JP2010242861A - 車載無段変速機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無段変速機を搭載した車両にあって、内燃機関の最大吸気量が減少した状態においても車両走行性能の低下を抑制することのできる車載無段変速機の制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ３１は、吸気量を調量するリフト量可変機構１９の吸気バルブの最大リフト量が所定リフト量（異常時最大リフト量）以上とならない異常が生じたとき、その異常に起因する機関トルクの低下を抑制すべく、異常時最大リフト量が小さいときほど低い値に設定される上限回転速度にてＣＶＴ２３の入力軸回転速度Ｎｉｎが制限されるようにその変速比を制御するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速比を連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置に関する。

従来、車両に搭載される無段変速機では、例えば特許文献１に記載されるように、その変速比をアクセル開度と車速とに基づいて決定するようにしている。具体的には、図６に示すように、無段変速機の変速比は、アクセル開度が小さい場合には、例えば同図に示す変速線Ａに沿って変化する一方、アクセル開度が大きい場合には、例えば同図に示す変速線Ｂに沿って変化する。なお、図６の縦軸は無段変速機の入力軸回転速度であり、機関回転速度とほぼ一致する。

また、同図に示すように、アクセル開度の大小に関わらず、車速がある程度上昇した後は、無段変速機の入力軸回転速度はあまり変化せず、その変速比が変化することで車速が更に上昇するようになる。すなわち、無段変速機を搭載する車両では、入力軸回転速度、換言すれば機関回転速度をほぼ一定に維持した状態で、変速比の変更を通じて車速を上昇させることができる。

特開２００８−４５４５７号公報 特開２００６−１４４７５３号公報

ところで、こうした無段変速機を搭載した車両も含め、一般の車両では内燃機関の運転状態に基づいて吸気量を制御するようにしている。例えば、特許文献２に記載されるように、吸気バルブの最大リフト量を可変とするリフト量可変機構を備えた内燃機関にあっては、そのときの機関運転状態に応じた吸気量となるように最大リフト量が制御される。ここで、リフト量可変機構の異常により、その最大リフト量が所定リフト量以上にならなくなった場合には、吸気量の最大値（最大吸気量）が減少してしまうようになる。このように最大吸気量が減少した状態では、図７に一点鎖線で示すように、機関回転速度の上昇に伴って吸気量が不足気味となり、同図に実線で示す正常な状態と比べて機関トルクが低下するようになる。特に機関回転速度の高い領域では、こうした傾向が一層顕著なものとなる。この結果、運転者がアクセルペダルを踏み込んでも、車速が上昇しない又は失速する等、車両走行性能が低下する虞があり、この点においてなお改善の余地があった。

なお、このような問題は、リフト量可変機構により吸気量を調量するようにした内燃機関に限らず、例えばモータによりその開度を変更可能なスロットルバルブ等、その他の吸気調量機構を有する内燃機関において、同吸気調量機構の異常により、最大吸気量が減少した場合においても同様に発生し得る。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、無段変速機を搭載した車両にあって、内燃機関の最大吸気量が減少した状態においても車両走行性能の低下を抑制することのできる車載無段変速機の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、変速比を連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置において、内燃機関の吸気量を調量する吸気調量機構の調量開度が所定開度以上とならない異常が生じたとき、その異常に起因する機関トルクの低下を抑制すべく、前記所定開度が小さいときほど低い値に設定される上限回転速度にて前記車載無段変速機の入力軸回転速度が制限されるようにその変速比を制御することを要旨とする。

吸気調量機構の調量開度が所定開度以上とならない異常が生じると、最大吸気量が減少するため、機関回転速度の上昇に伴って機関トルクの低下が顕著になる。この点、請求項１に記載の発明によれば、所定開度が小さいときほど低い値に設定される上限回転速度にて無段変速機の入力軸回転速度を制限し、これにより機関回転速度を制限するようにしているため、吸気量の不足に起因する機関トルクの低下が顕著にならない回転領域で内燃機関を運転させることができる。この結果、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合に機関トルクが大幅に低下して車速が上昇しない又は失速するといった事態を回避することができ、車両走行性能の低下を抑制することができるようになる。

