JP4211712B2 - パワートレインの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、トルク制御をおこなう車両における無段変速機に関するものである。

無段変速機の変速を行った場合、変速機の入力側の回転部材の回転数が変化するので、その回転数変化分の回転エネルギがイナーシャトルクとなって表れる。このイナーシャトルクはゆっくり行われる変速の場合、摩擦熱などの熱エネルギーとなって外界に放出される。

しかし、運転者の意図を反映させるため変速をステップ的に行う場合等、変速機の入力側の回転部材が急激に変化した場合には、その回転数変化分の回転エネルギが無視できないイナーシャトルクとなって表れ、変速ショックの原因となる。そこで、発生するであろうイナーシャトルク分だけ予めエンジントルクを増加もしくは減少させておき、発生したイナーシャトルクを相殺することが考えられる。

そのような例として特許文献１が挙げられる。特許文献１の発明は、アップシフトの場合であって、変速開始直後に現在のスロットル開度からイナーシャ相期間を決定し、回転数の低下勾配を算出しこの低下勾配の大小によってトルクダウン量を決定する。すなわち、低下勾配がきつければ発生するイナーシャトルクが大きいものと判断しトルクダウン量を大きくする。また、低下勾配が大きくなければ発生するイナーシャトルクは小さいものと判断しトルクダウン量を小さくするように構成されている。
特開平１０−５９０２２号公報

一方、近年、いわゆるトルクデマンド制御により車両の走行状態を考慮することにより、より適切なスロットル開度を算出することがおこなわれている。ここで、いわゆるトルクデマンド制御とは、最終的なスロットル開度を決定するのに、アクセル開度と車速等の車両の走行状態から要求駆動力や目標出力、さらに目標トルクおよび目標入力回転数を求めて、エンジンと変速機とを協調して制御するものである。その場合、基本的には燃費を重要視して制御するが、加速性などの過渡的要求を満たすため、さらに補正トルクを加味した制御をおこなうこともある。つまり、トルクデマンド制御においては、補正トルクに基づいてスロットル開度が変化するので、回転数の低下勾配は補正トルクに基づいて変化することになる。すなわち、スロットル開度に基づいて算出されるイナーシャ相期間が変化するので、イナーシャトルクを考慮したトルクダウン量を、スロットル開度に基づいて算出したイナーシャ相期間と、回転数差から求めた回転数の低下勾配とから求めようとすると、低下勾配とトルクダウン量とが一対一で対応せず、対応関係が多数存在することになり、実装が難しいという問題点がある。

この発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、イナーシャトルクの影響を考慮した補正トルクを予め把握することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明は、無段変速機の変速時におけるイナーシャトルクの影響を加味した補正トルクを求めようとするものである。より具体的には請求項１の発明は、動力源の出力側に無段変速機が連結され、変速比を変化させるためのオイルの流量に基づいて前記変速機の変速速度が決定され、駆動要求量と車速とに基づいてベース目標駆動力を求めるとともに、そのベース目標駆動力に基づいて前記動力源の目標出力トルクを求め、前記変速機での変速に応じた補正トルクを前記目標出力トルクに加減して最終目標出力トルクを求めるパワートレインの制御装置において、前記ベース目標駆動力と、車速と、変速前の変速比とに基づいて、前記オイルの流量最大値を算出する流量最大値算出手段と、前記流量最大値からイナーシャトルク最大値を求めるイナーシャトルク最大値算出手段と、前記ベース目標駆動力と、イナーシャトルク最大値算出手段で求めたイナーシャトルク最大値とから補正トルクを求める補正トルク算出手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１において、前記流量最大値算出手段が、算出した流量最大値に油温の影響を考慮した補正を加える油温補正手段を更に備えていることを特徴とするパワートレインの制御装置である。

