JP2014066329A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたときの車両の急減速を抑制する。
【解決手段】無段変速機の減速比の制御範囲を規定するシフトポジションがローギア側のポジションである場合に、ハイギア側のポジションである場合と比較して回生制動による発電量を多くするものとし、車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたとき、その操作から実際に無段変速機の減速比が変化し始めるまでの遅延期間Ｔ１における発電量の増加の速さを、無段変速機の減速比が変化し始めた後Ｔ２における発電量の増加の速さよりも大きくすることとした。
【選択図】図４

Description

本発明は、機関と車軸との間に無段変速機が介在するとともに、車速の減速時に駆動力の一部を発電機に入力して発電する回生制動を行う態様の車両の制御に関する。

近時の車両では、実用燃費のさらなる向上を目論み、車速の減速時、特に運転者がアクセルペダルから足を離した際に、車両の持つ運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する回生制動が行われる。回生制動においては、運転者が指示した変速機のシフトポジションがローギア側のポジションであるほど、発電機による発電量を増大させて、制動力を強めながらより多くの量のエネルギの回収を試みる（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０００−３５４３０１号公報

減速中に運転者の手でシフトポジションをよりローギア側にシフトダウンする旨の操作が実行されると、そのシフトダウン指令に対応して、変速機の減速比をより大きくなる方向に制御する。減速比の制御は、可及的速やかに完了する必要がある。変速機がハイギア化した状態のままであると、再加速時の加速性が弱まり、また登坂走行にもたつきが生じるからである。

しかし、変速機の減速比の増大と同時に発電機の発電量が増大すると、変速機のローギア化に伴うエンジンブレーキ作用の強化に発電機による負荷の増大が重なり、車両が急激に減速してドライバビリティやドライブフィーリングを損ねてしまう。

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたときの車両の急減速を抑制することを所期の目的としている。

本発明では、機関と車軸との間に無段変速機が介在するとともに、車速の減速時に駆動力の一部を発電機に入力して発電する回生制動を行う態様の車両を制御する制御装置であって、無段変速機の減速比の制御範囲を規定するシフトポジションがローギア側のポジションである場合に、ハイギア側のポジションである場合と比較して回生制動による発電量を多くするものであり、車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたとき、その操作から実際に無段変速機の減速比が変化し始めるまでの遅延期間における発電量の増加の速さを、無段変速機の減速比が変化し始めた後における発電量の増加の速さよりも大きくすることを特徴とする車両の制御装置を構成した。

本発明によれば、車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたときの車両の急減速を抑制できる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における駆動系の構成を示す図。 同実施形態における電装系の回路図。 本実施形態の制御装置が実施する制御の内容を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側（のドライブプレート）に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側、ひいては前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジ、Ｓレンジ、Ｂレンジ（または、Ｌレンジ）では、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて減速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また減速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ（図示せず）は、内燃機関のクランクシャフトからトルクの伝達を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。この作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

また、一般に、車両では、内燃機関の出力の一部を利用して発電を行い、その発電した電力を車載のバッテリ１２０に充電するとともに、ＥＣＵ２、照明灯、ファンモータ、ヒータ、デフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等といった種々の電気負荷５に供給することが通例である。

図３に、電装系の回路図を示す。電気負荷５の各々は電源、即ち発電機たるオルタネータ１１０及びバッテリ１２０に対して並列に接続する。電気負荷５には、途上にリレースイッチ６、またはパワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子）７を設けた通電回路を介して通電する。そして、リレースイッチ６またはパワーデバイス７のスイッチ動作により、電気負荷５への通電をＯＮ／ＯＦＦする。パワーデバイス７のスイッチ動作を惹起する点弧信号ｑをパワーデバイス７に入力して、電気負荷５に印加する電圧をＰＷＭ制御することも可能である。

オルタネータ１１０は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する。このオルタネータ１１０が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ１３０を介して制御される。レギュレータ１３０は、オルタネータ１１０に付帯するＩＣ式の既知のものである。オルタネータ１１０の出力電圧、即ちステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ１３０は、ＥＣＵ２からオルタネータ１１０の出力電圧を指令する信号ｏを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出する回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｆ、ＣＶＴ９の駆動プーリ９１の回転速度を検出する回転センサから出力される入力側回転速度信号ｇ、ＣＶＴ９の従動プーリ９２の回転速度を検出する回転センサから出力される入力側回転速度信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して減速比制御信号ｎ、レギュレータ１３０に対して出力電圧指令信号ｏ、電装系の通電回路上のリレースイッチ６に対してＯＮ信号ｐ、パワーデバイス７に対して点弧信号ｑ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の減速比、オルタネータ１１０の発電電圧等の各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転者がアクセルペダルから足を離したりブレーキペダルを踏んだりしたことに呼応して車両が減速走行するときに、オルタネータ１１０の出力電圧を高めてオルタネータ１１０による発電量を増し、車両の持つ運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する回生制動を実行する。

