JP5025630B2

JP5025630B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP5025630B2
Application number: JP2008326945A
Authority: JP
Inventors: 勝洋保要
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2010151154A

Description

本発明は、無段変速機と負荷可変型のオルタネータとを備えた車両の制御装置、特に降坂制御を行うための制御装置に関するものである。

従来、下り坂を走行する際、降坂の勾配に合わせて、無段変速機の変速比を制御してエンジン回転数を高く保持し、エンジンブレーキ力で加速度を緩め、車速を上がりにくくする制御が行われている。これを降坂制御という。降坂制御では、路面勾配を検出し、検出される路面勾配が大きいほど最低目標入力回転数を高くするよう制限し、その最低目標入力回転数によって制限された下限値以上になるように無段変速機の変速制御を実施している。

しかし、アクセル全閉時のエンジン回転数と、降坂制御中のエンジン回転数との差が大きいと、降坂制御のオン／オフで運転者に違和感（変速ビジー感）を与えるという問題がある。また、降坂制御中にアクセルペダルを少し踏み込むだけで降坂制御がオフ（解除）されるが、弱アクセルオン時の変速線図の変速点が、降坂制御中における変速点より低回転側にあると、加速意思があるにもかかわらず、エンジン回転数が低下して違和感を感じる結果となる。

特許文献１には、エンジン駆動のオルタネータに対し、減速走行時に負荷を与えてブレーキ力を増大させるものが提案されている。特許文献２には、降坂時の路面勾配に基づいて減速度の目標値を設定し、所望のエンジンブレーキ力が得られるように無段変速機の変速比を制御するものが提案されている。特許文献３では、要求充電量を変更することで、オルタネータの負荷を変更し、ブレーキ力を増大させるものが提案されている。

特許文献１の場合、無段変速機を用いた減速度の制御を行うものではなく、オルタネータのみで負荷を与えるものであるため、オルタネータの負荷限度を超えた路面勾配の場合には、減速度を制御できないという問題がある。特許文献２は、スロットル全閉での降坂走行時に、無段変速機の変速比制御で入力回転数を高回転状態に保持して目標減速度を制御するものであるが、アクセルペダルを少し踏み込むと、降坂制御が解除されるため、入力回転数が急減して違和感が発生する懸念がある。特許文献３には、オルタネータの負荷増大を降坂時に利用する点の記載はあるが、無段変速機の降坂制御と組み合わせたものではなく、特に弱アクセルオン時におけるエンジン回転数の低下に伴う違和感について、なんら考慮されていない。
特開昭５７−１３１８４０号公報特開平１０−１０３４６９号公報実公昭５５−１４０４８号公報

本発明の目的は、降坂制御中における変速ビジー感を低減すると共に、降坂走行中に弱アクセルオンによる違和感を低減できる車両の制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、変速比を無段階で可変できる無段変速機と、エンジンにより駆動される負荷可変型のオルタネータとを備え、エンジン動力により無段変速機を介して車輪を駆動する車両において、車両の車速を検出する車速検出手段と、下り坂の路面の勾配を推定する勾配推定手段と、ブレーキ作動を検出するブレーキ検出手段と、車速が所定車速以上であって、前記勾配が所定勾配以上で、かつブレーキＯＮであるとき、降坂制御の開始を決定する手段と、勾配値と車速とから降坂制御のための目標減速度を設定した目標減速度設定手段と、前記オルタネータの負荷限度内にて前記目標減速度達成の可否を判定する判定手段と、前記降坂制御開始決定手段が降坂制御の開始を決定し、かつ前記判定手段によって目標減速度が達成可能と判定されたとき、前記目標減速度となるようにオルタネータの負荷を調整する手段と、前記降坂制御開始決定手段が降坂制御の開始を決定し、かつ前記判定手段によって目標減速度が達成不可能と判定されたとき、前記オルタネータの負荷を最大とすると共に、前記目標減速度を達成するのに必要なトルクからオルタネータの負荷トルクを差し引いた不足分の負荷トルクを得る入力回転数となるように、無段変速機の変速制御を実施する手段と、を備えたことを特徴とする、車両の制御装置を提供する。

