JP2009186010A - 自動変速機を備えた車両の上り坂での加速制御の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動変速機を備えた自動車の上り坂での加速制御を改善することができる手段を提供する。
【解決手段】自動化又はロボット化された変速機を備えている自動車の上り坂での加速度を制御する方法及び装置においては、上り坂の勾配に応じて変速機の動作の制御方式を設定するようになっている。ここで、上り坂の勾配は、自動車の前後方向の加速度の値と、自動車が検出することができる高度とに基づいて好ましく計算される。高度は、検出された大気圧の値に基づいて好ましく計算される。かくして、高度に相応する空気の密度の低下に起因するエンジンのトルクの低下を考慮することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動化又はロボット化されたギヤボックス型の変速機が設けられた自動車における上り坂での加速度ないしはピックアップ（発進時における加速度）を制御する方法及び装置に関するものである。

自動変速機が設けられている自動車又は車両において遭遇する主要な問題の１つは、自動車の挙動を運転者の希望及び要求に合致させることが必要であるということである。これは、一般的には、運転者の意図を理解又は把握するともに予測する能力又は機能を必要とするということを意味する。上り坂において自動車を加速させる場合、従来のギヤボックス型の自動変速機では、水平な地面での普通の移動と比べて異なる制御は行われない。このため、エンジンを駆動輪に接続する摩擦クラッチは、エンジンと同一の回転速度で係合又は締結されるので、この係合はアクセルペダルのみに従って水平移動時に起こることになる。これは、自動車に異常で不快な挙動を生じさせるとともに、クラッチに望ましくないスリップ又はその危険性を生じさせ、その結果クラッチの破損を生じさせるおそれがある。このような状況は、手動式のギヤボックス型の変速機を備えた自動車の場合には生じない。なぜなら、この場合は、上り坂において静止状態から加速しようとする運転者は、運転条件が水平面とは異なることを認識し、アクセルペダルとクラッチペダルとが首尾良く調整されるようにクラッチを操作しようとするからである。

前記の問題を解決するために、運転者がブレーキペダルの踏み込みを維持しているときと、運転者がアクセルペダルを踏み込んだときとの間の経過時間を測定するなどして、上り坂における加速の状態であることを自動的に認識するといった対応が考えられる。とくに、予め設定されたしきい値よりも前記の時間間隔の値が小さいときには、上り坂における加速の状態であることを示していると考えることができる。しかしながら、このような手法又は方策は汎用的なものではなく限定的なものである。なぜなら、実際の運転状態に応じて制御に介入し又は制御を調整することは不可能であり、またこの後における水平な地面での加速の場合は、この種の介入又は調整を排除するための複雑な操作が必要となるからである。

本発明の目的は、前記従来の問題を単純かつ有効に解決することができる手段を提供することである。

前記の目的を達するため、本発明は、エンジンの回転速度（engine speed）に応じてギヤボックス型の変速機（gear box）の動作の制御方式又は制御手法（control strategy）を設定する電子的手段又は電子制御手段を備えている、自動化又はロボット化されたギヤボックス型の変速機が設けられている自動車における、上り坂（uphill slope）での加速又は加速度（pickup）を制御する方法を提供する。この方法は、前記制御方式を、上り坂の勾配に応じて設定することを特徴とする。さらに、本発明に係る方法においては、前記の制御方式が、自動車が検出又は取得する（find）ことができる高度又は標高（altitude）に従って設定又は決定するようになっているのが好ましい。

本発明の目的は、前記の方法を実施するための装置によっても達することができる。

本発明のさらなる特徴及び利点又は効果は、添付の図面を参照しつつ行われる、非限定的な実施例である後記の実施の形態の記述により明らかとなるであろう。

上り坂での加速時における自動車の状態を模式的に示す自動車の側面図である。 本発明に係る方法及び装置の基本原理を模式的に示すブロック図である。 本発明に係る方法の実施に用いることができる具体例を示すブロック図である。 本発明に係る方法の実施に用いることができる具体例を示すブロック図である。 本発明の利点ないしは効果を示すグラフである。 本発明の利点ないしは効果を示すグラフである。

本発明の第１の重要な特徴は、上り坂での自動車の加速時（ピックアップ時）における自動化又はロボット化されたギヤボックス型の変速機（以下、単に「変速機」という。）の操作は、該上り坂の勾配又は角度勾配に応じて制御されるという事実である。本発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上り坂の勾配は、該上り坂に沿った、自動車の前後方向又は縦方向（longitudinal direction）において検出される自動車の加速度の値に基づいて計算又は算出される。自動車の前後方向の加速度を検出する加速度センサ構造体（arrangement）は、種々の目的のために、多くの場合、自動車の上に設けられる。本発明によれば、上り坂の勾配を示す角度αは、下記の式１で計算することができる。

