JP2009047216A - 車両用変速機の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンと変速機とを搭載し、シフトマップにより自動的な変速機制御を行う車両において、車両走行状態に適合する変速を実行し、かつ、車両の減速時には運転者の意図するエンジンブレーキの制動力を確保する。
【解決手段】車速とエンジンのアクセル開度とに対応して変速段を決定するシフトマップを備えた変速機制御装置に、アクセルペダルとブレーキペダルの操作状況に応じて加速モード期間と減速モード期間とを判別するモード判別手段を設ける。運転者がブレーキペダルを踏み込んだ後の減速モード期間では、シフトアップを禁止（Ｓ９）するとともにシフトダウン用マップの変速段領域を車速の増大方向に補正（Ｓ２，Ｓ３）してシフトダウンを早めに実行する。これにより、減速モード期間において車両にはエンジンブレーキの制動力が十分に作用し、運転者のブレーキペダルの操作頻度を減少できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の変速段を有する変速機を搭載した車両において、車両走行状態に応じて変速段を自動的に制御する変速制御装置に関するものである。

最近の車両では各種の装置の自動化が進展しており、動力伝達装置についても、車両の運転の容易化さらには運転者の疲労軽減のため、種々の自動的な車両用動力伝達装置が開発されている。トルクコンバータと遊星歯車機構を組み合わせた自動変速機がその代表的なものであり、いわゆるオートマ車（ＡＴ車）の動力伝達装置として広く普及している。自動変速機以外にも、いわゆるマニュアル車（ＭＴ車）と同様な平行軸歯車機構式変速機を使用して、これと自動操作クラッチとを組み合わせ、電子制御装置により車両の走行状態に応じて自動的に変速段を切り換える動力伝達装置が存在する。平行軸歯車機構式変速機を使用して自動的に変速を行う変速装置はＡＭＴと呼ばれることがあり、以下では、この変速装置を「自動変速制御の平行軸歯車機構式変速機」という。

自動変速機のトルクコンバータには伝達損失が存在し、また、遊星歯車機構及びその制御装置は複雑で高価なものである。自動変速制御の平行軸歯車機構式変速機は、自動操作クラッチと組み合わされたものでトルクコンバータの介在に伴う伝達損失がないから、自動変速機よりも車両の燃料経済性の面では優れており、変速機構の構成や制御も自動変速機に比べ簡易かつ信頼性の高いものとなる。したがって、積載重量が大きく燃料経済性を重視するトラックなどでは、アクチュエータにより自動的な変速操作を行う自動変速制御の平行軸歯車機構式変速機を用いる場合が多い。

自動的に変速段の切り換えを実行する変速機が搭載された車両の動力伝達装置について、その概要及び各機器の制御装置の全体的な関連を、図６によって説明する。
図６に示す車両には、動力伝達装置として、エンジン１、変速機２が搭載され両者の間にクラッチ（湿式多板クラッチ）３が配置してある。この例のエンジン１は、燃料噴射ポンプを備えたディーゼルエンジンであり、運転者の操作するアクセルペダル１１の踏み込み量等に応じて燃料噴射ポンプを制御し、燃料供給量を変更するエンジン制御装置（ＥＣＵ）１２を有している。また、この例の変速機２は、自動変速制御の平行軸歯車機構式の多段変速機であり、変速機制御装置（ＴＣＵ）２１で制御され変速段を切り換えるアクチュエータ２２を備えている。変速機２の出力軸は最終的には車輪４に連結され、車輪４にはその回転数により車速を検出する車速センサ５が設置される。変速機２の前方に配置されたクラッチ３は、変速段の切り換え時にクラッチを自動的に断接するクラッチ制御装置（ＣＣＵ）３１を有する。

なお、図６の動力伝達装置は、エンジン１とクラッチ３との間に流体継手（フルードカップリング）６を介在させたものである。流体継手６は、トルクコンバータのようにトルク増幅機能を備えたものではないが、これを介在させることにより、流体継手のポンプ６１とタービン６２との間の滑りを利用したスムースな車両の発進が可能となる。発進後車両が１０ｋｍ／ｈ程度の所定速度に達した時点で、ポンプ６１とタービン６２とはロックアップクラッチ６３によって一体的に締結され、エンジン１がクラッチ３に直接結合された状態となる。

