JP2007177661A - 車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速比無限大無段変速機（ＩＶＴ）を含む車両の駆動制御装置において、ＣＶＴが過負荷にならないこと。
【解決手段】アクセル操作量θ、車速Ｖ及びエンジン出力マップ３６を用いて、エンジン出力Ｐｅを演算する。ＣＶＴ入力軸回転速度ωｉ、ＣＶＴ出力軸回転速度ωｏ及び許容最大エンジン出力マップ３７を用いて、許容最大エンジン出力Ｐemaxを演算する。エンジン出力Ｐe が許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えている場合、信号出力部３１からエンジン制御部３８に、エンジン２の出力を低下させるための信号を出力する。エンジン出力制御部３８では、燃料供給量調節機構３９を介して、エンジン出力Ｐｅを低下させる。これにより、ＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速比無限大無段変速機を含む車両においてエンジン出力を制御する、車両の駆動制御装置に関する。

変速比を無段階で変更することのできる無段変速機構（ＣＶＴ）、例えばベルト伝動によるＣＶＴでは、動力循環モードがないので、ＣＶＴの伝達する動力は、トランスミッションの変速比の変化にかかわらず、常に、エンジン出力よりも小さい。すなわち、図４において、エンジン出力Ｐｅに対するＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT の比Ｐ_CVT ／Ｐｅが、常に、１より小さい〔（Ｐ_CVT ／Ｐｅ）＜１〕。

一方、ＣＶＴと遊星ギヤ機構を組み合わせ、ＣＶＴにトルク循環を生じさせることで出力回転ゼロの状態（ギヤニュートラル）を含む変速状態を実現できる動力循環モードと、エンジントルクを、専らＣＶＴを介してダイレクトに動力を伝達する直結モードとを実現することのできる変速比無限大無段変速機（ＩＶＴ）が提供されている（例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３を参照）。
特開２００２−１０６７０９号公報 特表２００４−２１１８５２号公報 特開２００１−２１０２７号公報

ＩＶＴでは、動力循環モードが存在するため、低車速において、ＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT が、エンジン出力Ｐｅを超える領域が存在する。すなわち、比Ｐ_CVT ／Ｐｅが１を超える領域〔（Ｐ_CVT ／Ｐｅ）≧１〕が存在する。
その領域において、ＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT が、ＣＶＴの許容最大伝達動力Ｐ_CVTmaxを超える場合には、ＣＶＴの負荷が過大となり、破損するおそれがある。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＣＶＴの過負荷の発生を防止することができる、車両の駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、変速比を無段階で変更することのできる無段変速機構（以下、ＣＶＴという）と、このＣＶＴの入力軸および出力軸の間に介装された遊星ギヤ機構と、変速比無限大を含む変速比範囲で動力を伝達する動力循環モードを実現するときに連結される動力循環モードクラッチと、ＣＶＴのみで動力を伝達する直結モードを実現するときに連結される直結モードクラッチとを含む変速比無限大無段変速機（以下、ＩＶＴという）と、検出されたアクセル操作量および検出された車速に基づいて、エンジン出力を演算するエンジン出力演算部と、検出されたＣＶＴ速度比（ＣＶＴ出力軸回転速度／ＣＶＴ入力軸回転速度）に応じた、許容最大エンジン出力を演算する許容最大エンジン出力演算部と、上記エンジン出力が上記許容最大エンジン出力を超えているときに、エンジンの出力を低下するための信号を出力する信号出力部とを備えることを特徴とするものである。

本発明では、ＣＶＴを経由するパワーが、そのときの変速比における許容最大ＣＶＴ伝達動力を超えることがないので、ＣＶＴの破損の発生を確実に防止することができる。
また、上記信号出力部からの信号を入力するエンジン制御部と、エンジン制御部が出力する制御信号によって動作するエンジン出力調節機構とを備える場合には、エンジン出力調節機構が動作され、エンジンの出力に関連する、エンジンのトルクまたは回転数の少なくとも一方が低下されることになる。上記エンジン出力調節機構としては、エンジンへの燃料供給量を調整する燃料供給量調整機構を用いることができ、例えばスロットルバルブの開度を調整するようにしてもよい。