α＝ａｒｃｓｉｎ（α_ｘ／ｇ）…………………………………………（式１）

式１において、α_ｘは前記加速度センサによって検出される直線加速度（linear acceleration）の値であり、ｇは重力による加速度である。かくして、下記の式２により、αの値に基づいて、上り坂の勾配（Gradient_％）をパーセント値で計算することができる。

Ｇｒａｄｉｅｎｔ_％＝１００・ｈ／Ｌ＝１００・ｔａｎ（α）……（式２）

この値は、上り坂での加速運転状態（operating condition of pickup）を考慮又は加味するために、変速機の制御方式への介入又は干渉（intervention）を決定するモデル（モデル式）における入力データとして用いられる。直線加速度（linear acceleration）に対するその他の寄与（contribution）がないときにのみ、α_ｘの値がｇ・ｓｉｎ（α）と等しくなるということを理解することが重要である。これは、自動車が上り坂において静止状態又は停止状態から加速を行うことを意味する。

しかしながら、α_ｘから、自動車の力学特性又は動力（dynamics）に由来する慣性値（inertial values）を減算することにより、移動状態における道路の勾配の値を計算することができる。このようにして、式２であらわされる関係により、動的に（dynamically）道路の勾配を計算することができる。角度αは、式１であらわされる関係により近似的に計算される。ここで、加速度の値は、ｇ・ｓｉｎ（α）と等しく、一定の寄与となる。

本発明のさらなる重要かつ好ましい特徴によれば、上り坂での加速時における変速機の制御方式が、自動車が検出又は取得することができる地理的な高度（geographical altitude）を考慮又は加味して、すなわちエンジンによって生成されるトルクが高度の増加に伴う空気の密度の減少により低下するといった事実を考慮して決定される。本発明によれば、高度の値は、下記の式３であらわされるベルヌーイの式（Bernouilli equation）に基づいて計算される。

ｐ＋ρ・ｇ・ｈ＋（１／２）ρ・ｖ^２＝ｃｏｎｓｔ…………………（式３）

式３は下記の２つの場面で用いられる。すなわち、第１には海水位（海抜０メートルの高度）で用いられ、第２には任意の高度ｈで用いられる。かくして、下記の式４が得られる。

ｐ_ｈ＋ρ_ｈ・ｇ・Δｈ＝ｐ_０……………………………………………（式４）

式４において、ｐ_０は海水位における気圧であり、ｐ_ｈは高度ｈにおける気圧である。また、ρ_ｈは空気の密度であり、ｇは重力による加速度であり、Δｈ（ｈ−０＝ｈ）は、高度をメートル（メートル法）であらわしたものである。

式４を、Δｈのみが左辺に残るように変形すると、下記の式５が得られる。

Δｈ＝ｐ_０／（ρ_ｈ・ｇ）−ｐ_ｈ／（ρ_ｈ・ｇ）………………………（式５）

式５において、値が一定である各物理量を定数又は標準値（standard value）に置き換えれば、下記の式６で示す関係が得られる。

Δｈ＝ｃｏｎｓｔ_１−ｃｏｎｓｔ_２・ｐ_ｈ………………………………（式６）

また、現代の新型の自動車では、大気圧を検出する大気圧センサがすでに設けられていることが多いので、自動車に搭載されている電子制御式の変速機に、大気圧センサによって検出された大気圧を示す信号を送ることができる。

本発明によれば、エンジン回転速度が高い状態でクラッチの締結を行うために、変速機の動作の制御マップの変化又は変更（variation）を計算するために設定されたアルゴリズムを実行することができる電子制御手段が設けられる。図２中に模式的に示しているように、電子制御手段は、水平な地面での加速の場合に得られるエンジントルクに対して、エンジントルクの変化を生じさせる新しい制御方式を設定するために、大気圧の値と計算された勾配の値とを考慮するプログラムを備えている（又はプログラムされている）。この制御方式は、加速動作（pickup manoeuvre）が開始される前に、静止又は停止している自動車について取得又は入手できる情報（available information）に基づいて、自動装置又はオートマトン（automaton）により設定される。

図２中に示すように、この制御方式の設定は、基本的には、自動車が検出することができる高度をメートルであらわした値と勾配をパーセントであらわした値とを取得又は考慮する過程と、これらの値を特定の制御ブロックで演算又は処理する過程とからなる。この制御は、勾配が大きい（急勾配の）上り坂で行われる加速において、予め設定されたエンジントルクの増加（determined increase in engine torque）を得るために行われる。

加速に際してエンジントルクの増加を得るための最適なしきい値の計算にそれぞれ寄与する基本的な寄与要素としては、次の３つのものが存在する。すなわち、第１は、アクセルペダル（操作量）とブレーキペダル（操作量）とを考慮する基本制御方式ブロック（basic strategy block）によって設定又は決定することができる値である。第２は、高度と勾配とを考慮する計算ブロックにより計算又は演繹することが可能な値（deducible value）である。第３は、前記の２つの寄与要素の比較・評価又は重み付けを行う（weighing）、アクセルペダル（操作量）により決定することができる値である。