変速機制御装置２１は、車両走行状態に対応して変速段を決定する変速段決定手段を備えており、変速段決定手段には、車速とエンジンのアクセル開度（運転者のアクセルペダルの踏み込み量）とにより変速段を決定する、図７に示すようなシフトマップが格納されている。シフトマップは、車速とアクセル開度とに対応する変速段の領域を定めたものであり、車両の走行状態がシフトマップにおける変速点ラインを越えて別の変速段の領域に移行したときは、変速段決定手段が変速指令を出力し、変速機制御装置２１は、アクチュエータ２２を操作して変速段を変更する。車両走行時における最適な変速点は、低速段から高速段に変更するシフトアップの場合と、高速段から低速段に変更するシフトダウンの場合とでは異なるため、シフトマップには、シフトアップとシフトダウンのそれぞれに対応する変速点ラインが書き込んである。換言すれば、車速とエンジンのアクセル開度とにより決定される目標の変速段の領域は、シフトアップの場合とシフトダウンの場合とで相違するものであって、シフトマップには、シフトアップ用シフトマップとシフトダウン用シフトマップとが存在することになる。

シフトマップを使用する変速段決定手段は、図６に示すような自動変速制御の平行軸歯車機構式変速機に限らず、自動変速機でも採用されるものである。例えば、特開昭６３−１６７１６２号公報には平行軸歯車機構式変速機をシフトマップにより制御する変速制御装置が、また、特開２００５−３０８０９６号公報には自動変速機をシフトマップにより制御する変速制御装置が開示されている。
特開昭６３−１６７１６２号公報 特開２００５−３０８０９６号公報

車両にはアクセルペダルとともにブレーキペダルが装備してあり、運転者は、主にこれらのペダルを操作して車両の速度を調節する。運転者が車両を減速したいときには、アクセルペダルから足を離し（アクセル開度０％）エンジンをアイドル状態とするが、このとき車両にはいわゆるエンジンブレーキによる制動力が作用して車速は減少する。エンジンブレーキに伴う減速が十分でないときは、運転者はブレーキペダルを踏み込んで車速をさらに低下させる。エンジンブレーキによる減速効果は、車輪からエンジンを逆に駆動するときの抵抗に由来するものであって、高速段におけるエンジンブレーキによる制動力は低速段のときよりも小さい。したがって、車両の変速機が高速段の状態ではエンジンブレーキに伴う車両の減速が遅れ、運転者は、ブレーキペダルを繰り返し踏み込んで車両を減速させることとなる。

エンジンブレーキの制動効果を高めるには、車速が大きいうちに高速段から低速段に切り換えること、つまり、図７におけるシフトダウン用のシフトマップの変速点を車速が増大した位置に設定することが考えられる。しかし、例えば３速から２速へのシフトダウンの変速点ラインを図の２点鎖線のように車速が増大する方向に移動したときは、２速から３速へのシフトアップの変速点ラインに接近する。そのため、走行する路面の状況変化等に応じて、図のＡ点とＢ点のような車速の僅かな変動が発生すると、２速と３速の変速段の切り換えが繰り返し生じる。これを防ぐには、シフトダウンの変速点とシフトアップの変速点との間に一定のヒステリシスが必要で、両者を余り近づけることはできない。

また、下り坂を走行中の車両には車両重量による駆動力が働き、減速のためアクセルペダルから足を離しても車両が加速して、変速段がシフトアップする場合がある。例えば、図７のＣ点の状態で２速走行している車両が下り坂で加速されＤ点の状態になると、シフトアップの変速点を越えるから３速となるが、このときにはエンジンブレーキの制動効果が低下して、運転者の意図に反して車両はより加速する結果となる。運転者は、ブレーキペダルを繰り返し踏み込んで車両を減速せざるを得ない。
本発明は、シフトマップを使用し自動的に変速機の変速段を制御する変速機制御装置において、車両走行状態に適合する変速を実行し、かつ、車両の減速時には運転者の意図するエンジンブレーキの制動力を確保することを課題とする。

