JP2006105097A - パワートレインの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 イナーシャトルク補正量算出時の演算負荷を低減する。
【解決手段】 無段変速機がステップ変速を行う際に出力トルクを変化させるエンジンが前記無段変速機に連結されているパワートレインの制御装置において、変速中の入力軸回転数変化量と無段変速機の各部材の慣性モーメントとから、変速中のイナーシャトルク補正量の平均値を求めるイナーシャトルク平均補正量算出手段（ステップＳ１５）と前記イナーシャトルク補正量の平均値からスロットル要求開度を算出するスロットル開度算出手段（ステップＳ１７）とを有しており、変速中の入力軸回転数変化量に基づいて、変速中のイナーシャトルク補正量の平均値が求められる。変速中のイナーシャトルク補正量の平均値が求められるので、平滑化処理等を行う必要が無く、電子制御装置の演算の負荷を軽減することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明はパワートレイン、特に変速時に出力トルクを変化させるエンジンが入力側に連結された無段変速機を有するパワートレインに関する。

無段変速機をマニュアル変速した場合、すなわち目標変速比の設定をステップ的に行った場合、急激な変速指令が行われるために、無段変速機の回転部材の回転が急激に増大、または減少するので、イナーシャトルクが発生する。このイナーシャトルクはショック等の原因となり運転者に対して違和感を与えるので、このイナーシャトルクを補正するようにエンジンの出力トルクを調整し、イナーシャトルクの変動を抑制することが考えられる。

特許文献１の発明は、このようなイナーシャトルクの補正を行う場合に補正するべきイナーシャトルクの算出を目的として、入出力回転数比から実変速比を演算し、今回の実変速比と前回の実変速比との差を演算周期で除算することで変速速度を算出する。そして、変速速度と出力回転数とからイナーシャトルクを算出し、このイナーシャトルクを補正値としてエンジンのスロットル開度を調整する。

また、特許文献２の発明は、予め目標変速比に応じたイナーシャトルクの変化をモデル化しておき、目標変速比の変化に応じてイナーシャトルクを算出し、このイナーシャトルクを補償するための増減量を演算する。
特開平１１−２０５１２号公報 特開平１１−２６３１５１号公報

特許文献１の発明によれば、補正すべきイナーシャ量が算出されるので、その算出されたイナーシャ量に応じて補正値を設定することができる。したがって、イナーシャトルクの変動を抑制することができる。

また、特許文献２の発明によれば、目標変速比に応じたイナーシャトルクの変化が算出されるので、イナーシャトルクの変化に応じて補正値を設定することができる。したがって、イナーシャトルクの変動を抑制することができる。

しかし、特許文献１の発明によれば、イナーシャトルクの算出と、エンジントルク補正量の算出、およびトルク増減の時間遅れの補正、そして外乱の抑制のためのフィルタ処理などを制御周期ごとに同時に行わなければならず、電子制御装置の負担が増大するという問題点がある。

また、特許文献２の発明によれば、あくまで目標変速比に基づいてイナーシャトルクが求められるので、車輪のスリップなどにより出力回転数が変化して、実際の変速比と目標変速比との差異が増大した場合には、イナーシャトルクの算出精度が低くなるという問題点があった。

この発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、電子制御装置の負担を増大させることなくイナーシャトルクの補正値を求め、適切なスロットル開度を設定することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明は、変速制御開始当初にイナーシャ補正値の平均値を求めるものである。より具体的には、請求項１の発明は、無段変速機がステップ変速を行う際に出力トルクを変化させるエンジンが前記無段変速機に連結されているパワートレインの制御装置において、変速中の入力軸回転数変化量と無段変速機の各部材の慣性モーメントとから、変速中のイナーシャトルク補正量の平均値を求めるイナーシャトルク平均補正量算出手段と前記イナーシャトルク補正量の平均値からスロットル要求開度を算出するスロットル開度算出手段とを有していることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１において、前記イナーシャトルク平均補正量算出手段が変速制御開始時点でのみ実行されることを特徴とする制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２において、前記スロットル開度算出手段で求めたスロットル要求開度に基づいて、ファストクローズ時間と、スロットル維持時間と、スロットル増大勾配とを求めるイナーシャトルク補正パターン算出手段をさらに備えていることを特徴とする制御装置である。

