JP4066936B2 - 車両用エンジン出力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジン出力制御装置に関し、坂道発進時のエンジン出力を制御する装置に関する。

一般に、手動変速機を備えた車両にて坂道発進をする際には、右足をブレーキペダルからアクセルペダルへ素早く移動してエンジン回転を上昇させながら、同時に左足はクラッチペダルを徐々に戻してクラッチを接続する動作が必要である。
ここで、発進時に車両が後退、またはエンジンストール等しないようにするためには、アクセルペダルの踏み込み操作においては路面勾配に応じた踏み込み量が必要であり、且つクラッチペダルの戻し操作においては、アクセル操作とタイミングを合わせる必要がある。このため、運転者の負担が大きく、これら３つのペダル（アクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダル）の操作を適切に行うのは熟練を要していた。

また特許文献１には、車両の走行制御装置において、坂道発進時の操作を簡易にするため、車速センサ、傾斜角検出センサ、エンジン回転数センサ、クラッチストロークセンサ、及びシフトポジションセンサを備え、車速センサ及び傾斜角検出センサから坂道で車両が停止している状態を検知し、かつクラッチストロークセンサ及びシフトポジションセンサから、ギアを１速またはリバース位置に入れてクラッチペダルを離すといった発進操作を行った時、路面勾配に応じてエンジンのアイドル回転数を増大させることにより、運転者はブレーキ及びクラッチのみを操作することで車両を発進可能にしている。
特開平６−１４６９４５号公報

しかしながら、運転者が発進操作を行った時、アイドル回転数を所定値に増大させていたため、発進操作時での半クラッチ状態では動力が完全に伝わらないので、アイドル回転数を増大させたことによる発生トルクの全てが車両の推進力として使われない。このため、燃料消費量を抑えることができないという問題があった。
また運転者が発進操作を行った時、アイドル回転数を所定値に増大させていたため、発進操作時に、クラッチディスクと、これを押さえつけるクラッチカバー及びフライホイールとが摩擦する際の回転速度差が大きく、通常のアイドル回転数から発進操作を行う場合と比べてクラッチディスクの発熱及び摩耗が増大してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題に着目してなされたもので、車両の坂道発進時に、エンジン出力を制御して、燃費向上とクラッチディスクの発熱及び摩耗とを減少させることを目的とする。

そのため、本発明は、坂道発進時にエンジン出力トルクを上昇させる車両用エンジン出力制御装置であって、運転者の操作によるクラッチの接続度合いに応じて該クラッチが伝達可能なクラッチ伝達可能トルクを算出し、このクラッチ伝達トルクを超えないように坂道発進時のエンジン出力トルクを制限するようにした。

本発明によれば、坂道発進時に、必要以上にエンジン出力トルクを上昇させることを防止するため、燃料消費量を少なくすることができる。そして、クラッチディスクと、これを押さえつけるクラッチカバー及びフライホイールとが摩擦する際の回転速度差が小さくなるため、通常のアイドル回転数から発進操作を行う場合に比べてクラッチディスクの発熱及び摩耗を少なくすることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の車両用エンジン出力制御装置の基本構成を示す図である。
エンジン１の出力軸２は、クラッチ（クラッチ本体）３を介して、手動変速機４の入力軸５に接続されている。
クラッチ３は、エンジンの出力軸５と一体に回転するフライホイール６と、このフライホイール６に取り付けられたクラッチカバー７と、手動変速機４の入力軸５に取り付けられたクラッチディスク（摩耗板）８とを備えている。そして、クラッチカバー７には、これと一体に回転し、プレッシャスプリング９によってクラッチディスク８に向けて付勢されるプレッシャプレート１０が備えられている。

