JP6128052B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の制御装置に関し、特に、エンジンと無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）とを備える車両の制御装置に関する。

エンジンの燃費を向上させる変速機として無段変速機が知られている。無段変速機は、車速が変化しても燃費や動力性能面で最適なエンジン回転数となるように変速比を連続的に変更できる。

特開２００７−０２３９３６号公報（特許文献１）は、無段変速機を備える車両のエンジン制御において、アクセルペダル操作量と車速に応じてエンジン出力を制御する技術を開示する。

特開２００７−０２３９３６号公報 特開２０１１−０９３４５７号公報

エンジンの低回転、中負荷での使用領域において、一定の低車速で走行すると、エンジンの回転数が一定回転数に保たれるようにＣＶＴの制御が行なわれる。このような車両の走行状態では、車両からの駆動力と走行抵抗とが釣り合い、ＣＶＴの各種部品（クラッチドラムとセパレータ、コアプレートとハブ、プライマリシーブとキャリアの嵌合部など）がフローティング状態になりやすい。

一方、エンジンの低回転、中負荷での使用領域において、一定の低車速走行では、エンジン回転数が低い状態でトルクを発生する必要があるため、安定して中負荷領域のトルクを発生するには、エンジンでの燃料の燃焼速度を速くする必要がある。

燃焼速度を速くするには、エンジンの気筒内での爆発時に気筒内圧力を急上昇させる必要があり、その結果エンジンの回転変動も大きくなり、エンジン出力トルクも振動する。この振動がＣＶＴに入力されると、フローティングになっている各種部品にガタ打ち音が発生する。このようなガタ打ち音を、ジャラ音（ガラ音、ジャラガラ音）という。

このような騒音の対策として、部品のガタ詰め、イナーシャの調整を行なっても、効果が非常に小さいことがわかっている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ジャラ音の発生を抑制することができる車両の制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、エンジンと無段変速機とを備える車両の制御装置であって、制御装置は、車両の走行状態が、車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合う状態である場合には、車両の要求駆動力から算出されるエンジンパワーから目標エンジン回転数と目標エンジントルクとを決定し、実エンジン回転数と測定した吸気量から推定した推定エンジントルクが目標エンジントルクと一致するようにエンジンを制御する第１のフィードバック制御を実行するとともに、エンジンの回転数が目標エンジン回転数と一致するように無段変速機を制御する第２のフィードバック制御を実行する。

制御装置は、車両の走行状態が、車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合う状態でない場合には、第１のフィードバック制御は行わずに第２のフィードバック制御を実行する。

上記の制御では、制御装置は、エンジンに対してはトルクを目標値に一致するようにフィードバックする第１のフィードバック制御を行なう一方で、無段変速機に対してはエンジン回転数が目標値に一致するようにフィードバックする第２のフィードバック制御を行なう。すると２つのフィードバック系が干渉するので制御系が微小に振動し、ジャラ音が発生するような一定車速の定常走行状態を維持しにくい状況となる。

車両の走行状態が車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合うような走行状態である場合には、無段変速機中のクラッチとハブのトルク容量が０Ｎｍになり、お互いのギヤがフローティングとなり、ギヤの歯打ち音（ジャラ音）が発生する。ジャラ音は、駆動力非協調制御でスロットル開度が固定されノッキングが発生しない限界までエンジンの点火時期が進角されエンジン気筒内圧が高くなったときに発生する。

本発明によれば、ジャラ音が発生しやすい走行状態ではエンジン制御と変速機制御の両方においてそれぞれトルクフィードバックと回転数フィードバックを行なうことによってスロットル開度が変動しやすくなり、気筒の内圧を少し下げた状態として、ジャラ音が発生することを回避することができる。

本発明の実施の形態にかかる車両の制御装置を搭載する車両のブロック図である。 車両１のＣＶＴ８の構造を詳細に示す断面図である。 ＣＶＴのジャラ音発生部位を示した拡大図である。 制御装置１００が実行するジャラ音回避の制御を説明するためのフローチャートである。 ジャラ音発生領域について説明するための図である。 ステップＳ２における非駆動力制御の内容を示したフローチャートである。 ステップＳ３における駆動力制御の内容を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施の形態にかかる車両の制御装置を搭載する車両のブロック図である。図１を参照して、車両１は、エンジン２と、無段変速機（ＣＶＴ）８と、ドライブシャフト１１０と、ナックルおよびサスペンション１２０と、車体１３０と、制御装置１００とを含む。制御装置１００は、エンジン２およびＣＶＴ８を制御する。ジャラ音の発生は、一定の低車速で走行中、駆動力と走行抵抗とが釣り合っている場合に、エンジン２の回転変動やドライブシャフト１１０のトルク変動がＣＶＴ８に伝達されると、ＣＶＴ８の部品がガタ打ち音を発することが原因である。