請求項１の発明によれば、変速中の入力軸回転数変化量に基づいて、変速中のイナーシャトルク補正量の平均値が求められる。変速中のイナーシャトルク補正量の平均値が求められるので、平滑化処理等を行う必要が無く、電子制御装置の演算の負荷を軽減することができる。

また、請求項２の発明によれば、変速制御の開始時点でのみイナーシャトルク補正量の平均値が求められる。したがって、変速制御中の制御周期毎に演算を行う必要が無く、電子制御装置の負担を軽減することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、前記スロットル要求開度に基づいて、ファストクローズ時間と、スロットル維持時間、およびスロットル増大勾配が求められる。したがって、変速制御開始時点で、イナーシャトルクの補正パターンが決定されるので、電子制御装置の演算の負荷を軽減することができる。

次にこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする動力源および無段変速機を含む駆動系統の一例を説明すると、図４は、ベルト式の無段変速機１を含む駆動系統の一例を模式的に示しており、その無段変速機１は、前後進切換機構２およびロックアップクラッチ３付きの流体伝動機構４を介して動力源５に連結されている。

その動力源５は、内燃機関、あるいは内燃機関と電動機、もしくは電動機などによって構成されている。なお、以下の説明では、動力源５をエンジン５と記す。また、流体伝動機構４は、例えば従来のトルクコンバータと同様の構成であって、エンジン５によって回転させられるポンプインペラとこれに対向させて配置したタービンランナと、これらの間に配置したステータとを有し、ポンプインペラで発生させたフルードの螺旋流をタービンランナに供給することによりタービンランナを回転させ、トルクを伝達するように構成されている。

このような流体を介したトルクの伝達では、ポンプインペラとタービンランナとの間に不可避的な滑りが生じ、これが動力伝達効率の低下要因となるので、ポンプインペラなどの入力側の部材とタービンランナなどの出力側の部材とを直接連結するロックアップクラッチ３が設けられている。このロックアップクラッチ３は、油圧によって制御するように構成され、完全係合状態および完全解放状態、ならびにこれらの中間の状態であるスリップ状態に制御され、さらにそのスリップ回転数を適宜に制御できるようになっている。

前後進切換機構２は、エンジン５の回転方向が一方向に限られていることに伴って採用されている機構であって、入力されたトルクをそのまま出力し、また反転して出力するように構成されている。図４に示す例では、前後進切換機構２としてダブルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。すなわち、サンギヤ６と同心円上にリングギヤ７が配置され、これらのサンギヤ６とリングギヤ７との間に、サンギヤ６に噛合したピニオンギヤ８とそのピニオンギヤ８およびリングギヤ７に噛合した他のピニオンギヤ９とが配置され、これらのピニオンギヤ８，９がキャリヤ１０によって自転かつ公転自在に保持されている。そして、二つの回転要素（具体的にはサンギヤ６とキャリヤ１０と）を一体的に連結する前進用クラッチ１１が設けられ、またリングギヤ７を選択的に固定することにより、出力されるトルクの方向を反転する後進用ブレーキ１２が設けられている。

無段変速機１は、従来知られているベルト式無段変速機と同じ構成であって、互いに平行に配置された駆動プーリ１３と従動プーリ１４とのそれぞれが、固定シーブと、油圧式のアクチュエータ１５，１６によって軸線方向に前後動させられる可動シーブとによって構成されている。したがって各プーリ１３，１４の溝幅が、可動シーブを軸線方向に移動させることにより変化し、それに伴って各プーリ１３，１４に巻掛けたベルト１７の巻掛け半径（プーリ１３，１４の有効径）が連続的に変化し、変速比が無段階に変化するようになっている。そして、上記の駆動プーリ１３が前後進切換機構２における出力要素であるキャリヤ１０に連結されている。

なお、従動プーリ１４における油圧アクチュエータ１６には、無段変速機１に入力されるトルクに応じた油圧（ライン圧もしくはその補正圧）が、図示しない油圧ポンプおよび油圧制御装置を介して供給されている。したがって、従動プーリ１４における各シーブがベルト１７を挟み付けることにより、ベルト１７に張力が付与され、各プーリ１３，１４とベルト１７との挟圧力（接触圧力）が確保されるようになっている。これに対して駆動プーリ１３における油圧アクチュエータ１５には、設定するべき変速比に応じた圧油が流量制御により供給され、目標とする変速比に応じた溝幅（有効径）に設定するようになっている。

