JP4400298B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変速時にクラッチを一時的に解放し、該クラッチの解放状態においてエンジンの回転速度をフィードバック制御する車両の制御装置に関する。

特許文献１には、エンジンの出力を変速機に伝達するクラッチを備えた車両において、変速時に前記クラッチを一時的に解放制御すると共に、前記クラッチの解放状態においてエンジンの回転速度を同期回転速度にフィードバック制御する装置が開示されている。
特開２００１−３２８４６１号公報

ところで、変速ショック緩和と変速応答性の確保とは相反する要求であり、変速応答性を優先させることが好ましい状況と、変速ショックの緩和を優先させることが好ましい状況とが発生するが、上記従来の制御では、前記優先度の違いに応じた回転速度制御が行なわれる構成ではなかった。
このため、例えば、加速に備えてアクセルを踏み込んだ状態でダウンシフトするときと、前方の赤信号を確認してブレーキ操作を伴うことなくダウンシフトするときとで、変わらぬ回転速度制御が行われることになり、加速に備えたダウンシフト時にダウンシフトの応答が遅くなって加速応答性を損ねたり、逆に、高い変速応答性が要求されない状態で、無用に早い応答でダウンシフトが行なわれ、運転者が不快に感じる変速ショックが発生させたりしてしまうことがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、変速時間が長くなっても変速ショックの緩和を優先させたい状態と、多少の変速ショックの発生があっても短い時間での変速が望まれる状態とにそれぞれ適合したエンジン回転速度の同期制御を実現できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

そのため本発明は、エンジンの出力を変速機に伝達するクラッチを備え、前記変速機における変速時に前記クラッチを一時的に解放制御すると共に、前記クラッチの解放状態においてエンジンの回転速度を変速後のギヤ位置に基づく目標同期回転速度にフィードバック制御する車両の制御装置において、前記目標同期回転速度に対してエンジン回転速度を近づける速度を、運転条件によって異なる変速応答要求に応じて可変に設定する構成とした。

かかる構成によると、エンジン回転速度を目標回転速度（同期回転速度）に近づける速度を遅くすれば、目標回転速度に対する収束安定性が高くなり、変速ショックの低減効果が大きくなる一方、目標回転速度付近に到達するまでの遅れ時間が長くなる分、変速時間が長く、変速応答性が低下する。
一方、エンジン回転速度を目標回転速度（同期回転速度）に近づける速度を速くすれば、目標回転速度付近に応答良く到達するので変速応答性が向上するが、目標回転速度（同期回転速度）への収束安定性が低下する分、変速ショックの低減効果が小さくなる。

そこで、運転条件に応じてエンジン回転速度を目標回転速度（同期回転速度）に近づける速度を可変に設定することで、運転条件によって異なる変速応答要求に対応できるようにした。
従って、変速ショックの緩和よりも高い変速応答性が要求されるとき、逆に、変速応答性よりも変速ショックの緩和が要求されるときに、それぞれの要求を満たす回転速度制御を行なわせることができる。

以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両のパワートレインを示すものであり、内燃機関（エンジン）１と自動変速可能なトランスミッション２とを含んで構成される。
ここで、前記内燃機関１の出力軸と、前記トランスミッション２の入力軸とは、摩擦クラッチ３を介して連結される。

前記摩擦クラッチ３は、クラッチアクチュエータ４によって解放状態と締結状態とに切り換え駆動される。
前記トランスミッション２における変速動作及び前記摩擦クラッチ３の締結・解放を制御するトランスミッションコントロールユニット５は、マイクロコンピュータを含んで構成され、シフトレバー６による変速段選択信号、車速センサ７による車速信号、アクセルペダルセンサ８によるアクセル開度信号などが入力される。

