JP4415310B2 - 自動変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変速機を車両が失速しない範囲で最も低燃費で走行可能なギア段へと自動変速する自動変速制御装置に関するものである。

変速機を自動的に変速する自動変速制御装置において、変速機のギア段を、車両が失速しない範囲で最も低燃費で走行可能なギア段へと変速する低燃費モードと称される変速制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この変速制御の概略を図５を用いて説明する。

図中横軸がエンジン回転速度であり、縦軸が正味平均有効圧力Ｐｍｅ（エンジントルクに相当）である。図中実線Ａで示す線図はエンジンの等燃費線図であり、同一ライン上であれば燃料消費率ＳＦＣが同じであることを意味している。また、この等燃費線図Ａにおいて、内側のラインに近づくほど燃料消費率が低く、逆に外側のラインに近づくほど燃料消費率が高くなる。点線Ｂで示すラインは、エンジンの最大トルク線図である。

低燃費モードでは、車両の運転状態に基づいて、現在の運転状態を維持するために最低限必要な馬力（つまり現在の状態で定常走行するために必要な出力）を決定し、その等馬力線図Ｃを作成する。定常走行に必要な馬力は、走行条件（路面の勾配など）やアクセル開度、つまりエンジン負荷に応じて変化する。

今、変速機のギア段がＮ段で、エンジン回転速度がＲ（Ｎ）で走行しているとする。すると、まず、現ギア段Ｎで現在の運転状態を維持するために最低限必要となる必要最低トルクＴ（Ｎ）が算出され、その必要最低トルクＴ（Ｎ）とエンジン回転速度Ｒ（Ｎ）とに基づいて等馬力線図Ｃが作成される。なお、図５において、エンジン回転速度Ｒ及びエンジントルクＴの括弧内の記号は対応するギア段を示している。

次に、現在のエンジン回転速度Ｒ（Ｎ）と変速機の各ギア段のギア比とに基づいて、変速機の各ギア段毎に変速後の仮想エンジン回転速度を決定し、その仮想エンジン回転速度と等馬力線図Ｃとに基づいて、各ギア段毎に、変速後現在の運転状態を維持するために必要となる必要最低トルクを決定する。つまり、図５において、変速機を現ギア段Ｎから１段シフトアップした後の仮想エンジン回転速度がＲ（Ｎ＋１）であり、Ｎ＋１段で現在の運転状態を維持するために必要なトルクはＴ（Ｎ＋１）である。また、変速機を現ギア段Ｎから２段シフトアップした後の仮想エンジン回転速度がＲ（Ｎ＋２）であり、Ｎ＋２段で現在の運転状態を維持するために必要なトルクはＴ（Ｎ＋２）である。なお、図中では、現ギア段Ｎ〜Ｎ＋２段までしか示されていないが、変速機の全てのギア段に対して変速後の仮想エンジン回転速度Ｒと必要最低トルクＴとが決定される。そして、その仮想エンジン回転速度Ｒ及び必要最低トルクＴと等燃費線図Ａとに基づいて、変速機の各ギア段毎に燃料消費率が決定される。

次に、変速後の必要最低トルクＴが、エンジンの最大トルク線図Ｂ以下であるギア段のみを選択可能なギア段として決定する。これは、変速後の必要最低トルクＴがエンジンの最大トルクＢよりも大きければ、変速後に車両が失速してしまうからである。そして、選択可能なギア段のなかで、最も燃料消費率の低いギア段を目標ギア段として選定し、変速機をその目標ギア段へ変速する。

図５の例では、選択可能なギア段として、現ギア段Ｎと、現ギアよりも一つ高いギア段Ｎ＋１が決定され、両者の燃料消費率が比較される。ここでは、現ギア段ＮよりもＮ＋１段の方が燃料消費率が低いので、変速機がＮ＋１段にシフトアップされることになる。

実開昭６０−６７２４３号公報 特許第２８４６７５４号公報

しかしながら、この変速制御では車両が登坂路を走行しているときなど、エンジン負荷が比較的高いときに、変速機のシフトアップとシフトダウンとが交互に繰り返し行われてしまう場合があった。