請求項１の発明によれば、動力源の出力側に変速機が連結され、変速比を変化させるためのオイルの流量に基づいて前記変速機の変速速度が決定され、駆動要求量と車速とに基づいてベース目標駆動力を求めるとともに、そのベース目標駆動力に基づいて前記動力源の目標出力トルクを求め、前記変速機での変速に応じた補正トルクを前記目標出力トルクに加減して最終目標出力トルクを求めるパワートレインを有する車両において、変速時のイナーシャトルクの影響を考慮した補正トルクが予め算出される。したがって、実際の変速時において、発生するイナーシャトルクに適切に対応した補正トルクの算出が簡略化される。

また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果が得られる構成に加えて、算出した流量最大値に油温の影響を考慮した補正が加えられる。そして、補正された流量最大値に基づいてイナーシャトルクが求められる。したがって、イナーシャトルクをより正確に求めることができる。

次にこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする動力源および無段変速機を含む駆動系統の一例を説明すると、図６は、ベルト式の無段変速機１を含む駆動系統の一例を模式的に示しており、その無段変速機１は、前後進切換機構２およびロックアップクラッチ３付きの流体伝動機構４を介して動力源５に連結されている。

その動力源５は、内燃機関、あるいは内燃機関と電動機、もしくは電動機などによって構成されている。なお、以下の説明では、動力源５をエンジン５と記す。また、流体伝動機構４は、例えば従来のトルクコンバータと同様の構成であって、エンジン５によって回転させられるポンプインペラとこれに対向させて配置したタービンランナと、これらの間に配置したステータとを有し、ポンプインペラで発生させたフルードの螺旋流をタービンランナに供給することによりタービンランナを回転させ、トルクを伝達するように構成されている。

このような流体を介したトルクの伝達では、ポンプインペラとタービンランナとの間に不可避的な滑りが生じ、これが動力伝達効率の低下要因となるので、ポンプインペラなどの入力側の部材とタービンランナなどの出力側の部材とを直接連結するロックアップクラッチ３が設けられている。このロックアップクラッチ３は、油圧によって制御するように構成され、完全係合状態および完全解放状態、ならびにこれらの中間の状態であるスリップ状態に制御され、さらにそのスリップ回転数を適宜に制御できるようになっている。

前後進切換機構２は、エンジン５の回転方向が一方向に限られていることに伴って採用されている機構であって、入力されたトルクをそのまま出力し、また反転して出力するように構成されている。図６に示す例では、前後進切換機構２としてダブルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。すなわち、サンギヤ６と同心円上にリングギヤ７が配置され、これらのサンギヤ６とリングギヤ７との間に、サンギヤ６に噛合したピニオンギヤ８とそのピニオンギヤ８およびリングギヤ７に噛合した他のピニオンギヤ９とが配置され、これらのピニオンギヤ８，９がキャリヤ１０によって自転かつ公転自在に保持されている。そして、二つの回転要素（具体的にはサンギヤ６とキャリヤ１０と）を一体的に連結する前進用クラッチ１１が設けられ、またリングギヤ７を選択的に固定することにより、出力されるトルクの方向を反転する後進用ブレーキ１２が設けられている。

無段変速機１は、従来知られているベルト式無段変速機と同じ構成であって、互いに平行に配置された駆動プーリ１３と従動プーリ１４とのそれぞれが、固定シーブと、油圧式のアクチュエータ１５，１６によって軸線方向に前後動させられる可動シーブとによって構成されている。したがって各プーリ１３，１４の溝幅が、可動シーブを軸線方向に移動させることにより変化し、それに伴って各プーリ１３，１４に巻掛けたベルト１７の巻掛け半径（プーリ１３，１４の有効径）が連続的に変化し、変速比が無段階に変化するようになっている。そして、上記の駆動プーリ１３が前後進切換機構２における出力要素であるキャリヤ１０に連結されている。

なお、従動プーリ１４における油圧アクチュエータ１６には、無段変速機１に入力されるトルクに応じた油圧（ライン圧もしくはその補正圧）が、図示しない油圧ポンプおよび油圧制御装置を介して供給されている。したがって、従動プーリ１４における各シーブがベルト１７を挟み付けることにより、ベルト１７に張力が付与され、各プーリ１３，１４とベルト１７との挟圧力（接触圧力）が確保されるようになっている。これに対して駆動プーリ１３における油圧アクチュエータ１５には、設定するべき変速比に応じた圧油が流量制御により供給され、目標とする変速比に応じた溝幅（有効径）に設定するようになっている。

