JP2017106595A - クラッチ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】クラッチを介してエンジンに接続された自動変速機を搭載する車両において、良好な加速性能と燃費性能とを両立可能なクラッチ制御装置を提供する。
【解決手段】クラッチ制御装置は、クラッチを介してエンジンに接続された自動変速機を搭載される車両において、クラッチを結合状態にして走行する際に大きな加速度が要求された場合、クラッチが一時的に半結合状態になるようにクラッチを制御する。
【選択図】図1

Description

本開示は、エンジン及び自動変速機間に設けられたクラッチを制御するためのクラッチ制御装置に関する。
走行用動力源としてエンジンを搭載する車両では、エンジンからの出力を変速機を介して駆動輪側に伝達することで走行が実現される。この種の変速機として、車両の走行状態に応じて自動的に変速動作を実施する自動変速機が広く普及している。例えばトルクコンバータ式の自動変速機では、流体の粘性や滑りによるロスが少なからず生じるため、燃費性能や加速性能の向上が課題となっている。
例えば特許文献1には、トルクコンバータ式の自動変速機においてロックアップクラッチを採用することにより動力の伝達効率を向上させる際に、加速フィーリングの悪化を招くことなく燃費向上を図る技術が開示されている。
特開2009−180361号公報
近年、環境意識の高まりから車両の燃費性能に対する要求も高まりつつある。そのような要求に対して、自動変速機を搭載する車両では、走行レンジのまま停車した際に、自動変速機とエンジンとの間に設けられたクラッチを切断することで、アイドル状態にあるエンジンにおける燃料消費を抑制する、いわゆるアイドルニュートラル制御が知られている。
自動変速機を搭載した車両では、燃費性能や加速性能の向上が課題とされていることは上述した通りであるが、このような課題はアイドルニュートラル制御が採用される車両においても例外ではない。一方で、一般的に加速性能の向上を優先すると燃費性能が低下してしまう傾向にあり、加速性能と燃費性能は、いわゆるトレードオフの関係にあることが多い。そのため、ドライバからの要求加速度に応じて加速性能と燃費性能とをバランスよく両立することが求められている。
本発明の少なくとも1実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、クラッチを介してエンジンに接続された自動変速機を搭載する車両において、ドライバの要求加速度に応じて良好な加速性能と燃費性能とを両立可能なクラッチ制御装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも1実施形態に係るクラッチ制御装置は上記課題を解決するために、クラッチを介してエンジンに接続された自動変速機を搭載する車両におけるクラッチ制御装置であって、前記車両の要求加速度を検知する要求加速度検知部と、前記クラッチを制御するクラッチ制御部と、を備え、前記クラッチ制御部は、前記車両が前記クラッチを結合状態にして走行する際に前記要求加速度検知部で所定加速度より大きな要求加速度が検知された場合、前記クラッチが一時的に半結合状態になるように制御する。
上記(1)の構成によれば、クラッチを接続状態にしながらエンジンの出力で走行する際に、所定加速度より大きな加速度が要求された場合、クラッチ制御部はクラッチを一時的に半結合状態になるように制御する。半結合状態では、結合状態に比べてエンジンにかかる負荷が少なく、エンジン回転速度の上昇が容易となる(すなわち吹け上がりがよくなる)。これにより、車両の加速性能が向上し、ドライバからの大きな加速要求に良好に対応可能となる。
尚、このような加速性能の向上は少なからず燃費性能の低下を伴う可能性があるが、本実施形態ではドライバからの要求加速度が大きい場合に限って上記クラッチ制御を実施することで、燃費性能の低下を極力抑えつつも、必要に応じた加速性能の向上を図ることができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記エンジンの回転数を検知する回転数検知部を更に備え、前記クラッチ制御部は、前記クラッチが半結合状態にされた後、前記回転数検知部で検知された回転数が所定値を超えた場合に、前記クラッチを結合状態に戻す。