なお、例えばリフト量可変機構を通じて吸気バルブの最大リフト量を変更することにより吸気量を調量するようにした内燃機関ではその最大リフト量が「吸気調量機構の調量開度」に相当し、スロットルバルブの開度を変更することにより吸気量を調量するようにした内燃機関ではそのスロットル開度が上記「吸気調量機構の調量開度」に相当する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載無段変速機の制御装置において、前記調量開度を前記所定開度とした状況のもとで機関トルクを最大にすることのできる前記入力軸回転速度を前記上限回転速度として設定することを要旨とする。

上記構成によれば、吸気調量機構の異常により最大吸気量が減少した場合であっても、その減少した最大吸気量で機関トルクを最大にすることのできる回転領域で内燃機関を運転させることが可能になり、車両走行性能の低下を最小限に抑えることができる。

なお、請求項１又は請求項２に記載の発明における吸気調量機構としては、内燃機関の吸気通路に設けられるスロットルバルブの他、請求項３に記載されるように吸気バルブの最大リフト量を変更するリフト量可変機構を挙げることができる。

本発明にかかる制御装置を具体化した一実施形態について、その制御対象となる無段変速機を示す概略図。 本実施形態の内燃機関及びその動弁機構を示す概略図。 異常時最大リフト量と上限回転速度との関係を示すマップ。 同実施形態の制御装置による異常時の変速比制御についてその制御手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｄ）本実施形態の制御についてその実行態様を示すタイミングチャート。 無段変速機の変速線を示すグラフ。 入力軸回転速度（機関回転速度）と機関トルクとの関係を示すグラフ。

以下、本発明かかる無段変速機の制御装置を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、内燃機関１のクランクシャフト１１はトルクコンバータ２１に接続されるとともに、同トルクコンバータ２１の出力軸は、遊星歯車機構２２の入力軸に接続されている。この遊星歯車機構２２によって、車両の前進及び後退が切り替えられる。

また、遊星歯車機構２２の出力軸は、無段変速機（以下、ＣＶＴという）２３の入力軸２５に接続されており、同ＣＶＴ２３の出力軸２６は車両の駆動輪に接続されている。このＣＶＴ２３は、入力軸２５と一体回転する第１プーリ２３ａと、出力軸２６と一体回転する第２プーリ２３ｂと、第１プーリ２３ａの回転力を第２プーリ２３ｂに伝達するベルト２３ｃとを備えている。なお、第１プーリ２３ａ及び第２プーリ２３ｂのプーリ幅が連続的に変更されることにより、上記入力軸２５の回転速度（以下、入力軸回転速度Ｎｉｎ）に対する出力軸２６の回転速度（以下、出力軸回転速度Ｎｏｕｔ）の比（Ｎｉｎ／Ｎｏｕｔ）、すなわち変速比Ｒが連続的に変更される。なお、第１プーリ２３ａ及び第２プーリ２３ｂは、油圧制御回路２７による油圧制御を通じてそれぞれのプーリ幅が制御される。なお、車両の発進時や低速走行時以外は、図示しないクラッチ機構によるロックアップが実行されてＣＶＴ２３の入力軸２５と内燃機関１のクランクシャフト１１とが一体回転可能に連結されるため、入力軸回転速度Ｎｉｎと機関回転速度ＮＥとはほぼ一致するようになる。

次に、内燃機関１の構成について図２を参照して説明する。
内燃機関１の吸気通路２には、スロットルバルブ３及びスロットルモータ４が設けられている。燃焼室５には、吸気通路２を通じて空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁７から噴射された燃料が同燃焼室５に供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ８による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン９が往復移動し、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト１１が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室５から排気通路１２に送り出される。

この内燃機関１において、燃焼室５と吸気通路２とは吸気バルブ１４の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室５と排気通路１２とは排気バルブ１５の開閉動作によって連通・遮断される。そして、これら吸気バルブ１４及び排気バルブ１５は、クランクシャフト１１の回転が伝達される吸気カムシャフト１６及び排気カムシャフト１７の回転に伴い開閉駆動される。また、内燃機関１は、電動モータ１８により駆動されて吸気バルブ１４の最大リフト量ＶＬ及び作用角を連続的に変更するリフト量可変機構１９を備えている。

こうした内燃機関１やＣＶＴ２３等の各種制御は、電子制御装置（以下、ＥＣＵという）３１によって行われる。ＥＣＵ３１は、内燃機関１及びＣＶＴ２３の制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部からの信号を入力するための入力ポート及び外部に信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。

