JP6274148B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、無段変速機を搭載した車両の制御装置に関し、特に、無段変速機でダウンシフトする際の変速比および駆動力を制御する装置に関するものである。
特許文献1には、予め制限された制限速度よりも車速が高くなるときに、速度制限動作を行って車速を制限速度に制限する車両の速度制限装置が記載されている。この特許文献1に記載された速度制限装置は、上記のような速度制限動作を解除するための手段として、アクセルペダルがキックダウン位置まで踏み込まれたか否かを判定するキックダウンスイッチを備えている。そして、速度制限動作中に、キックダウンスイッチによってアクセルペダルがキックダウン位置まで踏み込まれたことを判定し、かつ、要求スロットル開度が実スロットル開度よりも大きい場合には、速度制限動作を解除するとともに、例えば第5速から第2速への変速のような複数段の低速段側へのダウンシフトを禁止し、車速に基づいた通常のシフトパターン通りのダウンシフトを実行するように構成されている。したがって、この特許文献1に記載された速度制限装置では、速度制限動作を解除するためにキックダウンが行われた場合には、要求スロットル開度が実スロットル開度以下でない限り、通常のキックダウン時に実施されるような急激なダウンシフトが抑制される。
なお、特許文献2には、無段変速機を搭載した車両を制御対象にして、キックダウンによる加速時に、変速速度が大き過ぎることにより生じる駆動力の一時的な落ち込みを防止することを目的とした制御装置が記載されている。この特許文献2に記載された制御装置は、目標とする車体駆動力に応じた到達変速比への要求変速速度を算出し、例えばキックダウン時のように、算出した要求変速速度が所定の限界変速速度よりも大きいダウンシフトの際には、変速速度を限界変速速度に制限すると共に、要求変速速度および制限後の変速速度を基にエンジンに対する燃料供給量を設定するように構成されている。具体的には、この特許文献2に記載された制御装置では、要求変速速度が大きくなるキックダウン時には、変速速度が限界変速速度に制限され、連続的で緩やかなダウンシフトが実施される。それと共に、上記のような駆動力の落ち込みによる意図しない減速を回避するために、エンジンに対する燃料供給量を増加することによりエンジントルクが増大される。
また、特許文献3には、AMT(オートメイティッド・マニュアル・トランスミッション)を搭載した車両を制御対象にして、キックダウン時に車輪のスリップを抑制しつつ、駆動トルクを適切に増大させることを目的とした制御装置が記載されている。この特許文献3に記載された制御装置では、車両の走行状態に基づいて複数の変速段のうち選択されるべき変速段(要求変速段)が決定され、AMTの変速段が現在の要求変速段に制御される。そして、キックダウンによって要求変速段が低速側に2段以上移動した場合に、車輪のスリップが検出されていない状態では、AMTの変速段を「変更前の要求変速段」から「変更後の要求変速段」に1回で変更するいわゆるスキップシフトが実行される。一方、車輪のスリップが検出された状態では、上記のようなスキップシフトは実行されず、AMTの変速段が、「変更前の要求変速段」から「変更後の要求変速段」に向けて複数回に分けて段階的に変更される。
特開2008−202678号公報 特開2005−170280号公報 特開2013−68272号公報
無段変速機を搭載した車両では、通常、変速比が連続的に漸次変化させられてダウンシフトあるいはアップシフトが実施される。一方、上記の各特許文献に記載された発明で考慮されているようなキックダウンが行われた場合には、大きな駆動力を得るために、変速比の変化幅が大きなダウンシフトが実施される。ダウンシフトの際には、エンジンや無段変速機自体の慣性体の回転数を増大させるために動力源の出力が消費されるので、不可避的に損失が発生する。そのようなダウンシフト時の損失は、変速時の変速比の変化幅が大きいほど大きくなる。また、そのような損失が大きいほど、その変速によって運転者が所望する駆動力あるいは加速度を得るまでに要する時間が長くなる。そのため、無段変速機を搭載した車両においては、上記のようなキックダウンが行われた場合に、運転者が所望する駆動力あるいは加速度が実現されるまでに時間が掛かり、その結果、運転者に与える車両の応答性や加速フィーリングが低下してしまうおそれがある。