プレッシャプレート１０は、リンク機構１２を介して、クラッチペダル１３のストローク量（踏み込み量）ＣＬＳＴに応じてクラッチディスク８から離れるように構成されている。かかる構成により、運転者のクラッチ操作による半クラッチ状態、すなわちクラッチの接続の度合及び切断を変更可能とする。
クラッチペダル１３のストローク量ＣＬＳＴが小さい場合には、クラッチディスク８と、フライホイール６及びプレッシャプレート１０との間の摩擦力が強く、クラッチディスク８、フライホイール６及びプレッシャプレート１０が一体回転し、エンジン１から動力が伝達される。

一方、クラッチペダル１３のストローク量ＣＬＳＴが大きい場合には、プレッシャプレート１０がプレッシャスプリング９のバネ力に打ち勝ってクラッチカバー７側（図の右側）に押され、クラッチディスク８から離れる。このため、クラッチディスク８は摩擦力を失って開放され、エンジン１からの動力を伝えなくなる。
クラッチペダル１３のストローク量ＣＬＳＴは、ストローク量検出手段としてのクラッチストロークセンサ１４により検出される。

また、坂道発進操作時の運転状態、例えば車速ＶＳＰ、ギア位置ＧＰ、車両傾斜角ＳＬＰ及びアクセル開度ＡＰＯ等を検出するため、各種センサが設けられている。
図示の通り、アクセル開度センサ１５は、アクセルペダル１５ａの踏み込み量に応じた信号を出力する。車速センサ１６は、車速に応じた信号を出力する。ギア位置センサ１７は、運転者のギア位置に応じた信号を出力する。車両傾斜角センサ１８は、水平方向から車両が傾斜している角度に応じた信号を出力する。

これらの信号がエンジンコントロールモジュール（以下「ＥＣＭ」と称する）２０に入力される。ＥＣＭ２０では、クラッチストロークセンサ１４、アクセル開度センサ１５、車速センサ１６、ギア位置センサ１７及び車両傾斜角センサ１８に基づき、クラッチストローク量ＣＬＳＴ、アクセル開度ＡＰＯ、車速ＶＳＰ、ギア位置ＧＰ及び車両傾斜角ＳＬＰをそれぞれ算出する。そして、ＥＣＭ２０は、これらの算出結果に基づいてエンジン１を制御する。

次に、坂道発進時におけるＥＣＭ２０のエンジン出力制御構成について図２を用いて説明する。なお坂道発進時とは、車両が傾斜を前進（ギアを１速にして発進）する時だけでなく、後退（ギアをリバースにして発進）する時も含まれる。
ＥＣＭ２０は、第１目標エンジントルク算出部２１、クラッチ伝達可能トルク算出部（半クラッチ状態検出部）２２、最小トルク選択部２３、第２目標エンジントルク算出部２４、最大トルク選択部２５、アイドル回転フリクショントルク算出部２６、トルク加算部２７及び目標スロットル開度制御部（トルク発生手段）２８から構成され、アクセル開度ＡＰＯ、車速ＶＳＰ、ギア位置ＧＰ、車両傾斜角ＳＬＰ及びクラッチストローク量ＣＬＳＴの入力信号に基づいてエンジン１のスロットル弁１ａを制御する。

第１目標エンジントルク算出部２１は、車速ＶＳＰ、ギア位置ＧＰ及び車両傾斜角ＳＬＰの入力信号が所定条件を満たしたときにのみ、坂道発進操作時において車両の推進力として必要な坂道発進エンジントルクである第１目標エンジントルクＴｓｌｐ０を算出する。この目標エンジントルクＴｓｌｐ０の算出及び所定条件については後述する。
クラッチ伝達可能トルク算出部２２は、図３のテーブルを用いて、クラッチペダル１３のストローク量ＣＬＳＴに基づいてクラッチ３の伝達可能トルクを算出する。

