JPH0441938A - ガスタービン車の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービン車の変速制御装置に関し、特に、
ガスタービン機関の運転状態に応じて最適な変速比に制
御することができるガスタービン車の変速制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

二軸式ガスタービン機関は、低振動、使用燃料の多様性
、大きな低速トルク等の点で、近年、自動車用機関とし
ての実用化が検討されている。第９図はこのガスタービ
ンを搭載した自動変速機付の自動車の、従来の動力伝達
系の一般的な構成の一例を示すものである。

二軸式ガスタービン機関では、クラッチ内蔵のスタータ
ＳＭによってフロントギヤＦ／Ｇが回転して起動すると
、吸入空気（以下吸気という）はコンプレッサＣにて圧
縮され、熱交換器ＨＥにて加熱され、アクチュエータＡ
１により燃料が供給される燃焼器ＣＣにて燃料と混合さ
れて燃焼し、その燃焼ガスがコンプレッサＣと同軸のコ
ンプレ２サタービンＣＴを回転させる。このコンプレ・
ンサタービンＣＴとコンプレ・ンサＣとは総称してガス
ジェネレータＧＧと呼ばれ、コンプレッサタービンＣＴ
の回転速度がコンプレッサＣの圧縮度を左右する。コン
プレッサタービンＣＴを駆動した燃焼ガスは、アクチュ
エータＡ２に調整される可変ノズルＶＮを経てパワター
ビン（出力タービン）ＰＴを駆動した後、熱交換器ＨＥ
を経て排気ガスとなって大気に排出される。

なお、アクチュエータＡＩ、　Ａ２は制御回路Ｃ０ＮＴ
によって機関の運転状態に応じて駆動され、この為、制
御回路Ｃ０ＮＴにはアクセルペダルＡＰの開度や図示し
ないセンサからの機関の運転状態パラメータが入力され
る。また、一般に、第９図に示す吸気圧Ｐや温度Ｔに付
された添え字は○で囲まれた番号の位置の吸気圧Ｐや温
度Ｔを示す。

パワタービンＰＴの回転速度Ｎ２は減速歯車Ｒ／Ｇによ
って減速されて回転速度Ｎ３となり、自動変速機Ａ／Ｔ
でシフＩ・状態と機関運転状態に応じて第１０図に示す
シフトパターンにより所定の回転速度に変換される。そ
して、自動変速機Ａ／Ｔの出力は機関の出力軸ＰＳを介
して差動歯車りに伝えられ、車軸ＷＳに取り付けられた
車輪Ｗが回転することにより車両が走行する。

第１０図のシフトパターンは縦軸が機関の出力軸ＰＳの
回転速度Ｎｐ、横軸がガスタービン機関の出力トルクに
比例したスロットルワイヤの引張量θ、Ｈ（アクセルペ
ダルの踏込量θｍｃｃ　）であり、従来はこのアクセル
ペダルの踏込量θｓｅｃと、車速（機関の出力軸ｐｓの
回転速度Ｎ、）により、予め求められたマツプから自動
変速機Ａ／Ｔの変速段が制御されていた（例えば特公昭
４８−２０３４８号公報参照）。なお、図中におけるＬ
Ｃは自動変速機へ／ＴのトルクコンバータＴ／Ｃに装備
されるロックアツプクラッチを示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、従来の二軸式ガスタービン機関を搭載した車
両の自動変速機Ａ／Ｔを、第１０図に示すシフトパター
ンを用いて、アクセルペダルの踏込量θｓｅｃと車速に
より制御すると、大気温や大気圧等の走行条件によって
変化するガスタービン機関の最適燃費点でガスタービン
機関を作動させることが難しく、走行燃費が悪化すると
いう問題があった。