図２は、車両１のＣＶＴ８の構造を詳細に示す断面図である。図３は、ＣＶＴのジャラ音発生部位を示した拡大図である。図２、図３を参照して、本実施の形態に係る車両１は、エンジン２の側方に配置され、エンジン２のクランクシャフト３に連結されたトランスアクスル４と、エンジン２およびトランスアクスル４を制御する図１の制御装置１００とを含んで構成されている。

トランスアクスル４は、クランクシャフト３に連結されたトルクコンバータ５と、トルクコンバータ５に入力軸６を介して連結された前後進切替機構７と、前後進切替機構７に連結されたＣＶＴ８と、ＣＶＴ８に連結されたカウンタドライブギヤ９と、カウンタドライブギヤ９と噛み合うカウンタドリブンギヤ１１と、カウンタドリブンギヤ１１を支持するインターメディエートシャフト１２と、インターメディエートシャフト１２に支持されたファイナルドライブギヤ１３と、ファイナルドライブギヤ１３と噛み合うリングギヤ１４と、リングギヤ１４に連結されたディファレンシャル１５と、これらの各構成要素を収納するトランスアクスルハウジング１６、トランスアクスルケース１７およびトランスアクスルリヤカバー１８とを含む。

トルクコンバータ５は、ドライブプレート３２と、フロントカバー３３と、ポンプインペラ３４と、タービンランナ３５と、ワンウェイクラッチ３６と、ステータ３７と、ダンパ機構３８と、ロックアップクラッチ３９とを含む。ステータ３７には、ワンウェイクラッチ３６を介して中空軸３１が固定され、入力軸６は、中空軸３１の内部に挿通される。

ＣＶＴ８は、プライマリシャフト７６と、セカンダリシャフト７７とを含む。プライマリシャフト７６にはプライマリプーリ７８が設けられ、セカンダリシャフト７７にはセカンダリプーリ７９が設けられる。

プライマリプーリ７８は、固定シーブ８１と可動シーブ８２とによって構成され、固定シーブ８１と可動シーブ８２とは互いに対向し、固定シーブ８１と可動シーブ８２との間には略Ｖ字形状のプーリ溝が形成される。

ＣＶＴ８は、可動シーブ８２を可動させるシリンダ部８３を含む。セカンダリプーリ７９は、固定シーブ８５と可動シーブ８６とによって構成され、固定シーブ８５と可動シーブ８６とは互いに対向し、固定シーブ８５と可動シーブ８６との間には略Ｖ字形状のプーリ溝が形成される。

ＣＶＴ８は、可動シーブ８６を可動させるシリンダ部８７を含む。プライマリプーリ７８のプーリ溝およびセカンダリプーリ７９のプーリ溝には、伝動ベルト８９が巻き掛けられており、シリンダ部８３、８７の油圧が別個に制御されることにより、各プーリ溝の溝幅が変更され、伝動ベルト８９の巻き掛け半径が変化する。その結果、ＣＶＴ８による変速比が所望の値に設定され、プライマリプーリ７８からセカンダリプーリ７９に動力が伝達される。ＣＶＴ８のセカンダリシャフト７７の外周部にはスプライン係合によってカウンタドライブギヤ９が固定され、カウンタドライブギヤ９を通じて、ＣＶＴ８からディファレンシャル１５に動力が伝達される。

以上のような構成のＣＶＴ８において、ジャラ音の原因となる部分について説明する。
前後進切替機構７は、ダブルピニオン形式の遊星歯車機構４１を含む。遊星歯車機構４１は、図３に示すように、サンギヤ４２と、リングギヤ４３と、複数のピニオンギヤ４４と、複数のピニオンギヤ４５と、キャリヤ４６とを含んで構成される。

