JP3899133B2 - 車両のエンジントルクを計算する方法と装置 - Google Patents

車両のエンジントルクを計算する方法と装置 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両のエンジントルクを計算する方法と装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の方法ないしこの種の装置は例えばWO−A92/09448から知られている。そこでは駆動ユニットの出力を制御するために駆動トルク目標値が運転者の要求に従って定められ、エンジントルク目標値を計算し、エンジンの出力パラメータを調節することによってエンジントルクが調節され、それによってアウトプットトルクの目標値に対応するエンジントルクが形成されている。その場合にエンジントルクの目標値は動力伝達系の変速比(ここではトランスミッションの変速比)、アウトプットトルクの目標値および測定されたアウトプット回転数に基づいてマップから求められる。その場合に目標エンジントルクの計算は、設定されたギア段とは関係なく運転者の要求に従ってアウトプットトルクが得られるように行われる。
【0003】
制御可能なコンバータクラッチ(ロックアップクラッチ)を有するコンバータを備えたオートマチックトランスミッションの場合には、次のような状況が生じる。アウトプット回転数とアクセルペダル位置から求められたアウトプットトルクの目標値により、コンバータのトランスミッション側出力(タービンホイール)には、設定されたギアの変速比に従って所定の目標トルクが必要となる。この目標タービントルクに達するために、それぞれ設定されたコンバータのトルク伝達に従ってコンバータ入力(ポンプインペラー)において所定の目標トルクが必要になり、この目標トルクはエンジンによって発生させなければならない。従ってギア位置とコンバータ状態に無関係のアウトプットトルクを得るためには、目標エンジントルクを定める際にコンバータのトルク伝達を考慮に入れなければならない。このことは上述の公報では提案されていない。
【0004】
未公開のドイツ特願P4210956.6には、クラッチが開放されている場合にコンバータの状態を考慮する構成が記載されている。しかしこの方法はコンバータの必ずしもすべての状態をカバーしておらず、特にそこに記載されている方法は、コンバータクラッチが所定のスリップに制御される場合には使用することができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、車両のエンジントルクを計算する方法と装置において、エンジンから発生すべきトルクを計算する際に、コンバータのトルク伝達を考慮することに関して改良を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、
駆動ユニット(8)が、エンジン(10)と、コンバータ(18)、ロックアップクラッチ(20)並びにトランスミッションユニット(24)を有する動力伝達機構(16)とから構成され、前記ロックアップクラッチ(20)が、閉じられるか、開放されるか、あるいは閉じた位置と開放した位置間の中間状態において閉ループ制御される車両のエンジントルク(mmot)を計算する方法において、
少なくとも運転者の要求に基づいてアウトプットトルク(mabsoll)が設定さ
記ロックアップクラッチ(20)が、閉じた位置と開放した位置間の中間状態にあるかどうかが判断され、
エンジントルクが、前記中間状態では、トランスミッションユニットの変速比(G)と、アウトプットトルク(mabsoll)と、コンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)とに従って計算され、その場合、前記コンバータ(18)のトルク伝達度が、前記コンバータ(18)とロックアップクラッチ(20)からなるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数差(Δns)とタービン回転数(nturb)から求められるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数比(nue)に従って計算される構成を採用し、
また、本発明では、
エンジン(10)と、コンバータ(18)、ロックアップクラッチ(20)並びにトランスミッションユニット(24)を有する動力伝達機構(16)とから構成される駆動ユニット(8)を有し、前記ロックアップクラッチ(20)が、閉じられるか、開放されるか、あるいは閉じた位置と開放した位置間の中間状態において閉ループ制御される車両のエンジントルク(mmot)を計算する装置において、
少なくとも運転者の要求に基づいて設定されたアウトプットトルク(mabsoll)からエンジントルク(mmot)を計算する電子制御装置(28)を備え、
前記電子制御装置(28)は、ロックアップクラッチ(20)が、中間状態にあるかどうかを検出して、前記中間状態では、エンジントルクを、トランスミッションユニットの変速比(G)と、アウトプットトルク(mabsoll)と、コンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)とに従って計算し、その場合、前記コンバータ(18)のトルク伝達度が、前記コンバータ(18)とロックアップクラッチ(20)からなるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数差(Δns)とタービン回転数(nturb)から求められるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数比(nue)に従って計算される構成も採用している。
