JP2020085222A - 車両用制御装置 - Google Patents

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大輔 岸
Daisuke Kishi
岸  大輔
山本 淳一
Junichi Yamamoto
淳一 山本
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Abstract

【課題】車両の停車前の減速中に変速比を最大変速比に良好に戻すことができる、車両用制御装置を提供する。【解決手段】車両の走行中は、CVTのインプット軸に入力される回転数が目標回転数に一致するように、CVTの変速比が制御される。目標回転数は、たとえば、車両の車速などに応じて設定され、車両の減速度の変化に先立って変化し始める値の一例であるマスタシリンダ圧に応じて補正される。【選択図】図3

Description

本発明は、自動変速機を搭載した車両用の制御装置に関する。
自動車などの車両では、たとえば、エンジンからの動力が変速機に入力され、変速機で変速された動力が駆動輪に伝達される。変速機には、車両の走行状況に応じて変速比が自動的に変化する自動変速機が多く採用されている。
自動変速機として、ベルト式のCVT(Continuously Variable Transmission)が知られている。ベルト式のCVTは、入力側のプライマリプーリと出力側のセカンダリプーリとに無端状のベルトが巻き掛けられた構成を有している。エンジンからの動力がプライマリプーリに入力されると、プライマリプーリからベルトに動力が伝達され、ベルトからセカンダリプーリに動力が伝達される。
プライマリプーリおよびセカンダリプーリは、いずれも、固定シーブと、固定シーブにベルトを挟んで対向配置され、その対向方向に移動可能に設けられた可動シーブとを備えている。プライマリプーリおよびセカンダリプーリの各可動シーブに供給される油圧により各可動シーブが移動して、プライマリプーリおよびセカンダリプーリの各溝幅が変わり、プライマリプーリおよびセカンダリプーリに対するベルトの巻きかけ径が変化する。これにより、変速比(プーリ比)が連続的に無段階で変化する。
変速比の制御では、まず、変速線図に基づいて、アクセル開度および車速に応じた目標回転数が設定される。目標回転数が設定されると、CVTに入力される回転数を目標回転数に一致させる変速比の目標が求められる。そして、変速比の目標と実際の変速比である実変速比との偏差が求められ、その偏差に応じてプライマリプーリおよびセカンダリプーリの各可動シーブに供給される油圧が制御される。
特開2009−2282号公報
CVTを搭載した車両では、車両の発進性能を高める目的で、車両の停止前の減速中に変速比が最大変速比(最ロー変速比)に戻される。ところが、車両の急制動などによる急減速時に、その減速度によっては、車両が停止するまでの間に、変速比を最大変速比まで戻すことができない場合がある。
本発明の目的は、車両の停車前の減速中に変速比を最大変速比に良好に戻すことができる、車両用制御装置を提供することである。
前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用制御装置は、駆動源からの動力を変速する変速機を搭載した車両用の制御装置であって、目標回転数を設定する目標設定手段と、車両の減速度の変化に先立って変化し始める値を検出し、その検出した値に応じて目標回転数設定手段によって設定される目標回転数を補正する目標補正手段と、変速機に入力される回転数が目標補正手段による補正後の目標回転数に一致するように、変速機の変速比を制御する変速制御手段とを含む。
この構成によれば、車両の走行中は、変速機に入力される回転数が目標回転数に一致するように、変速機の変速比が制御される。目標回転数は、たとえば、車両の車速などに応じて設定され、車両の減速度の変化に先立って変化し始める値に応じて補正される。
車両の停止前の減速中に変速比を最大変速比まで戻す場合に、車両の減速度を検出し、その検出した減速度に応じて目標回転数を補正することにより、車両が停止するまでに変速比を最大変速比まで戻すようにする制御が考えられる。しかしながら、減速度が大きい場合、車速の低下に対して目標回転数の補正が遅れ、車両が停止するまでに変速比を最大変速比まで戻し切れない場合がある。
