JP2022090744A - 車載制御装置 - Google Patents

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Ryosuke Kikuchi
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Abstract

【課題】ニュートラル制御を実施したときの機関回転速度の吹き上がりを抑制できる車載制御装置を提供する。【解決手段】車載制御装置100は、目標アイドル回転速度と実際の機関回転速度との速度差に応じて点火時期を補正することにより機関回転速度を調整するアイドル制御と、アイドル制御の実行中に駆動力伝達機構を操作することによりトルクコンバータ20と駆動輪60との間の駆動力伝達を遮断するニュートラル制御とを停車中に実施する。そして、この車載制御装置100は、ニュートラル制御が実際に実行されているか否かを判定する判定処理と、ニュートラル制御が実際に実行されている旨の判定がなされるときには、そうでないときと比べて速度差に応じた点火時期の補正量を大きくする変更処理とを実行する。【選択図】図1

Description

本発明は、車載制御装置に関する。
車両に搭載された内燃機関では、目標アイドル回転速度と実際の機関回転速度との速度差が小さくなるように回転速度を調整するアイドル制御が停車中に実施される。例えば、特許文献1に記載の内燃機関では、機関出力の応答性が高い点火時期を補正することにより上記アイドル制御を実施するようにしている。
特開2000-240545号公報
ところで、内燃機関のクランクシャフトに接続されたトルクコンバータや、このトルクコンバータと駆動輪との間の駆動力伝達を遮断可能な駆動力伝達機構(例えば遊星歯車機構など)を備える車両では、停車中にニュートラル制御を実施することがある。
ニュートラル制御は、上記駆動力伝達機構を操作してトルクコンバータと駆動輪との間の駆動力伝達を遮断するものであり、この制御が実施されると、トルクコンバータでは、クランクシャフトの回転に抗する負荷が低下するため、停車中であってアイドル制御が実行されているときの燃費等が改善される。
ここで、そうしたニュートラル制御を実施すると、トルクコンバータにおいて上記負荷が急激に変化するため、アイドル制御による点火時期補正量を増やすことが望ましいが、そうした補正量の増加が間に合わないと、機関回転速度が吹き上がるおそれがある。
上記課題を解決する車載制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関のクランクシャフトに接続されたトルクコンバータと、前記トルクコンバータと駆動輪との間の駆動力伝達を遮断可能な駆動力伝達機構と、を備える車両に適用される。この車載制御装置は、目標アイドル回転速度と実際の機関回転速度との速度差に応じて点火時期を補正することにより機関回転速度を調整するアイドル制御と、同アイドル制御の実行中に前記駆動力伝達機構を操作することにより前記トルクコンバータと前記駆動輪との間の駆動力伝達を遮断するニュートラル制御と、を停車中に実施する。そして、この車載制御装置は、前記ニュートラル制御が実際に実行されているか否かを判定する判定処理と、前記ニュートラル制御が実際に実行されている旨の判定がなされるときには、そうでないときと比べて前記速度差に応じた点火時期の補正量を大きくする変更処理とを実行する。
同構成によれば、ニュートラル制御が実際に実行されている旨の判定がなされると、アイドル制御では上記速度差に応じた点火時期の補正量が大きくなる。従って、クランクシャフトの回転に抗する負荷がニュートラル制御によって急激に変化する場合でも、アイドル制御における補正量の増加がニュートラル制御の実行に合わせて速やかに行われるようになるため、機関回転速度の吹き上がりを抑えることができる。
一実施形態の車載制御装置が適用される車両の模式図。 同実施形態の車載制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態の車載制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。 (A)~(E)は、同実施形態の作用を示すタイミングチャート。
以下、車載制御装置の第1実施形態について、図1~図4を参照して説明する。
<車両及び制御装置の構成>
