JP2012225463A - 駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速比の変速応答性を向上させるとともに、変速比の追従性を向上させることができる駆動力制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関から伝達された動力を有段式に変化させる有段変速機と、その有段変速機と直列に連結され変速比を無段階に変化させる無段変速機とを備えた変速機を有する駆動力制御装置において、前記内燃機関の燃焼気筒数や空燃比を変化させて該内燃機関の運転点を変化させる際に、前記変速機の目標変速比を算出する変速比算出手段（ステップＳ３）と、該変速比算出手段により算出された前記変速機の目標変速比に該変速機の変速比を変化させるときに、前記無段変速機の変速比の変化量が小さくなるように、前記有段変速機の変速比を選択する手段（ステップＳ４）を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関から出力されたトルクを変化させて出力する変速機を有する駆動力制御装置に関し、特に、その内燃機関の燃焼気筒数や空燃比を変化させて内燃機関の運転特性を変化させる駆動力制御装置に関するものである。

従来、車両の動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関（以下、単にエンジンと記す。）が利用されている。これらの内燃機関は、出力するパワーにおいて燃費が最適となる回転数とトルクとによって駆動することが好ましく、そのため、エンジンと車輪との間に変速機を設け、エンジンの回転数やトルクを変化させるように構成されている。また、エンジンは、複数のシリンダに設けられたピストンと、そのピストンの上下運動を出力軸に伝達するクランク機構とによって構成された複数の気筒を備えており、そのため、エンジンの燃費を低下させて駆動させる場合、複数の気筒のうち一部の気筒を停止させて駆動させる、いわゆる減筒運転が行われることがある。

一方、エンジンの燃焼気筒数を変化させるとエンジンから出力される出力トルクが急激に変化してショックが発生する可能性があるので、燃焼気筒数を変化させる以前に変速機によって変速比を変化させ始めてから燃焼気筒数を変化させるように構成された装置が、特許文献１に記載されている。また、特許文献１には、トロイダル式無段変速機を利用した駆動装置が記載されている。さらに、特許文献２には、エンジンの燃焼気筒数を変化させるタイミングと同期して無段変速機や多段変速機により変速比を変化させることによって、エンジンの燃焼気筒数を変化させることによるショックを抑制することが記載されている。

また、特許文献３には、エンジンの出力軸に無段変速機が連結され、その無段変速機の出力軸に多段変速機を連結することによって、多段変速機による変速ショックを無段変速機が抑制もしくは防止することが記載されている。さらに、特許文献４には、ベルト式無段変速機と２段変速機によって構成された変速機を有する駆動装置におけるベルト式無段変速機の制御方法が記載されている。具体的には、高い変速要求があった場合に、２段変速機の変速比を変化させ、その２段変速機の変速比の変化とは反対にベルト式無段変速機の変速機を変化させ、仮想変速線を設定することによってベルト式無段変速機の変速幅を縮小させて変速時間を短縮するように制御されている。そして、特許文献５には、多段変速機と２段変速機とを直列に連結して、多段変速機と２段変速機との変速段を組み合わせることによってスムーズな変速を行えるように構成された装置が記載されている。

特開２００９−１４４５７５号公報 特開２００６−３２２３７１号公報 特開２００８−２７９９３７号公報 特開２０１０−２３０１１６号公報 特開２００７−２５５５０９号公報

上述した特許文献１および２に記載されたように、エンジンの燃焼気筒数を変更することによって、エンジントルクが急激に変化してショックが生じる可能性がある。そのため、特許文献１および２に記載されたように変速機によって燃焼気筒数が変化した後のエンジントルクに応じて変速比を変化させることによって、その燃焼気筒数の変化によるショックを抑制することができる。一方、特許文献２に記載された有段変速機によって変速比を変化させると、変速速度が速いもののエンジンの最適燃費線に沿う変速比と有段変速機の変速比とが一致しない可能性がある。そのため、特許文献１に記載されたトロイダル式無段変速機によって変速比を変化させると、エンジンの最適燃費線に沿ってトロイダル式無段変速機の変速比を変化させることができるものの、変速速度が比較的に速いトロイダル式無段変速機を利用したとしても、有段変速機での変速速度に対して少なからず変速遅れが生じてしまう。したがって、特許文献１に記載されたようにトロイダル式無段変速機を利用したとしても、変速応答性が遅いことにより、最適燃費線に沿った変速比に変化するまでの間に燃費の悪い運転をせざるを得ず、特許文献２に記載されたように有段変速機を利用したとしても、変化させた変速比と最適燃費線に沿う変速比との差に応じてエンジンの燃費が低下してしまう可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、変速比の変速応答性を向上させるとともに、変速比の追従性を向上させることができる変速機の制御方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関から伝達された駆動力を有段式に変化させる有段変速機と、その有段変速機と直列に連結され変速比を無段階に変化させる無段変速機とを備えた変速機を有する車両の駆動力制御装置において、前記内燃機関の燃焼気筒数もしくは空燃比を変化させて該内燃機関の運転点を変化させる際に、前記変速機の目標変速比を算出する変速比算出手段と、該変速比算出手段により算出された前記変速機の目標変速比に該変速機の変速比を変化させるときに、前記無段変速機の変速比の変化量が小さくなるように、前記有段変速機の変速比を選択する手段を備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記変速比算出手段は、前記内燃機関の運転点を変化させる前後の該内燃機関の出力するパワーが変化しないように、前記変速機の目標変速比を算出することを特徴とする駆動制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記無段変速機は、互いに対向して配置されたディスクと、そのディスクに挟まれて動力を伝達するパワーローラとによって構成されたトロイダル式無段変速機を含むことを特徴とする駆動制御装置である。

