JP2015113958A - 変速機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無段変速機と有段変速機のうち燃料消費率の少ない変速機を使用することで燃費を向上させることができる変速機の制御装置を提供すること。
【解決手段】アクセル開度センサ１２の検出したアクセル開度、および、車速センサ１３の検出した車速、に基づいて自動変速機３０の無段変速部３７および有段変速部３８の燃料消費率を算出する燃料消費率算出部１１ｂと、無段変速部３７の燃料消費率と有段変速部３８の燃料消費率を比較する比較部１１ｃと、比較部１１ｃの比較結果に基づいて、燃料消費率の小さい変速部を使用するように切り替える切替制御部１１ａと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速機の制御装置に関し、詳しくは、無段変速機と有段変速機を備えた変速機の制御装置に関する。

従来、車両の変速機構として、発進時や低速走行時に高トルクの出力が可能な無段変速機構（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）と、高速走行時にトルクを効率よく伝達することが可能な有段変速機構とが知られている。

特許文献１、特許文献２には、無段変速機構の変速機と有段変速機構の変速機の両方を備え、低車速においては無段変速機を、高車速においては有段変速機を使うように２つの変速機構を切り替えて燃費の向上を図る変速機が記載されている。

特開２００６−２４８３４１号公報 特開２００８−１８０２５６号公報

しかしながら、このような変速機にあっては、車速のみにより無段変速機と有段変速機とを切り替えているため、車速以外の要因によっては燃費が向上しない場合もある。

そこで、本発明は、無段変速機と有段変速機のうち燃料消費率の少ない変速機を使用することで燃費を向上させることができる変速機の制御装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、内燃機関から出力される駆動力を無段階で変速する無段変速部および内燃機関から出力される駆動力を多段階に変速する多段変速部を切替可能に有する自動変速機の、無段変速部と有段変速部とを予め設定された条件に基づいて切り替える切替制御部と、無段変速部で走行した場合の第１の燃料消費率および有段変速部で走行した場合の第２の燃料消費率を算出する燃料消費率算出部と、第１の燃料消費率と第２の燃料消費率との比較を行う比較部と、を備え、切替制御部は、比較部の結果により燃料消費率の小さい変速部に切り替えることを特徴とするものである。

このように、上記の第１の態様によれば、無段変速部の燃料消費率と有段変速部の燃料消費率を算出し、燃料消費率の小さい変速部に切り替えて走行するため、燃費を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る変速機の制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、その無段変速部の変速マップの例を示す図である。 図３は、そのトルクマップの例を示す図である。 図４は、その燃料消費マップの例を示す図である。 図５は、その無段変速部の効率マップの例を示す図である。 図６は、その有段変速部の変速マップの例を示す図である。 図７は、その有段変速部のギヤ比マップの例を示す図である。 図８は、その有段変速部の効率マップの例を示す図である。 図９は、その処理手順を説明するフローチャートである。 図１０は、その変形例を示す概念ブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１０は本発明の一実施形態に係る変速機の制御装置を示す図である。

図１において、変速機の制御装置１０は、エンジン（内燃機関）２０を走行駆動源とする車両に搭載され、エンジン２０の運転状態に応じた変速比を自動変速機３０に選択させるなどの変速制御を行うものである。

エンジン２０のクランクシャフト２１は、自動変速機３０に接続される。クランクシャフト２１の出力は、自動変速機３０内部で、例えば、ギヤを介して第１、第２中間シャフト３１ａ、３１ｂに回転速度を変えずに分配される。

第１中間シャフト３１ａは、第１フォワードクラッチ３２ａを介して無段変速部３７に接続される。無段変速部３７の出力は、例えば、ギヤを介して自動変速機３０のアウトプットシャフト３９に伝達される。

第２中間シャフト３１ｂは、第２フォワードクラッチ３２ｂを介して有段変速部３８に接続される。有段変速部３８の出力は、例えば、ギヤを介して自動変速機３０のアウトプットシャフト３９に伝達される。

アウトプットシャフト３９は、ディファレンシャルギヤ４１に接続される。アウトプットシャフト３９の出力は、ディファレンシャルギヤ４１や車軸４２などを介してタイヤ４３に伝達される。無段変速部３７と有段変速部３８は、第１、第２フォワードクラッチ３２ａ、３２ｂの制御により、どちらか一方がエンジン２０の出力をアウトプットシャフト３９に伝達するようになっている。