目標回転数が車両の減速度の変化に先立って変化し始める値に応じて補正されることにより、減速度が大きくても、車速の低下に対して目標回転数の補正が遅れることを抑制でき、車両が停止するまでに変速比を最大変速比まで良好に戻すことができる。
車両には、車両の制動を指示するために操作される操作部材が設けられており、その操作部材の操作に応じた力がマスタシリンダに入力されると、マスタシリンダがその入力された力に応じた液圧を発生し、その液圧による制動力が車輪に作用する。このことから、車両の減速度の変化に先立って変化し始める値は、マスタシリンダが発生する液圧(たとえば、油圧)であってもよい。
本発明によれば、車両の停車前の減速度が大きくても、車速の低下に対して目標回転数の補正が遅れることを抑制でき、車両が停止するまでに変速比を最大変速比まで良好に戻すことができる。
車両の駆動系の構成を示すスケルトン図である。 車両の制御系の構成を示すブロック図である。 変速制御について説明するための図である。 変速線図の一例を示す図である。
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
<車両の駆動系>
図1は、車両1の駆動系の構成を示すスケルトン図である。
車両1は、エンジン2を駆動源とする自動車である。エンジン2は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。
エンジン2には、エンジン2の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ(燃料噴射装置)および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。また、エンジン2には、その始動のためのスタータが付随して設けられている。エンジン2の動力は、トルクコンバータ3およびベルト式のCVT(Continuously Variable Transmission:無段変速機)4を介して、デファレンシャルギヤ5に伝達され、デファレンシャルギヤ5から左右のドライブシャフト6L,6Rを介してそれぞれ左右の駆動輪7L,7Rに伝達される。
トルクコンバータ3は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータであり、フロントカバー11、ポンプインペラ12、タービンランナ13およびロックアップクラッチ(ロックアップピストン)14を備えている。フロントカバー11には、エンジン2のクランクシャフトが接続され、フロントカバー11は、クランクシャフトと一体に回転する。ポンプインペラ12は、フロントカバー11に対するエンジン側と反対側に配置されている。ポンプインペラ12は、フロントカバー11と一体回転可能に設けられている。タービンランナ13は、フロントカバー11とポンプインペラ12との間に配置されて、フロントカバー11と共通の回転軸線を中心に回転可能に設けられている。ロックアップクラッチ14は、フロントカバー11とタービンランナ13との間に配置されている。
ロックアップクラッチ14は、ロックアップクラッチ14とフロントカバー11との間の解放側油室15の油圧とロックアップクラッチ14とポンプインペラ12との間の係合側油室16の油圧との差圧により係合/解放される。すなわち、解放側油室15の油圧が係合側油室16の油圧よりも高い状態では、その差圧により、ロックアップクラッチ14がフロントカバー11から離間し、ロックアップクラッチ14が解放されたロックアップオフ状態(解放状態)になる。係合側油室16の油圧が解放側油室15の油圧よりも高い状態では、その差圧により、ロックアップクラッチ14がフロントカバー11に押し付けられて、ロックアップクラッチ14が係合されたロックアップオン状態(締結状態)になる。
ロックアップオフ状態において、E/G出力軸が回転されると、ポンプインペラ12が回転する。ポンプインペラ12が回転すると、ポンプインペラ12からタービンランナ13に向かうオイルの流れが生じる。このオイルの流れがタービンランナ13で受けられて、タービンランナ13が回転する。このとき、トルクコンバータ3の増幅作用が生じ、タービンランナ13には、E/G出力軸の動力(トルク)よりも大きな動力が発生する。
ロックアップオン状態では、E/G出力軸が回転されると、E/G出力軸、ポンプインペラ12およびタービンランナ13が一体となって回転する。
