JP6966971B2 - 自動駐車装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両を自動的に目標駐車位置に駐車させる自動駐車装置に関する。
この種の装置として、従来、自動MT車両に適用された駐車支援装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この特許文献1記載の装置では、駐車支援装置が作動状態である場合に、作動状態でない場合よりも、変速機の摩擦係合要素の係合力を低下させ、これにより駐車支援装置が作動している状態でのクリープ速度を低下させる。
ところで、上記特許文献1記載の自動MT車両とは異なりトルクコンバータを有する車両においては、温度環境等に応じてクリープトルクにばらつきが生じ、クリープトルクを利用して自動駐車走行させる場合の制御性が悪化するおそれがある。
本発明の一態様である自動駐車装置は、内燃機関と、内燃機関から出力されたトルクが入力されるトルクコンバータと、トルクコンバータと車軸との間のトルク伝達経路に設けられ、入力軸を介して入力された回転を変速する変速機と、車両の目標駐車位置への自動駐車を指令する駐車指令部と、車軸に作用するクリープトルクまたはクリープトルクと相関関係を有する物理量を検出する検出部と、駐車指令部により自動駐車が指令されたとき、検出部の検出値に基づいてクリープトルク低減制御の要否を判定する判定部と、判定部の判定結果に応じて変速機を制御する制御部と、を備える。変速機は、互いに係合または解放する一対の係合要素を有する係合機構を有して、入力軸を介して入力されたトルクを、係合機構を介して出力し、制御部は、判定部によりクリープトルク低減制御が不要と判定されると、一対の係合要素が一体に回転するように一対の係合要素の係合力を第1係合力に制御するとともに、変速機の変速段を第1変速段に制御し、判定部によりクリープトルク低減制御が必要と判定されると、少なくとも一対の係合要素の係合力を第1係合力よりも小さい第2係合力に制御する、または変速機の変速段を第1変速段よりも変速比の小さい第2変速段に制御する。
本発明によれば、温度環境等に応じたクリープトルクのばらつきを抑えることができ、自動駐車走行時の制御性を向上させることができる。
以下、図1〜図9を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る自動駐車装置は、自動運転機能を有する車両(自動運転車両)に適用される。そこで、以下ではまず、自動運転車両の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る自動駐車装置が適用される自動運転車両100(単に車両と呼ぶ場合もある)の走行駆動系の概略構成を示す図である。車両100は、ドライバによる運転操作が不要な自動運転モードでの走行だけでなく、ドライバの運転操作による手動運転モードでの走行も可能である。
図1に示すように、車両100は、エンジン1と、トルクコンバータ2と、変速機3とを有する。
エンジン1は、スロットルバルブ11を介して供給される吸入空気とインジェクタ12から噴射される燃料とを適宜な割合で混合し、点火プラグ等により点火して燃焼させ、これにより回転動力を発生する内燃機関(例えばガソリンエンジン)である。なお、ガソリンエンジンに代えてディーゼルエンジン等、各種エンジンを用いることもできる。吸入空気量はスロットルバルブ11により調節され、スロットルバルブ11の開度は、電気信号により作動するスロットル用アクチュエータの駆動によって変更される。スロットルバルブ11の開度およびインジェクタ12からの燃料の噴射量(噴射時期、噴射時間)はコントローラ40(図4)により制御される。
エンジン1から出力されたトルクは、トルクコンバータ2に入力される。トルクコンバータ2ではトルクが増幅され、トルクコンバータ2から出力されたトルクは、変速機3に入力される。変速機3は、トルクコンバータ2と車軸4との間の動力伝達径路に設けられ、トルクコンバータ2から入力された回転を変速し、かつトルクコンバータ2から入力されたトルクを変換して出力する。変速機3から出力されたトルクは、車軸4を介して駆動輪5に伝達され、これにより車両100が走行する。なお、エンジン1に加えて走行駆動源としての走行用モータを設け、ハイブリッド自動車として車両100を構成することもできる。
変速機3は、例えば複数の変速段に応じて変速比を段階的に変更可能な有段変速機である。なお、変速比を無段階に変更可能な無段変速機を、変速機3として用いることもできる。変速機3は、摩擦クラッチなどの係合機構6を備える。油圧制御装置7は、電気信号により作動する制御弁7a(電磁弁や電磁比例弁など)を含み、制御弁7aの作動に応じて油圧制御装置7が係合機構6への油の流れを制御することにより、変速機3の変速段を変更することができる。
図2は、変速機3の具体例を示すスケルトン図である。図2の変速機3は、前進10段後進1段の有段変速機であり、係合機構6として湿式または乾式の複数のクラッチ機構C1〜C3およびブレーキ機構B1〜B3を有する。図2には、トルクコンバータ2の具体的構成も併せて示す。
図2に示すように、トルクコンバータ2は、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)1aに接続されたポンプインペラ21と、変速機3の入力軸3aに接続されたタービンランナ22と、ポンプインペラ21とタービンランナ22との間に配置されたステータ23と、係合状態でエンジン1の出力軸1aと変速機3の入力軸3aとを直結するロックアップクラッチ24とを有する。
ロックアップクラッチ24が解除された状態で、エンジン1の出力軸1aの回転によりポンプインペラ21が回転されると、ポンプインペラ21から押し出された作動油がタービンランナ22に流入し、タービンランナ22を駆動した後、ステータ23を通過してポンプインペラ21に還流する。これにより出力軸1aの回転が減速かつトルクが増幅され、変速機3の入力軸3aに入力される。なお、ロックアップクラッチ24が係合された状態では、エンジン1のトルクがロックアップクラッチ24を介して変速機3に入力される。