この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、無段変速機を搭載した車両を対象にして、運転者に与える車両の応答性や加速フィーリングを向上させることができる車両の制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、駆動力源の出力を駆動軸側へ伝達する無段変速機を備え、運転者のアクセル操作によりアクセル開度が急増させられるキックダウン操作を検出し、前記アクセル開度に基づく要求駆動力を実現するように前記出力および前記無段変速機の変速比を制御する車両の制御装置において、前記出力および前記変速比を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記キックダウン操作が検出された場合は、前記キックダウン操作により設定された前記アクセル開度に基づく前記要求駆動力へ前記車両の実駆動力を増大させる際に、前記実駆動力の増大を一時的に抑制することにより前記車両の加速度の上昇を一時的に停滞させる駆動力段差を生成するように、前記出力および前記変速比を制御するとともに、所定段目の前記駆動力段差における前記加速度の停滞が開始される時点の停滞加速度が大きいほど、前記所定段目の前記駆動力段差における前記加速度の停滞が継続される停滞時間が長くなるように、前記所定段目の前記駆動力段差を生成することを特徴とするものである。
また、この発明は、前記コントローラが、前記キックダウン操作による前記要求駆動力に基づいて、複数設定された前記駆動力段差のパターンの中から、前記キックダウン操作時の前記実駆動力が前記要求駆動力へ到達するまでの総変速時間が短い前記パターンを選択して前記駆動力段差を生成する
ことを特徴としている。
そして、この発明は、前記コントローラが、少なくとも2段の前記駆動力段差を生成する場合に、1段目の前記駆動力段差において前記加速度の停滞が継続される停滞時間と比較して、2段目以降の前記駆動力段差になるほど、前記2段目以降の前記駆動力段差における前記停滞時間が短くなるように、前記駆動力段差を生成することを特徴としている。
したがって、この発明の制御装置によれば、無段変速機を搭載した車両において、キックダウン操作のような変速比の変化幅が大きなダウンシフトが実施される際に、駆動力段差を生成してダウンシフト初期の変速比の変化幅を抑制することにより、ダウンシフト時の慣性の影響による損失の発生を抑制することができる。そのため、上記のようなダウンシフト時に駆動力を応答性良く増大させることができる。したがって、運転者に与える車両の応答性や加速フィーリングを向上させることができる。
この発明で制御の対象とする車両の構成および制御系統の一例を示す図である。 この発明の制御装置による制御の一例を説明するためのフローチャートである。 この発明における「停滞加速度」および「停滞時間」を説明するための図である。 この発明における「停滞加速度」と「停滞時間」との関係性を説明するための図である。 この発明における「駆動力段差」の設定方法を説明するための図である。 この発明の制御装置による制御を実行した場合の無段変速機の変速比および車両加速度等の挙動を説明するためのタイムチャートである。 この発明における「停滞加速度」と「停滞時間」との関係性を示す図であって、1段目の「駆動力段差」と2段目以降の「駆動力段差」との傾向の違いを説明するための図である。
つぎに、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。この発明を適用することのできるのは、エンジンが出力する動力を変速して駆動輪に伝達することが可能な自動変速機を搭載した車両であって、特に、無段変速機を搭載した車両である。この発明における無段変速機は、例えばベルト式無段変速機やトロイダル式無段変速機など、変速比を連続的に変化させることが可能な自動変速機である。なお、エンジンおよびモータが出力する動力を合成・分割する動力分割機構を備えたハイブリッド車両にもこの発明を適用することができる。すなわち、そのようなハイブリッド車両における動力分割機構は、いわゆる電気式無段変速機構として機能するため、そのような電気式無段変速機構もこの発明における無段変速機に含めることができる。