図１及び図２に示すように、ＥＣＵ３１の入力ポートには、内燃機関１やＣＶＴ２３に設けられた各種センサからの検出信号が入力される。各種センサとしては、アクセルペダル３３の踏み込み量であるアクセル開度ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ３５、電動モータ１８の駆動量の検出を通じて最大リフト量ＶＬを検出するリフト量センサ３７、及びスロットルバルブ３の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットルポジションセンサ３８が挙げられる。更に、各種センサとしては、ＣＶＴ２３の入力軸回転速度Ｎｉｎを検出する回転速度センサ３９、機関回転速度ＮＥの算出等のためにクランクシャフト１１の回転信号を出力するクランクポジションセンサ４１、車両の車速ＳＰＤを検出する車速センサ４２等が挙げられる。そして、ＥＣＵ３１は、上記各種センサの出力信号に基づいて内燃機関１及びＣＶＴ２３の運転状態を検出し、その検出された運転状態に応じて各種制御を行う。

例えば、ＥＣＵ３１は、リフト量可変機構１９の駆動による最大リフト量ＶＬの可変制御を実行する。そして、この制御を通じて燃焼室５に吸入される空気量（吸気量）が調節される。具体的には、ＥＣＵ３１は、アクセル開度ＡＣＣＰが大きくなるほど、上記最大リフト量ＶＬを大きくし、吸気量を増大させる。このように本実施形態では、リフト量可変機構１９が吸気量を調量する吸気調量機構に相当し、最大リフト量ＶＬが吸気調量機構の調量開度に相当する。

また、ＥＣＵ３１は、アクセル開度ＡＣＣＰと車速ＳＰＤとに基づいてＣＶＴ２３の変速比Ｒの制御を実行する。具体的には、変速比Ｒは、アクセル開度ＡＣＣＰが小さい場合には、例えば図６に示す変速線Ａに沿って変化する一方、アクセル開度ＡＣＣＰが大きい場合には、例えば同図に示す変速線Ｂに沿って変化する。また、同図に示すように、アクセル開度ＡＣＣＰの大小に関わらず、車速ＳＰＤがある程度上昇した後は、ＣＶＴ２３の入力軸回転速度Ｎｉｎはあまり変化せず、その変速比Ｒが変化することで車速ＳＰＤが更に上昇するようになる。

ところで上述したように、リフト量可変機構１９の異常により、吸気バルブ１４の最大リフト量ＶＬが所定リフト量以上にならなくなると、吸気量の最大値（最大吸気量）が減少し、機関回転速度の上昇に伴って機関トルクが低下するようになる。この結果、運転者がアクセルペダル３３を踏み込んでも車速ＳＰＤが上昇しない又は失速する等、車両走行性能が低下する虞がある。

そこで、本実施形態では、その異常に起因する機関トルクの低下を抑制すべく、異常時における吸気バルブ１４のリフト可能な最大値（以下、「異常時最大リフト量ＶＬｒ」という）に基づいて設定される上限回転速度Ｎｌｉｍにて入力軸回転速度Ｎｉｎが制限されるようにその変速比Ｒを制御するようにしている。なお、リフト量可変機構１９の異常の発生については、例えば最大リフト量ＶＬの制御に際して、例えばリフト量センサ３７により検出される実際の最大リフト量ＶＬの値が、アクセル開度ＡＣＣＰ等に基づいて定められる目標リフト量よりも小さな値までしか上昇しない場合等に、リフト量可変機構１９に異常が発生したと検出する。そして、このときの最大リフト量ＶＬが異常時最大リフト量ＶＬｒとされる。

また、上限回転速度Ｎｌｉｍは、異常時最大リフト量ＶＬｒが小さいときほど低い値に設定される。より具体的には、最大リフト量ＶＬを異常時最大リフト量ＶＬｒとした状況のもとで機関トルクを最大にすることのできる入力軸回転速度Ｎｉｎが上限回転速度Ｎｌｉｍとして設定される。なお、ＥＣＵ３１のＲＯＭには、図３に示すように、異常時最大リフト量ＶＬｒと上限回転速度Ｎｌｉｍの関係を示すマップが記憶されており、同マップを参照することで上限回転速度Ｎｌｉｍが算出される。

