JP2009210000A - トランスミッション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワートレインへ過大トルクが入力するのを抑制することにより、パワートレインを保護することができるトランスミッション制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１２とファイナルドライブ１６の間に位置するトランスミッション１３に備えられ、車輪空転時に該車輪空転が収束したときにトランスミッション１３およびファイナルドライブ１６からなるドライブトレインに過大トルクが発生する車両走行状態であるかを推定する走行状態推定手段（トランスミッション制御装置１０）と、走行状態推定手段により得られた走行状態推定情報に基づき、ドライブトレインへの過大トルクの入力が発生すると推定したとき、トランスミッション１３の変速比を高変速比側に変速する変速制御を行う変速制御手段（トランスミッション制御装置１０）とを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、トランスミッション制御装置に関し、特に、パワートレインにおける過大トルク入力に対応したトランスミッション制御装置に関する。

オフロード等を走行する自動車の場合、動力伝達駆動系（ドライブトレイン）がしばしば過大トルクの入力に晒される状態になるが、これは、急発進等の操作による過大なトルク発生によってもたらされることが知られている。
このような走行状態においては、パワートレインの保護とトラクションの向上という観点から、従来は、パワートレインに過大トルクが入力しないようにスロットルやブレーキを操作して対処していた（例えば特許文献１参照）。

一方で、オフロードや凍結路等の走行時に見られる、片車輪空転の際に空転を止めるため或いは車両のずり下がり等を防ぐために、急なブレーキ操作を行う場合、ファイナルドライブ（デファレンシャル）内における左右回転差吸収機構上、リングギヤ回転数の最大２倍まで片車輪増速するため、パワートレイン系の慣性モーメントによる過大トルクが入力されることがあるが、従来は、パワートレイン自体の強度を増大させることによって対処していた。
特開２００２−２３４３５５号公報

しかしながら、従来の対処の中で、パワートレインに過大トルクが入力しないようにトルクダウンを行うものは、アクセルオン状態で作用する制御であったため、オフロード走行時の片車輪空転の際に左右差回転が大きくなって急にタイヤが接地した場合や、登坂凍結路等の左右車輪で路面との摩擦係数（μ）が異なる場合等では、左右差回転が大きいことから、空転時にブレーキをかけても車両アクセルオフ時であって効果が無く、パワートレイン系の慣性モーメントによる過大トルクの入力を防ぐことができなかった。

また、従来の対処の中で、車輪空転時にブレーキ独立制御を行い車輪の速度をコンロールして空転を抑えるものは、慣性モーメントによる過大トルクの入力に対して急激なブレーキ操作を行った場合、むしろパワートレインへの過大トルクの入力が増大する可能性があるため、過大トルクの入力を低減する妨げになることがある。
この発明の目的は、パワートレインへ過大トルクが入力するのを抑制することにより、パワートレインを保護することができるトランスミッション制御装置を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係るトランスミッション制御装置は、エンジンとファイナルドライブの間に位置するトランスミッションに備えられ、車輪空転時に該車輪空転が収束したときに前記トランスミッションおよびファイナルドライブからなるドライブトレインに過大トルクが発生する車両走行状態であるかを推定する走行状態推定手段と、前記走行状態推定手段により得られた走行状態推定情報に基づき、前記ドライブトレインへの前記過大トルクの入力が発生すると推定したとき、前記トランスミッションの変速比を高変速比側に変速する変速制御を行う変速制御手段とを有している。

この発明によれば、エンジンとファイナルドライブの間に位置するトランスミッションに、走行状態推定手段と変速制御手段が備えられており、走行状態推定手段により、車輪空転の収束時に、ドライブトレインにおいて慣性モーメントによる過大トルクが発生する車両走行状態を推定し、変速制御手段により、走行状態推定手段により得られた走行状態推定情報に基づき、パワートレインへの過大トルクの入力を防止するために高変速比側へ変速制御が行われる。このため、パワートレインへ過大トルクが入力するのを抑制することにより、パワートレインを保護することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係るトランスミッション制御装置の機能を概念的に示す説明図である。図１に示すように、トランスミッション制御装置１０は、トランスミッション制御装置１０により制御されるトランスミッションを備えた車両の種々の走行場面について、それぞれの走行場面（走行状態）に応じてトランスミッションにおけるギヤ比を変更することにより、ドライブトレイン系の回転慣性モーメントを低減する。

