JP5832631B2 - 原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法および原動機搭載車両 - Google Patents

Description

本発明は、原動機搭載車両を制御するための方法に関する。

シャフトを回転させるために用いられる主原動機、例えばクランクシャフト付きの内燃機関を備えた原動機搭載車両を想定する。ここで、主原動機は中継装置を介して接地要素、特に車両のホイール、と連結されるものとする。中継装置にはクラッチが含まれるほか、場合によっては変速機も含まれ、その場合にはクラッチが変速機に組み込まれていてもよい。中継装置は調節可能なもの、特に調節可能クラッチを想定し、制御量（この例では、多かれ少なかれクラッチと直接的に関係する量）を変化させることにより、中継装置を介して伝達されるトルクを変更可能で、それにより主原動機の回転数を所定値に調整できるものとする。例としてのこうしたクラッチは、分離状態と、トルクが最大限に伝達される状態つまりクラッチが完全に締結された状態との間の、中間状態をとることができる。

既知のこうした車両においては、その走行の際に、車両の動作が惰性走行であるかどうか、すなわち力の流れがホイールやその他チェーンなどの接地要素から（クランク）シャフトへと伝わるものとなっておりその逆の力行走行のような状態ではないかどうか、が検出される。こうした惰行状態は、アクセルペダルの位置に基づき検出することができる：特に、運転者が既にアクセルペダルを操作していないときには、主原動機（例えば内燃機関）はもはや稼動せず、駆動力を発生しない。このとき、いわゆる燃料カットが発生する：惰行の際には、主原動機は、接地部材に働きクラッチを介して伝達される運動エネルギーを受けるばかりとなり、内燃機関と変速機を搭載した車両の例では内燃機関への燃料供給が停止され、そのため燃料が節約され、クラッチは切られず、クランクシャフトの回転数は、変速機側の回転数と一致、つまり中継装置の出力回転数に比例したものとなる。原理的には微小な滑りが生じ得るばかりに、わずかに回転数の差が生じるが、簡略化のため、以下の説明においては無視する。主原動機のシャフトが十分な回転数で回転したままであれば、例えば車両の運転者からアクセルペダルを介した要請があった際に、それに従って比較的迅速に再び駆動力を発生することができる。

燃料カット状態でも、主原動機シャフトの回転数が限界値を下回れば、一次エネルギー（燃料式内燃機関の場合）の供給が再開されるので、主原動機の回転数が低くなりすぎることはない。この回転数の限界においてクラッチが切られる。

燃料カット状態においては、主原動機は内部損失（例えば内燃機関内の圧力、機械損失など）によりその出力が阻害され、供給される運動エネルギーの大部分は利用できなくなったエネルギー形態（例えば熱）に変換されてしまう。この利用できなくなったエネルギーを、以下においては損失エネルギーと呼ぶ。このエネルギーを少なくとも部分的にでも、例えば発電機によって電気エネルギーを生成するために利用できるようにすることが望まれる。

燃料カットをする代わりに、惰行時にクラッチを切って、主原動機を空転状態にすることも知られている。これはつまり主原動機が運動エネルギーを受け取らないということである。また、加速をするときに主原動機を再起動する必要がない。この場合には、空転稼動のために一次エネルギーが消費される（例えば主原動機としての内燃機関を稼動することにより燃料が消費される）という欠点がある。

惰行時にクラッチを切って、かつ主原動機を停止するということも可能である。このようにすると、主原動機は一次エネルギーも運動エネルギーも受け取らない。この場合には、加速をするときに主原動機を再起動しなければならないという欠点がある。

以上のことから、惰性走行に関する上記の各種場合の欠点がせめて低減されるような折衷案を見出すことが望まれる。

そこで本発明は、加速をする場合に主原動機を改めて始動しなくて済むようにした上で、特に惰性走行時においての原動機搭載車両のエネルギー収支を改善することを課題とする。

上記課題は、ある観点においては請求項１に係る原動機搭載車両の制御方法により解決され、また別の観点においては請求項８に係る特徴を備えた原動機搭載車両により解決される。