上記の従動プーリ１４が、ギヤ対１８を介してディファレンシャル１９に連結され、このディファレンシャル１９から駆動輪２０にトルクを出力するようになっている。したがって上記の駆動機構では、エンジン５と駆動輪２０との間に、ロックアップクラッチ３と無段変速機１とが直列に配列されている。

上記の無段変速機１およびエンジン５を搭載した車両の動作状態（走行状態）を検出するために各種のセンサが設けられている。すなわち、無段変速機１に対する入力回転数（前記タービンランナの回転数）を検出して信号を出力するタービン回転数センサ２１、駆動プーリ１３の回転数を検出して信号を出力する入力回転数センサ２２、従動プーリ１４の回転数を検出して信号を出力する出力回転数センサ２３、ベルト挟圧力を設定するための従動プーリ１４側の油圧アクチュエータ１６の圧力を検出する油圧センサ２４が設けられている。また、特には図示しないが、アクセルペダルの踏み込み量を検出して信号を出力するアクセル開度センサ、スロットルバルブの開度を検出して信号を出力するスロットル開度センサ、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に信号を出力するブレーキセンサなどが設けられている。

上記の前進用クラッチ１１および後進用ブレーキ１２の係合・解放の制御、および前記ベルト１７の挟圧力の制御、ならびに変速比の制御、さらにはロックアップクラッチ３の制御をおこなうために、変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）２５が設けられている。この変速機用電子制御装置２５は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算をおこない、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態、および要求される挟圧力の設定、ならびに変速比の設定、ロックアップクラッチ３の係合・解放ならびにスリップ回転数などの制御を実行するように構成されている。

ここで、変速機用電子制御装置２５に入力されているデータ（信号）の例を示すと、無段変速機１の入力回転数（入力回転速度）Ｎinの信号、無段変速機１の出力回転数（出力回転速度）Ｎoの信号が、それぞれに対応するセンサから入力されている。また、エンジン５を制御するエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２６からは、エンジン回転数Ｎeの信号、エンジン（Ｅ／Ｇ）負荷の信号、スロットル開度信号、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量であるアクセル開度信号などが入力されている。無段変速機１によれば、入力回転数であるエンジン回転数を無段階に（言い換えれば、連続的に）制御できるので、これを搭載した車両の燃費を向上できる。

次にこの無段変速機のトルクおよび回転数制御について述べる。従来の制御では、例えば、図４に示すように、アクセル開度などによって非線形スロットル開度が求められ（ブロックＢ１０１，Ｂ１０３）、要求スロットル開度（ブロックＢ１０４）が加味されて、目標スロットル開度（ブロックＢ１０５）が求められる。また、アクセル開度と車速からあらかじめ用意した変速線（ブロックＢ１０２）に基づいて無段変速機入力軸の目標回転数（ブロックＢ１０６）が求められる。

これに対して近年多く使われている、いわゆるトルクデマンド制御においては、図５に示すようにアクセル開度と車速とから非線形のマップ（Ｂ２０１）を介して目標駆動力が算出され（ブロックＢ２０２）、この目標駆動力から目標出力が算出される（ブロックＢ２０３）。そして、この目標出力から無段変速機入力軸の目標回転数が求められるとともに（ブロックＢ２０９）、ベース目標トルクが算出され（ブロックＢ２０４）、このベース目標トルクに車両の過渡的な走行状態を反映する補正トルクが加味され（ブロックＢ２０８）、最終的な目標トルクが求められ（ブロックＢ２０５）、目標エンジントルクが算出され（ブロックＢ２０６）、目標スロットル開度が算出される（ブロックＢ２０７）。