無段変速部３７は、例えば、ベルト式ＣＶＴにより構成される。有段変速部３８は、例えば、アクチュエータによって変速操作（ギヤ段の切り替え）を自動的に行う自動化マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）により構成される。

第１、第２フォワードクラッチ３２ａ、３２ｂは、例えば、乾式単板式の摩擦クラッチにより構成され、第１、第２中間シャフト３１ａ、３１ｂと一体的に回転する円板形状の第１、第２フライホイール３３ａ、３３ｂと、この第１、第２フライホイール３３ａ、３３ｂに対して係脱可能かつ第１、第２インプットシャフト３５ａ、３５ｂと一体回転する第１、第２クラッチディスク３４ａ、３４ｂと、油圧式の第１、第２クラッチアクチュエータ３６ａ、３６ｂと、を備えている。

このフォワードクラッチ３２は、クラッチアクチュエータ３６の油圧の制御により、クラッチディスク３４を軸方向に変位させることにより、クラッチディスク３４がフライホイール３３に係合し、中間シャフト３１の回転をインプットシャフト３５に伝達する伝達状態と、クラッチディスク３４がフライホイール３３から離脱し、中間シャフト３１からインプットシャフト３５への回転の伝達を遮断する遮断状態と、の間で切り替わるようになっている。

このクラッチアクチュエータ３６によるクラッチディスク３４の変位量をクラッチストロークといい、変速ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１は、クラッチアクチュエータの油圧によりクラッチストロークを制御するとともに、クラッチストロークによりフォワードクラッチ３２の伝達状態を検知することができるようになっている。

このような自動変速機３０の制御装置１０は、アクセル開度センサ１２と、車速センサ１３と、変速ＥＣＵ１１と、を備えて構成されている。

アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルを踏まれることにより調整される車速の加減速操作を検出するものであり、変速ＥＣＵ１１は、このアクセル開度によりエンジン２０の運転状態を検知するようになっている。

車速センサ１３は、車両の走行速度をエンジンの駆動軸などの回転速度などから検出するものであり、変速ＥＣＵ１１は、この車速によりエンジン２０の運転状態を検知するようになっている。

変速ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどを備え、予めメモリ内に格納されている各種制御プログラムに従ってエンジン２０の運転状態に応じた変速比を自動変速機３０に選択させるなどの変速制御を実行する。

この変速ＥＣＵ１１は、アクセル開度センサ１２や車速センサ１３により検知したエンジン２０の運転状態に基づき、無段変速部３７を使った場合と、有段変速部３８を使った場合との燃料消費率を算出し、燃料消費率の小さい変速部を使うように切り替える切替制御を実行する。

変速ＥＣＵ１１は、第１、第２クラッチアクチュエータ３６ａ、３６ｂのクラッチストロークにより、第１、第２フォワードクラッチ３２ａ、３２ｂが、中間シャフト３１の回転数とインプットシャフト３５の回転数が同じとなる完全伝達状態であるか判定する。

第１、第２フォワードクラッチ３２ａ、３２ｂのいずれか一方が完全伝達状態あれば、無段変速部３７と有段変速部３８の切替制御を実行する。フォワードクラッチ３２が完全伝達状態で無い場合は、発進時や有段変速部３８の変速時であることが考えられ、そのタイミングで変速部が切り替わると発進または変速のもたつきを助長し、ドライバビリティが悪化するため、現在の変速部を継続して使用する。

無段変速部３７と有段変速部３８の切替制御を開始すると、変速ＥＣＵ１１は、アクセル開度ａ[%]と車速ｂ[km/h]を取得し、燃料消費率を算出する。

＜無段変速部の燃料消費率算出＞
無段変速部３７の場合、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図２に示すようなアクセル開度[%]と車速[km/h]に対応した無段変速部３７のギヤ比が設定された無段変速部３７の変速マップにより、アクセル開度ａ[%]と車速ｂ[km/h]から無段変速部ギヤ比ｉを求める。この無段変速部３７の変速マップは、無段変速部３７の仕様により定まるものであり、試験等により求めてもよい。