そして、トランスミッションコントロールユニット５は、車両の走行状態や運転者の意志による変速要求が発生すると、前記クラッチアクチュエータ４を制御することで摩擦クラッチ３を解放し、該摩擦クラッチ３の解放状態において変速アクチュエータ９を制御して変速要求に対応するギヤ位置（変速段）に変速する。
更に、トランスミッションコントロールユニット５は、前記摩擦クラッチ３の解放状態において、目標回転速度に実際のエンジン回転速度を一致させるべく、後述するエンジンコントロールユニット１０にエンジン回転制御指令を出し、エンジンコントロールユニット１０側からエンジン回転制御の終了（エンジン回転速度の同期完了）を示す信号が送信されると、クラッチアクチュエータ４を制御することで摩擦クラッチ３を締結させ、変速動作を終了する。

内燃機関１を制御するエンジンコントロールユニット１０は、マイクロコンピュータを含んで構成されると共に、前記トランスミッションコントロールユニット５と通信可能に構成される。
前記エンジンコントロールユニット１０には、前記アクセルペダルセンサ８によるアクセル開度信号，エンジン回転センサ１２によるエンジン回転速度信号，エアフローメータ１３による吸入空気量信号、ブレーキペダルが操作されたときにＯＮとなるブレーキスイッチ１４の信号などが入力される。

そして、前記エンジンコントロールユニット１０は、前記各種センサからの検出信号及び前記トランスミッションコントロールユニット５から送信されるエンジン回転制御要求や変速の種類を示す信号に基づいて、燃料噴射弁１５による燃料噴射、点火装置１６による点火時期、モータＭでスロットル弁を開閉駆動する電制スロットル１７によるスロットル開度を制御する。

ここで、前記トランスミッションコントロールユニット５の変速制御機能を、図２のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップＳ１では、変速要求の有無を判別する。
そして、変速要求があるとき、即ち、現在の変速段と運転条件又は運転者の意志による要求変速段とが異なるときには、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、摩擦クラッチ３を解放させ、更に、ステップＳ３では、エンジンコントロールユニット１０に対してエンジン回転速度の制御要求を出力する。
ステップＳ４では、前記変速アクチュエータ９を制御して、要求のギヤ位置（変速段）に変速させる。
ステップＳ５では、エンジンコントロールユニット１０側からエンジン回転速度制御の終了信号が出力されたか否かを判別し、前記終了信号の出力を待ってステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、前記摩擦クラッチ３を締結させることで、変速制御を完了させる。
図３のフローチャートは、前記トランスミッションコントロールユニット５からエンジン回転制御要求が送信されたときの前記エンジンコントロールユニット１０によるエンジン回転速度制御の様子を示し、図４のタイムチャートは、前記エンジン回転速度制御における各種データの変化を示す。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１１では、エンジン回転制御要求がトランスミッションコントロールユニット５から送信されたか否かを判別し、エンジン回転制御要求が送信されるとステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２では、変速後のギヤ位置やそのときの車速などに基づいて目標回転速度を演算する。

ステップＳ１３では、実際のエンジン回転速度を前記目標回転速度に一致させるためのフィードバック制御におけるゲインの設定を行なう。
前記ステップＳ１３におけるゲイン設定処理の詳細は、図５のフローチャートに示してある。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ２１では、変速がダウンシフトであるか否かを判別する。

そして、ダウンシフト指令時である場合には、ステップＳ２２へ進む。
ステップＳ２２では、ブレーキスイッチ１４がＯＮであってブレーキ操作状態であるか否かを判別する。
ブレーキスイッチ１４がＯＦＦであってブレーキ操作状態でないときには、ステップＳ２３へ進み、アクセルペダルセンサ８で検出されるアクセル開度が全閉であるか否かを判別する。

そして、ブレーキ操作状態ではなく、かつ、アクセルが全閉であるときには、ステップＳ２４へ進む。
ステップＳ２４では、変速ショックの緩和が優先され、変速時間が多少長くなっても良い運転条件であると判断する。
ブレーキ操作状態ではなく、かつ、アクセルが全閉である状態でのダウンシフトは、例えば、前方の赤信号を確認しブレーキ操作を伴うことなくダウンシフトする場合や、先行する他車の速度に合わせるためにアクセルを離して減速し、そのときの車速に合わせてダウンシフトする場合などである。