前後進切替機構７は、さらに、摩擦係合装置１０を含むフォワードクラッチ２０と、リバースブレーキ２２とを含む。

フォワードクラッチ２０は、クラッチドラム５１と、ピストン５２と、クラッチハブ５３と、セパレータプレート５４と、摩擦プレート６１と、クッションプレート６４と、スプリング６５と、スプリング６５を支持する支持プレート６６と、スナップリング６７とを含む。

クラッチハブ５３は、遊星歯車機構４１と連結され円盤状に形成された連結部５３ｒと、連結部５３ｒの外周縁部からクラッチドラム５１に向かって突出して形成された円筒部５３ｅと含む。クラッチハブ５３は、クラッチドラム５１の径方向内側に配置され、円筒部５３ｅの外周部が、クラッチドラム５１の内周部に対向する。外周部には、スプライン外歯が形成されており、摩擦プレート６１に形成されたスプライン内歯とスプライン係合する。

ＣＶＴ８の前後進切替機構７中の湿式多板クラッチは、円筒状のクラッチドラム５１と、クラッチドラム５１の内周部とスプライン係合する複数のセパレータプレート５４と、クラッチドラム５１の内側に配置されたクラッチハブ５３と、クラッチハブ５３の外周部とスプライン係合する摩擦プレート６１とを含む。

これらのクラッチドラム５１とセパレータプレート５４との嵌合部およびクラッチハブ５３と摩擦プレート６１の嵌合部でガタ打ち音が発生する。

また、プライマリシャフト７６の固定シーブ８１とキャリヤ４６もスプライン嵌合されている。この嵌合部においてもガタ打ち音が発生する。

図４は、制御装置１００が実行するジャラ音回避の制御を説明するためのフローチャートである。図４を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置１００は、車両状態がジャラ音発生条件を満たすか否かを判断する。制御装置１００は、以下のａ）〜ｇ）の条件がすべて成立した時に車両状態がジャラ音発生条件を満たすと判断する。
ａ）車両の加速度がゼロ付近である。（｜加速度｜＜所定加速度）
ｂ）アクセル開度が所定開度よりも小さい。（アクセル開度＜所定開度）
ｃ）エンジン回転が低回転である。（所定回転数１＜エンジン回転数Ｎｅ＜所定回転数２）
ｄ）エンジントルクが中負荷である。エンジントルクは、エンジン回転数Ｎｅとエアフローセンサの吸気量からマップによって求められる。（所定トルク１＜エンジントルクＴｅ＜所定トルク２）
ｅ）フォワードクラッチ２０のトルク（Ｃ１トルク）が０Ｎｍ付近である。（｜ＣＶＴ入力トルクｔｔ−フリクションTcvtfric｜＜所定値）
ｆ）定常走行中判定条件１（駆動力／スロットル開度＜所定値）
ｇ）定常走行中判定条件２（Δ駆動力／Δスロットル開度＜所定値）
図５は、ジャラ音発生領域について説明するための図である。図５において、横軸はエンジン回転数を示し、縦軸はエンジントルクを示す。

等パワー線は、エンジントルクとエンジン回転数の積が一定となるような線であり、車両が必要とするパワーごとに複数引かれている。各々の等パワー線上において、燃費が最適となる点があらかじめ実験により求められており、その点を結んだ線が最適燃費線である。この最適燃費線の情報はあらかじめ制御装置１００に記憶されている。

使用する等パワー線は、たとえばユーザがアクセルを踏み増したりした際に他の等パワー線に変化する。制御装置１００は、変化した等パワー線と最適燃費線との交点を新たな動作点として選択し、目標エンジン回転数と目標エンジントルクとを決定する。

図５において、エンジン回転数が低回転で、比較的高トルクの領域がジャラ音発生領域である。このジャラ音発生領域に入っているときに車両駆動力と走行抵抗とが釣り合うと、図３で説明したＣＶＴのスプライン嵌合部にガタ打ち音が発生し、ジャラ音の原因となる。たとえば、最適燃費線上に制御されている場合でも、エアコンなどの負荷によってトルクが必要となった場合に、ジャラ音発生領域にエンジンの動作ポイントがずれるようなときがある。