本発明に係る方法においては、原動機搭載車両の動作が惰性走行となるとそれが検出され、クラッチなどの中継装置に関する制御量が自動的に調整されることにより、主原動機の回転数が所望の、ただし燃料カットは行われる値に低減される。

本発明は、主原動機の内部損失がシャフト回転数に依存しているという見地に基づいている。具体的には、回転数が低いときより回転数が高いときのほうが損失エネルギーが大きいということである。一例として、ディーゼルエンジンでの損失エネルギーについて、回転数が３０００Ｕ／ｍｉｎでは２５ｋＷの損失分となるのが、１０００Ｕ／ｍｉｎでは６ｋＷにまで減少する。

ここで、惰性走行時における主原動機のシャフトの回転数が予め定められた値に調整されるのが好ましく、とりわけ制限されるのが特に好適であると確認されており、この値は、車両を全体として動作させるための指針に合わせたものでもよい。ただし、予め定められた回転数の値は、惰行走行時において車両の制御装置がエネルギーの消費を生じさせることとなる主原動機のシャフトの回転数より大きいことが好ましい。内燃機関の好適な例では、回転数の値が、燃料の供給が行われることになる下限の回転数付近に保たれて、車両が惰行状態を脱してできるだけ迅速に再加速できるようにされており、これは車両の運転者にとって望ましい。

本発明の特に好適な形態では、中継装置の一部として、デュアルクラッチ変速機を車両に備えさせることができる。これの背景にあるのは、主原動機のシャフトの回転数が減少することにより、主原動機のシャフトの回転数と中継装置の回転数との差を規定するクラッチの滑りが生じて、クラッチの内部損失が増加するということである。内部損失を低減するためには、主原動機のシャフトの回転数を改めて変更したりすることなく、クラッチの滑りを減少させなければならない。これは、噛み合い状態でなくそのためデュアルクラッチ変速機の変速機入力軸が受動性を示す状態のときにシフトチェンジ（具体的には通常、ギアをより高速のギアへと変更することを指す）をして、中継装置のシャフトの回転数を減少させることによって達成することができる。シフトチェンジが完了した後、主原動機のシャフトの回転数を調整する駆動側の変速機入力軸のクラッチが開かれるとともに、受動側の変速機入力軸のクラッチが閉じられる。両クラッチの重複期間は、主原動機のシャフトの回転数が変化しないままとなるようにされている。

本発明に係る原動機搭載車両は、車両の動作が惰性走行であるかどうかを検出する装置を備えており、また、本発明は、中継装置に関する制御量の変化用装置が車両に設けられていて、惰性走行の際に、制御量を調整することにより、主原動機のシャフトの回転数を減少させるようになっているものに関するものである。したがって、本発明に係る車両においては、本発明に係る方法が、変化用装置によって実行される。典型的には、変化用装置は、制御装置である。好ましい実施形態においては複数のギア列を有するデュアルクラッチ変速機が備えられ、さらに、制御装置が惰性走行時において、回転数を減少させるべくさらなるシフトチェンジを行うようにされる。

方法について上記述べた利点は、本発明に係る原動機搭載車両についても同様に得られる。

以下、本発明の好適な実施形態の一例について、図面を参照してより詳細に説明する。本実施形態では、中継装置は７速のデュアルクラッチ変速機を備えている。また、原動機として、内燃機関が用いられている。各図面が示すものは以下の通りである。

本発明の実施形態の一例の説明のために必要な原動機搭載車両の構成要素を図示した概略図。 本発明に係る方法の実施形態の一例における各種の値の時間的推移を図示した複数の曲線。機能の理解のために重要でないものは詳しくは図示していない。

全体としての１０は原動機搭載車両を示しており、この車両は、回転数ｎ_ＶＭで回転するクランクシャフト１４を有する内燃機関１２を備えている。クランクシャフト１４は、車両のホイール１６とデュアルクラッチ変速機１８を介して接続するか、連結することができる。記号的に表されているクラッチ２０は、クラッチディスクＫ_１，Ｋ_２により図示されており、変速機２２は変速機回転数ｎ_Ｇを有している。ホイール１６の回転数はｎ_Ｒａｄで表す。