図1に示すように、車両500には、内燃機関10が搭載されている。内燃機関10の各気筒11の吸気ポートには吸気通路13が接続されている。吸気通路13には、吸入空気量を調整するスロットル弁14が設けられている。
内燃機関10は、気筒11に燃料を供給する燃料噴射弁12を備えている。燃料噴射弁12は、内燃機関10の吸入空気量に応じた量の燃料が噴射される。気筒11の燃焼室では、吸気通路13を通じて吸入された空気と燃料噴射弁12から噴射された燃料との混合気が燃焼される。混合気の燃焼により生じた排気は、内燃機関10の排気ポートに接続された排気通路15に排出される。
内燃機関10から発生した駆動力は、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ20、切り替え機構30、自動変速機としての無段変速機40、減速ギア50、ディファレンシャルギヤ55などを順次介して左右の駆動輪60に伝達される。
上記トルクコンバータ20の入力軸にはポンプインペラ21が設けられており、同入力軸はクランクシャフト18に接続されている。また、トルクコンバータ20の出力軸にはタービンインペラ22が設けられており、同出力軸は切り替え機構30を介して無段変速機40に接続されている。このトルクコンバータ20では、流体のATF(Automatic Transmission Fluid)を介してポンプインペラ21とタービンインペラ22との間におけるトルク伝達が行われることにより、当該トルクコンバータ20の入力軸と出力軸との間におけるトルク伝達が行われる。
ロックアップクラッチ(以下、LUCと記載)25は、上記ATFの油圧によってその作動状態が変更される機構であり、トルクコンバータ20の入力軸と出力軸との間のトルク伝達がLUC25を介して行われる「係合状態」と、そうした係合状態を解除してLUC25を介したトルク伝達量が「0」になる「解放状態」との間で作動状態が変化する。なお、本実施形態の「係合状態」としては、トルクコンバータ20の入力軸と出力軸とが完全係合した「直結状態」や、LUC25のスリップ量を制御するフレックスロックアップ制御が行われることにより、トルクコンバータ20の入力軸及び出力軸がある程度相対回転する「スリップ状態」がある。
切り替え機構30は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であり、フォワードクラッチ31とリバースブレーキ32とを備えている。そして、切り替え機構30の出力軸は、無段変速機40の入力軸に接続されている。
これにより、フォワードクラッチ31を係合させる一方でリバースブレーキ32を解放しているときには、トルクコンバータ20を介して入力された内燃機関10の駆動力がそのまま前進用の駆動力として無段変速機40に伝達される状態になる。これに対して、フォワードクラッチ31を解放する一方でリバースブレーキ32を係合させているときには、トルクコンバータ20を介して入力された内燃機関10の駆動力は逆回転の駆動力、つまり後進用の駆動力として無段変速機40に伝達される状態になる。
また、この切り替え機構30にあっては、フォワードクラッチ31とリバースブレーキ32との双方を解放することにより、トルクコンバータ20と無段変速機40との間の駆動力の伝達は遮断されて、いわゆるニュートラル状態になる。こうした切り替え機構30は、トルクコンバータ20と駆動輪60との間の駆動力伝達を遮断可能な駆動力伝達機構を構成している。
無段変速機40は、入力軸に設けられたプライマリプーリ42と、出力軸に設けられたセカンダリプーリ44と、それら一対のプーリ間に巻き掛けられたベルト46とを備えており、ベルト46を介してプライマリプーリ42とセカンダリプーリ44との間で駆動力が伝達される。また、油圧を使ってプライマリプーリ42及びセカンダリプーリ44におけるベルト46の巻き掛け半径を変化させることにより、無段変速機40の変速比は無段階に変更される。
無段変速機40及びLUC25及び切り替え機構30には、ATFで満たされた油圧回路80が接続されており、この油圧回路80による油圧制御によって、無段変速機40の変速動作、LUC25の作動、及び切り替え機構30の作動等が実施される。
内燃機関10の制御、油圧回路80を通じた無段変速機40及びLUC25及び切り替え機構30の制御など、各種の制御は、車両500の車載制御装置(以下、制御装置という)100によって実行される。
