JP4281675B2 - パワートレインの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ステップ的に変速を行う無段変速機が駆動力源に連結されたパワートレインの制御装置に関する。

無段変速機を運転者の意図によりステップ的に変速させる場合、イナーシャトルクによる変速ショックを軽減するために無段変速機に連結されたエンジンのトルクを増減させる場合がある。

この場合、イナーシャトルクが発生した時点とエンジントルクの増減の時点とを正確に一致させなければイナーシャトルクを相殺することができず、変速ショックを抑制することができない。したがって、イナーシャトルク発生開始時点、すなわち実際の変速が開始される時点を正確に把握する必要がある。

このため、特許文献１には、変速がおこなわれた場合の実際の回転数と変速が行われていなければ表れたであろう仮想的な回転数とを比較し、これらの差が表れた場合には変速動作が開始されたと判断してエンジン出力を変化させるように構成された発明が記載されている。
特開平４−２２７１８号公報

特許文献１に記載された発明によれば、変速動作を検出することで、エンジントルクの増減開始時点を正確に求めることができるので、変速ショックを抑制することができる。しかし、回転数差を判断するのにあたって、しきい値を設定しなければならず、このしきい値の設定具合によっては、変速動作開始時点を的確に検出できない場合がある。また、エンジントルクの増減開始時点と変速動作開始時点とは可能な限り一致させなければならないので、変速動作開始時点の検出精度をより上げる必要がある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、変速動作開始時点の検出精度をより向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明は、実際の回転数と変速が行われていなければ表れたであろう仮想的な回転数とを比較する際のしきい値の決定を補正値を考慮して行うことを特徴とするものである。より具体的には請求項１の発明は、無段変速機の変速比をステップ的に変化させる変速をおこなう際に、変速制御開始前の前記無段変速機の入力回転数に基づいて求められる推定入力回転数と実際の入力回転数との偏差から検出される実際の変速の開始に合わせて、前記無段変速機が連結された内燃機関の出力トルクを変化させるパワートレインの制御装置において、前記変速の内容に基づいて判断しきい値を設定するしきい値設定手段と、そのしきい値設定手段で設定された前記判断しきい値と前記偏差とを比較して実際の変速の開始を判定する変速開始判定手段とを備え、その変速開始判定手段で実際の変速の開始が判定された場合に、前記内燃機関の出力トルクを変化させるように構成されていることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、無段変速機の変速比をステップ的に増大させるダウンシフトをおこなう際に、変速制御開始前の前記無段変速機の入力回転数に基づいて求められる推定入力回転数と実際の入力回転数との偏差から検出される実際の変速の開始に合わせて、前記無段変速機が連結された内燃機関の出力トルクを増大させるパワートレインの制御装置において、前記ダウンシフトの内容に基づいて判断しきい値を設定するしきい値設定手段と、そのしきい値設定手段で設定された前記判断しきい値と前記偏差とを比較して実際の変速の開始を判定する変速開始判定手段とを備え、その変速開始判定手段で実際の変速の開始が判定された場合に、前記内燃機関の出力トルクを増大させるように構成されていることを特徴とする制御装置である。

請求項１の発明によれば、変速の内容に基づいて判断しきい値が設定され、その判断しきい値と、推定入力回転数との偏差とを比較して実際の変速の開始が判定される。したがって、変速の内容が考慮されるので、変速の開始時点をより正確に検出することができる。

請求項２の発明によれば、ダウンシフトの内容に基づいて判断しきい値が設定され、その判断しきい値と、推定入力回転数との偏差とを比較して実際の変速の開始が判定される。したがって、ダウンシフトの内容が考慮されるので、変速の開始時点をより正確に検出することができる。

次にこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする動力源および無段変速機を含む駆動系統の一例を説明すると、図５は、ベルト式の無段変速機１を含む駆動系統の一例を模式的に示しており、その無段変速機１は、前後進切換機構２およびロックアップクラッチ３付きの流体伝動機構４を介して動力源５に連結されている。

その動力源５は、内燃機関、あるいは内燃機関と電動機、もしくは電動機などによって構成されている。なお、以下の説明では、動力源５をエンジン５と記す。また、流体伝動機構４は、例えば従来のトルクコンバータと同様の構成であって、エンジン５によって回転させられるポンプインペラとこれに対向させて配置したタービンランナと、これらの間に配置したステータとを有し、ポンプインペラで発生させたフルードの螺旋流をタービンランナに供給することによりタービンランナを回転させ、トルクを伝達するように構成されている。

