JP2006153157A - 変速機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動変速装置を装備した車両の運転操作の中で、登り坂で加速したいとき、あるいは交差点でカーブを切りながら加速したいときなどに、シフト・ダウンの操作指示を与えてから実際にシフト・ダウンが実行されるまでに時間がかかりすぎることを訴える運転者がある。これに応えるために、あらゆる場面でシフト・ダウンを短時間に実行できるように設計するには装置規模が大きくなってしまう。
【解決手段】シフト・ダウンを短時間で実行する必要のある場面を積載量、道路勾配、その他の情報から検出し選択する。そしてこのような場面では、セレクタ・モータおよびシフト・モータに供給する電流を臨時的に大きく制御して、シフト・ダウンが操作されてからシフト・ダウン完了までの時間を短縮する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される変速機の転換をプログラム制御する装置に関する。本発明は、そのつど運転者がクラッチ・ペダルを踏むことなく、車両の走行状態に応じて、あるいは運転者の操作にしたがって、変速機の転換制御を自動的に行うことができる変速機制御装置の改良に関する。本発明はクラッチ・ペダルを備えていない車両にも、クラッチ・ペダルを備えクラッチ・ペダルを操作することにより自動的な変速機制御をオーバライドできるように設定された車両のいずれにも利用することができる。

本願出願人は下記［特許文献１］（以下「先願」という）にプログラム制御手段を利用する自動変速装置を開示した。本願発明は、この先願に開示した発明を出願人が製造販売する車両に実施する過程において、さらなる改良として行われたものである。先願の発明では、プログラム制御される変速装置を備え、車両の走行状態を車両に装備された各種センサなどにより検知し、これをプログラム制御手段が処理し、その走行状態に対応して最適な変速比が自動的に選択される。それに加えて運転者が自らの意思により操作レバーその他を操作して、シフト・ダウンまたはシフト・アップを指示することができるように構成されている。もっとも上記先願記載の発明は電動モータを変速装置の制御動力とするものであるが、本発明はその適用範囲についてかならずしもこのような限定をするものではない。

さらに公知の背景技術を例示すると、下記［特許文献２］には自動変速装置のクラッチ制御について、路面勾配をその制御パラメタとする技術が開示されている。また下記［特許文献３］には、ハイブリッド自動車についての技術であるが、アクセル・ペダルの踏み込み量の変化率に対応して運転者の加速の意思を判定し、変速機の変速動作を素早く実行するあるいは緩やかに実行するとの説明がある。

特開２００３−１３９２４２号公報（本願出願人の先願） 特開平２−１５９４１９号公報（いすゞ） 特開２０００−２２５８５８号公報（マツダ）

上記先願発明を実施した車両について試験をする過程で、経験のある運転者から次のような要望があった。すなわち、走行中にシフト・レバーの操作によりシフト・ダウンを指示入力すると、車両のプログラム制御手段はこれをつねに一定の時間をかけて実行するようだ。これは平坦路面でのシフト・ダウン、あるいは下り坂路面でエンジン・ブレーキを有効にするためのシフト・ダウンなどでは問題がないが、急な登り坂などでプログラム制御手段が選択したギヤよりさらに低速のギヤを選択したいとき、あるいは交差点でカーブをきりながら加速する場合などに、シフト・ダウンの指示を入力してからシフト・ダウンが実際に実行完了されるまでの時間が長い、というものである。とくに貨物車両についてその積載量が最大積載量に近い状態で、シフト・ダウンを指示入力してからそれが実際に実行完了されるまでの間に、車両が減速するとの感覚がある、という問題点が指摘された。慣れた運転者は、このような悪条件下でのシフト・ダウンのときには、マニュアル操作であるなら、シフト・ダウン操作をすばやく実行するが、プログラム制御はこれを一様の時間をかけて処理するようだ、との所感であった。