上記(2)の構成によれば、クラッチを半結合状態にして加速した際に、回転数が十分に上昇したタイミングでクラッチを結合状態に戻すように制御がなされる。これにより、回転数が過度に上昇することによってクラッチが消耗することを抑制し、クラッチの耐久性を向上できる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記クラッチ制御部は、前記車両が前記クラッチを結合状態にしながら減速走行する際に前記クラッチを半結合状態に切り換え、その後、前記車速検知部で検知された車速が所定値より大きい場合、前記クラッチを半結合状態に所定期間維持するように制御する。
上記(3)の構成によれば、車両が高速域で減速する際には、その後の再加速に要求される加速動作に備えて予めクラッチを半結合状態に準備しておく。これにより、再加速が要求された際に迅速に加速体制に移行することができ、その結果、高速走行時に良好な加速性能が得られる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)のいずれか1構成において、前記車両は、第1の運転モードと、前記第1の運転モードより加速性能が向上する第2の運転モードとを選択可能に構成されており、前記第2の運転モードでは、前記第1の運転モードに比べて前記所定加速度が小さく設定される。
上記(4)の構成によれば、第2の運転モードにおいて第1の運転モードに比べて小さな所定加速度を用いることで、より小さな要求加速度に対しても、上述したような半結合状態へのクラッチ制御を実施する。これにより、第2の運転モードにおける加速性能をより効果的に向上できる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)から(4)のいずれか1構成において、前記クラッチ制御部は、前記車両が走行レンジのまま停車している場合に、前記クラッチを前記切断状態に切り換えることでアイドルニュートラル状態が実施されるように、前記クラッチを制御する。
上記(5)の構成によれば、走行レンジのまま停車した際にクラッチを接続状態に切り換えることによりアイドルニュートラル状態を実施する車両に、上記制御が適用される。これにより、停車時にアイドルニュートラル制御を実施することにより燃費性能の向上を図りつつ、ドライバからの要求加速度に応じて良好な加速が可能な車両を実現できる。
本発明の少なくとも1実施形態によれば、クラッチを介してエンジンに接続された自動変速機を搭載する車両において、良好な加速性能と燃費性能とを両立可能なクラッチ制御装置を提供できる。
本発明の少なくとも1実施形態に係る車両の構成を概略的に示す模式図である。 図1のECUの内部構成を示すブロック図である。 図2のECUによって実施されるクラッチ制御を工程毎に示すフローチャートである。 アクセル開度、スリップ量、エンジン回転速度、車速の時間推移の一例を示すタイムチャートである。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は本発明の少なくとも1実施形態に係る車両1の構成を概略的に示す模式図であり、図2は図1のECU28の内部構成を示すブロック図であり、図3は図2のECU28によって実施されるクラッチ制御を工程毎に示すフローチャートであり、図4はアクセル開度、スリップ量、エンジン回転速度、車速の時間推移の一例を示すタイムチャートである。
図1に示されるように、車両1は、走行用動力源としてエンジン2を備える。エンジン2の出力軸2aは、トルクコンバータ4を介して自動変速機6に連結されている。トルクコンバータ4は、エンジン2の出力軸2aに接続されたポンプインペラ4aを備えており、エンジン2の出力軸2aの回転に伴ってポンプインペラ4aが回転すると、オートマチック・トランスミッション・フィールドを介してタービンランナ4bが駆動されるように構成されている。
トルクコンバータ4のタービンランナ4bは、クラッチ(フォワードクラッチ)8を介して、自動変速機6の変速機構10に接続されている。クラッチ8が接続状態にある場合、タービンランナ4bの回転はクラッチ8を介して変速機構10に入力され、その後、不図示のディファレンシャルギアを介して、車両1の駆動輪に伝達される。一方、クラッチ8が切断状態にある場合は、タービンランナ4bの回転はクラッチ8で遮断され、駆動輪側に伝達されない。