変速機3は、車速と要求駆動力とに応じて変速段が自動的に切り換わる自動変速機である。入力軸3aの回転は変速機3で変速され、出力軸3bを介して出力される。変速機3は、第1〜第4の遊星歯車機構P1〜P4と、第1〜第3のクラッチ機構C1〜C3と、第1〜第3のブレーキ機構B1〜B3と、ツーウェイクラッチTWCとを有する。第1〜第4の遊星歯車機構P1〜P4は、いずれもシングルピニオン型であり、それぞれサンギヤ1S〜4Sと、リングギヤ1R〜4Rと、キャリア1C〜4Cとを有する。
第1の遊星歯車機構P1のキャリア1Cは、第2の遊星歯車機構P2のキャリア2Cに連結され、両者は一体に回転する。第2の遊星歯車機構P2のサンギヤ2Sは、第3の遊星歯車機構P3のリングギヤ3Rに連結され、両者は一体に回転する。第1の遊星歯車機構P1のリングギヤ1Rは、第3の遊星歯車機構P3のキャリア3Cに連結されるとともに、第4の遊星歯車機構P4のキャリア4Cに連結され、これらは一体に回転する。出力軸3bは、第2の遊星歯車機構P2のリングギヤ2Rと一体に設けられる。入力軸3aは、第3の遊星歯車機構P3のサンギヤ3Sに連結され、両者は一体に回転する。
第1のクラッチ機構C1は、入力軸3aと第1の遊星歯車機構P1のキャリア1Cとを係合および解放可能に設けられる。第1のクラッチ機構C1が係合すると、入力軸3aとキャリア1Cとが一体に回転し、第1のクラッチ機構C1が解放すると、入力軸3aに対しキャリア1Cが相対回転可能となる。
第2のクラッチ機構C2は、第3の遊星歯車機構P3のリングギヤ3Rと第4の遊星歯車機構P4のサンギヤ4Sとを係合および解放可能に設けられる。第2のクラッチ機構C2が係合すると、リングギヤ3Rとサンギヤ4Sとが一体に回転し、第2のクラッチ機構C2が解放すると、リングギヤ3Rに対しサンギヤ4Sが相対回転可能となる。
第3のクラッチ機構C3は、入力軸3aと第4の遊星歯車機構P4のリングギヤ4Rとを係合および解放可能に設けられる。第3のクラッチ機構C3が係合すると、入力軸3aとリングギヤ4Rとが一体に回転し、第3のクラッチ機構C3が解放すると、入力軸3aに対しリングギヤ4Rが相対回転可能となる。
第1のブレーキ機構B1は、第1の遊星歯車機構P1のサンギヤ1Sを変速機ケースに係合および解放可能に設けられる。第1のブレーキ機構B1が係合すると、サンギヤ1Sが回転不能となり、第1のブレーキ機構B1が解放すると、サンギヤ1Sが回転可能となる。
第2のブレーキ機構B2は、第2のクラッチ機構C2に連結されるとともに、第4の遊星歯車機構P4のサンギヤ4Sを変速機ケースに係合および解放可能に設けられる。第2のブレーキ機構B2が係合すると、サンギヤ4Sが回転不能となり、第2のブレーキ機構B2が解放すると、サンギヤ4Sが回転可能となる。
第3のブレーキ機構B3は、第3のクラッチ機構C3に連結されるとともに、第4の遊星歯車機構P4のリングギヤ4Rを変速機ケースに係合および解放可能に設けられる。第3のブレーキ機構B3が係合すると、リングギヤ4Rが回転不能となり、第3のブレーキ機構B3が解放すると、リングギヤ4Rが回転可能となる。
第1〜第3のクラッチ機構C1〜C3および第1〜第3のブレーキ機構B1〜B3は、それぞれ図1の係合機構6を構成し、油圧制御装置7により係合動作が制御される。より具体的には、クラッチ機構C1〜C3およびブレーキ機構B1〜B3は、それぞれ互いに相対回転可能な一対の摩擦係合要素を有する。摩擦係合要素はピストンに連結され、ピストンが油圧力により押動されることで、一対の摩擦係合要素が互いに当接して係合される。ピストンに作用する油圧力は、油圧制御装置7の制御弁7aの作動により調整され、これにより各係合機構C1〜C3,B1〜B3の一対の摩擦係合要素の係合力を調整することができる。係合力の調整により、一対の摩擦係合要素を互いに滑らせながら回転させることができ、クラッチ機構C1〜C3およびブレーキ機構B1〜B3を半クラッチ状態とすることができる。
ツーウェイクラッチTWCは、ロック状態とアンロック状態とに切換可能である。ツーウェイクラッチTWCは、ロック状態に切り換わると、第1の遊星歯車機構P1のキャリア1Cおよび第2の遊星歯車機構P2のキャリア2Cの回転を阻止し、アンロック状態に切り換わると、キャリア1Cおよび2Cの一方向への回転を可能とする。ツーウェイクラッチTWCは、例えば電磁アクチュエータによりロック状態とアンロック状態とに切り換えることができる。
クラッチ機構C1〜C3、ブレーキ機構B1〜B3およびツーウェイクラッチTWCの作動は、コントローラ(図4)からの指令により制御される。コントローラは、車速と要求駆動力とに基づいて、予め定められた変速線図に従い目標速度段を決定する。そして、変速機3の変速段が目標変速段となるように油圧制御装置7の制御弁7aに制御信号を出力し、クラッチ機構C1〜C3およびブレーキ機構B1〜B3の係合、解放を切り換えるとともに、電磁アクチュエータに制御信号を出力し、ツーウェイクラッチTWCのロック、アンロックを切り換える。
図3は、変速機3の各変速段に対応するクラッチ機構C1〜C3、ブレーキ機構B1〜B3およびツーウェイクラッチTWCの係合状態を表形式で示す図である。図中、○印は、係合状態またはロック状態を、無印は、解放状態またはアンロック状態を示す。図3に示すように、例えば1速段(LOW)では、第1のブレーキ機構B1および第2のブレーキ機構B2のみが係合され、ツーウェイクラッチTWCはロック状態とされる。2速段(2nd)では、第2のクラッチ機構C2、第1のブレーキ機構B1および第2のブレーキ機構B2のみが係合され、ツーウェイクラッチTWCはアンロック状態とされる。後進段(RVS)では、第3のクラッチ機構C3および第2のブレーキ機構B2のみが係合され、ツーウェイクラッチTWCはロック状態とされる。
次に、図1の自動運転車両100を制御する車両制御システムについて説明する。図4は、自動運転車両100を制御する車両制御システム101の全体構成を概略的に示すブロック図である。図4に示すように、車両制御システム101は、コントローラ40と、コントローラ40にそれぞれ電気的に接続された外部センサ群31と、内部センサ群32と、入出力装置33と、GPS受信機34と、地図データベース35と、ナビゲーション装置36と、通信ユニット37と、アクチュエータACとを主に有する。