トルクコンバータ3とCVT4との間には、オイルポンプ8が設けられている。オイルポンプ8は、機械式のオイルポンプであり、ポンプ軸は、トルクコンバータ3のポンプインペラ12と一体回転するように設けられている。これにより、エンジン2の動力によりポンプインペラ12が回転すると、オイルポンプ8のポンプ軸が回転し、オイルポンプ8から油圧が発生する。
CVT4は、トルクコンバータ3から入力される動力をデファレンシャルギヤ5に伝達する。CVT4は、インプット軸(入力軸)21、アウトプット軸(出力軸)22、ベルト伝達機構23および前後進切替機構24を備えている。
インプット軸21は、トルクコンバータ3のタービンランナ13に連結され、タービンランナ13と同一の回転軸線を中心に一体的に回転可能に設けられている。
アウトプット軸22は、インプット軸21と平行に配置されている。アウトプット軸22には、出力ギヤ25が相対回転不能に支持されている。
ベルト伝達機構23には、プライマリ軸31およびセカンダリ軸32が含まれる。プライマリ軸31およびセカンダリ軸32は、それぞれインプット軸21およびアウトプット軸22と同一軸線上に配置されている。
そして、ベルト伝達機構23は、プライマリ軸31に支持されたプライマリプーリ33とセカンダリ軸32に支持されたセカンダリプーリ34とに、無端状のベルト35が巻き掛けられた構成を有している。
プライマリプーリ33は、プライマリ軸31に固定された固定シーブ41と、固定シーブ41にベルト35を挟んで対向配置され、プライマリ軸31にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ42とを備えている。可動シーブ42に対して固定シーブ41と反対側には、プライマリ軸31に固定されたピストン43が設けられ、可動シーブ42とピストン43との間に、ピストン室(油室)44が形成されている。
セカンダリプーリ34は、セカンダリ軸32に対して固定された固定シーブ45と、固定シーブ45にベルト35を挟んで対向配置され、セカンダリ軸32にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ46とを備えている。可動シーブ46に対して固定シーブ45と反対側には、セカンダリ軸32に固定されたピストン47が設けられ、可動シーブ46とピストン47との間に、ピストン室48が形成されている。
プライマリプーリ33の可動シーブ42の移動により、固定シーブ41と可動シーブ42との間隔である溝幅が連続的に変化する。セカンダリプーリ34の可動シーブ46の移動により、固定シーブ45と可動シーブ46との間隔である溝幅が連続的に変化する。プライマリプーリ33およびセカンダリプーリ34の各溝幅を連続的に変更することにより、プライマリプーリ33およびセカンダリプーリ34に対するベルト35の巻きかけ径を変更することができ、変速比(プーリ比)を無段階で連続的に変更することができる。
なお、図示されていないが、可動シーブ46とピストン47との間には、ベルト35に初期挟圧(初期推力)を与えるためのバイアススプリングが介在されている。バイアススプリングの弾性力により、可動シーブ46およびピストン47は、互いに離間する方向に付勢されている。
前後進切替機構24は、インプット軸21とベルト伝達機構23のプライマリ軸31との間に介装されている。前後進切替機構24は、遊星歯車機構51、クラッチC1およびブレーキB1を備えている。
遊星歯車機構51には、キャリヤ52、サンギヤ53およびリングギヤ54が含まれる。
キャリヤ52は、インプット軸21に相対回転可能に外嵌されている。キャリヤ52は、複数のピニオンギヤ55を回転可能に支持している。複数のピニオンギヤ55は、円周上に配置されている。
サンギヤ53は、インプット軸21に相対回転不能に支持されて、複数のピニオンギヤ55により取り囲まれる空間に配置されている。サンギヤ53のギヤ歯は、各ピニオンギヤ55のギヤ歯と噛合している。
リングギヤ54は、その回転軸線がプライマリ軸31の軸心と一致するように設けられている。リングギヤ54には、ベルト伝達機構23のプライマリ軸31が連結されている。リングギヤ54のギヤ歯は、複数のピニオンギヤ55を一括して取り囲むように形成され、各ピニオンギヤ55のギヤ歯と噛合している。
クラッチC1は、油圧により、キャリヤ52とサンギヤ53とを直結(一体回転可能に結合)する係合状態(オン)と、その直結を解除する解放状態(オフ)とに切り替えられる。