この理由を図６を用いて説明する。

図のラインＣ１は車両が平坦路を走行しているときの等馬力線図であり、ラインＣ２は登坂路を走行しているときの等馬力線図である。登坂路を走行しているときはエンジン負荷が高く必要最低トルクが大きいので、ラインＣ２はラインＣ１よりも上方に位置する。

ここで、図に示すような運転状態では、平坦路走行時（ラインＣ１）、登坂路走行時（ラインＣ２）共に、ほぼ同じエンジン回転速度で変速機がシフトアップされることになる。つまり、ラインＣ１の運転状態、ラインＣ２の運転状態共に、現在ギア段よりも現在ギア段＋１段の方が燃料消費率が低く、かつ現在ギア段＋１段での必要最低トルクＴ（現＋１）がエンジンの最大トルクＢ以下であるので、目標ギア段として現在ギア段＋１段が選択され、変速機が１段シフトアップされる。

しかしながら、登坂路走行時（ラインＣ２）は必要最低トルクが大きいため、シフトアップ後の余裕駆動力（最大トルクＢと必要最低トルクＴ（現＋１）との差）が、平坦路走行時よりも小さくなる。図例では、変速後の必要最低トルクＴ（現＋１）と最大トルクＢとがほぼ等しく、余裕駆動力はほぼゼロである。

この状態でシフトアップを行うと、シフトアップ操作（クラッチ断→ギヤ抜き→ギアイン→クラッチ接）を行っている間、およびシフトアップ後エンジンが最大トルクを出力するまでの間に車両が失速して、図に矢印で示すようにエンジン回転速度が若干低下してしまう場合がある。

こうなると、エンジン回転速度の低下に伴ってエンジンの最大トルクが低くなり、図示するように、シフトアップ後の必要最低トルクＴ（現＋１）が最大トルクＢを上回ってしまう場合がある。この現象は、図のようにシフトアップ後のエンジン回転速度が、エンジンの最大トルク線図Ｂが右上がりとなる領域に位置した場合に生じる。このように、シフトアップ後に必要最低トルクＴ（現＋１）が最大トルクＢを上回ると、現在ギア段（シフトアップ後のギア段）が選択可能なギア段から除かれるため、変速機が１段シフトダウンされる（元のギア段に戻る）。そして、変速機がシフトダウンされた後エンジン回転速度が上昇すると変速機が再度１段シフトアップされることになる。

このように、エンジン負荷が比較的高い状態（走行抵抗が大きい状態）でシフトアップを実行すると、シフトアップ後すぐに必要最低トルクが最大トルクを上回りシフトダウンが実行されるといった事態が生じる。この結果、シフトアップとシフトダウンとが交互に繰り返されることになり、車両がいつまでたっても加速できないという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、車両が失速しない範囲で最も低燃費で走行可能なギア段へと自動変速する自動変速制御装置であって、エンジン負荷が比較的高い状態における変速操作の繰り返しを防止できる自動変速制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、変速機の各ギア段毎に、燃料消費率と、現在の運転状態を維持するために必要な、エンジン回転速度に応じて変化する必要最低トルクとを算出し、該必要最低トルクが現エンジン回転速度におけるエンジンの最大トルク以下であるギア段の中で最も燃料消費率の低いギア段を目標ギア段として選定し、変速機をその目標ギア段に変速する変速制御手段と、上記変速制御手段による変速制御を実行している場合には、現在のギア段における上記必要最低トルクが、ギア段が高くなる毎に高く設定される第一所定値よりも大きいときに、上記変速制御手段による変速を禁止する変速禁止手段とを備えたものである。

ここで、上記変速禁止手段は、変速制御手段による変速を禁止した後、エンジン回転速度が第二所定値よりも大きくなったときに変速禁止を解除しても良い。

また、上記変速禁止手段は、変速制御手段による変速を禁止した後、現在のギア段における上記必要最低トルクが上記第一所定値以下である第三所定値よりも小さくなったときに変速禁止を解除しても良い。

本発明によれば、必要最低トルクが第一所定値以上であるとき、つまり、エンジン負荷が所定値よりも高い状態では変速機のシフトアップが禁止されるため、変速操作の繰り返しを防止できる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本実施形態に係る車両の自動変速制御装置の概略図である。