外部センサ群31は、車両100の周辺情報である外部状況を検出する複数のセンサの総称である。例えば外部センサ群31には、車両100の全方位の照射光に対する散乱光を測定して車両100から周辺の障害物までの距離を測定するライダ、電磁波を照射し反射波を検出することで車両100の周辺の他車両や障害物等を検出するレーダ、車両100に搭載され、CCDやCMOS等の撮像素子を有して車両100の周辺(前方、後方および側方)を撮像するカメラなどが含まれる。
内部センサ群32は、車両100の走行状態を検出する複数のセンサの総称である。例えば内部センサ群32には、車両100の車速を検出する車速センサ、車両100の前後方向の加速度および左右方向の加速度(横加速度)をそれぞれ検出する加速度センサ、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ、車両100の重心の鉛直軸回りの回転角速度を検出するヨーレートセンサ、スロットルバルブ11の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサなどが含まれる。手動運転モードでのドライバの運転操作、例えばアクセルペダルの操作、ブレーキペダルの操作、ステアリングの操作等を検出するセンサも内部センサ群32に含まれる。
入出力装置33は、ドライバから指令が入力されたり、ドライバに対し情報が出力されたりする装置の総称である。例えば入出力装置33には、操作部材の操作によりドライバが各種指令を入力する各種スイッチ、ドライバが音声で指令を入力するマイク、ドライバに表示画像を介して情報を提供する表示部、ドライバに音声で情報を提供するスピーカなどが含まれる。各種スイッチには、自動運転モードおよび手動運転モードのいずれかを指令する手動自動切換スイッチが含まれる。
手動自動切換スイッチは、例えばドライバが手動操作可能なスイッチとして構成され、スイッチ操作に応じて、自動運転機能を有効化した自動運転モードまたは自動運転機能を無効化した手動運転モードへの切換指令を出力する。手動自動切換スイッチの操作によらず、所定の走行条件が成立したときに、手動運転モードから自動運転モードへの切換、あるいは自動運転モードから手動運転モードへの切換が指令されるようにしてもよい。すなわち、手動自動切換スイッチが自動的に切り換わることで、モード切換が手動ではなく自動で行われるようにしてもよい。
GPS受信機(GPSセンサ)34は、複数のGPS衛星からの測位信号を受信し、これにより車両100の絶対位置(緯度、経度など)を測定する。
地図データベース35は、ナビゲーション装置36に用いられる一般的な地図情報を記憶する装置であり、例えばハードディスクにより構成される。地図情報には、道路の位置情報、道路形状(曲率など)の情報、交差点や分岐点の位置情報が含まれる。なお、地図データベース35に記憶される地図情報は、コントローラ40の記憶部42に記憶される高精度な地図情報とは異なる。
ナビゲーション装置36は、ドライバにより入力された目的地までの道路上の目標経路を探索するとともに、目標経路に沿った案内を行う装置である。目的地の入力および目標経路に沿った案内は、入出力装置33を介して行われる。目標経路は、GPS受信機34により測定された自車両の現在位置と、地図データベース35に記憶された地図情報とに基づいて演算される。
通信ユニット37は、インターネット回線などの無線通信網を含むネットワークを介して図示しない各種サーバと通信し、地図情報および交通情報などを定期的に、あるいは任意のタイミングでサーバから取得する。取得した地図情報は、地図データベース35や記憶部42に出力され、地図情報が更新される。取得した交通情報には、渋滞情報や、信号が赤から青に変わるまでの残り時間等の信号情報が含まれる。
アクチュエータACは、車両100の走行用のアクチュエータである。アクチュエータACには、エンジン1のスロットルバルブ11の開度(スロットル開度)を調整するスロットル用アクチュエータ、変速機3の係合機構6への圧油の流れを制御して変速機3の変速段を変更する変速用アクチュエータ、制動装置を作動するブレーキ用アクチュエータ、およびステアリング装置を駆動する操舵用アクチュエータなどが含まれる。なお、変速用アクチュエータには、電気信号により駆動される油圧制御装置7の制御弁7a(図1)が含まれる。
コントローラ40は、電子制御ユニット(ECU)により構成される。なお、エンジン制御用ECU、変速機制御用ECU等、機能の異なる複数のECUを別々に設けることができるが、図2では、便宜上、これらECUの集合としてコントローラ40が示される。コントローラ40は、CPU等の演算部41と、ROM,RAM,ハードディスク等の記憶部42と、図示しないその他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。
記憶部42には、車線の中央位置の情報や車線位置の境界の情報等を含む高精度の詳細な地図情報が記憶される。より具体的には、地図情報として、道路情報、交通規制情報、住所情報、施設情報、電話番号情報、駐車場情報等が記憶される。道路情報には、高速道路、有料道路、国道などの道路の種別を表す情報、道路の車線数、各車線の幅員、道路の勾配、道路の3次元座標位置、車線のカーブの曲率、車線の合流ポイントおよび分岐ポイントの位置、道路標識等の情報が含まれる。交通規制情報には、工事等により車線の走行が制限または通行止めとされている情報などが含まれる。記憶部42には、変速動作の基準となるシフトマップ(変速線図)、各種制御のプログラム、プログラムで用いられる閾値等の情報も記憶される。
演算部41は、機能的構成として、自車位置認識部43と、外界認識部44と、行動計画生成部45と、走行制御部46とを有する。
