JP4274100B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機の変速時にエンジン出力を制御することによって変速時間を短縮しつつ変速ショックを低減するエンジンの制御装置に関する。

有段の変速機構を有する自動変速機のダウンシフト時に、エンジン出力（トルク）を増加させて、ダウンシフト後のエンジン回転速度に近づけておいてから変速を行うことで変速ショックを低減するようにした技術が知られている。なお、特許文献１に記載の技術では、上記ダウンシフト時のスロットル開度増大等のトルクアップ制御に点火時期リタード制御（トルクダウン制御）を併用して、実変速作動前のトルクが上がりすぎることを抑制している。
特開平１０−８９１１４号公報

ところで、上記ダウンシフト時のトルクアップ制御では、例えば、変速後の回転速度に同期するように初期にはトルクアップ量を大きくして速やかに同期速度まで上昇させ、その後は、該同期速度を維持できるだけのトルクに減少させて、次段クラッチを結合操作し、結合完了後、ドライバ要求トルク（アクセル開放時は負のトルク）まで、減少するような、制御を行うことで、変速時間の短縮を図りつつ変速ショックを緩和できる。

しかしながら、上記のようなトルクアップ制御の途中あるいは終了時に、スロットル弁を急速に閉じてトルクを急減するような制御を行っても、実際には、マニホールド容積によって吸入空気量の減少に遅れを生じるので、十分にトルクを低減しきれず、余剰トルクによって押し出され感を生じるなど、安定した減速感を得られないことがあった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ダウンシフト時に短時間で変速ショックを緩和しつつ、押し出され感の発生を抑制して良好な変速性を確保できるようにすることを目的とする。

このため本発明では、自動変速機のダウンシフト操作時に、エンジン回転速度を変速後のエンジン回転速度に近づけるように、スロットル開度を増大してエンジン出力を増大するエンジン制御装置において、前記エンジン出力の増大制御で増加したエンジンの出力トルクをスロットル開度を減少して急減させるときに、実トルクが目標トルクを上回る余剰トルク分を、点火時期のリタード制御によるトルク減少分で相殺する構成とした。

本発明に係るエンジンの変速用制御装置では、ダウンシフト時の変速ショック緩和のためのエンジン出力増大制御時に、増加したエンジントルクを急減させるときに、吸入空気量の減少遅れによって実トルクが目標トルクを上回る余剰分を、点火時期のリタード制御によるトルク減少分で相殺することができ、もって、変速ショック（突き上げショック）を十分に緩和することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエンジンのシステム構成図である。
図1において、エンジン１の吸気通路2には、スロットルモータ３で駆動されるスロットル弁４が設けられている。エンジン１の出力側には、自動変速機５が連結されている。
この自動変速機５は、自動変速モードの他に、ドライバの要求によって手動変速が可能な手動変速モードを有するものであって、エンジン１の出力軸に連結されるトルクコンバータ６と、このトルクコンバータ６の出力側に連結される変速機構(ギア機構)７と、この変速機構７中の各種変速要素(クラッチ等)の結合・開放操作を行う油圧制御機構８と、を備えている。

前記油圧制御機構８に対する作動油圧は、各種の電磁バルブを介して制御されるが、ここでは自動変速のためのシフトソレノイド９、１０と、前記トルクコンバータ６のロックアップのためのロックアップソレノイド１１のみを示してある。なお、前記シフトソレノイド９、１０および前記ロックアップソレノイド１１は、電子コントロールユニット(以下、ＥＣＵという)１２に接続されている。

ＥＣＵ１２には、スロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ２１、アクセルペダルの踏み込み量ＡＰＳを検出するアクセル開度センサ２２、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ２３、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２４、自動変速機５(のギア機構)のギア位置Ｇｐを検出するギア位置センサ２５、ドライバが操作して自動変速機5の変速モード(自動変速モード、手動変速モード)を設定するモードスイッチ２６、シフトレバー位置ＳＰを検出するシフト位置センサ２７，車両の速度ＶＳＰを検出する車速センサ２８等からの信号が入力される。

前記、ＥＣＵ１２は、エンジン制御を行うＥＧＣＵ部１２Ａと、自動変速機側の制御を行うＡＴＣＵ部１２Ｂとを含んで構成される。
ＡＴＣＵ部１２Ｂは、自動変速モードにおいては、アクセル操作量ＡＰＳおよび車速ＶＳＰに基づいて、あらかじめ設定されたマップを参照すること等によって最適な変速段を設定し、設定した変速段となるように前記シフトソレノイド１４、１５を制御する。一方、手動変速モードにおいては、ドライバがシフトレバーを介して行うアップシフト操作またはダウンシフト操作に応じて、それぞれ現在の変速段よりも1段づつアップシフト側またはダウンシフト側の変速段を設定し、この変速段となるように前記シフトソレノイド１４、１５を制御する。