回生制動におけるオルタネータ１１０の発電量は、ＣＶＴ９の減速比の制御範囲を規定するシフトポジションがローギア側のポジションであるほど多くする。

ここで、シフトポジションに関して補足すると、本実施形態では、前進走行のシフトポジションとして、Ｄレンジ、Ｓレンジ及びＢレンジの三段階が存在している。Ｄレンジでは動力特性と燃費性能とを両立させるような制御を行うのに対し、ＳレンジではＣＶＴ９の駆動プーリ９１の回転速度ひいてはエンジン回転数を高め、かつエンジンブレーキ作用を強化するように、ＣＶＴ９の減速比（＝駆動プーリ９１の回転速度／従動プーリ９２の回転速度）の下限をＤレンジと比較して高く設定している。Ｂレンジは、ＳレンジよりもさらにＣＶＴ９の減速比の下限が高い。まとめると、ＳレンジはＤレンジよりもローギア側のポジションであり、ＢレンジはＳレンジよりもローギア側のポジションである。ＳレンジやＢレンジは、坂路走行に好適である。

車速の減速時に、運転者の手によってシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われた（具体的には、ＤレンジからＳレンジ若しくはＢレンジに、またはＳレンジからＢレンジにシフトレバーが操作された）場合、ＥＣＵ０は、回生制動におけるオルタネータ１１０の発電量を増大させるべくオルタネータ１１０の出力電圧をより高めるとともに、ＣＶＴ９の減速比をより大きくする制御を実施する。

このとき、図４に示すように、オルタネータ１１０の発電量の増加速度（発電量の単位時間あたりの増加量）が速い時期Ｔ１と、ＣＶＴ９の減速比の増大速度（減速比の単位時間あたりの増加量）が速い時期Ｔ２とをずらすことにより、車両の減速度が急激に上昇することを抑止する。

液圧サーボ９１３、９２３の応答遅れにより、シフトポジションが操作されてから実際にＣＶＴ９の減速度が変化を始めるまでの間にはタイムラグＴ１が存在している。ＥＣＵ０は、このタイムラグＴ１中にオルタネータ１１０の発電量を速やかに増大させ、ＣＶＴ９の可動シーブ９１２、９２２が動作を開始した後の期間Ｔ２では、オルタネータ１１０の発電量の増加速度をタイムラグＴ２中よりも小さく抑える。

本実施形態では、機関と車軸１０３との間に無段変速機９が介在するとともに、車速の減速時に駆動力の一部を発電機１１０に入力して発電する回生制動を行う態様の車両を制御する制御装置０であって、無段変速機９の減速比の制御範囲を規定するシフトポジションがローギア側のポジションである場合に、ハイギア側のポジションである場合と比較して回生制動による発電量を多くするものであり、車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたとき、その操作から実際に無段変速機９の減速比が変化し始めるまでの遅延期間Ｔ１における発電量の増加の速さを、無段変速機９の減速比が変化し始めた後Ｔ２における発電量の増加の速さよりも大きくすることを特徴とする車両の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、運転者の手によりシフトダウン操作がなされた後、即座に発電量を増大させて少しでも多くのエネルギを回収することができ、燃費の向上に資するだけでなく、シフトダウン操作の直後から制動力の向上、即ち適度な車両の減速感を得られるため、運転者にとってよりレスポンスが高いと感じられる車両を実現できる。さらに、無断変速機９の減速比が変化し始めた後は発電量の増加速度を低下させ、車速の急減速を抑制して運転者を含む搭乗者にショックを与えないようにすることができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される駆動系のトルクコンバータの制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
９…無断変速機（ＣＶＴ）
１０３…車軸
１１０…発電機（オルタネータ）

Claims (1)

1. 機関と車軸との間に無段変速機が介在するとともに、車速の減速時に駆動力の一部を発電機に入力して発電する回生制動を行う態様の車両を制御する制御装置であって、
   無段変速機の減速比の制御範囲を規定するシフトポジションがローギア側のポジションである場合に、ハイギア側のポジションである場合と比較して回生制動による発電量を多くするものであり、
   車速の減速時にシフトポジションをシフトダウンする旨の操作が行われたとき、その操作から実際に無段変速機の減速比が変化し始めるまでの遅延期間における発電量の増加の速さを、無段変速機の減速比が変化し始めた後における発電量の増加の速さよりも大きくする
   ことを特徴とする車両の制御装置。

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