自車位置認識部43は、GPS受信機34で受信した車両100の位置情報および地図データベース35の地図情報に基づいて、地図上の車両100の位置(自車位置)を認識する。記憶部42に記憶された地図情報(建物の形状などの情報)と、外部センサ群31が検出した車両100の周辺情報とを用いて自車位置を認識してもよく、これにより自車位置を高精度に認識することができる。なお、道路上や道路脇の外部に設置されたセンサで自車位置を測定可能であるとき、そのセンサと通信ユニット37を介して通信することにより、自車位置を高精度に認識することもできる。
外界認識部44は、ライダ、レーダ、カメラ等の外部センサ群31からの信号に基づいて車両100の周囲の外部状況を認識する。例えば車両100の周辺を走行する周辺車両(前方車両や後方車両)の位置や速度や加速度、車両100の周囲に停車または駐車している周辺車両の位置、および他の物体の位置や状態などを認識する。他の物体には、標識、信号機、道路の境界線や停止線、建物、ガードレール、電柱、看板、歩行者、自転車等が含まれる。他の物体の状態には、信号機の色(赤、青、黄)、歩行者や自転車の移動速度や向きなどが含まれる。
行動計画生成部45は、例えばナビゲーション装置36で演算された目標経路と、自車位置認識部43で認識された自車位置と、外界認識部44で認識された外部状況とに基づいて、現時点から所定時間先までの車両100の走行軌道(目標軌道)を生成する。目標経路上に目標軌道の候補となる複数の軌道が存在するときには、行動計画生成部45は、その中から法令を順守し、かつ効率よく安全に走行する等の基準を満たす最適な軌道を選択し、選択した軌道を目標軌道とする。そして、行動計画生成部45は、生成した目標軌道に応じた行動計画を生成する。
行動計画には、現時点から所定時間T(例えば5秒)先までの間に単位時間Δt(例えば0.1秒)毎に設定される走行計画データ、すなわち単位時間Δt毎の時刻に対応付けて設定される走行計画データが含まれる。走行計画データは、単位時間Δt毎の車両100の位置データと車両状態のデータとを含む。位置データは、例えば道路上の2次元座標位置を示す目標点のデータであり、車両状態のデータは、車速を表す車速データと車両100の向きを表す方向データなどである。走行計画は単位時間Δt毎に更新される。
行動計画生成部45は、現時点から所定時間T先までの単位時間Δt毎の位置データを時刻順に接続することにより、目標軌道を生成する。このとき、目標軌道上の単位時間Δt毎の各目標点の車速(目標車速)に基づいて、単位時間Δt毎の加速度(目標加速度)を算出する。すなわち、行動計画生成部45は、目標車速と目標加速度とを算出する。なお、目標加速度を走行制御部46で算出するようにしてもよい。目標加速度を達成するための駆動力が要求駆動力に相当する。
走行制御部46は、自動運転モードにおいて、行動計画生成部45で生成された目標軌道に沿って車両100が目標車速および目標加速度で走行するようにアクチュエータACを制御する。すなわち、単位時間Δt毎の目標点を車両100が通過するように、スロットル用アクチュエータ、変速用アクチュエータ、ブレーキ用アクチュエータ、および操舵用アクチュエータなどをそれぞれ制御する。
このような制御とは別に、コントローラ40は、エンジン1の温度等に応じてエンジン1のアイドル回転数を増加する制御を行う。例えば冷機状態からエンジン1を始動した直後等、エンジン温度が低い状態では、エンジン1の回転保持や暖機のために、エンジン回転数を通常(暖機後)のアイドル回転数よりも高い回転数に設定する。また、エンジン1の出力軸にはオイルポンプの入力軸が連結されており、吐出油の温度(油温)が高い状態ではオイルポンプの必要な吐出量が増加する。このため、油温が高いときは油温が通常温度であるときよりも、エンジン1のアイドル回転数を高い回転数に設定する。
以上の車両制御システム101には、目的地として駐車場が設定され、車両100を目標駐車位置に自動駐車するための構成、すなわち本実施形態に係る自動駐車装置の制御構成も含まれる。図5は、本実施形態に係る自動駐車装置による車両100の走行動作の一例を示す平面図である。図5には、道路110を走行している車両100が、自動駐車モードにおいて、道路110に面した駐車場111に横向き(車線に対し直交した向き)に駐車する例が示される。すなわち、車両100が自動運転により駐車場111(目標駐車位置)まで移動する例が示される。
より詳細には、車両100は、矢印A1に示すように一旦、道路110上の駐車場111の前方を通過し、GPS受信機34による位置情報と車載カメラからの画像信号とに基づき駐車場111の位置を認識すると、自動運転モードを開始する。自動運転モードでは、矢印A2に示すように、後進走行により駐車場111に進入する。なお、車両100を一旦前進走行させた後に再度後進走行させる等、自動運転モードで切り返しを行うようにしてもよい。車両100をリヤ側から駐車させるのではなく、フロント側から駐車させてもよい。
ところで、車両100が例えば舗装された平坦路で駐車走行する場合、要求駆動力は低い。したがって、例えばエンジン回転数がアイドル回転数のときに出力される駆動力、すなわちアクセル開度が0のときのクリープトルクを高頻度で用いながら、低速走行にて自動駐車運転が行われる。なお、自動駐車運転時の要求駆動力は、道路の状態や勾配、乗員の人数等に応じて変化する。この要求駆動力は、例えば行動計画生成部45により算出される。
クリープトルクTcは、エンジン回転数Ne、トルコンポンプ容量係数τ、トルコントルク比κ、変速機3のギヤ比iを用いて、一般に次式(I)で求められる。
Tc=Ne2・τ・κ・i ・・・(I)
Tc=Ne2・τ・κ・i ・・・(I)
上式(I)より、エンジン回転数(アイドル回転数)Neが増加すると、クリープトルクTcが増加する。上述したようにアイドル回転数はエンジン温度等に応じて変化するため、低温時にはアイドル回転数が高くなり、クリープトルクTcが増大する。その結果、クリープトルクTcが駐車走行時の要求駆動力を上回り、駐車走行時の制御性およびロバスト性が損なわれる。そこで、本実施形態では、低温等の温度条件下であっても、制御性やロバスト性を損なうことなく車両100を適切に駐車走行させることができるようにするため、以下のように自動駐車装置を構成する。
