JP2014194254A - 変速指示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スポーツ走行時において最適な変速段への変速指示を出力する変速指示装置を提供する。
【解決手段】異なった変速比を有する複数の変速段をドライバ操作により選択可能な変速機を有する車両に設けられ、ドライバに変速操作を促す変速指示を出力する変速指示装置１０であって、現在選択されている変速段、及び、一段変速した変速段のそれぞれについて車両の加速に利用可能な余裕駆動力を算出する余裕駆動力算出手段と、自車両前方の道路形状に関する情報を取得する道路情報取得手段と、現在選択されている変速段、及び、一段変速した変速段のそれぞれについて自車両前方の加速可能区間の距離及び余裕駆動力を用いて優先度を設定し、現在変速されている変速段の優先度よりも一段変速した変速段の優先度のほうが高い場合に変速指示を出力する変速要否判定手段とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両に設けられドライバに変速を促す変速指示装置に関し、特にスポーツ走行時において最適な変速指示を出力するものに関する。

ドライバの手動操作によって変速操作を行う手動変速機や、マニュアルモードを有する自動変速機を備えた車両において、ドライバに対して目的に応じた最適な変速段を指示する変速指示装置を設けることが提案されている。
例えば、特許文献１には、車両の走行中の燃費を改善するようにシフトアップ、シフトダウンを指示するとともに、安全性確保が重視される状況においては変速操作の指示を遅延又は禁止するようにした変速指示装置が記載されている。

特開２００７−３１５５３５号公報

上述した特許文献１に記載された変速指示装置は、一般走行時における燃費向上を目的としたものであるが、例えばサーキット走行等のスポーツ走行において、適切な変速操作を指示する変速指示装置が要望されている。
従来、エンジン回転数が予め設定されたシフトアップ回転数に達した際にインジケータランプを点灯させるシフトアップインジケータが従来周知であるが、このようなシフトアップインジケータにおいては、自車両前方の直線長さや勾配による余裕駆動力への影響などを考慮していないため、シフトアップ直後にシフトダウンが要求されて運転操作が煩雑となったり、シフトアップ後に勾配等の抵抗により車速を伸ばすことができず、再度シフトダウンが必要となる場合などがあった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、スポーツ走行時において最適な変速段への変速指示を出力する変速指示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、異なった変速比を有する複数の変速段をドライバ操作により選択可能な変速機を有する車両に設けられ、ドライバに変速操作を促す変速指示を出力する変速指示装置であって、現在選択されている変速段、及び、一段変速した変速段のそれぞれについて車両の加速に利用可能な余裕駆動力を算出する余裕駆動力算出手段と、自車両前方の道路形状に関する情報を取得する道路情報取得手段と、現在選択されている変速段、及び、一段変速した変速段のそれぞれについて自車両前方の加速可能区間の距離及び前記余裕駆動力を用いて優先度を設定し、現在変速されている変速段の優先度よりも一段変速した変速段の優先度のほうが高い場合に変速指示を出力する変速要否判定手段とを備えることを特徴とする変速指示装置である。
これによれば、自車両前方の加速可能区間が短く、シフトアップしてもすぐにシフトダウンが必要となる状況においては、シフトアップ指示を出さないことによって、変速操作が煩雑となったり、変速に伴う駆動力切れによるタイムロスを防止することができる。
また、変速後の余裕駆動力が少ない場合には変速指示を出さないことによって、シフトアップ後に駆動力が不足して車速が伸びない事態を防止することができる。

請求項２に係る発明は、前記変速要否判定手段は、自車両前方の加速可能区間の距離が長くなるのに応じて余裕駆動力を有する高速側変速段の優先度を高くすることを特徴とする請求項１に記載の変速指示装置である。
これによれば、自車両前方の加速可能区間が長い場合、変速操作の煩雑さよりもシフトアップによって車速を伸ばすことを重視して変速指示を出力し、例えばサーキット走行におけるラップタイム短縮等を図ることができる。

請求項３に係る発明は、自車両が走行中の道路の勾配に関する情報を取得する勾配情報取得手段を有し、前記余裕駆動力算出手段は、前記勾配に関する情報を用いて前記余裕駆動力を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変速指示装置である。
これによれば、シフトアップ後に勾配の抵抗によって余裕駆動力が少なくなる場合には変速指示を出さず、適切に車速を維持又は向上することが可能となる。

請求項４に係る発明は、前記変速要否判定手段は、車両が所定減速度以上の減速状態にある場合に、選択可能な変速段のうち最も減速比が大きい変速段への変速指示を出力することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の変速指示装置である。
これによれば、減速時にエンジンの許容回転数等を考慮して選択可能な最大の減速比の変速段を選択することによって、エンジンの回転数を高めてポンピングロス及びフリクションロスを増大させ、いわゆるエンジンブレーキの効果を高めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、スポーツ走行時において最適な変速段への変速指示を出力する変速指示装置を提供することができる。