このような流体を介したトルクの伝達では、ポンプインペラとタービンランナとの間に不可避的な滑りが生じ、これが動力伝達効率の低下要因となるので、ポンプインペラなどの入力側の部材とタービンランナなどの出力側の部材とを直接連結するロックアップクラッチ３が設けられている。このロックアップクラッチ３は、油圧によって制御するように構成され、完全係合状態および完全解放状態、ならびにこれらの中間の状態であるスリップ状態に制御され、さらにそのスリップ回転数を適宜に制御できるようになっている。

前後進切換機構２は、エンジン５の回転方向が一方向に限られていることに伴って採用されている機構であって、入力されたトルクをそのまま出力し、また反転して出力するように構成されている。図５に示す例では、前後進切換機構２としてダブルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。すなわち、サンギヤ６と同心円上にリングギヤ７が配置され、これらのサンギヤ６とリングギヤ７との間に、サンギヤ６に噛合したピニオンギヤ８とそのピニオンギヤ８およびリングギヤ７に噛合した他のピニオンギヤ９とが配置され、これらのピニオンギヤ８，９がキャリヤ１０によって自転かつ公転自在に保持されている。そして、二つの回転要素（具体的にはサンギヤ６とキャリヤ１０と）を一体的に連結する前進用クラッチ１１が設けられ、またリングギヤ７を選択的に固定することにより、出力されるトルクの方向を反転する後進用ブレーキ１２が設けられている。

無段変速機１は、従来知られているベルト式無段変速機と同じ構成であって、互いに平行に配置された駆動プーリ１３と従動プーリ１４とのそれぞれが、固定シーブと、油圧式のアクチュエータ１５，１６によって軸線方向に前後動させられる可動シーブとによって構成されている。したがって各プーリ１３，１４の溝幅が、可動シーブを軸線方向に移動させることにより変化し、それに伴って各プーリ１３，１４に巻掛けたベルト１７の巻掛け半径（プーリ１３，１４の有効径）が連続的に変化し、変速比が無段階に変化するようになっている。そして、上記の駆動プーリ１３が前後進切換機構２における出力要素であるキャリヤ１０に連結されている。

なお、従動プーリ１４における油圧アクチュエータ１６には、無段変速機１に入力されるトルクに応じた油圧（ライン圧もしくはその補正圧）が、図示しない油圧ポンプおよび油圧制御装置を介して供給されている。したがって、従動プーリ１４における各シーブがベルト１７を挟み付けることにより、ベルト１７に張力が付与され、各プーリ１３，１４とベルト１７との挟圧力（接触圧力）が確保されるようになっている。これに対して駆動プーリ１３における油圧アクチュエータ１５には、設定するべき変速比に応じた圧油が流量制御により供給され、目標とする変速比に応じた溝幅（有効径）に設定するようになっている。

上記の従動プーリ１４が、ギヤ対１８を介してディファレンシャル１９に連結され、このディファレンシャル１９から駆動輪２０にトルクを出力するようになっている。したがって上記の駆動機構では、エンジン５と駆動輪２０との間に、ロックアップクラッチ３と無段変速機１とが直列に配列されている。

上記の無段変速機１およびエンジン５を搭載した車両の動作状態（走行状態）を検出するために各種のセンサが設けられている。すなわち、無段変速機１に対する入力回転数（前記タービンランナの回転数）を検出して信号を出力するタービン回転数センサ２１、駆動プーリ１３の回転数を検出して信号を出力する入力回転数センサ２２、従動プーリ１４の回転数を検出して信号を出力する出力回転数センサ２３、ベルト挟圧力を設定するための従動プーリ１４側の油圧アクチュエータ１６の圧力を検出する油圧センサ２４が設けられている。また、特には図示しないが、アクセルペダルの踏み込み量を検出して信号を出力するアクセル開度センサ、スロットルバルブの開度を検出して信号を出力するスロットル開度センサ、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に信号を出力するブレーキセンサなどが設けられている。