変速機構10は、複数組の遊星歯車機構およびそれらの構成要素の動作を許容又は規制するクラッチやブレーキ類から構成されており、これらクラッチやブレーキの係合状態を油圧源から供給されるオートマチック・トランスミッション・フィールドにより適時切り替えて、所望の変速段を達成するように構成されている。本実施形態では、変速機構10の詳細な構造に関しては公知のものを採用することとし、図1では摩擦係合要素としてのクラッチ8以外の構成については図示を省略している。
車両1は、エンジン2の回転速度Neを検出するためのエンジン回転速度センサ12、車両1の走行速度Vsを検出するための車速センサ16、アクセル開度であるアクセル操作量θACCを検出するためのアクセルセンサ20、ブレーキペダル(不図示)に連動して作動可能に構成されたブレーキスイッチ22が設けられている。
また車両1では、ドライバがシフトレバー(不図示)を操作することにより、複数のレンジが切換可能に構成されている。本実施形態では、このようなレンジとしてニュートラルレンジ(Nレンジ)、ドライブレンジ(Dレンジ)、パーキングレンジ(Pレンジ)及びリターンレンジ(Rレンジ)が用意されている。Nレンジでは、変速機構10がニュートラル状態となりエンジン2から駆動輪側への動力が遮断される。Dレンジでは車両1の走行状態に応じて変速機構10の変速段が自動的に切り替え制御され、車両1の前方走行が可能となる。Pレンジでは、パーキングブレーキが自動的に作動することで車両1の停車状態が確保される。Rレンジでは、変速機構10においてリバースギアが選択されることで車両1の後方進行が可能となる。
これらのレンジは、ドライバによるシフトレバー操作によっていずれかが選択される。シフトレバー操作で選択されたレンジは、車両1に備えられたシフトポジションセンサ24によって検知可能に構成されている。
シフトレバーによってDレンジが選択されている場合、上述したように車両1は前方走行が可能な状態となる。ここでDレンジでは更に運転モードとして第1の運転モードと第2の運転モードとが用意されている。第1の運転モードは通常運転モードであり、第2の運転モードは第1の運転モードに比べて車両1の加速性能が向上する、いわゆるスポーツ走行モードである(例えば、第2の運転モードでは、第1の運転モードに比べてシフトチェンジタイミングがエンジン2の高回転速度側に移行したり、エンジン2のアクセルペダルに対するレスポンスが向上するように設定されている)。
第1の運転モード及び第2の運転モードは、ドライバにより運転モード選択スイッチ26の操作によって選択可能に構成されている。ドライバがシフトレバー操作でDレンジを選択した場合、例えば運転モード選択スイッチ26は初期状態としてオフ状態に設定されているが、ドライバによって運転モード選択スイッチ26がオン操作されると、第2の運転モードに移行する。これにより、基本的には比較的燃費性能に優れた第1の運転モードで走行が行われるとともに、ドライバの必要に応じて第2の運転モードでスポーツ走行を実施できるようになっている。
ECU28は車両1のコントロールユニットであり、上述の各種センサやスイッチ(エンジン回転速度センサ12、タービン回転速度センサ14、車速センサ16、アクセルセンサ20、ブレーキスイッチ22、シフトポジションセンサ24及び運転モード選択スイッチ26を含む)から取得した入力情報に基づいて、適宜処理を実施し、その処理結果に応じた制御信号を各構成に送信することにより、車両1に必要な各種制御を実施する。図2に示されるように、ECU28は、車両1への要求加速度を検知する要求加速度検知部30と、車両1が停止する路面の勾配を検知する勾配検知部32と、アイドルニュートラル制御を実施するニュートラル制御部34と、走行モードの制御を実施する走行モード制御部38と、クラッチ8を制御するクラッチ制御部40と、を備える。
