JP2010249098A

JP2010249098A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2010249098A
Application number: JP2009102071A
Authority: JP
Inventors: Kiyonori Takahashi; 清徳高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】クラッチが磨り減った結果、クラッチが継合し始めるクラッチ位置が変化したとき、適切に、エンジンを制御する。
【解決手段】本発明による車両の制御装置は、駆動力伝達系５２にクラッチ５６を備えた車両に適用可能な、車両の制御装置であって、クラッチ５６が切断状態から継合状態に移行するとき、クラッチ位置に応じた所定量分、エンジン１０の出力トルクを増量補正するトルク補正手段と、クラッチ５６の磨耗に応じて、前記所定量を補正する所定量補正手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと駆動輪との間の駆動力伝達系にクラッチを備えた車両に適用され得る、車両の制御装置に関する。

特許文献１は、車両の発進時および微速走行時のアクセルペダルおよびクラッチペダルの操作を容易にするべく創案された装置を開示する。この装置は、手動変速機および手動クラッチを備えた自動車に適用される装置である。そして、特許文献１の記載によれば、車速が所定速度以下で、手動変速機が所定のギヤにシフトされ、かつ、スロットル開度が所定値より小さいとき、エンジン回転速度が、クラッチ位置に基づいて決定した、アイドリング回転速度より大きい目標エンジン速度に制御される。

特開２００１−２６３１３８号公報

上記特許文献１の装置では、クラッチが経年変化により磨り減った結果、クラッチが継合し始めるクラッチ位置が変化した場合が何ら考慮されていない。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、クラッチが磨り減った結果、クラッチが継合し始めるクラッチ位置が変化したとき、適切に、エンジンを制御することにある。

本発明による車両の制御装置は、駆動力伝達系にクラッチを備えた車両に適用可能な、車両の制御装置であって、クラッチの状態が変化するとき、クラッチ位置に応じた所定量分、エンジンの出力トルクを補正するトルク補正手段と、クラッチの磨耗に応じて、前記所定量を補正する所定量補正手段とを備えていることを特徴とする。

トルク補正手段は、クラッチが切断状態から継合状態に移行するとき、クラッチ位置に応じた所定量分、エンジンの出力トルクを増量補正するとよい。

本発明の一実施形態が適用された車両システムを示す概略構成図である。実施形態でのエンジン出力補正制御を説明するためのフローチャートである。クラッチ位置と補正制御量との相関関係例を概念的に表したグラフである。実施形態でのエンジン出力補正制御用のクラッチミート位置の設定を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。

図１は、実施形態の車両の制御装置１が適用された車両システム５を示す概略構成図である。同図に示されるエンジン１０は、シリンダブロック１２に形成された気筒１４の燃焼室１６の内部で、点火プラグ１８で点火することにより、燃料噴射弁２０から噴射供給された燃料および空気の混合気を燃焼させる。これにより、エンジン１０は、気筒１４内でピストンを往復移動させることにより動力を発生することができる。なお、エンジン１０は、火花点火形式を有する直列４気筒エンジンとして構成されているが、本発明は、種々の形式、気筒配列、気筒数を有するエンジンを備える車両に適用され得る。また、エンジン１０は、燃料噴射形式としてポート噴射形式を採用するが、燃料噴射形式は筒内噴射形式など種々の形式にされてもよい。

気筒１４の燃焼室１６に臨むと共に吸気通路２２の一部を区画形成する吸気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、吸気弁（不図示）によって開閉される。シリンダヘッドには、吸気通路２２の一部を区画形成する吸気マニホールド２４、サージタンク２６が接続され、さらにその上流側には同じく吸気通路２２の一部を区画形成する吸気管２８が接続されている。吸気管２８の上流端側には、吸気通路２２に導かれる空気中の塵埃などを除去するべくエアクリーナ３０が設けられている。また、スロットルアクチュエータ３２によって開度が調整されるスロットルバルブ３４が、吸気通路２２の途中に設けられている。さらに、スロットルバルブ３４を迂回するようにバイパス通路３６が設けられている。バイパス通路３６には、アクチュエータ３８によって開度が調整されるバルブ（例えばＩＳＣバルブ）４０が設けられている。