図３のテーブルは、クラッチディスク８の大きさや摩擦力等の特性によって決まる。そしてテーブルは、クラッチディスク８が完全に切断されている場合には、トルクが伝達されないため、伝達可能トルクＴｃｌｓｔが０となることを示している。そして、半クラッチ状態である場合には、クラッチディスク８が接続される度合が大きくなる程トルクの伝達が可能となるため、伝達可能トルクＴｃｌｓｔが大きくなる。さらに、クラッチディスク８が完全に接続されている場合には、全トルク（図示のＨ）が伝達可能であることを示している。

最小トルク選択部２３は、第１目標エンジントルクＴｓｌｐ０と、クラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔとを比較して小さい方のトルクを選択する。
第２目標エンジントルク算出部２４は、アクセル開度センサ１５のアクセル開度ＡＰＯに基づいて目標エンジントルクを算出する。
最大トルク選択部２５は、第２目標エンジントルクと、最小トルク選択部２３にて選択されたトルクとを比較して大きい方のトルクを選択する。

アイドル回転フリクショントルク算出部２６は、エンジン１のアイドル回転状態におけるクラッチディスク８のフリクショントルク（摩擦トルク）を算出する。
トルク加算部２７は、アイドル回転フリクショントルクと、最大トルク選択部２５にて選択されたトルクとを加算する。
目標スロットル開度制御部２８は、トルク加算部２７による算出トルクからエンジン１のスロットル弁１ａを制御してトルクを発生させる。

次に、坂道発進時におけるＥＣＭ２０のエンジン出力制御処理について図４のフローチャートを用いて説明する。この処理は所定時間毎に行われる。
ステップ１（図には「Ｓ１」と示す。以下同様）では、車速ＶＳＰ＝０であるか否かを、ステップ２では、車両傾斜角ＳＬＰが０を越えている（ＳＬＰ＞０）、すなわち車両が傾斜路面にあるか否かを、ステップ３では、ギア位置ＧＰが１であるか否かをそれぞれ判定する。これらの条件を全て満たす場合、すなわちステップ１〜３にて全てＹＥＳである場合には、車両が傾斜面の上方を向いた状態で停車しており、運転者が坂道発進操作をしていると判断し、車両前進の場合における坂道発進の処理を行う。

ステップ１またはステップ３のいずれか一方にて条件を満たさない場合、すなわち車速ＶＳＰが０でない、またはギア位置ＧＰが１速以外のいずれか一方であった場合には、エンジン出力制御処理を終了する。またステップ２にて条件を満たさない場合には、後述する車両後退の場合における坂道発進の処理を行う。
ステップ４では、第１目標エンジントルク算出部２１が坂道発進（前進）において必要なエンジントルクＴｓｌｐ０を次式により算出する。

Ｔｓｌｐ０＝（Ｍｖ×ｓｉｎ（ＳＬＰ）÷（ＧＲｆ×ＧＲ１））×Ｔｒ
なお、Ｍｖは車両の重量、ＧＲｆは変速機のファイナルギア比、ＧＲ１は変速機が１速に設定されている場合のギア比、及びＴｒはタイヤの半径を示している。これにより運転者が坂道発進操作を検出したとき、車両重量Ｍｖ、車両傾斜角ＳＬＰ、及びギア位置ＧＰ（ＧＲｆ、ＧＲ１）から車両が坂を下ろうとする力が算出される。

ステップ５では、最小トルク選択部２３が第１目標エンジントルクＴｓｌｐ０と、クラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔとを比較し、小さい方のトルクを坂道発進におけるエンジントルクとして選択する。これにより坂道発進時において、第１目標エンジントルクＴｓｌｐ０がクラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔよりも大きくならないよう、坂道発進時のエンジントルクを制限する。

ステップ６では、車速ＶＳＰが０を超えている（ＶＳＰ＞０）状態であるか否か、すなわち車両が坂道を前進しているか否かを判定する。車両が坂道を発進している場合（ＹＥＳの場合）には、ステップ７へ進み、坂道発進エンジントルクをリセットして坂道発進処理を終了する。一方、車速ＶＳＰが０以下（ＶＳＰ≦０）の場合には、ステップ８へ進み、ギア位置ＧＰが１速以外になっている（ＧＰ≠１速）状態であるか否かを判定する。