この問題を解決する一つの方策は、シフト・ダウンを実行する場合に、その車両走行の条件にかまわずつねに一様にその実行時間を短縮するように設計することである。すなわち運転操作によりシフト・ダウンが指示されたら、積載量が大きい登り坂でのシフト・ダウンでも、高速走行中のシフト・ダウンであっても、装置全体をその最悪の条件下で適合する範囲内に設計してしまうことである。このような設計変更はおそらく可能であろうが、問題が各方面の設計変更に波及することになる。すなわち、これによりシフト・ダウンの操作により使用される電力量を大きくする必要がある。電磁アクチュエータの巻線を大電流用に変更する必要がある。電気制御ではなく空気圧制御の場合には電磁弁も大型化する必要があるし、空気圧の規格を高圧化する必要がある。それに、常時短時間でシフト・ダウンを実行するには、トランスミッションのシンクロ機構の摩耗が大きくなるから、前記一連の動作に要する時間を標準値より短時間で完了するように耐久性を配慮して、トランスミッションの設計条件も変更する必要がある。これらの設計条件の変更はトランスミッション装置全体を大型化する必要が生じるであろう。これらは車両価格や車両重量に相応に影響するから望ましいことではない。

一方、真にシフト・ダウンを短時間で実行する必要がある車両の走行場面を検討すると、それは車両積載量が大きいときに限られ、しかも一定勾配を越える登り坂を走行している、あるいは一定条件を越える操舵角が操作されている、などの条件下にあることがわかってきた。したがって、車両の走行条件にかまわずにシフト・ダウンの実行時間を一様に短縮する設計は無駄が大きくなり、むしろその必要性は小さく、かぎられた条件下でシフト・ダウンを短時間で実行するなら、装置全体を大型化し、あるいは無駄に耐久性を高くすることなく、しかも顧客である運転者も満足できることがわかってきた。

本発明はこのような背景に行われたものであって、快適な運転操作を行うことができる自動変速装置を提供することを目的とする。本発明は、運転操作によりシフト・ダウンなどの変速動作が指示されたとき、これを短時間で実行する必要がある条件下では、これを短時間で実行するように構成する装置を提供することを目的とする。本発明は、車両の走行条件を配慮してその必要があるときに自動的に変速動作を短時間で実行することができる装置を提供することを目的とする。

本発明は、シフト・ダウンなどの変速動作を実行する際に、一連の変速動作を短時間で完了することができるモードを設けておき、運転者により変速動作が指示されたときに、その時点の車両の走行状態にしたがって、所定の限られた条件下にあるときにこのモードを選択し、短時間で変速動作を完了するように制御することを特徴とする。この所定の限られた条件は、車両の積載量や走行路面の道路勾配その他により設定される。

すなわち本発明は、車両の走行中に運転者の操作により発生する変速指示信号にしたがって、クラッチの切断、変速機の転換、およびクラッチの接続を含む一連の動作を自動的に実行制御するプログラム制御手段を含む変速機制御装置において、前記プログラム制御手段には、前記一連の動作を実行するに要する時間について複数のモードが設けられ、その変速指示信号が変速動作を指示する場合に、その車両の(i)積載量および(ii)走行路面勾配を含む車両走行情報にしたがい設定された条件に応じて、前記複数のモードの一つを選択して制御する手段を含むことを特徴とする。

本発明には、前記車両走行情報として、前記運転者が操作する(iii)アクセル開度の情報、(iv)車速の情報、(v)操舵角の情報その他を加えることができる。

本発明によりシフト・ダウンなどの変速動作に要する時間を短縮するために、大規模な装置を設計する必要はなくなる。そして本発明により、シフト・ダウンなどの変速動作の操作が完了するのに時間がかかりすぎるとの不評はなくなった。本発明の装置を試験したベテラン運転者からは「人馬一体感のある運転操作ができる」と表現された。

図１は本発明実施例装置のブロック構成図である。この実施例は大型貨物車または大型バスに利用される装置である。車両のエンジン１、クラッチ２、変速機３をブロック図で示す。この車両の運転席に設けられ、運転者により操作される操舵輪４、変速レバー５、クラッチ・ペダル６、アクセル・ペダル７、および非常スイッチ８をそれぞれ図面中央左に図示する。

