JP2006063852A - 車両用パワートレインの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーデマンド制御（又はトルクデマンド制御）を採用しつつ、変速制御によるパワートレインの出力制御を可能とする。
【解決手段】検出された運転状態に基づいて、原動機と自動変速機とを含んで構成されるパワートレインの出力目標値を設定するとともに、検出された運転状態に基づいて自動変速機の変速比し、制御される自動変速機の変速比のもとで、前記パワートレインの出力目標値を実現するように原動機の目標出力を設定し、この設定した目標出力となるように原動機を制御する構成において、自動変速機の変速比の変化に伴うパワートレインの出力変化分に基づいて前記原動機の目標出力を補正する構成を設け、変速制御によるパワートレインの出力制御要求があるときは、前記補正後の目標出力となるように原動機を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原動機とこれに連結される自動変速機とを有する車両用パワートレインの出力制御装置に関する。

原動機とこれに連結される自動変速機（無段変速機）とを有し、それぞれが原動機制御部と変速制御部にて制御される構成の車両としては、例えば特許文献１に記載のものがある。このものでは、運転者（ドライバ）の加速要求が大きいときには変速制御を抑制することで速やかに駆動力を増加させることで、ドライバの違和感を解消（加速応答性を改善）する一方、変速制御を抑制している状態においては加速要求の減少に従って該抑制を解除することで、いつまでも変速比変化が起こらないことに伴うドライバの違和感をも解消するようにしている。
特開平２００２−３７２１４３号公報

ところで、上記従来のもののように、原動機と自動変速機とがそれぞれ原動機制御部と変速制御部にて制御される構成のものでは、アクセル開度（運転者の加速要求）等に基づいて、パワートレインの出力目標値（目標パワー、目標駆動力、目標加速度又は目標車速等が該当する）を設定し、変速制御部にて制御される自動変速機の現在の変速比を考慮しつつ、パワートレイン出力の目標値を実現するように原動機の出力調整用アクチュエータ（エンジンであればスロットルが相当する）を制御することが考えられる。

しかしながら、このような制御を採用すると、変速制御（変速比変化）に伴うパワートレインの出力変動を防止することはできるものの、変速制御部がパワートレインの出力の増減させることを目的として変速比を制御したとしても、原動機制御部がその変速比変化分を吸収するように原動機の出力を制御することになるため、変速前後でパワートレインの出力を変化させることができず、変速制御によるパワートレインの出力制御が行えないという問題がある。

本発明は、このような問題に着目してなされたもので、制御される変速比を考慮しつつパワートレインの出力目標値を実現するように原動機の出力を制御（調整）して変速制御によるパワートレインの出力変動を防止しつつ、所定の条件のもとでは、変速制御によるパワートレインの出力制御をも可能とする車両用パワートレインの出力制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて、原動機とこれに連結される自動変速機とを含んで構成されるパワートレインの出力目標値を設定するパワートレイン出力目標値設定手段と、検出された運転状態に基づいて前記自動変速機の変速比を制御する変速制御手段と、前記変速制御手段によって制御される前記自動変速機の変速比のもとで、前記パワートレインの出力目標値を実現するように前記原動機の目標出力を設定し、この設定した目標出力となるように前記原動機の出力調整用アクチュエータを制御する原動機制御手段と、を備える車両用パワートレインの出力制御装置であって、変速制御によってパワートレインの出力を増減させるパワートレイン出力制御要求の有無を判定する判定手段と、前記変速制御手段による前記自動変速機の変速比変化に伴うパワートレインの出力増加分又は出力減少分に基づいて、前記原動機の目標出力を補正する原動機目標出力補正手段と、を更に備え、前記原動機制御手段は、前記判定手段によって変速制御によるパワートレイン出力制御要求があると判定されたときには、前記原動機目標出力補正手段により補正された目標出力となるように前記原動機の出力調整用アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明に係る車両用パワートレインの出力制御装置によると、変速制御による変速比変化を考慮してパワートレインの出力目標値を実現するように原動機の出力が制御されるので、通常時においては、変速制御（変速比変化）に伴う出力変動を防止できる一方、必要な場合には、変速制御によってパワートレインの出力を増加させたり、減少させたりすることもできる（変速制御によるパワートレインの出力制御を可能とする）。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態に係る車両の概略構成を示したものである。図１に示すように、この車両のパワートレインは、原動機としてのエンジン１と、このエンジン１に接続されるトルクコンバータ付き自動変速機（以下、「ＡＴ」という）２とを含んで構成されており、エンジン１の出力は、ＡＴ２、プロペラシャフト３及びディファレンシャルギヤ４を介して車輪駆動軸５及び車輪６に伝達されるようになっている。