上記の従動プーリ１４が、ギヤ対１８を介してディファレンシャル１９に連結され、このディファレンシャル１９から駆動輪２０にトルクを出力するようになっている。したがって上記の駆動機構では、エンジン５と駆動輪２０との間に、ロックアップクラッチ３と無段変速機１とが直列に配列されている。

上記の無段変速機１およびエンジン５を搭載した車両の動作状態（走行状態）を検出するために各種のセンサが設けられている。すなわち、無段変速機１に対する入力回転数（前記タービンランナの回転数）を検出して信号を出力するタービン回転数センサ２１、駆動プーリ１３の回転数を検出して信号を出力する入力回転数センサ２２、従動プーリ１４の回転数を検出して信号を出力する出力回転数センサ２３、ベルト挟圧力を設定するための従動プーリ１４側の油圧アクチュエータ１６の圧力を検出する油圧センサ２４が設けられている。また、特には図示しないが、アクセルペダルの踏み込み量を検出して信号を出力するアクセル開度センサ、スロットルバルブの開度を検出して信号を出力するスロットル開度センサ、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に信号を出力するブレーキセンサなどが設けられている。

上記の前進用クラッチ１１および後進用ブレーキ１２の係合・解放の制御、および前記ベルト１７の挟圧力の制御、ならびに変速比の制御、さらにはロックアップクラッチ３の制御をおこなうために、変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）２５が設けられている。この変速機用電子制御装置２５は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算をおこない、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態、および要求される挟圧力の設定、ならびに変速比の設定、ロックアップクラッチ３の係合・解放ならびにスリップ回転数などの制御を実行するように構成されている。

ここで、変速機用電子制御装置２５に入力されているデータ（信号）の例を示すと、無段変速機１の入力回転数（入力回転速度）Ｎinの信号、無段変速機１の出力回転数（出力回転速度）Ｎoの信号が、それぞれに対応するセンサから入力されている。また、エンジン５を制御するエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２６からは、エンジン回転数Ｎeの信号、エンジン（Ｅ／Ｇ）負荷の信号、スロットル開度信号、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量であるアクセル開度信号などが入力されている。無段変速機１によれば、入力回転数であるエンジン回転数を無段階に（言い換えれば、連続的に）制御できるので、効率の良いエンジン回転数となるように変速制御することにより、これを搭載した車両の燃費を向上できる。

ところで、これら無段変速機の変速を、運転者の意図により変速をステップ的に行う場合がある。この場合目標変速比が急激に変化するため、回転部材にイナーシャトルクが発生する。イナーシャトルクは、回転部材に不自然な回転を与え、変速ショックの原因となり、運転者に違和感を与えることがある。したがって、イナーシャトルクを正確に算出して、その算出したイナーシャトルクに対応してエンジンの出力トルクを調整させる必要がある。

図１、２はイナーシャトルク補正量を算出し、目標トルクを算出してその目標トルクに応じたエンジンのスロットル開度を算出するための制御の一例を示すフローチャートである。先ず、現在の変速モードがスポーツマニュアル変速モード、すなわちステップ変速モードか否かが判断される（ステップＳ１）。ステップＳ１で肯定的に判断された場合、現在の変速がダウンシフトか否かが判断される（ステップＳ２）。ステップＳ２で肯定的に判断された場合、電磁スロットル開度を増大させてエンジンのトルクアップが可能か否かが判断される（ステップＳ３）。ステップＳ３で肯定的に判断されると、変速を開始してから最初のルーチン実行時であるか否かが判断される（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ２で否定的に判断された場合には、現在の変速がアップシフトか否かが判断される（ステップＳ５）。ステップＳ５で肯定的に判断された場合には、電磁スロットル開度を減少させてエンジンのトルクダウンが可能か否かが判断される（ステップＳ６）。ステップＳ６で肯定的に判断された場合は、ステップＳ４の判断が行われる。

なお、ステップＳ１で否定的に判断された場合、すなわち、ステップ変速モードでない場合や、ステップＳ５で否定的に判断された場合、また、ステップＳ２で否定的に判断された場合など、変速状態にないときは、Ａを経てこのルーチンを抜ける。