【0007】
【作用】
以下に、コンバータクラッチを備えたコンバータを有するオートマチックトランスミッションの電子制御に関連する一般的に知られた知識を簡単に述べる。オートマチックトランスミッションの場合にはコンバータは通常、特に動きだすときの動作を支援するために、トルクを増力(倍力)させる課題と、クラッチ点以上でトルク変換なしでクラッチさせる課題を有する。常に所定の回転スリップがあり、従って損失をもって動作するコンバータは、コンバータクラッチが閉じることによりバイパスされるので、堅固な直結が形成される。
【0008】
この堅固な直結それ自体は不必要な損失を防止するためには望ましいものであるが、快適性を考えると必ずしも全ての運転状態で発生させることはできない。特に回転数が低い場合には、堅固に直結されていると、コンバータによって快適性を制限する騒音の発生がもたらされる場合がある。さらに動力伝達系における振動の危険があり、それによって回転むらが増大される。このような理由からコンバータクラッチはコンバータの入出力間での目標回転数差Δnsを設定して閉ループ制御により調節されるので、コンバータユニットには損失の減少と快適性の向上間の妥協を示す所定のスリップが発生する。その場合、スリップは、コンバータクラッチを閉ループ制御することによって、例えばPI制御器を介してギア位置、負荷、走行プログラムなど運転パラメータに従って調節される。なお、コンバータによるトルク増大は一般にスリップが増大するに従って増加し、従ってバイパス(直結)される場合には、クラッチによる増力は行われないことに注意しなければならない。
【0009】
本発明構成によれば、コンバータクラッチが閉ループ制御されている場合でもコンバータユニットによるトルク伝達を求めることができる。
【0010】
特に、エンジンによって発生すべきトルクを計算する場合に、求められたコンバータのトルク伝達を考慮にいれるのが好ましい。
【0011】
特に好ましいことは、本発明構成によれば、アウトプットトルク目標値をエンジントルク目標値に換算する場合にコンバータと閉ループ制御されたコンバータクラッチによるトルク伝達を考慮することが可能になることである。
【0012】
さらに行わなければならない計算が著しく簡略化される。
【0013】
他の利点は以下に示す実施例の説明と従属請求項に記載されている。
【0014】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明方法ないし本発明装置が有効な駆動ユニットの出力(パワー)を制御する装置の概略的なブロック回路図を示すものである。駆動ユニット8は概略図示するエンジン10を有する。このエンジンは出力軸(クランク軸)12を有し、出力軸はオートマチックトランスミッション16のコンバータユニット14へ導かれている。その場合にコンバータユニット14はコンバータ18からなり、このコンバータに対して並列に開ないし閉ループ制御可能なロックアップクラッチ(コンバータクラッチ)20が接続されている。コンバータユニット14の軸22は本来のトランスミッションユニット24(トランスミッションユニット24の入力軸22)へ導かれており、その出力軸26は駆動ユニットの動力伝達機構のアウトプット軸となっている。
【0016】
動力伝達機構から制御装置28へ種々の運転パラメータが供給される。第1の入力線30により制御装置28はエンジン回転数を検出するために軸12の回転数を測定する測定手段32と接続され、一方導線34により制御装置28は軸26の回転数、すなわちアウトプット回転数を測定する測定手段36と接続される。さらに好ましい実施例においては点線で示す入力線38が設けられ、この入力線により制御装置28は軸22の回転数、いわゆるタービン回転数を測定する測定手段40と接続される。さらに好ましい実施例においては、制御装置28をトランスミッションユニット24と接続する入力線42が設けられている。さらに制御装置28には導線44が導かれており、導線44により制御装置28は運転者の要求を検出するために運転者によって作動可能な操作部材(アクセルペダル等)48の位置を検出する位置センサ46と接続される。他の入力線50から52により制御装置28はエンジン10、駆動ユニットないし車両自体の他の運転パラメータ、例えばエンジン温度、電源電圧、走行速度、車輪回転数などを検出する測定装置54から56と接続される。
【0017】
駆動ユニットの出力を制御するために、制御装置28は多数の出力線を有する。第1の出力線58により制御装置28はエンジン10への空気供給を調節するために、電子的に制御可能な調節部材60、例えば絞り弁と接続され、一方導線62により制御装置28は燃料供給を制御する手段64と接続される。さらに出力線61が設けられており、この出力線61により制御装置28は点火時期を調節する手段68と接続される。エンジン10がディーゼルエンジンである場合には、制御装置はディーゼルエンジンの具体的な条件に適合したエンジン出力を調節するための対応する出力線を有する。同様なことが2ストローク機関にもいえる。出力を制御する原理的なこの構成は、エンジン出力を調節する制御装置28が対応した出力線を有する他の駆動システム、例えば電気モータとの関連においても効果的に使用することができる。
【0018】