トランスミッション制御装置１０は、入力トルクＴｉｎ、入力側慣性モーメントＩｉｎ、及び入力側角加速度θｉｎの入力により、トランスミッション制御処理を行って制御処理結果を得た後、制御処理結果を、出力トルクＴｏｕｔ、出力側慣性モーメントＩｏｕｔ、及び出力側角加速度θｏｕｔとして出力する。その関係式を、以下に示す。
Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ×（ギヤ比）^２×ユニット効率
（Ｔ＝Ｉ×θ）
ここで、ギヤ比はトランスミッションにおけるギヤ比であり、ユニット効率はトランスミッション制御装置を一つのユニットとしてその効率を示し、Ｔはトルク、Ｉは慣性モーメント、θは角加速度である。

つまり、上記関係式から、出力側の慣性モーメントはギヤ比の２乗に比例することになり、この発明に係るトランスミッション制御装置１０は、特定の車両走行場面においてギヤ段をハイ（Ｈｉ）ギヤへと制御することで、慣性モーメントを低減すると共にトルクを抑制することができる。
このように、例えば、オフロード走行時に車体が傾斜して片車輪が空転した場合に車輪接地時に車輪が急制動する場合、氷雪路などで空転している車輪に対してドライバが左足ブレーキなどで空転が急制動する場合など、次のような入力低減トランスミッション制御を行う。

ここで想定している、トランスミッション制御装置１０への入力は、車輪回転角加速度と、パワートレイン系からタイヤまでを含めた回転慣性モーメントにより決定されるが、その中で慣性モーメントを低減するために、各車輪の回転数と、車輪速度や加速度センサや全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＧＰＳ）等から得られる車両速度から、左右回転差が大きい特定の走行場面を推定し、その走行場面について、トランスミッションのギヤ段を積極的にハイ（Ｈｉ）ギヤへと変速することにより、パワートレイン系の回転慣性モーメントを低減する。

なお、ここで、トランスミッションは、自動変速機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＴ）、無段変速機（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ＣＶＴ）、手動変速機（Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ＭＴ）、トランスファ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ）等の変速機構を有するものを対象とする。
これにより、パワートレイン系の回転慣性モーメントを低減することができるので、パワートレインへの過大トルクの入力を抑制することができ、パワートレインが過大トルクの入力に晒される状態になることを防いでパワートレインを保護することができる。

また、従来は、ユニット（パワートレイン）及びシャフトの耐力向上、即ち強度増大により対応していたが、それが不要になることで、軽量化及びコストダウンに貢献することができる。
次に、この発明に係るトランスミッション制御装置１０を備えた車両システムについて説明する。

図２は、図１のトランスミッション制御装置を備えた車両システムの構成を概略的に示す説明図である。図２に示すように、車両システム１１は、エンジン１２、クラッチ（図示しない）、トランスミッション制御装置１０を備えたトランスミッション１３、トランスファ１４、プロペラシャフト１５、ファイナルドライブ（ディファレンシャル）１６、及び前後ドライブシャフト（アクスルシャフト）１７を主たる構成要素とするドライブトレインと、このドライブトレインにより駆動される前後車輪（例えば４個）１８を有している。

この車両システム１１において、エンジン１２が発生させた駆動トルクは、クラッチ（図示しない）を介して、トランスミッション１３に、更にトランスファ１４へと伝達される。トランスファ１４へと伝達された駆動トルクは、プロペラシャフト１５ａを介して前車輪側ファイナルドライブ１６ａへ、プロペラシャフト１５ｂを介して後車輪側ファイナルドライブ１６ｂへと伝達される。
更に、駆動トルクは、前車輪側ファイナルドライブ１６ａから、前車輪側ドライブシャフト１７ａを介して前車輪１８ａ、前車輪側ドライブシャフト１７ｂを介して前車輪１８ｂへ、後車輪側ファイナルドライブ１６ｂから、後車輪側ドライブシャフト１７ｃを介して後車輪１８ｃ、後車輪側ドライブシャフト１７ｄを介して後車輪１８ｄへ、それぞれ伝達される。

これにより、車両システム１１は、前車輪１８ａ，１８ｂと後車輪１８ｃ，１８ｄが何れも駆動車輪として機能する４輪駆動（Ｆｏｕｒ−Ｗｈｅｅｌ Ｄｒｉｖｅ）車となる。なお、２輪駆動の場合は、前車輪或いは後車輪の何れか２輪が駆動車輪となる。
この車両システム１１は、通常、直進状態の場合は４輪とも同一回転数により駆動されて走行するが、例えばカーブを曲がるときに旋回し易いように、ファイナルドライブ１６内に、左右車輪に生じる回転差を吸収するための左右差回転吸収機構（ディファレンシャル）が組み込まれている。また、駆動車輪である各ドライブシャフト１７ａ〜１７ｄには、それぞれ車輪速度センサ１９が設置されており、この車輪速度センサ１９によって、各車輪１８ａ〜１８ｄ個々の車輪速度を検知することができる。なお、エンジン１２の作動制御は、スロットル操作により可能である。