他方、気筒１４の燃焼室１６に臨むと共に排気通路４２の一部を区画形成する排気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、排気弁（不図示）によって開閉される。シリンダヘッドには、排気通路４２の一部を区画形成する排気マニホールド４４が接続され、さらにその下流側には同じく排気通路４２の一部を区画形成する排気管４６が接続されている。なお、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ４８が排気通路４２の途中に設けられている。

他方、動力源であるエンジン１０と駆動輪５０との間には、駆動輪５０にエンジン１０で生じさせた動力を伝達するために、駆動力伝達系（駆動系）５２が設けられている。各燃料噴射弁２０から噴射された燃料と吸気通路２２からの空気とが混ざり合うことで形成される混合気が、上記の如く点火プラグ１８での点火により、燃焼室内で、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストンが往復動され、クランクシャフト５４が回転されて駆動力（出力トルク）が得られる。エンジン１０のクランクシャフト５４には、クラッチ５６を介して手動変速機５８の入力軸６０が接続されている。クラッチ５６は、車室（不図示）内に設けられたクラッチ操作部としてのクラッチペダル６２に機械的に連結されており、運転者によるクラッチペダル６２の踏込み操作に応じて作動（継合または切断）する。クラッチ５６が継合すると、クランクシャフト５４の出力トルクがクラッチ５６を通じて入力軸６０に伝達され、また、クラッチ５６が切断されると、クランクシャフト５４から入力軸６０への出力トルクの伝達が遮断される。こうしたクラッチ５６は、常時は継合状態とされるが、クラッチペダル６２の踏込み操作により切断状態となる。なお、ここでは、クラッチ５６が半継合状態にあるときも、つまり、半クラッチも、継合状態に含まれる。

手動変速機５８は、前述した入力軸６０のほかに、出力軸６４と、互いに噛合わせられる複数のギヤ（図示略）と、運転者によって操作されるシフトレバー６６と、そのシフトレバー６６の操作をギヤに伝達する伝達機構（図示略）とを備える。この手動変速機５８では、シフトレバー６６の操作に応じて、噛合わせにかかるギヤの組み合わせ（変速段）が切替えられる（ギヤチェンジされる）ことにより、エンジン１０の回転速度（エンジン回転速度）、出力トルク等が変換される。この変換により、入力軸６０と出力軸６４との回転速度比である変速比（ギヤ比）がギヤの組み合わせに応じたものとなる。

手動変速機５８の出力軸６４はドライブシャフト６８、ディファレンシャルギヤ７０、車軸７２等を介して駆動輪５０に接続されており、出力軸６４の回転がこれら各部材６８．７０、７２を通じて駆動輪５０に伝達される。上記エンジン１０と駆動輪５０との間の各部品が駆動系部品に相当し、これらの部品によって車両システム５の駆動系５２が構成されている。

エンジン１０や駆動系５２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７４に、各種値を求めるための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメーター７６が吸気通路２２に備えられている。また、エアフローメーター７６近傍に吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ７８が備えられている。また、吸気圧を検出するための圧力センサ８０が設けられている。また運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ８２が備えられている。また、スロットルバルブ３４の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ８４も備えられている。また、ピストンが往復動する、シリンダブロック（あるいはその近傍）には、連接棒を介してピストンが連結されているクランクシャフト５４のクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ８６が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ８６はエンジン回転速度を検出するための回転速度センサとしても利用される。さらに、エンジン１０の冷却水温を検出するための温度センサ８８が備えられている。さらに、車速を検出するための車速センサ９０も備えられている。また、シフトレバー６６には、その操作位置を検出するためのシフトセンサ（シフトスイッチ）９２が設けられている。さらに、クラッチ５６の状態を検知可能にするべく、クラッチ位置（クラッチストローク）を検出するためのクラッチポジションセンサ８２が設けられている。なお、クラッチポジションセンサ８２は、ポテンショメータ等の位置センサであり得る。また、ブレーキペダルが踏まれているか否か、すなわちブレーキペダルのＯＮ、ＯＦＦ状態を検出するための、ストップランプスイッチ９４が設けられている。さらに、排気ガス中の空燃比の状態を検出するために空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）９６が設けられている。