図6は、本実施形態に係る自動駐車装置50の主要な構成を示すブロック図である。なお、自動駐車装置50は、自動運駐車モードで車両100を駐車場111まで移動させるための装置であり、図2の車両制御システム101の一部を構成する。図6に示すように、自動駐車装置50は、コントローラ40と、コントローラ40にそれぞれ接続された回転数センサ32aと、温度センサ32bと、温度センサ32cと、制御弁7aとを有する。
回転数センサ32aは、エンジン1の回転数を検出する。温度センサ32bは、エンジン1の温度を検出する。例えば、エンジン1の潤滑オイルの温度やエンジン1のウォータージャケットを流れる冷却水の温度等を、エンジン温度として検出する。温度センサ32cは、オイルポンプにより吐出される変速機用の作動油の温度を検出する。これらセンサ32a〜32cは、図4の内部センサ群32の一部を構成する。
コントローラ40は、機能的構成として、駐車指令部51と、制御要否判定部52と、変速段設定部53と、変速機制御部54とを有する。駐車指令部51と、制御要否判定部52と、変速段設定部53とは、例えば図4の行動計画生成部45の一部を構成し、変速機制御部54は、図4の走行制御部46の一部を構成する。
駐車指令部51は、車両100を目標駐車位置へ自動駐車するような自動駐車モードでの走行開始を指令する。この指令は、例えばGPS受信機34により測定された車両100の位置情報と、車両100の周囲を撮影するカメラ(外部センサ群31)の画像信号とに基づいて、車両100(コントローラ40)が目標駐車位置を認識したときに出力される。
制御要否判定部52は、駐車指令部51により自動駐車モードでの走行開始が指令された後、車軸4に作用するクリープトルクを低減するような制御(クリープトルク低減制御)を行うか否かを判定する。この判定は、例えばクリープトルクが要求駆動力よりも大きいか否かの判定であり、クリープトルクが要求駆動力よりも大きいときに、クリープトルク低減制御を行う必要があると判定する。具体的には、回転数センサ32aにより検出されたエンジン回転数Neが所定値Ne1以上であるとき、または、温度センサ32bにより検出されたエンジン温度Teが所定値Te1以下であるとき、または、温度センサ32cにより検出された油温Toが所定値To1以上であるとき、クリープトルク低減制御を行う必要があると判定する。
所定値Ne1,Te1,To1は、固定値としてもよいが、要求駆動力に応じた可変値としてもよい。すなわち、要求駆動力が大きい場合には、クリープトルクを低くする必要がないため、例えば要求駆動力が大きいほど所定値Neは大きく、Te1は低く、Toは高く設定してもよい。なお、所定値Te1と所定値To1との間には、例えばTe1<To1の関係がある。
変速段設定部53は、制御要否判定部52によりクリープトルク低減制御を行う必要があると判定されると、クリープトルク低減制御に適した変速機3の目標変速段を設定する。図7は、予め記憶部42(図4)に記憶されたエンジン回転数NeとクリープトルクTcとの関係を示す図である。図中の特性f1〜f3は、それぞれ1速段、2速段、3速段での特性である。上式(I)より、クリープトルクTcはエンジン回転数Neの2乗とギヤ比iとに比例するため、図7に示すように、クリープトルクTcはエンジン回転数Neの増加に伴い増大し、かつ、ロー側の変速段ほどクリープトルクTcは大きい。
変速段設定部53は、前進走行時における、回転数センサ32aにより検出されたエンジン回転数Neと、要求駆動力(要求クリープトルクTc)とにより定まる動作点を特定し、この動作点を満たす最もハイ側の変速段を目標変速段として設定する。例えば図7で、エンジン回転数がNea、要求クリープトルクがTcaであるときの動作点Paを満たす変速段は1速段と2速段であり、このうち、ハイ側の2速段を目標変速段として設定する。なお、後進走行時の変速段は固定であり、変速段設定部53は、後進走行時には、エンジン回転数に拘らず固定の変速段を目標変速段として設定する。
さらに、変速段設定部53は、クラッチ機構C1〜C3およびブレーキ機構B1〜B3の一対の摩擦係合要素の必要係合力、すなわち動作点Paを満足するために必要な係合力を算出する。例えば目標変速段が2速段であるとき、図3の係合表よりクラッチ機構C2とブレーキ機構B1,B2とが係合されるが、このときの係合機構C2,B1,B2の必要係合力を算出する。係合力が大きいと、係合機構は一対の摩擦係合要素が一体に回転する係合状態となり、係合力が小さいと、係合機構は一対の摩擦係合要素の間に滑りが生じる半クラ状態となる。係合機構を半クラ状態に制御(スリップ制御と呼ぶ)とすることで、例えば図7に示すエンジン回転数Neaでの2速段の動作点Pb、つまり係合機構C2,B1,B2が全て係合状態であるときの動作点Pbを、Paまで低減することができる。すなわち、スリップ制御によりトルクコンバータ2の速度比が上昇するため、上式(I)のトルコンポンプ容量係数τとトルコントルク比κとが減少し、これによりクリープトルクTcを低減することができる。
なお、図7の斜線の領域AR1〜AR3は、クリープトルクを要求クリープトルクTcaまで低減するための係合機構の半クラ状態の領域である。すなわち、領域AR1は、1速段における係合機構の半クラ状態の領域であり、領域AR2は、2速段における係合機構の半クラ状態の領域であり、領域AR3は、3速段における係合機構の半クラ状態の領域である。
変速段設定部53は、目標速度段において要求クリープトルクTcaを得るために、係合機構が係合状態であるとき(特性f1〜f3上)のクリープトルクと要求クリープトルクTcaとの差(例えば動作点PaとPbの差)に応じて必要係合力を算出する。例えば、この差が大きいほど小さくなるように必要系合力を算出する。
なお、目標変速段を実現するために複数の係合機構を係合する必要があるとき、いずれかの係合機構のみを半クラ状態にすれば、要求クリープトルクTcaを得ることができる。例えば2速段では、クラッチ機構C2とブレーキ機構B1,B2のいずれか1つ(例えばクラッチ機構C2)を半クラ状態にし、残り(例えばブレーキ機構B1,B2)を係合状態にすることで、要求クリープトルクTcaを得ることができる。したがって、変速段設定部53は、半クラ状態とするための必要係合力と、係合状態とするための必要係合力とを、目標変速段毎にそれぞれ算出してもよい。