ブレーキB1は、キャリヤ52とトルクコンバータ3およびCVT4を収容するトランスミッションケースとの間に設けられ、油圧により、キャリヤ52を制動する係合状態(オン)と、キャリヤ52の回転を許容する解放状態(オフ)とに切り替えられる。
車両1の車室内には、運転者が操作可能な位置に、シフトレバー(セレクトレバー)が配設されている。シフトレバーの可動範囲には、たとえば、P(パーキング)ポジション、R(リバース)ポジション、N(ニュートラル)ポジションおよびD(ドライブ)ポジションがこの順に一列に並べて設けられている。
シフトレバーがPポジションに位置する状態では、クラッチC1およびブレーキB1の両方が解放され、パーキングロックギヤ(図示せず)が固定されることにより、CVT4の変速レンジの1つであるPレンジが構成される。また、シフトレバーがNポジションに位置する状態では、クラッチC1およびブレーキB1の両方が解放されて、パーキングロックギヤが固定されないことにより、CVT4の変速レンジの1つであるNレンジが構成される。クラッチC1およびブレーキB1の両方が解放された状態では、インプット軸21およびサンギヤ53が空転し、エンジン2の動力は駆動輪7L,7Rに伝達されない。
シフトレバーがDポジションに位置する状態では、ブレーキB1が係合されて、クラッチC1が解放されることにより、CVT4の変速レンジの1つである前進レンジが構成される。前進レンジでは、エンジン2の動力がインプット軸21に入力されると、キャリヤ52が静止した状態で、サンギヤ53がインプット軸21と一体に回転する。そのため、サンギヤ53の回転は、リングギヤ54に逆転かつ減速されて伝達される。これにより、リングギヤ54が回転し、ベルト伝達機構23のプライマリ軸31およびプライマリプーリ33がリングギヤ54と一体に回転する。プライマリプーリ33の回転は、ベルト35を介して、セカンダリプーリ34に伝達され、セカンダリプーリ34およびセカンダリ軸32を回転させる。そして、セカンダリ軸32と一体に、アウトプット軸22および出力ギヤ25が回転する。出力ギヤ25は、デファレンシャルギヤ5(デファレンシャルギヤ5の入力ギヤ)と噛合している。出力ギヤ25が回転すると、デファレンシャルギヤ5から左右に延びるドライブシャフト6L,6Rが回転して、駆動輪7L,7Rが回転することにより、車両1が前進する。
シフトレバーがRポジションに位置する状態では、ブレーキB1が解放されて、クラッチC1が係合されることにより、CVT4の変速レンジの1つであるRレンジが構成される。Rレンジでは、エンジン2の動力がインプット軸21に入力されると、キャリヤ52およびサンギヤ53がインプット軸21と一体に回転する。そのため、サンギヤ53の回転は、リングギヤ54に回転方向が逆転されずに伝達される。これにより、リングギヤ54が回転し、ベルト伝達機構23のプライマリ軸31およびプライマリプーリ33がリングギヤ54と一体に回転する。プライマリプーリ33の回転は、ベルト35を介して、セカンダリプーリ34に伝達され、セカンダリプーリ34およびセカンダリ軸32を回転させる。そして、セカンダリ軸32と一体に、アウトプット軸22および出力ギヤ25が回転する。出力ギヤ25が回転すると、デファレンシャルギヤ5から左右に延びるドライブシャフト6L,6Rが回転して、駆動輪7L,7Rが回転することにより、車両1が後進する。
<車両の制御系>
図2は、車両1の制御系の構成を示すブロック図である。
車両1には、マイコン(マイクロコントローラユニット)を含む構成のECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)が搭載されている。マイコンには、たとえば、ROMやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリが内蔵されている。車両1の各部を制御するため、車両1には、複数のECUが搭載されている。各ECUは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。複数のECUには、エンジンECU101、CVTECU102およびブレーキECU103が含まれる。
エンジンECU101、CVTECU102およびブレーキECU103には、制御に必要なセンサが接続されている。図2には、それらのセンサのうちの一部のみが示されている。