上記の課題に鑑み、本発明は、シフトマップにより変速段を切り換える変速機制御装置において、運転者の操作するアクセルペダルとブレーキペダルの操作状況に応じて加速モード期間と減速モード期間とを判別し、減速モード期間では、シフトアップを禁止するとともにシフトダウンの変速点を変更するものである。すなわち、本発明は、
「車両に搭載された変速機の変速段を制御する変速機制御装置であって、
前記車両には、アクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル検出器とブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキ検出器とが装着され、
前記変速機制御装置は、前記車両の車速と前記車両に搭載されたエンジンのアクセル開度とに対応して変速段を決定する変速段決定手段を備え、
前記変速段決定手段は、高速段へ変速するシフトアップのときの変速段領域を定めるシフトアップ用シフトマップと、低速段へ変速するシフトダウンのときの変速段領域を定めるシフトダウン用シフトマップとを有しており、さらに、
前記変速機制御装置は、前記アクセル検出器及び前記ブレーキ検出器からの入力信号によって、アクセルペダルが踏み込まれてからブレーキペダルが踏み込まれるまでの加速モード期間と、ブレーキペダルが踏み込まれてからアクセルペダルが踏み込まれるまでの減速モード期間とを判別するモード判別手段を備えており、
前記減速モード期間においては、高速段への変速を禁止し、かつ、前記シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域を車速が増大する方向に補正する」
ことを特徴とする変速機制御装置となっている。

請求項２に記載のように、前記変速機制御装置は、前記車両が走行する路面の勾配を検出する勾配検出手段を備え、路面が所定値以上の下り勾配であるときは、前記減速モード期間と同一の制御を実行するよう構成することができる。

本発明の変速機制御装置は、車両の車速とエンジンのアクセル開度とに対応して変速段を決定する変速段決定手段、つまりシフトマップによって変速段を決める変速段決定手段を備え、車両走行時の変速段は、基本的には車速とアクセル開度とに応じて決定される。そして、本発明の変速機制御装置は、アクセルペダルとブレーキペダルの操作に対応して加速モード期間と減速モード期間とを判別するモード判別手段を備えており、運転者の車両操作に応じて変速段決定手段で決定される変速段を調整する。アクセルペダルが踏み込まれた後ブレーキペダルが踏み込まれるまでの加速モード期間では、シフトマップによって決定されるいわば通常の変速が行われ、このときはシフトダウンの変速点とシフトアップの変速点との間に一定のヒステリシスが存在するので、変速の繰り返し（ハンチング）が生じることはない。一方、ブレーキペダルが踏み込まれてからアクセルペダルが踏み込まれるまでの減速モード期間では、高速段への変速が禁止され、かつ、シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域を車速が増大する方向に補正される。

運転者がブレーキペダルを踏み込んだときは車両の減速を望んでいると判断されるから、アクセルペダルが踏み込まれるまではエンジンブレーキによる制動効果を十分に確保する必要がある。本発明の変速機制御装置では、この減速モード期間において高速段への変速が禁止されるため、シフトアップが生じ運転者の意図に反してエンジンブレーキの制動効果が低減することはない。また、シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域は車速が増大する方向に補正されるため、低速段への変速は車両の速度が大きいうちに実行され、減速モード期間では、制動力の増大したエンジンブレーキが早めに作用することになる。シフトダウンの変速点を車速が増大する方向に移動するとシフトアップの変速点に近づくが、減速モード期間ではシフトアップが禁止されており、変速のハンチングが起こることはない。
このように、本発明の変速機制御装置では、減速モード期間において運転者が意図するよう車両が減速し、ブレーキペダルを繰り返し操作する必要がなくなるので、頻繁な使用に起因するブレーキ装置の過熱等の不具合を回避することができる。