再び図４を参照して、ステップＳ１において車両状態がジャラ音発生条件を満たさないと判断した場合には（ステップＳ１でＮＯ）、制御装置１００は、非駆動力制御を実行する。非駆動力制御では、目標エンジン回転数に実エンジン回転数を一致させるようにＣＶＴ８の制御が実行される。

一方、ステップＳ１において車両状態がジャラ音発生条件を満たすと判断した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御装置１００は、駆動力制御を実行する。非駆動力制御では、目標エンジン回転数に実エンジン回転数を一致させるようにＣＶＴ８の制御が実行される。

図６は、ステップＳ２における非駆動力制御の内容を示したフローチャートである。図６を参照して、制御装置１００は、ステップＳ２１において車速センサの出力に基づいて車速を算出し、アクセルペダルストロークセンサの出力に基づいてアクセル開度を算出する。続いて、ステップＳ２２において、制御装置１００は、アクセル開度に対応する等パワー線を選択し、選択した等パワー線と最適燃費線とに基づいて目標エンジン回転数を算出する。そして、ステップＳ２３において、アクセル開度に基づいて定められたスロットル開度に応じた最適噴射量、最適点火時期でトルクを発生させるように、制御装置１００はエンジン２を制御する。ステップＳ２４では、制御装置１００は、実エンジン回転数Ｎｅを目標エンジン回転数にあわせるようにＣＶＴ８をフィードバック制御する（第２のフィードバック制御）。

上記のように、非駆動力制御では、アクセルペダルを踏むとＣＶＴの回転数が決まり、エンジントルクもフィードバックしないで成り行きで決定される。つまりエンジン２のトルクのフィードバックをしていない。そのために低速中負荷のジャラ音領域でも車両状態が変化をさせないように走りやすい。ジャラ音領域に車両の走行状態が固定されると、エンジンが低トルクの領域で動作し、気筒内でエンジンの圧縮、爆発力が大きくなってジャラ音が発生しやすくなる。

図７は、ステップＳ３における駆動力制御の内容を示したフローチャートである。図７を参照して、制御装置１００は、ステップＳ３１において必要駆動力を算出する。必要駆動力が次式に基づいて算出される。
必要駆動力＝必要エンジントルク×変速比×デフ比／タイヤ径
続いて、ステップＳ３２において制御装置１００は必要エンジンパワーを算出する。必要エンジンパワーは、次式に基づいて算出される。
必要エンジンパワー＝必要駆動力×車速（km/h）×１０００／３６００＋電気負荷必要パワー（オルタネータパワー）
さらに、ステップＳ３３において、制御装置１００は、目標エンジン回転数と目標エンジントルクとを決定する。図５において、アクセル開度によって、いずれかの等パワーラインが選択される。そして、ＣＶＴ８は、この等パワーライン上において自由にエンジンの動作点を変更することができる。制御装置１００は、あらかじめ求めた最適燃費線を記憶しており、最適燃費線と等パワーラインとの交点を動作点として選択することにより、目標エンジン回転数と目標エンジントルクを決定する。

そして、ステップＳ３４において推定エンジントルクを目標エンジントルクに合わせるようにエンジンをフィードバック制御する（第１のフィードバック制御）。推定エンジントルクというのは実エンジントルクに代えて使用するトルクである。エンジンベンチという設備で、所定パワー（アクセル開度）で運転するときに、エンジン回転数を振っていき、そのときの空気量、燃料消費量、トルク等を計測したデータが収集されている。このデータでマップを作っておけば、空気量およびエンジン回転数Ｎｅから燃費やトルクを推定することが可能である。したがって、たとえば、推定エンジントルクは、エンジンベンチで測ったトルクをセンサーで読み取って、空気量（エアフローメータ）とエンジン回転数の関数としてマップ化したものから推定したトルクである。

ステップＳ３５では、制御装置１００は、実エンジン回転数Ｎｅを目標エンジン回転数にあわせるようにＣＶＴ８をフィードバック制御する（第２のフィードバック制御）。

ステップＳ３４およびＳ３５の処理が終了するとステップＳ３６に処理が進められ、制御が図４のフローチャートに戻される。

上記のように、駆動力制御では、アクセル開度に対して目標回転数が第１のフィードバック制御によってＣＶＴ側で決める一方で、第２のフィードバック制御によってエンジン側で推定エンジントルクを目標エンジントルクに合わせるようにスロットル開度などを制御しているのでエンジントルクはエンジン側で決まる。第２のフィードバック制御の結果、ドライバーがアクセルペダルを変化させなくても、スロットル開度は自動で微小に揺れるように変化する。