本発明の目的は前記従来の二軸式ガスタービン機関を搭
載して自動変速機で変速を行う車両における課題を解消
し、従来自動変速機の変速位置を決定するために用いて
いたシフトパターンのマツプを使用することなく、機関
の運転状態に応じた最適の自動変速機のシフト位置を計
算により求めることにより、最適燃費点でガスタービン
機関を作動させることによって走行燃費を向上させると
共に、制御を簡素化して演算処理に要する時間を短縮す
ることができるガスタービン車の変速制御装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明のガスタービン車の変速制御
装置の構成が第１図に示される。本発明は、ガスジェネ
レータＧＧ、燃焼器ＣＣ１可変ノズルνＮ、及び別軸の
出力タービンＰＴを備えた二軸式ガスタービン機関の出
力を自動変速機へパで変速して走行するガスタービン車
の変速制御装置であって、アクセルペダルの踏込量θｎ
ｃｃの検出手段１と、出力軸の回転速度ＮＦの検出手段
２とを備え、目標馬力演算手段３はアクセルペダルの踏
込量θａｃｃに応じた目標出力馬力ｐｓを演算し、目標
回転速度演算手段４は演算された目標出力馬力ＰＳから
最良燃料点における自動変速機Ａ／Ｔの入力軸回転速度
Ｎ５ｆｉを演算する。そして、変速比演算手段５は演算
された回転速度Ｎ３Ｂと検出された回転速度Ｎ、から最
適変速比を演算し、変速段決定手段６は演算された最適
変速比に最適の自動変速機Ａ／Ｔの変速段を決定する。

〔作用〕

本発明のガスタービン車の変速制御装置によれば、アク
セルペダルの踏込量θｓｅｃからガスタービン機関の目
標出力馬力が求められ、この馬力からガスジェネレータ
ＧＧの目標回転速度Ｎｌ５Ｅアと最適燃料点における自
動変速機Ａ／Ｔの入力軸の回転速度Ｎ５Ｉｌが演算され
る。そして、検出された出力軸ｐｓの回転速度Ｎ、と演
算された自動変速機Ａ／Ｔの入力軸の回転速度Ｎ３８と
の比から目標とする変速比が演算され、この演算された
変速比に最も適した自動変速機Ａ／Ｔの変速段が選ばれ
る。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第２図は自動変速機付き車両に搭載された本発明の二軸
式ガスタービン機関の一実施例の構成を示すものであり
、第９図に示した二軸式ガスタービン機関と同し構成部
品については同じ符号（記号）を付しである。

図においてＧＴはガスタービンであり、このガスタービ
ンＧＴには燃料ポンプ、オイルポンプ、スタータモータ
等が接続するフロントギヤＦ／Ｇ　、コンプレッサＣ１
熱交換器ＨＥ、燃焼器ＣＣ、コンプレッサＣに回転軸で
直結されたコンプレッサタービンＣＴ、可変ノズルＶＮ
、パワタービン（出力タービン）ＰＴ及び減速歯車Ｒ／
Ｇ等がある。なお、コンプレッサＣとコンプレッサター
ビンＣＴとはガスジェネレータＧＧと呼ばれる。

吸気はコンプレッサＣにて圧縮され、熱交換器ＨＥにて
加熱され、燃焼器ＣＣにて燃料と混合されて燃焼し、そ
の燃焼ガスがコンプレッサタービンＣＴを回転させる。

コンプレッサタービンＣＴを駆動した燃焼ガスは、可変
ノズルＶＮを経てパワタービンＰＴを駆動した後、熱交
換器ＨＥを経て排気ガスとなって大気に排出される。Ａ
１は燃焼器ＣＣに燃料を供給するアクチュエータ、Ａ２
は可変ノズルνＮの開度α、を調整するアクチュエータ
である。

そして、ガスタービンＧＴのパワタービンＰ丁の回転は
、減速歯車Ｒ／Ｇによって減速されて自動変速機＾／Ｔ
に伝えられ、ここでロックアツプクラッチＬ／Ｃを備え
たトルクコンバータＴ／Ｃと変速機構ＴＭによってシフ
ト状態に応した回転速度に変換される。自動変速機Ａ／
Ｔの出力は機関の出力軸ｐｓと差動歯車りを介して車輪
Ｗに伝達され、車両の駆動が行われる。

