JP3457488B2 - 自動車の制御装置 - Google Patents

自動車の制御装置

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JP3457488B2
JP3457488B2 JP31334096A JP31334096A JP3457488B2 JP 3457488 B2 JP3457488 B2 JP 3457488B2 JP 31334096 A JP31334096 A JP 31334096A JP 31334096 A JP31334096 A JP 31334096A JP 3457488 B2 JP3457488 B2 JP 3457488B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/66Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings
    • F16H61/662Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S477/00Interrelated power delivery controls, including engine control
    • Y10S477/901Control signal is slope

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の御に係
り、特に段変速機を用い自動車の変速制御関す
る。
【0002】
【従来の技術】無段変速機を用いる自動車では、車速と
スロットル開度で予め決められた変速比の値を表で表わ
した制御マップに従って変速制御が行われるのが一般的
である。しかし、このような制御方法では、設計開発時
に、予めあらゆる運転状態を想定して制御定数を決めて
おく必要がある。これはチューニングやマッチングと呼
ばれる作業であり、これに多大の手間と時間を要する。
【0003】この問題点の解決策として、最適な変速比
を自動車の走行中に演算しながら制御する方法を採用す
ることによって、チューニングの手間を大幅に省く方法
が考えられている。例えば、発明者らが提案した特開平
7−174219 号公報に示されるもの等である。しかし、こ
の制御方法は、予め設定された目標値、例えば目標駆動
トルクに実際の駆動トルクが追従するように制御する方
法であり、状況に応じて修正された別の新しい目標駆動
トルクの方が目標値として適切であっても、それを目標
値とした制御ができないという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はかかる
不都合をなくし、走行環境が変化しても運転感覚が変わ
らないようにし、アクセルペダル踏み込み加速時には運
転者の意図したように加速し、しかもチューニングの手
間を大幅に省くことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、出力
トルクと前記目標出力トルクの偏差より変速比変化信号
を求め、変速比変化信号に基づいて前記変速機構の変速
比を制御する。
【0006】これにより、アクセルペダル踏み込み加速
時には運転者の意図したように加速し、しかもチューニ
ングの手間を大幅に省くことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
(実施例)図1は、無断変速機CVT(Continuously V
ariable Transmission)の制御システムを搭載した自動
車の駆動系を示す図である。エンジン101の出力は無
段変速機102を介して車輪103を駆動する。無段変
速機102は本実施例ではベルト式であり、油圧により
プーリ溝幅が変更される。無段変速機102の形式はベ
ルト式に限らず他の形式でも、本願発明を本実施例と同
様に適用できる。無段変速機102はトルクコンバータ
104,前後進ギヤ105,可変溝幅プーリとベルトに
よる変速機構106,差動ギヤを含む伝達ギヤ列107
よりなる。これらの装置は制御装置108により制御さ
れる。
【0008】制御装置108はマイクロコンピュータを
備え、図2に示すようなハードウエアから構成されてい
る。マイクロプロセッサー201は読み出し専用メモリ
202からプログラムやデータを読み出し、ランダムアク
セスメモリ203を使って数値演算や論理演算を行う。
各種センサ204,205からの入力信号を入力回路2
06,207を通して入力し、演算処理を行って出力回
