JP2007522378A - 手動変速機付き自動車のエンジンを制御する方法 - Google Patents

Abstract

手動変速機付き自動車において、走行開始段階の間のエンジン回転数を制限するため自動車の走行状態に応じたエンジントルクの少なくとも１つの許容基準を満たす場合に、自動車のアクセルペダルの位置によって要求される設定エンジントルクに対して減少可能であって、少なくともエンジン特性量に応じて決められた設定エンジントルクが予め定められる。
【選択図】図１

Description

本発明は手動変速機付き自動車のエンジンを制御する方法に関する。

手動変速機付き自動車の場合、手動変速機を手動で操作して得られる変速操作の間においてはエンジンと変速機の間の力の流れを遮断するため、自動車の運転手が通常、クラッチペダルで操作する機械的クラッチが設けられる。空転時のエンジン回転数が高い場合および高回転数で行われる走行開始段階（例えば、摩擦クラッチを使用する始動）の場合には、エンジンと変速機との間で回転数が大きく違うことによって非常に大きな摩擦仕事がクラッチに伝達される。これがクラッチに大きな熱負荷を与え、特に始動トルクの大きい、高回転の４輪駆動のエンジンにおいて早期磨耗が生じるという結果を生む。

本発明の課題は手動変速機付き自動車のエンジンを制御する方法であって、特に自動車の走行開始段階時と空転時においてクラッチへの不利な影響を回避する方法を提供することにある。

この課題は特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴によって発明に基づき解決される。
発明の有利な形態は従属する請求項の構成要素に記載される。

発明によると、挿入された変速段を直接決める手段が設けられていない手動変速機付き自動車の場合、特にエンジン回転数を制限するため、少なくとも自動車の走行状態で予め定め得る（使用可能な）許容基準が満たされる限り、アクセルペダルの操作で運転手が要求する基準エンジントルクを減少させることが許される。この場合、少なくとも自動車の走行速度に応じた許容基準、特に自動車の走行速度によって予め定め得る使用可能な速度閾値が考慮される。自動車の走行速度の速度閾値として、ここでは好ましくは３０ｋｍ／ｈから４０ｋｍ／ｈの範囲の値、または４０ｋｍ／ｈを下回る値、例えば約３５ｋｍ／ｈの値が予め定められる。そのために自動車の走行速度がゼロ（自動車の空転時）の場合または自動車の走行速度が速度閾値より小さい場合（自動車の走行開始段階の場合）アクセルペダルの操作で運転手が要求する基準エンジントルクの代わりに特にエンジン回転数を制限するため設定エンジントルクが算出され、この設定エンジントルクは一定の前提条件のもとで基準エンジントルクに対して減少される。選択的に別の許容基準（特に自動車の走行開始段階の場合）として、使用可能な遅延時間が考慮される。すなわち、アクセルペダルの操作で運転手が要求する基準エンジントルクを減少させ得ること、およびそれによって、場合によってはこれとは相違する設定エンジントルクの設定が自動車の走行開始段階の認識後の一定の時間が経過した後に初めて許容される。この遅延時間（例えば５００ｍｓ）は、特にエンジン性能あるいはエンジントルクが緩慢に立ち上がる自動車の場合、例えば、ブースト圧力が緩慢に立ち上がるターボチャージャを備えた自動車の場合、許容基準として考慮される。

この場合、設定エンジントルクは少なくともエンジン特性量に応じて算出され、好ましくは一方ではエンジン回転数が、他方ではエンジン回転数を走行速度で除した商Ｑがエンジン特性量として考慮される。設定エンジントルクを発生させるために基準エンジントルクに、値が０から１の範囲となるトルク係数を乗じる。したがって設定エンジントルクが特に基準エンジントルクと相違し、トルク係数が値１を下回ると基準エンジントルクより減少する。これは特に次の場合に該当する。すなわち、自動車のエンジン回転数が予め定め得る回転数閾値（例えば回転数閾値として４６００Ｕ／ｍｉｎの値を予め定める）を上回る場合、かつ、回転速度を走行速度で除した商Ｑが予め定め得る範囲内（例えば１００ｍｉｎ^−１／ｋｍ／ｈおよび５００ｍｉｎ^−１／ｋｍ／ｈの間）に存在する場合に該当する。この場合トルク係数は、使用されるエンジン特性量、特にエンジン回転数とエンジン回転数を走行速度で除した商Ｑとによって作成された特性曲線図から算出できる。基準エンジントルクに対して減少される設定エンジントルク（トルク係数が値の１を下回る場合）は通常の方法でエンジントルクに影響を及ぼす介入、特に自動車のスロットルバルブおよび／または点火および／または燃料噴射への介入によって実現される。