上記の前進用クラッチ１１および後進用ブレーキ１２の係合・解放の制御、および前記ベルト１７の挟圧力の制御、ならびに変速比の制御、さらにはロックアップクラッチ３の制御をおこなうために、変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）２５が設けられている。この変速機用電子制御装置２５は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算をおこない、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態、および要求される挟圧力の設定、ならびに変速比の設定、ロックアップクラッチ３の係合・解放ならびにスリップ回転数などの制御を実行するように構成されている。

ここで、変速機用電子制御装置２５に入力されているデータ（信号）の例を示すと、無段変速機１の入力回転数（入力回転速度）Ｎinの信号、無段変速機１の出力回転数（出力回転速度）Ｎoの信号が、それぞれに対応するセンサから入力されている。また、エンジン５を制御するエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２６からは、エンジン回転数Ｎeの信号、エンジン（Ｅ／Ｇ）負荷の信号、スロットル開度信号、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量であるアクセル開度信号などが入力されている。無段変速機１によれば、入力回転数であるエンジン回転数を無段階に（言い換えれば、連続的に）制御できるので、効率の良いエンジン回転数となるように変速制御することにより、これを搭載した車両の燃費を向上できる。

ところで、これら無段変速機の変速を、運転者の意図により変速をステップ的に行う場合がある。この場合目標変速比が急激に変化するため、回転部材にイナーシャトルクが発生する。イナーシャトルクは、回転部材に不自然な回転を与え、変速ショックの原因となり、運転者に違和感を与えることがある。したがって、イナーシャトルクを正確に算出して、その算出したイナーシャトルクに対応してエンジンの出力トルクを調整させる必要がある。エンジンの出力トルクの調整は、実際に変速が開始された時点から開始されなければならないので、実変速開始時点を精度良く判定することが必要となる。そのため、以下の制御をおこなう必要がある。

図１はこの実変速開始時点を判定するためのフローチャートである。なお、ここではダウンシフト変速の場合について述べる。先ず、現在の変速モードがスポーツマニュアル変速モード、すなわち、ステップ変速が可能な状態か否かが判断される（ステップＳ１）。ステップＳ１で否定的に判断された場合にはこのルーチンを抜けるが、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、変速指令がダウンシフト変速か否かが判断される（ステップＳ２）。

ステップＳ２で否定的に判断された場合にはこのルーチンを抜けるが、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、電磁スロットルバルブの開度の増大が許可されているか否かが判断される（ステップＳ３）。ステップＳ３で否定的に判断された場合にはこのルーチンを抜けるがステップＳ３で肯定的に判断された場合にはトルク制御（ステップＳ４からステップＳ１６）に移る。

トルク制御は、電磁スロットルを制御してトルク制御開始されると（ステップＳ４）、次のステップＳ５ではこのルーチン実行が初回か否かが判断される（ステップＳ５）。ステップＳ５で肯定的に判断された場合、すなわち、ルーチンの実行が最初である場合には、実変速判定のしきい値が算出される（ステップＳ６）。このしきい値は以下の手順で算出される。

まず、制御実行フラグをオンとする。そして、遅角処理終了判断基準回転数NINMNLST(0)を現在の入力軸回転数NINとする。また、ダウンシフト時の出力トルク増大制御開始時の入力軸回転数の変化量DLTNIN(0)を現在の入力軸回転数の変化量DLTNINとする。そして、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEを現在の変速段に基づくマップにより求める。さらに、遅角終了判定補正マップ値NINJDGHをダウンシフト時の出力トルク増大制御開始時の入力軸回転数の変化量DLTNIN(0)に基づくマップより求め、しきい値である遅角終了判定値NINJDGを遅角終了判定ベース値NINJDGBSEと遅角終了判定補正マップ値NINJDGHとの和によって求める。

ステップＳ５で否定的に判断された場合や、ステップＳ６の処理が終了した場合、制御実行フラグがオンとなっているか否かが判断される（ステップＳ７）。ステップＳ７で否定的に判断されている場合には、このルーチンを抜けるが、ステップＳ７で肯定的に判断された場合には、フェーズ０の状態が終了しているか否かが判断される（ステップＳ８）。ここでフェーズ０とは、変速機で使用されるオイルの温度が低いために、変速指示油圧に対して実油圧の応答性が悪く、実変速開始までの無駄時間が多いために、出力トルクを増大させる制御を無駄時間分だけ遅らせる必要がある状態をいう。