変速機制御部54は、制御弁7aに制御信号を出力し、ブレーキ機構B1〜B3やクラッチ機構C1〜C3の係合動作を制御して、変速段設定部53により設定された目標変速段に変速段を切り換える。このとき、変速機制御部54は、各係合機構における一対の摩擦係合要素の係合力が変速段設定部53により算出された必要係合力となるように、各係合機構のピストンに作用する油圧力を調整する。さらに変速機制御部54は、目標変速段に応じて電磁アクチュエータに制御信号を出力し、ツーウェイクラッチTWCを制御する。
図8は、予め記憶されたプログラムに従い、図6のコントローラ40(CPU)で実行される処理の一例、特に変速機3の制御に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば自動駐車モードが指令されると開始される。すなわち、駐車場111(図5)が自動運転モードの目的地として設定された後、車載カメラ等からの信号に基づいて目標駐車位置が認識されると開始され、自動駐車運転が継続される限り、所定周期で繰り返される。
まず、ステップS1で、回転数センサ32aと温度センサ32b,32cとからの信号を読み込む。次いで、ステップS2で、回転数センサ32aにより検出されたエンジン回転数Neが所定値Ne1以上であるか否かを判定する。ステップS2で否定されるとステップS3に進み、温度センサ32bにより検出されたエンジン温度Teが所定値Te1以下であるか否かを判定する。ステップS3で否定されるとステップS4に進み、温度センサ32cにより検出された油温Toが所定値To1以上であるか否かを判定する。
ステップS4が否定されるとステップS5に進み、変速機3に対する通常制御を実行する。通常制御においては、車両100の前進時に所定段(例えば1速段)に切り換わり、後進時に後進段に切り換わるように、制御弁7aに制御信号を出力して係合機構(クラッチ機構C1〜C3、ブレーキ機構B1〜B3)の係合動作を制御する。この場合、いずれの係合機構も半クラ状態とすることなく、図3に従い所定の係合機構を係合状態とする。このとき、係合状態とされる一対の摩擦係合要素の係合力は、第1係合力F1に制御される。なお、ステップS5では、電磁アクチュエータにも制御信号を出力し、図3に従いツーウェイクラッチTWCのロック状態も制御する。
一方、ステップS2、ステップS3、ステップS4のいずれかで肯定されるとステップS6に進み、変速機3に対するクリープトルク低減制御を実行する。クリープトルク低減制御においては、まず、車両100が前進走行するか後進走行するかを判定する。前進走行のときは、回転数センサ32aにより検出されたエンジン回転数Neと、行動計画生成部45により算出された要求駆動力(要求クリープ力Tc)とにより定まる動作点を特定するとともに、図7の特性f1〜f3に基づいて、動作点を満足する最もハイ側の目標変速段を設定する。
さらに、動作点と目標変速段の特性f1〜f3との乖離の程度に応じて、目標変速段に対応する係合機構の必要係合力を算出する。そして、制御弁7aに制御信号を出力し、目標変速段に対応する係合機構を係合動作させて、変速段を目標変速段に制御する。このとき、一対の摩擦係合要素の係合力を、算出した必要係合力に制御し、動作点と目標変速段の特性f1〜f3とが乖離している場合には、対応する係合機構のいずれか1つまたは全てを半クラ状態とする(スリップ制御)。半クラ状態とされる一対の摩擦係合要素の係合力は、第1係合力F1よりも小さい第2係合力F2に制御される。これにより、自動駐車モードでの前進走行時に、要求駆動力に相当する実駆動力が得られる。
一方、後進走行のときは、目標変速段として後進段を設定するとともに、エンジン回転数Neと要求駆動力とにより定まる動作点を特定し、前進走行のときと同様、動作点と後進段の特性(不図示)との乖離の程度に応じて、後進段に対応する係合機構の必要係合力を算出する。そして、制御弁7aに制御信号を出力し、後進段に対応する係合機構を係合動作させて、変速段を後進段に制御する。このとき、一対の摩擦係合要素の係合力を、算出した必要係合力に制御し、動作点と後進段の特性とが乖離している場合には、対応する係合機構のいずれか1つまたは全てを半クラ状態とする(スリップ制御)。これにより自動駐車モードでの後進走行時に、要求駆動力に相当する実駆動力が得られる。なお、ステップS6では、ステップS5と同様、電磁アクチュエータにも制御信号を出力し、ツーウェイクラッチTWCのロック状態も制御する。
本実施形態に係る自動駐車装置50の動作をより具体的に説明する。自動駐車モードにおいて、エンジン1の暖機運転後等でエンジン回転数Neが所定値Ne1より低く、かつ、エンジン温度Teが所定値Te1より高く、かつ、油温Toが所定値To1より低いとき、通常制御において変速機3の変速動作が制御される(ステップS5)。このとき、前進走行時には変速機3が例えば1速段に切り換えられ、後進走行時には後進段に切り換えられる。この状況では、クリープトルクが低いため、要求駆動力とクリープトルクとが等しくまたはほぼ等しくなり、クリープトルクを利用して車両100を容易に駐車走行させることができる。
一方、低温環境で自動駐車運転する場合等で、エンジン回転数Neが所定値Ne1以上、または、エンジン温度Teが所定値Te1以下、または、油温Toが所定値To1以上のとき、クリープトルク低減制御において変速機3の変速動作が制御される(ステップS6)。このとき、前進走行時には、変速機3が例えば2速段に切り換えられるとともに、図3に示すように2速段で係合されるブレーキ機構B1,B2とクラッチ機構C2のうち、例えばクラッチ機構C2が半クラ状態に制御される。