この発明を適用することのできる車両の一例として、エンジンの出力側に無段変速機を搭載した車両の構成および制御系統を図1に示してある。この図1に示す車両Veは、前輪1および後輪2を有している。この図1に示す例では、車両Veは、エンジン(ENG)3が出力する動力を無段変速機(CVT)4およびデファレンシャルギヤ5を介して後輪2に伝達して駆動力を発生させる後輪駆動車として構成されている。なお、この発明を適用することのできる車両Veは、エンジン3が出力する動力を前輪2に伝達して駆動力を発生させる前輪駆動車であってもよい。あるいは、エンジン3が出力する動力を前輪1および後輪2にそれぞれ伝達して駆動力を発生させる四輪駆動車であってもよい。
エンジン3には、例えば、電子制御式のスロットルバルブ(図示せず)あるいは電子制御式の燃料噴射装置(図示せず)、および、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ(図示せず)などが備えられている。例えば、エアフローセンサの検出データを基に電子スロットルバルブの動作を電気的に制御することにより、エンジン3の出力を自動制御することが可能なように構成されている。
エンジン3の出力側に、エンジン3の出力トルクを変化させて駆動輪側へ伝達する無段変速機4が設けられている。無段変速機4は、例えば、伝動ベルト、および、その伝動ベルトを巻き掛けるプーリ溝の幅を変化させることが可能な2つのプーリから構成される従来一般的なベルト式の無段変速機である。したがって、無段変速機4は、設定する変速比を自動制御することが可能なように構成されている。
エンジン3および無段変速機4を制御するためのコントローラ(ECU)6が備えられている。コントローラ6は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。このコントローラ6は、エンジン3の出力や無段変速機4の変速動作を制御するように構成されている。なお、図1では1つのコントローラ6が設けられた例を示しているが、コントローラ6は、例えば制御する装置や機器毎に、複数設けられていてもよい。
上記のコントローラ6には、車両Veの各部に設けられている各種センサ類からの検出信号や各種車載装置からの情報信号などが入力されるように構成されている。例えば、アクセル開度を検出するアクセルセンサ7、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ(もしくはブレーキスイッチ)8、エンジン3の出力軸3aの回転数を検出するエンジン回転数センサ9、無段変速機4の出力軸4aの回転数を検出するアウトプット回転数センサ10、および、各車輪1,2の回転速度をそれぞれ検出して車速を求める車速センサ11などからの検出信号がコントローラ6に入力されるように構成されている。そして、それら入力されたデータおよび予め記憶させられているデータ等を使用して演算を行い、その演算結果を基に制御指令信号を出力するように構成されている。
上記のように無段変速機4を搭載した車両Veでは、キックダウン操作のような変速比の変化幅が大きなダウンシフトが実施される際には、エンジン3や無段変速機4自体の慣性の影響により、不可避的に損失が発生する。そのため、ダウンシフトにより運転者が所望する駆動力あるいは加速度が実現されるまでに時間が掛かってしまい、その結果、運転者に与える駆動力の応答性や加速フィーリングが低下してしまう可能性がある。
そこで、この発明におけるコントローラ6は、キックダウン操作によるダウンシフトの際に、変速比を段階的に増大させることにより、運転者に与える駆動力の応答性や加速フィーリングを向上することができるように構成されている。具体的には、以下のフローチャートで示すような制御を実行するように構成されている。
図2は、その制御の一例を説明するためのフローチャートである。この図2のフローチャートで示されるルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。先ず、キックダウン判定が行われる(ステップS1)。すなわち、運転者のアクセルペダルの踏み込み操作によるキックダウン操作があるか否かが判断される。キックダウン操作の有無は、アクセルセンサ7の検出データを基に判断することができる。例えば、所定の踏み込み量以上のアクセルペダルの踏み込みがあった場合、または、所定の変化速度以上で所定の踏み込み量以上のアクセルペダルの踏み込みがあった場合に、キックダウンが行われたと判定される。また、例えば前述の特許文献1に記載されているようなキックダウンスイッチを用いて、キックダウン操作の有無を判定することもできる。
