成されるクラッチ２を介して歯車式変速機３に伝達され、ここで変速されて図示しない差動減速機を介して車輪に伝達される。内燃機関１には気筒毎にスロットル弁（吸気量制御手段）４と、このスロットル弁を開閉駆動するスロットルアクチュエータ５と、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ６と、燃料を供給する燃料噴射弁７とが設けられ、独立吸気制御を形成している。
【００１２】
クラッチ２にはトルク伝達をＯＮ−ＯＦＦ操作するクラッチアクチュエータ８と、クラッチがＯＮ状態にあるかＯＦＦ状態にあるかを検出するクラッチポジションセンサ９とが設けられており、クラッチ２はトルクの伝達をＯＮ−ＯＦＦする機能があれば、板クラッチでも電磁クラッチでも良い。歯車式変速機３には変速ギヤを挿抜するセレクトシフトアクチュエータ１０と、変速位置を検出するセレクトシフトポジションセンサ１１とが設けられ、図示しないが、例えば、変速比の異なる前進五段と後進一段の六組の変速歯車を備えている。
【００１３】
コントロールユニット（制御手段であり、以下ＣＰＵと称す）１２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ１３と、シフトレバー１４のシフト位置を検出するシフト位置センサ１５と、内燃機関１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ１６と、歯車式変速機３の出力軸の回転速度を検出する出力軸回転速度センサ１７と、スロットル開度センサ６と、クラッチポジションセンサ９と、セレクトシフトポジションセンサ１１など、必要なセンサ類の信号を入力し、内燃機関１、クラッチ２、歯車式変速機３を次のように制御する。
【００１４】
すなわち、ＣＰＵ１２はアクセルポジションセンサ１３によるアクセルペダルの踏み込み量と、シフト位置センサ１５によるシフトレバー１４のシフト位置信号と、出力軸回転速度センサ１７による歯車式変速機３の出力軸の回転速度とから、記憶された変速機シフトパターンに基づいて車両の走行状態に適した変速段を決定し、セレクトシフトポジションセンサ１１の信号からセレクトシフト位置を確認してセレクトシフトアクチュエータ１０に制御信号を出力し、目標変速段となるように歯車式変速機３を操作する。
【００１５】
また、このとき、クラッチポジションセンサ９によりクラッチ２のＯＮ−ＯＦＦ状態を確認しながらクラッチアクチュエータ８に制御信号を出力し、クラッチ２のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、スロットル開度センサ６によりスロットル開度を確認しながらスロットルアクチュエータ５と燃料噴射弁７とを操作して空燃比を制御しながらスロットル弁（吸気量制御手段）４を開閉し、内燃機関１の回転速度を制御する。
【００１６】
図２は、このスロットルアクチュエータ５などの配置、すなわち、吸気系の構成を説明するもので、内燃機関１の吸気はエアクリーナ１８から吸気管１９に吸入され、吸気枝管２０により内燃機関１の各気筒に分配される。スロットル弁４はこの吸気枝管２０に気筒毎に設けられており、従って、スロットルアクチュエータ５とスロットル開度センサ６も吸気枝管２０に気筒毎に設けられる。また、燃料噴射弁７はスロットル弁４下流側の吸気弁２１の近くに設けられ、気筒別に吸気量と燃料噴射量とが制御される独立吸気制御を形成している。なお、図２では一気筒分のみスロットルアクチュエータ５などを示したが、他の気筒も同様の構成である。
【００１７】
内燃機関１の吸気系を図２のように構成することにより、スロットル弁４から吸気弁２１までの距離は小さくなり、この間における吸気枝管２０の容積を極めて小さくできる。すなわち、従来の内燃機関ではスロットル弁４などはエアクリーナ１８の下流側の吸気管１９に設けられ、スロットル弁４の下流側において各気筒に分配する吸気枝管２０が分岐していた。従って、スロットル弁４から吸気弁２１までの容積は大きくなり、スロットル弁が絞られても蓄積された吸入空気量が消費されるまでは内燃機関の回転速度は低下せず、応答性を低下させるものであった。
【００１８】
この発明の実施の形態１による車両用制御装置の第一の特徴は、スロットル弁４を吸気枝管２０に気筒毎に設け、スロットル弁４から吸気弁２１までの距離を小さくしてこの間における吸気枝管２０の容積を極めて小さくしたことであり、このように構成することにより、スロットル弁４の開度の変化に対して吸入空気量変化の応答性を高めることができ、内燃機関１をレスポンス良く制御することができるものである。
【００１９】
続いて、この発明の実施の形態１による車両用制御装置のアクセル踏み込み時における変速動作と、スロットル開度と内燃機関の回転速度の制御動作とについて図３のタイムチャートに基づき説明する。以下の説明は、例えば、四速にて走行中の車両が加速のためにアクセルを踏み込んだことにより、歯車式変速機３が四速から三速にシフトダウンするときの動作を一例としたものである。まず、アクセルが踏み込まれたことにより時間ｔ１においてＣＰＵ１２から変速信号が出力される。
【００２０】