図9は、アクセル開度AP(自動運転では正確には擬似的アクセル開度)と駆動力Fとの関係である駆動力特性の一例を模式的に示す図である。特性f10は、例えば低温環境の下での1速段の駆動力特性であり、特性f20はクリープトルク低減制御により得られる駆動力特性である。特性f20は、特性f10よりもハイギヤ側(2速段)の駆動力特性であるため、特性f10よりもアクセル開度APに対する駆動力Fの増加の割合(特性の傾き)が小さい。これによりアクセル開度APに応じて駆動力Fを細かく調整することが可能であり、制御性が向上する。また、特性f20では、クラッチ機構C2を半クラ状態に制御しており、アクセル開度APが0のときのクリープトルクが減少している。これにより、低温環境等であっても、クリープトルクを利用して車両100を容易に駐車走行させることができる。すなわち、要求駆動力が特性f10のクリープトルクよりも低い場合に、その要求駆動力に対応した駆動力Fを容易に得ることができる。なお、クラッチ機構C2の係合力を調整することで、半クラ状態の程度を変更することができ、例えば図9の点線に示すように、アクセル開度が0のとき、駆動力Fを0にすることもできる。
後進走行時には、クリープトルク低減制御において、変速段3が後進段に切り換えられるとともに、図3に示すように後進段で係合されるブレーキ機構B2とクラッチ機構C3のうち、例えばクラッチ機構C3が半クラ状態に制御される。これにより図9の特性f20と同様に、駆動力特性を低駆動力側にずらすことができ、クリープトルクを利用して容易に駐車走行させることができる。
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)本実施形態に係る自動駐車装置50は、エンジン1と、エンジン1から出力されたトルクが入力されるトルクコンバータ2と、トルクコンバータ2と車軸4との間のトルク伝達経路に設けられ、入力軸1aを介して入力された回転を変速する変速機3と、車両100の目標駐車位置への自動駐車を指令する駐車指令部51と、車軸4に作用するクリープトルクTcと相関関係を有するエンジン回転数Ne、エンジン温度Teおよび油温Toをそれぞれ検出するセンサ32a〜32cと、駐車指令部51により自動駐車が指令されたとき、センサ32a〜32cの検出値に基づいてクリープトルク低減制御の要否を判定する制御要否判定部52と、制御要否判定部52の判定結果に応じて変速機3を制御する変速機制御部54とを備える(図1,6)。変速機3は、互いに係合または解放する一対の摩擦係合要素を有する係合機構(クラッチ機構C1〜C3、ブレーキ機構B1〜B3)を有し、入力軸1aを介して入力されたトルクを、係合機構を介して出力し、変速機制御部54は、制御要否判定部52によりクリープトルク低減制御が不要と判定されると、一対の摩擦係合要素が一体に回転するように一対の係合要素の係合力を第1係合力F1に制御するとともに、変速機3の変速段を所定変速段(例えば1速段)に制御し、制御要否判定部52によりクリープトルク低減制御が必要と判定されると、一対の摩擦係合要素の係合力を第1係合力F1よりも小さい第2係合力F2に制御(スリップ制御)する、または、変速機3の変速段を上記所定変速段よりも変速比の小さい変速段(例えば2速段)に制御(アップシフト)する。あるいはスリップ制御とアップシフトを同時に行う。
(1)本実施形態に係る自動駐車装置50は、エンジン1と、エンジン1から出力されたトルクが入力されるトルクコンバータ2と、トルクコンバータ2と車軸4との間のトルク伝達経路に設けられ、入力軸1aを介して入力された回転を変速する変速機3と、車両100の目標駐車位置への自動駐車を指令する駐車指令部51と、車軸4に作用するクリープトルクTcと相関関係を有するエンジン回転数Ne、エンジン温度Teおよび油温Toをそれぞれ検出するセンサ32a〜32cと、駐車指令部51により自動駐車が指令されたとき、センサ32a〜32cの検出値に基づいてクリープトルク低減制御の要否を判定する制御要否判定部52と、制御要否判定部52の判定結果に応じて変速機3を制御する変速機制御部54とを備える(図1,6)。変速機3は、互いに係合または解放する一対の摩擦係合要素を有する係合機構(クラッチ機構C1〜C3、ブレーキ機構B1〜B3)を有し、入力軸1aを介して入力されたトルクを、係合機構を介して出力し、変速機制御部54は、制御要否判定部52によりクリープトルク低減制御が不要と判定されると、一対の摩擦係合要素が一体に回転するように一対の係合要素の係合力を第1係合力F1に制御するとともに、変速機3の変速段を所定変速段(例えば1速段)に制御し、制御要否判定部52によりクリープトルク低減制御が必要と判定されると、一対の摩擦係合要素の係合力を第1係合力F1よりも小さい第2係合力F2に制御(スリップ制御)する、または、変速機3の変速段を上記所定変速段よりも変速比の小さい変速段(例えば2速段)に制御(アップシフト)する。あるいはスリップ制御とアップシフトを同時に行う。
このようにクリープトルク低減制御が必要と判定されうと、少なくとも変速機3のアップシフトまたはスリップ制御を行うことにより、トルクコンバータ2を有する車両100のクリープトルクを低減することができ、温度環境等に応じたクリープトルクのばらつきを抑えることができる。その結果、自動駐車モードにおける制御性とロバスト性が向上し、要求駆動力に相当する駆動力で車両100を容易に駐車走行させることができる。なお、手動運転モードでは、アクセルペダルの操作に対する応答性が重視されるため、スリップ制御を行うことが困難であるが、自動運転モード(自動駐車モード)では、スリップ制御を行って変速機3の係合機構を半クラ状態としても問題ない。
(2)制御要否判定部52は、駐車指令部51により自動駐車が指令されたとき、回転数センサ32aにより所定値Ne1以上のエンジン回転数Neが検出されると、クリープトルク低減制御が必要と判定する(図8)。すなわち、上式(I)より、クリープトルクTcはエンジン回転数Neの2乗に比例するため、エンジン回転数Neが所定値Ne1以上のときはクリープトルクTcが高くなるが、この場合にクリープトルク低減制御を実行するようにしたので、自動駐車モードにおける制御性を向上できる。
(3)制御要否判定部52は、駐車指令部51により自動駐車が指令されたとき、温度センサ32bにより所定値Te1以下のエンジン温度Teが検出されると、クリープトルク低減制御が必要と判定する(図8)。これにより、低温時にエンジン1のアイドル回転数が高い状態であっても、クリープトルクTcの増加を抑えることができ、自動駐車モードにおいて安定した走行制御を実現できる。