路208,209を通してアクチュエータ210,21
1を動作させる。
【0009】図1に示した制御装置108のソフトウエ
アの構成は、図1に示したように、エンジン101を制
御するエンジン制御ロジック109と、無段変速機10
2を制御するCVT制御ロジック110よりなってい
る。エンジン制御ロジック109はエンジン101からの
入力信号として、エアフィルタ111を通る空気量をエ
アフローメータ112で計測した吸入空気量信号a,ア
クセルペダル113により作動されるスロットルバルブ
114の作動角に応じたスロットル開度信号b,クラン
ク角センサ115の出力であるクランク角信号c,O2
センサ116より得られる排気ガス残存酸素量信号g等
を入力する。出力信号として、燃料量に対応したパルス
幅をインジェクタ117に与える燃料噴射信号d,点火
プラグ118の動作タイミングを制御する点火信号e,図
示しない還流ガスバルブを制御するEGR信号f等を出
力する。
【0010】CVT制御ロジック110は無段変速機1
02の1次プーリに対向して設けられた回転センサ11
9より得られる入力回転数信号i,油圧回路120の作
動油温度信号l,2次プーリに対向して設けられた回転
センサ121より得られる出力回転数信号m等を入力し
て、トルクコンバータ104の入出力を直結するロック
アップ制御信号h,全体の油圧を制御するライン圧制御
信号j,変速機構106の伝達速度比を制御する変速制御
信号kを出力する。
【0011】図1においてはエンジンと変速機を一つの
制御装置で制御する方式を例に示してあるが、別個の制
御装置を用いてもよいことは言うまでもない。
【0012】図3は本発明の変速比制御ロジック構成の
第1の実施例を示したものであり、図1のCVT制御ロ
ジック110の内容を表わす。アクセルペダル113を
踏むとスロットルバルブに設けられたスロットルセンサ
114が動きスロットル開度信号bに含まれるスロット
ル開度TVOが変化する。目標トルク発生手段301で
はスロットル開度TVOと出力回転数信号mに含まれる
出力回転数No から、その時の車速において快適に感じ
る加速度を生じさせるトルクを検索し、目標出力トルク
tToとして出力する。すなわちアクセルペダルの踏み込
み量が大きいほど目標出力トルクを大きくし、また踏み
込み量が同じでも、低速時は加速度が大きくなるよう比
較的大きな目標トルクを、高速時は比較的小さな目標ト
ルクを設定して、恐怖感を抱かせないように人間工学的
に快適な加速度が得られる目標出力トルクtToを発生す
る。
【0013】一方、出力トルク演算手段302は、後述
するようにスロットル開度TVOとクランク角信号cよ
り得られたエンジン回転数Ne ,入力回転数信号iより
得られるタービン回転数Nt から出力トルクTo を算出
する。また変速比制御手段304は、目標出力トルクt
Toと出力トルクTo を比較し、その偏差を制御補償器3
03によりゲイン調整して変速比変化信号ΔRを発生さ
せ、変速比演算ブロック305で演算された現在の変速
比Rに加算して無段変速機2の変速比を制御する。すな
わち出力トルクTo が目標出力トルクtToに近づくよ
う、出力トルクのほうが大きいときは変速比を小さく、
出力トルクが小さいときは変速比を大きくする。この変
化は出力トルクが目標出力トルクにほぼ一致するまで続
き、フィードバック制御ループを構成する。
【0014】図3の出力トルク演算手段302の具体的
な構成を図4に示す。ブロック401において、クランク
角センサ115より得られたエンジン回転数Ne と、回
転センサ119より得られたタービン回転数Nt を用
い、割り算部405にてトルクコンバータの速度比eを
演算する。この速度比eをトルクコンバータの入力容量
係数特性406に与えると入力容量係数Cp が得られ
る。これに掛け算部407にてエンジン回転数の自乗を
掛けるとトルクコンバータの入力トルクすなわちポンプ
トルクTp が得られる。
【0015】図4においてはさらに別の方法でポンプト
ルクTp を演算し、状況に応じて切り換えることにより
精度のよいトルク演算を行うようにしている。すなわち
ブロック402にエンジントルクマップ413を内蔵し
ており、スロットル開度TVOとエンジン回転数Ne に応
じてエンジントルクTe を検索し、ブロック414,4
15による慣性分の補正を加えてポンプトルクTp を演
算する。ブロック401とブロック402の出力は、速度
比eに基づく切り換え判定ロジック411によりいずれ
かが選択される。
【0016】一方、速度比eをトルクコンバータのトル