ステップ８にてギア位置ＧＰが１速以外（ＹＥＳ）である場合には、ステップ７へ進む。一方、ギア位置ＧＰが１速（ＮＯ）である場合には、前述のステップ４へ戻り、処理を繰り返す。
次に、ステップ２にて車両傾斜角ＳＬＰが０以下（ＳＬＰ≦０）の場合、特に車両が傾斜路面にある場合のエンジン出力制御処理について図５を用いて説明する。

ステップ９では、車両傾斜角ＳＬＰが０未満（ＳＬＰ＜０）、すなわち車両が傾斜路面にあるか否かを、ステップ１０では、ギア位置ＧＰが後退（リバース）位置にあるか否かを判定する。これらの条件を全て満たす場合、すなわちステップ９及びステップ１０にて全てＹＥＳである場合には、車両が傾斜面の下方を向いた状態で停車しており、運転者が坂道後退操作をしていると判断し、車両後退の場合における坂道発進の処理を行う。

ステップ９またはステップ１０のいずれか一方にて条件を満たさない場合、すなわち車両傾斜角ＳＬＰが０以上、またはギア位置ＧＰが後退の位置にない場合には、エンジン出力制御処理を終了する。
ステップ１１では、第１目標エンジントルク算出部２１が坂道発進（後退）におけるエンジントルクＴｓｌｐ０を次式により算出する。

Ｔｓｌｐ０＝（Ｍｖ×ｓｉｎ（−ＳＬＰ）÷（ＧＲｆ×ＧＲ１））×Ｔｒ
これにより車両が傾斜に対して後退する（斜面を登る）ために必要なトルクが算出される。
ステップ１２では、前述のステップ３と同様に、最小トルク選択部２３が第１目標エンジントルクＴｓｌｐ０と、クラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔとを比較し、小さい方のトルクを坂道発進（後退）におけるエンジントルクとして選択する。

ステップ１３では、前述のステップ６と同様に、車速ＶＳＰが０を超えている（ＶＳＰ＞０）状態であるか否か、すなわち車両が坂道を後退しているか否かを判定する。車両が坂道を発進（後退）している場合（ＹＥＳの場合）には、ステップ１４へ進み、坂道発進エンジントルクをリセットして処理を終了する。一方、車速ＶＳＰが０以下（ＶＳＰ≦０）の場合には、ステップ１５へ進み、ギア位置ＧＰが後退以外になっている（ＧＰ≠後退）状態であるか否かを判定する。

ステップ１５にてギア位置ＧＰが後退以外（ＹＥＳ）である場合には、ステップ１４へ進む。一方、ギア位置ＧＰが後退（ＮＯ）である場合には、前述のステップ１１へ戻り、処理を繰り返す。
次に、前述のエンジン出力制御を行った場合における各パラメータの状態について図６を用いて説明する。なお、図７は、従来の坂道発進補助制御における各パラメータの状態を示した図である。図６及び図７の（イ）、（ロ）、（ハ）においては、時間経過に対するクラッチストローク量、エンジン回転及びトルクをそれぞれ示している。

図示の通りＡ〜Ｂ時点では、運転者がクラッチペダル１３を踏んでクラッチが完全に切断されている状態である。この状態では、クラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔは０であり、且つエンジン１はアイドル回転で運転をしており、トルクとしてアイドル回転フリクショントルクが発生している。このトルクは、アイドル回転フリクショントルク算出部２６により算出される。

図６及び図７に示すＢ〜Ｄ時点では、クラッチが完全に切断されている状態（Ｂ時点）から半クラッチ操作によりクラッチディスク８が徐々に接続され、完全に接続されるまでの状態（Ｄ時点）を示している。
従来の坂道発進補助制御でのエンジン出力トルク（図７の（ハ）参照）は、運転者がエンジン回転数を坂道発進時の所定アイドル回転数まで上昇させてから坂道発進操作を行うため、エンジン回転数変化時のイナーシャトルクと、エンジン回転数増大分のフリクショントルクとなり、車両の推進力として使われないトルクが発生してしまう（ハッチング部参照）。