トランスミッション制御装置１０は、車輪速度センサ１９により得られた車輪速度情報に基づき車輪１８ａ〜１８ｄの各回転数を演算して、トラクション向上のために、アクセルオン時にエンジン１４の作動制御を行うと共にブレーキ制御を行って、車輪１８ａ〜１８ｄのスリップを抑制している。
これに加えて、トランスミッション制御装置１０は、アクセルオフ時においても、車輪速度センサ１９により得られた車輪速度情報に基づく車輪１８ａ〜１８ｄの速度と車両速度から、パワートレインへの過大トルクの入力が発生する走行場面を推定し、トランスミッション１３のギヤ段を、積極的にハイ（Ｈｉ）ギヤへと変速する制御を行う。

このように、エンジン１２とファイナルドライブ１６の間に位置するトランスミッション１３に備えられたトランスミッション制御装置１０は、ブレーキング時に、パワートレインにおいて慣性モーメントによる過大トルクが発生する車両走行状態を推定する走行状態推定手段と、走行状態推定手段により得られた走行状態推定情報に基づき、パワートレインへの過大トルクの入力を防止する変速制御を行う変速制御手段とを有している。

図３は、実験結果に基づくブレーキまたは空転の急停止による衝撃トルク発生メカニズムの説明図である。図３に示すように、アクセルリリースして約０．１５秒（ｓ）後に、アクセル開度が略０になると同時に、ブレーキ操作を行った場合を想定する。ブレーキスタートして約０．１５秒後に、フロント両軸（Ｆｒ．Ｄ／ＳＦＴ）トルクが最大値領域となり、その後、約０．１５秒後に、フロント両軸トルクの最大値であるフロント最大出力両軸トルク１０１１４Ｎｍとなる。つまり、ブレーキスタート前に１００００Ｎｍ未満でフロント両軸トルクがブレーキスタートして約０．３秒後に、最大値１０１１４Ｎｍとなる。例えばドライブトレインの強度を１００００Ｎｍ程度に設計した場合、ドライブトレインの故障につながる恐れがある。

図３において、ａ：フロント（Ｆｒ．）差回転、ｂ：エンジン（Ｅｎｇ）回転数、ｃ：アクセル開度、ｄ：右前車輪（ＦＲ）トルク、ｅ：左前車輪（ＦＬ）トルク、ｆ：フロント（Ｆｒ．）両軸トルク、ｇ：右前車輪（ＦＲ）ブレーキ圧力、ｈ：左前車輪（ＦＬ）ブレーキ圧力である。

図４は、実験結果に基づくギヤ段とトルクの関係を示す説明図である。図４に示すように、実車相当減速時間０．１５秒における衝撃トルクを検討した結果、ギヤ段１速時の衝撃トルクの実測値（プロットデータ）は、左右差回転数約５０〜１７０（ｒｐｍ）で両軸トルクが約３５００〜１０２００（Ｎｍ）の範囲に、ギヤ段２速時の衝撃トルクの実測値（プロットデータ）は、左右差回転数約１２０〜３３０（ｒｐｍ）で両軸トルクが約３１００〜９３００（Ｎｍ）の範囲に、副変速機（トランスファ）ハイ（Ｈｉ）ギヤ及びギヤ段１速時の衝撃トルクの実測値（プロットデータ）は、左右差回転数約５００〜６７０（ｒｐｍ）で両軸トルクが約５１００〜５８００（Ｎｍ）の範囲に、それぞれ分布していることが認められる。

また、トランスミッション制御装置１０は、車両の通常走行時に悪影響を及ぼすことがないように、トランスミッション制御装置１０による制御の範囲を設定する。パワートレインに対する過大トルクが発生する場合の車両状況は、実験結果（図３，４参照）から確認されているように、パワートレイントータルギヤ比がロー（Ｌｏｗ）側で走行している場合なので、特に、発進時やオフロード走行での低速走行時に限定することができる（低速走行以外の中・高速走行時は、通常、ハイ（Ｈｉ）ギヤが用いられている）。