一方、運転者の意図によりステップ的な変速が行われた場合など、無段変速機の入力側の回転数が急激に変化した場合、無視できないイナーシャトルクが発生する。このイナーシャトルクは、変速ショックの原因となるため、イナーシャトルクを相殺するように予めエンジントルクを増加もしくは減少させておくことが考えられる。変速時のトルクの変化は過渡的な変化であるので、いわゆるトルクデマンド制御においては、過渡的な変化に対応するべく、補正トルクをイナーシャトルクの影響を考慮して、あらかじめ変速前の変速比と、アクセル開度と、車速毎に対応するマップとして決定しておくことが望ましい。

図２は無段変速機がステップ的にアップシフトした場合の入力軸回転数と補正トルクとの変化を示す図である。変速が開始されると補正トルクが低下させられ、その後、所定時間維持される。この所定時間がファストクローズ時間である。その後、補正トルクがステップ的に上昇させられる。この上昇量が補正トルク増大値である。この間、入力軸回転数は低下し続けるが、ある回転数に達すると補正トルクの増大を開始させる。この補正トルク増大開始時点の回転数が復帰回転数であり、補正トルクを増大させる勾配が復帰勾配である。これらの、変速時における補正トルクの変化を表すファストクローズ時間、補正トルク増大値、復帰回転数、復帰勾配は、予め変速前の変速比と車速とのマップに基づいて決定される。

この変速前のギヤ比と車速とに基づいて求まる補正トルクのマップを決定する場合、イナーシャトルクの影響を考慮する必要がある。図３はアップシフトの場合における、補正トルクと、入力軸回転数と、油圧アクチュエータ１５に流入するオイル流量と、イナーシャトルクとの関係を示すタイムチャートである。

アップシフトが行われると、油圧アクチュエータ１５に流入するオイル流量が増大し、駆動プーリの巻き掛け半径が増大し、変速機の入力部材の回転数が変化する。そして、イナーシャトルクは入力部材の回転数の所定時間当たりの変化量、すなわち変速速度に比例して発生する。したがって、イナーシャトルクと油圧アクチュエータ１５に流入するオイル流量は、摩擦やベルトのねじれ等による遅れがあるものの、一対一で対応する関係にあり、油圧アクチュエータ１５に流入するオイル流量を検出することで、変速時の最大イナーシャトルクを予測することができる。

図１は補正トルク増大値を決定する手順を示すフローチャートである。まず、現在のベース目標トルクと車速とを読み込む（ステップＳ１）。そして、どの変速前の変速比からどの変速後の変速比へ変速する場合かが読みこまれる（ステップＳ２）。そして、この変速に対応したマップ算出用ベース目標トルクが算出される（ステップＳ３）。このマップ算出用ベース目標トルクは、変速前の変速比から算出されるベース目標トルクである。

次に、マップ算出用ベース目標トルクと、現在の車速とから油圧アクチュエータ１５に流入するオイル流量最大値を求める（ステップＳ４）。この流量最大値は予め実験等により求めた値をマップ化したものである。そして、流量最大値に対して現在の油温に基づき補正を加える（ステップＳ５）。これにより、温度変化による粘性の変化によって、油圧応答性が変化することが考慮されることになる。

そして、補正が加えられた流量最大値から、イナーシャトルクの最大値を求める（ステップＳ６）。このイナーシャトルクの最大値も、予め実験等により求めた値をマップ化したものである。

次に、ステップＳ１で読み込んだベース目標トルクに対して、イナーシャトルク分の補正を加える（ステップＳ７）。具体的には、変速がアップシフトの場合、ステップＳ１で読み込んだベース目標トルクからイナーシャトルク最大値を減算した値を補正トルクとする。また、変速がダウンシフトの場合、ステップＳ１で読み込んだベース目標トルクからイナーシャトルク最大値を加算した値を補正トルクとする。

以上の処理により、イナーシャトルクを考慮した補正トルク増大量を予め求めておくことができる。なお、車速が変化すると駆動力が変化するので、ベース目標トルクが変化するが、車速の変化に比べて変速時間が短いので、ベース目標トルクの変化の影響は小さくて済む。また、変速中は変速比が変化するため、ベース目標トルクも変化するが、どの変速前の変速比からどの変速後の変速比へ変速されたかを判断する指標であるので、変速比は変速前の変速比で考えればよい。