車両が下り坂を走行するときは、車両重量によって車両が加速するが、運転者が一旦アクセルペダルから足を離しブレーキペダルを操作すると、本発明の変速機制御装置では、減速モード期間の変速が実行される。したがって、下り坂で車速が増加しシフトアップの変速点を超えたとしても高速段への変速が禁止されるとともに、シフトダウンは車速が大きい時点で早めに行われるようになる。その結果、エンジンブレーキの制動効果が確保され、下り坂でのブレーキペダルの頻繁な操作によるフェード現象等、車両のブレーキ装置の異常発生を防ぐことが可能となる。
請求項２の発明は、勾配検出手段によって車両が走行する路面の勾配を検出し、路面が所定値以上の下り勾配であるときは、減速モード期間と同一の制御を実行するように構成したものである。このようにすると、下り坂において、運転者がブレーキペダルを踏み込まなくとも自動的に上記の変速が実行されることとなる。

以下、図面に基づいて本発明の変速機制御装置の実施例について記述する。図１の実施例は、本発明を自動変速制御の平行軸歯車機構式変速機に適用したものであって、車両の動力伝達装置の基本的な構成及び各機器の作動は、図６に示した従来のものと変わりはない（図１においては図６に対応する部品等には同一の符号を付している）。すなわち、本発明の変速機制御装置２１には、車両の車速センサ５からの信号とエンジンのアクセル開度（運転者のアクセルペダル１１の踏み込み量）の信号が入力され、車速とアクセル開度とに対応する図７と同様なシフトマップにより変速段を決定する。変速機制御装置２１から変速段の切り換え信号が出力されると、それに応じてアクチュエータ２２が変速機２の変速段を変更する。

本発明の変速機制御装置２１は、運転者の操作するアクセルペダルとブレーキペダルとに対応して加速モード期間と減速モード期間とを判別するモード判別手段を備えており、モード判別のため、変速機制御装置２１には、アクセルペダル１１の踏み込みを検出するアクセル検出器であるアクセルスイッチ１３の信号と、ブレーキペダル７の踏み込みを検出するブレーキ検出器であるブレーキスイッチ７１の信号とが入力される。両スイッチの信号は、ペダルが踏まれたときにＯＮとなり足が離されるとＯＦＦとなるものであって、アクセルスイッチ１３の信号は、アクセル開度が０％か否かの判別で代用してもよい。

モード判別手段においては、図２に示すとおり、アクセルペダル１１が踏み込まれた後は、ブレーキペダル７が踏み込まれる時点Ｔａまでの期間を加速モード期間と判別する。一旦ブレーキペダル７が踏み込まれると減速モード期間と判別され、減速モード期間は、ブレーキペダル７が踏み込まれていないときでもアクセルペダル１１が踏み込まれない限り継続する。時点Ｔｂでアクセルペダル１１が踏み込まれた以後は、再び加速モード期間に移行する。

本発明の変速機制御装置は、運転者の期待するエンジンブレーキの制動効果を確保するため、減速モード期間において、シフトアップを禁止するとともにシフトダウンを早めるものであって、その構成及び作動について図３のフローチャートにより説明する。
図３において、変速段を制御するフローがスタートすると、ステップＳ１では、アクセルスイッチ及びブレーキスイッチからの信号の読み込みが行われ、ステップＳ２では、これらの信号に基づいて現在の車両の状態が加速モード期間であるのか減速モード期間であるのかの判別が実行される。ステップＳ１及びステップＳ２は、本発明のモード判定手段を構成するものとなっている。

ステップＳ２で車両の状態が加速モード期間である、すなわちアクセルペダルが踏まれた後未だブレーキペダルが踏み込まれていないと判定されたときは、そのままステップＳ４に進み、車速センサにより検出される車速Ｖとアクセルセンサにより検出されるアクセル開度Ａとの読み込みが行われる。次いで、ステップＳ５においては、制御装置に格納されたシフトマップを用い、読み込まれた車速Ｖとアクセル開度Ａとに対応して目標とする変速段が決定される。本発明で使用するシフトマップは、加速モード期間にあっては、従来の変速機制御装置における図７に示すシフトマップと同一のマップであって、シフトアップの変速点とシフトダウンの変速点とが一定のヒステリシスが存在するように書き込まれたものである。目標とする変速段の領域は、シフトアップ用のシフトマップとシフトダウン用のシフトマップとでは異なるものとなるため、ステップＳ５では、シフトアップ用の目標変速段Ｎｄとシフトダウン用の目標変速段Ｎｄ’とがそれぞれ決定される。ステップＳ４及びステップＳ５は、本発明の変速段決定手段を構成するものである。