また、車速が充分に高く、スロットル開度をこれ以上大きくできないときや、電磁スロットルに何らかの異常が発生した場合等には、ステップＳ３やステップＳ６で否定的に判断され、Ａを経てこのルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ４で変速を開始してから最初のルーチン実行時である場合はＣを経てイナーシャトルク平均補正量TRQAFを求める処理が行われる（ステップＳ７からＳ１５）。このイナーシャトルク平均補正量TRQAFを求める処理の詳細については後述する。また、二回目以降の実行である場合には、ルーチンの前回実行時にイナーシャトルク平均補正補正量TRQAFはすでに求められているので、Ｂを経て、求められたイナーシャトルク平均補正量TRQAFに基づいて目標トルクTRQREQを求める（ステップＳ１６）。この目標トルクTRQREQは変速していない場合、すなわちイナーシャが発生していない場合のトルクである基本トルクETRQBSEにトルクコンバータのトルク比TRQHIを乗算したものからイナーシャトルク平均補正量TRQAFを引算することで求められる。

ステップＳ１６で目標トルクTRQREQが求められると、求められた目標トルクTRQREQとエンジン回転数NEとから、スロットル要求開度TANGREQがマップにより求められる（ステップＳ１７）。

次に、イナーシャトルク平均補正量TRQAFを求める処理であるステップＳ７からステップＳ１５についてを説明する。ステップＳ４で肯定的に判断されると、Ｃを経て実変速比RATIO1が現在の実入力回転数NINと実出力回転数NOUTとから求められる（ステップＳ７）。そして、目標変速比RATIO2が目標入力回転数NINTと実出力回転数NOUTから求められる（ステップＳ８）。これにより、実プライマリーシーブ位置P1が実変速比RATIO1からマップにより求められ（ステップＳ９）、また、目標プライマリーシーブ位置P2が目標変速比RATIO2からマップにより求められる（ステップＳ１０）。

これら実プライマリーシーブ位置P1と目標プライマリーシーブ位置P2は現在のプライマリーシーブと変速終了時のプライマリーシーブ位置とを表しており、このP2とP1の差分をとることで、プライマリシーブ移動量dPが求められる。（ステップＳ１１）。

そして、このプライマリシーブ移動量にシーブ断面積APを乗算することにより、プライマリシーブの変化体積VPが求められる。（ステップＳ１２）。

さらに、プライマリシーブ変化体積VPを供給流量QINで除算することにより、油圧が充填される時間tP、すなわち変速にかかる時間を求めることができ（ステップＳ１３）、変速開始時点から変速終了時点までの回転数偏差NINTDをこのtPで除算することで入力軸回転数変化量DLTNINを求めることができる（ステップＳ１４）。すなわち、変速中の各周期毎の入力軸回転数変化量の平均として入力軸回転数変化量DLTNINが求められる。

なお、供給流量QINは無段変速機を制御するソレノイドのデューティ比であるDDSとプライマリシーブへ流入する油圧回路のライン圧PLMDLとプライマリシーブ圧PINMDLとの差圧SAATUによるマップに基づいて決定される。

そして、ステップＳ１５に示す式によりイナーシャトルク平均補正量TRQAFを求める（ステップＳ１５）。ここで、VIEはポンプ系の慣性モーメント、DLTNEはエンジン回転数変化量、TRQHIはトルクコンバータのトルク比、VITはタービン系慣性モーメント、VIINはプライマリシーブ系の慣性モーメント、VMBLTはプライマリシーブのベルト掛かり径、COは回転数変化量すなわち角加速度である。

次に、アップシフトの場合のスロットル要求開度を求める手順をタイムチャートを使用して説明する。図３はそのタイムチャートである。アップシフトが開始されると（Ａ時点）車両が加速しているので目標回転数NINTは増加していく（一点鎖線で表す）が、変速が行われているので、実際の入力回転数は減少していく（Ａ時点からＤ時点）そして、実際の入力回転数と目標入力回転数とが一致した時点（Ｄ時点）で変速か終了する。

変速開始時点（Ａ時点）では、変速開始当初の目標入力回転数と、出力回転数とが分かっているので、ステップＳ７からＳ１７の演算をおこなうことによって、スロットル要求開度を求めることができる。すなわち、変速開始当初の目標入力回転数と、出力回転数とによって入力軸回転数変化量DLTNINが求められ、さらに計算によって、イナーシャトルク補正量TRQAFが求められる。そして、イナーシャトルク補正量TRQAFから目標トルクTRQREQが求められ、さらにスロットル要求開度TANGREQが求められる。そして、スロットル要求開度TANGREQから、ファーストクローズ時間等も求められる。なお、スロットル開度をスロットル要求開度TANGREQに維持させておく時間、すなわちスロットル維持時間（Ａ時点からＢ時点）や、スロットル開度を増大させる勾配、すなわちスロットル増大勾配Ｘは、予めマップにより定めておくことができる。