ＣＰＵ１２は変速信号を出力するとき、そのときの内燃機関１の回転速度、スロットル開度、出力軸の回転速度を、エンジン回転速度センサ１６とスロットル開度センサ６と出力軸回転速度センサ１７とから読み取って記憶し、変速対象のギヤ比から変速後の内燃機関１の目標回転速度として第一の目標回転速度を演算すると共に、一時目標回転速度をアイドル回転とする。これによりスロットル開度は所定の速度で閉じてゆくが、時間ｔ２においてＣＰＵ１２がクラッチアクチュエータ８に制御信号を出力してクラッチ２をＯＦＦ状態とする。これにより、内燃機関１は車輪から切り離され、無負荷となってそのときのスロットル開度に見合って実回転速度は上昇する。
【００２１】
歯車式変速機３の変速動作に入る前にＣＰＵ１２はスロットル４の開度を操作して内燃機関１の目標回転速度を第一の目標回転速度より数十回転高い第二の目標回転速度とすべく指令を出し、時間ｔ３においてセレクトシフトアクチュエータ１０を操作して歯車式変速機３を四速位置からニュートラル位置に戻す。続けてセレクトシフトアクチュエータ１０を操作して時間ｔ４にて目標の三速位置を選択し、時間ｔ５にてこれを結合させ、時間ｔ６にてクラッチ２の接続を開始する。ＣＰＵ１２は、第二の目標回転速度に指令を出した後の変速中は内燃機関１の実回転速度が第二の目標回転速度に近づくようにスロットルアクチュエータ５をフィードバック制御する。
【００２２】
ここで、変速時間を短縮し、クラッチ接続時のショックを低減することのみを目的とすれば第二の目標回転速度の設定は不要であるが、アクセル踏み込み中での変速においてはクラッチ接続時に多少のプッシュ感があった方が自然であり、好フィーリングが得られるので第二の目標回転速度を数十回転高い回転速度として設定するものである。また時間ｔ１においてスロットル弁４を一時的にアイドル回転まで閉じるのは、アクセル踏み込み時の変速においては変速時間の短縮のためと、クラッチ２のＯＦＦ時に回転速度の吹き上がりを抑制するために、内燃機関１のポンピングロスを最大とするものである。そして、時間ｔ７においてクラッチ２の接続が完了し、内燃機関１の実回転速度は第一の目標回転速度に収束し、スロットル開度はアクセル踏み込み量に応じた開度になる。
【００２３】
次に、アクセルの踏み込みを戻したときの変速動作と、スロットル開度と内燃機関の回転速度との制御動作について図４のタイムチャートに基づき説明する。以下の説明は、例えば、三速にて加速中に加速が完了してアクセルの踏み込みを戻したことにより、歯車式変速機３が三速から四速にシフトアップするときを一例としたものである。図４のｔ８にてアクセルが戻された場合、これを検知してｔ９にてＣＰＵ１２から変速信号が出される。
【００２４】
ＣＰＵ１２は変速信号を出力すると共に、内燃機関１の回転速度とスロットル開度と出力軸の回転速度とを記憶し、変速対象（この場合は四速）のギヤ比から変速後の内燃機関１の目標回転速度として第一の目標回転速度とこの第一の目標回転速度より数十回転低い第二の目標回転速度とを演算する。そして、内燃機関１の実回転速度が第二の目標回転速度となるようスロットルアクチュエータ５をフィードバック制御する。ここで、変速時間を短縮し、クラッチ接続時のショックを低減することのみを目的とするのであれば第二の目標回転速度の設定は不要であるが、アクセルを戻しているときの変速においてはクラッチ接続時に多少のブレーキ感があった方が自然であり、好フィーリングが得られるので第二の目標回転速度を設定するものである。
【００２５】
そして、時間ｔ１０においてクラッチ２が０ＦＦとされ、時間ｔ１１にてニュートラルへのシフト動作がなされ、時間ｔ１２にて四速位置へのセレクト動作がなされた後、時間ｔ１３にて四速ギヤへの噛み込みがなされる。この間、スロットル開度のフィードバック制御により内燃機関１の実回転速度は第二の目標回転速度まで低下してその値が維持され、時間ｔ１４にてクラッチ２の接続が開始される。時間ｔ１４から時間ｔ１５まではクラッチ２の結合時間であり、この間の滑りにより内燃機関１の実回転速度は第二の目標回転速度から第一の目標回転速度に収束する。
【００２６】
ここで、図３の時間ｔ１からｔ２までの間、および、図４の時間ｔ９からｔ１０までの間は、変速信号が出てからクラッチＯＦＦまでの時間であるが、ＣＰＵ１２はクラッチＯＦＦ時の内燃機関１の吹き上がりを最小限に抑制して変速時間を短縮するために、変速信号が出た後、スロットル開度変更前の混合気が存在するシリンダが燃焼した後のタイミングでクラッチ２を遮断するように制御する。なお、図４ではアクセルを戻した後のスロットル開度がアイドル開度になっているが、これは一例であり、アクセル戻し量に基づきスロットル開度は設定されるものである。
【００２７】
以上の説明ではスロットル弁４を各吸気枝管２０に設けることにより吸気制御の応答性を向上させたが、各気筒の吸気弁２１の開閉時期を制御したり、動弁量（リフト量）を制御する可変バルブタイミング装置や、可変バルブリフト装置により吸気量制御を行うことができる。ここで、可変バルブタイミング装置は、開弁時期を一定にして閉弁時期を変えることにより、内燃機関１の吸気量を制御するものであり、可変バルブリフト装置は、バルブのリフト量を増減することにより、内燃機関１の吸気量を制御するものであり、吸気量制御をこのようにすることにより応答性をさらに高めることができる。
【００２８】