ガスタービンＧＴおよび自動変速機Ａ／Ｔを制御する制
御回路１０には、アナログ信号用の入力インタフェース
ＩＮａ　、デジタル信号用の入力インタフェースＩＮｄ
　、入力インタフェースＩＮａからの信号をデジタル変
換するアナログ−デジタル変換器Ａ／Ｄ、中央処理ユニ
ットｃｐｕ　、ランダムアクセスメモリＲＡＭ　、読み
出し専用メモリＲＯＭ　、および出力回路ＯＵＴ等があ
り、それぞれパスライン１１で接続されている。

また、二軸式ガスタービン機関には、大気温を検出する
温度センサＳＴ、、ガスジェネレータＧＧの回転速度Ｎ
、を検出する回転速度センサＳＮ、、コンプレッサＣの
出口温度Ｔ、と出口圧力Ｐ３を検出する温度センサＳＴ
３　と圧カセンサＳＰｊ、熱交換器ＨＥの出口温度Ｔ３
Ｓを検出する温度センサ５Ｔｚｓ、パワタービンＰＴの
出口温度を検出する温度センサＳＴ６．自動変速機Ａ／
Ｔの入力軸の回転速度Ｎ３を検出する回転速度センサＳ
Ｎ、、及び機関の出力軸ｐｓの回転速度Ｎ、を検出する
回転速度センサＳＮ、等が設けられている。

アナログ信号用の入力インタフェースＩＮａには、前述
のセンサからの信号Ｎ　＋、　Ｎ　ｓ、　Ｎ　Ｆ、　Ｐ
　３．　Ｔ　ｓｓ。

Ｔ６やアクセルペダルからの踏込量信号θｍｃ（等が入
力され、デジタル信号用の入力インタフェースＩＮｄに
はキースイッチからのオンオフ信号、シフトレバ−から
のシフト位置信号、ブレーキからのブレーキ信号等のデ
ジタル信号が入力される。

一方、出力回路ＯＵＴからは、燃焼器ｃｃのアクチュエ
ータＡＩに対して燃料流量を指示する信号Ｇｆ、アクチ
ュエータＡ２に対して可変ノズルＶＮの開度を指示する
信号α８、トルクコンバータＴ／Ｃのロックアツプクラ
ッチＬ／Ｃのオンオフを指示する信号Ｓ３、変速機構Ｔ
Ｍの変速信号Ｓｌ、３２やスロットルワイヤ信号θＴＨ
等が出力される。

第３図は以上のように構成された二軸式ガスタービン機
関において、アクセルペダルの踏込量θｍｃｃに対して
予め定めた機関の目標出力馬力の関係を示すものである
。この関係を用いてアクセルペダルがθｓｃｃだけ踏み
込まれた場合、機関からＰＳだけ馬力が出るように、燃
料流量Ｇｆと可変ノズルＶＮの開度α、が制御される。

この第３図の関係をＰＳ＝ｆ＋（θｓｅｃ　）　　・・
・　■と表す。

第７図は機関の出力馬力ＰＳと燃料流ＩＧｆの関係をガ
スジェネレータＧＧの回転速度ＮＩと自動変速機Ａ／Ｔ
の入力軸の回転速度Ｎ３とをパラメータとして示したも
のである。例えば、第３図の関係からあるアクセルペダ
ルの踏込量θａｃｃにおける目標出力馬力Ｘが定められ
ると、第７図の特性から燃料流量Ｇｆが最小となるガス
ジェネレータＧＧの回転速度Ｎ、と自動変速機Ａ／Ｔの
入力軸の回転速度Ｎ、とが求められる。よって、この第
７図を用いて機関出力馬力ＰＳに対する最良燃料点にお
けるガスジェネレータＧＧの回転速度ＮＩ３を求めると
第５図のようになる。第５図におけるＮ、１はアイドル
時のガスジェネレータＧＧの回転速度Ｎ１であり、ＮＩ
Ｒは定格時のガスジェネレータＧＧの回転速度Ｎ、であ
る。