また、変速ＥＣＵ１１は、車速ｂ[km/h]と無段変速部ギヤ比ｉから、下記の式（１）によりエンジン回転数ｃ[rpm]を算出する。
ｃ[rpm]＝ｂ×１００／６／（２×π×ｒ）／ｉ…（１）
ここで、πは円周率、ｒはタイヤ４３の半径である。

また、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図３に示すようなアクセル開度[%]とエンジン回転数[rpm]に対応したエンジントルク[Nm]が設定されたトルクマップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ[rpm]からエンジントルクｄ[Nm]を求める。このトルクマップは、エンジン２０の仕様により定まるものであり、試験等により求めてもよい。

また、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図４に示すようなアクセル開度[%]とエンジン回転数[rpm]に対応した燃料消費量[L/h]が設定された燃料消費マップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ[rpm]から燃料消費量ｅ[L/h]を求める。この燃料消費量マップは、エンジン２０の仕様により定まるものであり、試験等により求めてもよい。

また、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図５に示すような、無段変速部３７のギヤ比ごとに用意された、エンジン回転数[rpm]とエンジントルク[Nm]に対応した無段変速部効率が設定された無段変速部３７の効率マップにより、エンジン回転数ｃ[rpm]とエンジントルクｄ[Nm]から無段変速部効率ｆを求める。

この無段変速効率マップは、無段変速部３７の仕様により定まるものであり、試験等により求めてもよい。なお、図５では、無段変速部３７のギヤ比を高（Ｈｉ）、中（Ｍｉｄ）、低（Ｌｏｗ）の三段階に分けて効率マップを用意しており、上述の方法により求めたギヤ比が予め設定された閾値により三段階に分類され、該当する効率マップにより無段変速部効率ｆが求められる。

また、変速ＥＣＵ１１は、エンジン回転数ｃ[rpm]、エンジントルクｄ[Nm]、無段変速部効率ｆから、下記の式（２）によりエンジン駆動輪出力ｇ[kW]を算出する。
ｇ[kW]＝ｃ×ｄ×２×π／６００００×ｆ…（２）

また、変速ＥＣＵ１１は、燃料消費量ｅ[L/h]とエンジン駆動輪出力ｇ[kW]から、下記の式（３）により燃料消費率ｈ[L/kWh]を算出する。
ｈ[L/kWh]＝ｅ／ｇ…（３）

＜有段変速部の燃料消費率算出＞
有段変速部３８の場合、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図６に示すようなアクセル開度[%]とギヤ段に対応した車速[km/h]が設定された有段変速部３８の変速マップにより、アクセル開度ａ[%]と車速ｂ[km/h]から有段変速部ギヤ段ｊ’を求める。

この有段変速部３８の変速マップは、有段変速部３８の仕様により定まるものであり、試験等により求めてもよい。なお、図６では、アクセル開度[%]と車速[km/h]から有段変速部３８の変速動作として、一速から二速にシフトアップ（１−２Ｕｐ）、二速から一速にシフトダウン（２−１Ｄｗ）などがわかるようになっており、この変速動作の動作後のギヤ段が求めるギヤ段となる。

また、変速ＥＣＵ１１は、図７に示すようなギヤ段に対応するギヤ比が設定されたギヤ比マップにより、有段変速部ギヤ段ｊ’から有段変速部ギヤ比ｉ’を求める。このギヤ比マップは、有段変速部３８の仕様により定まるものである。

また、変速ＥＣＵ１１は、車速ｂ[km/h]と有段変速部ギヤ比ｉ’から、下記の式（４）によりエンジン回転数ｃ’[rpm]を算出する。
ｃ’[rpm]＝ｂ×１００／６／（２×π×ｒ）／ｉ’…（４）
ここで、πは円周率、ｒはタイヤ４３の半径である。

また、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図３に示すようなアクセル開度[%]とエンジン回転数[rpm]に対応したエンジントルク[Nm]が設定されたトルクマップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ’[rpm]からエンジントルクｄ’[Nm]を求める。

また、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図４に示すようなアクセル開度[%]とエンジン回転数[rpm]に対応した燃料消費量[L/h]が設定された燃料消費マップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ’[rpm]から燃料消費量ｅ’[L/h]を求める。