要求加速度検知部30は、アクセルセンサ20からの検知信号を取得することにより、ドライバの車両1に対する要求加速度を検知する。また勾配検知部32は、例えば車両1に搭載されたジャイロセンサ35及びナビゲーションシステム36から取得した各種情報に基づいて演算を行うことにより、路面勾配θを検知する。勾配検知部32における路面勾配θの具体的な演算方法については公知の例に倣うこととするが、例えば、ジャイロセンサ35によって検知される車両1の角速度や、ナビゲーションシステム36に記憶された地図情報から車両1のGPS位置情報に対応する路面勾配に関する情報を取り出すことにより、路面勾配θを算出するとよい。
ニュートラル制御部34は、ドライバのシフトレバー操作によってDレンジが選択されている際に所定の開始条件が成立すると、Dレンジを維持したままクラッチ8を切断状態に切り替えるアイドルニュートラル制御を開始する。本実施形態では、アイドルニュートラル制御の開始条件として、例えば以下の(a)〜(c)の条件がすべて成立したと判定された場合に、アイドルニュートラル制御が開始されるように設定されている。
(a)ブレーキスイッチ22がオン(ブレーキオン)。
(b)アクセルセンサ20がオフ(アクセルオフ)。
(c)車速センサ16により検出された車速Vsが所定値未満。
このようなアイドルニュートラル制御は、例えば以下の解除条件(d)〜(f)が成立するまで継続される。
(d)ブレーキスイッチ22がオフ(ブレーキオフ)。
(e)アクセルセンサ20がオン(アクセルオン)。
(f)車速センサ16により検出された車速Vsが所定値以上。
本実施形態では特に、Dレンジが維持されていることを前提に、(d)〜(f)の何れか1つの条件が満たされると、ドライバに発進意志があるものとして解除条件が成立し、クラッチ8を接続することによりニュートラル制御が解除されるように設定されている。
走行モード制御部38は、ドライバのシフトレバー操作によってDレンジが選択されている際に、運転モード選択スイッチ26のオン/オフ動作に対応して走行モードを選択的に制御する。具体的には、上述したように運転モード選択スイッチ26がオフ状態にある場合には第1の運転モードが選択され、運転モード選択スイッチ26がオン状態にある場合には第2の運転モードが選択される。
クラッチ制御部40は、車両1の走行状態に応じてクラッチ8の接続状態を自動的に制御する。本実施形態では特に、クラッチ制御部40は、クラッチ8の接続状態として、切断状態、結合状態、及び、半結合状態という3種類の接続状態が選択可能に構成されている。ここで半結合状態とは、切断状態及び結合状態の中間状態を意味する。厳密に言えば、切断状態及び結合状態を互いに切り換える際には、中間の結合度を有する状態が少なからず瞬間的に存在するが、本説明における半結合状態には、このような状態を含まず、クラッチ制御部40によるクラッチ制御によって切断状態及び結合状態の中間状態として積極的に実現されるものを意味する。具体的には、切断状態の結合度を0%、結合状態の結合度を100%とすると、半結合状態の結合度は0%から100%の間の任意の結合度を取ることができる。また半結合状態の結合度の時間的推移は、時間経過に従って、0%から100%の間の任意の結合度を連続的に推移してもよいし、一定の結合度が維持されるように推移してもよい。
続いてクラッチ制御部40によって実施されるクラッチ制御の具体的内容について、図3を参照しながら説明する。
尚、以下では、Dレンジが選択された状態で走行している車両1におけるクラッチ制御について説明するが、ここに記載されていない一般的なクラッチ制御については公知の例に倣うこととし、詳述を省略する。
まずECU28は、走行中の車両1が減速状態にあるか否かを判定する(ステップS1)。ここで減速状態であるか否かの判定は、車速センサ16の検知値Vsに基づいて行われるが、これに加えて或いは代えて、アクセルセンサ20やブレーキスイッチ22の作動状態に基づいて判定を行ってもよい。具体的には、このような場合として、例えば走行中にドライバがアクセルペダルをリリースして減速している状況が想定される。
車両1が減速状態にある場合(ステップS1:YES)、ECU28は更に、車速Vsが所定値Vs1以上であるか否かを判定する(ステップS2)。ここで所定値Vs1は車両1が高速走行であるか否かを判定するための判定閾値であり、車速センサ16の検知値と比較されることで判定が行われる。