従って、ステップＳ８で否定的に判断された場合、すなわち、フェーズ０が終了していない場合には、フェーズ０に対応した処理、具体的には、オイルの温度が上昇するまで待つ処理が行われ（ステップＳ９）。その後、このルーチンを抜ける。一方、ステップＳ８で肯定的に判断された場合、すなわち、フェーズ０が終了している場合には、遅角フェーズ（ステップＳ１０からステップＳ１３）に移る。

遅角フェーズに移ると先ず、現在の入力回転数NINが、遅角終了判定値NINJDGと遅角処理終了判断基準回転数NINMNLST(0)との和より大きいか否かが判断される（ステップＳ１０）。すなわち、実変速が開始されたか否かが判断される。ステップＳ１０で否定的に判断された場合、すなわち、実変速がいまだ開始されていない場合には、エンジンの遅角制御を実施し、エンジントルクを低下させる。（ステップＳ１１）。そして、現在の遅角処理終了判断基準回転数NINMNLST(i)を前回ルーチン実行時の遅角処理終了判断基準回転数NINMNLST(i-1)とダウンシフト時の出力トルク増大制御開始時の入力軸回転数の変化量DLTNIN(0)との和とする（ステップＳ１３）。

一方、ステップＳ１０で肯定的に判断された場合、すなわち、実変速が開始されたと判断された場合には、遅角を終了し（ステップＳ１２）、遅角フェーズ以降のフェーズに対応した処理をおこなう（ステップＳ１４）。

そして、ステップＳ１４、またはステップＳ１３での処理が終了すると、ステップＳ１５で制御の終了条件が成立したか否かが判断される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で肯定的に判断されると制御実行フラグをオフにして（ステップＳ１６）このルーチンを抜ける。また、ステップＳ１５で否定的に判断されると、なにもせずにこのルーチンを抜ける。

次に、この制御の時間的経過についてタイムチャートを使用して説明する。図２は本発明の適用がない場合のタイムチャートである。図２（ａ）は減速時にダウンシフトした場合であり、図２（ｂ）は加速時にダウンシフトした場合である。ステップ変速が開始されると、目標入力回転数が引き上げられるが（Ａ時点）、実回転数（太実線）は目標入力回転数に追従しない。やがて、目標回転数が低下していくと、実入力回転数がそれに追従していくが、実回転数が遅角終了判定値NINJDGと遅角処理終了判断基準回転数NINMLSTとの和に達すると実変速の判定がおこなわれる（Ｃ時点）。

しかし、図２（ａ）においても、図２（ｂ）においても実回転数が目標回転数に追従を開始する時点、すなわち、実変速開始時点はＢ時点である。したがって、実回転数と、遅角終了判定値NINJDGと遅角処理終了判断基準回転数NINMLSTとの和とを単純に比較したのでは、減速時においては実変速開始判断が遅くなり、加速時においては、実変速開始判断が速くなり、いずれにしても変速ショックが発生する。

図３は減速時におけるダウンシフトが行われた場合に、本発明を適用した場合のタイムチャートである。ダウンシフトが開始された時点で、遅角処理終了判断基準回転数NINMLSTを保存しておき、ルーチン実行毎すなわち制御周期毎にダウンシフト時の出力トルク増大制御開始時の入力軸回転数の変化量DLTNIN(0)が加算されていく（Ａ時点以降、ステップＳ１３に相当）。これが推定入力回転数NINとなる。

減速時には、ダウンシフト時の出力トルク増大制御開始時の入力軸回転数の変化量DLTNIN(0)は負の値となっているので、この推定入力回転数NINは制御周期毎に減少していく。そして、実変速が開始されると（Ｂ時点）、推定入力回転数NINと実入力回転数の差が大きくなり、この推定入力回転数NINと実入力回転数の差が遅角終了判定値NINJDGよりも大きくなると実変速開始判定が成立する（Ｃ時点、ステップＳ１０に相当）。