一方、ステップＳ２で車両の状態が加速モード期間ではない期間、すなわち、ブレーキペダルが踏み込まれてからアクセルペダルが踏まれていない減速モード期間であると判定されたときは、ステップＳ３に進み、目標変速段を決定するためのシフトマップの補正を予め実行する。この補正は、シフトアップ用のシフトマップは変更することなく、シフトダウン用のシフトマップの変速点を、図４に示すとおり、車速の増加側に移動する（実際の車速から補正分の車速を減算してシフトダウンの目標変速段を決定する）ものである。こうした補正を行う手段として、図４のような専用のシフトマップを別途用意しこれに切り換えて使用するようにしてもよい。変速点を車速の増加側に移動すると、シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域は車速が増大する方向に補正され、減速モード期間では、補正されたシフトダウン用シフトマップによってステップＳ５においてシフトダウン用の目標変速段Ｎｄ’が決定されることとなる。

ステップＳ６では、車両走行中の実際のギヤ段である現在の変速段Ｎｒが読み込まれ、ステップＳ７及びステップＳ８において、変速段決定手段で決定された目標変速段Ｎｄ及びＮｄ’と現在の変速段Ｎｒとが比較される。
ステップＳ７においては、車速Ｖとアクセル開度Ａとにより決定されたシフトアップ用の目標変速段Ｎｄが現在の変速段Ｎｒよりも大きいか否かが判断される。ステップＳ７の判断がＹｅｓである場合にはステップＳ９に進行し、ステップＳ２で判別された車両の状態が、加速モード期間であるのか減速モード期間であるのかの判断が実行される。加速モード期間であれば、ステップＳ１０に進み変速機制御装置はシフトアップの指令を出力するが、車両の状態が減速モード期間であると、指令を出力することなくフローを終了して高速段へのシフトアップを禁止する。

ステップＳ７の判断が否であるときは、ステップＳ８でシフトダウン用の目標変速段Ｎｄ’がＮｒよりも小さいか否かが判断され、Ｎｄ’がＮｒより小さいときはステップＳ１１に進んで変速機制御装置はシフトダウンの指令を出力する。このとき、車両が減速モード期間であると、目標変速段Ｎｄ’が補正されたシフトダウンマップにより決定したものであるため、加速モード期間にあるときよりも車速が大きい時点で、つまり車両の減速中では早めの時点でシフトダウンが指令されるようになる。ステップＳ８の判断が否である場合には、現在の変速段がシフトアップもシフトダウンも必要ない状態にあるので、変速指令を出力せずにフローを終了する。

このように、本発明の変速機制御装置では、運転者が行うアクセルペダルとブレーキペダルの操作に対応して加速モード期間と減速モード期間とを判別し（ステップＳ１、ステップＳ２）、アクセルペダルが踏み込まれてからブレーキペダルが踏み込まれるまでの加速モード期間では、シフトマップに従って決定されるいわば通常の変速を実行する。一方、ブレーキペダルが踏み込まれてからアクセルペダルが踏み込まれるまでの減速モード期間では、高速段への変速が禁止される（ステップＳ９）とともに、シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域を車速が増大する方向に補正される（ステップＳ３）。

運転者がブレーキを踏んで車両を減速する減速モード期間では、高速段への変速が禁止されるため、運転者の意図に反してエンジンブレーキの制動効果が低減することはない。また、シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域が、車速が増大する方向に補正されるため、低速段への変速は車両の速度が大きいうちに実行される。したがって、本発明の変速機制御装置では、減速モード期間において運転者の意図どおりにエンジンブレーキの制動効果が確保され、ブレーキペダルを繰り返し操作する必要がなくなるので、頻繁な使用に起因するブレーキ装置の過熱等を防ぐことができる。