また、駆動力制御では、駆動力変化が小さくても目標エンジン回転数と目標エンジントルクの変化は大きくなる傾向にある。このためドライバーは一定車速で定常走行の状況を作りにくい。過去の実績から、エンジントルクの変動がドライバーにとって多少の走りにくさにつながることが分かっている。簡単にいえば、駆動力制御を行なうと、ドライバーが僅かに走りにくく感じる。

ジャラ音領域にいるときに、ドライバーが走りにくく感じると、アクセルペダルも動く。その結果ジャラ音が発生しない状況となる。

最後に、本実施の形態について再び図を参照して総括する。車両１は、エンジン２と無段変速機８とを含む。車両の制御装置１００は、車両１の走行状態が、車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合う状態である場合には、図７に示すように、車両の要求駆動力から算出されるエンジンパワーから目標エンジン回転数と目標エンジントルクとを決定し（ステップＳ３３）、実エンジン回転数と測定した吸気量から推定した推定エンジントルクが目標エンジントルクと一致するようにエンジンを制御する（ステップＳ３４：第１のフィードバック制御）。制御装置１００は、制御されたエンジンの回転数が目標エンジン回転数と一致するように無段変速機８を制御する（ステップＳ３５：第２のフィードバック制御）。

一方で、制御装置１００は、車両の走行状態が、車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合う状態でない場合には、図６に示すように、推定エンジントルクを目標エンジントルクに一致させる第１のフィードバック制御を行なわず、車両の走行状態が釣り合う状態に変化した場合に、図７に示すように、エンジントルクのフィードバックする第１のフィードバック制御を開始する（ステップＳ３４）。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ エンジン、３ クランクシャフト、４ トランスアクスル、５ トルクコンバータ、６ 入力軸、７ 前後進切替機構、８ 無段変速機、９ カウンタドライブギヤ、１０ 摩擦係合装置、１１ カウンタドリブンギヤ、１２ インターメディエートシャフト、１３ ファイナルドライブギヤ、１４，４３ リングギヤ、１５ ディファレンシャル、１６ トランスアクスルハウジング、１７ トランスアクスルケース、１８ トランスアクスルリヤカバー、２０ フォワードクラッチ、２２ リバースブレーキ、３１ 中空軸、３２ ドライブプレート、３３ フロントカバー、３４ ポンプインペラ、３５ タービンランナ、３６ ワンウェイクラッチ、３７ ステータ、３８ ダンパ機構、３９ ロックアップクラッチ、４１ 遊星歯車機構、４２ サンギヤ、４４，４５ ピニオンギヤ、４６ キャリヤ、５１ クラッチドラム、５２ ピストン、５３ クラッチハブ、５３ｅ 円筒部、５３ｒ 連結部、５４ セパレータプレート、６１ 摩擦プレート、６４ クッションプレート、６５ スプリング、６６ 支持プレート、６７ スナップリング、７６ プライマリシャフト、７７ セカンダリシャフト、７８ プライマリプーリ、７９ セカンダリプーリ、８１，８５ 固定シーブ、８２，８６ 可動シーブ、８３，８７ シリンダ部、８９ 伝動ベルト、１００ 制御装置、１１０ ドライブシャフト、１２０ サスペンション、１３０ 車体。

Claims (1)

1. エンジンと無段変速機とを備える車両の制御装置であって、
   前記制御装置は、車両の走行状態が、車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合う状態である場合には、車両の要求駆動力から算出されるエンジンパワーから目標エンジン回転数と目標エンジントルクとを決定し、実エンジン回転数と測定した吸気量から推定した推定エンジントルクが前記目標エンジントルクと一致するように前記エンジンを制御する第１のフィードバック制御を実行するとともに、前記エンジンの回転数が前記目標エンジン回転数と一致するように前記無段変速機を制御する第２のフィードバック制御を実行し、
   前記制御装置は、車両の走行状態が、車両の駆動力と走行抵抗とが釣り合う状態でない場合には、前記第１のフィードバック制御は行わずに前記第２のフィードバック制御を実行する、車両の制御装置。

Images