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は本発明の一実施の形態の、車両の駆動トルク制御装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、変速比無限大無段変速機１（以下、ＩＶＴ１という）は、エンジン２の出力軸３にトーショナルダンパ４を介して連結されたＩＶＴ入力軸５と、フルトロイダル型無段変速機からなるＣＶＴ６と、遊星ギヤ機構７と、ＩＶＴ入力軸５と平行に設けられ駆動輪に連結されたＩＶＴ出力軸８とを備えている。このＣＶＴは、いわゆるトルク制御型ＣＶＴである。

ＣＶＴ４は、ＩＶＴ入力軸５と同軸上に設けられたＣＶＴ入力軸９と、ＣＶＴ入力軸９を挿通させる中空のＣＶＴ出力軸１０とを備えている。ＣＶＴ入力軸９には、一対の入力ディスク１１，１２が一体回転可能に設けられている。これらの入力ディスク１１，１２は、背中合わせに配置され、それぞれ、トロイダルレースを形成している。また、ＣＶＴ出力軸１０には、一対の入力ディスク１１，１２のトロイダルレースにそれぞれ対向するトロイダルレースをそれぞれ形成した一対の出力ディスク１３，１４が、一体回転可能に設けられている。

入力ディスク１１，１２と出力ディスク１３，１４のトロイダルレース間には、両ディスク１１，１３；１２，１４間にトルクを伝達するためのローラ１５，１６がそれぞれ配置されている。入力ディスク９からローラ１３を介して出力ディスク１１にトルクが伝達されるとともに、入力ディスク１０からローラ１４を介して出力ディスク１２にトルクが伝達される。各ローラ１３，１４は、図示しないキャリッジにより支持されている。

両ディスク１１，１３；１２，１４には端末負荷が付与される一方、ローラ１５，１６はキャリッジを介して油圧による付勢力を受けて、両ディスク１１，１３；１２，１４に押し付けられている。
キャリッジに支持されたローラ１５，１６は、トルクを伝達することによりキャリッジに生ずるリアクション力と、出力ディスク１３，１４を駆動するのに必要なトルクとのアンバランスを解消するべく、キャリッジの軸線回りにローラ１５，１６の回転軸線が揺動角度を生ずるように傾斜させる。これにより、ローラ１５，１６の姿勢が変化し、両ディスク１１，１３；１２，１４間の速度比が連続的に変化するようになっている。

遊星ギヤ機構５は、サンギヤ１７と、キャリア１８によって支持された複数の遊星ギヤ１９と、遊星ギヤ１９に噛み合う内歯を有するリングギヤ２０とを備えている。
遊星ギヤ機構５は、ＣＶＴ入力軸９とＣＶＴ出力軸１０との間に介在している。具体的には、まず、リングギヤ２０が、ＩＶＴ出力軸８に一体回転可能に連結されている。
また、ＣＶＴ入力軸９の回転が、ギヤ列２１および連結状態の動力循環モードクラッチ２２（ロークラッチともいう）を介して、キャリア１８に伝達されるようになっている。ギヤ列２１は、ＣＶＴ入力軸９と一体回転可能に連結されたギヤ２１ａと、ギヤ２１ａに噛み合いＩＶＴ出力軸８に回転自在に支持されたギヤ２１ｂとを有している。動力循環モードクラッチ２２は、ギヤ２１ｂとキャリア１８とを連結／解放可能な、例えば多板クラッチからなる。動力循環モードクラッチ２２は、連結されたときに、変速比無限大を含む変速比範囲で動力を伝達する動力循環モードを実現する。

また、ＣＶＴ出力軸１０の回転が、ギヤ列２３を介して、サンギヤ１７に伝達されるようになっている。ギヤ列２３は、ＣＶＴ出力軸１０に一体回転可能に連結されたギヤ２３ａと、ギヤ２３ａに噛み合い、サンギヤ１７に一体回転可能に連結されたギヤ２３ｂとを有している。ギヤ２３ｂとＩＶＴ出力軸８との間には、ギヤ２３ｂとＩＶＴ出力軸８とを連結／解放可能な直結モードクラッチ２３（ハイクラッチともいう）が介在している。直結モードクラッチ２４は、連結されたときに、ＣＶＴ６のみでのみで動力を伝達する直結モードを実現する。