エンジン１の動作は、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１０によって制御される。また、エンジン１は、ドライバのアクセル操作から独立して制御可能な電子制御スロットル１０１を備えており、そのスロットル弁１０１ａの開度を制御するスロットル弁アクチュエータ１０１ｂは、ＥＣＵ１０によって制御される。
ＥＣＵ１０には、アクセル開度ＡＰＯ（アクセルペダル８の操作量）を検出するアクセル開度センサ２１、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１０２の回転速度（エンジン回転速度Ｎｅ）を検出するクランクセンサ２２、車速Ｖｓを検出する車速センサ２３、スロットル弁１０１ａの開度を検出するスロットル開度センサ２４、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサ２５等の各種センサの検出信号（すなわち、エンジン１の運転状態）が入力される。

この実施形態において、ＡＴ２は変速比を連続的に変更可能な無段変速機で構成されており、その動作は、トランスミッションコントロールユニット（以下、「ＡＴＣＵ」という）２０によって制御される。このＡＴＣＵ２０には、プロペラシャフト４に接続されるＡＴ２の出力軸（図示省略）の回転速度Ｎｏを検出する出力軸回転センサ２６等の検出信号が入力される。なお、ＥＣＵ１０とＡＴＣＵ２０とは接続されており、互いに所定の信号のやり取りが可能に構成されている。

ＥＣＵ１０は、入力された各種信号に基づいて燃料噴射量制御、点火時期制御及び電子制御スロットル１０１のスロットル開度制御を実行することにより、エンジン出力（エンジントルク）を調整し、ＡＴＣＵ２０は、入力された各種信号に基づいてＡＴ２の変速制御を行う。そして、ＥＣＵ１０は、通常時には、ＡＴＣＵ２０によって制御されるＡＴ２の変速比のもとで、運転状態に応じて設定されるパワートレイン出力の目標値（目標駆動力、目標パワー等）を実現するエンジン目標パワーを得るようにスロットル弁アクチュエータ１０１ｂを制御する一方、変速制御によってパワートレインの出力を増減させる要求（以下、「変速制御によるパワートレイン出力制御要求」という）があった場合には、変速比変化に伴うパワートレインの出力増加分又は出力減少分を前記エンジン目標パワーに反映させることで、変速制御によるパワートレインの出力制御を可能としている。

次に、本実施形態におけるパワートレインの出力制御（ＡＴＣＵ２０が行う変速制御及びＥＣＵ１０が行うエンジン出力（パワー）制御）について説明する。
図２は、ＡＴＣＵ２０によって実行される変速制御の一例を示している。図２において、目標入力回転数算出部２０１では、車速Ｖｓ及びアクセル開度ＡＰＯに基づいてあらかじめ設定されたマップ等に参照してＡＴ２の目標入力軸回転数（目標エンジン回転数）Ｎｔを算出する。次に、目標変速比算出部２０２では、目標入力回転数算出部２０１で算出した目標エンジン回転数Ｎｔと出力軸回転数Ｎｏ（車速Ｖｓに所定の定数を乗算して算出してもよい）とに基づいて目標変速比ｉｔを算出する。なお、目標入力回転数算出部２０１で算出された（変速制御における）目標エンジン回転数ＮｔはＥＣＵ１０にも出力される。

一方、実変速比算出部２０３では、実際の入力軸回転速度Ｎｉとしてのエンジン回転数Ｎｅと出力軸回転数Ｎｏとに基づいて実際の変速比（実変速比）ｉｒを算出する。そして、ＡＴ制御部２０４では、目標変速比ｉｔと実変速比ｉｒとの偏差に基づいてＡＴ２の操作量を算出し、ＡＴ２のアクチュエータ（図示省略）に出力してＡＴ２の変速比を（フィードバック）制御する。これにより、ＡＴ２の変速比は運転状態に応じて設定される目標変速比へと制御される。

また、パワートレイン出力制御要求判定部２０５では、変速制御によるパワートレイン出力制御要求の有無を判定し、その結果を「パワートレイン出力制御要求信号」としてＥＣＵ１０に出力する。ここで、変速制御によるパワートレイン出力制御要求がある場合とは、現状のエンジン出力（パワー)のままＡＴ２の変速比を変化させることでパワートレインの出力を増減させようとする場合又はその必要がある場合をいい、本実施形態においては、例えば発進時、再加速時、登坂路走行時等にドライバが急なアクセル操作を行ったとき（例えば、アクセル操作量が所定量以上のとき）のように、車速Ｖｓに対するパワートレインの出力（駆動力）が、通常（走行）時に比べて、より多く要求されるような領域を想定している。ただし、これに限られるものではなく、例えば、車両に応じて変速制御によるパワートレインの出力制御領域（出力増加必要、出力減少必要領域）をあらかじめ設定しておき、当該領域にあるときに変速制御によるパワートレイン出力制御要求があると判定するように構成してもよい。