車両が下り坂にさしかかると、車速と路面勾配とブレーキ作動の有無とを判定する。車速が所定車速以上であって、勾配が所定勾配以上で、かつブレーキＯＮであるとき、降坂制御の開始を決定する。所定車速とは、降坂制御を実施する必要性があるかどうかを判定する最低車速であり、例えばトルクコンバータのロックアップが確実にＯＮする領域に設定されている。車両には、勾配値と車速とから降坂制御のための目標減速度が予め設定されている。そして、オルタネータの負荷限度内で目標減速度を達成可能かどうかを判定する。降坂制御開始決定手段が降坂制御の開始を決定し、かつ判定手段が目標減速度を達成可能と判定したとき、目標減速度となるようにオルタネータの負荷を調整する。つまり、無段変速機の降坂制御を実施することなく、オルタネータの負荷を調整するだけで、目標とする減速度を得ることができる。オルタネータの負荷は、例えば要求発電量を変更することで、簡単に可変できる。なお、このときエンジンのフューエルカットを実施することで、通常走行時のエンジンブレーキは作用させることができる。一方、降坂制御開始決定手段が降坂制御の開始を決定し、かつ判定手段が目標減速度を達成不可能と判定したときには、オルタネータの負荷を最大とすると共に、目標減速度を達成するのに必要なトルクからオルタネータの負荷トルクを差し引いた不足分の負荷トルク（エンジンブレーキ力）を得る目標入力回転数となるように、無段変速機の変速制御を実施する。つまり、入力回転数を高くし、エンジンブレーキ力を増大させる。このように、オルタネータの負荷調整と無段変速機の変速制御とを併用することで、目標とする減速度を得ることができる。

緩い下り坂では、オルタネータの負荷調整だけで目標減速度を得ることができるため、エンジン回転数を上昇させる必要がなく、アクセル全閉時のエンジン回転数と、降坂制御中のエンジン回転数とをほぼ等しくでき、降坂制御のオン／オフで運転者に変速ビジー感を与えることがない。また、降坂制御中に緩加速のためにアクセルペダルを少し踏み込んでも、変速点が殆ど変化しないので、エンジン回転数が低下して違和感を感じることもない。さらに、下り坂の勾配が大きくなると、オルタネータの負荷調整と無段変速機の変速制御とを併用して目標減速度を得るため、上述と同様に、変速ビジー感を低減でき、かつ弱アクセルオン時にエンジン回転数が低下する違和感も緩和できる。

本発明では、路面の勾配を推定する勾配推定手段を備えているが、この勾配推定手段は、格別の傾斜センサを使用することなく、実際の車両の走行状態から推定することができる。具体的には、無段変速機の出力トルク、タービントルク、実変速比、車両重量、車両加速度などから勾配を推定することができる。

本発明の制御は、オルタネータの負荷調整だけで目標減速度を達成できないと判定したときに、常にオルタネータの負荷を最大とする必要はない。例えば、勾配値が降坂制御を開始するための所定勾配より大きな限界値以上と判定された場合、オルタネータの負荷調整を行わず、無段変速機の変速制御だけで目標減速度を達成するようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、緩い下り坂においてオルタネータを利用してなるべくエンジン回転を上げずに降坂制御を実施するため、降坂制御のオン／オフで過度なエンジン回転数の変動がなくなり、変速ビジー感を低減できると共に、降坂制御中の弱加速（アクセルオン）でのエンジン回転数低下による違和感をなくすことができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明にかかる車両のシステムの一例を示す。エンジン１の出力軸１１は、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ３を経て無段変速機２の入力軸（タービン軸）２０に接続されている。入力軸２０はベルト式無段変速機構２１を介してドライブシャフト２５と接続されている。なお、前後進切替機構など他の機構は図示を省略してある。無段変速機構２１は、周知のようにプライマリプーリ２２とセカンダリプーリ２３との間にベルト２４を巻き掛け、両プーリ２２，２３のベルト巻き掛け径を相互に変化させることにより、変速比を無段階に変化させるものである。無段変速機２にはプーリ２２，２３の作動用、及びトルクコンバータ３のロックアップクラッチ制御用の油圧制御装置２６が設けられている。油圧制御装置２６は複数のソレノイド弁を備えており、これらソレノイド弁をコントロールユニット４０で制御することにより、無段変速機構２１を所望の変速比に制御すると共に、ロックアップクラッチを断接制御している。