また、変速ＥＣＵ１１は、例えば、図８に示すような、ギヤ段ごとに用意した、エンジン回転数[rpm]とエンジントルク[Nm]に対応した有段変速部効率が設定された有段変速部３８の効率マップにより、エンジン回転数ｃ’[rpm]とエンジントルクｄ’[Nm]から有段変速部効率ｆ’を求める。

この有段変速部３８の効率マップは、有段変速部３８の仕様により定まるものであり、試験等により求めてもよい。なお、図８では、有段変速部３８のギヤ段毎に効率マップを用意しており、上述の方法により求めたギヤ段が予め設定された閾値により分類され、該当する効率マップにより有段変速部効率ｆ’が求められる。

また、変速ＥＣＵ１１は、エンジン回転数ｃ’[rpm]、エンジントルクｄ’[Nm]、有段変速部効率ｆ’から、下記の式（５）によりエンジン駆動輪出力ｇ’[kW]を算出する。
ｇ’[kW]＝ｃ’×ｄ’×２×π／６００００×ｆ’…（５）

また、変速ＥＣＵ１１は、燃料消費量ｅ’[L/h]とエンジン駆動輪出力ｇ’[kW]から、下記の式（６）により燃料消費率ｈ’[L/kWh]を算出する。すなわち、変速ＥＣＵ１１は、燃料消費率算出部１１ｂを構成する。
ｈ’[L/kWh]＝ｅ’／ｇ’…（６）

そして、変速ＥＣＵ１１は、算出した無段変速部３７の燃料消費率ｈと有段変速部３８の燃料消費率ｈ’とを比較し、燃料消費率ｈと燃料消費率ｈ’が等しければ、現在の変速部を継続して使用する。

燃料消費率ｈのほうが燃料消費率ｈ’よりも小さい場合、変速ＥＣＵ１１は、第１フォワードクラッチ３２ａを伝達状態とするとともに、第２フォワードクラッチ３２ｂを遮断状態とすることで、無段変速部３７を使用しての走行を行わせる。

燃料消費率ｈ’のほうが燃料消費率ｈよりも小さい場合、変速ＥＣＵ１１は、第２フォワードクラッチ３２ｂを伝達状態とするとともに、第１フォワードクラッチ３２ａを遮断状態とすることで、有段変速部３８を使用しての走行を行わせる。すなわち、変速ＥＣＵ１１は、比較部１１ｃ、切替制御部１１ａを構成する。

以上のように構成された本発明の実施形態に係る変速機の制御装置１０による変速部の切替制御動作について図９を参照して説明する。なお、以下に説明する変速部の切替制御動作は、変速ＥＣＵ１１の動作開始と同時に開始され、予め設定された時間間隔で繰り返し実行される。

まず、変速ＥＣＵ１１は、第１、第２フォワードクラッチ３２ａ、３２ｂのどちらかが完全伝達状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

どちらも完全伝達状態で無いと判定した場合、変速ＥＣＵ１１は、現在の変速部を継続して使用することとし（ステップＳ３５）、処理を終了する。

どちらかが完全伝達状態であると判定した場合、変速ＥＣＵ１１は、アクセル開度ａ[%]と車速ｂ[km/h]を取得する（ステップＳ１２）。

そして、変速ＥＣＵ１１は、無段変速部３７の燃料消費率ｈと有段変速部３８の燃料消費率ｈ’を同時に算出する。

まず、無段変速部３７の燃料消費率ｈの算出手順について説明する。変速ＥＣＵ１１は、無段変速部３７の変速マップにより、アクセル開度ａ[%]と車速ｂ[km/h]から無段変速部ギヤ比ｉを求める（ステップＳ１３）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、上述の式（１）によりエンジン回転数ｃ[rpm]を算出する（ステップＳ１４）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、エンジン２０のトルクマップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ[rpm]に対応したエンジントルクｄ[Nm]を求め（ステップＳ１５）、エンジンの燃料消費マップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ[rpm]に対応した燃料消費量ｅ[L/h]を求める（ステップＳ１６）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、無段変速部３７の効率マップにより、エンジン回転数ｃ[rpm]とエンジントルクｄ[Nm]に対応した無段変速部効率ｆを求める（ステップＳ１７）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、上述の式（２）によりエンジン駆動輪出力ｇ[kW]を算出し（ステップＳ１８）、上述の式（３）により燃料消費率ｈ[L/kWh]を算出する（ステップＳ１９）。