制御装置100は、中央処理装置(以下、CPUという)110や、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ120を備えている。そして、メモリ120に記憶されたプログラムをCPU110が実行することにより各種制御を実行する。
制御装置100には、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ70、上記タービンインペラ22の回転速度であるタービン回転速度NTを検出する回転速度センサ71、内燃機関10の吸入空気量GAを検出するエアフロメータ72が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置100には、内燃機関10の冷却水の温度である冷却水温THWを検出する水温センサ73、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ACCPを検出するアクセルポジジョンセンサ74が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置100には、セカンダリプーリ44の回転速度Noutを検出するセカンダリプーリ回転速度センサ75も接続されており、それら各種センサからの出力信号も入力される。
なお、制御装置100は、クランク角センサ70の出力信号Scrに基づいて機関回転速度NEを演算する。また、制御装置100は、機関回転速度NE及び吸入空気量GAに基づいて機関負荷率KLを演算する。機関負荷率KLは、全負荷状態で内燃機関10を定常運転したときのシリンダ流入空気量に対する、現在のシリンダ流入空気量の比率を表している。なお、シリンダ流入空気量は、吸気行程において各気筒11のそれぞれに流入する空気の量である。また、制御装置100は、セカンダリプーリ44の回転速度Noutに基づいて車両500の車速SPを算出する。
<アイドル制御>
制御装置100は、停車中などのようにアクセルペダルが操作されていないときには、内燃機関10のアイドル制御を実施する。このアイドル制御は、実際の機関回転速度NEから目標アイドル回転速度NEidを減じた値である速度差ΔNEが小さくなるように、内燃機関10の点火時期及び吸入空気量を補正して機関出力を調整することにより機関回転速度NEを目標アイドル回転速度NEidに収束させるものである。
例えば制御装置100は、実際の機関回転速度NEから目標アイドル回転速度NEidを減じることにより速度差ΔNEを算出する。実際の機関回転速度NEが目標アイドル回転速度NEidよりも高い場合には、速度差ΔNEは正の値になる。一方、実際の機関回転速度NEが目標アイドル回転速度NEidよりも低い場合には、速度差ΔNEは負の値になる。
そして、速度差ΔNEが正の値の場合には、実際の機関回転速度NEを低下させて目標アイドル回転速度NEidに近づけるために機関出力を低下させる。こうした機関出力の低下は、点火時期補正値IGHによる点火時期の遅角補正及び空気量補正値GAHによる吸入空気量の減量補正によって実施される。速度差ΔNEが正の値であってその絶対値が大きいほど、点火時期の遅角補正量が多くなるように点火時期補正値IGHの値は速度差ΔNEに応じて可変設定される。また、速度差ΔNEが正の値であってその絶対値が大きいほど、吸入空気量の減量補正量が多くなるように空気量補正値GAHの値は速度差ΔNEに応じて可変設定される。
一方、速度差ΔNEが負の値の場合には、実際の機関回転速度NEを増大させて目標アイドル回転速度NEidに近づけるために機関出力を増大させる。こうした機関出力の増大は、点火時期補正値IGHによる点火時期の進角補正及び空気量補正値GAHによる吸入空気量の増量補正によって実施される。速度差ΔNEが負の値であってその絶対値が大きいほど、点火時期の進角補正量が多くなるように点火時期補正値IGHの値は速度差ΔNEに応じて可変設定される。また、速度差ΔNEが負の値であってその絶対値が大きいほど、吸入空気量の増量補正量が多くなるように空気量補正値GAHの値は速度差ΔNEに応じて可変設定される。
メモリ120には、上記点火時期補正値IGH及び空気量補正値GAHを速度差ΔNEに基づいて求めるための補正マップが記憶されている。より詳細には、後述するニュートラル制御の非実行中に選択される定常用マップMap1と、同ニュートラル制御の実行中に選択される過渡用マップMap2といった2つの補正マップがメモリ120には記憶されている。