未だキックダウン操作が行われていないことにより、このステップS1で否定的に判断された場合は、ステップS2へ進む。ステップS2では、キックダウン操作による大きなダウンシフトではない通常の変速制御が実行される。その後、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。
これに対して、キックダウン操作が行われたことにより、ステップS1で肯定的に判断された場合には、ステップS3へ進む。ステップS3では、要求到達駆動力が算出される。要求到達駆動力とは、後述するように、キックダウン操作によるダウンシフトおよび加速の際に加速度の上昇を停滞させる駆動力段差が設けられた後に、最終的に到達すべき要求駆動力である。この要求到達駆動力は、例えば、運転者によるアクセル操作すなわちこの場合はキックダウン操作があった場合のアクセル開度および車速に基づいて求めることができる。なお、駆動力段差は、要求到達駆動力へ向けて車両Veの実駆動力を増大させる際に、実駆動力の増大を一時的に抑制して車両Veの加速度の上昇を一時的に停滞させることにより生成される。この場合の停滞とは、実駆動力を増大させる際の加速度の変化量が0もしくはほぼ0になる状態のことである。
次いで、ステップS4では、停滞加速度と停滞時間との関係から、駆動力段差の組み合わせが求められる。このコントローラ6による変速制御では、キックダウン操作があった場合に、そのキックダウン操作によるダウンシフトおよび加速の際に、加速度の上昇を停滞させる駆動力段差が生成されるように、無段変速機4の変速比が制御される。具体的には、図3に示すように、一旦、停滞加速度Gまで増大させた加速度を停滞時間Tの間維持するように、ダウンシフトが実行される。それにより、上記のような駆動力段差が生成される。
キックダウン操作による加速時における駆動力の応答性を考慮する上で、停滞加速度Gと停滞時間Tとの間には、図4に示すような線形の関係があることが分かっている。すなわち、図4で停滞加速度Gと停滞時間Tとの関係性を示す直線の傾きが急なほど駆動力の応答性が良好になる。したがって、停滞加速度Gが大きく、停滞時間Tが小さいほど駆動力の応答性が良好になる。このことから、駆動力の応答性を向上させるためには、無段変速機4の変速比を大きくして、すなわちダウンシフトして、停滞加速度Gを大きくすればよい。しかしながら、無段変速機4を搭載した車両Veにおいては、ダウンシフトの際には、エンジン3や無段変速機4自体の回転体の慣性による損失のため、変速比の変化幅が大きいほど、そのダウンシフトによって所望される加速度が達成されるのに要する時間が長くなる。そこで、このコントローラ6による変速制御では、キックダウン操作があった場合に、一度に変速比の変化幅が大きな変速が実行されないように、変速比の変化幅が小さな複数回の変速に分割されてダウンシフトが実行されるようになっている。そのため、このコントローラ6による変速制御では、キックダウン操作があった場合には、上記のような駆動力段差が生成されるように、無段変速機4の変速比が制御される。
上記のような駆動力段差は、所定のエンジントルクの下で、停滞時間Tに対応する所定時間の間、無段変速機4の変速比を所定変速比に固定することにより生成することができる。すなわち、所定時間の間、車両Veの駆動力の変化を抑制して加速度の変化を停滞させることにより生成することができる。上記のように無段変速機4で固定する所定変速比は多数存在する。したがって、駆動力段差のパターンも多数存在するが、エンジントルクおよび無段変速機4の変速応答性や損失等を考慮し、また、走行実験やシミュレーションなどの結果を基に、駆動力の応答性や運転者に与える加速フィーリングが良好な駆動力段差のパターンが選択される。例えば、上記のような走行実験やシミュレーションの結果を基に予め設定された演算式あるいはマップから、最適な駆動力段差のパターンを求めることができる。