図３は、ＥＣＵ１０によって実行されるエンジン出力制御の一例を示している。図３において、目標パワー算出部３０１では、アクセル開度ＡＰＯに基づいてエンジン目標出力（エンジン目標パワー）を算出する。なお、ここで算出されるエンジン目標パワーは、ＡＴＣＵ２０によって制御されるＡＴ２の現変速比を考慮して、アクセル開度ＡＰＯ等に基づいて設定されるパワートレインの出力目標値（目標駆動力、目標出力、目標加速度又は目標車速等）を実現するためにエンジン１に要求されるパワーであり、例えば、ＡＴ２における変速速度等を考慮したエンジン目標パワーマップ等をあらかじめ作成しておき、これを参照することによって算出する。

出力ゲイン設定部３０２では、変速側要求ゲインαを算出し、変速制御によるパワートレインの出力制御要求の有無に応じて、算出した変速側要求ゲインα又は「１」を出力ゲインとして出力する。なお、かかる出力ゲイン設定部３０２における処理の詳細は後述する（図４参照）。
変速側要求反映部３０３では、目標パワー算出部３０１で算出されたエンジン目標パワーに、出力ゲイン設定部３０２から出力された変速側要求ゲインα又は「１」を乗算することによって変速側要求を反映させた変速側要求反映後のエンジン目標出力（変速側要求反映後目標パワー）を算出する。

目標トルク変換部３０４では、エンジン回転数Ｎｅを入力し、変速要求反映部３０３で算出した変速側要求反映後目標パワーをトルクに変換して、目標エンジントルクとする。
目標スロットル開度設定部３０５では、目標エンジントルク変換部３０４で変換（算出）された目標エンジントルクをスロットル開度に変換し、目標スロットル開度とする。
スロットル開度制御部３０６では、目標スロットル開度設定部３０５で設定された目標スロットル開度と実際のスロットル開度との偏差に基づいて、電子制御スロットル１０１の操作量を算出し、スロットル弁アクチュエータ１０１ｂに出力してスロットル開度を制御する。これにより、パワートレイン出力制御要求がないときは、制御されるＡＴ２の変速比のもとで、パワートレインの出力目標値を実現するように（すなわち、変速比変化分を吸収して）エンジン１の出力を制御する一方、パワートレイン出力制御要求があるときは、変速制御（変速比変化）によるパワートレインの出力変化分をエンジン１の出力制御に反映させることで、変速制御によるパワートレインの出力制御が可能となる。

図４は、上記出力ゲイン設定部３０２における処理を示している。図４において、変速側要求ゲイン算出部４０１は、ＡＴＵＣ２０（変速制御部）から入力される変速制御における目標エンジン回転数Ｎｔと実際のエンジン回転数Ｎｅとに基づいて変速側要求ゲインα（＝Ｎｅ／Ｎｔ）を算出する。
出力切換部４０２では、ＡＴＣＵ２０からのパワートレイン出力制御要求信号の有無に応じて変速側要求反映部３０３に出力する値を切り換える。すなわち、パワートレイン出力制御要求信号が「１：あり」の場合には、変速側要求ゲイン算出部４０１で算出した変速側要求ゲインαを出力ゲインとして出力し、パワートレイン出力制御要求信号が「０：なし」の場合には、「１」を出力ゲインとして出力する。なお、パワートレイン出力要求信号としては、どのような形態のものでもよく、例えば発進時や登坂路走行時にパワートレイン出力要求フラグを設定するようにし、該パワートレイン出力要求フラグが設定されている場合に変速側要求ゲインαを出力し、設定されていない場合に「１」を出力するよう構成してもよい。