トランスミッションユニット24を制御するために、制御装置28は出力線70を有し、この出力線70により制御装置28はトランスミッションユニット24と接続され、トランスミッションユニット24の変速比を調節する。その場合にトランスミッションユニットは無段階に調節可能なトランスミッションユニットであってもよく、あるいは従来のギヤ段を備えたトランスミッションユニットであってもよい。さらに制御装置28は導線72を介してコンバータクラッチ20と接続されている。
【0019】
制御装置28は、操作部材48の位置センサ46によって検出された運転者の要求に基づき、回転数センサ36によって検出された駆動ユニットのアウトプット回転数(あるいは車輪回転数、走行速度)を考慮して、運転者の要求を満たすために駆動ユニットによって軸26において発生しなければならないアウトプット目標トルクを形成する。このアウトプット目標トルクは、制御装置によって公知のようにして他の運転パラメータに従って最適なトランスミッション変速比とコンバータクラッチの所望状態(コンバータクラッチは「閉」、「開」および「閉ループ制御」の状態をとることができる)および目標エンジントルクに変換される。このエンジントルクは検出された運転パラメータに基づいて燃料計量を調節することにより(ディーゼルエンジンの場合)、また空気計量を調節しかつ/あるいは必要に応じて点火時点を調節する(オットーエンジンの場合)ことによりエンジン10のクランク軸12において発生されるので、変速比が調節されるとともに、駆動ユニットのアウトプット軸26において目標アウトプットトルクが得られる。
【0020】
アウトプット目標トルクから目標エンジントルクを計算する場合に、トランスミッションユニット24の変速比の他にコンバータユニット14のトルク伝達の大きさも考慮しなければならない。換言すると、アウトプットトルク目標値を発生させるために必要なエンジントルクには、すでにこの計算すべきエンジントルクの結果として得られるコンバータのトルク伝達が考慮されていなければならない。それぞれコンバータ状態に従って、トランスミッションユニット24の入力軸22に発生するタービントルクに対してコンバータのトルク伝達係数で重み付けされたエンジントルクがクランク軸12において必要となる。従って駆動ユニットの満足の行く制御を保証するためには、アウトプットトルクがその目標値に達したときに、与えられた条件下で発生するコンバータトルク伝達を考慮しなければならない。その際に定常的な場合のみが考慮される。
【0021】
その場合オートマチックトランスミッション16のコンバータユニット14ないしはそのトルク伝達は制御装置28によって制御することができる。その場合にコンバータクラッチ20が制御される。クラッチが完全に閉鎖された状態においてはクランク軸12からトランスミッション軸22への動力伝達は1:1の比で行われ、一方、クラッチが完全に開放している場合にはトルク伝達はコンバータ18のみによって決められる。所定の回転数差ないし入出力回転数比を調節するためにクラッチを閉ループ制御することによって、トルク伝達は中間状態をとることができる。
【0022】
目標エンジントルクを計算する際にコンバータによるトルク伝達を考慮する処置は、次の認識に立脚している。
【0023】
アウトプット回転数(走行速度)およびアクセルペダル位置から要求アウトプットトルクが計算される。トランスミッションユニット24の設定されたギア段の機械的な変速比に従ってトランスミッションユニットの入力軸22における必要なトルクが決められる。このトルクは以下においてはタービントルクという。というのはこのトルクは、コンバータの出力、すなわちコンバータのタービンホイールに発生するからである。所定のタービントルクを発生させるためには、クランク軸12と堅固に結合されているコンバータのポンプインペラーには、それぞれ閉ループ制御されたコンバータクラッチの速度伝達比に従って所定のエンジントルクが必要になる。
【0024】
発生し計算されるトルクと回転数を明らかにするために、図1においては2つの並列な伝達チャンネル、すなわちコンバータクラッチ20とコンバータ18を有するコンバータユニット14が図示されている。その場合に定義に従ってコンバータ18のトランスミッション側出力にはタービントルク1(mturb1)が発生し、一方コンバータクラッチ20のトランスミッション側出力にはタービントルク2(mturb2)が発生し、これら2つのトルクの合計により軸22上のタービントルク(mturb)が形成される。さらにコンバータ18のエンジン側入力軸にはポンプトルク1(mpump1)が発生し、一方コンバータクラッチ20のエンジン側にはポンプトルク2(mpump2)が発生し、これらの合計がポンプトルク(mpump)となる。このポンプトルクはエンジンから発生されるエンジントルク(mmot)に相当する。閉ループ制御されるコンバータクラッチ20の目標入出力回転数差Δnsが与えられた場合、エンジントルクは次の関係に基づいてタービントルクとタービン回転数に従って定められる。
【0025】
【数1】
【0026】
なお、nturbはタービン回転数、Δns(nmot−nturb)はコンバータユニット14の目標回転数差、nueはコンバータユニット14の目標回転数比、fwandlerとKptは、実験により特性曲線として定められ、与えられた目標回転数比に従って補間により計算される回転数比に関係する係数である。その場合、fwandlerはコンバータ18の増力度、すなわちコンバータ18のトルク伝達度を表し、Kptはポンプトルクmpump1を計算するための補正係数である。
【0027】