このため、車両速度が重要になることから、トランスミッション制御装置１０は、車輪速度センサ１９や加速度センサや全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＧＰＳ）等を用いて、車両速度を推定する。また、トランスミッション制御装置１０は、その際のシフトポジションに伴うギヤポジション（及びドライブトレイントータルギヤ比）を検知し、更に、車輪速度センサ１９により各車輪速度を検知して、左右の車輪における回転差を演算し、車輪速度推定値とギヤポジション（及びドライブトレイントータルギヤ比）を基に、トランスミッション１３による変速制御への介入を行う。

つまり、トランスミッション制御装置１０は、車両走行状態がトランスミッション制御装置１０による制御範囲内にある場合、車輪の左右空転量とスロットル開度、及び加速度センサから得られた車体傾斜度を検知して、車両がオフロード走行状態及び登坂凍結路面走行状態にある場合、ハイ（Ｈｉ）ギヤへの変更制御を実施する。
図５は、トランスミッション制御装置における変速制御マップの一例を示す説明図である。図５に示すように、変速制御マップは、車両速度（Ｖ）と車輪の左右回転数差の関係において、選択されたギヤ毎にギヤ変更の制御範囲（一例として、１速時及び２速時を図示）を設定しており、この変速制御マップに基づき、走行時の車両速度（Ｖ´）に応じてギヤ変更への制御介入範囲が決定される。

図６は、トランスミッション制御装置による変速制御処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、トランスミッション制御装置１０による変速制御を行う場合、先ず、車両速度は制御範囲（図５参照）内か否かを判断する（ステップＳ１０１）。判断の結果、制御範囲内である（Ｙｅｓ）場合、左右車輪差回転は制御範囲内か否かを判断し（ステップＳ１０２）、制御範囲内でない（Ｎｏ）場合、車両速度は制御範囲内か否かの判断（ステップＳ１０１）を繰り返す。
左右車輪差回転は制御範囲内か否かの判断（ステップＳ１０２）の結果、制御範囲内である（Ｙｅｓ）場合、ギヤポジションは制御範囲内か否かを判断し（ステップＳ１０３）、制御範囲内でない（Ｎｏ）場合、左右車輪差回転は制御範囲内か否かの判断（ステップＳ１０２）を繰り返す。

ギヤポジションは制御範囲内か否かの判断（ステップＳ１０３）の結果、制御範囲内である（Ｙｅｓ）場合、スロットル開度と車体傾斜状態のモニタを開始し（ステップＳ１０４）、制御範囲内でない（Ｎｏ）場合、ギヤポジションは制御範囲内か否かの判断（ステップＳ１０３）を繰り返す。
スロットル開度と車体傾斜状態のモニタを開始した（ステップＳ１０４）後、スロットル開度及び車体傾斜状態が予め設定した値か否かを判断する（ステップＳ１０５）。判断の結果、予め設定した値である（Ｙｅｓ）場合、ギヤ段のシフトチェンジを開始し（ステップＳ１０６）、予め設定した値でない（Ｎｏ）場合、スロットル開度及び車体傾斜状態が予め設定した値か否かの判断（ステップＳ１０５）を繰り返す。

そして、ギヤ段のシフトチェンジを開始した（ステップＳ１０６）後、ステップＳ１０１に戻り、車両速度は制御範囲内か否かを判断する。
なお、通常ギヤをハイ（Ｈｉ）ギヤへシフトした場合、車輪回転数が不要に増加することも起こり得るが、この場合、トラクションコントールの機能を用いてスロットル開度を制御し対応する。

また、車体傾斜状態を加速度センサ等を用いて得られた検出情報により把握しているが、特に、オフロード走行の場合、各車輪のサスペンションストロークを検出して車体傾斜状態を把握することも有効である。この場合は、前後左右の個々の車輪の状態から、オフロード等の凹凸路面状況をある程度判定することが可能であり、４輪駆動車等でも脱出が困難な場合がある対角線軸の車輪接地不足状態を容易に把握することができるため、制御介入の一助とすることができる。特に、このような場合、ブレーキ操作時、及び車両が急激に傾くことによる空転車輪の接地時のトルクで、過大な入力となることが多い。

上述したように、この発明に係るトランスミッション制御装置は、エンジンとファイナルドライブの間に位置するトランスミッションに備えられ、車輪空転時に該車輪空転が収束したときに前記トランスミッションおよびファイナルドライブからなるドライブトレインに過大トルクが発生する車両走行状態であるかを推定する走行状態推定手段と、前記走行状態推定手段により得られた走行状態推定情報に基づき、前記ドライブトレインへの前記過大トルクの入力が発生すると推定したとき、前記トランスミッションの変速比を高変速比側に変速する変速制御を行う変速制御手段とを有している。
また、この発明において、走行状態推定手段は、ファイナルドライブから伝達されたエンジンからの駆動力により回転駆動される左右駆動車輪の左右回転差に基づき、車両走行状態を推定することか好ましい。