図５は、以上説明したパワートレインの出力制御における変化を示すタイムチャートである。なお、図５において、変速制御によるパワートレイン出力制御要求があるときを実線で示し、変速制御によるパワートレイン出力制御要求がないとき（すなわち、通常時）を破線で示している。
ドライバによりアクセル操作がなされると（時刻ｔ１）、ＡＴ２は、その変速比がアクセル開度ＡＰＯ、車速Ｖｓに応じた目標変速比となるように制御される。このとき、変速制御によるパワートレイン出力制御要求がないときは、ＡＴＣＵ２０によって制御される変速比を考慮して、運転状態に応じて設定されるパワートレインの出力目標値を実現するようなエンジン目標パワーが算出され、出力ゲインとしては「１」が出力されるので、このエンジン目標パワーを実現するようにスロットル弁アクチュエータ１０１ｂが制御される。これにより、図中破線で示すように、エンジン回転数Ｎｅは徐々に変化して目標エンジン回転速度Ｎｔに収束することとなり（時刻ｔ３）、また、パワートレインの出力は一定のまま（すなわち、出力目標値に）維持される。

一方、発進時や登坂路走行時等においてパワートレイン出力制御要求信号が「１：あり」となると（時刻ｔ２）、変速制御における目標エンジン回転数Ｎｔと実際のエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、変速制御に伴うパワートレインの出力増加分又は出力減少分の比率に相当する変速側要求ゲインαが算出され、この変速側要求ゲインαが出力ゲインとして出力される（なお、図では出力増加要求があった場合を示している）。そして、前記エンジン目標パワーに変速側要求ゲインαを乗算して算出された変速側要求反映後目標パワーを実現するようにスロットル弁アクチュエータ１０１ｂが制御される。これにより、図中実線で示すように、変速制御に伴いパワートレインの出力は増加し（出力減少要求の場合は減少し）、エンジン回転数Ｎｅも目標エンジン回転数Ｎｔを超えて増加（出力減少要求の場合は減少）する。

つまり、ＡＴＣＵ２０によって制御される変速比のもとで、パワートレインの出力目標値を実現するようにエンジン出力を制御する構成を採用した場合であっても、このような制御を基本としつつ、必要に応じて変速制御によるパワートレインの出力制御をも可能としている。
なお、以上の説明では、実際のエンジン回転数Ｎｅを変速制御における目標エンジン回転数Ｎｔで除算することで変速側要求ゲインαを算出しているが、実際のエンジン回転数Ｎｅと目標エンジン回転数Ｎｔとの差に基づいて変速側要求ゲインを算出するようにしてもよい。

また、変速制御によるパワートレイン出力制御要求があるときには、前記エンジン目標パワーに、変速制御（変速比変化）によるパワートレイン出力の増加分又は減少分を反映させるように構成すればよく、例えば、ＡＴＣＵ２０が、通常時と変速制御によるパワートレイン出力制御要求があるときとで異なる目標変速比（第１、第２目標変速比）となるように制御するように構成した場合には、通常時に設定・制御される第１目標変速比と変速制御によるパワートレインの出力制御要求があるときに設定・制御される第２目標変速比とに基づいて変速側要求ゲインαを算出するようにしてもよい（α＝第２目標変速比／第１目標変速比）。

以上説明した実施形態によると、まず、通常時（換言すると、変速制御によるパワートレインの出力制御要求がないとき）には、運転状態に基づいてパワートレインの出力目標値を設定するとともに、運転状態に基づいてＡＴ２の変速比を制御し、制御されるＡＴ２の変速比を考慮しつつ前記パワートレインの出力目標値を実現するようにエンジン１の目標出力（パワー）が設定され、この目標出力となるようにスロットル弁アクチュエータ１０１ｂが制御される。一方、変速制御によるパワートレインの出力制御要求があるときには、ＡＴ２の変速比変化によるパワートレインの出力増加分又は出力減少分に基づいて、前記エンジン１の目標出力を補正し、補正後の目標出力（変速側要求反映後出力）となるようにスロットル弁アクチュエータ１０１ｂが制御される。これにより、通常時においては、変速制御（変速比変化）に伴う出力変動を防止できる一方、必要な場合には、変速制御によるパワートレインの出力制御も行うことができる。

ここで、エンジン１の目標出力の補正は、変速制御後における目標エンジン回転数Ｎｔと実際のエンジン回転数Ｎｅとに基づいて算出した補正値により行う。具体的には、実際のエンジン回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｔで除算して補正値を算出し、この算出した補正値を、変速比変化を考慮してパワートレインの出力目標値を実現するように設定されるエンジン１の目標出力に乗算するようにしたり、実際のエンジン回転数Ｎｅと目標エンジン回転数Ｎｔとの差に応じて値を前記エンジン目標出力に加算するようにしたりすればよい。これにより、パワートレインの出力目標値を達成するように制御する構成（「パワーデマンド制御」あるいは「トルクデマンド制御」）を採用しつつ、これに比較的簡単な構成（演算処理）を追加することによって、必要に応じて変速制御によるパワートレインの出力制御をも行うことが可能となる。

