JP5999323B2 - 自動変速機の変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機の変速制御装置に係り、詳しくは登坂路の頂上付近において頻繁な変速を行わないための変速制御装置に関する。

近年では乗用車のみならずトラックやバスなどの大型車両においても、運転者のアクセル操作量や車速などに応じて変速段を自動的に切り換える自動変速機が普及している。この種の自動変速機の形式としては、例えばトルクコンバータに遊星歯車機構を組み合わせた自動変速機やベルト式などの無段変速機（いわゆるＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）の他に、従来からの機械式の手動変速機をベースとして変速操作及び変速に伴うクラッチ操作をアクチュエータにより自動化した自動変速機（いわゆるＡＭＴ：Automated Manual Transmission）が存在する。

一般に自動変速機を備えた車両では、走行中に所定のシフトマップに基づきアクセル開度や車速から目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく適宜クラッチを断接操作しながら変速機の変速段を切り換えている。例えば車両が平坦路から登坂路に至ると、車速の低下に応じてシフトマップから低速ギヤ側の目標変速段が算出され、その目標変速段に基づくシフトダウンにより登坂路で要求される車両駆動力（トルク）が確保される。

一方、登坂路での変速制御に着目した技術として、特許文献１に開示されたものがある。当該特許文献１の技術は、平坦路走行用のシフトマップの他に降坂路走行用及び登坂路走行用のシフトマップを備えている。当該登坂路走行用シフトマップにおいては、３速からのシフトダウン線を高スロットル側に、シフトアップ線を高車速側に移行することで３速の領域が拡げられている。さらには、勾配が大きいときには、シフトダウン線を大気圧が低いほど低スロットル側に移行することとしている。

特開２０００−８８０９１号公報

上記特許文献１では、勾配が大きい登坂路においては標高が上がり大気圧が低くなるほど、即ち、登坂頂上に近づくほどシフトダウン線を低スロットル側に移行することで、シフトダウンしやすくしている。
しかしながら、登坂路から平坦路又は降坂路に移行する登坂頂上直前において、加速が鈍り始めてシフトダウンが行われると、登坂頂上に登り切った後すぐにシフトアップが行われることとなる。このように登坂頂上付近において、シフトダウン及びシフトアップが短期間で行われると、車両の走行が却ってもたつき運転者に煩わしさを与えたり、エンジン回転数が一時的に上がることで燃費の悪化を招く等の問題が生じる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、登坂路頂上付近における頻繁な変速を抑制することで、運転者への煩わしさを低減し、且つ燃費の向上を図ることのできる自動変速機の変速制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の自動変速機の変速制御装置では、車両に搭載された自動変速機のシフトアップ及びシフトダウンを予め設定されたシフトマップに従って自動に行うことが可能な自動変速機の変速制御装置において、前記車両の走行位置と地図情報に基づき前記車両の進路上にある登坂頂上を検出し、当該車両から当該登坂頂上までの距離が所定範囲内であるとき、当該車両の運転状態に基づいて所定車速以上で当該登坂頂上に到達できるか否かを判定する頂上到達判定手段と、前記頂上到達判定手段により所定車速以上で登坂頂上に到達できると判定された場合には、前記シフトマップによらず、シフトダウンを制限するシフトダウン制限制御手段と、を備え、前記シフトダウン制限制御手段は、前記頂上到達判定手段により所定車速以上で登坂頂上に到達できると判定された場合であっても、前記車両の減速度が所定減速度以上である場合は、前記シフトマップに従いシフトアップ又はシフトダウンを行うことを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の自動変速機の変速制御装置によれば、車両が登坂頂上の手前の所定範囲内に入ったときに、当該車両が所定車速以上で登坂頂上に到達できるか否かを判定し、所定車速以上で到達できる場合には、シフトマップによらずシフトダウンを制限することとしている。
このように、所定車速以上で登坂路を登り切れる場合にはシフトダウンを制限することで、登坂頂上付近で短期間に行われる頻繁な変速を抑制することができる。