エンジン１の近傍にはオルタネータ１５が設けられ、このオルタネータ１５は、エンジン１の出力軸１１によりベルト１６を介して駆動される。オルタネータ１５は負荷可変型であり、コントロールユニット４０により要求発電量を変更することにより、負荷を電気的に自在に可変することができる。なお、オルタネータ１５の負荷を可変する手段としては、公知の任意の手段を用いることができる。

コントロールユニット４０には、車速（セカンダリ回転数）、スロットル開度（アクセル開度）、エンジン回転数、プライマリプーリ回転数（入力回転数）、ブレーキ信号、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄ，Ｌなどのシフト位置などを検出する各種センサ４１〜４７から信号が入力され、エンジン１及び無段変速機２を統合的に制御すると共に、オルタネータ１５を制御する機能も備えている。コントロールユニット４０のメモリには、エンジン制御用プログラム、無段変速機制御用プログラム、オルタネータ制御用プログラム、及び各種データが格納されている。エンジン制御や無段変速機制御はそれ自体公知であるため、詳しい説明を省略する。

コントロールユニット４０には、図２に示すような無段変速機２の変速特性マップが予め設定されている。変速特性マップは、周知のように縦軸に目標入力回転数（目標プライマリ回転数）、横軸に車速（セカンダリ回転数）をとり、アクセル開度（又はスロットル開度）をパラメータとして設定したものである。図２では、アクセル開度０％，２５％，５０％，１００％の４つの特性が示されている。また、アクセル開度の他に、路面勾配をパラメータとした降坂制御用の最低目標入力回転数も設定され、これら最低目標入力回転数は車速に応じて変化するように設定されている。ここでは、路面勾配としてレベル１（０．５５ｍ／ｓ² ≧ａ＞０．３ｍ／ｓ² ）が斜線範囲で示され、レベル２（０．８ｍ／ｓ² ≧ａ＞０．５５ｍ／ｓ² ）とレベル３（ａ＞０．８ｍ／ｓ² ）が実線で示されている。レベル１の斜線の最上部はオルタネータの最大負荷時を表す。

勾配ａは、図３に示すように、重力加速度の傾斜角θに対応した値を示し、ａ＝Ｇ×sin θである。例えば、ａ＝０．８ｍ／ｓ² の場合、sin θ＝０．８／９．８＝０．０８２となり、約８％の勾配とも表示される。

路面勾配をパラメータとした最低目標入力回転数特性は、前記のような３つのレベルに限らず、２つあるいは４つ以上設定してもよいし、その間の領域を補間計算で求めてもよい。コントロールユニット４０は、走行時における車速及びアクセル開度から目標入力回転数（目標プライマリ回転数）を求め、実入力回転数がその目標入力回転数になるように変速比を制御することができる。特に、下り坂において所定の条件を満足した場合には、図２に示す路面勾配に応じた最低目標入力回転数を下限値として変速制御（降坂制御）を実施する。

例えば、図２の点Ｋ０で示すように、車速６０ｋｍ／ｈ、アクセル開度０％で平坦路を走行している途中で、下り坂にさしかかり、その路面勾配がレベル２になると目標入力回転数の下限値が点Ｋ１まで上昇し、路面勾配がレベル３になると目標入力回転数の下限値が点Ｋ２まで上昇する。つまり、変速比が増大（低速比へ移行）することになる。このように入力回転数（エンジン回転数）を高く維持することで、エンジンブレーキ力で加速度を緩め、車速を上がりにくくする制御、すなわち降坂制御を行う。

図４は、降坂制御のための目標減速度特性を示す。図４には、通常変速時（平坦路）、レベル１（オルタネータ使用時）、レベル２、レベル３の各目標減速度が設定されている。レベル１は、例えば勾配が３．０％〜５．５％に相当し、オルタネータの容量にもよるが、このような緩い勾配では通常はオルタネータの負荷を調整することで対応可能である。レベル２は例えば５．５％〜８．０％の勾配に相当し、レベル３は例えば８．０％超の勾配に相当し、通常変速＜レベル１＜レベル２＜レベル３のように、目標減速度が勾配に応じて順次高く設定されている。目標減速度は、車速が高くなるに従い増大するように設定されている。