図３に示すように、式２により勾配のパーセント値を計算するために、自動車の前後方向又は縦方向の加速度が評価又は取得される。基本的には、検出される加速度の値は、自動車の加速度が確実又は正確に０であり、かつ追加のオフセット電位ないしはオフセットポテンシャルの補正（extra off-set potential correction）が導入又は実施されたときに、静止又は停止している自動車の状態に関して検出又は採取される。

図４に示すように、制御方式への種々の寄与は、より高いエンジントルク値を伴った加速を生じさせる。図４に示すブロックの結果又は効果は、クラッチの締結の制御でもって、目標とする又は適切なトルク値を達成することができることである。

この制御方式はまた、個々の直線加速度の値又は大気圧の値を入手又は取得することができない状態も考慮する。このような状態としては、例えば、ブロックにより導出又は算出される個々の寄与が、アクセルペダル（操作量）及びブレーキペダル（操作量）を考慮して（図２参照）、修正値又は回復値（recovery value）として用いられ、ブレーキペダルがこのような環境において実現可能な唯一の寄与である環境などが挙げられる。

本願出願人ないしは発明者によって行われた研究及び実験は、本発明に係る方法によれば、上り坂での加速時における自動車のより適正でより快適な挙動が実現されるといった利点ないしは効果を生じさせることを証明した。

図５及び図６は、それぞれ、本発明に係る制御方式への介入又は補正（調整）がない場合（図５）と、このような介入又は補正がある場合（図６）とにおける、上り坂での加速を制御するときの制御システムの寄与の経時変化を示すとともに、その際のエンジンの回転速度、クラッチの回転速度、アクセルペダルの位置（操作量）及びブレーキペダルの位置（操作量）の経時変化を示している。図５及び図６から明らかなとおり、本発明に係る制御方式への介入又は補正は、加速動作を行っているときにエンジン回転速度の上昇を生じさせる。これは、本発明に係る格別の操作又は制御の結果によるものである。すなわち、前記のように、自動車が検出することができる高度と上り坂の勾配とに基づく操作又は制御の結果によるものである。

前記の実施の形態に係る装置ないしは方法及びその細部の構成に対しては、本発明の技術範囲内において、種々の修正及び変形が可能であることはもちろんである。すなわち、前記の実施の形態は、本発明の技術範囲を逸脱しない範囲において、単なる例示として記載又は開示されたものに過ぎない。

ｈ 自動車又は走行面の高度
Ｌ 走行面の水平距離
ｇ 重力加速度
α 走行面の勾配
α_ｘ 上り坂に沿った自動車の前後方向の加速度

Claims (10)

1. エンジンの回転速度に応じて変速機の動作の制御方式を設定する電子制御手段を備えている、自動化又はロボット化された変速機が設けられている自動車における、上り坂での加速度を制御する方法であって、
   前記制御方式を、上り坂の勾配に応じて設定することを特徴とする方法。
2. 上り坂の勾配を、前記自動車について検出された、前記上り坂に沿った前記自動車の前後方向の加速度の値に基づいて計算することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御方式を、前記自動車が検出することができる高度に応じて設定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記高度を、検出された大気圧の値に基づいて計算することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. α_ｘを前記自動車の前後方向の加速度の検出値とし、ｇを重力による加速度とすれば、前記上り坂の角度勾配αを、下記式
   α＝ａｒｃｓｉｎ（α_ｘ／ｇ）
   により計算することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. エンジンの回転速度に応じて変速機の動作の制御方式を設定する電子制御手段を備えている、自動化又はロボット化された変速機が設けられている自動車において上り坂での加速度を制御する装置であって、
   前記電子制御手段が、上り坂の勾配に応じて前記制御方式を設定するようにプログラムされていることを特徴とする装置。
7. 該装置に、上り坂に沿って前記自動車の前後方向について自動車の加速度を検出する加速度センサが設けられていて、
   前記電子制御手段が、前記加速度センサの出力信号を受け取り、前記自動車の前後方向について検出された加速度に基づいて、前記上り坂の勾配を計算するように構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記電子制御手段が、α_ｘを前記自動車の前後方向の加速度の検出値とし、ｇを重力による加速度とすれば、前記上り坂の角度勾配αを、下記式
   α＝ａｒｃｓｉｎ（α_ｘ／ｇ）
   により計算することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記電子制御手段が、前記自動車が検出することができる高度に応じて前記制御方式を設定するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
10. 該装置に、大気圧センサが設けられていて、
    前記電子制御手段が、前記大気圧センサの出力信号を受け取り、検出された大気圧の値に基づいて、前記自動車が検出することができる高度を計算するように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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