本実施形態の自動変速制御装置はディーゼルエンジン１にクラッチ２を介して連結された多段変速機３（ここでは前進１２段変速機）を自動変速制御するものである。

エンジン１はエンジン制御手段（ＥＣＵ）６によって制御される。ＥＣＵ６は基本的には、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転センサ７と、アクセルペダル５の開度を検出するアクセル開度センサ８との出力からエンジンの運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）を読取り、そのエンジン運転状態に基づいてエンジン１の燃料噴射時期及び燃料噴射量（エンジン出力）等を制御する。

クラッチ２及び変速機３は、ＴＭＣＵ（変速制御手段）９によって自動制御される。ＥＣＵ６とＴＭＣＵ９とは互いにバスケーブル等を介して接続され、相互に連絡可能となっている。

クラッチ２にはクラッチアクチュエータ１０が設けられ、ＴＭＣＵ９はこのクラッチアクチュエータ１０に信号を出力し、クラッチアクチュエータ１０を介してクラッチ２を断接制御する。なお、本実施形態では、クラッチ２はクラッチペダル１１によるマニュアル断接も可能となっている。クラッチ２には、クラッチプレート（図示せず）の位置を検出するためのクラッチストロークセンサ１４が設けられ、クラッチストロークセンサ１４の検出値はＥＣＵ６及びＴＭＣＵ９に送信される。

また、変速機３にはギアシフトユニット（ＧＳＵ）１２が設けられ、ＴＭＣＵ９はこのＧＳＵ１２に信号を出力し、ＧＳＵ１２を介して変速機３を変速する。変速機３には、そのギアポジションを検出するためのギアポジションセンサ２３が設けられ、ギアポジションセンサ２３の検出値はＴＭＣＵ９に送信される。また、変速機３には、そのアウトプットシャフト（図示せず）の回転速度を検出するためのアウトプットシャフトセンサ２８が設けられ、アウトプットシャフトセンサ２８の検出値はＴＭＣＵ９に送信される。

変速機３を変速する際には、ＴＭＣＵ９はまずクラッチアクチュエータ１０に信号を出力してクラッチ２を断し、次いでＧＳＵ１２に信号を出力して変速機３のギア抜き・ギアインを実行し、その後クラッチ２を接続する。なお、本実施形態では、変速機３はシフトチェンジ手段２９によるマニュアル変速もできるようになっている。

ＴＭＣＵ９は、「背景技術」の欄で説明したような低燃費モードと称される変速制御を実行する。詳しくは上述したので省略するが、基本的には、変速機３の各ギア段毎に、燃料消費率と、現在の運転状態を維持するために必要な必要最低トルクと、エンジンの最大トルクとを決定し、必要最低トルクが最大トルク以下となるギア段の中で最も燃料消費率が低いギア段を目標ギア段として選定し、変速機３をその目標ギア段へと自動変速する。

さて、本実施形態の自動変速制御装置では、車両が登坂路を走行しているときなど、エンジン負荷が高い（走行抵抗が大きい）ときに、変速機３のシフトアップとシフトダウンとが交互に繰り返されることを防止するために工夫がなされている。

具体的には、本実施形態の自動変速制御装置は、変速機３の現在のギア段における必要最低トルクが予め定められた第一所定値よりも大きいときに、変速機３の変速を禁止する変速禁止手段を備える。つまり、現在のギア段の必要最低トルクが高いときは、シフトアップ後の余裕駆動力が小さく、変速後直ちにシフトダウンが実行される可能性があるので、その場合は変速機３をシフトアップせずに現在ギア段に維持する。従って、変速機３が繰り返し変速されることを防止できる。

本実施形態では、ＴＭＣＵ９が変速禁止手段を兼ねており、以下、図２を用いてＴＭＣＵ９による変速禁止制御の内容を説明する。

まず、ＴＭＣＵ９は図２の制御フローの実行に先立って、上述した方法により目標ギア段を選定する。そして、図２のステップＳ１にて選定した目標ギア段が現在ギア段よりも高い（高速側）ギア段であるか否かを判定する。

目標ギア段が現在ギア段よりも高いギア段であるということは、シフトアップを実行しようとしてることを意味しているので、ステップＳ１でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ２に進み、現在ギア段での必要最低トルクが予め定められた設定値１（第一所定値）よりも大きいか否かを判定する。