車両１０には、内燃機関１２への燃料の注入を操作するためのアクセルペダル（「スロットルペダル」）２４が設けられている。ここで、測定装置２６がアクセルペダル２４の位置を検出し、制御装置２８へ測定信号を供給する。制御装置２８は内燃機関１２へ燃料を注入させるとともに、クラッチ２０を締結状態にすることができる。ここでクラッチ２０は調節可能であり、さらにクラッチ２０を介して伝達されるトルクＭ_Ｋをそれ以外は同一の条件で可変とすることができる。

制御手段２８は、車両が惰性走行状態であるかどうかを判定する：アクセルペダル２４がその時点でゼロ位置、すなわち踏み込まれておらず、かつ車両が走行していることを、例えば車両のホイール１６の回転数検出器３０を用いて判定することができる（分かり易くするため、図中の回転数検出器３０はホイール１６から離して図示している）。

本実施例における制御装置２８は、車両１０をできるだけエネルギー効率が良くなるように動作させる。従来の枠組みの近年の乗用車においては、クラッチのシャフト１４上をトルクＭ_Ｋが伝達されるようにしてホイール１６と内燃機関１２との間の力の流れが発生できるように通常はクラッチ２０を締結したままにする燃料カットが実装されている。これは、内燃機関１２が停止状態に近づいていないとき、すなわちクランクシャフト１４が所定の限界値を下回っていないときに行われる。この限界値は、車両１０が今にも走行を停止しそうになっている場合であっても、比較的短時間で車両の加速ができるように選択される。

本発明に係る方法を、図２を参照して説明する。
時刻ｔ_０において、車両は有限の速さで走行しており、考慮する期間の間、実質的に同じ速度のままであるものとする。ここで、アクセルペダル２４の位置Ｓ_ｐｅｄは５０％である。

デュアルクラッチ変速機１８には、５速ギアと７速ギアに対応するギアプレートを有する回転数ｎ_Ｇ,１の第１の変速機入力軸が設けられている。第２の変速機入力軸は回転数ｎ_Ｇ,２であり、これは４速ギアと６速ギアに対応するギアプレートを有している。

ここでは、第１の変速機入力軸が連結されて駆動状態となっており、変速機の５速ギアが入っているものとする。第１の軸の回転数はおよそ３０００Ｕ／ｍｉｎである。第１の変速機入力軸に対応するクラッチが締結されているので、クラッチの変速機側と内燃機関側の間のクラッチの滑りΔｎ_１はほぼゼロとなり、そのため両側の回転数は等しくなる。第２の変速機入力軸は分離されている。これはつまり、第２の変速機入力軸に対応するクラッチが完全に分離されており、ギアプレートは４速ギアと６速ギアの間で中立になっているということである。回転数ｎ_Ｇ,２はほぼゼロである。クラッチの滑りΔｎ_１がほぼゼロであるため、内燃機関またはクランクシャフト１４の回転数ｎ_ＶＭは、同じく３０００Ｕ／ｍｉｎである。

時刻ｔ_１において、車両の運転者がアクセルペダル２４から足を離し、車両１０が惰行状態になる。回転数ｎ_ＶＭが比較的高いため、内燃機関には高い内部損失が生じる。そこで、クラッチプレートＫ_１，Ｋ_２を互いに対して密接に押え付け合わせる力を低減させ、伝達されるトルクＭ_Ｋを減少させる。クランクシャフトの回転数を落として、有限のクラッチ滑りΔｎ_１を生ずる、すなわち回転数ｎ_ＶＭをＮ_Ｇ,１＝ｉ_Ｇ５・ｎ_Ｒａｄそのままではなくすということであり、ここでｉ_Ｇ５は５速ギアでの（場合によっては差動装置などにより固定で生じる伝達分を含む）変速機２２の変速比である。よってクランクシャフト１４の回転数ｎ_ＶＭはホイール１６の回転数ｎ_Ｒａｄより低下する、すなわちｎ_ＶＭ＝ｉ_Ｇ５ｎ_Ｒａｄ−Δｎ_１となる。クランクシャフトの回転数ｎ_ＶＭは制御装置２８により、限界値をかろうじて上回る程度の、特に１０００Ｕ／ｍｉｎ程度の値にまで引き下げられる、ここで制御装置が制限する限界値は、燃料の注入が行われることになる限界回転数ｎ_{Ｇｒｅｎｚ}である。