(4)制御要否判定部52は、駐車指令部51により自動駐車が指令されたとき、温度センサ32cにより所定値To1以上の油温が検出されると、クリープトルク低減制御が必要と判定する(図8)。これにより、高温時でオイルポンプの吐出量を確保するためにエンジン回転数Neを高くした場合に、クリープトルクの増加を抑え、良好な駐車走行が可能である。
上記実施形態は種々の形態に変更することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態(図2)では、クラッチ機構C1〜C3とブレーキ機構B1〜B3とツーウェイクラッチTWCとを有する前進10段後進1段の有段変速機を用いたが、変速機の構成、すなわち変速機の段数や係合機構の個数、配置等はこれに限らない。係合機構が一対の摩擦係合要素を有するものとしたが、係合機構の構成はこれに限らない。摩擦クラッチでなくドグクラッチを有するものであってもよい。
上記実施形態では、自動走行車両100に自動駐車装置50を適用したが、駐車走行のみを自動で行うようにしてもよい。例えば駐車場の前まで手動運転で走行した後、所定の駐車位置に駐車する走行のみを自動で行うようにしてもよい。この場合、車両に自動駐車機能を有効化するスイッチ(自動駐車指令スイッチ)を設け、ドライバが自動駐車指令スイッチを操作すると、自動運転モードの走行を開始するようにしてもよい。したがって、駐車指令部の構成は上述したものに限らない。すなわち、駐車支援装置を有する車両等、一部の自動運転機能のみを有する車両に対しても、本発明を同様に適用することができる。
上記実施形態(図6)では、回転数検出部としての回転数センサ32aによりエンジン1(内燃機関)の回転数Neを検出し、機関温検出部としての温度センサ32bによりエンジン温度Teを検出し、油温検出部としての温度センサ32cにより作動油の油温Toを検出するようにした。すなわち、車軸に作用するクリープトルクと相関関係を有する物理量を検出するようにしたが、他の方式でクリープトルクを検出してもよく、検出部の構成は上述したものに限らない。したがって、制御要否判定部53の構成、すなわち、クリープトルク低減制御の要否を判定する判定部の構成も上述したものに限らない。
上記実施形態では、前進走行時のクリープトルク低減制御として、変速機制御部54が変速機3のアップシフトを行うとともに係合機構を半クラ状態に制御(スリップ制御)するようにしたが、アップシフトとスリップ制御の両方を実行可能な条件下であっても、その一方のみを行うようにしてもよい。すなわち、クリープトルク低減制御において、少なくとも一対の係合要素の係合力を第1係合力F1よりも小さい第2係合力F2に制御する、または変速機の変速段を通常制御時の第1変速段(例えば1速段)よりも変速比の小さい第2変速段(例えば2速段または3速段)に制御するのであれば、変速機制御部の構成はいかなるものでもよい。
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。
2 トルクコンバータ、3 変速機、32a 回転数センサ、32b,32c 温度センサ、40 コントローラ、50 自動駐車装置、51 駐車指令部、52 制御要否判定部、53 変速段設定部、54 変速機制御部、100 自動運転車両、F1 第1係合力、F2 第2係合力
Claims (4)
- 内燃機関と、
前記内燃機関から出力されたトルクが入力されるトルクコンバータと、
前記トルクコンバータと車軸との間のトルク伝達経路に設けられ、入力軸を介して入力された回転を変速する変速機と、
前記車両の目標駐車位置への自動駐車を指令する駐車指令部と、
前記車軸に作用するクリープトルクまたは該クリープトルクと相関関係を有する物理量を検出する検出部と、
前記駐車指令部により自動駐車が指令されたとき、前記検出部の検出値に基づいてクリープトルク低減制御の要否を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて前記変速機を制御する変速機制御部と、を備え、
前記変速機は、互いに係合または解放する一対の係合要素を有する係合機構を有し、前記入力軸を介して入力されたトルクを、前記係合機構を介して出力し、
前記変速機制御部は、前記判定部により前記クリープトルク低減制御が不要と判定されると、前記一対の係合要素が一体に回転するように前記一対の係合要素の係合力を第1係合力に制御するとともに、前記変速機の変速段を第1変速段に制御し、前記判定部により前記クリープトルク低減制御が必要と判定されると、少なくとも前記一対の係合要素の係合力を前記第1係合力よりも小さい第2係合力に制御する、または前記変速機の変速段を前記第1変速段よりも変速比の小さい第2変速段に制御することを特徴とする自動駐車装置。 - 請求項1に記載の自動駐車装置において、
前記検出部は、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部を有し、
前記判定部は、前記駐車指令部により自動駐車が指令されたとき、前記回転数検出部により所定値以上の回転数が検出されると、前記クリープトルク低減制御が必要と判定することを特徴とする自動駐車装置。 - 請求項1または2に記載の自動駐車装置において、
前記検出部は、前記内燃機関の温度を検出する機関温検出部を有し、
前記判定部は、前記駐車指令部により自動駐車が指令されたとき、前記機関温検出部により所定値以下の温度が検出されると、前記クリープトルク低減制御が必要と判定することを特徴とする自動駐車装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の自動駐車装置において、
前記検出部は、前記内燃機関により駆動されるオイルポンプを流れる作動油の温度を検出する油温検出部を有し、
前記判定部は、前記駐車指令部により自動駐車が指令されたとき、前記油温検出部により所定値以上の温度が検出されると、前記クリープトルク低減制御が必要と判定することを特徴とする自動駐車装置。
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