この装置のクラッチ２はクラッチ制御シリンダ１０に供給される空気圧により開閉制御される。クラッチ制御シリンダ１０に供給される空気圧は制御ユニット１１から供給される油圧により制御される。この制御ユニット１１は制御ドライバ２７を介して、変速制御系のプログラム制御手段１２により制御されるとともに、運転者によりクラッチ・ペダル６が踏み込まれたときには、プログラム制御手段１２により制御をオーバライドして、クラッチ・ペダル６により運転者が直接制御することができる。太い破線は油圧系を表し、太い実線は空気圧系を表す。クラッチ２の機械的なストロークは、ストローク・センサ１４により検出され、プログラム制御手段１２に取込まれる。車速センサ１３の情報は同じくプログラム制御手段１２に取込まれる。

この装置の変速機３は２個の電動モータにより制御される。すなわちセレクタ・モータ１５がそのセレクト方向を制御し、シフト・モータ１６がそのシフト方向を制御する。シフト・モータ１６には空気圧が供給され、これは走行中に設定されたシフト位置を空気圧で維持するように利用される。まためったに起きないことであるが、変速機３の制御系に異常が発生し、変速機３が意図しない位置でロックされてしまったときには、手操作により非常ケーブル９を操作することにより、ロウ・ギヤまたはリバース・ギヤを設定することが可能である。これにより路上故障を回避することができるように構成されている。この構成については本発明に直接関係がないのでここで詳しい説明を省略する。上記クラッチ制御系を含め変速制御系への空気圧は空気圧タンク１７から減圧弁１８および１９を介して供給される。

エンジン制御のためのプログラム制御回路（エンジンＥＣＵ）２０は燃料ポンプ２１を制御する。本発明に係る変速制御系のプログラム制御手段（変速系ＥＣＵ）１２は制御バス２２により、プログラム制御回路２０と情報交換が行われる。またこの制御バス２２には、ブレーキ系制御回路２３、エアサスペンション系制御回路２４、メータ制御回路２５、および車間距離制御回路２６が接続され、本発明に係るプログラム制御回路１２と相互に情報交換が可能になるように構成されている。本発明の装置では、この制御バス２２を介してエアサスペンション系制御回路２２から車高制御に係る情報を取込み利用する。これは貨物（または搭乗者）の積載量を検出するために利用する。また本発明のプログラム制御手段は車両の勾配センサ２８の検出出力を取込む。

図２は本発明実施例装置の制御論理表である。この実施例では判定のための入力情報は積載量、道路勾配、およびアクセル開度である。積載量はエアサスペンションの空気圧情報から得る。すなわち後車軸と車体フレームとの間の距離（車高）は、つねにほぼ一定値になるように、エアサスペンションの空気圧を調節することにより維持されている。したがってエアサスペンションの空気圧を検出することにより、大略の積載量を知ることができる。これは上記のように、エアサスペンション系制御回路２４から、制御バス２２を介して本発明のプログラム制御回路１２に取込まれる。道路勾配は勾配センサ２８から得る。アクセル開度は運転者が操作するアクセル・ペダルの踏込み量である。図２に示す判定マップの中に示すように、入力されるアクセル開度は三段階、すなわち開度２０%以下、２０〜８０%、８０%以上として区分される。

図２に示す判定マップの数字「１」「２」「３」はセレクタ・モータ１５およびシフト・モータ１６に供給する電流の段階値を示す。「１」は最も小さい電流である。「２」は中程度の電流である。「３」は最も大きい電流である。このような電流制御は、プログラム制御手段１２の内部インターフエイス回路に設けられた半導体スイッチのコレクタ電流、すなわち半導体スイッチの導通時の等価直列抵抗を制御することにより実行される。