ク比特性408に与えるとトルク比tが得られるので、
掛け算部409にて前記選択されたポンプトルクTp と
掛ければトルクコンバータの出力トルクすなわちタービ
ントルクTt が得られる。ところで、回転センサ121
より得られる出力回転数No と、タービン回転数Ntを
割り算部411で比をとるとプーリの変速比Rが演算さ
れるので、掛け算部412にて前記タービントルクTt
に掛けて出力トルクTo を算出する。
【0017】本実施例の方法によれば、フィードバック
制御ループの作用で最適に設定された目標駆動トルクに
追従するので、アクセルペダル踏み角に応じた快適な加
速感が得られるという効果がある。さらに快適な加速感
は車種に関係なく人間工学的に決められるので、従来行
っていた車種毎の駆動力特性合わせ込み作業いわゆるチ
ューニング作業を行う必要がなく、開発工数の大幅低減
が可能になる。
【0018】また本発明においては出力トルク演算手段
302により出力トルクを求めるので、このような機能
が高価なトルクセンサを設けることなく実現できるとい
う特徴がある。もちろん技術的には出力軸にトルクセン
サを設けてトルクを検出しても同じ制御が実現できるこ
とは言うまでもない。
【0019】なお無段変速機102は一般的に用いられ
ている油圧による変速機構だけでなく、変速電動機によ
りプーリ溝幅を変更して変速を行うものであってもよい
し、さらにはベルト式に限らずトロイダル式と呼ばれる
摩擦車を用いた方式のものでもよい。
【0020】図5は本発明の変速比制御ロジック構成の
第2の実施例を示した図であり、図3と同じものには同
一符号を付してある。図3の方式と異なるのは、道路勾
配推定演算手段502を設け、それに対応して目標出力
トルク発生手段501の構造が異なることである。
【0021】目標出力トルク発生手段501ではスロッ
トル開度TVOと出力回転数No から、その時の車速に
おいて快適に感じる加速度を生じさせるトルクを検索
し、目標出力トルクtToとして出力するが、このとき快
適に感じる加速度は坂道と平坦路では異なるので、検索
マップを3次元化して勾配信号Grdにより目標出力トル
クパターンを変化させるようにしている。
【0022】図5の道路勾配推定演算手段502の勾配
信号Grdを求めるアルゴリズムを図6に示す。前記した
出力トルク演算手段302で演算された出力トルクTo
を入力し、終段ギヤ部601で終段ギヤ比Gf を掛けて
駆動軸トルクTd を求める。一方、車両走行抵抗TRl
は車速により変化するので、その車に合った抵抗トルク
を車両走行抵抗マップ602に記憶しておき、出力回転
数No に換算係数603を掛けて求めた車速Vspを与えて
検索する。車速Vspを604で微分して加速度を演算
し、605で車体重量Mを、606でタイヤ半径rを掛
けることで加速抵抗トルクTa が求められる。これらの
抵抗トルクTRlとTa を先に求めた出力トルクTo か
ら引けば勾配抵抗トルクTgrが得られ、これに換算係
数607を掛けて勾配Grdを求めることができる。
【0023】本実施例の方法によれば、道路勾配が変わ
っても加速感覚の変化に合わせた駆動トルクで制御する
ので坂道でも常に快適な加速感が得られるという効果が
ある。また道路勾配を走行中に演算により求めるので高
価な傾斜センサや加速度センサを用いることなく上記機
能を実現できるという特徴がある。
【0024】図7は本発明の変速比制御ロジック構成の
第3の実施例を示した図である。図5の方法と異なるの
は最適燃料消費率変速比演算手段701,ドライバ意図
および環境認識手段702,重み付け合成手段703を
設けたことである。
【0025】最適燃料消費率変速比演算手段701は内
部にエンジンの燃料消費量特性マップを持っており、ス
ロットル開度TVO,出力回転数No ,エンジン回転数
Ne,タービン回転数Nt および出力トルク演算手段3
02で演算された出力トルクTo を用いて、そのときの
燃料消費量を演算するとともに、変速比を少し変化させ
たと仮定した場合の燃料消費量を演算し、変速比をどの
方向に変化させれば燃料消費率がよくなるかを判断して
第1の変速比変化信号ΔR1を発生する。
【0026】一方、第2の実施例と同様に目標出力トル
クtToと出力トルクTo を比較し、得られた偏差を第2
の変速比変化信号ΔR2とする。
【0027】ΔR1およびΔR2は重み付け合成手段7
03に入力され、ドライバ意図および環境認識手段70
2の出力Dw に応じて重み付けの割合が決められて合成
する。
【0028】その出力を制御補償器303によりゲイン
調整して第3の変速比変化信号ΔR3を発生させ、変速