こうして登坂路頂上付近における頻繁な変速を抑制することで、運転者への煩わしさを低減し、且つ燃費の向上を図ることができる。
更に、所定車速以上で登坂頂上に到達できると判定された場合であっても、車両の減速度が所定減速度以上である場合は、シフトマップに従いシフトアップ又はシフトダウンを行うこととする。このように減速度が過度に大きい場合にシフトダウンの制限を行わないようにすることで、車両の失速やエンジンの停止等を防ぎ、走行の安定性を確保することができる。

本発明の一実施形態における自動変速機の変速制御装置が適用された駆動系を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る自動変速機の変速制御装置のＥＣＵが実行する登坂路から登坂頂上に至るまでの変速制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る自動変速機の変速制御装置のＥＣＵによる変速制御実行時の説明図である。

以下、本発明を具体化した自動変速機の変速制御装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の自動変速機の自動変速制御装置が適用されたトラックの駆動系を示す全体構成図であり、以下同図に基づき本実施形態の構成について説明する。

車両には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１が搭載されている。エンジン１の出力軸１ａにはクラッチ装置２を介して自動変速機（以下、単に変速機という）３の入力軸３ａが接続され、クラッチ装置２の接続時にエンジン１の回転が変速機３に伝達されるようになっている。当該変速機３は、例えば前進６段及び後退１段を備えた手動式変速機をベースとしたものであり、以下に述べるように、その変速操作及び変速に伴うクラッチ装置２の断接操作を自動化した、いわゆるＡＭＴである。

クラッチ装置２は、フライホイール４にクラッチ板５をプレッシャスプリング６により圧接させて接続される一方、フライホイール４からクラッチ板５を離間させることにより切断される摩擦式クラッチとして構成されている。クラッチ板５にはアウタレバー７を介してエアシリンダ８が連結され、エアシリンダ８には電磁弁９が介装されたエア通路１０を介して圧縮エアを充填したエアタンク１１が接続されている。

電磁弁９の開弁時にはエアタンク１１からエア通路１０を介してエアシリンダ８に圧縮エアが供給され、エアシリンダ８が作動してアウタレバー７を介してクラッチ板５をフライホイール４から離間させ、これによりクラッチ装置２が接続状態から切断状態に切り換えられる。一方、電磁弁９が閉弁すると、圧縮エアの供給中止によりエアシリンダ８が作動しなくなることから、クラッチ板５はプレッシャスプリング６によりフライホイール４に圧接され、これによりクラッチ装置２は切断状態から接続状態に切り換えられる。このように電磁弁９の開閉に応じてエアシリンダ８が作動して、クラッチ装置２を自動的に断接操作可能になっている。

変速機３には変速段を切り換えるためのギヤシフトユニット１４が設けられ、図示はしないがギヤシフトユニット１４は、変速機３内の各変速段に対応するシフトフォークを作動させる複数のエアシリンダ、及び各エアシリンダを作動させる複数の電磁弁を内蔵している。ギヤシフトユニット１４はエア通路１２を介して上記したエアタンク１１と接続されており、各電磁弁の開閉に応じてエアタンク１１からの圧縮エアが対応するエアシリンダに供給され、そのエアシリンダが作動して対応するシフトフォークを切換操作すると、切換操作に応じて変速機３の変速段が切り換えられる。このようにギヤシフトユニット１４の電磁弁の開閉に応じてエアシリンダが作動して、変速機３を自動的に変速操作可能になっている。

車両内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（制御ユニット）２１が設置されており、エンジン１、クラッチ装置２、変速機３の総合的な制御を行う。
ＥＣＵ２１の入力側には、エンジン１の回転数（回転速度）を検出するエンジン回転数センサ２２、運転席に設けられたチェンジレバー１３の切換位置を検出するレバー位置センサ２３、アクセルペダル２４の操作量を検出するアクセルセンサ２５、変速機３の出力軸３ｂに設けられて出力軸回転速度（車速と相関する）を検出する車速センサ２６、フットブレーキ２７の操作を検出するブレーキスイッチ２８、及びナビゲーションユニット２９などのセンサ類が接続されている。