車速Vsが所定値Vs1以上である場合(ステップS2:YES)、クラッチ制御部40はクラッチ8を半結合状態になるように制御する(ステップS3)。走行中の車両1では、エンジン2が動力的に駆動輪に接続されるように、基本的にクラッチ8は結合状態になっているが、このように高速域で減速している場合には、本ステップによって半結合状態に移行するように制御が行われる。
その後、クラッチ制御部40はドライバの再加速意思の有無を判定する(ステップS4)。この再加速意思の有無は、要求加速度検知部30から取得した要求加速度Arが予め設定された所定閾値Ar0より大きいか否かに基づいて判定される。ここでドライバからの再加速要求が無い場合(ステップS4:NO)、クラッチ制御部40は再加速要求が検知されるまで待機することとなる。
ドライバからの再加速要求が検知されると(ステップS4:YES)、クラッチ制御部40は、要求加速度検知部30で検知された要求加速度Arが予め設定された閾値である所定加速度Ar1より大きいか否かを判定する(ステップS5)。ここで所定加速度Ar1は、以下のように要求加速度の大きさによってクラッチ8の制御パターンを変更する際の基準値となる閾値であり、典型的には、再加速意思の有無判定に用いられる上述の所定閾値Ar0より大きくなるように設定されている。
要求加速度Arが所定加速度Ar1より大きい場合(ステップS5:YES)、クラッチ制御部40はクラッチ8の半結合状態を維持するように制御する(ステップS6)。このような半結合状態では、エンジン2にかかる負荷が比較的少ないため、エンジン2の回転数を容易に上昇させることができ、その結果、良好な加速性能が得られる。このようにクラッチ8が半結合状態に維持されている間、クラッチ制御部40はエンジン回転速度Neが所定回転速度Ne1以上であるか否かを監視する(ステップS7)。すなわち、クラッチ制御部40はクラッチ8を半結合状態に維持することによりエンジン回転数Neを迅速に上昇させ、その結果、エンジン回転速度Neが所定回転速度Ne1以上になるタイミングで(ステップS7:YES)、クラッチ8を結合状態に移行するように制御する(ステップS8)。これにより、回転数が過度に上昇することによってクラッチ8が消耗することを抑制し、クラッチ8の耐久性を向上できる。
一方、減速中の車速Vsが所定車速Vs1未満である場合は(ステップS2:NO)、上述のクラッチ制御が実施されず、クラッチ8は初期状態である結合状態を維持したまま、走行が続行される。
このように本実施形態では、減速中の車速Vsが大きい場合にクラッチ8を一時的に半結合状態にすることによって良好な加速性能が得られる。ここで、このようなクラッチ制御による車両1の加速性能への影響について、図4を参照しながら説明する。
まず図4(A)に示されるように、当初アクセル開度50%で走行する車両1を想定する。そして時刻t0にて、ドライバがアクセルペダルをリリースすることにより(すなわち、アクセル開度を0%にすることにより)、減速が行われる。このような減速は時刻t1まで継続される(図4(D)を参照)。その後、時刻t1にてドライバがアクセルペダルを大きく踏み込むことにより(アクセル開度を100%にすることにより)、再加速が行われている。以下の説明では、アクセル開度が50%である期間を期間T1、アクセル開度が0%である期間を期間T2、アクセル開度が100%である期間を期間T3と適宜称することとする。
このようなアクセル開度の変化に伴って、クラッチ8のスリップ量は、図4(B)のように推移する。期間T1では、エンジン2からの動力が駆動輪側に伝達されるようにクラッチ8が結合状態にあるため、スリップ量は0%となっている。期間T2では、減速中の車速Vsが所定車速Vs1以上であるため(図4(D)を参照)、上記ステップS3によってクラッチ8が半結合状態になるように制御されることで、スリップ量が50%となっている。そして、期間T3では、要求加速度Arが所定加速度Ar1以上であることにより(図4(A)に示されるようにアクセル開度が100%まで増加しているため)、クラッチ8は半結合状態が維持されながら、エンジン回転数が上昇する。そして、時刻t2にてエンジン回転数Neが所定回転数Ne1以上に達することにより、クラッチ8は結合状態に移行し、これに伴ってスリップ量も0%に戻っている。