ＥＣＵ７４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、前述の各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号（検出信号）に基づき、予め設定されたプログラムにしたがって各種演算等を行い、円滑なエンジン１０や駆動系５２の運転ないし作動がなされるように、ＥＣＵ７４は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。こうして、点火プラグ１８や燃料噴射弁２０の作動、スロットルバルブ３４、バルブ４０の各開度などが制御される。ただし、ＥＣＵ７４は、スロットルバルブ３４、バルブ４０の各開度を制御するため、それぞれに対応するアクチュエータ３２、３８に作動信号を出力する。

なお、本実施形態では、トルク補正手段は、ＥＣＵ７４の一部を含んで構成され、また、所定量補正手段は、ＥＣＵ７４の一部を含んで構成される。

エンジン１０では、エアフローメーター７６からの出力信号、クランクポジションセンサ８６からの出力信号など、すなわちエンジン１０の負荷および回転速度で表される運転状態に基づいて、通常は、燃料噴射制御、点火時期制御などが実行される。

例えば、アイドル時には、ＥＣＵ７４は、アイドル回転速度が一定になるように、具体的には所定の目標回転速度に収束するように、フィードバック制御を実行する。具体的には、スロットルバルブ３４が全閉状態であって、かつ、クラッチ５６などが所定の状態にあるとき、実際のエンジン回転速度（実エンジン回転速度）、冷却水温度、電気負荷など、種々のエンジンの状態を表す値に基づいて、目標アイドル回転速度が設定される。この目標アイドル回転速度と実エンジン回転速度との偏差に基づいて、ＥＣＵ７４は、ここでは比例分Ｐと積分分Ｉからなる制御信号を演算する。この制御信号により、バルブ４０の開度が制御されて、バイパス通路３６を流れる空気量が調整される。このようにして、エンジン回転速度が、目標アイドル回転速度にフィードバック制御される。

また、車両の発進時や車両が微速走行するときには、上記クラッチ５６が切断状態から継合状態に移行される。このときに、エンジン回転速度が急激に低下してエンジン１０がエンストすることを防止するべく、ＥＣＵ７４は、エンジン出力を高めるように、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期の少なくとも１つを補正制御する、エンジン出力補正制御を実行する。これを、図２のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図２のフローチャートは、所定時間毎に繰り返される。

ステップＳ２０１で、所定条件が満たされているか否かが判定される。具体的には、ここでは、車速が所定車速以下であって（例えば車両が停車中（車速が０ｋｍ／ｈ））、かつ、クラッチペダル６２が操作されているか否かが判定される。ただし、この所定条件は、クラッチペダル６２が操作されていること（クラッチ５６の状態が変化していること）のみであってもよい。なお、ステップＳ２０１での所定条件に、スロットル開度が所定値以下であること（アクセル開度が所定値以下であること）、変速機５８が所定のギヤにシフトされていること（ニュートラル状態でない、例えば、１速が選択されていること）、ブレーキが作動されていないこと、の少なくとも１つが加えられてもよい。

そして、ステップＳ２０１で、所定条件が満たされているので、肯定判定されると、ステップＳ２０３で、クラッチ位置が取得される。クラッチ５６が、切断状態から継合状態へ移行しているか否か、継合状態であっても、どの程度の継合状態であるのか等、クラッチ５６の位置に応じて後で述べるように補正制御量や制御量を決定するために、クラッチ位置が検出される。

次いで、ステップＳ２０５では、実エンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差が求められる。この目標エンジン回転速度は、上記目標アイドル回転速度以上の回転速度であり、ステップＳ２０３で取得されたクラッチ位置および冷却水温などに基づいて定められる。