挿入されたギアを明白に認識する必要のない調節方法で、クラッチの負荷を有意義に減少させ、それによって自動車の空転時も自動車の走行開始段階もエンジントルクおよびそのためエンジン回転数を制限してクラッチの過負荷を回避することが有利に保証される。スポーツ的に走行開始操縦をする場合、特に高回転数および高負荷で走行開始する場合、
主として使用するエンジン特性量をエンジン回転数と走行速度とにすることによって、またトルク制限値が急に立ち上がることを回避することによって、設定エンジントルクが同様に影響されることに基づいて、ギアの認識およびギアチェンジの際に自動車の活動性、加速性または走行快適性に対する不利な影響が回避される。自動車の空転時にエンジントルクおよび音響目的のためのエンジン回転数が制限できる。

発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１に手動変速機付き自動車の走行開始段階に影響を与えるエンジン制御の原理回路図を示す。

自動車運転手のアクセルペダル操作（図２参照）で要求される基準エンジントルクＭ_Ｓおよび場合によってはこれより小さい設定エンジントルクＭ_Ｖ（Ｍ_Ｖ≦Ｍ_Ｓ）に及ぼす影響は少なくとも許容基準を満たす場合にのみ許容される。満たすべき許容基準は、例えば自動車の走行開始あるいは始動の際（自動車の走行速度Ｖか０を上回ることが比較器４によってチェックされる）、遅延時間τが経過すること（例えば５００ｍｓの遅延時間τが遅延要素５によって調節される）と、速度閾値Ｖ_Ｓを下回ること（自動車の走行速度Ｖが例えば３５Ｋｍ／ｈの速度閾値を下回ることが比較器３によってチェックされる）とが考慮される。すべての許容基準が満たされる場合は、論理要素７の出口から適当な論理信号が制御ライン６に出力されてスイッチ要素２が作動し、入力ライン９（設定トルクＭ_Ｖはスイッチ要素２の出口８で遮断される）から入力ライン１０に切り換わる（設定トルクＭ_Ｖはスイッチ要素２を通過して出口８に至る）。基準エンジントルクＭ_Ｓにトルク係数ＭＦ（ＭＦ≦１）を乗じて設定トルクＭ_Ｖが得られ、その最大値は基準エンジントルクＭ_Ｓの大きさになるが、状況によっては基準エンジントルクＭ_Ｓより小さくなる（ＭＦ＝１の場合は基準エンジントルクＭ_Ｓから減少しないが、ＭＦ＜１の場合は基準エンジントルクＭ_Ｓから減少する）。トルク係数ＭＦを算出するために、スイッチ要素２を通過する入力ライン１０の場合、自動車の２つのエンジン特性、すなわち一方はエンジン回転数ｎが、他方はエンジン回転数ｎを走行速度Ｖで除した商Ｑが考慮されて、入力として特性曲線図１に導入され、その出口でトルク係数ＭＦ（ＭＦ≦１）が入力ライン１０に与えられる。例えば、エンジン回転数ｎが回転数閾値ｎ_Ｓを上回り（例えば、回転数閾値ｎ_Ｓとして４６００ｍｉｎ^−１の値を予め定める）、エンジン回転数ｎを自動車の走行速度Ｖで除した商Ｑが一定の値の範囲内にあれば（例えば、この値の範囲を通常の手動変速機の第１段ギアの範囲にほぼ相当する１５０ｍｉｎ^−１／ｋｍ／ｈから５００ｍｉｎ^−１／ｋｍ／ｈで予め定める）、トルク係数ＭＦが１と異なり（ＭＦ＜１）、エンジン回転数ｎを制限するためにスイッチ要素２の出口８を介して基準エンジントルクＭ_Ｓに介入する。トルク係数ＭＦが１より小さい（ＭＦ＜１）場合に基準エンジントルクＭ_Ｓを減少させて設定トルクＭ_Ｖにする介入は、例えば、スロットルバルブ、噴射時点または点火時点によって行うことができる。