本発明を適用した変速指示装置の実施例の構成を示すブロック図である。 実施例の変速指示装置における制御を示すフローチャートである。

本発明は、スポーツ走行時において最適な変速段への変速指示を出力する変速指示装置を提供する課題を、各変速段における余裕駆動力と自車両前方の直線距離を用いて各変速段の優先度を設定し、各変速段の優先度を比較して変速指示を行うことによって解決した。

以下、本発明を適用した変速指示装置の実施例について説明する。
実施例の変速指示装置は、例えば、ドライバがマニュアル操作によって変速を行う手動変速機を搭載した乗用車等の自動車に設けられるものである。
手動変速機は、例えば１速（低速側）から６速（高速側）までの６つの変速段を有する。
変速指示装置は、例えばメータパネル内等に設けられた表示装置に、一段高速側の変速段への変速（シフトアップ）、又は、一段低速側への変速（シフトダウン）を表示させてドライバに変速操作を促すものである。

図１は、実施例の変速指示装置の構成を示すブロック図である。
変速指示装置は、エンジン制御ユニット１０、ボディ統合ユニット２０、挙動制御ユニット３０、メータユニット４０等を有して構成されている。
これらは、例えばＣＡＮ通信システム等の車載ＬＡＮシステムを介して相互に通信可能となっている。

エンジン制御ユニット１０は、車両の走行用動力源である例えばガソリンエンジン等のエンジン及びその補機類を統括的に制御するものである。
エンジン制御ユニット１０は、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
エンジン制御ユニット１０には、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２等が接続されている。
クランク角センサ１１は、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの角度位置を逐次検出するものである。
エンジン制御ユニット１０は、クランク角センサ１１の出力に基づいて、エンジンの回転速度（回転数）を演算する。
アクセル開度センサ１２は、ドライバが加速要求を入力するアクセルペダルの踏込量を検出する位置エンコーダである。

エンジン制御ユニット１０は、アクセル開度センサ１２の出力等を用いて、エンジンの出力調整を行う。
先ず、エンジン制御ユニット１０は、アクセル開度及び車両の走行速度（車速）に応じて、目標加速度を算出する。
目標加速度は、例えば、アクセル開度及び車速に応じて予め設定されているマップから算出される。

次に、エンジン制御ユニット１０は、目標加速度を用いて目標駆動力を算出する。
目標駆動力は、以下の式１を用いて算出される。

目標駆動力＝目標加速度×加速抵抗＋走行抵抗・・・（式１）

ここで、加速抵抗は、車重と慣性質量との和であり、車両固有の値である。
走行抵抗は、予め設定されているマップから算出される。

次に、エンジン制御ユニット１０は、目標出力及びエンジン回転数から目標トルクを算出する。
目標トルクは、以下の式２を用いて算出される。

目標トルク＝（目標出力／エンジン回転数）×Ｋ・・・（式２）

ここで、Ｋは所定の定数である。
エンジン制御ユニットは、目標トルクから目標スロットル開度を予め設定されたマップを用いて算出し、スロットルモータを駆動して実際のスロットル開度が目標スロットル開度となるように制御する。

また、エンジン制御ユニット１０は、本発明にいう余裕駆動力算出手段、変速要否判定手段としても機能する。
これらの機能については、後に詳しく説明する。

ボディ統合ユニット２０は、車両に設けられる各種電装品を統括的に制御するものである。
ボディ統合ユニット２０には、ナビゲーション装置２１が接続されている。
ナビゲーション装置２１は、車両が走行する道路の形状等に関する地図データを保持する地図データ保持手段、及び、自車両の現在位置を例えばＧＰＳ等を用いて検出する測位手段等を有して構成されている。
ナビゲーション装置２１は、ボディ統合ユニット２０を介して、エンジン制御ユニット１０に、自車両前方の加速可能区間の距離及び自車両が走行中の道路の勾配等に関する情報を提供する。
ここで、加速可能区間とは、典型的には自車両前方の残直線距離であるが、エンジン出力が実質的に全開の状態で走行することが可能な緩曲線路を含める構成としてもよい。

挙動制御ユニット３０は、車両にアンダーステア、オーバーステア等の挙動が発生した際に、左右輪のブレーキに制動力差を発生させて挙動を抑制する方向のヨーモーメントを発生させる挙動制御や、アンチロックブレーキ制御等を行うものである。
挙動制御ユニット３０には、加速度センサ３１、車輪速センサ３２等が接続されている。
加速度センサ３１は、車体に作用する前後方向の加速度を検出するものである。
車輪速センサ３２は、車輪の回転速度を検出するものである。
挙動制御ユニット３０は、車輪速センサ３２の出力に基づいて、車両の走行速度（車速）を算出する。