アクセルペダルから足を離し、かつ、ブレーキを踏まないような状況では、運転者の減速要求は低く、ダウンシフトに高い応答性は要求されないから、係る状況で無用に高い応答で変速を行なわせることで変速ショックが発生すると、徐々に減速している状況だけに運転者に不快感を与えることになってしまう。
そこで、次のステップＳ２５では、実際のエンジン回転速度を前記目標回転速度に一致させるためのフィードバック制御におけるゲインとして、変速応答を犠牲にしても変速ショックの緩和が優先すべき運転条件に対応して予め記憶された変速ショック緩和用のフィードバックゲインＧｓを設定する。

実際のエンジン回転速度が目標回転速度に近づく速度が遅ければ、目標回転速度に到達するのに要する時間が長くなるが、オーバーシュートすることなく目標回転速度に安定的に収束させることができる。
そして、オーバーシュートすることなく目標回転速度に安定的に収束させることができれば、エンジン回転速度が目標回転速度付近に安定した状態で、前記摩擦クラッチ３を再締結させることができ、変速ショックを良好に緩和できる。

従って、前記変速ショック緩和用のフィードバックゲインＧｓは、後述する高変速応答用のフィードバックゲインＧｒを用いる場合よりも、実際のエンジン回転速度が目標回転速度に向けて増大する速度が遅くなるように予め設定されている。
一方、ステップＳ２２でブレーキスイッチ１４がＯＮであってブレーキ操作状態であると判断されたとき、又は、ステップＳ２３でアクセルが開状態であると判別されたときには、ステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６では、変速ショックの緩和よりも変速応答性（変速時間の短縮）を優先させるべき運転条件であると判断する。
前記ブレーキ操作状態でのダウンシフトは、例えば、下りコーナーでのブレーキをかけながらのダウンシフトで、アクセルを踏んでいる状態でのダウンシフトは、例えば、加速に備えてのダウンシフトであり、いずれも高い応答性でのダウンシフトが要求されることになる。

そこで、次のステップＳ２７では、実際のエンジン回転速度を前記目標回転速度に一致させるためのフィードバック制御におけるゲインとして、多少の変速ショックの発生を許容して変速応答性を優先すべき運転条件に対応して予め記憶された高変速応答用のフィードバックゲインＧｒを設定する。
実際のエンジン回転速度が目標回転速度に近づく速度を速くすれば、目標回転速度付近に速く到達させることができ、前記摩擦クラッチ３の再締結タイミング（変速の完了）を早めることができる。

従って、変速ショックの緩和よりも変速応答性（変速時間の短縮）が優先させるべき運転条件において、実際のエンジン回転速度が目標回転速度に近づく速度を速くすれば、要求される変速応答性を確保でき、高いレスポンスの運転性を確保できる。
そこで、高変速応答用のフィードバックゲインＧｒは、前記変速ショック緩和用のフィードバックゲインＧｓを用いる場合よりも、実際のエンジン回転速度が目標回転速度に向けて増大する速度が速くなるように予め設定されている。

後述するように、本実施形態では、ＰＩＤ（比例・積分・微分）動作によってエンジン回転速度を目標回転速度にフィードバック制御する構成とし、目標回転速度付近でブレーキ効果を持たせるために微分動作を用いる。
従って、実際のエンジン回転速度が目標回転速度に向けて増大する速度の切り換え設定は、比例ゲインＰ，積分ゲインＩ，微分ゲインＤのうちの少なくとも１つを異ならせることで実現できる。