直結モードクラッチ２４が解放され、動力循環モードクラッチ２２が連結された状態では、エンジン２の動力は、ＩＶＴ入力軸５およびギヤ列２１を介して、キャリア１８に伝達され、その結果、遊星ギヤ機構７のリングギヤ２０にトルク増幅されて伝達され、ＩＶＴ出力軸８に出力される。
このとき、リングギヤ２０にかかる駆動負荷による反力がサンギヤ１７にもトルクを及ぼす。このサンギヤ１７に作用するトルクは、ギヤ列２３およびＣＶＴ出力軸１０を介してＣＶＴ６に戻り、ＣＶＴ入力軸９側でエンジン２の出力トルクと合わさって、ギヤ列２１および動力循環モードクラッチ２２を介して再びキャリア１８に伝達される。

すなわち、エンジン動力がＩＶＴ出力軸８に出力されるとともに、ＣＶＴ６と遊星ギヤ機構７を通って循環するいわゆる動力循環モードとなる。この動力循環モードは、車両発進、低速走行、中速急加速時等の大きな駆動トルクが必要とされるときに選択される。
一方、動力循環モードクラッチ２２が解放され、直結モードクラッチ２４が連結された状態では、エンジン２の動力は、ＣＶＴ６を経てサンギヤ１７に伝達され、直結モードクラッチ２４を介して、ＩＶＴ出力軸８から出力される、直結モードとなる。この直結モードは、中速時、高速加速時等のさほど大きな駆動トルクが必要とされないときに選択される。

ＩＶＴ制御部２５は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit)により構成されており、コンピュータが所定のプログラム処理を実行することによってソフトウエア的に実現される複数の機能処理部を有している。すなわち、ＩＶＴ制御部２５は、エンジン出力演算部２６と、ＣＶＴ入力軸回転速度演算部２７と、ＣＶＴ出力軸回転速度演算部２８と、ＣＶＴ速度比演算部２９と、許容最大エンジン出力演算部３０と、信号出力部３１とを有している。

ＩＶＴ制御部２５には、アクセル操作量を検出するアクセル操作量センサ３２と、車両の走行速度を検出する車速センサ３３と、ＣＶＴ入力軸９の回転速度を検出するＣＶＴ入力軸回転速度センサ３４と、ＣＶＴ出力軸１０の回転速度を検出するＣＶＴ出力軸回転速度センサ３５とが接続されており、これらのセンサ３２〜３５からの信号がＩＶＴ制御部２５に入力されるようになっている。

エンジン出力演算部２６は、アクセル操作量センサ３２によって検出されたアクセル操作量θおよび車速センサ３３により検出された車速Ｖを入力し、予め記憶されたエンジン出力マップ３７を用いて、エンジン出力Ｐｅを演算する。エンジン出力演算部２６による演算結果は、信号出力部３１に入力される。上記のエンジン出力マップ３６は、アクセル操作量θおよび車速Ｖに応じたエンジン出力Ｐｅが予め記憶されたマップである。

ＣＶＴ入力軸回転速度演算部２７は、ＣＶＴ入力軸回転速度センサ３４からの検出信号に基づいて、ＣＶＴ入力軸回転速度ωｉを演算する。ＣＶＴ出力軸回転速度演算部２８は、ＣＶＴ出力軸回転速度センサ３５からの検出信号に基づいて、ＣＶＴ出力軸回転速度ωｏを演算する。検出されたＣＶＴ入力軸回転速度ωｉおよびＣＶＴ出力軸回転速度ωｏはＣＶＴ速度比演算部２９に入力される。

ＣＶＴ速度比演算部２９は、入力されたＣＶＴ入力軸回転速度およびＣＶＴ出力軸速度ωｏに基づいて、ＣＶＴ速度比Ｒ_CVT を、式 Ｒ_CVT ＝ωｏ／ωｉ を用いてを演算する。ＣＶＴ速度比演算部２９による演算結果としてのＣＶＴ速度比Ｒ_CVT は、許容最大エンジン出力演算部３０に入力される。
許容最大エンジン出力演算部３０は、入力されたＣＶＴ速度比Ｒ_CVT における最大エンジン出力Ｐemaxを、予め記憶された許容最大エンジン出力マップ３７を用いて演算する。最大エンジン出力マップ３７は、ＣＶＴ速度比Ｒ_CVT に応じた許容最大エンジン出力Ｐemaxが予め記憶されたマップである。許容最大エンジン出力演算部３０による演算結果としての許容最大エンジン出力Ｐemaxは、信号出力部３１に入力される。