計算されたポンプトルクmpumpは定常状態においてエンジントルクmmotに対応する。計算時に使用される式はアウトプットトルク要求が正の場合、すなわち加速の場合にも、負の場合、すなわち減速の場合にも有効である。
【0028】
運転者の要求に基づいて求められた目標アウトプットトルクを発生させるために必要な目標エンジントルクを求める場合に、まず実際のトランスミッション変速比に基づいて目標タービントルクが求められる。その後目標タービントルクからコンバータによって調節されるべき目標回転数比に基づいて目標エンジントルクが計算され、この目標エンジントルクが出力パラメータを調節することによって発生される。
【0029】
このようにして、アウトプットトルク目標値をエンジントルク目標値に換算する場合に、コンバータおよびコンバータクラッチによるトルク伝達を考慮することができる。その場合、タービントルク目標値とタービン回転数から必要とするエンジントルクを直接計算することは、定常的な運転領域(ギア切り替え動作以外)において閉ループ制御されるコンバータクラッチのすべての状態において許可される。
【0030】
図2には、フローチャートに基づいた本発明の構成が図示されている。
【0031】
プログラム部分の開始後に第1のステップ100においてアウトプット回転数nabと運転者によって作動される操作部材48の位置βが読み込まれ、これらの値に基づいて、例えばマップを用いて、アウトプットトルク要求(目標値)mabsollを計算する。さらに、ステップ102で他の量として少なくとも目標回転数差Δnsとトランスミッションユニット24の変速比Gが読み込まれる。トランスミッションユニット24が対応するセンサを有する好ましい実施例においては、タービン回転数nturbが読み込まれる。その後、タービン回転数センサが設けられていない場合のためのステップ104において、タービン回転数nturbがアウトプット回転数nabと設定されたトランスミッション変速比Gの積から計算され、かつ目標回転数比nueが目標回転数差Δnsタービン回転数nturbからステップ104において計算される。
【0032】
ステップ104に続くステップ106において係数fwandlerとKptが特性曲線に基づいてコンバータユニットの入出力における目標回転数比nueに従って求められ、次のステップ108でタービン目標トルクmturbがアウトプットトルク要求mabsollとトランスミッション変速比Gの商として形成される。
【0033】
続く判断ステップ110において目標回転数比が、好ましい実施例においては係数0.86に対応しコンバータクラッチが閉じている(回転数比ほぼ1)ことを示す所定の値Aと比較される。回転数比がこの所定の値を越えている場合には、コンバータ状態は、トルク伝達が行なわれない状態である。その場合には係数fwandlerは1に等しくなるように設定される。ステップ112に示すようにコンバータの入力におけるポンプトルクは式(1)から(6)を用いて、計算された目標タービントルクに等しくなる(mpump=mturb)。さらに定常状態においてはステップ114に示すように、目標ポンプトルクは目標エンジントルクに等しく(mmot=mpump)、この目標エンジントルクがステップ116において例えば空気供給量(K)、燃料供給量(ti)および点火(Z)を調節することによって形成される。
【0034】
ステップ110において回転数比が所定の最大値より低いことが明らかにされた場合には、ステップ118においてコンバータ18の出力側のタービントルク1 mturb1が次の式に基づいて計算される:
【0035】
【数2】
【0036】
その後判断ステップ120においてステップ108で求められた全目標タービントルクmturbが計算された目標タービントルク1と比較される。全タービントルクが計算されたタービントルク1の値を下回る場合には、これは要求される目標回転数比が小さくて、コンバータクラッチからは全くないしは無視できるわずかなトルク成分しか伝達されない(mpump2は約0、mturbはmturb1にセットされる)ことを示するものである。従って目標ポンプトルクmpumpはステップ122で式(1)から(7)を考慮してタービントルクmturbとコンバータ増力度fwandlerの商から計算される。その後ステップ114と116に示すように目標エンジントルクが上述のように調節される。
【0037】
ステップ120において目標タービントルクが目標タービントルク1の計算された値を越える場合には、ステップ124において目標ポンプトルクが、式(1)から(6)を変形して得られる次の式に従って計算される。
【0038】
【数3】
【0039】
その後ステップ114と116に示すように、目標エンジントルクがエンジンの出力パラメータを調節することによって調達される。
【0040】
その後プログラム部分が終了される。所定の時点でプログラム部分が繰り返される。
【0041】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ロックアップクラッチが開放位置と閉じた位置間の中間状態にあって閉ループ制御されるときには、エンジントルクが、トランスミッションユニットの変速比と、アウトプットトルクと、コンバータのトルク伝達度とに従って計算され、その場合、コンバータのトルク伝達度が、コンバータとロックアップクラッチからなるコンバータユニットの入出力における目標回転数差とタービン回転数から求められるコンバータユニットの入出力における目標回転数比に従って計算されるので、要求されたアウトプットトルクからエンジントルクを求めるとき、ロックアップクラッチが中間状態にあっても、必要なエンジントルクを計算でき、運転者が所望するアウトプットトルクを正確に得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】駆動ユニットの出力を制御する装置の概略ブロック回路図である。