ところで、車両が下り坂を走行するときには車両重量によって速度が増加するので、特にエンジンブレーキの制動力を確保することが望ましい。図５に示すフローチャートは、下り坂において減速モード期間と同一の制御を実行する制御フローである。
図５のフローは、図３のフローチャートにおいてステップＳ１とステップＳ２との間に置かれる、路面の勾配によりモードを設定する手順を示すものである。ステップＳ０１では、車両が走行する路面の勾配θを演算等によって求め、次いでステップＳ０２において路面が所定値以上の下り勾配であるか否か、つまり、勾配θが所定値−θ_０以下であるかどうかを判断する。路面の勾配が所定値以上の下り勾配であれば、アクセルペダルとブレーキペダルの操作状況に関係なく、ステップＳ０３で車両の状態が減速モード期間であると設定する。これによって、ステップＳ２では減速モード期間と判別され、減速モード期間と同一の制御が実行される。路面の勾配が所定値以上の下り勾配でないときは、ステップＳ１で読み込まれたアクセルペダルとブレーキペダルの操作状況によって、上述した判別方法と同様にモードの判別が行われる。

図５のフローを加えると、路面の勾配が所定値以上の下り勾配であるときには、運転者がブレーキペダルを踏み込まなくとも自動的に減速モード期間の変速に移行し、十分なエンジンブレーキの制動効果が得られることとなる。なお、路面の勾配は、よく知られているように、車両に車速を検出する車速センサとともに加速度を検出する加速度センサを装着し、車速センサで検出された車速を微分した加速度と、加速度センサで検出された加速度とを対比することにより算出することができる。

以上詳述したように、本発明は、シフトマップにより変速段を切り換える変速機制御装置において、運転者の操作するアクセルペダルとブレーキペダルの操作状況に応じて加速モード期間と減速モード期間とを判別し、減速モード期間では、シフトアップを禁止するとともにシフトダウンの変速点を変更して、エンジンブレーキによる制動力を十分に作用させるものである。よって、本発明の変速機制御装置が、シフトマップを利用する制御装置であれば、自動変速機と自動変速制御の平行軸歯車機構式変速機とを問わず適用できることはいうまでもない。また、上記実施例ではブレーキペダルの踏み込みを検出しているが、ブレーキマスタシリンダ等の作動油圧力を検出してブレーキペダルの操作状況を判定するなど、上記実施例に対し各種の変更が可能であることは明らかである。

本発明の変速機制御装置を適用した車両用動力伝達装置の概略図である。 本発明の変速機制御装置のモード判別方法を示す図である。 本発明の変速機制御装置の作動を示すフローチャートである。 減速モード期間におけるシフトダウンのマップを示す図である。 図１のフローチャートの変形例である。 車両における動力伝達装置とその制御装置を示す図である。 変速機制御装置の一般的なシフトマップを示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１１ アクセルペダル
１３ アクセルスイッチ
２ 変速機
２１ 変速機制御装置
３ クラッチ
３１ クラッチ制御装置
５ 車速センサ
７ ブレーキペダル
７１ ブレーキスイッチ
Ｓ１〜Ｓ１１（Ｓ０１〜Ｓ０３） 制御フローの各ステップ

Claims (2)

1. 車両に搭載された変速機の変速段を制御する変速機制御装置であって、
   前記車両には、アクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル検出器とブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキ検出器とが装着され、
   前記変速機制御装置は、前記車両の車速と前記車両に搭載されたエンジンのアクセル開度とに対応して変速段を決定する変速段決定手段を備え、
   前記変速段決定手段は、高速段へ変速するシフトアップのときの変速段領域を定めるシフトアップ用シフトマップと、低速段へ変速するシフトダウンのときの変速段領域を定めるシフトダウン用シフトマップとを有しており、さらに、
   前記変速機制御装置は、前記アクセル検出器及び前記ブレーキ検出器からの入力信号によって、アクセルペダルが踏み込まれてからブレーキペダルが踏み込まれるまでの加速モード期間と、ブレーキペダルが踏み込まれてからアクセルペダルが踏み込まれるまでの減速モード期間とを判別するモード判別手段を備えており、
   前記減速モード期間においては、高速段への変速を禁止し、かつ、前記シフトダウン用シフトマップで定められる変速段領域を車速が増大する方向に補正することを特徴とする変速機制御装置。
2. 前記変速機制御装置は、前記車両が走行する路面の勾配を検出する勾配検出手段を備え、路面が所定値以上の下り勾配であるときは、前記減速モード期間と同一の制御を実行する請求項１に記載の変速機制御装置。

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