このように、この発明の実施の形態１による車両用制御装置によれば、内燃機関１の吸気系を応答性の良い吸気量制御手段により吸気量制御を行い、クラッチ２がＯＦＦしている期間中に内燃機関１の回転速度を変速後の目標回転速度に設定し、アクセルの状態に応じて第二の目標回転速度に制御するので、変速時における内燃機関１の吹き上がりやショックを低減し、変速時間を短縮してフィーリングの良好な車両用制御装置を得ることができるものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の車両用制御装置によれば、車両用複数気筒の内燃機関の出力をＯＮ−ＯＦＦするクラッチと、クラッチの出力軸に結合された歯車式変速機と、内燃機関の気筒毎に設けられた吸気量制御手段、および、燃料噴射弁と、吸気量制御手段による吸入空気量とこの吸入空気量に対応して燃料噴射量を制御すると共に、クラッチと歯車式変速機とを制御し、変速時において、クラッチがＯＦＦしている期間中に内燃機関の回転速度が変速後のギヤ比に基づく回転速度になるように吸気量制御手段を制御する制御手段とを備えるようにしたので、変速時間の短縮が可能になり、変速時におけるショックの低減が可能なフィーリングの良い車両用制御装置が得られると共に、排気ガスの悪化がなく、変速時のクラッチの滑りを抑制して耐久性に優れた車両用制御装置を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による車両用制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による車両用制御装置の吸気系の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による車両用制御装置の変速動作を説明するタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による車両用制御装置の変速動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関、２ クラッチ、３ 歯車式変速機、
４ スロットル弁（吸気量制御手段）、５ スロットルアクチュエータ、
６ スロットル開度センサ、７ 燃料噴射弁、
８ クラッチアクチュエータ、９ クラッチポジションセンサ、
１０ セレクトシフトアクチュエータ、
１１ セレクトシフトポジションセンサ、
１２ コントロールユニット（制御手段）、
１３ アクセルポジションセンサ、１４ シフトレバー、
１５ シフト位置センサ、１６ エンジン回転速度センサ、
１７ 出力軸回転速度センサ、１８ エアクリーナ、１９ 吸気管、
２０ 吸気枝管、２１ 吸気弁。

Claims (7)

1. 車両に搭載される複数気筒の内燃機関、前記内燃機関の出力をＯＮ−ＯＦＦ制御するクラッチ、前記クラッチの出力軸に結合され、前記内燃機関の回転速度を変速して伝達する歯車式変速機、前記内燃機関の気筒毎に設けられた吸気量制御手段、前記内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁、前記吸気量制御手段による吸入空気量と、この吸入空気量に対応して前記燃料噴射弁による燃料噴射量とを制御すると共に、前記クラッチと前記歯車式変速機とを制御し、変速時において、前記クラッチがＯＦＦしている期間中に前記内燃機関の回転速度が変速後のギヤ比に基づく回転速度となるように前記吸気量制御手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記吸気量制御手段はアクセルペダルの踏み込み量に対応した制御がなされ、前記アクセルペダルが踏み込まれた状態での変速においては、変速後のギヤ比に基づく回転速度より所定値高い回転速度になるように前記制御手段が前記吸気量制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前期吸気量制御手段はアクセルペダルの踏み込み量に対応した制御がなされ、前記アクセルペダルが戻された状態での変速においては、変速後のギヤ比に基づく回転速度より所定値低い回転速度になるように前記制御手段が前記吸気量制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
4. 変速時において前記クラッチがＯＦＦされた後、一時的に前記内燃機関のポンピングロスが最大となる量まで吸入空気量を低減するように前記制御手段が前記吸気量制御手段を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の記載の車両用制御装置。
5. 前記吸気量制御手段はスロットル弁であり、このスロットル弁が、前記内燃機関の吸気管から各気筒に吸気を分配する吸気枝管に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の車両用制御装置。
6. 前記吸気量制御手段は、気筒毎に設けられた吸気弁の開閉期間または動弁量を制御するものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の車両用制御装置。
7. 変速時における前記クラッチのＯＦＦ動作は、前記吸気量制御手段が吸入空気量を制御した後、吸入空気量制御前の混合気の燃焼が完了した後のタイミングにて行われることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の車両用制御装置。

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