ここで、高いクラッチ滑りΔｎ_１はクラッチでの高い内部損失を発生する。これは滑りの減少によって低減することができる。滑りの減少は、変速機の変速比を適宜変化させて変速機側の回転数を減少させることにより成し遂げることができる。例えば、変速機側回転数が可能な限り小さくなる７速ギアに切り替えられる。ただし、同じ変速機入力軸に配置されたギア間の直接の切り替えは、当該変速機入力軸に対応するクラッチが開いており原動機回転数が空転状態まで下がっているときにしかできない。そのため、５速ギアから７速ギアへのシフトチェンジをするには、まず第１ギア列と第２ギア列との間で切り替えが行われる：

まず、第２ギア列の６速ギアが入れられ、第２の変速機入力軸が出力軸と機械的に接続される。これにより、第２の変速機入力軸に有限の回転数ｎ_Ｇ,２が発生する。第２ギア列の６速ギアが入れられてから、この時点の時刻ｔ_２を起点として、第１のクラッチが切られ、第２のクラッチが締結される。ここで、原動機回転数は限界回転数ｎ_{Ｇｒａｎｚ}を下回らないように、ただし１０００Ｕ／ｍｉｎ程度の回転数を維持するようにされる。これにより、第２の変速機入力軸用のクラッチを介してトルクの伝達が行われ、６速ギアの方が５速ギアよりも変速機側回転数が小さいことにより、滑りΔｎ_２は以前の滑りΔｎ_１よりも小さくなる。このため、クラッチでの内部損失は低減される。クラッチ損失をさらに低減するため、５速ギアが解放されて、代わりに７速ギアが入れられる。そして、５速ギアと７速ギアとの変速比の違いにより、時刻ｔ_３になるまで回転数ｎ_Ｇ,１は低くなっていく。

時刻ｔ_３から、力を伝達するクラッチが再度切り替えられ、最終的に第１の変速機入力軸用のクラッチが原動機回転数ｎ_ＶＭを調整する。このときのクラッチの滑りΔｎ_１は、時刻ｔ_１と時刻ｔ_２との間でのクラッチの滑りΔｎ_１よりも少なく、かつ、時刻ｔ_２と時刻ｔ_３との間でのクラッチの滑りΔｎ_２よりも少なくて、他の変速比ではこれより減らすことはできない。

時刻ｔ_４において、アクセルペダルが再度操作される。惰性走行を脱しなければならないことを、車両の運転者が合図し、第１の変速機入力軸用のクラッチが切られ、第２の変速機入力軸用に割り当てられたクラッチが締結される。ここで、一方のクラッチが切られ、他方が締結されることにより、原動機回転数ｎ_ＶＭは第２の変速機入力軸のシャフト回転数ｎ_Ｇ,２まで引き上げられる。滑り動作は終了する（Δｎ_２＝０）。力の伝達が完全に第２の変速機入力軸用クラッチを介して行われるようになれば、力行走行が再開される。あるいは、７速ギアの使用を継続してもよく、この場合には、第１の変速機入力軸用のクラッチで伝達されるトルクが増加して、滑り回転数が減少するはずである。そして、続いて車両の加速が行われる。

まとめると、内燃機関１２が制御装置２８により燃料カットされても、内燃機関の内部損失を最小限にするため、できる限り低減された回転数での回転が行われる。既に説明したように、クラッチ２０には調節機能があるものとする：クラッチ２０に関する制御量があり、この制御量が伝達されるトルクＭ_Ｋを決めるものとする。摩擦クラッチでの制御量は例えば、一方のクラッチディスクを他方へと押し付ける油圧シリンダの圧力である。制御量としてはその他のものも考えられる。本発明においては、クラッチが「滑る」ことができるということを利用しており、これは惰行状態において自動的に行われる。

本発明は、電気式の原動機を備えた車両や、原動機とホイール間に他の種類の中継装置、例えば油圧トランスミッションを備えた車両にも適用できる。本発明はレール無しで地上を走行するあらゆる種類の車両に適用することができ、必ずしもホイールを有する必要はない。例えば、本発明は自動二輪車、無限軌道車、貨物自動車、乗用車などにおいて用いることができる。