請求項１の発明によれば、内燃機関から伝達された駆動力を有段式に変化させる有段変速機と、その有段変速機と直列に連結され変速比を無段階に変化させる無段変速機とを備えているので、内燃機関から伝達された駆動力を無段階に変速して出力することができ、その結果、変速機全体としての変速比の追従性を向上させることができる。また、その内燃機関の燃焼気筒数もしくは空燃比を変化させて内燃機関の運転点を変化させる際に、変速機の目標変速比を算出する手段と、その目標変速比に変速機の変速比を変化させるときに、無段変速機の変速比の変化量が小さくなるように、有段変速機の変速比を選択する手段を備えているので、相対的に変速速度の遅い無段変速機の変速比の変化量を減少させることができ、その結果、変速速度を速くすることができる。

また、請求項２の発明によれば、変速比算出手段は、内燃機関の運転点を変化させる前後の内燃機関の出力するパワーが変化しないように、変速機の目標変速比を算出するので、内燃機関の運転点が変化することによる装置全体としての駆動力の低下を抑制もしくは防止することができる。

そして、請求項３の発明によれば、無段変速機は、互いに対向して配置されたディスクと、そのディスクに挟まれて動力を伝達するパワーローラとによって構成されたトロイダル式無段変速機であるので、無段変速機の変速速度をより速くすることができる。

この発明に係る変速機の制御方法を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る変速機の構成の一例を説明するための模式図である。 エンジンの最適燃費線と出力パワーとの関係を示すグラフである。

つぎにこの発明に係る変速機の構成の一例を具体的に説明する。図２は、車両に搭載された動力伝達装置を模式的に示したものである。図に示す動力伝達装置は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関（以下、単にエンジン１と記す。）から図示しない車輪に動力を伝達する装置であって、エンジン１の出力側にロックアップクラッチ２を備えたトルクコンバータ３が連結され、そのトルクコンバータ３から伝達されたトルクや回転数を変化させて出力する変速機４が連結されている。そして、その変速機４から出力された動力が伝達されるギヤトレーン部５によって車輪に動力を出力するように構成されている。

トルクコンバータ３は従来知られているものと同様の構成であって、エンジン１に連結されているフロントカバー６と一体のポンプインペラー７に対向してタービンランナー８が配置され、そのタービンランナー８が出力要素となっている。これらポンプインペラー７とタービンランナー８との間には、それらの速度比が小さい状態でポンプインペラー７から吐出されたオイルをその流れの向きを変化させてタービンランナー７に供給するステータ９が配置されている。そのステータ９は図示しない一方向クラッチを介して所定の固定部に連結されている。

ロックアップクラッチ２はタービンランナー６と一体となって回転するように構成されている。このロックアップクラッチ２は、上記のフロントカバー４の内面に対向して配置された環状の部材であって、フロントカバー４の内面との間の油圧が相対的に高くなることにより、フロントカバー４から離れて解放状態になり、またこれとは反対側の油圧が相対的に高くなることによりフロントカバー４の内面に押し付けられて、トルク伝達を行う係合状態となるように構成されている。