エンジンECU101には、アクセルセンサ111が接続されている。アクセルセンサ111は、運転者により操作されるアクセルペダル(図示せず)の操作量に応じた検出信号を出力する。エンジンECU101は、アクセルセンサ111から入力される信号に基づいて、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合、つまりアクセルペダルが踏まれていないときを0%とし、アクセルペダルが最大に踏み込まれたときを100%とする百分率であるアクセル開度を演算する。
エンジンECU101は、各種センサの検出信号から取得した情報および/または他のECUから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン2の始動、停止および出力調整のため、電子スロットルバルブ、インジェクタ、点火プラグおよびスタータなどを制御する。
CVTECU102は、各種センサの検出信号から取得した情報および/または他のECUから入力される種々の情報などに基づいて、トルクコンバータ3およびCVT4の各部に油圧を供給するための油圧回路に含まれるバルブを制御する。このバルブ制御により、トルクコンバータ3のロックアップクラッチ14がロックアップオン状態とロックアップオフ状態とに切り替えられる。また、CVT4の変速比が変更される。
ブレーキECU103には、車速センサ112およびマスタシリンダ圧センサ113が接続されている。
車速センサ112は、たとえば、車両1の走行に伴って回転する磁性体からなるロータと、ロータと非接触に設けられた電磁ピックアップとを備えている。ロータが一定角度回転する度に、電磁ピックアップからパルス信号が検出信号として出力される。パルス信号の周波数は、車速に対応するので、ブレーキECU103は、車速センサ112から入力されるパルス信号の周波数を車速に換算する。
車両1では、たとえば、車室内に設けられているブレーキペダル121が踏まれると、そのブレーキペダル121に入力された踏力がブレーキブースタ122に伝達される。ブレーキブースタ122に伝達された踏力は、ブレーキブースタ122の負圧によって増幅(倍力)され、ブレーキブースタ122からマスタシリンダ123に入力される。マスタシリンダ123では、ブレーキブースタ122から入力される力に応じた油圧が発生する。マスタシリンダ123の発生油圧は、ブレーキアクチュエータ124に伝達される。そして、ブレーキアクチュエータ124の機能により、各車輪に設けられたブレーキのホイールシリンダに油圧が分配され、その油圧により各ブレーキから駆動輪7L,7Rを含む車輪に制動力が付与される。
マスタシリンダ圧センサ113は、マスタシリンダ123の発生油圧(以下、「マスタシリンダ圧」という。)を検出し、そのマスタシリンダ圧に応じた検出信号をブレーキECU103に入力する。
ブレーキECU103は、車速センサ112およびマスタシリンダ圧センサ113などの各種センサの検出信号から取得した情報および/または他のECUから入力される種々の情報などに基づいて、ブレーキアクチュエータ124などを制御し、車両1の姿勢が安定に保たれた状態で車両1が制動されるように、各ブレーキから車輪に付与される制動力を制御する。
<変速制御>
図3は、変速制御について説明するための図である。図4は、変速線図の一例を示す図である。
CVT4の変速比を変更する変速制御では、CVTECU102により、変速線図に従ってアクセル開度および車速に応じた目標回転数が設定される。変速線図は、アクセル開度(Ap)および車速と目標回転数との関係を定めたマップであり、CVTECU102のROMに格納されている。目標回転数が設定されると、インプット軸21に入力される回転数を目標回転数に一致させる目標変速比が求められる。
その後、目標変速比に基づいて、プライマリ推力およびセカンダリ推力から、プライマリプーリ33の可動シーブ42に供給される油圧であるプライマリ圧およびセカンダリプーリ34の可動シーブ46に供給される油圧であるセカンダリ圧の指令値が設定され、各指令値に基づいて、目標変速比と実変速比との偏差が零に近づくように、プライマリ圧およびセカンダリ圧が制御される。実変速比は、プライマリ回転数およびセカンダリ回転数から求めることができ、プライマリ回転数およびセカンダリ回転数は、それぞれプライマリプーリ33およびセカンダリプーリ34が一定角度回転する度にセンサから出力されるパルス信号の周波数から求めることができる。