ナビゲーションユニット２９は、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ３０を介して人工衛星からＧＰＳ信号を受信する一方、内蔵している記憶装置に予め標高を含めた地図情報が記憶されており、これらのＧＰＳ情報及び地図情報をＥＣＵ２１が任意に読出し可能になっている。
また、ＥＣＵ２１の出力側には、上記したクラッチ装置２の電磁弁９、ギヤシフトユニット１４の各電磁弁などが接続されると共に、図示はしないが、エンジン１の燃料噴射弁などが接続されている。なお、このように単一のＥＣＵ２１で総合的に制御することなく、例えばＥＣＵ２１とは別にエンジン制御専用のＥＣＵを備えるようにしてもよい。

そして、例えばＥＣＵ２１は、エンジン回転数センサ２２により検出されたエンジン回転数及びアクセルセンサ２５により検出されたアクセル操作量に基づき、図示しないマップからエンジン１の各気筒への燃料噴射量を算出すると共に、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づき図示しないマップから燃料噴射時期を算出する。そして、これらの算出値に基づき各気筒の燃料噴射弁を駆動制御しながらエンジン１を運転する。

また、ＥＣＵ２１は、レバー位置センサ２３によりチェンジレバー１３のＤレンジへの切換が検出されているときには自動変速モードを実行し、アクセル操作量及び車速センサ２６により検出された車速に基づき、図示しないシフトマップから目標変速段を算出する。そして、クラッチ装置２の電磁弁９を開閉してエアシリンダ８によりクラッチ装置２を断接操作させながら、ギヤシフトユニット１４の所定の電磁弁を開閉してエアシリンダにより対応するシフトフォークを切換操作して変速段を目標変速段に切り換え、これにより常に適切な変速段をもって車両を走行させる。

例えば、ＥＣＵ２１は、車両が登坂路を走行しているときには、車両（自車両）の走行位置と地図情報に基づき車両の進路上にある登坂頂上を検出し、車両から登坂頂上までの距離が所定範囲内である場合、そのときの車両の運転状態に基づいて所定車速以上で登坂頂上に到達できるか否かを判定する（頂上到達判定手段）。そして、所定車速以上で登坂頂上に到達できる場合には、上述したシフトマップによらず現時点で選択されている変速段を維持するようシフトダウンを制限する（シフトダウン制限手段）。

詳しくは、図２を参照すると、当該ＥＣＵ２１が行う登坂路から登坂頂上に至るまでの変速制御ルーチンがフローチャートにより示されており、以下同フローチャートに沿って、登坂路から登坂頂上に至るまでの変速制御について説明する。
図２に示すステップＳ１において、ＥＣＵ２１は車両が登坂路を走行中であるか否かを判別する。これは、ＥＣＵ２１がナビゲーションユニット２９からＧＰＳ情報及び車両周辺の地図情報を逐次読み出し、地図上での車両の現在位置を特定した上で、現在車両が走行中の道路が登り勾配を有する登坂路であるか否かを判別することで行う。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車両が登坂路を走行している場合には、次のステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、ＥＣＵ２１は、登坂頂上到達距離を算出する。具体的には、ＥＣＵ２１はナビゲーションユニット２９から読み出したＧＰＳ情報と地図情報に基づき、車両の進路上にある登坂頂上、即ち登坂路から平坦路又は降坂路に移る地点を検出する。そして、車両から登坂頂上までの登坂頂上到達距離を算出する。

次にステップＳ３において、ＥＣＵ２１は、上記ステップＳ２において算出した登坂頂上到達距離が予め定められた所定距離以下であるか否かを判別する。当該所定距離は、現在選択されている変速段を維持しても登坂頂上に到達することが可能な距離に設定されており、変速段や車速等の車両の運転状態に応じて変動する値としてもよいし、固定値としても構わない。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち登坂頂上到達距離が所定距離以下の所定範囲内を走行している場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、ＥＣＵ２１は、登坂頂上に到達するまでの車速低下量を算出する。具体的にはＥＣＵ２１は、車速センサ２６により現時点での車速を検出するとともに車速の時間変化から車両の減速度を算出する。そして、当該減速度に基づき上記登坂頂上到達距離を走行して登坂頂上に到達するまでに減少する車速低下量を算出する。