例えば、高変速応答用の比例ゲインＰｒ＞変速ショック緩和用の比例ゲインＰｓとし、及び／又は、高変速応答用の積分ゲインＩｒ＞変速ショック緩和用の積分ゲインＩｓとすることで、高い変速応答が要求されるときにエンジン回転速度の増大速度を速くして摩擦クラッチ３の再締結タイミングを早くできる一方、変速ショックの緩和が要求されるときにエンジン回転速度の増大速度を遅くして収束安定性を確保できる。

また、目標に向けて近づく速度を抑制するブレーキ効果を有する微分動作における微分ゲインを、高変速応答が要求されるときと、変速ショックの緩和が要求されるときとで切り換える構成としても良い。
尚、エンジン回転速度を目標回転速度に近づける制御を、ＰＩＤ動作を用いるフィードバック制御に限定するものではなく、例えばスライディングモード制御を用いる構成であっても良い。

また、車両の減速度を検出し、アクセル全閉時のダウンシフトであって減速度が大きいときほど、変速応答の要求が高いと判断して、目標回転速度に対してエンジン回転速度を近づける速度をより速くする構成とすることができる。
更に、ダウンシフト時のアクセル開度が大きいほど、変速応答の要求が高いと判断して、目標回転速度に対してエンジン回転速度を近づける速度をより速くする構成とすることができる。

図６のフローチャートは、前記アクセル開度，車両減速度に基づいてフィードバックゲインを設定する実施形態を示す。
ステップＳ３１では、ダウンシフト時であるか否かを判別し、ダウンシフト時であればステップＳ３２へ進む。
ステップＳ３２では、そのときのアクセル開度に基づいて変速応答要求度Ｒ１を設定する。

前記変速応答要求度Ｒ１は、アクセル開度が大きいほどより大きな値として設定される。
次のステップＳ３３では、そのときの車両減速度（車速の減少速度）に基づいて変速応答要求度Ｒ２を設定する。
前記変速応答要求度Ｒ２は、車両減速度が大きいほどより大きな値として設定される。

ステップＳ３４では、前記変速応答要求度Ｒ１と変速応答要求度Ｒ２とのうちの大きい方を選択する。
例えば、加速に備えてアクセルを踏んだ状態でダウンシフトする場合には、変速応答要求度Ｒ１がより大きな値として設定され、ステップＳ３４では、変速応答要求度Ｒ１が選択されることになり、ブレーキを踏んで減速しながらのダウンシフトである場合には、変速応答要求度Ｒ２がより大きな値として設定され、ステップＳ３４では、変速応答要求度Ｒ２が選択されることになる。

また、アクセルペダルから足を離し、かつ、ブレーキを踏まずに車両減速度が小さい状況では、前記変速応答要求度Ｒ１と変速応答要求度Ｒ２とが共に小さい値に設定され、ステップＳ３４で大きい方を選択するとしても、その選択結果は比較的小さい値となる。
ステップＳ３５では、ステップＳ３４で選択した変速応答要求度Ｒに応じて、エンジン回転速度のフィードバック制御に用いるゲインＧを設定する。

具体的には、前記変速応答要求度Ｒが大きいほど、エンジン回転速度が目標回転速度に近づく速度が速くなるように、フィードバックゲインＧ（比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインのうちの少なくとも１つ）を設定する。
これにより、前記変速応答要求度Ｒが大きいときには、エンジン回転速度が目標回転速度に近づく速度が速められ、高い変速応答でダウンシフトを完了させることができ、逆に、前記変速応答要求度Ｒが小さいときには、エンジン回転速度が目標回転速度に近づく速度を遅くして、変速ショックの発生を良好に抑制できる。

ここで、図３のフローチャートに戻り説明を続ける。
ステップＳ１３で、フィードバック制御におけるゲインを、変速ショックの緩和・変速応答の優先度に応じて設定すると、ステップＳ１４では、そのときの実際のエンジン回転速度を前記目標回転速度に一致させるべく、前記電制スロットル１７によるスロットル開度をフィードバック制御する。