【図2】本発明方法を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
8 駆動ユニット
10 エンジン
12 クランク軸
14 コンバータユニット
16 オートマチックトランスミッション
18 コンバータ
20 ロックアップクラッチ
24 トランスミッションユニット
26 アウトプット軸
28 制御装置

Claims (7)

  1. 駆動ユニット(8)が、エンジン(10)と、コンバータ(18)、ロックアップクラッチ(20)並びにトランスミッションユニット(24)を有する動力伝達機構(16)とから構成され、前記ロックアップクラッチ(20)が、閉じられるか、開放されるか、あるいは閉じた位置と開放した位置間の中間状態において閉ループ制御される車両のエンジントルク(mmot)を計算する方法において、
    少なくとも運転者の要求に基づいてアウトプットトルク(mabsoll)が設定さ
    記ロックアップクラッチ(20)が、閉じた位置と開放した位置間の中間状態にあるかどうかが判断され、
    エンジントルクが、前記中間状態では、トランスミッションユニットの変速比(G)と、アウトプットトルク(mabsoll)と、コンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)とに従って計算され、その場合、前記コンバータ(18)のトルク伝達度が、前記コンバータ(18)とロックアップクラッチ(20)からなるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数差(Δns)とタービン回転数(nturb)から求められるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数比(nue)に従って計算されることを特徴とする車両のエンジントルクを計算する方法。
  2. 前記ロックアップクラッチ(20)が、開放した位置あるいは中間状態にあるとき、前記コンバータ(18)の出力における目標タービントルク(mturb1)が、コンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)と、タービン回転数(nturb)と、前記目標回転数比(nue)に関係する係数(Kpt)とに基づいて計算されることを特徴とする請求項に記載の方法。
  3. 前記エンジントルクが、前記中間状態では、トランスミッションユニットの変速比(G)と、アウトプットトルク(mabsoll)と、コンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)と、前記目標回転数比(nue)に関係する係数(Kpt)とに基づいて計算されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ロックアップクラッチ(20)が開放している場合は、エンジントルクはコンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)と目標タービントルク(mturb)から計算されることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記ロックアップクラッチ(20)が閉じられる場合は、エンジントルクが目標タービントルク(mturb)に対応することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  6. エンジン(10)と、コンバータ(18)、ロックアップクラッチ(20)並びにトランスミッションユニット(24)を有する動力伝達機構(16)とから構成される駆動ユニット(8)を有し、前記ロックアップクラッチ(20)が、閉じられるか、開放されるか、あるいは閉じた位置と開放した位置間の中間状態において閉ループ制御される車両のエンジントルク(mmot)を計算する装置において、
    少なくとも運転者の要求に基づいて設定されたアウトプットトルク(mabsoll)からエンジントルク(mmot)を計算する電子制御装置(28)を備え、
    前記電子制御装置(28)は、ロックアップクラッチ(20)が、中間状態にあるかどうかを検出して、前記中間状態では、エンジントルクを、トランスミッションユニットの変速比(G)と、アウトプットトルク(mabsoll)と、コンバータ(18)のトルク伝達度(fwandler)とに従って計算し、その場合、前記コンバータ(18)のトルク伝達度が、前記コンバータ(18)とロックアップクラッチ(20)からなるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数差(Δns)とタービン回転数(nturb)から求められるコンバータユニット(14)の入出力における目標回転数比(nue)に従って計算されることを特徴とする車両のエンジントルクを計算する装置。
  7. 前記計算されたエンジントルクが絞り弁位置、燃料供給および点火時期を調節することによって発生されることを特徴とする請求項に記載の装置。
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