上記のような駆動力段差のパターンを選択する場合の考え方を図5に示してある。上記のように駆動力段差のパターンは多数存在するが、例えば、エンジントルクおよび無段変速機4の変速応答性や損失、あるいは、走行実験やシミュレーションの結果を考慮して、幾つかの有効な駆動力段差のパターンに絞り込むことができる。例えば、必要最低限の停滞加速度Gを得ることができかつ有効な段差数のパターンが選択される。また、許容変速時間内に要求駆動力を得ることが可能なパターンが選択される。この図5の例では、バターンA(一点鎖線)、パターンB(破線)、パターンC(二点鎖線)、および、パターンD(実線)の4通りの駆動力段差のパターンを示している。それら複数の駆動力段差のパターンの中から、上記のように有効な駆動力段差のパターンとして、例えばパターンAおよびパターンBが選択される。さらに、パターンAの総変速時間TaとパターンBの総変速時間Tbとが比較される。総変速時間は、現在の駆動力が、幾つかの駆動力段差を経て要求駆動力に到達するまでに要する最終的な変速時間の総計である。そして、総変速時間Tbよりも総変速時間Taが短い場合は、パターンAが選択される。
このように、総変速時間が短いパターンが選択されて駆動力段差が生成されることにより、キックダウン操作時に実施されるダウンシフトに要する変速時間が短縮される。そのため、キックダウン操作時に、そのキックダウン操作によって要求される駆動力へ到達するのに要する時間を短縮することができ、その結果、運転者に与える車両の応答性や加速フィーリングを向上させることができる。
図2のフローチャートの説明に戻る。上記のようにしてステップS4で駆動力段差のパターンが決定されると、要求駆動力すなわち最終的な目標駆動力と共に、決定された駆動力段差のパターンに応じた目標駆動力が求められる(ステップS5)。例えば、図5に示すパターンAの場合は、1段目および2段目の2段の駆動力段差が生成されているので、それぞれの段差に対応して、第1目標駆動力および第2目標駆動力の2つの目標駆動力が設定される。
次いで、ステップS6では、上記のようにして求められた最終的な目標駆動力および駆動力段差を生成するための目標駆動力を実現する無段変速機4の変速比がそれぞれ求められる。例えば、図5に示すパターンAの場合は、最終的な目標駆動力を実現するための変速比と共に、第1目標駆動力および第2目標駆動力を実現するための変速比がそれぞれ求められる。
そして、ステップS7では、上記のようにして求められた変速比で無段変速機4の変速制御が実行される。具体的には、上記のようにして求められた変速比を設定すると共に、停滞加速度および停滞時間を考慮して駆動力段差を生成するように、無段変速機4の変速制御が実行される。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。
上記のようにこのコントローラ6による変速制御を実行した場合の無段変速機4の変速比および車両Veの加速度の変化を、図6のタイムチャートに示してある。時刻tでキックダウン操作が行われると、図6のタイムチャートにおいて破線で示すように、従来の変速制御では、キックダウン操作に対応して変速比が連続的に増大される。それに対して、図6のタイムチャートにおいて実線で示すように、このコントローラ6による変速制御では、変速比が段階的に増大される。
具体的には、このコントローラ6による変速制御では、キックダウン操作に対応して、先ず、主にエンジントルクを増大させることにより、車両Veの加速度が停滞加速度Gまで増大させられる。この場合、変速比は、当初の変速比が維持される、もしくは、わずかに増大させられる程度である。従来の変速制御では、キックダウン操作の後に変速比の変化幅が大きなダウンシフトが実行されることにより、前述したような慣性の影響による損失のため、キックダウン操作直後は加速度の増大が鈍くなっている。それに対して、このコントローラ6による変速制御では、キックダウン操作直後には、変速比が大きく増大されることがないので、無段変速機4の内部の慣性による損失が大きくなることはない。そのため、このコントローラ6による変速制御では、従来の変速制御と比較して、キックダウン操作直後の時刻tから応答性よく加速度が増大する。
加速度は停滞加速度Gまで増大させられると、停滞時間Tの間、その停滞加速度Gの状態が維持される。すなわち、時刻tから時刻tまでの期間で、停滞加速度Gおよび停滞時間Tの1段目の駆動力段差が生成される。この場合の停滞時間Tは、運転者が加速度の停滞を許容できる範囲内の時間に設定される。すなわち、加速度が停滞することにより、運転者が駆動力の応答性や加速フィーリングの低下を感じることがない程度の時間に設定される。