図２および３は手動変速機付き自動車の始動の際（アクセルペダルとクラチペダルを一杯に踏み込んだ自動車の始動）の時間経過で定まるエンジン特性を示す。図２には、運転手によって与えられるアクセルペダルの位置の時間経過（基準エンジントルクＭ_Ｓに対する比としての曲線（ａ））およびスロットルバルブの位置（設定トルクＭ_Ｖに対する比としての曲線（ｂ））を示し、図３には走行速度Ｖ（曲線（ｃ））、エンジン回転数ｎ（曲線（ｄ））、エンジン回転数ｎを走行速度Ｖで除した商Ｑ（曲線（ｅ））およびトルク係数ＭＦ（曲線（ｆ））のそれぞれの時間経過を示す。

走行開始のとき自動車の始動前の時点ｔ_１において、アクセルペダルを一杯に踏み込み（曲線（ａ）），それに対応してスロットルバルブを全開し（曲線（ｂ））、同時にクラッチペダルを一杯に踏み込む。エンジン回転数ｎ（曲線（ｄ））は例えば４６００ｍｉｎ^−１の回転数閾値ｎ_Ｓの上方となる５８００ｍｉｎ^−１の臨界値に上昇する。

自動車の走行開始（始動）の際の時点ｔ_２において、クラッチは急激に、または徐々に閉じられるが、アクセルペダル（曲線（ａ））は一杯に踏み込まれたままで、スロットルバルブ（曲線（ｂ））は全開（１００％）している（ガス全量）。これによって走行速度Ｖ（曲線（ｃ））はゼロとは異なる値（Ｖ＞０）になる。エンジン回転数ｎ（曲線（ｄ））は回転数閾値ｎ_Ｓ（例えば４６００ｍｉｎ^−１）より大きい値に留まっている。自動車のエンジンと変速装置との間で回転数が大きく相違するために、これはクラッチの熱負荷、したがってクラッチの磨耗（損傷）の原因になることがある。

しかし自動車の走行開始直後の時点ｔ_３において、トルク係数ＭＦによってエンジントルクＭの限界が基準トルクＭ_Ｓから設定トルクＭ_Ｖになる。したがって、一方では設定トルクＭ_Ｖの許容基準は満たされ（走行速度Ｖは０より大きく、かつ走行速度は例えば３５ｋｍ／ｈの速度閾値Ｖ_Ｓよりも小さく、時点ｔ_２（自動車の走行開始）後の遅延時間τは予め定まっていない（τ＝０））。そして他方では、特性曲線図１の入力量としてのエンジン特性量のエンジン回転数ｎとエンジン回転数ｎを走行速度Ｖで除した商Ｑとの値によって（特に、エンジン回転数ｎは４６００ｍｉｎ^−１の回転数閾値ｎ_Ｓを上回るのに対し、商Ｑの方は第１段ギアに与えられた特性の値の範囲にある）特性曲線図１から１とは異なるトルク係数が与えられる（ＭＦ≦１、例えばＭＦの最小値は約０．３になる）。これによって、全開のスロットルバルブ（スロットルバルブの開度１００％）は再び部分的に閉じられ（スロットルバルブの開度は１００％未満、例えばスロットルバルブの開度は約２０％）、このため基準エンジントルクＭ_Ｓより小さい設定トルクＭ_Ｖがエンジントルクとして与えられ、このことでエンジン回転数ｎも減少して４６００ｍｉｎ^−１の回転数閾値ｎ_Ｓを下回ることになる。