過渡用マップMap2に記憶された点火時期補正値IGH及び空気量補正値GAHの各値は、定常用マップMap1に記憶された点火時期補正値IGH及び空気量補正値GAHの各値と比べて、同一の速度差ΔNEであっても点火時期の補正量や吸入空気量の補正量が大きくなるように予め設定されている。
<ニュートラル制御>
停車中には駆動輪60の回転が停止しているため、トルクコンバータ20のタービンインペラ22も回転が停止している。一方、内燃機関10はアイドル運転中であってクランクシャフト18は回転しているため、トルクコンバータ20のポンプインペラ21はクランクシャフト18とともに回転している。こうした状態では、タービンインペラ22が回転停止している状態でポンプインペラ21を回転させることになるため、トルクコンバータ20内のATFを剪断する力が大きくなり、同トルクコンバータ20ではクランクシャフト18の回転に抗する負荷が大きくなる。従って、アイドル制御実行中の機関負荷が比較的高くなり、燃費が悪化する。
そこで、制御装置100は、アイドル制御の実行中に切り替え機構30を操作してニュートラル状態にすることによりトルクコンバータ20と駆動輪60との間の駆動力伝達を遮断するニュートラル制御を実施する。このニュートラル制御は、例えば以下の条件(A)~条件(C)などが共に満たされる場合に実施される。
(A)アイドル制御実行中である。
(B)車両のブレーキペダルが踏まれている。
(C)車速「0」の状態が規定時間以上継続されている。
また、例えば以下の条件(D)などが満たされる場合に、ニュートラル制御は中止される。
(D)ブレーキペダルの踏み込みが解除された。
このニュートラル制御が実施されると、駆動輪60の回転が停止していても、トルクコンバータ20のタービンインペラ22は回転可能となるため、ポンプインペラ21とタービンインペラ22との回転速度差が徐々に小さくなり、ATFの剪断力が小さくなっていく。従って、トルクコンバータ20ではクランクシャフト18の回転に抗する負荷が小さくなり、アイドル制御実行中の機関負荷は低くなるため、燃費が改善するようになる。
<判定処理の説明>
ところで、こうしたニュートラル制御を実施すると、トルクコンバータ20における上記負荷が急激に変化するため、アイドル制御における点火時期補正値IGHや空気量補正値GAHを増やすことが望ましいが、そうした補正値の増加が間に合わないと、機関回転速度が吹き上がるおそれがある。
こうした不都合の発生を抑えるために、制御装置100は、図2に示す判定処理を実行する。
図2に、本実施形態にかかる制御装置100が実行する判定処理の手順を示す。図2に示す処理は、メモリ120に記憶されたプログラムをCPU110が、例えば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
本処理を開始すると、CPU110は、機関回転速度NE及びタービン回転速度NTを取得する(S100)。
次に、CPU110は、速度比Rを算出する(S110)。速度比Rは、タービン回転速度NTを機関回転速度NEで除した値である(R=NT/NE)。
次に、CPU110は、上述した速度差ΔNEを算出する(S120)。
次に、CPU110は、速度差ΔNEが下限閾値α1以上且つ上限閾値α2以下の範囲内に収まっているか否かを判定する(S130)。下限閾値α1は予め定められた負の値であり、上限閾値α2は予め定められた正の値である。そして、ニュートラル制御による機関回転速度の吹き上がりが許容できる範囲内の大きさであることを判定する上で最適な値が下限閾値α1及び上限閾値α2には設定されている。
そして、S130の処理にて否定判定される場合(S130:NO)、つまり、速度差ΔNEが下限閾値α1よりも小さい、または速度差ΔNEが上限閾値α2よりも大きく、速度差ΔNEが許容できる範囲を超えて大きくなっている場合には、CPU110は、S140の処理を実行する。
S140の処理として、CPU110は、S110で算出された速度比Rが判定値Rref以上であるか否かを判定する。判定値Rrefとしては、速度比Rが判定値Rref以上であることに基づき、ニュートラル制御が実際に実行されていることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。