次に、有段変速部３８の燃料消費率ｈ’の算出手順について説明する。変速ＥＣＵ１１は、有段変速部３８の変速マップにより、アクセル開度ａ[%]と車速ｂ[km/h]から有段変速部ギヤ段ｊ’を求める（ステップＳ２１）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、ギヤ比マップにより、有段変速部ギヤ段ｊ’から有段変速部ギヤ比ｉ’を求める（ステップＳ２２）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、上述の式（４）によりエンジン回転数ｃ’[rpm]を算出する（ステップＳ２３）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、エンジン２０のトルクマップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ’[rpm]に対応したエンジントルクｄ’[Nm]を求め（ステップＳ２４）、エンジン２０の燃料消費マップにより、アクセル開度ａ[%]とエンジン回転数ｃ’[rpm]に対応した燃料消費量ｅ’[L/h]を求める（ステップＳ２５）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、有段変速部３８の効率マップにより、エンジン回転数ｃ’[rpm]とエンジントルクｄ’[Nm]に対応した有段変速部効率ｆ’を求める（ステップＳ２６）。

次いで、変速ＥＣＵ１１は、上述の式（５）によりエンジン駆動輪出力ｇ’[kW]を算出し（ステップＳ２７）、上述の式（６）により燃料消費率ｈ’[L/kWh]を算出する（ステップＳ２８）。

そして、変速ＥＣＵ１１は、無段変速部３７の燃料消費率ｈと有段変速部３８の燃料消費率ｈ’が等しいか否かを判定する（ステップＳ２９）。

無段変速部３７の燃料消費率ｈと有段変速部３８の燃料消費率ｈ’が等しい場合、変速ＥＣＵ１１は、現在の変速部を継続して使用することとし（ステップＳ３１）、処理を終了する。

無段変速部３７の燃料消費率ｈと有段変速部３８の燃料消費率ｈ’が等しくない場合、変速ＥＣＵ１１は、無段変速部３７の燃料消費率ｈが有段変速部３８の燃料消費率ｈ’より小さいか否かを判定する（ステップＳ３２）。

無段変速部３７の燃料消費率ｈが有段変速部３８の燃料消費率ｈ’より小さい場合、変速ＥＣＵ１１は、無段変速部３７を使用しての走行を開始する（ステップＳ３３）。

無段変速部３７の燃料消費率ｈが有段変速部３８の燃料消費率ｈ’より大きい場合、変速ＥＣＵ１１は、有段変速部３８を使用しての走行を開始する（ステップＳ３４）。

したがって、無段変速部の燃料消費率ｈと有段変速部の燃料消費率ｈ’とを求め、燃料消費率の小さい変速部を使って走行を行っているため、車速のみで変速部を切り替えた場合に比べて燃費を向上させることができる。

なお、図１０に示すように、変速部とアウトプットシャフト３９の間に第１、第２リアクラッチ５１ａ、５１ｂを設け、動力伝達していない変換部に接続されたリアクラッチ５１を遮断状態にするようにすれば、走行抵抗を減らして燃費をさらに向上させることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１０ 制御装置
１１ 変速ＥＣＵ
１１ａ 切替制御部
１１ｂ 燃料消費率算出部
１１ｃ 比較部
１２ アクセル開度センサ
１３ 車速センサ
２０ エンジン
３０ 自動変速機
３２ａ 第１フォワードクラッチ
３２ｂ 第２フォワードクラッチ
３７ 無段変速部
３８ 有段変速部
５１ａ 第１リアクラッチ
５１ｂ 第２リアクラッチ

Claims (1)

1. 内燃機関から出力される駆動力を無段階で変速する無段変速部および前記内燃機関から出力される駆動力を多段階に変速する多段変速部を切替可能に有する自動変速機の、前記無段変速部と前記有段変速部とを予め設定された条件に基づいて切り替える切替制御部と、
   前記無段変速部で走行した場合の第１の燃料消費率および前記有段変速部で走行した場合の第２の燃料消費率を算出する燃料消費率算出部と、
   前記第１の燃料消費率と前記第２の燃料消費率との比較を行う比較部と、を備え、
   前記切替制御部は、前記比較部の結果により前記燃料消費率の小さい前記変速部に切り替えることを特徴とする変速機の制御装置。

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