入力されたエンジン出力Ｐe が入力された許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えているときに（Ｐe ＞Ｐemax）、エンジン制御部３８に、エンジン２の出力を低下させるための信号を出力する。信号出力部３１からの信号を受けたエンジン制御部３８は、燃料供給量調節機構３９に、燃料供給量を低下させる制御信号を出力する。燃料供給量調節機構３９としては、電子制御スロットルを例示することができる。

次いで、図２は、ＩＶＴ制御部２５の動作を示すフローチャートである。まず、各センサ３２〜３５からの検出結果としての、アクセル操作量θ、車速Ｖ、ＣＶＴ入力軸回転速度ωｉおよびＣＶＴ出力軸回転速度ωｏがそれぞれ入力される（ステップＳ１）。
次いで、上記アクセル操作量θ、上記車速Ｖおよび上記エンジン出力マップ３６を用いて、エンジン出力Ｐｅが演算され（ステップＳ２）、さらに、上記ＣＶＴ入力軸回転速度ωｉ、上記ＣＶＴ出力軸回転速度ωｏおよび上記許容最大エンジン出力マップ３７を用いて、許容最大エンジン出力Ｐemaxが演算される（ステップＳ３）。

次いで、上記エンジン出力Ｐｅが許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えているか否かが判断され（ステップＳ４）、上記エンジン出力Ｐe が上記許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えていないときには、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ４の判断において、上記エンジン出力Ｐe が上記許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えていると判断されたときには（Ｐe ＞Ｐemax）、信号出力部３１からエンジン制御部３８に、エンジン２の出力を低下させるための信号が出力される（ステップＳ５）。

これにより、エンジン制御部３８が、燃料供給量調節機構３９を介して、燃料供給量を低下させるので、エンジン出力Ｐｅが、そのときのＣＶＴ速度比Ｒ_CVT における許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えないように調節されることになる。
すなわち、図３を参照して、ＣＶＴ７の伝達するＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT がエンジン出力Ｐｅよりも大きくなる領域（Ｐ_CVT ＞Ｐｅとなる領域）において、エンジン出力Ｐe を所定の許容最大値（許容最大エンジン出力Ｐemax）以下に制限し、ＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT がＣＶＴの許容最大伝達動力Ｐ_CVTmaxを超えないようにする。これにより、ＣＶＴ７が過度な動力を伝達することが防止され、ＣＶＴ７の破損の発生を確実に防止することができる。

特に、トルク制御型ＣＶＴを用いた場合には、例えばエンジン２の何らかの不具合によって一時的に上記エンジン出力Ｐe が上記許容最大エンジン出力Ｐemaxを超えてしまったとき（Ｐe ＞Ｐemax）にも、ＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT がＣＶＴの許容最大伝達動力Ｐ_CVTmaxを超えてしまうこと（Ｐ_CVT ＞Ｐ_CVTmax）を、次のような方法で、回避することができる。

通常、トルク制御型ＣＶＴでは、エンジン回転数をある回転数に維持する場合には、エンジン出力トルクＴｅをＣＶＴ７によるエンジン負荷トルクＴ_CVT,Loadと等しくするか、或いは、エンジン出力トルクＴｅとＣＶＴ７によるエンジン負荷トルクＴ_CVT,Loadとの間に、エンジン回転数を制御するのに必要なだけの差分を与えている。その制御則は、エンジンイナーシャをＩｅとし、エンジン回転数（エンジンの回転軸の回転速度に相当）をωｅとして、下記式で表される。ただし、ω’eはωｅを微分した回転加速度である。

Ｉｅ・ω’e ＝Ｔｅ−Ｔ_CVT,Load
しかしながら、上記のようにＰe ＞Ｐemaxとなるような非常事態に、上記の制御則を遵守していると、ＣＶＴ伝達動力Ｐ_CVT がＣＶＴの許容最大伝達動力Ｐ_CVTmaxを超えてしまう。そこで、上記のような非常事態には、上記の制御則には従わず、これに代えて、Ｐ_CVT ≦Ｐ_CVTmaxを守るように、ＣＶＴ負荷トルクを制御することで、問題を回避することができる。ただし、このとき、エンジン回転数が上昇して、やがて、変速レンジの限界に達し、その結果、変速比が一定となり、そうした場合には、トルク制御ができなくなる。