そして、速度比Rが判定値Rref以上であると判定する場合(S140:YES)、CPU110は、フラグFの値を「1」に設定して(S150)、本処理を一旦終了する。
一方、上記S130の処理において肯定判定した場合や、上記S140の処理において否定判定した場合には、CPU110は、フラグFの値を「0」に設定して(S150)、本処理を一旦終了する。
この判定処理により、ニュートラル制御による機関回転速度の吹き上がりが許容できる範囲を超えており、且つニュートラル制御が実際に実行されていると判定される場合にはフラグFが「1」に設定される。また、ニュートラル制御による機関回転速度の吹き上がりが許容できる範囲内に収まっている場合、あるいはニュートラル制御が実際に実行されていると判定されない場合にはフラグFが「0」に設定される。
<変更処理の説明>
制御装置100は、ニュートラル制御が実際に実行されている旨の判定がなされるときには、そうでないときと比べて速度差ΔNEに応じた点火時期の補正量及び吸入空気量の補正量を大きくする変更処理を実行する。
図3に、本実施形態にかかる制御装置100が実行する上記変更処理の手順を示す。図3に示す処理は、メモリ120に記憶されたプログラムをCPU110が、アイドル制御の実行中に所定周期にて繰り返し実行することにより実現される。
本処理を開始すると、CPU110は、フラグFの値を取得して、その取得した値が「1」であるか否かを判定する(S200)。
そして、フラグFの値が「1」であると判定する場合(S200:YES)、CPU110は、点火時期の補正量及び吸入空気量の補正量を設定する補正マップとして上記過渡用マップMap2を選択して(S210)、本処理を一旦終了する。
一方、S200にて、フラグFの値が「1」ではないと判定する場合(S200:YNO)、CPU110は、点火時期の補正量及び吸入空気量の補正量を設定する補正マップとして上記定常用マップMap1を選択して(S220)、本処理を一旦終了する。
この変更処理により、ニュートラル制御による機関回転速度の吹き上がりが許容できる範囲内に収まっている場合、あるいはニュートラル制御が実際に実行されていると判定されない場合には、アイドル制御において点火時期の補正量及び吸入空気量の補正量を設定する補正マップとして定常用マップMap1が選択される。
一方、ニュートラル制御による機関回転速度の吹き上がりが許容できる範囲を超えており、且つニュートラル制御が実際に実行されていると判定される場合には、上記補正マップとして、定常用マップMap1よりも補正量が大きい過渡用マップMap2が選択される。
<作用>
次に、図4を参照して本実施形態の作用を説明する。
図4に示す時刻t1において、ニュートラル制御の実行条件が成立すると切り替え機構30がニュートラル状態にされる。これにより図4(A)に示すように、ニュートラル制御が開始される。
ニュートラル制御が開始されると、駆動輪60の回転が停止していても、トルクコンバータ20のタービンインペラ22は回転可能となるため、図4(B)に二点鎖線L2にて示すように、タービン回転速度NTは「0」から徐々に増大していく。
また、こうしたタービン回転速度NTの増大に伴い、図4(C)に示すように、速度比Rも「0」から徐々に増大していく。このように速度比Rは、ニュートラル制御が実際に実行されていなければ「0」となる一方、実行されていれば規定値以上の値となることから、当該速度比Rは、ニュートラル制御が実際に実行されているか否かを判断するのに適した値となっている。
また、ニュートラル制御が開始されると、トルクコンバータ20ではクランクシャフト18の回転に抗する負荷が小さくなるため、図4(B)に実線L1にて示すように、機関回転速度NEはやや増大するが、そうした機関回転速度NEの増大は定常用マップによるアイドル制御によって抑えられる。
その後、タービン回転速度NTが機関回転速度NEに向かって増大していき、時刻t2において速度比Rが判定値Rref以上になると、図4(D)に示すように、フラグFの値は「0」から「1」に変更される。このように速度比Rは、ニュートラル制御が実際に実行されていることを示す適切な値となっている。
このようにしてフラグFの値が「0」から「1」に変更されると、図4(E)に示すように、上記補正マップは、定常用マップMap1から過渡用マップMap2に変更される。従って、上述したトルクコンバータ20の負荷変化による機関回転速度NEの増大がより一層抑えられるようになる。