したがって、変速制御開始時点の実変速比RATIO1と変速制御開始時点の目標変速比RATIO2とに基づいて変速中の入力軸回転数変化量DLTNINが求められ、この入力軸回転数変化量DLTNINに基づいて、変速中のイナーシャトルク平均補正量TRQAFが求められる。この変速中のイナーシャトルク平均補正量TRQAFの算出式には、入力軸回転数変化量DLTNINが含まれており、この入力軸回転数変化量DLTNINは各制御周期毎の入力軸回転数変化量の平均として算出されているので、イナーシャトルク平均補正量TRQAFは変速中における各制御周期毎のイナーシャトルク補正量の平均値として求められる。そして、このイナーシャトルク平均補正量TRQAFに基づいて目標トルクTRQREQと、スロットル要求開度TANGREQが算出される。したがって、変速制御開始時点の実変速比RATIO1および目標変速比RATIO2のみで、変速中のイナーシャトルク平均補正量TRQAFが求められるので、電子制御装置の演算の負荷を軽減することができる。

また、イナーシャトルク平均補正量TRQAFの算出は、ステップＳ４で肯定的に判断された場合、すなわち変速開始当初に一回だけ行われる。したがって、変速中は演算を行う必要が無く、電子制御装置の負担が軽減される。つまり、変速制御の開始時点でイナーシャトルク平均補正量TRQAFが求められる。したがって、制御周期毎に演算を行う必要が無く、電子制御装置の負担を軽減することができる。

さらに、前記スロットル要求開度TANGREQに基づいてファストクローズ時間と、スロットル維持時間、およびスロットル増大勾配Ｘが求められる。したがって、変速制御開始時点で、イナーシャトルクの補正パターンが決定されるので、電子制御装置の演算の負荷を軽減することができる。

ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ１５の機能的手段が請求項１におけるイナーシャトルク平均補正量算出手段に相当する。また、ステップＳ１６の機能的手段が請求項１における目標トルク算出手段に相当し、ステップＳ１７の機能的手段が請求項１におけるスロットル開度算出手段に相当する。またステップＳ４で肯定的に判断された場合が請求項２における変速制御開始時点に相当する。

なお、上記具体例ではアップシフトに本件発明を適用した場合について説明したが、この発明はダウンシフトに適用することができる。また、この発明の適用についてはステップ変速を行いうる無段変速機であれば良く、したがって、トラクション式無段変速機に適用することができる。要は、ステップ変速が可能であり、ステップ変速時にイナーシャトルクが発生することが問題となる無段変速機に適用することができる。

この発明の制御装置における制御の一例を説明するための第１のフローチャートである。 この発明の制御装置における制御の一例を説明するための第２のフローチャートである。 アップシフトの場合のスロットル要求開度を求める手順を示すタイムチャートである。 この発明で対象とする無段変速機を含む駆動系統の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１…無段変速機、 ５…エンジン、 １３…駆動プーリ、 １４…従動プーリ、 １５，１６…油圧アクチュエータ、 ２５…変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）。

Claims (3)

1. 無段変速機がステップ変速を行う際に出力トルクを変化させるエンジンが前記無段変速機に連結されているパワートレインの制御装置において、
   変速中の入力軸回転数変化量と無段変速機の各部材の慣性モーメントとから、変速中のイナーシャトルク補正量の平均値を求めるイナーシャトルク平均補正量算出手段と
   前記イナーシャトルク補正量の平均値からスロットル要求開度を算出するスロットル開度算出手段と
   を有していることを特徴とするパワートレインの制御装置。
2. 前記イナーシャトルク平均補正量算出手段が変速制御開始時点でのみ実行されることを特徴とする請求項１に記載のパワートレインの制御装置。
3. 前記スロットル開度算出手段で求めたスロットル要求開度に基づいて、ファストクローズ時間と、スロットル維持時間と、スロットル増大勾配とを求めるイナーシャトルク補正パターン算出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のパワートレインの制御装置。

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