ブレーキから車輪に制動力が付与されることによる車両1の減速走行時には、アクセルペダルが踏まれていないので、アクセル開度が0%であり、アクセル開度が0%であるときの車速と目標回転との関係を定めた変速線図から、車速に応じた目標回転数が設定される。これにより、緩制動による車両1の減速時には、図4から理解されるように、車速が0km/hまで下がる前に、CVT4の変速比が最大変速比γmaxに到達する。そのため、車両1の停止後の再発進時には、車両1を最大変速比で発進させることができ、良好な発進性能を発揮することができる。しかしながら、急制動による車両1の減速時には、CVT4の変速比が最大変速比γmaxに到達する前に、車速が0km/hまで低下して車両1が停止する懸念がある。
そこで、CVTECU102のROMには、変速線図に従って設定される目標回転数に対する補正量を決定するための補正テーブルが記憶されている。補正テーブルは、マスタシリンダ圧と補正量との関係を定めたマップであり、マスタシリンダ圧と補正量との関係は、図3に示されるように、マスタシリンダ圧が大きいほど補正量が大きな値に設定されるように定められている。制動による車両1の減速時には、補正テーブルからマスタシリンダ圧に応じた補正量が読み出され、その補正量が変速線図に従って設定される目標回転数に加えられることにより、目標回転数が補正される。これにより、図4に太線で示されるように、車速が0km/hまで下がる前に、CVT4の変速比が最大変速比γmaxに到達する。
<作用効果>
以上のように、車両1の走行中は、CVT4のインプット軸21に入力される回転数が目標回転数に一致するように、CVT4の変速比が制御される。目標回転数は、たとえば、車両1の車速などに応じて設定され、車両1の減速度の変化に先立って変化し始める値の一例であるマスタシリンダ圧に応じて補正される。
車両1の停止前の減速中に変速比を最大変速比γmaxまで戻す場合に、車両1の減速度を検出し、その検出した減速度に応じて目標回転数を補正することにより、車両1が停止するまでに変速比を最大変速比γmaxまで戻すようにする制御が考えられる。しかしながら、減速度が大きい場合、減速度の検出に必要なフィルタリングに時間を要するなどの理由で、車速の低下に対して目標回転数の補正が遅れ、車両1が停止するまでに変速比を最大変速比γmaxまで戻し切れない場合がある。
目標回転数が車両1の減速度の変化に先立って変化し始めるマスタシリンダ圧に応じて補正されることにより、減速度が大きくても、車速の低下に対して目標回転数の補正が遅れることを抑制でき、車両1が停止するまでに変速比を最大変速比γmaxまで良好に戻すことができる。
<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、車両の減速度の変化に先立って変化し始める値の一例として、マスタシリンダ圧を取り上げたが、これに限らず、車両の減速度の変化に先立って変化し始める値は、ブレーキペダル111の操作量に応じた検出信号を出力するブレーキ操作量センサが設けられて、そのブレーキストロークセンサの検出信号を量子化して得られるブレーキ操作量であってもよい。
また、前述の実施形態では、変速機の一例として、CVT4を取り上げたが、本発明は、有段式の自動変速機(AT:Automatic Transmission)を搭載した車両用の制御装置に適用することもできる。
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1:車両
2:エンジン(駆動源)
4:CVT(変速機)
102:CVTECU(制御装置、目標設定手段、目標補正手段、変速制御手段)

Claims (1)

  1. 駆動源からの動力を変速する変速機を搭載した車両用の制御装置であって、
    目標回転数を設定する目標設定手段と、
    前記車両の減速度の変化に先立って変化し始める値を検出し、その検出した値に応じて前記目標回転数設定手段によって設定される目標回転数を補正する目標補正手段と、
    前記変速機に入力される回転数が前記目標補正手段による補正後の目標回転数に一致するように、前記変速機の変速比を制御する変速制御手段とを含む、車両用制御装置。
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