比演算ブロック305で演算された現在の変速比Rに加
算して無段変速機2の変速比を制御する。
【0029】運転者の意図Dw が加速性能重視であれ
ば、重み付け合成手段703の出力は第2の変速比変化
信号ΔR2に近付き、快適な加速度が得られるトルクと
なるように変速比が制御される。反対に、高速走行中に
運転者がアクセルペダルをほとんど動かさないような場
合、ドライバ意図および環境認識手段702は加速要求
がないと認識して、重み付け合成手段703の出力が第
1の変速比変化信号ΔR1に近付き、燃料消費量が少なく
なる方向に変速する。通常は両者の間で重み付けが行わ
れ、ドライバ意図および環境認識手段702の出力Dw
に応じて加速感と燃料消費率のバランスのとれた変速制
御が行われる。
【0030】図7の最適燃料消費率変速比演算手段70
1の構成を図8に示す。
【0031】図8において、エンジントルク特性マップ
801にスロットル開度TVOとエンジン回転数Ne を
与えるとエンジントルクTe が検索できる。このエンジ
ントルクTe とエンジン回転数Ne を燃料消費量特性マ
ップ802に与えると燃料消費量Qf が得られる。次
に、出力回転数No とタービン回転数Nt から現在の変
速比Rが求められるので、これに所定の変速比変化分Δ
Rを加算および減算して、それぞれトルクコンバータ回
転数補正部803に入力する。例えば変速比変化分ΔR
を減算した(R−ΔR)は出力回転数No を掛けられ
て、仮定のタービン回転数Nt′ になり、その自乗が演
算される。
【0032】一方、出力トルクTo と(R−ΔR)から
仮定のタービントルクTt′ が演算され、これとタービ
ン回転数の自乗から仮定の容量係数Cp′ が求められ
る。さらに容量係数特性マップ804を検索することで
仮定の速度比e′が演算され、先に求めた仮定のタービ
ン回転数Nt′ を仮定の速度比e′で割ると、仮定のエ
ンジン回転数Ne′ が得られる。したがって先程と同様
にして仮定の燃料消費量Qf′ を求めることができる。
【0033】変速比変化分ΔRを加算した(R+ΔR)
の場合にも、まったく同様にして仮定の燃料消費量Q
f″を求めることができる。
【0034】両者と現在の燃料消費量Qf は、最小燃料
消費率判定部805において比較され、どちらの方向に
変速比を変化させれば燃料消費率が良くなるか判断され
て第1の変速比変化信号ΔR1が出力される。
【0035】図8の最小燃料消費率判定部805のロジ
ックを図9のフローチャートに示す。
【0036】図9において、Step1で三つの燃料消費量
Qf,Qf′,Qf″ を読み込み、Step2でまずQf とQ
f′を比較する。Qf′の方がQf より小さい場合は、変
速比を小さくした方が燃料消費率が良くなることを意味
するのでStep3に進み、変速比変化分を(ΔR1=−Δ
R)とする。
【0037】Qf′の方がQf より小さくなければ、Ste
p4でQf とQf″を比較する。Qf″ の方がQf より
小さい場合は、変速比を大きくした方が燃料消費率が良
くなることを意味するのでStep5に進み、変速比変化分
を(ΔR1=+ΔR)とする。
【0038】Qf″の方がQf より小さくなければ、Q
f′もQf″もQf より小さくないのでStep6に進み(Δ
R1=0)すなわち変速比はそのままとする。
【0039】図7のドライバ意図および環境認識手段7
02の詳細はここでは省略する。
【0040】図7の重み付け合成手段703はファジィ
推論を用いて行うのが便利である。ファジィ推論ルール
の例を図10に示す。
【0041】図10は、最適燃料消費率を得るための第
1の変速比変化信号ΔR1,トルク偏差に応じた第2の
変速比変化信号ΔR2、および運転者の加速意図Dw を
入力変数とし、各々の状態の組み合わせに対応して第3
の変速比変化信号ΔR3を出力する場合のルールを決め
たものである。このルールによりメンバシップ関数を設
定して重み付け合成を行う。なお、部分的に抜けたとこ
ろはルールを省略したものであり、ファジィ推論の補間
機能により自動的に埋められる。
【0042】以上述べたごとく、本発明の方法によれ
ば、スロットル開度やその変化速度、すなわち、運転者
の加速意図に応じて、変速比変化の割合が変化するの
で、必要な時には快適な加速を行うとともに、必要のな
いときには自動的に燃料消費量が最小となる変速比に制
御され、運転性と経済性を両立させた変速比制御を実現
できるという効果がある。
【0043】
【発明の効果】本発明によればアクセルペダル踏み込
み時に加速感の過不足がなく快適な加速感が得られると