この設定値１が、シフトアップ後直ちにシフトダウンが実行される可能性が高いか否かを判定するための値である。この値はエンジン１の出力特性（最大トルク線図）等によって異なるもので、予め実験などにより変速機３の各ギア段毎に設定値１を求めておき、ＴＭＣＵ９に例えばマップとして入力しておく。ＴＭＣＵ９はギアポジションセンサ２３の検出値に基づいてマップから設定値１を決定する。

図３に設定値１のマップの一例を示す。

図の横軸がギア段であり、縦軸が設定値１（Ｐｍｅ）である。図から分かるように、この例では、ギア段が高くなるほど設定値１が高く設定される。この理由は、高速側のギア段ではもともと余裕駆動力が少ない（必要最低トルクが高い）ので、設定値１を低くするとシフトアップを禁止する割合が大きくなり燃費の悪化を招くおそれがあるからである。

図２に戻り、ステップＳ２で現在ギア段における必要最低トルクが設定値１よりも大きいと判定された場合、ステップＳ３に進み、変速禁止フラグをＯＮする。変速禁止フラグがＯＮであるときはＴＭＣＵ９による変速機１の変速が禁止される。従って、変速機３が目標ギア段にシフトアップされることはなく現在ギア段に維持される。

図６を用いてこれを説明すると、ラインＣ２の運転状態（登坂路走行時）では現在ギア段における必要最低トルクＴ（現）が設定値１よりも高いので、現在ギア段＋１段での燃料消費率が最も低く、かつ必要最低トルクＴ（現＋１）がエンジン１の最大トルクＢ以下であるにもかかわらず、現在ギア段＋１段へのシフトアップは実行しない。

一方、図２のステップＳ１で目標ギア段が現在ギア段以下であると判定された場合、現在ギア段の維持又はシフトダウンを実行しようとしている状態であり、上述した変速操作の繰り返しが生じることはないと判断できるので、ステップＳ４に進み、変速禁止フラグをＯＦＦする（変速を禁止しない）。

また、ステップＳ２で、現在ギア段での必要最低トルクが設定値１以下であると判定された場合、変速後の余裕駆動力が充分に確保できる状態であり、変速操作の繰り返しが生じる可能性は低いと判断できるので、ステップＳ４に進み、変速禁止フラグをＯＦＦする（変速を禁止しない）。

従って、これらの場合、変速機３が目標ギア段に変速されることになる。

図６を用いてこれを説明すると、ラインＣ１の運転状態（平坦路走行時）では現在ギア段における必要最低トルクＴ（現）が設定値１よりも低いので、現在ギア段＋１段へのシフトアップが実行される。この場合、シフトアップ中又はシフトアップ後にエンジン回転速度が低下しても変速後の必要最低トルクＴ（現＋１）が最大トルクＢを上回ることはなく、変速操作が繰り返し行われることはない。

本実施形態では、ＴＭＣＵ９（変速禁止手段）は変速機３の変速を禁止した後、所定の条件が成立したならば変速禁止を解除する。これを、図４を用いて説明する。

ＴＭＣＵ９は、図４のステップＳ１１で変速禁止フラグがＯＮであるか否か、つまり、現在変速機３の変速を禁止している状態であるか否かを判定する。

ステップＳ１１でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１２に進み、エンジン回転センサ７により検出されるエンジン回転速度が予め定められた設定値２（第二所定値）よりも大きいか否かを判定する。

この設定値２が、変速操作の繰り返しが発生する可能性が低くなったか否かを判断するためのものである。エンジン回転速度が大きくなるということは、図６の各ギア段のポイントが図中右側に移動することを意味している。このように、エンジン回転速度が大きくなる（各ギア段のポイントが右に移動する）と、シフトアップ中及びシフトアップ後にエンジン回転速度が低下したとしても、変速後の必要最低トルクＴ（現＋１）が右上がりの最大トルクＢを上回る可能性は小さくなる。

そこで、図４のステップＳ１２で、エンジン回転速度が設定値２よりも大きいと判定された場合、ステップＳ１３に進み、変速対象ギア段として現在ギア段と現在ギア段＋１段を選定可能とする。つまり、変速機３の変速禁止を解除して１段シフトアップを可能とする。