時刻t3において、ニュートラル制御の停止条件が成立すると、切り替え機構30はニュートラル状態以外の状態にされる。これにより、ニュートラル制御は非実行の状態になる。
このニュートラル制御の中止により、タービン回転速度NTは徐々に低下していく。そして時刻t4において速度比Rが判定値Rref未満になると、フラグFの値は「1」から「0」に変更される。フラグFの値が「1」から「0」に変更されると、上記補正マップは、過渡用マップMap2から定常用マップMap1に変更される。
<効果>
次に、本実施形態の効果を説明する。
上記判定処理にてニュートラル制御が実際に実行されている旨の判定がなされることにより、フラグFが「1」に設定されると、変更処理を通じてアイドル制御の補正マップが定常用マップMap1から過渡用マップMap2に変更される。これによりアイドル制御では速度差ΔNEに応じた点火時期の補正量及び吸入空気量の補正量が大きくなる。従って、クランクシャフト18の回転に抗する負荷がニュートラル制御によって急激に変化する場合でも、アイドル制御における補正量の増加がニュートラル制御の実行に合わせて速やかに行われるようになるため、機関回転速度の吹き上がりを抑えることができる。
<変更例>
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・フラグFの値を「0」から「1」に変更するための判定値Rrefと、フラグFの値を「1」から「0」に変更するための判定値Rrefとを異ならせてもよい。
・アイドル制御において吸入空気量の補正を省略してもよい。
・図2に示したS130の処理を省略して、S120の処理の後にS140の処理を実行するようにしてもよい。
・車両500が備える自動変速機は無段変速機40であったが、他の自動変速機、例えば多段変速機でもよい。また、そうした多段変速機が、例えば遊星歯車機構とブレーキ及びクラッチからなる係合要素とを備えており、係合要素を操作することによりトルクコンバータ20と駆動輪60との間の駆動力伝達を遮断することが可能な変速機である場合には、当該多段変速機自体が上記駆動力伝達機構として機能するため、上記切り替え機構30を省略してもよい。
・制御装置100は、CPU110とメモリ120とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、制御装置100は、以下の(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てをプログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリ等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
10…内燃機関
11…気筒
12…燃料噴射弁
13…吸気通路
14…スロットル弁
15…排気通路
18…クランクシャフト
20…トルクコンバータ
21…ポンプインペラ
22…タービンインペラ
30…切り替え機構
40…無段変速機
60…駆動輪
70…クランク角センサ
71…回転速度センサ
72…エアフロメータ
73…水温センサ
74…アクセルポジジョンセンサ
75…セカンダリプーリ回転速度センサ
80…油圧回路
100…車載制御装置
110…中央処理装置(CPU)
120…メモリ
500…車両

Claims (1)

  1. 内燃機関と、前記内燃機関のクランクシャフトに接続されたトルクコンバータと、前記トルクコンバータと駆動輪との間の駆動力伝達を遮断可能な駆動力伝達機構と、を備える車両に適用されて、
    目標アイドル回転速度と実際の機関回転速度との速度差に応じて点火時期を補正することにより機関回転速度を調整するアイドル制御と、同アイドル制御の実行中に前記駆動力伝達機構を操作することにより前記トルクコンバータと前記駆動輪との間の駆動力伝達を遮断するニュートラル制御と、を停車中に実施する車載制御装置であって、
    前記ニュートラル制御が実際に実行されているか否かを判定する判定処理と、
    前記ニュートラル制御が実際に実行されている旨の判定がなされるときには、そうでないときと比べて前記速度差に応じた点火時期の補正量を大きくする変更処理と、を実行する
    車載制御装置。
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