メータユニット４０は、例えば車両内装部材であるインストルメントパネルにおけるドライバの正面に設けられ、各種情報を表示する表示装置である。
メータユニット４０には、例えば、車速、エンジン回転数、残燃料量等を表示する計器や、各種インジケータ灯、警告灯などが設けられている。
また、メータユニット４０は、エンジン制御ユニット１０からの信号に基づいて、ドライバに変速操作を促す変速指示表示を行う機能を備えている。

以下、上述した変速指示装置における変速指示について、詳細に説明する。
図２は、実施例の変速指示装置における制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ０１：変速後エンジン回転数算出＞
エンジン制御ユニット１０は、Ｎ速（最減速側の変速段からＮ番目の変速段）で走行中である場合に、現在の車速でＮ＋１速に一段シフトアップした場合、Ｎ−１速にシフトダウンした場合のエンジン回転数を算出する。
シフトアップ後、シフトダウン後のエンジン回転数は、現在のエンジン回転数、及び、現在の減速比と変速後の減速比との比に基づいて算出することができる。
その後、ステップＳ０２に進む。

＜ステップＳ０２：変速前後余裕駆動力算出＞
エンジン制御ユニット１０は、現在の変速段（Ｎ速）、シフトアップ後の変速段（Ｎ＋１速）、シフトダウン後の変速段（Ｎ−１速）における余裕駆動力をそれぞれ算出する。
余裕駆動力とは、各変速段において発生可能な駆動力から、現在の車速を維持するのに必要な各種走行抵抗に相当する駆動力を差し引いた値であり、車両の加速に利用可能な駆動力を示している。
余裕駆動力は、車速、回転数、勾配、トルク特性などから算出が可能である。
ここで、勾配は、例えば、ナビゲーション装置２１が保持する道路の勾配に関するデータを用いてもよい。また、加速度センサ３１の出力を、車輪側センサ３２の出力に基づいて得られる車速の変化率（加減速）に基づいて補正して算出してもよい。
その後、ステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：前後Ｇ判断＞
エンジン制御ユニット１０は、挙動制御ユニット３０から提供される加速度センサ３１の出力をモニタし、前後Ｇが０よりも大きい状態が所定時間以上継続している場合には、加速中であると判断してステップＳ０４に進む。
その他の場合には、減速中であると判断してステップＳ０５に進む。

＜ステップＳ０４：各変速段優先度算出＞
エンジン制御ユニット１０は、現在の変速段（Ｎ速）、シフトアップ後の変速段（Ｎ＋１速）、シフトダウン後の変速段（Ｎ−１速）における優先度をそれぞれ算出する。
優先度は、例えば表１に示すような優先度マップを用いて算出される。
表１に示すように、優先度は、余裕駆動力が大きいほど、また、自車両前方の残直線距離（加速可能距離）が長いほど大きくなるように設定されている。

＜ステップ０５：オーバーレブ判定＞
エンジン制御ユニット１０は、現在のＮ速からＮ−１速にシフトダウンした場合のエンジン回転数が、予め設定されたエンジンの許容最高回転数よりも高い場合には、オーバーレブが懸念されるものとしてステップＳ１０に進む。
一方、エンジン回転数がエンジンの許容最高回転数以下である場合には、シフトダウンしてもオーバーレブは発生しないものと判断してステップＳ１１に進む。

＜ステップＳ０６：シフトアップ要否判断＞
エンジン制御ユニット１０は、ステップＳ０５において算出したＮ速及びＮ＋１速の優先度を比較し、Ｎ＋１速の優先度がＮ側の優先度よりも大きい場合にはステップＳ０８に進む。
一方、Ｎ＋１速の優先度がＮ側の優先度に対して同等以下である場合にはステップＳ０７に進む。

＜ステップＳ０７：シフトダウン要否判断＞
エンジン制御ユニット１０は、ステップＳ０５において算出したＮ速及びＮ−１速の優先度を比較し、Ｎ−１速の優先度がＮ側の優先度よりも大きい場合にはステップＳ０９に進む。
一方、Ｎ−１速の優先度がＮ側の優先度に対して同等以下である場合にはステップＳ１０に進む。