したがって、動力源の出力側に変速機が連結され、駆動要求量すなわちアクセル開度と車速とに基づいてベース目標駆動力を求めるとともに、そのベース目標駆動力に基づいて前記動力源の目標出力トルクを求め、前記変速機での変速に応じた補正トルクを前記目標出力トルクに加減して最終目標出力トルクを求めるパワートレインを有する車両において、変速時に必要となる補正トルクが変速比の変化の態様毎に前記駆動要求量と車速とに対応したマップとして予め求められる。したがって、実際の変速時には、変速前の変速比に対応するマップとその変速の際における前記駆動要求量と車速とに基づいて補正トルクが求められるので、実際の変速時における補正トルクの算出を簡略化できる。

また、動力源の出力側に変速機が連結され、流入するオイル流量に基づいて前記変速機の変速速度が決定され、駆動要求量すなわちアクセル開度と車速とに基づいてベース目標駆動力を求めるとともに、そのベース目標駆動力に基づいて前記動力源の目標出力トルクを求め、前記変速機での変速に応じた補正トルクを前記目標出力トルクに加減して最終目標出力トルクを求めるパワートレインを有する車両において、変速時のイナーシャトルクの影響を考慮した補正トルクが予め算出される。したがって、実際の変速時において、発生するイナーシャトルクに適切に対応した補正トルクの算出が簡略化される。

また、請求項２の発明によれば、算出した流量最大値に油温の影響を考慮した補正が加えられる。そして、補正された流量最大値に基づいてイナーシャトルクが求められる。したがって、イナーシャトルクをより正確に求めることができる。

ここで、上記の各具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ４の機能的手段が請求項１の「流量最大値算出手段」に相当する。また、ステップＳ６の機能的手段が請求項１の「イナーシャトルク最大値算出手段」に相当する。そして、ステップＳ７が請求項１の「補正トルク算出手段」に相当する。

なお、この発明は上記実施例に限定されない。すなわち、上記実施例においては、ベルト式無段変速機について述べたが、これをトラクション式無段変速機に適用しても良い。要は、挟圧力もしくはライン圧を制御することによって、変速速度が変化する無段変速機にこの発明を適用することができる。

この発明の制御装置による制御の一例を説明するためのフローチャートである。 アップシフトの場合における、補正トルクと入力軸回転数との変化を示すタイムチャートである。 アップシフトの場合における、補正トルク、入力軸回転数、プライマリシーブ流量およびイナーシャトルクとの関係を示すタイムチャートである。 トルクデマンド制御でない場合の、制御の流れを示すブロック図である。 トルクデマンド制御の場合の、制御の流れを示すブロック図である。 この発明で対象とする無段変速機を含む駆動系統の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１…無段変速機、 ５…エンジン、 １３…駆動プーリ、 １４…従動プーリ、 １５，１６…油圧アクチュエータ、 ２５…変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）。

Claims (2)

1. 動力源の出力側に無段変速機が連結され、変速比を変化させるためのオイルの流量に基づいて前記変速機の変速速度が決定され、
   駆動要求量と車速とに基づいてベース目標駆動力を求めるとともに、そのベース目標駆動力に基づいて前記動力源の目標出力トルクを求め、前記変速機での変速に応じた補正トルクを前記目標出力トルクに加減して最終目標出力トルクを求めるパワートレインの制御装置において、
   前記ベース目標駆動力と、車速と、変速前の変速比とに基づいて、前記オイルの流量最大値を算出する流量最大値算出手段と、
   前記流量最大値からイナーシャトルク最大値を求めるイナーシャトルク最大値算出手段と、
   前記ベース目標駆動力と、イナーシャトルク最大値算出手段で求めたイナーシャトルク最大値とから補正トルクを求める補正トルク算出手段とを備えていることを特徴とするパワートレインの制御装置。
2. 前記流量最大値算出手段が、算出した流量最大値に油温の影響を考慮した補正を加える油温補正手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のパワートレインの制御装置。

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