図３にこの電流波形および変速機シフトに要する時間を示す。図３（１）（２）（３）はそれぞれ横軸に時間の経過をとり、縦軸に電流値およびクラッチの切断状態を示すタイムチャートである。図３（１）は図２に示す判定マップの「１」に対応する。同じく図３（２）は判定マップの「２」に、図３（３）は判定マップの「３」に対応する。図３の横軸に示す時間ｔ１は変速機のギヤ抜き動作に要する時間である。同じくｔ２は変速機のセレクト動作に要する時間である。同じくｔ３は変速機のシフト動作に要する時間である。本発明の装置では、シフト・モータ１６およびセレクト・モータ１５に供給する動作電流を増大することにより、この動作に要する時間を短縮するものである。

図２に示す判定マップからわかるように、積載量が小さいとき、あるいは道路勾配が小さいときには、この動作電流の値は最も小さい「１」、すなわち定常値であるが、道路勾配が登り坂（プラス）または積載量が大きいときには、この動作電流をその状況により大きく制御する。これにより、図３にそれぞれ示すように、変速機のギヤ抜きからセレクト動作およびシフト動作に要する時間Ｔ Ｔ=ｔ１＋ｔ２＋ｔ３を段階的に短縮するように制御する。

このように制御することにより、変速機制御系に供給される電流値は必要な時に必要な程度に制御されることになる。たとえば、登り坂を大きい積載量で加速走行するときにかぎり変速機の制御電流を増大させて、変速機を短時間で切換え制御することができる。実用的には、車両は部分の時間は平坦な路面を比較的小さい積載量走行しているものであり、装置全体を短時間変速に設計変更することに比べて、きわめて経済的に高速シフトを実現することができる。

上記説明は変速機の変速制御に要する時間を３段階とするものであるが、これを２段階、あるいは４段階としても、一般にｎ段階として同様に本発明を実施することができる。とくに小型または中型の貨物車両においては実用的に２段階とすることが適当である。

上記実施例の説明では、変速機の変速制御に要する時間を変更する要素について、積載量、道路勾配、およびアクセル開度を利用するように説明したが、車速情報あるいは操舵角の情報を利用することも有意義である。すなわち変速機の動作を短時間で終了しなければならない場面は、比較的車速の小さいときであり、また操舵角の大きいときであるから、これらの要素を加えることによりさらに実用的な場面に適合するような設計を行うことができる。

本発明実施例装置のブロック構成図。 本発明実施例装置の制御論理図。 本発明実施例装置の動作説明図。

符号の説明

１ エンジン
２ クラッチ
３ 変速機
４ 操舵輪
５ 変速レバー
６ クラッチ・ペダル
７ アクセル・ペダル
８ 非常スイッチ
９ 非常ケーブル
１０ クラッチ制御シリンダ
１１ 制御ユニット
１２ プログラム制御手段（変速系ＥＣＵ）
１３ 車速センサ
１４ ストローク・センサ
１５ セレクタ・モータ
１６ シフト・モータ
１７ 空気圧タンク
１８ 減圧弁
１９ 減圧弁
２０ プログラム制御回路（エンジンＥＣＵ）
２１ 燃料ポンプ
２２ 制御バス
２３ ブレーキ系制御回路
２４ エアサスペンション制御回路
２５ メータ制御回路
２６ 車間距離制御回路
２７ 制御ドライバ
２８ 勾配センサ

Claims (4)

1. 車両の走行中に運転者の操作により発生する変速指示信号にしたがって、クラッチの切断、変速機の転換、およびクラッチの接続を含む一連の動作を自動的に実行制御するプログラム制御手段を含む変速機制御装置において、
   前記プログラム制御手段には、前記一連の動作を実行するに要する時間について複数のモードが設けられ、その変速指示信号が変速動作を指示する場合に、その車両の(i)積載量および(ii)走行路面勾配を含む車両走行情報にしたがい設定された条件に応じて、前記複数のモードの一つを選択して制御する手段を含むことを特徴とする変速機制御装置。
2. 前記車両走行情報には、前記運転者が操作する(iii)アクセル開度の情報を含む請求項１記載の変速機制御装置。
3. 前記車両走行情報には、(iv)車速の情報を含む請求項１または２記載の変速機制御装置。
4. 前記車両走行情報には、(v)操舵角の情報を含む請求項１または２記載の変速機制御装置。

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