ともに、状況の変化があっても快適さが変わらないとい
う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】無段変速機搭載車の制御システムを示す全体構
成図。
【図2】マイクロコンピュータによる制御装置のハード
構成を示すブロック図。
【図3】本発明の第1の実施例の制御装置の構成を示す
ブロック図。
【図4】図3における出力トルク演算手段の構成を示す
ブロック図。
【図5】本発明の第2の実施例の制御装置の構成を示す
ブロック図。
【図6】図5における道路勾配推定演算手段の構成を示
すブロック図。
【図7】本発明の第3の実施例の制御装置の構成を示す
ブロック図。
【図8】図7における最適燃料消費率変速比演算手段の
構成を示すブロック図。
【図9】図8の最適燃料消費率変速比演算手段におけ
る、最小燃料消費率判定部の動作を説明するフローチャ
ート。
【図10】図7における重み付け合成手段を構成するフ
ァジィ推論に用いるファジィルール一覧表。
【符号の説明】
102…無段変速機、110…CVT制御ロジック、3
01…目標トルク発生手段、302…出力トルク演算手
段、303…制御補償器、304…変速比制御手段、5
02…道路勾配推定演算手段、701…最適燃料消費率
変速比演算手段、702…ドライバ意図および環境認識
手段、703…重み付け合成手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F16H 59:42 F16H 59:42 59:44 59:44 63:06 63:06 (72)発明者 黒岩 弘 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 塩谷 真 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株式会社 日立製作所 システム開発研 究所内 (56)参考文献 特開 昭61−119856(JP,A) 特開 平7−174219(JP,A) 特開 平3−163256(JP,A) 特開 昭64−70237(JP,A) 特開 昭59−113356(JP,A) 特開 平1−188752(JP,A) 特開 平7−54994(JP,A) 特開 平2−136339(JP,A) 特開 平4−100740(JP,A) 特開 平5−262169(JP,A) 特開 平8−128344(JP,A) 特開 昭64−30840(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 59/00 - 61/12 F16H 61/16 - 61/24 F16H 63/40 - 63/48

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポンプとタービンとからなるトルクコンバ
    ータと速機構とを有しエンジン出力を前記変速機構
    により変速して駆動輪に伝達する自動車の制御装置であ
    って、 前記自動車の少なくともスロットル開度と車速とに基づ
    て目出力トルクを求め、 少なくとも前記スロットル開度、エンジン転数と、
    前記タービンの回転数とに基づいて出力トルクを求め
    出力トルク前記目標出力トルクの偏差より変速比変
    化信号を求め 記変速比変化信号に基づいて前記変速機構の変速比を
    制御する自動車の制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の自動車の制御装置であっ
    て、 前記制御装置は、前記出力トルクが前記目標出力トルク
    より大きいときは変速比を小さくし、前記出力トルクが
    前記目標出力トルクより小さいときは変速比を大きく
    し、前記出力トルクが目標出力トルクにほぼ一致するま
    で当該制御を続ける自動車の制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の自動車の制御装置であっ
    て、 前記制御装置はさらに道路勾配を演算し、少なくとも前
    記自動車のスロットル開度と、車速と、前記道路勾配と
    に基づいて、前記目標出力トルクを求める自動車の制御
    装置。
JP31334096A 1996-11-25 1996-11-25 自動車の制御装置 Expired - Lifetime JP3457488B2 (ja)

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