この第３図と第５図の関係を用いると、アクセルペダル
の踏込量θａｃｃに対するガスジェネレータＧＧの回転
速度ＮＩの最良燃料点の回転速度ＮＩＳを第４図によう
に表すことができる。この第４図におけるガスジェネレ
ータＧＧの回転速度Ｎ、は、アクセルペダルの踏込量θ
ｓｅｃに対して目標となる回転速度であるので、この図
ではＮｌ５ＥＴとした。

このガスジェネレータＧＧの目標回転速度Ｎｌ５ＥＴを
Ｎ＋５Ｅｔ−ｆｚ　　（θｍｃｃ　）　　・・・■と表
す。

また、同様に機関出力馬力ＰＳに対する最良燃料点にお
ける自動変速機Ａ／Ｔの入力軸の回転速度Ｎ３ｍも求め
られることができ、第６図のようになる。なお、機関が
アイドル状態の時、つまりＰＳ＝０の時は自動変速機Ａ
／Ｔの入力軸の回転速度Ｎ３゜＝８０Ｏｒｐｍとする。

そして、機関出力馬力ＰＳと回転速度Ｎ３ｍの関係を、 Ｎ３Ｍ＝　ｆ　３　　（Ｐ　Ｓ　）　　・・・■と表す
。

この実施例では、以上の■から■の式はマツプの形で制
御回路１０のＲＯＭに記憶されており、このマツプを用
いて自動変速機Ａ／Ｔの変速段を制御するので、この制
御例を第８図のフローチャートを用いて説明する。

車両のキースイッチがＯＮされるとステップ８０１にお
いて自動変速機Ａ／Ｔの変速比の値、例えば、１速（Ａ
Ｔ（１）＝２．８３ ２速（ＡＴ（２）＝１．５　） ３速（ＡＴ（３）−１，ｏ　） ４速（ＡＴ（４）＝０．７　） の値や、燃料流ｆｉＧｆ、可変ノズルＶＮの開度α、を
制御するための初期値をセットする。続くステップ８０
２では制御回路１０の入力信号、例えばＮ　Ｉ　＋　Ｎ
　Ｗ　＋ＮＰ、θｍｃｃ＋Ｐｆｆ等を読み込む。そして
、ステップ８０３において燃料流量Ｇｆと可変ノズルＶ
Ｎの開度αＳとを計算してステップ８０４に進む。

ステップ８０４は自動変速機Ａ／Ｔの変速比を決めるも
のであり、制御回路１０のＲＯＭに記憶された前述の０
式から■式を用いて最適な変速比を求める。まず、ステ
ップ８０２で読み込んだアクセルペダルの踏込量θａｃ
ｃの値と、■弐ＰＳ＝ｆ＋（θｍｃｃ）から目標出力馬
力ＰＳを求める。続いて、この目標出力馬力ＰＳと、■
弐Ｎ　Ｉ！１ＥＴ＝　ｆ　ｚ（Ｐ　Ｓ　）からガスジェ
ネレータＧＧの目標回転速度ＮＩＳ！：Ｔを求め、■弐
Ｎ３．＝　ｆ　、（Ｐ　Ｓ　）から自動変速機Ａ／Ｔの
入力軸の目標回転速度Ｎ　３１１を求める。そして、ス
テップ８０２で読み込んだ機関の出力軸の実回転速度Ｎ
。

と自動変速機Ａ／Ｔの入力軸の目標回転速度Ｎ３．の比
Ｎ３ａ／Ｎｐから現状にて最適な自動変速機Ａ／Ｔの変
速比ｉＡＴを求める。

以上のようにしてアクセルペダルの踏込量θｍｃｃと現
在の機関の出力軸の実回転速度Ｎ、とに応じた最適の自
動変速機Ａ／Ｔの変速比ｉＡアを求めた後は、ステップ
８０５からステップ８１０においてこの変速比ｉＡＴに
最も適した自動変速機Ａ／Ｔの変速段を演算により求め
る。