時点ｔ_４において、特性曲線図１の入力量としてのエンジン回転数ｎとエンジン回転数を走行速度Ｖで除した商Ｑの値が変化するため（特に、エンジン回転数ｎの減少によって４６００ｍｉｎ^−１の回転数閾値ｎ_Ｓを再度下回る）、特性曲線図１から再び値１がトルク係数ＭＦに与えられる（ＭＦ＝１）。このことによって、スロットルバルブ（曲線（ｂ）はアクセルペダル（曲線（ａ））の位置に応じて再び開き（スロットルバルブの開度は１００％）、基準エンジントルクＭ_Ｓに相当する設定トルクＭ_Ｖがエンジントルクとして与えられる。

時点ｔ_５において、走行速度Ｖが例えば３５ｋｍ／ｈの速度閾値に達した時には、設定トルクＭ_Ｖの許容基準はもはや満たされなくなるので、この時点ｔ_５から設定トルクＭ_Ｖの設定は無効になる。これによって、図１によるスイッチ要素２は入力ライン９に切り換えられ、スイッチ要素２の出力ライン８上でアクセルペダルの位置によって要求される基準エンジントルクＭ_Ｓが与えられる。

トルク制御の原理回路図を示す。 走行開始段階の際のアクセルペダルとスロットルバルブの位置の時間経過を示す。 走行開始段階の際の種々のエンジン特性の時間経過を示す。

Claims (14)

1. 手動変速機付き自動車のエンジンを制御する方法であって、
   自動車の走行状態に応じた少なくとも１つのエンジントルク（Ｍ）の許容基準を満たす場合に、自動車のアクセルペダルの位置によって要求される基準エンジントルク（Ｍ_Ｓ）に対して減少可能な設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）が予め定められ、かつ
   設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は少なくともエンジン特性量（ｎ，Ｑ）によって定められることを特徴とする。
2. 許容基準として自動車の走行速度（Ｖ）が考慮され、かつ、自動車の走行速度（Ｖ）が速度閾値（Ｖ_Ｓ）を下回る場合には、設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は少なくともエンジン特性量（ｎ，Ｑ）によって予め定められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は自動車の走行開始段階を認識した後に初めて、少なくともエンジン特性量（ｎ、Ｑ）によって予め定められることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 追加の許容基準として、自動車の走行開始段階を認識してから後の一定の遅延時間（τ）が考慮され、かつ、設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は遅延時間（τ）の経過後に、少なくともエンジン特性量（ｎ、Ｑ）によって予め定められることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
5. 設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）を定めるエンジン特性量として，少なくともエンジン回転数（ｎ）とエンジン回転数（ｎ）を走行速度（Ｖ）で除した商（Ｑ）とが考慮されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. エンジン回転数（ｎ）が回転数閾値（ｎ_Ｓ）を上回り、かつエンジン回転数（ｎ）を走行速度（Ｖ）で除した商（Ｑ）が一定の範囲内にある場合には、エンジン回転数（ｎ）の回転数制限で引き起こされる設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は基準エンジントルク（Ｍ_Ｓ）に対して減少されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. エンジン回転数（ｎ）の回転数閾値（ｎ_Ｓ）として４６００Ｕ／ｍｉｎの値が予め定められることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は基準エンジントルク（Ｍ_Ｓ）にトルク係数（ＭＦ）を乗じることで定められることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. トルク係数（ＭＦ）は特性曲線図（１）から算出されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）が基準エンジントルク（Ｍ_Ｓ）と相違する場合は、自動車のスロットルバルブおよび／または点火および／または燃料噴射に介入が行われることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. 自動車の走行速度（Ｖ）の速度閾値（Ｖ_Ｓ）は２５ｋｍ／ｈから４０ｋｍ／ｈの範囲の値に予め定められることを特徴とする請求項２ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 自動車の走行速度（Ｖ）の速度閾値（Ｖ_Ｓ）は３５ｋｍ／ｈの値に予め定められることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 自動車の空転時の設定エンジントルク（Ｍ_Ｙ）はエンジン騒音に音響的影響を及ぼすために予め定められることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 自動車の走行開始段階時の設定エンジントルク（Ｍ_Ｖ）は自動車のクラッチのクラッチ損傷を回避するために予め定められることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。

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