一方、ステップＳ１２でエンジン回転速度が設定値２以下であると判定された場合は、変速操作の繰り返しが発生する可能性が依然として高いと判断できるので変速禁止を維持する。

なお、ステップＳ１１で変速禁止フラグがＯＦＦであると判定された場合、ステップＳ１４に進み、アウトプットシャフトセンサ２８の検出値に基づいて車両が減速しているか否かを判定する。

ステップＳ１４で車両が減速していないと判定された場合、シフトアップを実行しようとしている状態であると判断できるので、ステップＳ１５に進み、変速対象ギア段として現在ギア段から最高ギア段までを選定可能とする。一方、ステップＳ１４で車両が減速していると判定された場合、シフトダウンを実行しようとしている状態であると判断できるので、ステップＳ１６に進み、変速対象ギア段として発進段〜現在ギア段までを選定可能とする。

このように、本実施形態のＴＭＣＵ９は、変速機３の変速を禁止した後、エンジン回転速度が設定値２よりも大きくなったときに変速禁止を解除する。

更に本実施形態では、ＴＭＣＵ９は変速機３の変速を禁止した後、現在ギア段での必要最低トルクが上記設定値１以下である設定値３（第三所定値）よりも小さくなったときにも変速禁止を解除する。つまり、図４の制御フローのステップＳ１２を、現在ギア段での必要最低トルクが設定値３よりも小さいか否かを判定するステップに置き換えた制御フローをも実行する。

現在ギア段での必要最低トルクが設定値３よりも小さくなったということは、例えば、登坂路から平坦路に移行するなどしてエンジン負荷が小さくなったことを意味する。つまり、シフトアップを実行しても変速操作が繰り返し実行される可能性が低くなったと判断できるので、この場合も変速禁止を解除する。設定値３は、予め実験などにより変速機３の各ギア段毎に求めておきＴＭＣＵ９に例えばマップとして入力しておく。

本発明は上述した実施形態に限定はされない。

例えば、ＴＭＣＵ９は常に低燃費モードに従って変速を行うものに限定はされず、通常時は、エンジン回転速度とアクセル開度とに基づいて各ギア段の範囲を定めたマップに従って変速機３を変速し、所定の条件が成立したとき（例えば、ドライバが低燃費モードの開始スイッチをＯＮしたときなど）にのみ低燃費モードに従った変速制御を行うもの等でも良い。

本発明の一実施形態に係る自動変速制御装置の概略図である。 変速禁止の制御内容を示す制御フローである。 設定値１を定めたマップの一例である。 変速禁止解除の制御内容を示す制御フローである。 低燃費モードによる変速制御を説明するための図である。 シフトアップ後直ちにシフトダウンされてしまう状態を説明するための図である。

符号の説明

１ エンジン
２ クラッチ
３ 変速機
５ アクセルペダル
６ ＥＣＵ
７ エンジン回転センサ
８ アクセルペダル開度センサ
９ ＴＭＣＵ（変速制御手段、変速禁止手段）

Claims (3)

1. 変速機の各ギア段毎に、燃料消費率と、現在の運転状態を維持するために必要な、エンジン回転速度に応じて変化する必要最低トルクとを算出し、該必要最低トルクが現エンジン回転速度におけるエンジンの最大トルク以下であるギア段の中で最も燃料消費率の低いギア段を目標ギア段として選定し、変速機をその目標ギア段に変速する変速制御手段と、 上記変速制御手段による変速制御を実行している場合には、現在のギア段における上記必要最低トルクが、ギア段が高くなる毎に高く設定される第一所定値よりも大きいときに、上記変速制御手段による変速を禁止する変速禁止手段とを備えたことを特徴とする自動変速制御装置。
2. 上記変速禁止手段は、変速制御手段による変速を禁止した後、エンジン回転速度が第二所定値よりも大きくなったときに変速禁止を解除する請求項１記載の自動変速制御装置。
3. 上記変速禁止手段は、変速制御手段による変速を禁止した後、現在のギア段における上記必要最低トルクが上記第一所定値以下である第三所定値よりも小さくなったときに変速禁止を解除する請求項１又は２記載の自動変速制御装置。
   

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