一方、ＥＧＣＵ部１２Ａは、前記各種センサ類からの信号に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行すると共に、目標エンジントルクを演算し、この目標エンジントルクが得られるように、前記スロットルモータ５を駆動してスロットル弁４の開度を制御してエンジン出力制御を行う。ここで、ＥＧＣＵ部によって実行されるダウンシフト時のエンジン出力増大制御（回転同期制御）について説明する。

図２は、前記ＥＧＣＵ部１２Ａによるダウンシフト時を含むエンジン出力制御を示したブロック図である。
ドライバ要求トルク演算部２１１では、アクセル開度センサ２２からのアクセル操作量(アクセル開度)ＡＰＳに基づいてドライバの要求するエンジントルクをドライバ要求トルクＴＴＥＩＦとして演算する。

回転同期作動判定部２１２では、回転同期制御を行うと不都合な状態、例えば、後述するように回転同期要求トルクが過渡的に変化するときの点火時期リタード制御を行えない場合やＡＴＣＵ〜ＥＧＣＵ間の通信エラーによる誤動作となるような状態を判定する。
目標回転速度演算部２１３では、ＡＴＣＵ部から、回転同期要求信号（回転同期要求フラグ）、変速機出力軸回転速度信号（＝車速信号）、現在の変速前ギア位置信号、変速後ギア信号を入力し、手動変速モードでダウンシフト操作されたとき、すなわち、回転同期制御の要求が発生したときに、変速後ギア信号に基づいて変速後ギア位置に同期した目標回転速度を演算する。

同期要求トルク演算部２１４は、前記目標回転速度演算部２１２で演算された目標回転速度とするのに必要なエンジントルクを同期要求トルクＴＱＴＭＳＴＡＣとして演算する。
トルクアップフェイルセーフ部２１５は、回転同期制御の要求の有無、前記回転同期作動判定部２１２で回転同期制御を禁止された条件に応じて、必要時のみ回転同期制御を実行させるようにする。

目標トルク演算部２１６は、回転同期制御要求の有無に応じて前記ドライバ要求トルク演算部２１１で演算されたドライバ要求トルクＴＴＥＩＦと、前記トルクアップフェイルセーフ部２１５でフェールセーフ処理済みの同期要求トルクＴＱＴＭＳＴＡＣを目標トルクとして演算（選択）する。ここで、目標トルクを、目標定常トルクと、目標過渡トルクとに分けて演算する。具体的な演算については、後のフローチャートの説明で詳述する。

そして、スロットル開度制御部２１７は、前記目標トルク演算部２１６で演算された目標定常トルクに応じて目標スロットル開度を演算し、該目標スロットル開度に基づいてスロットル開度をフィードバック制御する。
一方、点火時期リタード制御部２１８は、実トルクと目標過渡トルクとの偏差に応じて点火時期をリタード制御する。該リタード制御についても、後のフローチャートの説明で詳述する。

図３は、前記目標回転速度演算部２１２における目標回転速度の演算のフローを示す。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、水温センサ２３で検出された水温Ｔｗが回転同期制御作動水温下限値Ｔｗlmt１より高いかを判定する。前記回転同期制御作動水温下限値Ｔｗlmt１は、該下限値Ｔｗlmt１以下の低水温時は、暖機促進のため排気温度上昇用の点火時期リタード制御を行っていることがあるので、回転同期制御時に目標トルクを急激に低下させるときの点火時期リタード制御を行えない（リタード余裕代が少ない）ような値に設定されている。

ステップ１で、水温Ｔｗが回転同期制御作動水温下限値Ｔｗlmt１より高いと判定されたときは、ステップ２へ進み、同じく水温Ｔｗが回転同期制御作動水温上限値Ｔｗlmt２より低いかを判定する。前記回転同期制御作動水温上限値Ｔｗlmt２は、該上限値Ｔｗlmt２以上の高水温時は、点火時期リタード制御を行うと、暖機が過剰となってオーバーヒートする可能性があるので、やはり、点火時期リタード制御を行えないような値に設定されている。