続いてステップＳ５において、ＥＣＵ２１は、算出した車速低下量が予め定められた所定低下量以下であるか否かを判別する。当該所定低下量は、現在選択されている変速段で車両が失速することのない所定車速以上で登坂頂上に到達できる車速低下量とする。当該所定低下量は、選択されている変速段及び登坂頂上において必要な所定車速の設定に応じて変動する値とする。

当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち算出した車速低下量が所定量以下で、登坂頂上までに減速しすぎることがない場合は、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、ＥＣＵ２１は、この時点における車両の運転状態が予め定められた所定のシフトダウン制限可能条件を満たしているか否かを判別する。

シフトダウン制限可能条件とは、登坂頂上に到着するまでシフトダウンせず現在選択されている変速段により登坂頂上まで安定的に到達可能であるかを判定するための条件である。具体的には、例えば運転者の操作として、アクセルセンサ２５により検出されるアクセルペダル２４の操作量が所定量以上あり、ブレーキスイッチ２８によりフットブレーキ２７の操作が検出されていないことを条件とする。また、車両の運転状態として、車両の減速度が所定減速度未満であることや、エンジン回転数センサ２２により検出されるエンジン回転数がエンジン１の停止（エンジンストール）を引き起こさない所定回転数以上であることを条件とする。さらに、登坂路の勾配が平坦路に近い緩い勾配である場合には、シフトダウンの制限を行う必要がないことから、現在車両が走行している登坂路の勾配が所定勾配以上であることを条件としてもよい。

ＥＣＵ２１は、このようなシフトダウン制限可能条件の全てを満たす場合には、ステップＳ６の判別結果は真（Ｙｅｓ）として、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７において、ＥＣＵ２１は、シフトダウンを制限し、当該ルーチンをリターンする。具体的には、ＥＣＵ２１は、シフトマップに基づくと目標変速段がシフトダウンするような運転状態であっても、現在選択されている変速段を維持することでシフトダウンを制限する。

ＥＣＵ２１は、登坂頂上到達距離が所定距離の範囲内入ってから登坂頂上に至るまでは、これまで説明したステップＳ１〜Ｓ７を繰り返し、シフトダウンを制限しつつ登坂路を走行する。
一方、車両が登坂頂上に到達する等して平坦路又は降坂路に進入すると上記ステップＳ１の判別結果は偽（Ｎｏ）となり、ステップＳ８に進む。また、登坂頂上到達距離が所定距離に達するまでの登坂路走行中も、上記ステップＳ３の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、ステップＳ８に進む。さらに、車速低下量が所定低下量より大である場合、シフトダウン制限可能条件のいずれか１つでも満たしていない場合にも、それぞれのステップＳ５、Ｓ６における判別結果が偽（Ｎｏ）となり、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８においてＥＣＵ２１は、通常のシフトマップに基づいた変速制御を実行し、当該ルーチンをリターンする。
なお、ステップＳ７においてシフトダウンの制限を実行した後に、登坂路頂上を越えて平坦路又は降坂路に進入してステップＳ１からステップＳ８に至った場合には、直ぐにシフトダウンが実行されないよう一定の距離若しくは時間が経過するまでシフトダウン制限を維持することとする。

ＥＣＵ２１は上述のような変速制御を行うものであり、さらに図３を参照すると、ＥＣＵ２１により当該変速制御を実行した場合の説明図が示されており、同図に基づき当該変速制御実行による作用効果について説明する。
図３には、本実施形態のようにシフトダウン制限を行う場合（実線）と、行わない場合（一点鎖線）における登坂路から平坦路に至るまでのエンジン回転数の変化がそれぞれ示されている。

図３では、車両が登坂路を徐々に加速を緩めながら走行しており、エンジン回転数も徐々に低下している。そして、Ａ時点において、上記ステップＳ３の登坂頂上直前の所定距離の範囲内に進入する。本実施形態では、このＡ時点からステップＳ３の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり、算出した車速低下量が所定低下量以下の範囲で、シフトダウン制限可能条件も全て満たしていることで、シフトダウン制限を実行する。シフトダウン制限を実行することでエンジン回転数の変化はなく徐々に低下し続ける。