そして、ステップＳ２０７では、ステップＳ２０３で取得されたクラッチ位置およびステップＳ２０５で取得された回転速度差に基づいて、点火プラグ１８、燃料噴射弁２０、および／またはバルブ４０（および／またはスロットルバルブ３４）の操作量すなわち制御量を定めるように、制御信号が定められる。そして、こうして定められた制御信号により、点火プラグ１８、燃料噴射弁２０、バルブ４０および／またはスロットルバルブ３４が制御される。

ステップＳ２０７で制御量すなわち制御信号を決めるときに、図３に表された如きデータが用いられる。図３のグラフに概略的に表すように、本実施形態では、クラッチ位置とそれら補正制御量との相関関係は、線形に変化する。ただし、図３では、横軸にクラッチ位置がとられていて、図３中左側から右側に進むほどクラッチ５６のつながり度合いは増す。図３の左端では、クラッチ５６はつながっていない。また、図３では、縦軸に補正制御量がとられていて、図３中上側ほど、エンジン出力を増すための補正制御量が増す。なお、これらの関係は、非線形の関係であってもよい。また、図３のグラフとは、異なる傾き（例えば負の傾き）を有して、補正制御量が変化されてもよい。

図３の横軸の左端側（ａ−ｂ間（ｂを含まず。））では、クラッチ５６が切り離されている。それ故、この範囲のクラッチ位置が取得されたとき、補正制御量は零にされ、目標アイドル回転速度が目標エンジン回転速度に設定される。これに対して、「ｂ」のクラッチ位置は、クラッチ５６が継合し始める位置であり、ここではクラッチミート位置と称される。それ故、クラッチ位置が「ｂ」の位置であるとき、クラッチ５６を介して、エンジン１０には負荷がかかる。これにより、実エンジン回転速度が急激に低下してエンジン１０がエンストしないように、補正制御量が大きくなる。そして、その後、クラッチ５６の継合が進むにつれて、補正制御量が増す。補正制御量は、上記の如き、比例分Ｐと積分分Ｉからなる制御信号の値であってもよく、また、それに変換されてもよく、あるいは、他の形式の制御信号の値と関係付けられてもよい。

このように、ＥＣＵ７４は、クラッチ５６の継合が進むとき、クラッチの継合度合いの進行により、エンストが生じないように、エンジン出力を増すように、エンジン出力補正制御を実行する。そして、これは、初期設定されたクラッチミート位置に基づいて制御される。

しかし、クラッチ５６は、経年変化により、磨耗する。これは、クラッチミート位置が、初期設定されたクラッチミート位置からずれることを意味する。したがって、クラッチが磨耗したときにクラッチミート位置を初期設定のままにして、上で述べたのと同じようにエンジン出力を高めるべくエンジン出力補正制御を実行すると、クラッチが未だ切断状態であるにもかかわらず、エンジン出力が増すことになる。これでは、エンジン回転速度が急上昇（吹き上がり）することになり、運転者に違和感あるいは不快感を抱かせることになりかねない。そこで、以下に説明するように、クラッチの磨り減り具合に応じて、エンジン出力補正制御に用いるクラッチミート位置を変化させる。

クラッチミート位置の設定に関して、図４のフローチャートに基づいて説明する。ただだし、ここでは、図４のフローは、エンジン１０始動後かつ停止前において、初めにクラッチ５６が継合されるときにのみ実行される。しかし、図４のフローは、エンジン１０始動後、断続的にあるいは継続的に繰り返されてもよい。

ステップＳ４０１では、クラッチ５６がミートしたか否かが判定される。これは、クラッチ５６が切断状態から継合状態に移行したときのクラッチ位置（クラッチ５６が継合し始めるときのクラッチミート位置）を検出するために実行される。具体的には、検出したクラッチ位置が所定値以上であり、かつ、エンジン回転速度の変化幅が所定値以上であるか否かが判定される。クラッチ位置は、それまで設定されて記憶されているクラッチミート位置である所定値と比較される。また、エンジン回転速度の変化幅は、５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍなどである所定値と比較される。なお、これらの両所定値は、任意に定められ得る。