ステップ２で水温Ｔｗが上限値Ｔｗlmt２未満と判定されたとき、つまり、水温Ｔｗが、Ｔｗlmt１＜Ｔｗ＜Ｔｗlmt２の適正温度範囲にあると判定されたときは、ステップ３へ進んで回転同期禁止フラグＩＮＨを０とする。
また、水温Ｔｗが下限値Ｔｗlmt１以下か、上限値Ｔｗlmt２以上と判定されたときは、ステップ４へ進んで、回転同期禁止フラグＩＮＨを１にセットして、回転同期制御の実行を禁止する。

ステップ５では、前記回転同期禁止フラグＩＮＨの信号を、ＡＴＣＵ１２Ｂに送信する。
ステップ６では、回転同期要求中であるかを判定し、要求中と判定された場合は、ステップ７へ進んで、前記回転同期禁止フラグＩＮＨが０であるかを判定し、０と判定されたときは、回転同期制御を実行できると判断し、ステップ８へ進んで回転同期要求トルクＴｒｅｖを算出する。

ここで、回転同期制御によってエンジン回転速度Ｎｅが変速後の回転速度に略同期し、該同期速度を維持できるだけのトルクに急減させるときのため、過渡時回転同期要求トルクＴｒｅｖｄを、定常時の回転同期要求トルクＴｒｅｖｓとは別に算出する。具体的には、定常時回転同期要求トルクの回転速度上昇用の要求トルクから同期回転速度維持用の要求トルクへのステップ的な変化に対し、所定の速度（変化量の所定割合）で減少するように過渡時回転同期要求トルクＴｒｅｖｄを算出する。なお、上記の算出方式により定常時には、過渡時回転同期要求トルクＴｒｅｖｄ＝定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓとなる。

ステップ９では、前記過渡時の回転同期要求トルクＴｒｅｖｄを目標過渡トルクＴｅｄとしてセットし、定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓを目標定常トルクＴｅｓとしてセットする（定常時は、Ｔｅｄ＝Ｔｅｓ＝Ｔｒｅｖｓ）。
一方、ステップ６，７で回転同期要求中でないと判定されたとき、または、回転同期禁止フラグＩＮＨが１で回転同期を禁止すると判定されたときは、ステップ１０へ進んでアクセル開度ＡＰＯに基づいてドライバ要求トルクＴａｐｏを算出し、算出したドライバ要求トルクＴａｐｏを、過渡時には目標過渡トルクＴｅｄとしてセットし、定常時には目標定常トルクＴｅｓとしてセットする。

そして、ステップ１１では、前記目標定常トルクＴｅｓとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標スロットル開度ＴＶＯをマップから参照して算出し、該目標スロットル開度ＴＶＯとなるようにスロットル弁開度を制御する。
ステップ１２では、定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓを次式のように一時遅れ処理処理して、過渡時のスロットル開度制御における吸入空気量の遅れに伴う実トルクＴｅｓｆを算出する。

Ｔｅｓｆ＝Ｇ・Ｔｒｅｖｓ＋（１−Ｇ）・Ｔｒｅｓｆｚ
Ｔｅｓｆ：一時遅れ処理後定常トルク（＝実トルク）
Ｔｒｅｓｆｚ：Ｔｅｓｆの前回値
ステップ１３では、実トルクと目標過渡トルクとの差分ＤＴｅｓを次式のように算出する。

ＤＴｅｓ＝Ｔｅｓｆ−Ｔｅｄ
ここで、実質的に差分ＤＴｅｓを生じるのは、上述した回転同期制御中に、略同期速度に達したと判断されたタイミングでトルクを急減させるときに、過渡時回転同期要求トルクＴｒｅｖｄを目標過渡トルクＴｅｄとして算出するときと、回転同期要求フラグが０となって、回転同期制御が終了し、目標トルクが同期回転速度を維持する定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓからアクセル開度０相当の負のドライバ要求トルクＴｅｄにステップ的に減少するときである。

これらの時は、目標トルクの急減に応じてスロットル開度を急減する制御を行っただけでは、吸入空気量の応答遅れによって実トルクを目標トルクとおりに急減することができない。
そこで、ステップ１４で前記トルクの差分ＤＴｅｓに応じた点火時期リタード量ＲＴＤを算出し、点火時期を該リタード量ＲＴＤだけリタードする。