コントロールユニット４０は、変速制御のほか、車両の実際の走行状態から路面の勾配を推定する機能も有している。勾配（ｍ／ｓ² ）は次式のように、理論駆動力（Ｎ）を車体重量（ｋｇ）で割算した値から、走行抵抗分（ｍ／ｓ² ）と実加速度（ｍ／ｓ² ）とを差し引くことで計算できる。ここで、走行抵抗分とは走行抵抗（Ｎ）を車体重量（ｋｇ）で割算したものである。
勾配＝理論駆動力／車重−走行抵抗分−実加速度
理論駆動力は、エンジントルク×ギヤ比×効率／タイヤ径で求められる。走行抵抗分は、車種で固定値であるから、マップ値で求めることができる。実加速度は、車速の微分値で求めることができる。なお、勾配の推定方法は前記方法に限るものではなく、他の公知の方法で求めてもよい。

図５は、本発明に係る降坂制御の一例のフローチャートである。まず最初に、車速、エンジン回転数、プライマリプーリ回転数、スロットル開度、ブレーキ信号などを検出する（ステップＳ１）。次に、車速が２０ｋｍ／ｈ〜１００ｋｍ／ｈの範囲内にあるかどうか（ステップＳ２）、スロットル開度が全閉であるかどうか（ステップＳ３）、ブレーキＯＮであるかどうか（ステップＳ４）、下り坂であるかどうか（ステップＳ５）を判定する。ステップＳ２〜Ｓ５のいずれかが否定された場合には、通常の平坦路制御を実施する（ステップＳ６）。車速が２０ｋｍ／ｈ未満、１００ｋｍ／ｈ超の場合には、降坂制御を行う必要性がないため、降坂制御を実施しない。２０ｋｍ／ｈ以上であれば、確実にロックアップＯＮ領域にある。なお、車速が所定車速（例えば２０ｋｍ／ｈ）以上である場合、１００ｋｍ／ｈ超であるかどうかの判定を省略してもよい。スロットル全閉（アクセルＯＦＦ）であれば、エンジンのフューエルカットを実施する。また、ブレーキＯＦＦであれば、運転者が減速しようとしていないので、降坂制御は実施しない。下り坂判定（Ｓ５）は、上述のように車両の実際の走行状態から路面の勾配を推定し、その推定された勾配ａがレベル１（０．３ｍ／ｓ² ）以下であるかどうかを判定するものである。路面勾配が小さい場合、つまり勾配ａ≦０．３ｍ／ｓ² であれば、無段変速機は平坦路制御（ステップＳ６）を実施し、下り坂のためのオルタネータの格別な負荷制御は行わない。

ステップＳ２〜Ｓ５のすべてが肯定された場合には、下り坂の勾配ａが、レベル１〜３のいずれであるかを判定する（ステップＳ７〜Ｓ９）。勾配ａがレベル１（０．５５ｍ／ｓ² ≧ａ＞０．３ｍ／ｓ² ）であると判定された場合には（ステップＳ７）、続いて最大オルタネータ負荷トルクから現状のオルタネータ負荷トルクを差し引き、降坂制御に使えるトルクを計算する（ステップＳ１０）。そして、図４からレベル１の目標減速度が得られる必要トルクを求め、この必要トルクと降坂制御に使えるトルクとを比較し（ステップＳ１１）、必要トルク≦使えるトルクである場合には、無段変速機の降坂制御を実施しなくても、オルタネータの負荷トルク（オルタネータ負荷から計算される補機損失トルク）だけで目標加速度が得られるので、レベル１の降坂制御をオルタネータのみで実施する（ステップＳ１２）。なお、このとき無段変速機は通常の平坦路制御を実施し、エンジンはフューエルカットを実施しているので、通常走行時のエンジンブレーキ力は作用している。降坂制御中にアクセルペダルを少し踏み込むと、降坂制御がオフ（解除）され、通常の変速制御に移行するが、降坂制御をオルタネータのみで実施しているので、エンジン回転の上下動が少なく、違和感を低減できる。