そして、ステップＳ４０１で肯定判定されたときのクラッチ位置（つまりクラッチミート位置）が、ステップＳ４０３で、それまでに記憶されているクラッチミート位置よりも進んだ位置か否かが判定される。クラッチ５６が（さらに）磨り減っておらず、クラッチミート位置が実質的に変化していない場合、ステップＳ４０１で肯定判定されたときのクラッチミート位置は、それまでに記憶されているクラッチミート位置に概ね一致する。これに対して、クラッチ５６が磨り減って、クラッチミート位置が変化した場合、ステップＳ４０１で肯定判定されたときのクラッチミート位置は、それまでに記憶されているクラッチミート位置に一致しない。

それ故、ステップＳ４０３で否定判定される場合、それまでに記憶されているクラッチミート位置を用いて、エンジン１０が停止されるまで、必要に応じて、上記エンジン出力補正制御が実行される。これに対して、ステップＳ４０３で肯定判定される場合、それまでに記憶されているクラッチミート位置は、直近の（今回の）ステップＳ４０１で肯定判定されたときに取得されたクラッチミート位置により更新される。これにより、上記した図３のグラフで、クラッチミート位置が「ｂ」の位置から例えば「ｃ」の位置にずれ、クラッチ位置とそれら補正制御量との相関関係が実線から点線に移る。そして、この点線の相関関係に基づいて、エンジン１０が停止されるまで、必要に応じて、上記エンジン出力補正制御が実行される。なお、クラッチミート位置の更新の効力は、エンジン１０が始動後停止されるまでの間に限定されてもよく、あるいは、エンジン１０の再始動後まで継続されてもよい。

このように、クラッチ５６が磨耗したとき、その磨耗の程度によって、エンジン出力補正制御用のクラッチミート位置が更新されるので、上記ステップＳ２０７で定められる制御量すなわち制御信号が、クラッチ５６の状態に即したものになる。したがって、エンジン出力補正制御を適切に実行することが可能になる。

なお、上記実施形態では、クラッチ５６の継合や切断は、クラッチペダル６２の踏み込みに基づいて機械的に切り替えられたが、それらがアクチュエータを用いて電気的に切りかえられるようにクラッチ装置が構成されてもよい。また、本発明は、クラッチペダルを備えない、電子制御により制御されるクラッチを含むクラッチ装置を備える車両にも適用できる。

また、上記実施形態のエンジン１０は、スロットルバルブを迂回するように設けられたバイパス通路、および、バイパス通路に設けられたバルブを有している。しかし、これらバイパス通路およびバルブは設けられなくてもよい。これらが設けられない場合、アイドル回転速度制御やエンジン出力補正制御では、スロットルバルブの開度が変えられ得る。なお、アイドル回転速度制御とエンジン出力補正制御とは統合されてもよく、あるいは、別々に切り離されてもよい。

なお、上記実施形態の説明では、主に、クラッチ５６が切断状態から継合状態に移行するときに関して説明した。しかし、クラッチ５６が継合状態から切断状態に移行するときにも、上記したエンジン出力補正制御が適用されてもよい。例えば、クラッチ５６が継合状態から切断状態に移行するとき、クラッチ位置に応じた所定量分、エンジン１０の出力トルクが減量補正され得る。

なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。

５車両システム
１０エンジン
５６クラッチ

Claims

駆動力伝達系にクラッチを備えた車両に適用可能な、車両の制御装置であって、
前記クラッチの状態が変化するとき、クラッチ位置に応じた所定量分、エンジンの出力トルクを補正するトルク補正手段と、
前記クラッチの磨耗に応じて、前記所定量を補正する所定量補正手段と
を備えていることを特徴とする車両の制御装置。