Claims (11)

1. 原動機（１２）を搭載した車両（１０）の制御方法であって、前記原動機は、分離状態と完全に締結された状態との間の中間状態をとることが可能な中継装置（２０，２２）を介して前記車両の接地要素（１６）と連結された前記原動機のシャフト（１４）を回転させるために用いられ、制御量を変化させることにより、前記中継装置（２０，２２）を介して原動機と中継装置間でトルクを変えて伝達することができ、前記車両の走行中において、前記車両に設けられたアクセルペダル（２４）が踏み込まれておらずかつ車両が走行しているかどうかによって前記車両の動作が惰性走行であるかどうかが判定され、惰性走行である場合には、前記原動機のシャフト（１４）の回転数（ｎ_ＶＭ）を減少させるように前記制御量が調整され、
   前記中継装置（２０，２２）が前記中間状態をとることにより、前記シャフト（１４）の回転数（Ｎ_ＶＭ）と前記中継装置（２０，２２）の回転数との差がクラッチの滑り（Δｎ_１）として生じること
   を特徴とする、原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
2. 惰性走行の際に、シャフトの回転数（ｎ_ＶＭ）は、予め定められた値に調整または制限されること
   を特徴とする、請求項１に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
3. 前記予め定められた値は、惰性走行時において車両の制御装置（２８）が原動機（１２）によるエネルギー消費を生じさせることとなるシャフト（１４）の回転数の値（ｎ_{Ｇｒｅｎｚ}）よりも大きいこと
   を特徴とする、請求項２に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
4. 原動機が、内燃機関（１２）であること、またはクランク軸（１４）を備えた内燃機関であること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
5. 中継装置が変速機付きクラッチまたは変速機無しクラッチを備えていること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
6. 車両が自動変速機を備えており、シフトチェンジによって回転数が減少することによりクラッチの滑り（Δｎ_１）が減少するようになっていること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
7. 車両がデュアルクラッチ変速機（１８）を備えており、シフトチェンジによって回転数が減少することによりクラッチの滑り（Δｎ_１）が減少するようになっていること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
8. 接地要素がホイール（１６）であること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の原動機搭載車両の惰性走行時における制御方法。
9. 内燃機関（１２）といった原動機を搭載した車両（１０）であって、前記車両にはアクセルペダル（２４）が設けられており、前記原動機はシャフト（１４）を有しており、前記原動機（１２）は分離状態と完全に締結された状態との間の中間状態をとることが可能な中継装置（２０，２２）を介して車両の接地要素（１６）と連結されており、前記中継装置（２０，２２）に関する制御量の変化用装置（２８）が設けられており、前記中継装置（２０，２２）を介してトルク（ＭＫ）が伝達されるようになっており、前記車両の動作が惰性走行であるかどうかを検出する装置（２６）が設けられている原動機搭載車両において、
   前記車両の動作が惰性走行であるかどうかを検出する装置（２６）は、前記アクセルペダル（２４）が踏み込まれておらずかつ車両が走行しているかどうかによって車両が惰性走行状態であるかどうかを判定し、
   前記制御量の変化用装置（２８）は、惰性走行時に、前記制御量を自動的に調整することにより前記シャフト（１４）の回転数を減少させ、
   前記中継装置（２０，２２）が前記中間状態をとることにより、前記シャフト（１４）の回転数（Ｎ_ＶＭ）と前記中継装置（２０，２２）の回転数との差がクラッチの滑り（Δｎ_１）として生じること
   を特徴とする、原動機搭載車両。
10. 中継装置がクラッチ（２０）および変速機（２２）を備えており、接地要素がホイール（１６）を有するものであること
    を特徴とする、請求項９に記載の原動機搭載車両。
11. 車両（１０）が、ギア列を複数有するデュアルクラッチ変速機（１８）を備えており、前記制御量の変化用装置には、惰性走行時に回転数を減少させるようシフトチェンジを行う制御装置（２８）が含まれること
    を特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の原動機搭載車両。

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