この実施例の自動変速機Ａ／Ｔは４速であるのでまず、
ステップ８０５においてｎ＝５にセットし、続くステッ
プ８０６でｎ＝ｎ−１の演算を行う。そして、ステップ
８０７にてステップ８０４で演算した自動変速機Ａ／Ｔ
の変速比ｉａｔがＡ　Ｔ　（ｎ）より大きいか否かを判
定する。ｉ　ＡＴ　＜　Ａ　Ｔ　（ｎ）の時はステップ
８０Ｂに進みｎ＝１か否かを判定し、ｎ＝１の時はステ
ップ８１１に進み、ｎ−１の時はステップ８０６に戻っ
てｎ＝ｎ−１の演算を行なってからステップ８０７に進
み、再度自動変速機Ａ／Ｔの変速比ｆＡｔがＡ　Ｔ　（
ｎ）より大きいか否かを判定する。ｉＡＴ＜　Ａ　Ｔ　
（ｎ）の時はステップ８０８でｎ＝１と判定されるまで
このループを繰り返す。

一方、ステップ８０７でｉＡｆ≦Ａ　Ｔ　（ｎ）の時は
ステップ８０９に進みｎ＝４か否かを判定し、ｎ＝４の
時はステップ８１１に進み、ｎ≠４の時はステップ８１
０においてｎ＝ｎ＋１の演算を行なってからステップ８
１１に進む。ステップ８１１に進んで来た時のｎの値が
自動変速機Ａ／Ｔの変速段を示す。即ち、ｎ＝１なら１
速、ｎ＝２なら２速である。

ステップ８０５からステップ８１１の動作の具体例を以
下に説明する。まず、Ｎ：ｕ＋＝３５００ｒｐ＋ｎ、、
Ｎｐ　＝２００ＯｒｐｍのときはｌＡｔ−１，７５であ
り、この時はステップ８０６→ステツプ８０７→ステツ
プ８０８→ステツプ８０６のループを４回繰り返す。そ
して、４度目にステップ８０７に到った時に初めて１ａ
ｙ（・１．７５）≦Ａ　Ｔ　（１）　（＝２．８）とな
ってステップ８０９に進み、ここでＮＯとなってステッ
プ８１０でｎの値が１増やされてｎ＝２となってステッ
プ８１１に進む。従ってステップ８１１における変速機
構ＴＨの変速信号Ｓｔ。

Ｓ２の値は、 Ｓ＋＝ｇ＋（２）、　　　Ｓｚ＝ｇｚ（２）となって２
速が選択される。変速機構ＴＭの変速信号Ｓ＋、Ｓｚの
値は、自動変速機Ａ／Ｔの変速段ｎの値によって下表の
ように決めておけば良い。

（表〕 この表から、例えば、ｎ＝２の２速であれば、Ｓｌと８
２に電圧が出力され、ｎ＝３の３速であれば、Ｓ、には
電圧出力がなく、Ｓ２のみに電圧出力があることになる
。

次に、Ｎ　ｆｆＢ＝　１３０Ｏｒｐｍ、　Ｎ　Ｐ　＝２
０００ｒｐｍのときは１Ａｙ＝０．６５　（≦ＡＴ（４
）＝０．７）であり、この時は最初にステップ８０７に
進んできた時（ｎ＝４）にＮＯとなってステップ８０９
に進む。ステップ８０９ではｎ　＝　４　（ＹＥＳ）と
判定されるので、ステップ８１０を通らずにステップ８
１１＝に進む。この場合、ステップ８１１における変速
機構ＴＭの変速信号Ｓ、、Ｓ、の値は、 Ｓｔ　＝ｇ＋（４）、　　　Ｓ２　＝ｇｚ（４）となっ
て４速が選択される。

以上のようにして自動変速機Δ／Ｔの変速段を決めた後
はステップ８１２に進み、ここでトルクコンバータＴ／
ＣのロツタアップクラッチＬ／Ｃのオンオフを指示する
信号Ｓ３を演算する。そして、続くステップ８１３にお
いて自動変速機Ａ／Ｔの制御信号Ｓ　ｌ、　Ｓ　ｚ、　
Ｓ　ｓ、燃料流量Ｇｆ、可変ノズルＶＮ（Ｄ開度α３等
を出力し、ステップ８１４で制御のサイクルタイムを調
整してステップ８０２に戻る。