遅角終了判定値NINJDGは、上記述べたように（ステップＳ６）、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEを考慮にいれて設定されている。そして、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEは図３（ｂ）に示すように推定入力回転数を表す直線の直角方向における前記直線と実入力回転数を表す曲線との距離として表されている。この推定入力回転数を表す直線の直角方向における前記直線と実入力回転数を表す曲線との距離は変速段によって異なり、加速時と減速時によっても異なる。したがって、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEは変速段に基づくマップにより予め求められている。

また、加速時におけるダウンシフトを行った場合のタイムチャートを図４に示す。この場合、加速時であるので、ダウンシフト時の出力トルク増大制御開始時の入力軸回転数の変化量DLTNIN(0)は正の値となっている。したがって、この推定入力回転数NINは制御周期毎に増加していく。

そして、実変速が開始されると（Ｂ時点）、推定入力回転数NINと実入力回転数の差が大きくなり、この推定入力回転数NINと実入力回転数の差が遅角終了判定値NINJDGよりも大きくなると実変速開始判定が成立する（Ｃ時点、ステップＳ１０に相当）。

遅角終了判定値NINJDGは、上記述べたように（ステップＳ６）、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEを考慮にいれて設定されている。そして、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEは図４（ｂ）に示すように推定入力回転数を表す直線の直角方向における前記直線と実入力回転数を表す曲線との距離として表されている。この推定入力回転数を表す直線の直角方向における前記直線と実入力回転数を表す曲線との距離は変速段によって異なり、加速時と減速時によっても異なる。したがって、遅角終了判定ベース値NINJDGBSEは変速段に基づくマップにより予め求められている。

したがって、ダウンシフトの内容に基づいて判断しきい値である遅角終了判定値NINJDGが設定され、その判断しきい値である遅角終了判定値NINJDGと、推定入力回転数NINとの偏差とを比較して実際の変速の開始が判定される。したがって、ダウンシフトの内容が考慮されるので、変速の開始時点をより正確に検出することができる。

ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ６の機能的手段がしきい値設定手段に相当し、ステップＳ１０の機能的手段が変速開始判定手段に相当する。

なお、上記実施例では、ダウンシフトの場合について述べたが、アップシフトの場合にもこの発明を適用することができる。

実変速開始時点を判定するための制御を行うフローチャートである。 この制御を行わない場合のダウンシフトにおける実変速開始判定に係るタイムチャートである。 この制御を行った場合で、減速時にダウンシフトを行った場合の実変速開始判定に係るタイムチャートである。 この制御を行った場合で、加速時にダウンシフトを行った場合の実変速開始判定に係るタイムチャートである。 この発明で対象とする無段変速機を含む駆動系統の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１…無段変速機、 ５…エンジン、 １３…駆動プーリ、 １４…従動プーリ、 １５，１６…油圧アクチュエータ、 ２５…変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）。

Claims (2)

1. 無段変速機の変速比をステップ的に変化させる変速をおこなう際に、変速制御開始前の前記無段変速機の入力回転数に基づいて求められる推定入力回転数と実際の入力回転数との偏差から検出される実際の変速の開始に合わせて、前記無段変速機が連結された内燃機関の出力トルクを変化させるパワートレインの制御装置において、
   前記変速の内容に基づいて判断しきい値を設定するしきい値設定手段と、そのしきい値設定手段で設定された前記判断しきい値と前記偏差とを比較して実際の変速の開始を判定する変速開始判定手段とを備え、
   その変速開始判定手段で実際の変速の開始が判定された場合に、前記内燃機関の出力トルクを変化させるように構成されていることを特徴とするパワートレインの制御装置。
2. 無段変速機の変速比をステップ的に増大させるダウンシフトをおこなう際に、変速制御開始前の前記無段変速機の入力回転数に基づいて求められる推定入力回転数と実際の入力回転数との偏差から検出される実際の変速の開始に合わせて、前記無段変速機が連結された内燃機関の出力トルクを増大させるパワートレインの制御装置において、
   前記ダウンシフトの内容に基づいて判断しきい値を設定するしきい値設定手段と、そのしきい値設定手段で設定された前記判断しきい値と前記偏差とを比較して実際の変速の開始を判定する変速開始判定手段とを備え、
   その変速開始判定手段で実際の変速の開始が判定された場合に、前記内燃機関の出力トルクを増大させるように構成されていることを特徴とするパワートレインの制御装置。

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