また、この発明において、変速制御手段は、車両速度と車輪の左右回転数差の関係において、選択されたギヤ毎にギヤ変更の制御範囲を設定した変速制御マップに基づき、走行時の車両速度に応じてギヤ変更への制御介入範囲を決定することか好ましい。
また、この発明において、車両速度を、車輪速度センサ、加速度センサ、或いは全地球測位システムを用いて推定することか好ましい。
また、この発明において、前記変速制御手段は、車両走行状態が前記変速制御マップによる制御範囲内にあり、車両がオフロード走行状態及び登坂凍結路面走行状態にある場合、変更制御を実施することか好ましい。

また、この発明において、前記変速制御手段は、車輪の左右空転量とスロットル開度、及び加速度センサから得られた車体傾斜度を検知することにより、車両がオフロード走行状態及び登坂凍結路面走行状態にあることを認定することか好ましい。
また、この発明において、前記変速制御手段による変速制御は、前記トランスミッションをハイギヤ側へ変速することにより行うことか好ましい。

この発明の一実施の形態に係るトランスミッション制御装置の機能を概念的に示す説明図である。 図１のトランスミッション制御装置を備えた車両システムの構成を概略的に示す説明図である。 実験結果に基づくブレーキによる衝撃トルク発生メカニズムの説明図である。 実験結果に基づくギヤ段とトルクの関係を示す説明図である。 トランスミッション制御装置における変速制御マップの一例を示す説明図である。 トランスミッション制御装置による変速制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ トランスミッション制御装置
１１ 車両システム
１２ エンジン
１３ トランスミッション
１４ トランスファ
１５ プロペラシャフト
１５ａ プロペラシャフト
１５ｂ プロペラシャフト
１６ ファイナルドライブ
１６ａ 前車輪側ファイナルドライブ
１６ｂ 後車輪側ファイナルドライブ
１７ ドライブシャフト
１７ａ 前車輪側ドライブシャフト
１７ｂ 前車輪側ドライブシャフト
１７ｃ 後車輪側ドライブシャフト
１７ｄ 後車輪側ドライブシャフト
１８ 車輪
１８ａ 前車輪
１８ｂ 前車輪
１８ｃ 後車輪
１８ｄ 後車輪
１９ 車輪速度センサ

Claims (7)

1. エンジンとファイナルドライブの間に位置するトランスミッションに備えられ、
   車輪空転時に該車輪空転が収束したときに前記トランスミッションおよびファイナルドライブからなるドライブトレインに過大トルクが発生する車両走行状態であるかを推定する走行状態推定手段と、
   前記走行状態推定手段により得られた走行状態推定情報に基づき、前記ドライブトレインへの前記過大トルクの入力が発生すると推定したとき、前記トランスミッションの変速比を高変速比側に変速する変速制御を行う変速制御手段と
   を有するトランスミッション制御装置。
2. 前記走行状態推定手段は、
   前記ファイナルドライブから伝達された前記エンジンからの駆動力により回転駆動される左右駆動車輪の左右回転差に基づき、車両走行状態を推定する請求項１に記載のトランスミッション制御装置。
3. 前記変速制御手段は、
   車両速度と車輪の左右回転数差の関係において、選択されたギヤ毎にギヤ変更の制御範囲を設定した変速制御マップに基づき、走行時の車両速度に応じてギヤ変更への制御介入範囲を決定する請求項１または２に記載のトランスミッション制御装置。
4. 前記車両速度を、車輪速度センサ、加速度センサ、或いは全地球測位システムを用いて推定する請求項３に記載のトランスミッション制御装置。
5. 前記変速制御手段は、
   車両走行状態が前記変速制御マップによる制御範囲内にあり、車両がオフロード走行状態及び登坂凍結路面走行状態にある場合、変更制御を実施する請求項１から４のいずれか一項に記載のトランスミッション制御装置。
6. 前記変速制御手段は、
   車輪の左右空転量とスロットル開度、及び加速度センサから得られた車体傾斜度を検知することにより、車両がオフロード走行状態及び登坂凍結路面走行状態にあることを認定する請求項５に記載のトランスミッション制御装置。
7. 前記変速制御手段による変速制御は、前記トランスミッションをハイギヤ側へ変速することにより行う請求項１から６のいずれか一項に記載のトランスミッション制御装置。

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