以上の制御を行うことにより、車両の走行条件によらず
に常に走行燃費が最良となる変速段に自動変速機Ａ／Ｔ
がシフトされることになる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のガスタービン車の変速制
御装置では、自動変速機の変速位置を決定するために用
いていたシフトパターンのマツプを使用することなく、
機関の運転状態に応じた最適の自動変速機のシフト位置
を計算により求めることができるので、最適燃費点でガ
スタービン機関を作動させることができ、走行燃費を向
上させると共に、制御を簡素化して演算処理に要する時
間を短縮することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスタービン車の変速制御装置の原理
構成を示す図、 第２図は本発明のガスタービン車の変速制御装置の一実
施例の構成を示す構成図、 第３図はアクセル踏込量と目標出力馬力の関係を示す線
図。 第４図はアクセル踏込量とガスジェネレータの目標回転
速度との関係を示す線図、 第５図は最良燃費点における出力馬力とガスジェネレー
タの目標回転速度との関係を示す線図、第６図は機関出
力馬力と最良燃費点における自動変速機の目標回転速度
との関係を示す線図、第７図は機関の出力馬力と燃料流
量の関係をガスジェネレータの回転速度と自動変速機の
入力軸の回転速度とをパラメータとして示した特性図、
第８図は本発明のガスタービン車の変速制御装置の制御
を示すフローチャート、 第９図は従来の二軸式ガスタービン機関の構成を示す図
、 第１０図は従来の二軸式ガスタービン機関の自動変速機
の変速パターンを示す特性図である。 １０・・・制御回路、 Ａｌ１・・・自動変速機、 Ｃ・・・コンプレッサ、 ＣＣ・・・燃焼器、 ＣＴ・・・コンブレンサタービン、 Ｄ・・・差動歯車、 ＧＧ・・・ガスジェネレータ、 ＧＴ・・・ガスタービン機関、 ＨＥ・・・熱交換機、 Ｌ／Ｃ・・・ロックアツプクラッチ、 ｐｓ・・・機関の出力軸、 ＰＴ・・・パワタービン、 ＳＮ、、ＳＮｊ、ＳＮＦ　・・・回転速度センサ、Ｔ／
Ｃ・・・トルクコンバータ、 ＴＭ・・・変速機構、 νＮ・・・可変ノズル、 Ｗ・・・車輪、 ｅｏｃｃ 第 回 ｅｏｃｃ 第 コ Ｓ 箒 回 エンジン出力 Ｓ 箒 回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガスジェネレータ（ＧＧ）、燃焼器（ＣＣ）、可変ノズ
   ル（ＶＮ）、及び別軸の出力タービン（ＰＴ）を備えた
   二軸式ガスタービン機関の出力を自動変速機（Ａ／Ｔ）
   で変速して走行するガスタービン車の変速制御装置であ
   って、 アクセルペダルの踏込量（θ＿ａ＿ｃ＿ｃ）の検出手段
   （１）と、出力軸の回転速度（Ｎ＿ｒ）の検出手段（２
   ）と、アクセルペダルの踏込量（θ＿ａ＿ｃ＿ｃ）に応
   じた目標出力馬力（ＰＳ）を演算する目標馬力演算手段
   （３）と、演算された目標出力馬力（ＰＳ）から最良燃
   料点における自動変速機（Ａ／Ｔ）の入力軸回転速度（
   Ｎ＿３＿Ｂ）を演算する目標回転速度演算手段（４）と
   、 演算された回転速度（Ｎ＿３＿Ｂ）と検出された回転速
   度（Ｎ＿ｒ）から最適変速比を演算する変速比演算手段
   （５）と、 演算された最適変速比に最適の自動変速機（Ａ／Ｔ）の
   変速段を決定する変速段決定手段（６）と、を備えるこ
   とを特徴とするガスタービン車の変速制御装置。