なお、ＡＴＣＵ２０が、通常時には第１目標変速比となるようにＡＴ２を制御する一方、変速制御によるパワートレインの出力制御要求があるときには、第１目標変速比とは異なる第２目標変速比（すなわち、パワートレイン出力を増加させ又は減少させるために設定される目標変速比）となるようにＡＴ２を制御する構成にあっては、第１目標変速比と第２目標変速比とに基づいて補正値を算出し、この補正値によって前記エンジン１の目標出力を補正するようにしてもよい。このようにしても、「パワーデマンド制御」あるいは「トルクデマンド制御」を採用しつつ、必要に応じて変速制御によるパワートレインの出力制御をも行うことが可能となる。

また、変速制御によるパワートレインの出力制御要求があるときとして、発進時や登坂路走行時においてドライバによるアクセル操作量が所定量以上のときとすることにより、エンジン１の出力制御を特に行うことなく、ドライバの加速要求等を反映させた速やかな発進を可能にするとともに、登坂路における走行性を改善できる。

本発明に係るパワートレイン出力制御装置を適用した車両の一実施形態を示す図である。 本実施形態のＡＴＣＵによって実行される自動変速機の変速制御を示すブロック図である。 本実施形態にＥＣＵによって実行される原動機（エンジン）出力制御を示すブロック図である。 原動機出力制御において出力ゲイン設定部で行われる処理を示す図である。 パワートレインの出力制御における変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…エンジン、２…自動変速機、８…アクセルペダル、１０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２０…トランスミッションコントロールユニット（ＡＴＣＵ）、２１…アクセル開度センサ、２２…クランクセンサ、２３…車速センサ、２４…スロットル開度センサ、２５…出力軸回転センサ

Claims (6)

1. 車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   検出された運転状態に基づいて、原動機とこれに連結される自動変速機とを含んで構成されるパワートレインの出力目標値を設定するパワートレイン出力目標値設定手段と、
   検出された運転状態に基づいて前記自動変速機の変速比を制御する変速制御手段と、
   前記変速制御手段によって制御される前記自動変速機の変速比のもとで、前記パワートレインの出力目標値を実現するように前記原動機の目標出力を設定し、この設定した目標出力となるように前記原動機の出力調整用アクチュエータを制御する原動機制御手段と、を備える車両用パワートレインの出力制御装置であって、
   変速制御によってパワートレインの出力を増減させるパワートレイン出力制御要求の有無を判定する判定手段と、
   前記変速制御手段による前記自動変速機の変速比の変化に伴うパワートレインの出力増加分又は出力減少分に基づいて、前記原動機の目標出力を補正する原動機目標出力補正手段と、を更に備え、
   前記原動機制御手段は、前記判定手段により前記パワートレイン出力制御要求があると判定されたときには、前記原動機目標出力補正手段により補正された目標出力となるように前記原動機の出力調整用アクチュエータを制御することを特徴とする車両用パワートレインの出力制御装置。
2. 前記原動機目標出力補正手段は、変速制御における前記原動機の目標回転数と、原動機の実際の回転数と基づいて補正値を算出し、算出した補正値により前記原動機の目標出力を補正することを特徴とする請求項１記載の車両用パワートレインの出力制御装置。
3. 前記原動機目標出力補正手段は、前記実際の回転数を前記目標回転数で除算して前記補正値を算出し、算出した補正値を前記原動機の目標出力に乗算することを特徴とする請求項２記載の車両用パワートレインの出力制御装置。
4. 前記変速制御手段は、通常時には、第１の目標変速比となるように前記自動変速機の変速比を制御する一方、前記判定手段により前記パワートレイン出力制御要求があると判定されたときには、前記第１の目標変速比とは異なる第２目標変速比となるように前記自動変速機の変速比を制御するものであって、
   前記原動機目標出力補正手段は、前記第１の目標変速比と前記第２の目標変速比とに基づいて補正値を算出し、算出した補正値による前記原動機の目標出力を補正することを特徴とする請求項１記載の車両用パワートレインの出力制御装置。
5. 前記原動機目標出力補正手段は、前記第２の目標変速比を前記第１の目標変速比で除算して前記補正値を算出し、算出した補正値を前記原動機の目標出力に乗算することを特徴とする請求項４記載の車両用パワートレインの出力制御装置。
6. 前記判定手段は、発進時又は登坂路走行時において運転者によるアクセル操作量が所定量以上のときに前記パワートレイン出力制御要求があると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両用パワートレインの出力制御装置。

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