このため、従来の坂道発進補助制御では、エンジン回転が上昇するため燃料消費量を抑えることができない。そして、そして、クラッチディスクと、これを押さえつけるクラッチカバー及びフライホイールとが摩擦する際の回転速度差が大きくなるため、クラッチディスクの発熱及び摩耗が増大する等の問題が生じてしまう。
しかしながら、本願では図６のＢ〜Ｃ時点において、前述の通りクラッチ伝達可能トルク算出部２２及び第１目標エンジントルク算出部２１により各トルクＴｓｌｐ０及びＴｃｌｓｔが算出され、これらの最小のトルク（クラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔ）が最小トルク選択部２３により選択されている。そして、トルク加算部２７により、最小トルクとアイドル回転フリクショントルクとが加算されている。

従って、本願の車両用エンジン出力制御装置では、図示の通り、車両の坂道発進（前進または後退）時に、必要以上にエンジン回転を上昇させることを防止する。このため、燃料消費量を少なくする。そして、クラッチディスク８と、これを押さえつけるクラッチカバー７及びフライホイール６とが摩擦する際の回転速度差が小さくなるため、通常のアイドル回転数から発進操作を行う場合に比べてクラッチディスク８の発熱及び摩耗を少なくする。

本実施形態によれば、坂道発進時（ステップ１〜３，９〜１０）に、半クラッチ状態でクラッチ３が伝達可能なトルクＴｃｌｓｔを算出するクラッチ伝達可能トルク算出手段２２と、このクラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔに基づいてエンジン出力トルクを発生させるトルク発生手段（目標スロットル開度制御部）２８と、を備える。このため、坂道発進時に、必要以上にエンジン回転を上昇させることを防止するため、燃料消費量を少なくすることができる。そして、クラッチディスク８と、これを押さえつけるクラッチカバー７及びフライホイール６とが摩擦する際の回転速度差が小さくなるため、通常のアイドル回転数から発進操作を行う場合に比べてクラッチディスク８の発熱及び摩耗を少なくすることができる。

また本実施形態によれば、クラッチ伝達可能トルク算出手段２２は、クラッチ３のストローク量ＣＬＳＴを検出するストローク量検出手段（クラッチストロークセンサ）１４を有し、ストローク量ＣＬＳＴに基づいて半クラッチ状態でクラッチ３が伝達可能なトルクＴｃｌｓｔを算出する。このため、クラッチストロークセンサ１４の出力からテーブル（図３）等を用いることにより確実にクラッチの接続状態を検出できる。

また本実施形態によれば、坂道発進時に推進力として必要な坂道発進エンジントルクＴｓｌｐ０を算出する第１目標エンジントルク算出手段２１と、クラッチ伝達可能トルクＴｃｌｓｔと第１目標エンジントルクＴｓｌｐ０とのうち小さい方のトルクを選択する最小トルク選択手段２３と、を備え、トルク発生手段（目標スロットル開度制御部）２８は、最小トルク選択手段２３により選択されたトルクに基づいてエンジン出力トルクを発生させる。このため、坂道発進操作時において、エンジン回転数の増加による過剰なトルク増加を防止することができる。