また、上記変速機４は、大きい変速比と小さい変速比とを選択的に切り替えて出力することのできる２段変速機１０と、その２段変速機１０の出力軸に直列的に連結されたトロイダル式無段変速機１１とによって構成されている。このトロイダル式無段変速機１１は、入力された動力を連続的に変速して出力することができるように構成されている。そのトロイダル式無段変速機１１の構成について簡単に説明すると、このトロイダル式無段変速機１１は従来知られたものと同様の構成であって、入力軸と一体に回転するように形成された入力ディスク１２と、その入力ディスク１２に対向して配置された出力ディスク１３と、それらのディスク１２，１３に挟まれて配置されたパワーローラ１４とによって構成されており、図に示す例では、入力ディスク１２と出力ディスク１３とパワーローラ１４とによって構成された機構が２対配置されている。具体的には、一方の出力ディスク１３の背面と他方の出力ディスク１３の背面とが一体となるように配置されている。したがって、このトロイダル式無段変速機１１は、回転軸線から各ディスク１２，１３とパワーローラ１４とが接触する位置までの距離の比率によって、入力ディスク１２の回転数と出力ディスク１３の回転数とが変化するように構成されている。言い換えれば、パワーローラ１４の傾きを変化させて、回転軸線から各ディスク１２，１３とパワーローラ１４とが接触する位置までの距離を変化させることによって変速比を変化させるように構成されている。したがって、２段変速機１０とトロイダル式無段変速機１１とによって構成された変速機４は、無段変速機として機能することができる。そして、変速機４の出力ディスク１３の外周面には、円周方向に複数の歯が形成されており、車輪に連結されたギヤトレーン部５のうちの一つのギヤ５ａが噛み合っている。

さらに、上記エンジン１は、複数のシリンダと、それらのシリンダの内部に設けられ燃料の爆発による力によって上下動作するピストンと、そのピストンの上下動作をエンジン１の出力軸であるクランクシャフトに伝達するクランク機構とによって構成されている。

上述したように構成されたエンジン１は、運転者のアクセル開度などによって判断できる出力パワー要求に基づいてエンジン１の出力パワーを定め、その出力パワーを出力した場合のエンジン１の燃費が良好となる回転数を予め実験などによって用意されたマップに従って定めるように構成されている。つまり、エンジン１の運転点を図３に示すａ点とするように構成されている。また、車両が定常走行している場合や下り坂を走行している場合には、大きな駆動力を要求されないので、エンジン１の燃焼気筒数を減少させて燃費を向上させるように構成されている。なお、図３に示す実線は、実験などで定めた最適燃費線であって、この最適燃費線は、エンジン１の出力パワー毎に燃費が最適となるエンジン１の運転点を結んだものである。また、図に示す破線は、一定の出力パワーを示している。

一方、エンジン１の燃焼気筒数を減少させると、エンジン１の出力トルクが低下してしまうので、エンジン１の出力トルクと回転数とを積算することにより求まる出力パワーが低下してしまう。すなわち、エンジン１の出力パワーが低下することによる車両としての駆動力が低下してしまう。そのため、従来、エンジン１の燃焼気筒数を低下させるとともに、変速機４の変速比を大きくして、すなわち、ダウンシフトしてエンジン１の回転数を増加させることによってエンジン１の出力パワーを維持するように構成されている。つまり、エンジン１の運転点が図３に示すｂ点となるように構成されている。

この発明は、上述したようにエンジン１の燃焼気筒数を変化させた場合に、エンジン１の出力パワーが変化しないように変速比の変速速度を速くしつつ、その変速比の目標変速比への追従性を向上させるものである。具体的にその変速機４の制御方法を、２段変速機１０が小さい方の変速比を選択している場合について説明する。図１は、この発明に係る変速機４の制御方法を説明するためのフローチャートである。なお、図に示すフローチャートは、エンジン１が全気筒運転している状態から減筒運転している状態に切り替える際の変速機４の制御方法の一例を示している。まず、エンジン１の燃焼気筒数を全気筒運転から減筒運転に切り替えるべきか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１は、要求されるエンジン１の出力パワーを出力する上で、全筒運転した場合の燃料消費量が減筒運転した場合の燃料消費量よりが多いか否かによって判断することができる。

ステップＳ１で否定的に判断された場合、すなわち、全気筒運転を継続する場合には、リターンする。それとは反対に、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、減筒時のエンジン１の目標回転数を算出する（ステップＳ２）。ステップＳ２は、アクセル開度などから算出されるエンジン１の出力パワーと、減筒時の気筒数における最適燃費線との交点から算出することができる。つまり、図３に示すｂ点の回転数を算出する。そして、ステップＳ２で算出されたエンジン１の回転数と車速とから変速機４の変速比を算出する（ステップＳ３）。言い換えれば、現状の車速に基づいてステップＳ２で算出されたエンジン１の回転数となる変速比を算出する。つまり、変速機４の目標変速比を算出する。

そして、ステップＳ３で算出された目標変速比に基づいて式１が成立するか否かを判断する（ステップＳ４）。

なお、式１におけるi_lowは２段変速機１０の大きい方の変速比、i_highは２段変速機の小さい方の変速比、γ_cv1は現状のトロイダル式無段変速機１１の変速比、γ_TM-tgtは変速機４の目標変速比を示している。