＜ステップＳ０８：シフトアップ指示出力＞
エンジン制御ユニット１０は、メータユニット４０にシフトアップ指示の出力を指令する。
これを受けて、メータユニット４０は、ドライバに対してＮ＋１速へのシフトアップを促す表示を出力する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０９：シフトダウン指示出力＞
エンジン制御ユニット１０は、メータユニット４０にシフトダウン指示の出力を指令する。
これを受けて、メータユニット４０は、ドライバに対してＮ−１速へのシフトダウンを促す表示を出力する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ１０：シフト指示なし＞
エンジン制御ユニット１０は、メータユニット４０にシフトダウン指示、シフトアップ指示のいずれも出力しない。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ１１：シフトダウン指示出力＞
エンジン制御ユニット１０は、メータユニット４０にシフトダウン指示の出力を指令する。
これを受けて、メータユニット４０は、ドライバに対してＮ−１速へのシフトダウンを促す表示を出力する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）余裕駆動力及び残直線距離を用いて各変速段に優先度を設定し、変速要否を決定することによって、自車両前方の残直線距離が短く、シフトアップしてもすぐにシフトダウンが必要となる状況においては、シフトアップ指示を出さないことによって、変速操作が煩雑となったり、変速に伴う駆動力切れを防止することができる。
（２）変速後の余裕駆動力が少ない場合には変速指示を出さないことによって、シフトアップ後に駆動力が不足して車速が伸びない事態を防止することができる。
（３）自車両前方の残直線距離が長い場合、変速操作の煩雑さよりもシフトアップによって車速を伸ばすことを重視して変速指示を出力し、例えばサーキット走行におけるラップタイム短縮等を図ることができる。
（４）減速時にエンジンの許容回転数等を考慮して選択可能な最大の減速比の変速段を選択することによって、エンジンの回転数を高めてポンピングロス及びフリクションロスを増大させ、いわゆるエンジンブレーキの効果を高めることができる。
（５）優先度が同等である場合には変速指示を出力しないことによって、変速操作が煩雑となることを防止できる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、変速指示装置を構成する各要素の構成は、上述した実施例に限らず、適宜変更することができる。
例えば、実施例においては、ナビゲーション装置を用いて自車両前方の加速可能区間を検出しているが、これに限らず、路車間通信や、ステレオカメラ等の外界認識手段を用いてもよい。
また、走行中の道路がサーキット等の周回コースである場合には、ＧＰＳ等の測位システムによって得られた従前の周回の走行軌跡を用いて加速可能区間を検出してもよい。
また、実施例においては、シフトアップ、シフトダウンの両方について変速指示を行っているが、シフトアップ、シフトダウンのいずれかのみを指示する構成としてもよい。
また、実施例においては、変速機は手動変速機であったが、本発明は、予め変速比が設定された複数の変速段をドライバのマニュアル操作で選択するマニュアルモードを有するＣＶＴ、ステップＡＴ、ＤＣＴ、ＡＭＴ等の自動変速機であっても利用することが可能である。
また、車両の走行用動力源もガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジン等の他種の内燃機関や、エンジンと電動モータとを組み合わせたハイブリッドシステムであってもよい。

１０ エンジン制御ユニット １１ クランク角センサ
１２ アクセル開度センサ ２０ ボディ統合ユニット
２１ ナビゲーション装置 ３０ 挙動制御ユニット
３１ 加速度センサ ３２ 車輪速センサ
４０ メータユニット

Claims (4)

1. 異なった変速比を有する複数の変速段をドライバ操作により選択可能な変速機を有する車両に設けられ、ドライバに変速操作を促す変速指示を出力する変速指示装置であって、
   現在選択されている変速段、及び、一段変速した変速段のそれぞれについて車両の加速に利用可能な余裕駆動力を算出する余裕駆動力算出手段と、
   自車両前方の道路形状に関する情報を取得する道路情報取得手段と、
   現在選択されている変速段、及び、一段変速した変速段のそれぞれについて自車両前方の加速可能区間の距離及び前記余裕駆動力を用いて優先度を設定し、現在変速されている変速段の優先度よりも一段変速した変速段の優先度のほうが高い場合に変速指示を出力する変速要否判定手段と
   を備えることを特徴とする変速指示装置。
2. 前記変速要否判定手段は、自車両前方の加速可能区間の距離が長くなるのに応じて余裕駆動力を有する高速側変速段の優先度を高くすること
   を特徴とする請求項１に記載の変速指示装置。
3. 自車両が走行中の道路の勾配に関する情報を取得する勾配情報取得手段を有し、
   前記余裕駆動力算出手段は、前記勾配に関する情報を用いて前記余裕駆動力を算出すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変速指示装置。
4. 前記変速要否判定手段は、車両が所定減速度以上の減速状態にある場合に、選択可能な変速段のうち最も減速比が大きい変速段への変速指示を出力すること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の変速指示装置。

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