そして、ＥＣＵ３１は、入力軸回転速度Ｎｉｎが上限回転速度Ｎｌｉｍに一致させるようにＣＶＴ２３の変速比Ｒを制御する。ここで、リフト量可変機構１９の異常時における具体的な変速比制御について、図４に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、同図のフローチャートに示される一連の処理は、リフト量可変機構１９の異常が検出された場合に、ＥＣＵ３１によって所定周期毎に繰り返し実行される。

先ず、本処理が開始されるとまず、上記各センサ類の検出信号を通じて各種状態量（アクセル開度ＡＣＣＰ、車速ＳＰＤ等）が読み込まれ（ステップＳ１）、次に図６に示す変速線図を参照してアクセル開度ＡＣＣＰ及び車速ＳＰＤに応じた目標変速比Ｒｐが算出される（ステップ２）。続いて、ＣＶＴ２３の変速比Ｒを目標変速比Ｒｐとした場合の推定入力軸回転速度Ｎｉｎｅが算出され（ステップＳ３）、同推定入力軸回転速度Ｎｉｎｅが上限回転速度Ｎｌｉｍよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４）。

ここで、例えばアクセル開度ＡＣＣＰが小さく、推定入力軸回転速度Ｎｉｎｅが上限回転速度Ｎｌｉｍ以下の場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、ＣＶＴ２３の変速比Ｒが目標変速比Ｒｐとなるように第１プーリ２３ａ及び第２プーリ２３ｂの各プーリ幅が変更される（ステップＳ５）。

一方、例えばアクセル開度ＡＣＣＰが大きく、推定入力軸回転速度Ｎｉｎｅが上限回転速度Ｎｌｉｍよりも高い場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、現在の車速ＳＰＤに応じて、入力軸回転速度Ｎｉｎを上限回転速度Ｎｌｉｍに一致させることのできる異常時目標変速比Ｒｐａを算出する（ステップＳ６）。そして、ＣＶＴ２３の変速比Ｒがこの異常時目標変速比Ｒｐａとなるように第１プーリ２３ａ及び第２プーリ２３ｂの各プーリ幅が変更される（ステップＳ７）。

次に、上述した変速比制御が実行された場合における、アクセル開度ＡＣＣＰ、最大リフト量ＶＬ、入力軸回転速度Ｎｉｎ、及び車速ＳＰＤの各推移の一例について図５を参照して説明する。

先ず、正常時においては、図５（ａ）に示すようにアクセル開度ＡＣＣＰが増大すると、これに伴って同図（ｂ）に実線で示すように吸気バルブ１４の最大リフト量ＶＬも増大し、最大リフト量ＶＬがリフト量可変機構１９の機構上の限界量ＶＬｍａｘになる。このとき、変速比Ｒは上述したようにアクセル開度ＡＣＣＰ及び車速ＳＰＤに基づいて変更され、同図（ｃ）に実線で示すように入力軸回転速度Ｎｉｎが上昇するとともに、同図（ｄ）に実線で示すようにアクセル開度ＡＣＣＰの増大、換言すれば運転者の加速要求に応じて車速ＳＰＤが増大するようになる。

一方、吸気バルブ１４の最大リフト量ＶＬが異常時最大リフト量ＶＬｒ以上とならない異常が生じたときでも、同図（ｂ）に一点鎖線で示すように最大リフト量ＶＬが異常時最大リフト量ＶＬｒとなるまでは（時刻ｔ１）、アクセル開度ＡＣＣＰの増大に応じて最大リフト量ＶＬも増大する。この時刻ｔ１までは、リフト量可変機構１９に異常が発生していない正常時と同様に、最大リフト量ＶＬが増大することで内燃機関１の吸気量が確保されるため、同図（ｄ）に実線で示すように、アクセル開度ＡＣＣＰの増大に応じて車速ＳＰＤが上昇する。