このようなクラッチ制御が実施される車両1では、図4(D)に示されるように、加速性能の向上が確認される。図4(D)では、上記クラッチ制御を実施した際の車速変化を実線で示しており、期間T1からT3にかけてクラッチ8を仮に結合状態に維持し続けた場合の車速変化を破線で示している。図4(D)から明らかなように、上記クラッチ制御を実施することにより、加速性能が顕著に向上していることが示されている。これは上記クラッチ制御によって半結合状態を一時的に維持することによって加速性能が向上していることを示している。
ここでステップS5の判定閾値である所定加速度Ar1は、車両1で選択されている運転モードによって可変であってもよい。例えば、第2の運転モードが選択されている場合は、第1の運転モードが選択されている場合に比べて所定加速度Ar1が小さく設定される。このように第2の運転モードにおいて、第1の運転モードに比べて小さな所定加速度Ar1を用いることで、小さな要求加速度に対しても半結合状態へのクラッチ制御を実施する。これにより、第2の運転モードにおける加速性能をより効果的に向上できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、走行中に大きな加速度が要求された場合にクラッチ8を一時的に半結合状態になるように制御することにより、良好な加速性能が得られる。特に、このようなクラッチ制御はドライバからの要求加速度が大きい場合に限って実施されることで、燃費性能の低下を極力抑えつつも、必要に応じた加速性能の向上を図ることができる。
本発明の少なくとも1実施形態は、エンジン及び自動変速機間に設けられたクラッチを制御するためのクラッチ制御装置に利用可能である。
1 車両
2 エンジン
4 トルクコンバータ
6 自動変速機
8 クラッチ
10 変速機構
12 エンジン回転速度センサ
14 タービン回転速度センサ
16 車速センサ
18 油温センサ
20 アクセルセンサ
22 ブレーキスイッチ
24 シフトポジションセンサ
26 運転モード選択スイッチ
28 ECU
30 要求加速度検知部
32 勾配検知部
34 ニュートラル制御部
35 ジャイロセンサ
36 ナビゲーションシステム
38 走行モード制御部
40 クラッチ制御部

Claims (5)

  1. クラッチを介してエンジンに接続された自動変速機を搭載する車両におけるクラッチ制御装置であって、
    前記車両の要求加速度を検知する要求加速度検知部と、
    前記クラッチを制御するクラッチ制御部と、
    を備え、
    前記クラッチ制御部は、前記車両が前記クラッチを結合状態にして走行する際に前記要求加速度検知部で所定加速度より大きな要求加速度が検知された場合、前記クラッチが一時的に半結合状態になるように制御することを特徴とするクラッチ制御装置。
  2. 前記クラッチ制御部は、前記クラッチが半結合状態にされた後、前記エンジンの回転数が所定値を超えた場合に、前記クラッチを結合状態に戻すことを特徴とする請求項1に記載のクラッチ制御装置。
  3. 前記クラッチ制御部は、前記車両が前記クラッチを結合状態にしながら減速走行する際に前記クラッチを半結合状態に切り換え、その後、前記車速検知部で検知された車速が所定値より大きい場合、前記クラッチを半結合状態に所定期間維持するように制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のクラッチ制御装置。
  4. 前記車両は、第1の運転モードと、前記第1の運転モードより加速性能が向上する第2の運転モードとを選択可能に構成されており、
    前記第2の運転モードでは、前記第1の運転モードに比べて前記所定加速度が小さく設定されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のクラッチ制御装置。
  5. 前記クラッチ制御部は、前記車両が走行レンジのまま停車している場合に、前記クラッチを前記切断状態に切り換えることでアイドルニュートラル状態が実施されるように、前記クラッチを制御することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のクラッチ制御装置。
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