一方、ステップＳ１１において、必要トルク＞使えるトルクである場合には、レベル１の降坂制御をオルタネータのみで実施できないので、不足分の負荷トルク（エンジンブレーキ力）を得るための上昇エンジン回転数を計算する（ステップＳ１３）。そして、オルタネータの負荷トルクを最大とし、かつ計算された上昇エンジン回転数となるように、無段変速機を変速制御する（ステップＳ１４）。このようにオルタネータ負荷トルクとエンジンブレーキ力との合計によって、所望の目標減速度を得ることができる。このときのエンジン回転数の上昇分は、オルタネータを使用せずに無段変速機のみで降坂制御を実施した場合の上昇分より低くできるので、弱アクセルオンによって降坂制御を解除した場合の違和感を少なくできる。

勾配ａがレベル２（０．８ｍ／ｓ² ≧ａ＞０．５５ｍ／ｓ² ）であると判定された場合（ステップＳ８）、レベル２の目標減速度が得られる必要負荷トルクを計算し（ステップＳ１５）、この必要負荷トルクから必要上昇エンジン回転数を計算する（ステップＳ１６）。そして、このエンジン回転数を下限値として無段変速機の変速制御、つまりレベル２の降坂制御（ステップＳ１７）を実施する。

勾配ａがレベル３（ａ＞０．８ｍ／ｓ² ）であると判定された場合（ステップＳ９）には、レベル３の目標減速度が得られる必要負荷トルクを計算し（ステップＳ１５）、この必要負荷トルクから必要上昇エンジン回転数を計算する（ステップＳ１６）。そして、このエンジン回転数を下限値として無段変速機の変速制御、つまりレベル３の降坂制御（ステップＳ１８）を実施する。

図５では、レベル２，３のように路面勾配が大きい場合に、オルタネータの負荷制御を実施していないが、オルタネータの容量が大きい場合であれば、レベル２，３の降坂制御においても、レベル１のステップＳ１４と同様に、オルタネータの負荷トルクを最大とし、無段変速機の変速制御と併用してもよい。

本発明に係る無段変速機とは、Ｖベルト式無段変速機に限るものではなく、トロイダル型無段変速機のような他の方式の無段変速機にも適用できる。また、前記実施例では、入力回転数としてプライマリプーリの回転数を用いたが、トルクコンバータの出力回転数であるタービン回転数を用いることもできる。また、無段変速機の入力側にロックアップクラッチ付きトルクコンバータを設けたが、本発明はトルクコンバータを有しない無段変速機にも適用可能である。

本発明に係る車両のシステム図である。無段変速機の変速特性図である。路面の勾配と車体の重力加速度との関係を示す図である。降坂制御における目標減速度と車速との関係を示す図である。本発明に係る降坂制御の一例のフローチャート図である。

符号の説明

１エンジン
２無段変速機
３トルクコンバータ
１５オルタネータ
２０入力軸
２１無段変速機構
２２プライマリプーリ
２３セカンダリプーリ
２４ベルト
２５出力軸（ドライブシャフト）
２６油圧制御装置
４０コントロールユニット
４１車速センサ
４２スロットル開度センサ
４３エンジン回転数センサ
４４タービン（プライマリ）回転数センサ
４５ブレーキセンサ
４６シフト位置センサ

Claims

変速比を無段階で可変できる無段変速機と、エンジンにより駆動される負荷可変型のオルタネータとを備え、エンジン動力により無段変速機を介して車輪を駆動する車両において、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
下り坂の路面の勾配を推定する勾配推定手段と、
ブレーキ作動を検出するブレーキ検出手段と、
車速が所定車速以上であって、前記勾配が所定勾配以上で、かつブレーキＯＮであるとき、降坂制御の開始を決定する手段と、
勾配値と車速とから降坂制御のための目標減速度を設定した目標減速度設定手段と、
前記オルタネータの負荷限度内にて前記目標減速度達成の可否を判定する判定手段と、
前記降坂制御開始決定手段が降坂制御の開始を決定し、かつ前記判定手段によって目標減速度が達成可能と判定されたとき、前記目標減速度となるようにオルタネータの負荷を調整する手段と、
前記降坂制御開始決定手段が降坂制御の開始を決定し、かつ前記判定手段によって目標減速度が達成不可能と判定されたとき、前記オルタネータの負荷を最大とすると共に、前記目標減速度を達成するのに必要なトルクからオルタネータの負荷トルクを差し引いた不足分の負荷トルクを得る入力回転数となるように、無段変速機の変速制御を実施する手段と、を備えたことを特徴とする、車両の制御装置。