そして、同図（ｃ）に一点鎖線で示すように時刻ｔ１を過ぎて入力軸回転速度Ｎｉｎが上限回転速度Ｎｌｉｍになると（時刻ｔ２）、それ以降は上述したようにして入力軸回転速度Ｎｉｎ、換言すれば機関回転速度ＮＥがそれ以上上昇しないように変速比Ｒが制御される。このため、吸気バルブ１４の最大リフト量ＶＬが異常時最大リフト量ＶＬｒ以上にならず、最大吸気量が減少した状態でも、機関トルクを減少させずに一定の状態に維持できる。このため、入力軸回転速度Ｎｉｎが上限回転速度Ｎｌｉｍ以上になって機関トルクが低下し、同図（ｅ）に二点鎖線で示すように、車速ＳＰＤが上昇しない又は失速することを回避し、同図に一点鎖線で示すように車速ＳＰＤを除々に上昇させることができる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態では、吸気バルブ１４の最大リフト量ＶＬが異常時最大リフト量ＶＬｒ以上とならない異常が生じたとき、異常時最大リフト量ＶＬｒが小さいときほど低い値に設定される上限回転速度ＮｌｉｍにてＣＶＴ２３の入力軸回転速度Ｎｉｎ、換言すれば機関回転速度ＮＥが制限されるように無段変速機２３の変速比Ｒを制御するようにした。従って、吸気量の不足に起因する機関トルクの低下が顕著にならない回転領域で内燃機関１を運転させることができるようになる。この結果、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合に機関トルクが大幅に低下して車速が上昇しない又は失速するといった事態を回避することができ、車両走行性能の低下を抑制することができるようになる。

（２）最大リフト量ＶＬを異常時最大リフト量ＶＬｒとした状況のもとで機関トルクを最大にすることのできる入力軸回転速度Ｎｉｎを上限回転速度Ｎｌｉｍとして設定するようにした。そのため、リフト量可変機構１９の異常により最大吸気量が減少した場合であっても、その減少した最大吸気量で機関トルクを最大とすることのできる回転領域で内燃機関１を運転させることが可能になり、車両走行性能の低下を最小限にすることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、最大リフト量ＶＬを異常時最大リフト量ＶＬｒとした状況のもとで機関トルクを最大にすることのできる入力軸回転速度Ｎｉｎを上限回転速度Ｎｌｉｍとして設定するようにしたが、これに限らず、最大リフト量ＶＬを異常時最大リフト量ＶＬｒとした状況のもとで機関トルクの著しい低下が生じない範囲の値に上限回転速度Ｎｌｉｍを設定することもできる。この場合であっても、上記（１）に記載した作用効果を奏することはできる。

・上記実施形態では、内燃機関１の吸気量を調量する吸気調量機構として、リフト量可変機構１９を採用したが、これに限らず、吸気通路２に設けたスロットルバルブ３及びスロットルモータ４を吸気調量機構とし、これにより吸気量を調量するようにしてもよい。なお、この場合には、スロットル開度ＴＡが吸気調量機構の調量開度に相当する。

・上記実施形態では、本発明をベルト式の無段変速機２３に適用したが、これに限らず、トロイダル式の無段変速機に適用してもよい。

１…内燃機関、２…吸気通路、３…スロットルバルブ、４…スロットルモータ、５…燃焼室、７…燃料噴射弁、８…点火プラグ、９…ピストン、１１…クランクシャフト、１２…排気通路、１４…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…吸気カムシャフト、１７…排気カムシャフト、１８…電動モータ、１９…リフト量可変機構、２１…トルクコンバータ、２２…遊星歯車機構、２３…ＣＶＴ（無段変速機）、２３ａ…第１プーリ、２３ｂ…第２プーリ、２３ｃ…ベルト、２５…入力軸、２６…出力軸、２７…油圧制御回路、３１…ＥＣＵ（電子制御装置）、３３…アクセルペダル、３５…アクセルセンサ、３７…リフト量センサ、３８…スロットルポジションセンサ、３９…回転速度センサ、４１…クランクポジションセンサ、４２…車速センサ。

Claims (3)

1. 変速比を連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置において、
   内燃機関の吸気量を調量する吸気調量機構の調量開度が所定開度以上とならない異常が生じたとき、その異常に起因する機関トルクの低下を抑制すべく、前記所定開度が小さいときほど低い値に設定される上限回転速度にて前記車載無段変速機の入力軸回転速度が制限されるようにその変速比を制御する
   ことを特徴とする車載無段変速機の制御装置。
2. 請求項１に記載の車載無段変速機の制御装置において、
   前記調量開度を前記所定開度とした状況のもとで機関トルクを最大にすることのできる前記入力軸回転速度を前記上限回転速度として設定する
   ことを特徴とする車載無段変速機の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車載無段変速機の制御装置において、
   前記吸気調量機構は、前記内燃機関の吸気バルブについてその最大リフト量を変更することにより吸気量を調量するリフト量可変機構である
   ことを特徴とする車載無段変速機の制御装置。

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