図４は、回転同期制御時（前後を含む）の各種状態量の変化の様子を示す。図４を参照しつつ、一連の制御について説明する。
回転同期要求フラグが１となって、変速前のクラッチが開放操作されると同時に回転同期制御が開始され、スロットル開度が増大されエンジン回転速度Ｎｅが増大する。このときも吸入空気量の増大の応答遅れがあるので、トルクアップに遅れを生じるが、前記特許文献１に記載されたように、スロットル開度をより大きめに制御しつつ点火時期をリタードする制御を併用すれば、エンジン回転速度Ｎｅをオーバーシュートを抑制しながら短時間で変速後の同期回転速度まで増大することができる。

そして、エンジン回転速度Ｎｅが略変速後の同期回転速度まで増大し、かつ、変速前のクラッチの開放が完了したと判定されるタイミングで、変速後のギア位置に対応するクラッチの結合操作を開始し、結合され始めた時点で定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓが前記同期回転速度まで増大させるためのトルクから該同期回転速度を維持するためのトルクに切り換えられる。このとき所定の速度で減少するように過渡時回転同期要求トルクＴｒｅｖｄが実質的な目標トルク（目標過渡トルク）として算出される。

上記のように、ステップ的に減少する定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓに応じてスロットル開度をステップ的に減少制御したときの吸入空気量の減少遅れに伴い、遅れを伴って減少する実トルクを、定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓを一時遅れ処理（加重平均演算）して算出する。
また、回転同期制御終了時には、目標トルクが同期回転速度を維持する定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓから負のドライバ要求トルクＴｅｓ（＝Ｔｅｄ）にステップ的に減少し、この場合も同様にスロットル開度をステップ的に減少制御したときの吸入空気量の減少遅れに伴い、遅れを伴って減少する実トルクを、定常時回転同期要求トルクＴｒｅｖｓを一時遅れ処理（加重平均演算）して算出する。

そして、上記のようにして算出した実トルクと目標トルク（回転同期制御中の過渡時回転同期要求トルク、回転同期制御終了時のドライバ要求トルク）との差分を点火時期リタードによってトルク減少することで相殺し、過渡時も略目標トルクに沿って制御することで、ダウンシフト時の変速時間短縮効果を確保しつつ、余剰トルクの発生を抑制して変速ショック（突き上げショック）を十分に緩和することができる。

また、本実施形態では、水温等により点火時期リタード制御を行えない条件では回転同期制御を禁止する（通常変速制御に切り換える）構成として、変速ショック発生を回避できるが、変速速度（クラッチ結合速度）を油圧増加速度を遅くして減少補正する（通常変速制御時よりは早い）ことで、変速時間をできるだけ短縮しつつクラッチ結合時の変速ショックを緩和する構成とすることもできる。

本発明の実施形態に係るエンジンのシステム図。 ダウンシフト時の回転同期制御を示すブロック図。 同上の回転同期制御の前段を示すフローチャート。 同上の回転同期制御の後段を示すフローチャート。 同上の回転同期制御時の各種状態の変化を、従来制御時と比較して示す図。

符号の説明

１…エンジン
３…スロットルモータ
４…スロットル弁
５…自動変速機
１２…電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
１２Ａ…エンジンコントロールユニット部（ＥＧＣＵ）
１２Ｂ…ＡＴコントロールユニット部（ＡＴＣＵ）
２１…スロットルセンサ
２２…アクセル開度センサ
２５…ギア位置センサ
２６…モードスイッチ
２７…シフト位置センサ
２８…車速センサ

Claims (6)

1. スロットル開度を制御してエンジン出力を増減させるスロットル開度制御手段を備え、
   エンジン出力軸に連結された自動変速機のダウンシフト操作時に、エンジン回転速度を変速後のエンジン回転速度に近づけるように、スロットル開度を増大してエンジン出力を増大制御するエンジンの制御装置であって、
   前記エンジン出力の増大制御で増加したエンジンの出力トルクをスロットル開度を減少して急減させるときに、実トルクが目標トルクを上回る余剰トルク分を、点火時期のリタード制御によるトルク減少分で相殺することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記点火時期のリタード制御は、エンジン出力増大制御要求の終了後も、実トルクが余剰となっている間は、継続することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記リタード制御を行うことができない条件が成立しているときは、エンジンの出力増大制御を禁止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記リタード制御を行うことができない条件が成立しているときは、エンジンの出力増大制御時における変速速度を遅くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記リタード制御を行うことができない条件は、エンジン水温が所定以下の低温状態を含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記リタード制御を行うことができない条件は、エンジン水温が所定以上の高温状態を含むことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。

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