したがって、上記のような非常事態の回避方法（すなわち、Ｐ_CVT ≦Ｐ_CVTmaxを達成するような回避方法）は、エンジン回転数が変速レンジ中の所定の領域にあるときのみに一時的に成立させるようにし、エンジン回転数が変速レンジの限界に達した場合には、エンジン回転数を元の状態に復帰させるか、またはエンジンを停止させる必要がある。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、遊星ギヤ機構７は、ＣＶＴ入力軸９に連結される要素、ＣＶＴ出力軸１０に連結される要素、および駆動輪に連結される要素を有していればよい。ギヤ列２１，２３の少なくとも一方に代えて、チェーン・スプロュット機構を用いてもよい。また、ＣＶＴは、フルトロイダル式に限らず、ハーフトロイダル式であってもよく、また、ベルト式、チェーン式その他の各種のタイプのＣＶＴであってもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

本発明の一実施の形態の車両の駆動制御装置が適用されたＩＶＴの概略構成を示す模式図である。 ＩＶＴ制御部の処理の流れを示すフローチャートである。 変速比に対する、エンジン出力およびＣＶＴ伝達動力の変化を示すグラフ図である。 横軸を変速比とし、縦軸をエンジン出力に対するＣＶＴ伝達動力の比としたグラフ図である。

符号の説明

１…ＩＶＴ、２…エンジン、５…ＩＶＴ入力軸、６…ＣＶＴ、７…遊星ギヤ機構、８…ＩＶＴ出力軸、９…ＣＶＴ入力軸、１０…ＣＶＴ出力軸、１７…サンギヤ、１８…キリャア、１９…遊星ギヤ、２０…リングギヤ、２２…動力循環モードクラッチ、２４…直結モードクラッチ、２５…ＩＶＴ制御部、２６…エンジン出力演算部、２７…ＣＶＴ入力軸回転速度演算部、２８…ＣＶＴ出力軸回転速度演算部、２９…ＣＶＴ速度比演算部、３０…許容最大エンジン出力演算部、３１…信号出力部、３６…エンジン出力マップ、３７…許容最大エンジン出力マップ、３８…エンジン制御部、３０…燃料供給量調整機構、θ…アクセル操作量、Ｖ…車速、Ｐｅ…エンジン出力、Ｐemax…許容最大エンジン出力、Ｐ_CVT …ＣＶＴ伝達動力、Ｐ_CVTmax…ＣＶＴの許容最大伝達動力、Ｒ_CVT …ＣＶＴ速度比

Claims (3)

1. 変速比を無段階で変更することのできる無段変速機構（以下、ＣＶＴという）と、このＣＶＴの入力軸および出力軸の間に介装された遊星ギヤ機構と、変速比無限大を含む変速比範囲で動力を伝達する動力循環モードを実現するときに連結される動力循環モードクラッチと、ＣＶＴのみで動力を伝達する直結モードを実現するときに連結される直結モードクラッチとを含む変速比無限大無段変速機（以下、ＩＶＴという）と、
   検出されたアクセル操作量および検出された車速に基づいて、エンジン出力を演算するエンジン出力演算部と、
   検出されたＣＶＴ速度比（ＣＶＴ出力軸回転速度／ＣＶＴ入力軸回転速度）に応じた、許容最大エンジン出力を演算する許容最大エンジン出力演算部と、
   上記エンジン出力が上記許容最大エンジン出力を超えているときに、エンジンの出力を低下するための信号を出力する信号出力部とを備えることを特徴とする車両の駆動制御装置。
2. 請求項１において、上記信号出力部からの信号を入力するエンジン制御部と、エンジン制御部が出力する制御信号によって動作するエンジン出力調節機構とを備えることを特徴とする車両の駆動制御装置。
3. 請求項２において、上記エンジン出力調節機構は、エンジンへの燃料供給量を調整する燃料供給量調整機構を含むことを特徴とする車両の駆動制御装置。

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