また本実施形態によれば、第１目標エンジントルク算出手段２１は、車両傾斜角ＳＬＰに基づいて、坂道発進時に推進力として必要な坂道発進エンジントルクＴｓｌｐ０を算出する。このため、坂道を前進する操作を行う際に、車両が後退またはエンジンストールすることを防止できる。
また本実施形態によれば、アクセル開度ＡＰＯに基づくエンジントルクを算出する第２目標エンジントルク算出手段２４と、最小トルク選択手段２３により選択されたトルクと第２目標エンジントルク算出手段２４とにより算出されたトルクとを比較して大きい方のトルクを選択する最大トルク選択手段２５と、を備え、トルク発生手段（目標スロットル開度制御部）２８は、最大トルク選択手段２５により選択されたトルクに基づいてエンジン出力トルクを発生させる。このため、アクセルペダル１５ａの踏み込み量を多くした場合には、アクセルペダル操作に基づいてスロットル１ａの開度を決定して車両を発進させることができる。

また本実施形態によれば、クラッチ切断時のアイドル回転におけるエンジン１のフリクショントルクを算出するアイドル回転フリクショントルク算出手段を備え、トルク発生手段（目標スロットル開度制御部）２８は、アイドル回転フリクショントルクと最大トルク選択手段２５により選択されたトルクとを加算した分のエンジン出力トルクを発生させる。このため、図６のＢ〜Ｃ時点に示すように、エンジン回転数が変化せず、車両の推進力として使われないトルクを少なくすることができる。

車両用エンジン出力制御装置の基本構成を示す図 坂道発進時におけるエンジン出力制御構成を示す図 トルク伝達可能トルク算出テーブル 坂道発進時におけるエンジン出力制御処理を示すフローチャート 車両が傾斜路面にある場合のエンジン出力制御処理を示すフローチャート エンジン出力制御を行った場合における各パラメータの状態を示す図 従来の坂道発進補助制御における各パラメータの状態を示す図

符号の説明

１ エンジン
３ クラッチ
４ 手動変速機
８ クラッチディスク
１３ クラッチペダル
１４ クラッチストロークセンサ
１５ アクセル開度センサ
１６ 車速センサ
１７ ギア位置センサ
１８ 車両傾斜角センサ
２０ ＥＣＭ
２１ 第１目標エンジントルク算出部
２２ クラッチ伝達可能トルク算出部
２３ 最小トルク選択部
２４ 第１目標エンジントルク算出部
２５ 最大トルク選択部
２６ アイドル回転フリクショントルク算出部
２７ トルク加算部
２８ 目標スロットル開度制御部

Claims (5)

1. 坂道発進時にエンジン出力トルクを上昇させる車両用エンジン出力制御装置であって、
   エンジンと変速機との間に設けられたクラッチと、
   運転者の操作による前記クラッチの接続度合いに応じて該クラッチが伝達可能なクラッチ伝達トルクを算出するクラッチ伝達可能トルク算出手段と、
   前記クラッチ伝達可能トルクを超えないように坂道発進時のエンジン出力トルクを制限する制限手段と、
   を備えることを特徴とする車両用エンジン出力制御装置。
2. 前記クラッチ伝達可能トルク算出手段は、前記クラッチのストローク量を検出するストローク量検出手段を有し、前記ストローク量に基づいて前記クラッチ伝達可能トルクを算出することを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン出力制御装置。
3. 坂道発進時に推進力として必要な第１目標エンジントルクを算出する第１目標エンジントルク算出手段と、
   前記クラッチ伝達可能トルクと前記第１目標エンジントルクとのうち小さい方のトルクを選択する最小トルク選択手段と、を備え、
   前記最小トルク選択手段により選択されたトルクに基づいてエンジン出力トルクを発生させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用エンジン出力制御装置。
4. 前記第１目標エンジントルク算出手段は、車両傾斜角に基づいて前記第１目標エンジントルクを算出することを特徴とする請求項３記載の車両用エンジン出力制御装置。
5. アクセル開度に基づいて第２目標エンジントルクを算出する第２目標エンジントルク算出手段を備え、
   前記第２目標エンジントルクが前記最小トルク選択手段により選択されたトルクよりも大きいときは、該第２目標エンジントルクに基づいてエンジン出力トルクを発生させることを特徴とする請求項３または請求項４記載の車両用エンジン出力制御装置。

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