一方、シフトダウン制限を行わない場合には、登坂頂上直前のＢ時点において、通常のシフトマップに基づきシフトダウンが実行されてエンジン回転数が上昇している。
図３のＣ時点において、車両は登坂頂上に到達し、平坦路の走行に移行する。シフトダウン制限を行わず、Ｂ時点でシフトダウンを行った場合は、登坂頂上の当該Ｃ時点で既に比較的高いエンジン回転数にあり、わずかに進んだＤ時点でシフトアップが行われている。

これに対し、シフトダウン制限を行った本実施形態では、当該Ｃ時点において低いエンジン回転数で登坂頂上に到達しており、そこから現変速段を維持しつつ加速を行うことで、無駄なエンジン回転数の上昇なく加速できている。
このように、登坂路を登り切れる場合にはシフトダウンを行わないよう制限することで、登坂頂上付近で短期間に行われる頻繁な変速を抑制することができる。

こうして登坂路頂上付近における頻繁な変速を抑制することで、運転者への煩わしさを低減し、且つ無駄なエンジン回転数の上昇を抑えることで燃費の向上を図ることができる。
また、本実施形態では、シフトダウン制限可能条件を設定し、当該条件を満たさない場合には、シフトダウンの制限を行わないこととしている。特に減速度が過度に大きい場合にシフトダウンの制限を行わないこととすることで、車両の失速やエンジンの停止等を防ぎ、走行の安定性を確保することができる。

以上で本発明に係る自動変速機の変速制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば上記実施形態では、変速機はＡＭＴであるが、変速機の形式はこれに限られるものではなく、例えばトルクコンバータを用いた自動変速機であっても構わない。

また、上記実施形態では、図２に示すステップＳ４、Ｓ５において、車速低下量に基づき、車両が所定車速以上で登坂頂上に到達できるか否かを判定しているが、当該判定はこれに限られるものではない。例えば、車速低下量でなく、ステップＳ２で算出した登坂頂上到達距離と、車両の車速及び減速度から、登坂頂上到達時点での車速を推定し、当該推定車速が所定車速以上であるか否かで判定しても構わない。

また、上記実施形態では、図３では登坂路から平坦路に至るまでの経緯を例として説明したが、登坂路から降坂路に移行する場合も同様の変速制御を行うことができる。
また、上記実施形態では、ナビゲーションユニット２９は内蔵している記憶装置に予め標高を含めた地図情報が記憶されているが、当該構成に限られるものではなく、例えばインターネット等の通信網から地図情報を受信しても構わない。

１ エンジン
２ クラッチ装置
３ 変速機
２１ ＥＣＵ（頂上到達判定手段、シフトダウン制限制御手段）
２２ エンジン回転数センサ
２３ レバー位置センサ
２４ アクセルペダル
２５ アクセルセンサ
２６ 車速センサ
２７ フットブレーキ
２８ ブレーキスイッチ
２９ ナビゲーションユニット
３０ ＧＰＳアンテナ

Claims (1)

1. 車両に搭載された自動変速機のシフトアップ及びシフトダウンを予め設定されたシフトマップに従って自動に行うことが可能な自動変速機の変速制御装置において、
   前記車両の走行位置と地図情報に基づき前記車両の進路上にある登坂頂上を検出し、当該車両から当該登坂頂上までの距離が所定範囲内であるとき、当該車両の運転状態に基づいて所定車速以上で当該登坂頂上に到達できるか否かを判定する頂上到達判定手段と、
   前記頂上到達判定手段により所定車速以上で登坂頂上に到達できると判定された場合には、前記シフトマップによらず、シフトダウンを制限するシフトダウン制限制御手段と、を備え、
   前記シフトダウン制限制御手段は、前記頂上到達判定手段により所定車速以上で登坂頂上に到達できると判定された場合であっても、前記車両の減速度が所定減速度以上である場合は、前記シフトマップに従いシフトアップ又はシフトダウンを行う
   ことを特徴とする自動変速機の変速制御装置。

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