ダウンシフト時のフィードバック制御では、図４に示すように、まず、スロットル開度を全開に固定し、エンジン回転速度と目標回転速度との偏差が所定値以下になった時点で、ＰＩＤ動作によるフィードバック制御に移行する。
前記ＰＩＤ動作におけるゲインとして、前記ステップＳ１３で、変速応答・変速ショック緩和の優先度に応じて設定された値を用いることで、そのときの運転者の意図に対応する応答性で、エンジン回転速度を目標回転速度（同期回転速度）に近づけることができる。

また、前記スロットル開度のフィードバック制御によって、目標回転速度に近づくと、エンジン回転速度のオーバーシュートを防止すべく、点火時期をリタードするようにしてある。
ステップＳ１５では、実際のエンジン回転速度と目標回転速度との偏差が収束判定値以下になったか否かを判別し、前記偏差が収束判定値以下になると、ステップＳ１６へ進んで、トランスミッションコントロールユニット５に対してエンジン回転速度制御が終了したことを示す信号を送信する。

前記エンジン回転速度制御の終了信号を受けたトランスミッションコントロールユニット５では、解放していた摩擦クラッチ３を締結させ、変速動作が完了する。

実施形態における車両のパワートレインを示すシステム図。 実施形態における変速制御を示すフローチャート。 実施形態における変速時のエンジン回転速度制御を示すフローチャート。 実施形態における変速時のエンジン回転速度制御を示すタイムチャート。 フィードバック制御ゲイン設定処理の第１実施形態を示すフローチャート。 フィードバック制御ゲイン設定処理の第２実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１…内燃機関、２…トランスミッション、３…摩擦クラッチ、４…クラッチアクチュエータ、５…トランスミッションコントロールユニット、６…シフトレバー、７…車速センサ、８…アクセルペダルセンサ、９…変速アクチュエータ、１０…エンジンコントロールユニット、１２…エンジン回転センサ、１３…エアフローメータ、１４…ブレーキスイッチ、１５…燃料噴射弁、１６…点火装置、１７…電制スロットル

Claims (9)

1. エンジンの出力を変速機に伝達するクラッチを備え、前記変速機における変速時に前記クラッチを一時的に解放制御すると共に、前記クラッチの解放状態においてエンジンの回転速度を変速後のギヤ位置に基づく目標同期回転速度にフィードバック制御する車両の制御装置において、
   前記目標同期回転速度に対してエンジン回転速度を近づける速度を、運転条件によって異なる変速応答要求に応じて可変に設定することを特徴とする車両の制御装置。
2. 変速応答と変速ショックの緩和とのいずれを優先させるべき運転条件であるかを判別し、前記速度を、変速応答優先時に速め、変速ショックの緩和優先時に遅めることを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
3. ダウンシフト時に運転者の意図を判断し、変速応答と変速ショックの緩和とのいずれを優先させるべき運転条件であるかを判別することを特徴とする請求項２記載の車両の制御装置。
4. 前記ダウンシフト時の運転者の意図を、アクセル開度，ブレーキ操作状態，車両減速度のうちの少なくとも１つに基づいて判断することを特徴とする請求項３記載の車両の制御装置。
5. ダウンシフト時にブレーキ操作状態であるときに、前記速度を速めることを特徴とする請求項４記載の車両の制御装置。
6. ダウンシフト時にアクセルが全閉でないときに、前記速度を速めることを特徴とする請求項４又は５記載の車両の制御装置。
7. ダウンシフト時にブレーキ操作状態でなくかつアクセルが全閉のときに、前記速度を遅くすることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の車両の制御装置。
8. ダウンシフト時にアクセル開度が高いほど、前記速度を速めることを特徴とする請求項４記載の車両の制御装置。
9. ダウンシフト時に車両減速度が高いほど、前記速度を速めることを特徴とする請求項４又は８記載の車両の制御装置。

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