停滞時間Tが経過すると、加速度は、停滞加速度Gよりも大きな停滞加速度Gまで増大させられて、停滞時間Tの間、その停滞加速度Gの状態が維持される。すなわち、時刻tから時刻tまでの期間で、停滞加速度Gおよび停滞時間Tの2段目の駆動力段差が生成される。この場合の停滞時間Tも、停滞時間Tと同様に、運転者が加速度の停滞を許容できる範囲内の時間に設定される。
なお、この図6のタイムチャートで示す例のように、駆動力段差を2段以上生成する場合は、1段目の駆動力段差における停滞時間よりも、2段目以降の駆動力段差における停滞時間になるほど短くなるように、各駆動力段差における停滞時間が設定される。この図6のタイムチャートで示す例では、1段目の駆動力段差における停滞時間Tよりも、2段目の駆動力段差における停滞時間Tが短くなるように、各停滞時間T,Tがそれぞれ設定されている。運転者が加速度の停滞を許容できる時間は、上記のような駆動力段差が2段目以降になるほど短くなることが分かっている。すなわち、前述の図4で示したこの発明の駆動力段差における「停滞加速度」と「停滞時間」との線形の関係性は、図7に示すように、1段目よりも2段目以降の駆動力段差になるほど、その関係性を示す直線の傾きが急になる。したがって、このコントローラ6による変速制御では、1段目の停滞時間Tよりも2段目の停滞時間Tを短くすることにより、運転者に駆動力の応答性や加速フィーリングの低下を感じさせないようにしている。そのため、運転者に与える車両の応答性や加速フィーリングを向上させることができる。
停滞時間Tが経過すると、時刻tから時刻tにかけて、加速度が最終的な目標駆動力を実現する加速度となるように、変速比が更に増大させられる。そして、時刻t以降は、エンジン回転数の増大に伴って、アップシフトが実行される。
1…前輪、 2…後輪(駆動輪)、 3…エンジン、 4…無段変速機、 6…コントローラ(ECU)、 7…アクセルセンサ、 8…ブレーキセンサ(ブレーキスイッチ)、 9…エンジン回転数センサ、 10…アウトプット回転数センサ、 11…車速センサ、 Ve…車両。

Claims (3)

  1. 駆動力源の出力を駆動軸側へ伝達する無段変速機を備え、運転者のアクセル操作によりアクセル開度が急増させられるキックダウン操作を検出し、前記アクセル開度に基づく要求駆動力を実現するように前記出力および前記無段変速機の変速比を制御する車両の制御装置において、
    前記出力および前記変速比を制御するコントローラを備え、
    前記コントローラは、
    前記キックダウン操作が検出された場合は、前記キックダウン操作により設定された前記アクセル開度に基づく前記要求駆動力へ前記車両の実駆動力を増大させる際に、前記実駆動力の増大を一時的に抑制することにより前記車両の加速度の上昇を一時的に停滞させる駆動力段差を生成するように、前記出力および前記変速比を制御するとともに、
    所定段目の前記駆動力段差における前記加速度の停滞が開始される時点の停滞加速度が大きいほど、前記所定段目の前記駆動力段差における前記加速度の停滞が継続される停滞時間が長くなるように、前記所定段目の前記駆動力段差を生成する
    とを特徴とする車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    記キックダウン操作による前記要求駆動力に基づいて、複数設定された前記駆動力段差のパターンの中から、前記キックダウン操作時の前記実駆動力が前記要求駆動力へ到達するまでの総変速時間が短い前記パターンを選択して前記駆動力段差を生成する
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  3. 請求項1または2に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    少なくとも2段の前記駆動力段差を生成する場合に、
    1段目の前記駆動力段差において前記加速度の停滞が継続される停滞時間と比較して、2段目以降の前記駆動力段差になるほど、前記2段目以降の前記駆動力段差における前記停滞時間が短くなるように、前記駆動力段差を生成する
    ことを特徴とする車両の制御装置。
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