すなわち、ステップＳ４の判断は、現状のトロイダル式無段変速機１１の変速比における、２段変速機１０の小さい方の変速比を選択した場合の目標変速比に対する変速機４全体の変速比の割合の偏差が、２段変速機１０の大きい方の変速比を選択した場合の目標変速比に対する変速機４全体の変速比の割合の偏差より小さいか否かを判断する。言い換えれば、トロイダル式無段変速機１１の変速比の変化量が、２段変速機１０のいずれの変速比を選択したときの方が少なくなるかを判断するものである。

ステップＳ４で肯定的に判断された場合、すなわち、現状のトロイダル式無段変速機１１の変速比における、２段変速機１０の小さい方の変速比を選択した場合の目標変速比に対する変速機４全体の変速比の割合の偏差が、２段変速機１０の大きい方の変速比を選択した場合の目標変速比に対する変速機４全体の変速比の割合の偏差より小さい場合には、２段変速機１０を大きい側の変速比に変更し、変速機４全体としての変速比が目標変速比となるように、トロイダル式無段変速機１１の変速比を定めて変更する（ステップＳ５）。具体的には、式２となるようにトロイダル式無段変速機１１の変速比を変更する。なお、図１に示す例では、２段変速機１０が小さい方の変速比を選択している場合を示しているが、２段変速機１０が大きい方の変速比を選択している場合には、ステップＳ５では、i_lowを維持すればよい。

なお、式２におけるγ_cv2は、トロイダル式無段変速機１１の目標変速比である。

それとは反対にステップＳ４で否定的に判断された場合、すなわち、現状のトロイダル式無段変速機１１の変速比と２段変速機１０の変速比が大きい側の変速比とを積算した変速比と、目標変速比との割合の変化量が、現状のトロイダル式無段変速機１１の変速比と２段変速機１０の変速比が小さい側の変速比とを積算した変速比と、目標変速比との割合の変化量より大きい場合には、２段変速機１０の変速比を現状の変速比に維持しつつ、変速機４全体としての変速比が目標変速比となるように、トロイダル式無段変速機１１の変速比を定めて変更する（ステップＳ６）。具体的には、式３となるようにトロイダル式無段変速機１１の変速比を変更する。なお、図１に示す例では、２段変速機１０が小さい方の変速比を選択している場合を示しているが、２段変速機１０が大きい方の変速比を選択している場合には、ステップＳ６では、２段変速機１０を小さい側の変速比に変更すればよい。

上述したように各変速機１０，１１の変速比を定めることによって、トロイダル式無段変速機１１の変速比の変化量を小さくすることができるので、変速機４全体としての変速速度が速くなるとともに、目標変速比への追従性を向上させることができる。

なお、この発明は、エンジン１の運転点を変化させる場合に、変速機の目標変速比を算出して、その目標変速比に変速機の変速比を変化させるときに、無段変速機の変速比の変化量が小さくなるように構成されていればよい。したがって、上述した構成では、エンジン１の燃焼気筒数を減少させる例を示したが、例えば、エンジン１の空燃比を変化させる場合にも、この発明に係る駆動制御装置を適応することができる。また、上述した構成では、エンジン１の燃焼気筒数を減少させる場合を例に挙げたが、エンジン１の燃焼気筒数を増加させる場合であっても、この発明に係る駆動制御装置を利用することができる。さらに、上述した構成では、トロイダル式無段変速機１１を利用した構成を例に挙げたが、要は、変速追従性を向上させることができればよいので、トロイダル式無段変速機１１に替えてベルト式無段変速機を利用してもよい。そして、上述した構成では、有段変速機として２段変速機１０を利用した構成を例に挙げたが、特にこれに限定されず、複数の変速段を有する変速機であってもよい。その場合には、各変速段毎に上記ステップＳ４と同様の判断をすればよい。

１…エンジン、 ４…変速機、 １０…２段変速機、 １１…トロイダル式無段変速機。

Claims (3)

1. 内燃機関から伝達された駆動力を有段式に変化させる有段変速機と、その有段変速機と直列に連結され変速比を無段階に変化させる無段変速機とを備えた変速機を有する車両の駆動力制御装置において、
   前記内燃機関の燃焼気筒数もしくは空燃比を変化させて該内燃機関の運転点を変化させる際に、前記変速機の目標変速比を算出する変速比算出手段と、
   該変速比算出手段により算出された前記変速機の目標変速比に該変速機の変速比を変化させるときに、前記無段変速機の変速比の変化量が小さくなるように、前記有段変速機の変速比を選択する手段を備えていることを特徴とする駆動力制御装置。
2. 前記変速比算出手段は、前記内燃機関の運転点を変化させる前後の該内燃機関の出力するパワーが変化しないように、前記変速機の目標変速比を算出することを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
3. 前記無段変速機は、互いに対向して配置されたディスクと、そのディスクに挟まれて動力を伝達するパワーローラとによって構成されたトロイダル式無段変速機であることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動力制御装置。

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